Болотные почвы: формирование, свойства, распространение

 

 

 Болотные почвы: формирование, свойства, распространение

 

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Болотные почвы – это почвы, которые формируются в условиях длительного или постоянного избыточного увлажнения (заболачивания) под влаголюбивой болотной растительностью. Иными словами болотные почвы развиваются в условиях болотных почвообразующих процессов — при избыточном увлажнении атмосферными осадками или грунтовыми водами. Они имеют относительно примитивный почвенный профиль, состоящий из торфяного или торфяно-глеевого горизонтов. Обычно болотные почвы формируются в лесной зоне умеренных поясов.

Изучению болотных почв посвящены работы Доктуровского В.С., Танфильева Г.И., Сукачева В.Н., Кауричева И.С., Гречина И.П и других .

Актуальность работы обусловлена возможностью применения болотных почв в хозяйстве. После осушения, на болотных почвах можно выращивать сельскохозяйственные культуры, добывать горючее полезное ископаемое - торф. Изучение болотных почв носит как теоретическую, так и практическую значимость.

Целью исследования является изучение темы «Болотные почвы: формирование, свойства, распространение».

В рамках достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Рассмотреть процесс формирования болотных почв;

2. Изучить свойства болотных почв;

3. Проанализировать ареал распространения болотных почв;

В работе использованы учебная и справочная литература, монографии, статьи периодической печати и другие актуальные источники.

Работа имеет традиционную структуру и включает в себя введение, основную часть, состоящую из 3 глав, заключение и библиографический список.

 

1. Формирование болотных почв

 

Формирование болотных почв связано с постоянным усиленным увлажнением, которое возникает по разным причинам и может быть вызвано поверхностными и грунтовыми водами.

Причины избыточного увлажнения, а в дальнейшем и заболачивания  могут быть разными.

Избыточное увлажнение может создастся в условиях, если к примеру, поверхностные воды долго застаиваются в понижениях рельефа (котловины, впадины и др.), куда вода стекает с окружающей более высоко расположенной местности.

Застаивание воды атмосферных осадков может случиться и на простых равнинах в случае слабого или совсем отсутствующего поверхностного стока при слабой водонепроницаемости почв и особенно при наличии плотного водоупорного горизонта в толще почвы или почвообразующей породы.

Или, например, если грунтовые воды близко подходят к поверхности или же выходят на поверхность, и насыщают верхние горизонты почвы до полной влагоемкости.

Причинами избыточного увлажнения может также стать неконтролируемый выпас скота, приводящий к разрушению дернины, уплотнению почвы, что в результате приводит к уменьшению стока воды, либо  уничтожение леса, приводящее к снижению испарения влаги.

Болотный почвообразовательный процесс характеризуется накоплением в почве органического вещества в виде торфа и оглеением минеральной части почвы. На избыточно увлажненной почве поселяется влаголюбивая растительность, способная задерживать и накапливать влагу (например, сфагновые мхи). При избытке влаги в почве содержится мало воздуха, и это влияет на состав и численность микроорганизмов. Общее количество их сильно сокращается за счет аэробных бактерий. В этих условиях растительные остатки, разлагаются очень медленно, поэтому часть из них остается в полуразложившемся состоянии. Постепенно на поверхности заболачивающейся почвы образуется торф.

Накопление торфа является главной особенностью болотного почвообразовательного процесса. Торф представляет собой сложный комплекс продуктов разложения растений в виде остатков растительных тканей, различных промежуточных продуктов разложения растений, гумусовых и минеральных веществ1.

Характеристика болотных почв (скорость их заторфовывания и оглеения) зависит от болот, где почвы залегают. По типу питания болота подразделяют на низинные – это болота с грунтовым питанием; переходные болота - с начинающим отрывом (за счет нарастания толщи торфа) поверхности болота от грунтовых вод и увеличением роли атмосферных вод; верховые - с питанием атмосферными водами.

Низинные болота распространены в подзоне смешанных лесов. Они развиваются в понижениях рельефа на водораздельных равнинах, на речных террасах, склонах с выходами родников и т. д. С грунтовыми водами в низинных болотах накапливаются такие химические элементы как соединения железа, алюминия, кальция, марганца и др.

Переходные болота распространены преимущественно в подзоне таежных лесов. Они образуются по окраинам низинных болот, встречаются в притеррасной части поймы на поверхности речных террас, в понижениях на водоразделах, где есть подток слабоминерализованных грунтовых вод и т. д. Появление сфагновых мхов говорит о том, что верхние горизонты нарастающего торфа теряют связь с грунтовыми водами, приносившими в болота минеральные вещества, и переходят на увлажнение мягкими водами атмосферных осадков.

Верховые болота распространены преимущественно в северной тайге, обычно на водоразделах рек. Основной покров верховых болот создают сфагновые мхи. Сфагновое болото, нарастая в высоту, начинает возвышаться над окружающей местностью. При заторфовывании водоемов происходит постепенное заполнение их чаши полуразложившимися органическими остатками. Нарастание массы торфа на месте бывшего водоема приводит к образованию верхового болота после прохождения стадий низинного и переходного болот.

Также особенностью болотного почвообразования является развитие глеевого процесса в минеральной толще почвы. Оглеение связано с восстановлением в анаэробных условиях минеральных соединений, главным образом железа и марганца. Глеевый горизонт имеет сизую и зеленую окраску, иногда с пятнами охристого цвета.

Оглеение  - это процесс восстановления окисных форм ряда соединений, в т.ч. железа, происходящий в переувлажненной почве, в анаэробных условиях при участии микроорганизмов. Сопровождается появлением серо-голубой окраски мелкозема, связанной с двухвалентным железом. Переувлажнению подвержены болотные почвы, сформированные на водонепроницаемых глинах либо расположенные в низменных плохо дренируемых местах. Если перенасыщение водой происходит сезонно, образуется частично оглеенный пятнистый горизонт. Пятнистость обусловлена окислением железа вдоль трещин и пор, происходящим после высыхания почвы.

Термины «глей» и «глееобразование» были введены в научную терминологию Г. Н. Высоцким, который впервые указал на биохимическую природу глееобразования2. Под глеем Г. Н. Высоцкий понимал «более или менее плотную суглинистую или глинистую породу серого цвета с зеленоватым оттенком», формирующуюся в условиях длительного переувлажнения.

В процессе оглеения, или глееобразования, главную роль играют явления раскисления окиси железа, превращения его в соединения закиси с последующим ее выщелачиванием.

Раскисление происходит под влиянием разлагающихся органических веществ в условиях затруднения или полоног прекращения доступа кислорода воздуха при участии анаэробных микроорганизмов.

Последующие исследования подтвердили это положение Высоцкого и показали, что глееобразование представляет собой сложный биохимический восстановительный процесс, протекающий в анаэробных условиях при непременном наличии органического вещества и при участии анаэробных микроорганизмов.3 Большая роль в процессах оглеения принадлежит маслянокислым бактериям. При глееобразовании происходит значительное изменение состава и свойств органической и минеральной частей почвы.

В условиях анаэробиозиса в составе органического вещества накапливаются наиболее активные и подвижные фракции специфической и неспецифической природы (фульвокислоты, низкомолекулярные кислоты и соединения типа полифенолов).

При процессах глееобразования минеральная часть почвы подвергается разнообразным и сложным превращениям – происходит разрушение первичных и вторичных минералов и в то же время возможен синтез вторичных минералов. Кроме того, существенным превращениям подвергаются соединения элементов с перемонной валентностью (Fe, Mn, S и N).

Одной из наиболее характерных особенностей глееобразования является восстановление железа. Соединения окисного железа, восстанавливаясь, переходят в соединения двухвалентного, закисного железа. Восстановление окисного железа в закисное может происходить, как в результате ферментативной деятельности микроорганизмов, так и вследствие воздействия продуктов жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов. К таким продуктам могут относиться газообразные соединения (СН4, Н2, Н2S), низкомолекулярные органические и гуминовые кислоты. По данным В.Ф.Непомилуева и М.А.Козырева, в оглеенных почвах широко распространены масляно-кислые бактерии и так называемые железовосстанавливающие микроорганизмы, которые способны переводить окисные соединения железа в закисные4. В зависимости от характера увлажнения судьба соединений закисного железа будет разной.

При постоянном переувлажнении соединения железа могут находиться то в окисной, то в закисной форме, в зависимости от продолжительности периода увлажнения и периода аэрации.

При оглеении наряду с восстановлением железа происходит восстановление марганца и образование подвижных его соединений. Продуктами восстановления серы при развитии устойчивого оглеения являются H2S и FeS. Значительным превращениям при оглеении подвергаются соединения азота и фосфора. Превращения азота связаны с развитием процессов денитрификации, которые приводят к быстрому исчезновению нитратных форм азота и могут вызвать при длительном и устойчивом развитии восстановительных процессов значительную потерю азота из почвы. Изменение фосфатного режима связано с образованием в оглеенных горизонтах фосфатов закиси железа типа вивианита, а при переодической смене восстановительных процессов окислительными - накоплением труднорастворимых фосфатов окиси железа. При переувлажнении почв в первую очередь происходит восстановление нитратов и сульфатов и уже затем восстанавливаются окисные соединения железа и марганца.

Поскольку при оглеении образуются активные органические соединения с кислыми свойствами и подвижные компоненты разрушения и восстановления минеральной части почвы, то создаются благоприятные условия для образования разнообразных органо-минеральных соединений, которые имеют важное значение в миграции железа, марганца и алюминия из оглеенных горизонтов. Особенно сильно процессы миграции развиваются в почвах поверхностного временного избыточного увлажнения под влиянием сезонного оглеения при сочетании с нисходящими токами воды. В тех случаях, когда оглеение развивается в условиях близкого залегания грунтовых вод или под влиянием избыточного увлажнения водами внутрипочвенного стока, наблюдается обратный процесс - гидрогенной аккумуляции в верхних горизонтах подвижных продуктов глеевого процесса и в особенности соединений железа.

Таким образом, развитие глеевого процесса приводит к существенному ухудшению агрономических свойств почв и для их улучшения требуется коренное изменение водно-воздушного режима путем осушительных мелиораций, а для почв временного поверхностного переувлажнения (минеральные полугидроморфные почвы) применением комплекса агротехнических мероприятий5.

При долгом и постоянном избыточном увлажнении в условиях устойчивого развития глеевого процесса ионы закисного железа вступают в реакцию с кремнеземом и глиноземом, образуя с ними, как отмечено выше, вторичные алюмо-ферросиликаты, в состав которых входит закисное железо.

Такие минералы имеют сизоватую, грязно-зеленоватую или голубоватую окраску. Почвенные горизонты, в которых накапливаются эти минералы, называются глеевыми. Если избыточное увлажнение непродолжительное, то сплошной глеевой горизонт может и не образоваться, а вместо него в почвенном профиле появляются отдельные сизоватые или зелено-голубоватые пятна. Такие горизонты называются глееватыми.

Оглеение наиболее распространено в зонах избыточного увлажнения и в условиях плохого дренажа (плоские равнины, низм., поймы рек и т. д.). Наиболее выражено в почвах и породах кислого состава. Обогащённые карбонатами породы в меньшей степени подвержены оглеению.  
В агрономическом отношении оглеение отрицательно сказывается на росте растений из-за недостатка кислорода, снижения водопроницаемости, увеличения набухаемости и липкости почв6.

Таким образом, болотные почвы образуются вследствие заболачивания суши или заторфовывания водоемов и сопровождаются процессами заторфовывания и оглеения.

 

2. Строение и свойства болотных почв

 

Свойства болотных почв зависят в первую очередь от типа водного питания и степени минерализации вод. Грунтовое заболачивание происходит при поступлении грунтовых вод, в основном, минерализованных. Поверхностное заболачивание протекает в условиях избыточного увлажнения атмосферной пресной водой.

Рассмотрим строение болотных почв.  По морфологическому строению болотные почвы отличаются от минеральных почв. В профиле болотных почв выделяются следующие горизонты:

Первый горизонт - это очес, представляющий собой живые части болотных растений;

Торфяной горизонт, в котором в зависимости от степени разложения растительных остатков могут быть выделены подгоризонты: торфяной - степень разложения до 25%, перегнойно — торфяной - степень разложения от 25 до 45% и перегнойный - степень разложения более 45 %.7

Глеевый горизонт — бывает разной степени выраженности, подстилает торфяной горизонт;