 |
|
|
Сукачёв. БОЛОТОВЕДЕНИЕ И ПАЛЕОБОТАНИКА |
ТОРФ, ЕГО ОБРАЗОВАНИЕ, СВОЙСТВА И ВИДЫ. Физические свойства торфа
|
Смотрите также:
Биографии ботаников, почвоведов
|
Рассматривая физические свойства торфа и торфяных почв, необходимо особенно отметить их отношение к воде и их тепловые свойства, так как это имеет наибольшее значение для растительности болот и их культуры.
Необходимо также остановиться на теплотворной способности торфа, важной при использовании его на топливо.
Прежде всего торф обладает способностью удерживать большие количества воды. Его влагоемкость по сравнению с другими видами почв очень велика, и поэтому часто сравнивают торф с губкой. Если принять во внимание рассмотренное нами выше строение сфагнума, то станет ясным, что сфагновый торф должен обладать этой способностью в особенно большой степени. Но и торф травяных болот удерживает довольно значительные количества воды. Приводят, например, такие данные: молодой сфагновый торф может удерживать воды в 20—24 раза более собственного веса, тростниковый же или осоковый — в 10—12, а иногда и более. Г. И. Танфиль- ев (18956), впрочем, дает несколько меньшие цифры: так, влагоемкость по весу для сфагновых торфов достигает 1000—1500%, для травяных торфов — 700—300%.
В. Цайлер сообщает следующие цифры влагопоглощаемости (влагоем- кости) торфа (в % от сухого веса), употребляемого в качестве подстилки в стойлах для скота (цит. по Коткову, 1924): Сфагновый торф: нераз ложившийся 1604 малораз ложившийся 1653 сильноразложившийся 524 Осоковый торф: малораз ложившийся 1379 сильноразложившийся 1122 Гипновый торф: малораз ложившийся 1506 сильноразложившийся 887 Тростниковый торф: малоразложившийся 888 сильноразложившийся 871 М. М. Юрьев (1926) приводит следующие данные влагоемкости торфа из Шуваловского торфяника близ Ленинграда (в% от абс. сухого веса): Сфагновый торф молодой: самый верхний слой 1459 самый нижний слой 346 Пограничный горизонт (сфагновый сильно разложившийся торф) ... 138 Сфагновый торф старый: самый верхний слой 282 самый нижний слой 720 Чистый гипновый торф 1008 Тростниковый торф 247 Осоко-гипновый торф 760
Отсюда прекрасно видно, как в молодом сфагновом торфе с увеличением степени разложенности по мере нарастания глубины снижается его влагоемкость. И, напротив, у старого сфагнового торфа влагоемкость с глубиной повышается, что зависит от того, что у этого вида торфа более разложившимися будут верхние слои, наиболее близкие к пограничному горизонту. Сам же пограничный горизонт имеет не особенно большую влагоемкость.
Надо иметь в виду, что некоторые виды торфа (например, молодой сфагновый), будучи высушены до полного удаления воды, теряют способность ее впитывать. Так же кирпич, приготовленный из старого сфагнового торфа, будучи намочен, не вбирает в себя воду. Эта способность торфа и позволяет применять его в качестве подстилки. На основании же этого свойства болот накоплять большие количества воды и возник взгляд о большом значении болот для питания рек и регулирования их стока, что, однако, как увидим ниже, неправильно.
От влагоемкости надо отличать гигроскопичность торфа, т. е. способность торфа поглощать пары из воздуха. Конечно, величина гигроскопичности зависит от того, сколько влаги содержит сам торф, т. е. торф с малой влажностью быстрее и относительно больше поглощает воды. В. Цай- лер и JI. Вильк (Zailer, Wilk, 1907) на основании опытов по поглощению воды разными торфами в тонкоизмельченном виде в насыщенной парами атмосфере при температуре 75° дают следующие цифры (табл. 16). По этим данным можно судить, что наибольшая гигроскопичность у сфагнового торфа, осоковый и гипновый торф близки между собой в этом отношении, ш тростниковый торф наименее гигроскопичен. Однако нужно иметь в виду, что эти данные получены в насыщенной атмосфере. В обыкновенной же атмосфере гигроскопичность будет значительно ниже. Минсен (Minseen, 1913) полагает, что торфяная мука в этих условиях практически вовсе не увеличивается в весе.
Торф способен также поглощать разные газы; особенно практическое значение имеет абсорбция аммиака при употреблении торфа на подстилку. Оказывается, сфагновый малоразложившийся торф, который особенно удобен для употребления на подстилку, на 100 частей в воздушно-сухом состоянии поглощает 2.24% аммиака.
Но зато болота обладают и другой способностью — способностью сильно удерживать поглощенную воду, так как водопроводимость торфа мала.. По Е. В. Оппокову (1909), вода в торфянике передвигается в год всего на 1—2 км. При этом сфагновые торфы меньше водопроводимы, чем травяные. Эта особенность торфов бросается в глаза при проведении осушительных канав на болотах. Обыкновенно достаточно отойти на несколько метров •т края канавы, как замечаем, что влияние канавы быстро падает; особенно сильно это сказывается на моховых болотах.
Очень показательные данные на этот счет дает В. Г. Горячкин (1925) на основании исследований, произведенных в Инсторфе. Оказывается, чгго на сфагновом болоте кривая депрессии уровня грунтовых вод очень жруто поднимается в непосредственной близости, а на расстоянии уже 6 м сравнивается и становится горизонтальной, т. е. влияние канавы почти не сказывается. Напротив, на низинном, травяном болоте кривая депрессии грунтовых вод почти горизонтальна на протяжении 13.22 м (все протяжение профиля, изученное им) и стоит на высоте уровня воды в канаве. Принимая во внимание эти свойства торфа и то, что моховые болота •бычно выпуклы и занимают возвышенные места, а низинные плоски и лежат на низких местах, Горячкин говорит, что на моховом болоте легче понизить уровень воды в карьере, но труднее понизить уровень грунтовых вод и влажность торфа, чем на низинном болоте, иными словами, мы встречаем взаимную компенсацию условий.
Эта трудная проводимость воды торфом в горизонтальном направлении в связи с общим режимом воды в болоте приводит, по мнению А. Д. Дубаха(1925), Редигера и др., к тому, что в осушительную канаву на болоте вода нопадает не только сбоку, но и снизу. В болоте вода в силу своей тяжести давит на нижние слои, на месте же канавы этого явления нет, и поэтому при наличии на дне песчаного грунта, через который легко происходит передвижение. воды, получается ток воды через песок и выпирание ее со дна канавы, где вода встречает меньше сопротивления более тонкой толщи торфяного слоя дна канавы.
Указанная выше трудная проводимость торфом воды и объясняет, почему могут существовать и развиваться сфагновые болота, будучи сильно выпуклыми, и могут сохранять свою влажность так называемые исячие болота на крутых склонах.
В связи с этим явлением находится также и незначительная водопро- вцаемость торфа, позволяющая считать торфяники при их достаточной мощности вполне водонепроницаемыми. До сих пор мы имеем на этот счет, однако, очень мало точных данных. Насколько мне известно, единствен- вши обстоятельными исследованиями являются таковые М. М. Юрьева (1926) над водонепроницаемостью разных видов торфа Шуваловского торфяника под Ленинградом. Его исследования показали, что водопроницаемость торфа имеет разную степень в зависимости от вида торфа, т. е. состава слагающих его растительных остатков и степени их разложимости.
При этом большая разложимость вызывает меньшую проницаемость. Поэтому количество просачивающейся воды является показателем степени гумификации торфа. В частности, пограничный горизонт как сильно разложившийся торф может быть принят за непроницаемый вовсе. Это приводит к выводу, что при наличии в торфянике сильно разложившихся слоев, что очень часто и бывает, невозможно передвижение воды в вертикальном направлении. Выяснилось также, что, чем больше влагоемкость торфа, тем легче идет просачивание воды через него; напротив, наименьшая влагоемкость соответствует наименьшей водопроницаемости. Это зависит от того, что неразложившийся сфагновый торф не разбухает от воды, не содержа еще значительного количества коллоидов.
Чтобы закончить рассмотрение водных свойств торфа, надо упомянуть еще о способности испарять воду. Мы уже видели, что сфагнум обладает весьма большой испаряемостью и быстро теряет воду путем отдачи ее в атмосферу. Торф хотя этой способностью обладает и в меньшей степени, но все же расходует влагу относительно быстро, на чем и основана его сушка. Однако в природе мы имеем редко случаи, когда испарение в болоте происходит прямо с поверхности торф; обычно болото испаряет через покрывающий его слой живого сфагнума. Вышеприведенные данные свидетельствуют, что болото должно много отдавать воды в атмосферу.
Как мы уже говорили выше, не так давно существовал взгляд, что болота играют большую роль в питании рек и их осушка отражается неблагоприятно на водном режиме последних, содействуя их омелению. Однако рассмотренные свойства болот и торфа свидетельствуют, что в действительности болота вовсе не являются регуляторами питания рек. роль их в этом отношении как раз обратная.
Е. В. Оппоков, который особенно настойчиво выдвигает эту точку зрения на болота, пишет: «Чтобы болота речного бассейна могли оказывать действительно то регулирующее влияние на речной сток, которое им приписывают обыкновенно в смысле ослабления стока весенних вод и увеличения лишенных питания рек, необходимо, во-первых, чтобы весною, во время стока снеговых вод, болота были действительно влагоемкими п способными поглощать стекающие в них воды, перестав быть насыщенными водой, как это бывает обычно с неосушенными болотами, а, во- вторых, чтобы летом они отдавали путем стока, а не испарения в атмосферу те атмосферные осадки, которые поглощены были ими с весны и которые поступают также в них от дождей, выпадающих летом обильнее, чем в какое-либо другое время года» (1909, стр. 47). Но так как болото, за исключением засушливых годов, бывает насыщено или перенасыщено водою, то осадки или легко скатываются с поверхности, как это и бывает весною, или они бесполезно застаиваются на болотах, а затем испаряются. В сухое время года болото, особенно сфагновое, не отдает источникам, можно сказать, ни одной капли воды. Поэтому опасения, что большое развитие осушительных мероприятий на обширных заболоченных пространствах может вредно отразиться на условиях режима рек, берущих начало из болотных мест, совершенно неосновательны.
Отношение торфа к теплу прежде всего выражается в плохой теплопроводности его. Благодаря этому под влиянием солнечных лучей поверхность болота нагревается часто значительно выше, чем воздух, но это нагревание не распространяется вглубь. Уже сравнительно на небольшой глубине температура быстро падает. Хотя сколько-нибудь продолжительных наблюдений над температурой торфяников было пока произведено мало, особенно в России, но имеющиеся данные свидетельствуют, что, в то время как сфагнумы (или торф) у поверхности в жаркий летний день нагреваются подчас сильнее, чем воздух, уже на глубине 10 см разница в температуре может быть до 10° и более, на глубине же около 130— 150 см годичная амплитуда выражается всего какими нибудь 4—6° и меньше. И это наблюдается даже в такой местности, как средняя часть Самарской губ., где амплитуда колебания температуры в течение года достигает очень большой величины. Г. И. Танфильев (1889) указывает для торфяников окрестностей Ленинграда, что в них на глубине 4—6 м все лето температура была постоянной, около 6°. Такая же температура была констатирована им и зимою (в начале марта) на глубине 7 м. Следовательно, на этих глубинах температура торфа уже остается постоянной в течение всего года. Эта малая теплопроводимость торфяной почвы играет, как мы дальше увидим, большую роль в жизни растений.
Для иллюстрации сказанного можно привести данные
Т. JI. Ефимовой о ходе изменения температуры в воьдухе и в торфе в сфагновом болоте (ассоциация Sphagnetum nanopinosum) близ Лахты Ленинградской губ. в 1922 г. (7, табл. 17). Приведу еще данные изменения температуры в течение мая—декабря 1923 г. (8). Они показывают, что на глубине в 150 см годовая амплитуда не достигает и 4°.
Благодаря всему этому болота промерзают на значительно меньшую глубину, чем минеральные почвы, но зато и оттаивание замерзшего слоя происходит в них весьма медленно. Этим объясняется, что в подмосковных осушенных торфяниках мерзлота не исчезает даже в середине июня. Наблюдалась мерзлота в начале лета в осушенных торфяниках даже в Тамбовской губ. Для Ленинградской же губернии есть указания, что торф остается мерзлым круглый год.
Плохая теплопроводность болотных почв вызывает частое явление ночных заморозков на болотах, так как при этом выравнивание температуры между верхними сильно охлаждающимися и нижними более теплыми слоями происходит очень медленно.
Если иметь в виду температуру торфа «живого» болота, то в зависимости от покрывающей его растительной ассоциации, а следовательно, различного вида торфа, густоты и массы растительности, обилия воды в торфе и проч. ход температуры в разных ассоциациях будет различным, как это можно видеть из данных Т. JI. Ефимовой о температуре воздуха и почвы и относительной влажности воздуха в трех ассоциациях сфагнового болота близ Лахты Ленинградской губ. в течение вегетационного периода 1923 г. (9) и 14 июля 1923 г. среди дня (табл. 18). Из этих данных мы видим, что влажность воздуха в разных ассоциациях на болоте различна.
Обстоятельные данные о температуре на болоте приведены в работе П. Фагелера (Vageler, 1907).
Существенное значение для практики торфяного дела имеет удельный вес торфа, который колеблется в значительных пределах, завися от вида торфа, степени его разложенности и примеси минеральных частиц. Большая разложенность повышает удельный вес торфа. Наименьшим удельным весом (0.18—0.27) обладает малоразложившийся сфагновый торф» напротив, осоковые разложившиеся торфы имеют удельный вес до 1.50. Весьма интересные данные приводит М. М. Юрьев (1926) об изменении удельного веса торфа в зависимости от глубины (а следовательно, от вида торфа и степени его разложенности) для Шуваловского торфяника. Он дает такие цифры последовательно, начиная сверху, для слоев мощностью 10 см. Уд. вес Сфагновый торф молодой 0.60—0.96 Пограничный горизонт 1.64 Сфагновый торф старый 1.08—0.88 Гипновый торф 0.66 Тростниковый торф 2.02 Осоко-гипновый торф, сильно перегнивший . . 1.05
Из этих данных М. М. Юрьева мы видим, что действительно болыпал степень разложенности повышает удельный вес; также различен он в зависимости от вида торфа. Особенно величиной удельного веса выделяется тростниковый торф. Любопытно, что также очень велик удельный вес торфа пограничного горизонта.8
Так как при осушке обычно происходит оседание поверхности болота, что связано со степенью уплотнения торфа, то эта осадка торфа имеет значение для практики. Исследования П. С. Сав- кина (1925) на Новгородской болотной станции показали: 1) осадка в общем уменьшается от канавы к середине грядки между канавами, причем это уменьшение идет не плавно: примерно на 1.4 ширины грядки осадка увеличивается, а затем опускается к середине грядки; 2) осадка уменьшается с увеличением расстояния между канавами, но эта зависимость невелика и иногда становится даже обратной (опыты Минской болотной опытной станции); 3) обрабатываемая полоса оседает значительно быстрее, чем необрабатываемая, при одинаковой осушке; 4) оседание верхового болота идет от осушительной канавы до определенной границы (на 160—200 м), откуда снова начинается рост болота; 5) осадка составляет в год для низинных слаборазложившихся болот (глубина 1—1.15 м) от 0.02 до 0.1 м, или от 2 до 8% глубины торфа. Таблица 18 Ассоциации Sphagnetum Горизонт S. menyantho- caricetosum S. scheuchzeriosum S. magnopinosum Температура в В воздухе: 22.2 на высоте 1м 22.2 22.5 у поверхности сфагнума 27.4 24.2 25.4 Поверхность сфагнума 29.5 32.5 30.0 На глубине: 19.3 10 см 21.5 20.0 25 » 16.2 13.8 14.8 50 » 14.9 12.7 13.2 100 » 13.4 7.4 7.5 150 » — 6.5 5.6 Относительная влажность в % В воздухе: 77 на высоте 1м 76 77 у поверхности сфагнума 85 92 80 жиже. 3 Пограничный горизонт — сильно разложившийся сфагновый торф, см. о нем 10 в. н.
Усадка торфа, т. е. отношение объема сырого торфа к объему торфа в воздушно-сухом состоянии, как говорит Е. С. Меньшиков (1924), лежит в пределах от 2.5 до 8 в зависимости от свойств торфа, его разложенности и степени переработки его машинами, а именно малоразложившийся сфагновый торф имеет наименьшую усадку.
Таковы в общих чертах химические и физические свойства торфа и торфяных почв, отличающие их от минеральных почв и являющиеся в большинстве неблагоприятными для развития растительности
удаление же из них того, что составляет сущность всякого болота, т. е. избытка воды, уже значительно улучшает их свойства. Но для приведения их в состояние, вполне пригодное для выращивания на них сельскохозяйственных культур, этого большей частью бывает мало, необходимо применение искусственных удобрений, меняющих в лучшую сторону химические и физические свойства болота.
Описывая химические и физические свойства торфа, мы все время видели, что эти последние в большой степени зависят от степени разложенности торфа. Мы видели, что процесс оторфования растительной массы и ее дальнейшего разложения связан равно с ее химическим составом и физическими свойствами. Понятно, что для сельского хозяина, имеющего в виду использование болота под культуру и употребляющего торф как удобрение или на подстилку, или для техника, разрабатывающего болото на топливо, степень разложения торфа представляет большой интерес. Однако эта степень разложения (оторфованности, или гумификации) до сих пор не имеет общепринятого способа определения. Предложенные способы ее определения могут быть разделены на две категории —■ химические и физические. Химические основаны либо на учете гумусового вещества, извлекаемого разными растворителями его (например, аммиаком, едким натром), либо на косвенном определении оставшейся в торфе клетчатки, либо пентозанов. Они довольно громоздки и для массовых определений, особенно при полевых исследованиях, трудноприменимы. К тому же и они не являются вполне безупречными. Ввиду этого обычно пользуются более грубыми методами физических способов определения степени разложения, которые, однако, бывают достаточны для практики как техники, так и ботанического обследования болота. Наиболее широко применяется метод Вальгрена, который основан на глазомерном определении степени разложения торфа, при этом учитываются заметность на глаз сохранившихся растительных остатков, количество и цвет выдавливаемой руками воды и степень размельченности массы. Вальгрен дает такую таблицу степени разложенности (цит. по Доктуровскому, 1915) (табл. 19).
Более точный метод, позволяющий производить количественное определение разложенности торфа, предложен был В. В. Кудряшовым (1920). согласно которому торф отмучивается под струей воды в сите с отверстиями в 1.4 мм. Зная вес воздушно-сухого торфа до отмучивания и вес воздушно- сухой массы, оставшейся после отмучивания, по разнице этих весов судим о количестве мелких частиц, унесенных водою через сито. Принимая, что прошедшие через сито частицы торфа принадлежат гумифицирован- ному органическому веществу, и выражая его вес в процентах от первоначального веса торфа, получаем цифры, могущие характеризовать степень разложения торфа. Кудряшов предложил на профиле торфяника соединить кривыми точки равной разложенности торфа. Эти «изоторфы» дают наглядное представление о распределении разложенности торфа в толще торфяника. Метод легок и дает хорошие результаты, однако они бывают несколько преувеличены, так как через сито, даже указанной густоты, проходят мелкие частицы неразложившихся тканей растений.
П. Д. Варлыгин (1924) предложил определять степень разложенности путем оценки на глаз под микроскопом соотношения структурных частей Признаки Вид торфа Сильно разложившийся Хорошо разложившийся Малоразложившийся Плохо разложившийся Неразложившийся Растительные остатки неразличимы простым глазом Заметны лишь некоторые растительные остатки Остатки растений заметны Так же, как в В Растительные остатки ясно различимы простым глазом Вода при сдав ливании в руке торфа не выделяется Вода не выделяется, или ее выделяется очень мало Вода выделяется немного Воды выделяется много Вода выделяется, как в ВС Выделяющаяся вода окрашена в темно-корич невый цвет Вода коричневая или светло- коричневая Вода желтая Вода совсем почти не окрашивается Масса при сжимании хорошо продавливается через пальцы, пачкая руку Масса продавливается, немного пачкая руку Масса почти не продавливается, поверхность торфа после сжатия шероховатая от остатков растений, руку не пачкает Масса очень мало продавливается Масса не продавливается
и аморфного гумусового вещества, обычно имеющего очень темный цвет и лишенного клеточного строения, которое, напротив, заметно в еще не разложившихся частях. При этом способе маленький кусочек сырого торфа рассматривается при увеличении в 140 раз. Объем гумуса учитывается на глаз, при этом, по мнению Варлыгина, точность в 5% вполне достижима. Делается вывод из значительного числа определений (более 30 отсчетов, по его мнению, не имеет смысла делать). Он дает шкалу с 10 степенями разложенности (0—10%, 10—20%, 20—30% и т. д.). Этот метод несомненно заслуживает применения и дальнейшего методологического изучения.
В заключение остановлюсь несколько на теплотворной способности торфа. Ее различают двоякого рода — калориметрическую и полезную (Меньшиков, 1924). Первая выражается тем количеством тепла, которое фактически выделяется при сожжении весовой единицы топлива в «бомбе», вторая характеризуется количеством тепла, выделяемого в топке при сожжении 1 кг топлива. Первая всегда бывает выше второй, так как при сожжении в бомбе вся вода выделяется в жидком виде и, следовательно, при конденсации паров освобождается тепло, при сжигании же в топке вся вода превращается в пар и требует затраты тепла. Кроме этого, можно различать калориметрическую теплотворную способность абсолютного сухого вещества, т. е. безводного, и органического вещества, т. е. безводного и беззольного.
По данным Инсторфа, среднюю величину теплотворной способности для органического вещества торфов средней России, в особенности машин- ноформовочной обработки, возможно принять равной 5600 кал. По этим же данным, чистый сфагновый торф из Шуваловского торфяника под Ленинградом показал такие цифры в зависимости от степени разложенности (табл. 20). М. М. Юрьев (1926), основываясь на определениях А. И. Терлецкого, приводит еще более высокую теплотворность торфа Шуваловского торфяника, а именно: молодой сфагновый торф — 5441 кал., а старый сфагновый торф — 6181, пограничный же горизонт с высоким содержанием золы (до 9%) и сильно разложившимся торфом — 5308 кал. Как видим, Шуваловский сфагновый торф отличается очень высокой теплотворной способностью. Интересно, что пограничный горизонт, несмотря на вы- сокую степень разложенности, имеет меньшую теплотворную способность, что надо поставить в связь с большим процентом золы в нем.
Для сравнения теплотворной способности различных видов торфа приведу данные из той же статьи Е. С. Меньшикова (табл. 22), из которых видно, что сфагновые торфы, а отчасти и гипновые имеют теплотворную способность выше осокового и тростникового торфов.
|
|
|
|
К содержанию книги: ПРОБЛЕМЫ БОЛОТОВЕДЕНИЯ, ПАЛЕОБОТАНИКИ И ПАЛЕОГЕОГРАФИИ
|
Последние добавления:
Шаубергер Виктор – Энергия воды
Агрохимик и биохимик Д.Н. Прянишников
Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы