книги из ГПНТБ / Панадиади, А. Д. Проблемы мелиоративного устройства нечерноземной зоны

ваются грунтовые воды, и, наконец, заболачивание орошаемых земель в засушливых районах доказывает, что избыточная увлаж­ ненность территории может быть не следствием большой влагоемкости неразложившейся органической массы, как это утверж­ дал В. Р. Вильямс, а, наоборот, причиной ее накопления.

Наряду с этим существование крупных массивов водораздель­ ных болот в нечерноземной зоне подтверждает точку зрения В. Р. Вильямса, а многочисленные болота Калининской, Ленин­ градской и Смоленской областей, Барабинской низменности (Но­ восибирская область) и Колхиды (Грузия), подстилаемые труд­ нопроницаемыми грунтами, подтверждают высказывание В. В. До­ кучаева.

«Заболачивание, это определенная степень выраженности про­ цессов почвообразования... и эти последние в свою очередь ото­ бражают закономерность взаимодействия растительности со сре­ дой...»,— говорит С. С. Архипов [4]. На этой же точке зрения стоит

иН. И. Пьявченко [97], указывающий, что процесс заболачивания

иразболачивания суши «результат тесного и непрерывно изме­ няющегося взаимодействия внешней среды и растительности». Эта позиция выгодно отличается от других, изложенных выше, тем, что заболачивание суши рассматривается как результат, обуслов­ ленный совместным воздействием факторов внешней среды. Одна­ ко и здесь мы не находим удовлетворительного объяснения, поче­ му же заболочена не вся суша и не все озера и водоемы превра­ тились в болота.

Приведенный обзор основных точек зрения по вопросам заболачивания показывает, что все они справедливы только час­

тично. Это объясняется тем, что авторы при анализе процессов заболачивания учитывали влияние лишь отдельных факторов, свойственных, как правило, ограниченному кругу условий. Сущ­ ность же заболачивания может быть правильно объяснена, если будут установлены признаки, общие для всех без исключения из­ быточно увлажненных территорий, и если будут вскрыты условия, которые вызывают или способствуют возникновению этих при­ знаков.

Общим признаком, свойственным всем видам избыточно ув­ лажненных земель и позволяющим рассматривать водоемное и наземное заболачивание как различные стадии единого болото­ образовательного процесса, является анаэробность среды [76]. Недостаточное количество кислорода в почве или в водной толще и развитие связанных с этим восстановительных реакций ведут к накоплению неразложившейся органической массы, образова­ нию торфа, возникновению оглеения, закисления и других явле­ ний, характерных для заболоченных территорий. Из изложенного вытекает, что первопричина заболачивания — анаэробиозис кор­ необитаемого слоя.

Исследования И. И. Сердобольского [105], 3. А. Прохоровой [96] и других показали, что кислородный режим корнеобитаемого

143

слоя на заболоченных почвах и в водной толще резко колеблется и на протяжении даже одного года здесь наблюдаются как аэроб­ ные, так и анаэробные условия. Это хорошо иллюстрируется дан­ ными 3. А. Прохоровой [96] по динамике окислительно-восстано­

даются анаэробные условия (величина окислительно-восстацови- тельного потенциала меньше 200 милливольт), протекают процес­ сы заболачивания, и, наоборот, когда развиваются аэробные ус­ ловия, происходит разболачивание, то есть процесс, обратный первому.

Т А Б Л И Ц А V

Динамика окислительно-восстановительного потенциала

впойменных почвах естественного сенокосного луга за вегетационный период 1954 г. (милливольты)

Глубина

Соотношение в продолжительности анаэробных и аэробных процессов на протяжении года определяет возможность возник­ новения заболачивания, а также темп начальных стадий этого про­ цесса. В последующем, по мере усиления заболачивания, начинает все сильней сказываться влияние ухудшения водно-физических свойств почвы, большой влагоемкости накапливающейся неразложившейся органической массы и смены растительного покрова.

144

Поскольку при разработке мероприятий по превращению бо­ лот и заболоченных земель в высокопродуктивные сельскохозяйст­ венные или лесные угодья необходимо знать, в связи с чем в кор­ необитаемом слое возникли анаэробные условия, автор и предло­ жил [76] положить в основу определения причин заболачивания факторы, вызывающие образование в корнеобитаемом слое ана­ эробных условий.

При заболачивании водоемов анаэробность среды вызывается малым содержанием кислорода в толще воды.

Основными причинами, затрудняющими доступ в почву кис­ лорода воздуха, то есть основными причинами заболачивания суши в условиях европейской части нечерноземной зоны, явля­ ются:

1. Избыточная увлажненность корнеобитаемого слоя, которая может быть вызвана как поверхностными, так и грунтовыми вода­ ми. При этой наиболее распространенной причине заболачивания все или почти все поры корнеобитаемого слоя заполнены водой, содержание свободного воздуха и воздухообмен в почве весьма незначительны и в почве создаются анаэробные условия.

2. Почвенно-биологические процессы — переход луговой ста­ дии почвообразования в болотную, процессы подзолообразования, образование ортштейновых горизонтов и др. Анаэробность поч­ венного слоя создается либо в результате поглощения кислорода воздуха верхним слоем неразложившейся органической массы, либо в результате избыточной увлажненности корнеобитаемого слоя, вызываемой скоплением воды из-за ничтожно малой прони­ цаемости подзолистых или ортштейновых горизонтов.

3. Глубокое промерзание и медленное оттаивание покровных почвогрунтов. Анаэробные условия в корнеобитаемом слое в этом случае возникают из-за слабого воздухообмена в почве, а также из-за накопления на подстилающем мерзлом слое воды, просачи­ вающейся из оттаявших верхних горизонтов.

Отсюда вытекает, что заболачивание территорий, расположен­ ных даже в непосредственной близости друг от друга, может вы­ зываться различными причинами. Поэтому автор считает принци­

пиально неправильным предложенное Ф. Р. Зайдельманом [25] подразделение территории СССР на провинции, которым свойст­ венны одинаковые причины заболачивания. Это подтверждает и сам Ф. Р. Зайдельман, который, описывая выделяемые им провин­ ции, указывает несколько причин заболачивания.

З а б о л а ч и в а н и е с у ш и п о в е р х н о с т н ы м и в о д а м и может происходить вследствие замедленного оттока атмосферных осадков или неурегулированности стока притекающих с водосбо­ ра склоновых вод.

Весной и осенью, когда испарение почвой невелико, а потреб­ ление влаги растениями ничтожно мало или равно нулю, наиболь­ шее влияние на формирование водного режима корнеобитаемого слоя оказывает продолжительность поверхностного стока и проса­

чивания осадков в почву. В летние же бездождные периоды ре­ шающее значение в рассматриваемых условиях имеют испарение почвой и транспирация.

Скорость движения поверхностных вод зависит от уклона и шероховатости подстилающей поверхности. Чем меньше уклон местности, сильнее развит мезо- и микрорельеф, больше сопротив­ ление поверхности, тем медленнее происходит сток и большее количество воды успевает просочиться в глубь почвы; чем тяже­ лее механический состав почвы и хуже ее оструктуренность, тем больше времени необходимо для того, чтобы поверхностная вода впиталась в почву.

В силу этих обстоятельств на равнинных территориях, а также на территориях с повышенной шероховатостью (густая травяная растительность, остатки отмершей прошлогодней растительности, кустарники и т. п.) или с развитым микрорельефом, особенно при труднопроницаемом почвенном покрове, на поверхности образует­ ся слой воды. Это затрудняет воздухообмен и создает в корне­ обитаемом слое анаэробные условия, то есть ведет к заболачи­ ванию местности.

Заболачивание, вызываемое 'медленным оттоком выпавших атмосферных осадков, в чистом виде свойственно: малоуклонным водораздельным плато, повышенным равнинам и верхним частям склонов, перекрытым с поверхности труднопроницаемыми тяже­ лыми почвами на покровных суглинках, моренных глинах и других аналогичных породах.

Медленный отток выпадающих дождевых вод и тающего снега может быть вызван также неправильной обработкой почвы. Вспашка тяжелых и малооструктуренных почв поперек склона, увеличивающая шероховатость подстилающей поверхности, в де­ сятки раз замедляет скорость стекающей воды и способствует накоплению на поверхности полей воды. К избыточному переув­ лажнению пахотного слоя весной приводит и зяблевая пахота на землях с малоокультуренными труднопроницаемыми почвами.

Избыточная увлажненность земель из-за медленного оттока поверхностных вод наблюдается, как правило, весной во время таяния снега и осенью при выпадении осенних затяжных дождей. В районах обильного выпадения летних дождей и ливней (Даль­ ний Восток, Сахалин, Колхида) избыточная увлажненность отме­ чается и в летний период.

Количество выпадающих за один дождь осадков так же, как и запасы воды в снежном покрове перед таянием, невелико. Бла­ годаря этому переувлажнение корнеобитаемого слоя имеет чаще всего временный характер, и процессы заболачивания через сравнительно небольшие отрезки времени сменяются процессами разболачивания.

Величина склонового стока резко колеблется в течение года, наибольших значений она достигает в периоды таяния снега и выпадения обильных дождей. В случаях, когда приток воды со

146

Рис. 20. Схема заболачивания местности вследствие замедленного оттока выпадающих атмосферных осадков или неурегулированности стока притекающих склоновых вод:

1 — труднопроницаемая почва; 2 — слой воды.

склонов превышает отток и просачивание вглубь, в понижениях накапливается вода, что вызывает переувлажнение корнеобитае­ мого слоя (рис. 20).

Степень переувлажнения, глубина затопления и их длитель­ ность зависят от величины тяготеющего водосбора и его уклонов, от состояния поверхности понижений и их канализованности и, наконец, от проницаемости покровных почвогрунтов.

Площадь водосбора, при которой возможно такое заболачи­ вание, зависит от многих природных и хозяйственных причин. Од­ нако решающее значение имеют климатические факторы (осадки, испарение, тепловой режим) и водовместимость покровных слоев почвогрунта. Отношение площади водосбора к площади пониже­ ния, при котором происходит, заболачивание последнего, можно определить по формулам:

для замкнутых бессточных понижений

для понижений, с которых происходит поверхностный сток,

""W

где а — отношение площади водосбора FB к площади пониже­ ния F\

R — среднемноголетний радиационный баланс, ккал/см2-год; L — скрытая теплота испарения, ккал/г;

Н— глубина залегания первого водоупорного слоя или стоя­ ния грунтовых вод, м;

р — порозность покровного слоя, процент от объема слоя; рн— влажность слоя Н к началу снеготаяния, процент от

объема пор;

W — среднегодовой объем стока, м3/га.

Сеть актинометрических пунктов на территории нечерноземной зоны невелика, поэтому при отсутствии данных прямых определе­ ний величину R можно подсчитать по формуле В. В. Кулакова

где Q— суммарная радиация;

А — альбедо (коэффициент отражения).

В северных районах, где испарение значительно меньше коли­ чества выпадающих осадков и где из-за низкой температуры поч­ вы воздухообмен «почва—атмосфера» ослаблен, величина а редко бывает более 3. По мере продвижения к югу испарение и интен­ сивность воздухообмена возрастают, и для заболачивания пони­ жений сток должен происходить при большей площади водосбора. В средних широтах отношение а достигает 12—30, а в южных оно еще выше.

Заболачивание из-за неурегулированности склонового стока в чистом виде свойственно пониженным равнинам, широким бал­ кам, надпойменным террасам, нижним частям склонов и другим низинам, чаще сложенным малопроницаемыми почвами или поч­ вами, подстилаемыми на небольшой глубине малопроницаемыми слоями.

Длительность затопления склоновыми водами зависит от зо­ нальных (климат, характер растительности и др.) и местных ус­ ловий и колеблется от нескольких часов до многих месяцев. В за­ висимости от длительности затопления находится и степень за­ болоченности, поэтому в таких случаях можно встретить как временно избыточно увлажненные земли, так и заболоченные тер­ ритории и болота.

В периоды половодий и паводков реки и другие водотоки раз­ ливаются и затапливают пойменную террасу, вызывая тем самым возникновение в корнеобитаемом слое анаэробных условий. Ин­ тенсивность процессов заболачивания пойм определяется дли­ тельностью затопления, которая зависит от величины и характера тяготеющей площади водосбора, пропускной способности русла и состояния поверхности поймы и колеблется от нескольких часов на малых реках до нескольких месяцев на больших. В связи со столь значительной разницей в длительности затопления в реч­ ных поймах можно встретить и болота, и заболоченные земли, и земли временного избыточного увлажнения.

Аналогично происходит заболачивание приозерных пойм, за­ топление которых вызывается склоновыми водами и водами раз­

можно лишь, если глубина их залегания меньше критической *. Грунтовая толща обычно сложена слоями и прослойками раз­

личной проницаемости. Общая проницаемость свиты в вертикаль­ ном направлении определяется коэффициентом фильтрации наи­ менее проницаемого слоя; в горизонтальном же направлении отток воды происходит по слоям с наибольшей проницаемостью. Проса­

148

Рис. 21. Схема заболачивания местности вследствие накопления на ближайшем водоупоре просачивающихся поверхностных вод:

ются в ближайшем к земной поверхности малопроницаемом слое, образуя верховодку. Когда уровень этих вод достигнет критиче­ ской глубины или превысит ее, в корнеобитаемом слое возникают анаэробные условия (рис. 21).

Заболачивание за счет просачивающихся поверхностных вод происходит, если труднопроницаемая прослойка залегает неглу­ боко и мощности вышележащей проницаемой толщи недостаточно

до образования у водоупора сплошных оглеенных прослоек), ши­ роко распространено в нечерноземной зоне Советского Союза.

При глубоком залегании водоупора просочившиеся в почвен­ но-грунтовую толщу поверхностные воды образуют грунтовый по­ ток, движущийся в направлении уклона водоупора. Если количест­ во просачивающихся поверхностных вод превышает расход грун­ тового потока, то происходит постепенное накопление грунтовых вод, и их уровень, несмотря даже на значительную глубину зале­

149

гания водоупора, не только устанавливается выше критического, но и может в конце концов достигнуть поверхности земли. Такое заболачивание широко развито в Припятском Полесье (Белорус­ сия) и в Мещерской низменности (Рязанская, Владимирская, Мос­ ковская области), хотя водоупор там залегает на глубине не­ скольких десятков метров.

Аналогично происходит заболачивание, когда водоупорный слой имеет чашеобразное залегание, что приводит к образованию бес­ сточных грунтовых водоемов.

Грунтовый поток, движущийся в направлении общего уклона местности, может пересекать пониженные участки на глубине, меньшей критической (рис. 22). Это приводит к заболачиванию таких участков, не говоря уже о местах, где грунтовый поток вы­ клинивается на поверхность.

Характерная особенность геологического строения аллюви­ альных равнин и пойм — пестрота литологии и невыдержанность слагающих пород. Это приводит к уменьшению на отдельных уча­ стках пропускной способности водоносных слоев, вследствие чего

Одной из причин, вызывающих заболачивание земель, являет­ ся поступление в зону капиллярной каймы вод из напорных водо­ носных слоев. Некоторые ученые (А. Д. Брудастов и др.) полага­ ют, что по этой причине могут быть заболочены обширные про­ странства. Автор не разделяет такую точку зрения.

Просачивание напорных вод через кровлю водоносных гори­ зонтов связано со значительными потерями напора. Величина этих потерь зависит от проницаемости кровли и, как показали иссле­ дования автора [74], превышает обычно мощность кровли. В ре­ зультате поступление воды из напорных водоносных слоев через кровлю в покровные слои настолько незначительно, что даже в

Рис. 22. Схема заболачивания местности из-за высокого стояния уровня при­ текающего с водосбора грунтового потока:

150

Рис. 23. Схема заболачивания местности вследствие изменения мощности водо­ носного слоя:

непосредственной близости от самоизливающихся буровых сква­ жин влажность грунтов, залегающих выше кровли, как правило, не превышает капиллярной влагоемкости. Отсюда следует, что за­ болачивание грунтово-напорными водами возможно лишь в тех случаях, когда величина действующего напора достаточна не толь­ ко для преодоления потерь при просачивании через кровлю, но и на поддержание уровня просочившихся вод на глубине, меньшей критической (рис. 24).

Чаще всего заболачивание грунтово-напорными водами проис­ ходит в поймах и в аллювиальных долинах, где поступление на­ порных грунтовых вод в корнеобитаемый слой (рис. 25) облегчает­ ся невыдержанными мощностью и механическим составом отдель-

Рис. 24. Схема заболачивания местности грунтово-напорными водами:

151

Рис. 25. Схема заболачивания аллювиальных равнин:

ных прослоек, а также разрывами в кровле водоносных горизонтов

[39].

Грунтовые потоки дренируются реками, озерами и оврагами. По данным Е. В. Оппокова [65], иссушающее действие оврагов распространяется нередко на километр и более. При высоком стоя­ нии уровня воды в водоемах и водотоках происходит, наоборот, подпор грунтовых вод, постепенный подъем их уровня и заболачи­ вание прилегающей к таким рекам и озерам местности. При строительстве на реках водоподпорных плотин или сооружений, стесняющих русло (мостовые переходы и др.), бытовой уровень воду повышается. Подпоры часто ведут к повышению уровней во впадающих в эту реку притоках и соединяющихся с ней озерах и других водоемах. Подпор уровней воды в реках вызывает уси­ ленное просачивание русловых вод в грунтовую толщу; подъем уровней грунтовых вод приводит к подтоплению и заболачиванию прилегающей территории. При строительстве подпорных сооруже­

в болотную, либо в процессе подзолообразования.

Органическая масса, создаваемая растениями, в наибольшем количестве сосредоточивается в узле кущения. В связи с этим в слое почвы, где располагается узел кущения, происходит интен­ сивное накопление органического вещества. При господстве в рас­ тительном покрове корневищных и рыхлокустовых злаков органи­

152