Рисунок 3.6 – Виды осушителей (Ф.Р. Зайдельман, 2003)
Бестраншейный дренаж также применяется преимущественно для осушения глубоких торфянищ и тяжелых по механическому составу минеральных почв.
Кротовый дренаж – это система кротовин, трубоподобных отверстий диаметром от 6 до 10 см, проделываемых специальным орудием на глубине от 40 до 70 см. Рабочими органами этого орудия, называемого плугом, служат ножи и дренер – стальной заостренный спереди цилиндр с увеличенным диаметром на его конце. На корпусе плуга укрепляется нож, который образует щель, а дренер, прикрепленный тросом к нижней части ножа на необходимой глубине, при движении орудия образует дрену (кротовину) с уплотненными стенками. Образование дрен начинается с открытого канала, в который впоследствии будет стекать из них вода (рисунок 3.7).
Рисунок 3.7 – Конструкция различных типов дрен
Биологический дренаж – способ осушения, основанный на применении для осушения почв растений, обладающих высокой транспирационной способностью. Впервые такой способ был применен в Колхиде в начале 30-х годов. В качестве растения-осушителя был использован эвкалипт. Этот способ, однако, не получил широкого распространения в мелиоративной практике.
3.4 Причины заболачивания почв
Заболоченные и болотные почвы возникают в результате действия разных причин заболачивания. Исходя из задач мелиорации и сельскохозяйственного производства, под причиной заболачивания понимают такой гидрологический фактор (факторы), который вызывает длительный анаэробиоз, обусловленный застоем влаги в горизонтах почвенного профиля. Он приводит к угнетению или гибели сельскохозяйственных культур, возникновению характерных признаков почвенного гидроморфизма, ухудшению условий проведения сельскохозяйственных и других работ. Устранение этих причин с помощью гидротехнических и агромелиоративных мероприятий создает благоприятные условия для роста и развития сельскохозяйственных культур и выполнения полевых работ. Заболоченные и болотные почвы, входящие в обширную группу гидроморфных почв, формируются под влиянием главным образом пяти гидрологических факторов: атмосферных, намывных склоновых, намывных русловых, грунтовых и грунтово-напорных вод (рисунок 3.8).
Кроме того, заболоченные и болотные почвы могут возникать в результате зарастания водоемов или под влиянием биогенного заболачивания. Таким образом, заболоченные и болотные почвы образуются под действием семи факторов (или семи причин) заболачивания (пяти гидрологических факторов заболачивания суши, зарастания водоемов и биогенного заболачивания).
Рисунок 3.8 – Гидрологические причины заболачивания почв суши
В мелиоративном отношении диагностика причин заболачивания почв представляет существенный интерес, поскольку они определяют метод осушения, ту принципиальную направленность мелиоративных мероприятий (например, понижение уровня грунтовых вод при заболачивании почв грунтовыми водами, ускорение поверхностного и внутрипочвенного стока при заболачивании намывными склоновыми водами и т.д.).
Наблюдается определенная зональность причин заболачивания. Так, на севере, в холодном поясе, возникновение гидроморфных почв связано исключительно с влиянием осадков, вызывающих формирование надмерзлотной верховодки. В умеренно теплом поясе в пределах огромных зандровых равнин доминируют гидроморфные почвы, возникшие под влиянием грунтовых вод. На моренных, озерно-ледниковых, пермских, покровных суглинках и глинах водоразделов распространены преимущественно почвы, заболоченные намывными склоновыми водами. В лесостепной зоне заболачивание почв вызвано главным образом выклиниванием грунтовых и напорных вод в поймах рек. Причины заболачивания почв тесно связаны с геологическим и геоморфологическим строением территории, растительным покровом.
3.4.1 Признаки заболачивания почв грунтовыми и напорными водами
Проходя через толщу рыхлых или сильнотрещиноватых отложений, грунтовые и напорные воды в местах выклинивания разгружаются от ранее выщелоченных и растворенных соединений. Поэтому аккумуляция в почвах различных солей часто является надежным диагностическим признаком заболачивания почв грунтовыми, грунтово – напорными или напорными водами. В районах гумидного климата в зонах грунтового заболачивания откладываются обильные скопления окиси железа, карбонатов кальция и магния, реже гипса. Железистые соединения часто возникают в почвах в тех случаях, когда водосборная площадь бассейна образована песчаными почвогрунтами и особенно когда подземные воды мигрируют по породам, содержащим сульфиды, карбонаты и гидроокиси железа. Фильтруясь через такие почвогрунты, осадки в условиях господствующего на этой территории глееобразования растворяют пленки окиси железа и в виде закисных железоорганических и минеральных солей приносят эти соединения в грунтовый поток. В зонах аэрации эти формы двухвалентного железа подвергаются интенсивному окислению и выпадают в осадок в виде гидроокиси железа. При последующей дегидратации в местах скопления гидроокиси формируются прослойки болотной руды, нередко достигающие большой мощности (нескольких дециметров). Аккумуляция карбонатов в виде болотного мергеля, туфа, конкреций и других образований происходит в тех случаях, когда грунтовые или напорные воды проходят сквозь толщу трещиноватых известняков или рыхлых четвертичных отложений, обогащенных обломками известняковых пород. В этом случае подземные воды транспортируют кальциевые и магниевые соли в виде бикарбонатов, которые удерживаются в растворе лишь при высокой концентрации свободной углекислоты. В зоне разгрузки этих вод происходит резкое уменьшение парциального давления углекислоты; бикарбонаты переходят в карбонаты и выпадают в осадок.
Поэтому в почвах, заболоченных грунтовыми и напорными водами, возникают своеобразные новообразования, имеющие важное диагностическое значение при мелиоративных изысканиях и исследованиях.
Почвы, заболоченные грунтовыми водами, развиваются под покровом специфической растительности. Так, в зоне южной тайги в притеррасных депрессиях широко распространены сообщества черной ольхи, ивы и березы. На ольховых коблах произрастают таволга вязолистная, черная смородина, крапива жгучая. Деревья часто обвиты хмелем. Между коблами осоки дернистая, острая и другие образуют редкие кочки значительной высоты, а в сильно обводненных участках – сабельник болотный, вахта трехлистная, калужница болотная, белокрыльник болотный, манник наплывающий, осоки пузырчатая, ложносытевая. Этот растительный покров обычно приурочен к минеральным почвам ольховых топей, а также к хорошо разложившимся высокозольным торфяным почвам, обогащенным элементами зольного и азотного питания.
При заболачивании менее минерализованными грунтовыми водами часто поселяются березово-травяные сообщества и сообщества крупных кочкарных осок. На осоковых кочках растут вероника длиннолистная, вербейник обыкновенный, валериана лекарственная. В этом сообществе наряду с высокорослым разнотравьем поселяются тростник обыкновенный и различные виды вейника. Тростниковые сообщества, образованные тростником, рогозом широколистным и узколистным, камышом озерным, обычно приурочены к участкам с проточной водой.
В местах выклинивания жестких грунтовых вод поселяются гипновомоховые сообщества; в условиях заболачивания мягкими водами на болотных почвах – осоково-гипновые и гипново-осоковые, на минеральных – влажные сообщества белоуса, сообщества мелких осок и др.
Однако растительность не является исключительным индикатором причин заболачивания, так как нередко в условиях различного заболачивания встречаются близкие ассоциации и в однородных условиях – различные сообщества.
3.4.2 Признаки заболачивания почв атмосферными и намывными склоновыми водами
Атмосферные и намывные склоновые воды поступают непосредственно на рассматриваемую территорию или проходят относительно короткий путь по поверхности водосбора. Их химический состав и количество влекомого мелкозема определяются величиной, составом пород и характером водосбора.
Водный режим почв, заболоченных атмосферными и намывными склоновыми водами, отличается выраженной сезонной цикличностью. Их обильная обводненность во время выпадения осадков и весеннего снеготаяния сменяется резким падением уровня верховодки или ее полным исчезновением в засушливый период. Почвы, заболоченные атмосферными и намывными склоновыми водами, обычно приурочены к массивам, образованным породами суглинистого и глинистого механического состава. Вместе с тем почвы с таким заболачиванием могут быть приурочены и к породам с двучленным строением (верхний легкий нанос песчаного или супесчаного гранулометрического состава подстилается кислыми, карбонатными моренными или покровными суглинками и глинами).