Ґрунтознавство і географія ґрунтів - С.П. Позняк 2010

Розділ 4. Ґрунти тайгово-лісової зони
4.7. Болотні ґрунти

Болотні ґрунти мають широке розповсюдження на земній поверхні. Основні масиви болотних ґрунтів зосереджені в тундровій, тайгово-лісовій і тропічній зонах. В Україні площа боліт і заболочених земель приблизно 5,5 млн га, а власне боліт - 1,17 млн га. Болота найбільше зосереджені на Поліссі та Малому Поліссі, Лівобережному Лісостепу, Середньому Придніпров’ї, Західному Лісостепу, Передкарпатті та Закарпатті.

Формування і розвиток болотних ґрунтів нерозривно пов’язані з надлишковим зволоженням, спричиненим поверхневими і ґрунтовими водами та приуроченим до від’ємних форм рельєфу, а також до рівнинних територій зі слабким поверхневим стоком або його відсутністю у випадку наявності щільного водотривкого горизонту в товщі ґрунту чи ґрунтотворної породи. Болотні ґрунти формуються під впливом двох процесів - торфоутворення та оглеєння.

Торфоутворення — це накопичення на поверхні ґрунту напіврозкладених рослинних залишків у результаті їх сповільненої гуміфікації і мінералізації в умовах надлишкового зволоження. На початковій стадії заболочування появляються вологолюбні автотрофні рослини, які в наступній стадії змінюються зеленими мохами, зозулиним льоном і, насамкінець, білим мохом — сфагнумом. Надлишкове зволоження відображається не тільки на складі рослинності, але й на темпах і характері розкладення її залишків.

В анаеробних умовах інтенсивність процесів окиснення сильно слабшає і органічні речовини до кінця не мінералізуються. Розкладення їх при анаеробності веде до утворення проміжних продуктів у вигляді високомолекулярних органічних кислот (масляна, молочна, оцтова тощо), які пригнічують життєдіяльність мікроорганізмів, що відіграють важливу роль у процесах перетворення органічних речовин у ґрунті.

При розкладенні органічних залишків в анаеробних умовах на поверхні ґрунту накопичуються напіврозкладені органічні речовини у вигляді торфу. Потужність товщі торфу може сягати 10 м і більше. В утворенні торфу важлива роль належить різним ґрунтовим мікроорганізмам. На початковій стадії на відмерлій рослинності активно розвиваються неспороносні бактерії і гриби, які надалі змінюються целюлозорозкладачами та іншими мікроорганізмами.

Анаеробіозис різко гальмує розкладення органічної речовини, а тим самим і залучення зольних елементів і азоту в нові цикли біологічного колообігу, тому виникає відносна нестача елементів зольного живлення і азоту для рослин.

У різних умовах заболочування території простежуються свої особливості розвитку і зміни болотної рослинності.

При болотному процесі в пониженнях, куди з ґрунтово-підґрунтовими водами надходить значна кількість елементів живлення, можуть стійко розвиватися вимогливіші до поживного режиму трав’янисті рослини-торфоутворювачі: щільнокущові злаки, осоки, очерет, пухівка, рогіз, хвощ та інші. Особливо велику роль у торфоутворенні відіграють мохи: гілкові зелені (Bryales), зозулин льон (Politrichumcommune L), білі сфагнові (Sphagnales).

Другим важливим процесом в утворенні болотних ґрунтів є глейовий. Термін «глей» введений в наукову літературу Г. М. Висоцьким, який вперше вказав на біохімічну природу глеєутворення. Глей — це більш-менш щільна суглинкова або глиниста порода сірого кольору з зеленкуватим відтінком. Головну роль у процесі оглеєння відіграє перетворення оксиду заліза в закис з подальшим його вилуговуванням. Цей перехід відбувається в умовах утрудненого або повного припинення доступу оксигену повітря за участі анаеробних мікроорганізмів.

Власне процес оглеєння - складний біологічний відновний процес, який відбувається при перезволоженні ґрунтів в анаеробних умовах за обов’язкової наявності органічної речовини і участі анаеробних мікроорганізмів. Провідна роль у процесах оглеєння належить маслянокислим бактеріям.

При глеєутворенні відбувається руйнування первинних і вторинних мінералів. Окрім того, суттєвих перетворень зазнають сполуки елементів зі змінною валентністю (Fe, Mn, S і N). Найхарактерніша особливість глеєутворення — відновлення окисного заліза в закисне. Воно може відбуватися в результаті як ферментативної діяльності мікроорганізмів, так і під впливом продуктів життєдіяльності анаеробних мікроорганізмів. До таких продуктів належать газоподібні сполуки (H₂, H₂S), низькомолекулярні органічні кислоти і гумінові кислоти.

Перша речовина, що утворюється при відновленні заліза, — двовуглекисле залізо Fe(HCO₃)₂, яке в природних умовах досить добре розчинне у воді і при зміні відновних умов на окисні легко окислюється з утворенням гідрооксиду заліза:

4Fe(HCO₃)₂+ O₂+ 2H₂O → 4Fe(OH)₃+ 8CO₂.

Іржаві та вохристі плями, примазки та інші залізисті утворення в слабозаболочених ґрунтах зумовлені сполуками гідрату окису заліза, які виникають при зміні окисно-відновних умов. При тривалому і постійному надлишковому зволоженні в умовах стійкого розвитку глейового процесу іони закисного заліза вступають у реакцію з кремнеземом і глиноземом, утворюючи з ними вторинні алюмоферосилікати, в склад яких входить закисне залізо.

Такі мінерали, на відміну від мінералів, що містять окисне залізо, мають сизувате, брудно-зеленкувате або голубувате забарвлення. Ґрунтові горизонти, в яких накопичуються такі мінерали, називають глейовими. Коли надлишкове зволоження нетривале, то суцільний глейовий горизонт може не утворитися, а замість нього в ґрунтовому профілі появляються окремі сизуваті або зеленувато-голубуваті плями. Такі горизонти називають глеюватими.

У процесі оглеєння, окрім вторинних мінералів, стійкіших до окислення, утворюються і менш стійкі мінерали, до яких можна віднести сидерит (FeCO₃) і вівіаніт [Fe₃(PO₄)₂-8H₂O]. При оглеєнні ґрунт відносно збагачується силікатною кислотою і збіднюється залізом і трохи алюмінієм.

Під час оглеєння відновлюється марганець з утворенням рухомих його сполук. Продуктами відновлення сірки в умовах розвитку стійкого оглеєння є H₂S і FeS.

Оскільки при оглеєнні утворюються активні органічні сполуки з кислими властивостями і рухомі компоненти руйнування та відновлення мінеральної частини ґрунту, то створюються сприятливі умови для виникнення різноманітних органо-мінеральних сполук, що мають важливе значення в міграції заліза, марганцю і алюмінію з оглеєних горизонтів. Найсильніше процеси міграції розвиваються в ґрунтах поверхневого тимчасового надлишкового зволоження під впливом сезонного оглеєння при поєднанні з низхідними струменями води. Такий елювіально-глейовий процес відіграє значну роль у формуванні елювіальних горизонтів у різних типах ґрунтів — глеєпідзолистих, солодях, підбілах та інших.

Розвиток процесів оглеєння суттєво погіршує агрономічні властивості ґрунтів, і для їхнього покращення необхідне проведення корінної зміни водно- повітряного режиму осушувальними меліораціями, а для ґрунтів тимчасового поверхневого зволоження — застосування комплексу агротехнічних заходів.

Основними типами заболочування або болотоутворення є заболочування суші і заторфовування водойм. Заболочування суші відбувається атмосферними і прісними ґрунтовими водами.

Заболочування суші атмосферними водами відбувається головно на вирівняних територіях, складених важкими породами, і приурочене до різного роду понижень на вододілах. На початкових стадіях поверхневого заболочування формуються перегнійно-підзолисті поверхнево-глеюваті ґрунти. Надалі гумусовий горизонт цих ґрунтів оторфовується, а потім утворюється самостійний торф’яний горизонт на поверхні ґрунту, в результаті чого формуються торф’янисто- або торф’яно-підзолисто-глейові ґрунти, які при подальшому наростанні торф’яного шару перетворюються в болотний верховий ґрунт.

Заболочування прісними (м’якими) ґрунтовими водами відбувається на безкарбонатних переважно легких породах, які підстеляються важкими за гранулометричним складом відкладами. Надходження атмосферних опадів спричиняє високе стояння ґрунтово-підґрунтових вод, внаслідок чого виникає надлишкове зволоження ґрунтового профілю. Заболочування починається з розвитку оглеєння у нижніх горизонтах і формування трав’янистої підстилки, а потім і торф’янистого горизонту. Стійкий розвиток ґрунтового заболочування прісними водами веде до утворення болотно-підзолистого, а потім торф’яно-глейового і торф’яного ґрунту верхового болота.

Заболочування жорсткими ґрунтовими водами відбувається за рахунок ґрунтових вод, насичених двовуглекислим кальцієм Ca(HCO₃)₂. На таких ділянках добре розвивається вологолюбна трав’яниста рослинність, дерева і чагарники. Наявність бікарбонату кальцію зумовлює нейтральну або слаболужну реакцію, при якій активніше відбуваються процеси гуміфікації, а утворені гумусові речовини нейтралізуються і закріплюються іоном кальцію. В таких умовах формуються дерново-глейові ґрунти. Стійке і тривале перезволоження жорсткими ґрунтовими водами зумовлює утворення на поверхні ґрунтів торфового горизонту, і поступово дерново-глейовий ґрунти перетворюється в болотний торф’яний низинний ґрунт.

Утворення торф’яних болотних ґрунтів можливе і в ході заторфовування водойм. Відмерлий планктон (водорості, молюски тощо) змішується на дні з мінеральним мулом, утворюючи сапропель (гниючий мул), який поступово переходить у більш тверду органо-мінеральну масу — сапропеліт. Крім того, в утворенні торф’яної маси беруть участь і плаваючі рослини, які утворюють щільну сплавину, від якої відриваються нижні частини й опускаються на дно, заповнюючи водойму. Так поступово відбувається заторфовування водойми зверху і знизу. На поверхні торф’яної товщі, яка вийшла з-під води, поселяється болотна рослинність і надалі можуть поступово розвиватися стадії ґрунтів низинного, перехідного і верхового болота.

Серед болотних ґрунтів вирізняють три типи: торф’яні верхові, торф’яні низинні і болотні мінеральні ґрунти.

Торф’яні верхові ґрунти характеризуються низькозольним сильнокислим торфом, переважно слаборозкладеним.

Торф’яні низинні ґрунти характеризуються високою зольністю торфу, значними запасами елементів мінерального живлення.

Болотні мінеральні ґрунти — це ґрунти перехідних і низинних боліт, в яких акумуляція органічних речовин не дійшла до стадії торфоутворення.

У болотних ґрунтах виділяють такі горизонти: лісова підстилка О, або очіс Оч; торф’яний горизонт Т з поділом на підгоризонти Т₁ і Т₂ залежно від ступеня розкладення рослинних речовин. Торф’яний горизонт може бути слаборозкладеним (торф’яним), середньорозкладеним (перегнійно-торф’яним) і сильнорозкладеним (перегнійним). Нижче від торф’яного горизонту залягає глейовий (Gl) горизонт, а під ним залягає ґрунтотворна порода.

Різні умови ґрунтотворення верхових і низинних болотних ґрунтів визначають значні відмінності складу і властивостей їхніх торф’яних горизонтів. У верхових болотах ступінь розкладення торфу слабкий і середній, у низинних — найчастіше високий. Торф у верхових болотних ґрунтах слабо гуміфікований, гумусові речовини становлять 10-15% загального С і в їхньому складі переважають фульвокислоти. Торф низинних болотних ґрунтів добре гуміфікований, у ньому міститься 40-50% гумусових речовин, переважна частина яких представлена гуміновими кислотами.

Торф болотних ґрунтів багатий азотом (від 0,5-2,1% у верхових до 3-4% в низинних ґрунтах), проте азот перебуває у важкомобілізованих формах. Реакція торфу верхових болотних ґрунтів кисла і сильнокисла, а низинних коливається від слабокислої до слаболужної. Торф усіх видів характеризується високою ємністю вбирання (від 80-90 до 130-200 ммоль/100 г) і відрізняється за гідролітичною кислотністю і насиченістю основами. Ступінь насичення основами в торфі верхових ґрунтів 10-30%, а в низинних — 70-100%. Торф верхових ґрунтів має низьку зольність (2-5%), низинних - 5-10%, перехідних - до 30-50%.

Найважливішими компонентами попелу є фосфор, калій і кальцій. Фосфор у торфі міститься здебільшого в органічній формі і в невеликих кількостях (0,10,4%). Усі торфи бідні калієм. Вміст кальцію у торфі верхових боліт незначний, а в торфі низинних ґрунтів у середньому 2-4%, досягаючи в карбонатних родах 30% і вище.

Торф’яні горизонти болотних ґрунтів мають специфічні фізичні властивості: низькі показники щільності будови, високу вологоємність, слабкі водопроникність і теплопровідність. Вологоємність низинного торфу становить від 400 до 900%, верхового - від 1000 до 1200%.

Слабка теплопровідність торф’яних горизонтів визначає неглибоке промерзання болотних ґрунтів у холодний період і дуже повільне їхнє прогрівання. Сухий торф добре адсорбує гази, зокрема аміак, що має важливе значення у випадку використання торфу як підстилки.

Найпоширеніші в Україні низинні торфові болота (95%) і лише незначні масиви (5%) являють собою перехідні та верхові болота з відповідними ґрунтами.

Низинні торф’яні ґрунти формуються в умовах багатого та підвищеного водно-мінерального живлення за рахунок підґрунтових, алювіальних і делювіальних вод. Ці ґрунти утворилися з гігрофільних рослин, вибагливих до мінерального живлення. Низинні торф’яні ґрунти переважно середньо- та високозольні, величина рН у межах 5,4-7,6, вміст загального азоту 1,5-3,5%, P₂O₅ — 0,18-0,40%, K₂O — 0,03-0,45%.

За товщиною торфу всі органогенні ґрунти поділяються на торф’янисто- болотні (менше 20 см), торф’яно-болотні (20-50 см), торф’яники неглибокі (50100 см), середньоглибокі (100-200 см), глибокі (200-400 см) і надглибокі (понад 400 см).

Болотні ґрунти розрізняються не тільки за ґенезою, складом і властивостями, а також мають різну цінність як сільськогосподарські угіддя. Більш важливими в сільськогосподарському значенні є низинні болотні ґрунти, торф яких має високу зольність, більший вміст азоту і сприятливу реакцію.

Використання болотних ґрунтів відбувається в двох напрямах: як джерело органічних добрив і як об’єкт для освоєння та перетворення їх у культурні угіддя. В землеробстві існує два способи використання торфу: як підстилку на тваринницьких фермах і для приготування компостів.

Болотні ґрунти представляють собою цінний земельний фонд, який після осушення та проведення культуртехнічних і агротехнічних заходів використовують як сільськогосподарські угіддя (рілля, сіножаті, пасовища).

В Україні осушено близько 2,5 млн га гідроморфних ґрунтів, серед яких переважають болотні ґрунти. Майже суцільне осушення і розорювання гідроморфних земель, проведення культуртехнічних меліорацій різко порушили екологічну рівновагу, властиву природній дренажній мережі з тисячолітньою історією. Це спричинило істотне обміління річок у межень, погіршення гідрохімічного режиму території, озалізнення дренажних систем і вихід їх з ладу, «спрацювання» осушених торф’яників, торфові пожежі, переосушення і дефляцію значної частини торфових ґрунтів, вторинне підкислення та підлужування торфових ґрунтів, істотне збіднення біорізноманіття гідроморфних ландшафтів, зменшення природного генофонду тварин і рослин. Торф’яні ґрунти після їхнього осушення втрачають притаманну цілинним варіантам здатність відігравати в ландшафтах роль акумулятора і де- токсиканта всіляких забруднювачів довкілля. Ренатуралізація осушених торфових земель потребує нових методичних і технологічних підходів.