Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»


В.В. Панов


ВОССТАНОВЛЕНИЕ

ТОРФЯНЫХ БОЛОТ


Учебное пособие

Издание первое


Томск

2006

УДК 504.5.062:631.615 ББК С

Печатается по решению редакционно-издательского совета Томского государственного педагогического университета

Панов В.В. Восстановление торфяных болот: Учебное пособие. Томск: Издательство Томского государственного педагогического университета, 2006. 70 с.


Пособие включает вопросы, связанные с восстановлением торфяных болот после нарушения и, прежде всего, после добычи торфа. Дается методологическая основа проблемы восстановления, ее содержание и необходимые термины.

Рассматриваются особенности нарушения болот и их современное состояние. Для оценки текущих процессов и в целях классификации выработанных и самовосстанавливающихся торфяных болот описываются основные способы добычи торфа и признаки их описания. По каждому распространенному способу добычи приводятся данные о зарастании выработанных торфяных болот и состоянию торфяной залежи.

При анализе существующего опыта выделены основные подходы по восстановлению болот и возможности их развития. Предложены примеры схем обводнения нарушенных добычей или осушением болот.

Пособие может быть полезно студентам и специалистам в области торфоведения и болотоведения, геоэкологии, инженерной защиты природной среды, комплексного и рационального использования природных ресурсов.

Рецензенты:

ISBN	© Томский государственный педагогический университет, 2006 © В.В. Панов, 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Предисловие……………………………………………….………………......4

Введение………………………………………………………………….……6

1. Методология восстановления торфяных болот ..……………….….…….8

1. 
   Терминология……………………………………………..…………...8
   
2. 
   Цели и задачи восстановления………………………………………10
   
3. 
   Стадии восстановления………………………………………………11
   
1. 
   Состояние выработанных торфяных болот России………………….....12
   
   1. 
      Проблемы восстановления болот в России………............................12
      
   2. 
      Особенности фонда выработанных торфяников……………...........13
      
   3. 
      Основные способы добычи торфа…………………………………...15
      
   4. 
      Признаки описания способов добычи торфа…………….................19
      
   5. 
      Состояние торфяных болот после добычи………………………….22
      
      1. 
         Особенности зарастания выработанных торфяных болот.......22
         
      2. 
         Геологические, гидрогеологические и гидрологические
         

особенности выработанных торфяников………………………………..27

3. 
   Физические, химические и микробиологические
   

особенности выработанных торфяников………………………………..28

3. 
   Самовосстановление и классификация выработанных болот …….......30
   
   1. 
      Особенности разработки зарастающих болот...................................30
      
   2. 
      Структура торфяной залежи выработанных торфяных болот.........34
      

   3. Структура и состав растительности выработанных

торфяных болот..........................................................................................40

4. 
   Схемы самовосстановления болот, выработанных
   

разными способами....................................................................................41

1. 
   Особенности классификации самовосстанавливающихся болот....42
   
1. 
   Основные подходы к восстановлению болот……………………..........47
   
   1. 
      Западноевропейский подход………………………………………...47
      
   2. 
      Североамериканский подход…………………………………….….53
      
   3. 
      Компромиссный вариант восстановления………............................56
      
   4. 
      Перспективные аспекты восстановления..........................................58
      
   5. 
      Частные методы восстановления выработанных болот...................60
      
   6. 
      Основные проблемы, установленные при восстановлении
      

выработанных болот..................................................................................61

1. 
   Значение типологии объектов восстановления.......................61
   
2. 
   Регулирование развития растительного покрова....................62
   
3. 
   Нерегулируемое изменение трофности....................................62
   
4. 
   Особенности водорегулирования..............................................63
   
1. 
   Схемы поэтапного обводнения болот…………………………………..64
   

Контрольные вопросы для самоподготовки……………….........................67

Список использованной и рекомендуемой литературы..............................68

ПРЕДИСЛОВИЕ

Развитие направления по восстановлению торфяных болот начинается с конца 60-х г. XX века. Основными причинами, побудившими ученых заняться этой проблемой явилась катастрофическая ситуация с сохранением торфяных болот в середине XX века в Европе. Например, в Голландии, Германии, США, Франции и др. западноевропейских странах выработано или нарушено более половины всех болот. В некоторых районах торфяные болота полностью исчезли. В результате при разработке государственных и международных программ по сохранению вводно-болотных угодий и биоразнообразия, изменению климата и т.д., значительное внимание было обращено на болота.

В настоящее время в России нет учебных и практических руководств, отражающих состояние вопроса по восстановлению торфяных болот. Исключением являются исследования прибалтийских ученых рассматривавших в начале 80-х г. XX века принципы обустройства заболоченных ландшафтов, но не получившие широко обсуждения и продолжения. В 2002 г. вышла отраслевая инструкция по обводнению болот после добычи торфа, рекомендации которой в основном касаются прекращения стока с болот в результате перестройки системы осушения. Но опыта по обводнению выработанных болот в России практически нет, что препятствует развитию и проверке рекомендаций. Еще одно небольшое издание (Рекомендации по восстановлению болот, нарушенных осушительными работами, 2002) касается обводнения осушенных лесов. В ее основе лежит опыт западных коллег по постройке легких плотин.

В мире наиболее распространены два издания, которые можно условно назвать учебными или учебно-практическими руководствами по восстановлению болот. Первое издано в Канаде сотрудниками университета Лаваль Ф. Куинти и Л. Рошфорт при содействии канадской ассоциации производителей продукции из моховых сфагновых торфов. Первое издание – 1997 г., второе – 2003 г. Второе руководство было выпущено в Германии участниками специального британско-датско-германского проекта (BRIDGE-PROJECT) при содействии западноевропейских торфопроизводителей и Европейской Комиссии. Работы координировались и направлялись И. Бланкенбургом и В. Тоннисом. Работа издана в 2004 г.

В отличие от названных изданий, где основной упор делается на создание системы обводнения и использовании некоторых механизмов восстановления болотной растительности, в данном пособии рассматриваются основные принципы, терминология и проблемы, связанные с восстановлением болот – это вопросы которые присутствуют в настоящее время только в научных публикациях.

Недооценка априорных представлений о роли механизмов развития болот приводит к ошибкам в постановке исследований и проведении мероприятий по восстановлению, результаты которых могут проявиться только в отдаленной перспективе. Поэтому следует отходить от чисто эмпирического опыта и решать задачу в равной степени практически и теоретически – в чем действительно сильна российская школа болотоведения и торфоведения.

Проблемы понимания процессов самовосстановления выработанных болот во многом зависят от способов разработки торфяных болот и поэтому в пособии представлены основные способы, закономерности и особенности разработки болот в зависимости от индивидуальных геологических и ежегодно меняющихся климатических условий.

Часть материала посвящена свойствам выработанных болот, которые во многом определяют характер их зарастания. Эти материалы представлены в литературе достаточно полно, но в основном в связи с дальнейшим культурным использованием выработанных болот.

Исследования процессов самовосстановления болот, выработанных разными способами, позволили в значительной степени оценить скорость и тенденции возвращения болотами их природной целостности или скоординированного роста.

В работе не рассматриваются проблемы связанные с восстановлением функций торфяных болот, т.к. принимается, что восстановление болот как научная проблема в настоящее время не позволяет выполнять его направленно или избирательно на количественные показатели восстановления функций болот.

Настоящее пособие не включает в себя анализ гидротехнических достижений в торфяной отрасли. В этой области мало, что изменилось и представлено достаточно на высоком мировом уровне в известных учебниках А.Д. Дубаха, Р.П. Спарро (1930), Л.И. Кутайса (1955), Х.Н. Старикова (1977) и многих др., где рассмотрены все принципиальные конструкции гидротехнических сооружений.

Представленное пособие – это первое издание, отражающее данное направление, поэтому, наверное, содержит недостатки и неточности в представлении материала и его структуры. Если читатели найдут возможным, указать на них, то автор будет благодарен за внимательное отношение и в дальнейших изданиях внесет необходимые исправления и дополнения.

Пожелания можно направлять по адресу: 170026 Тверь, наб. Аф. Никитина, 22, Тверской государственный технический университет, кафедра природообустройства и экологии.

ВВЕДЕНИЕ


В настоящее время одной из главных проблем геоэкологии является формирование оптимальных условий интеграции биогеосферы и техносферы в целостную самоорганизующуюся систему экосферы.

По И.В. Крутю (1978) экосфера – это трансформированная антропогенным воздействием биогеосфера, включающая в себя систему живых организмов с заполняющими ее средами (воздушной, водной и литогенной), или – это пространство взаимодействия биосферы с геосферами. На рис. 1 представлена модель развития экосферы.

А
ктивная форма охраны природы и развитие открытых техносистем – это два наиболее ожидаемых в будущем процесса, связанных между собой неизбежными противоречиями. Формирование техноэкосистем с доминантой техногенных процессов над естественными соответствует экстенсивному развитию техноэкосистем. При доминировании естественных процессов – интенсивному.

Общей целью этого пособия является попытка сформировать единую методологическую основу системы управления торфяными болотами в условиях интенсификации техногенеза, которая включает три эволюционных стадии торфяного болота (до, в период и после освоения) как одно целое. Такой подход близок идеям российских географов о культурном или техногенном круговороте в природе, о пространственно-временной целостности естественных природных составляющих и технологии производства и о эколого-хозяйственным балансе территории.

В настоящее время использование болотных ландшафтов основывается на рассмотрении их балансовой модели, в которой учитываются параметры техносистемы, экономически оптимальные для нее самой. Базы торфодобычи проектируются без надлежащего учета биосферных функций болот, экономическая оценка которых существует только в общих чертах. При оценке баланса охраняемых, разрабатываемых или окультуренных торфяников не учитывается их географическое положение относительно растущих городов, а также экологически неустойчивых природных и техногенных комплексов.

На протяжении длительного времени разработка моделей генезиса торфяных болот ограничивались рамками их сырьевого использования. Модели строения и развития торфяных болот, удовлетворяющие нуждам промышленности, как правило, не связаны с задачами по исследованию их функционирования. За три последних десятилетия произошли изменения в оценке роли болот в жизни общества. Их состояние стало важным фактором стабильности окружающей среды. Актуальны и необходимы исследования и разработка моделей функционирования торфяных болот как саморегулируемых и динамически равновесных геосистем, развитие которых зависит, прежде всего, от целостности их механической системы.

М
етодологическая основа восстановления торфяных болот отражена на рис. 2.

Геоэкологические знания поступят проектировщикам в виде рекомендательных документов. При этом проектируемые работы определяются: 1) проектированием природно-технической пространственно-временной системы, 2) учетом индивидуальности каждого объекта, 3) проектированием функционирующей системы и 4) требующей по мере ее реализации мониторинга.

На примере проблемы восстановления выработанных торфяных болот реализуется концепция возобновляемого природопользования.

1. 
   МЕТОДОЛОГИЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТОРФЯНЫХ БОЛОТ
   

1.1. Терминология


Объект восстановления. На основе понятия экосферы предлагается классификация торфяных болот (рис. 3). Предлагаемая классификация объединяет в один объект торфяное болото в естественном, нарушенном или восстанавливающемся (восстановленном) состояниях, отражающих единый эволюционный ряд развития болота.

На устойчивые естественные болота оказывается только дистанционное воздействие, неспособное в настоящее время резко изменить характер их существования. Однако с учетом степени аэрозольного загрязнения (тяжелые металлы, радионуклиды, органические соединения и т.д.) могут происходить изменения растительности или открытой поверхности торфа – это меняющиеся биогеосистемы.

Регенерируемые экосистемы меняют направление своего развития под техногенным воздействием, но сохраняют способность к самовосстановлению. Генерируемые экосистемы формируются в совершенно новых для них условиях и не имеют прямой связи с прежней экосистемой.

К рекультивируемым системам относятся леса, пастбища, сенокосы, прудовые хозяйства и т. д., расположенные на нарушенных торфяниках и не требующие на их развитие затрат кроме первоначальных. Рекультивируемая система возвращается в относительно естественный вид, но свои естественные функции выполняет не полностью в отличие от регенерируемых торфяников.

В отличие от них, торфяники, используемые для выращивания оборотных сельскохозяйственных и лесных культур и требующих регулярной трансформации верхнего слоя торфяника, являются культивируемыми или окультуренными.

Инфраструктурные техносистемы представляют собой инженерные сооружения и коммуникации (ЛЭП, автодороги, трубопроводы, здания и т.д.), не связанные непосредственно с добычей торфа. Водохозяйственная техносистема включает в себя мелиоративные системы, позволяющие влиять на водный баланс территории, регулирование стока, затопление торфяных отложений при создании водохранилищ, систем водозабора из болотных озер и др.

Процесс восстановления. Вопрос восстановления применительно к болотам в русскоязычной литературе используются несколько в разной степени близких понятий (рекультивация, вторичное заболачивание, реабилитация, техногенез, оживление (revitalization), переувлажнение, восстановление (воссоздание), регенерация, реставрация и др.).

Рекультивация торфяных почв в основном направлена на использование нарушенных земель под сельскохозяйственные культуры, пруды, лесопосадки и т.п. В широком смысле под рекультивацией понимают меры предотвращения негативных последствий техногенных нарушений. Под вторичным заболачиванием подразумевается увеличение избытка воды на ранее осушенных площадях и вызываемые им изменения в почве и растительности при ухудшении действия мелиоративной сети. Понятие реабилитация (rehabilitation) – естественных функций болот включает в себя анализ геосферной оценки восстановления. При этом понятие реставрации болота рассматривается как компенсация ему вследствие промышленного использования, а термин «восстановление» болот определяется как комплекс технических мероприятий, направленных на возбуждение или оживление процесса регенерации или роста болот.

Отличительной особенностью понятия «переувлажнение» (rewetting), является искусственное или естественное повышение влажности торфяного субстрата. Процесс переувлажнения рассматривается как первичный этап схемы восстановления (restoration) болот. В общеупотребительном смысле в равной степени используются термины «restoration» и «regeneration». Термин «restoration» переводиться одновременно как восстановление, реставрация, реконструкция и возобновление, что в русскоязычном значении имеет различное понимание. Поэтому правильнее придерживаться понятия – регенерация – дословно переводимого, отражающего цель работ и одновременно их завершающую стадию, но обычно, выбор терминов осуществляется не логикой, а удобством понимания.

Восстановление или регенерация торфяных болот – это использование алгоритмов их функционирования, позволяющих адаптировать их к новым потенциально неизвестным условиям и субстратам. Это научное направление, предметом исследования которого является класс объектов, происхождение и развитие которых в равной степени определяется техногенным и естественным генезисом. Регенерация болот предполагает использовать в равной степени естественные процессы и искусственные мероприятия, влияющие на возобновление процессов болотообразования, торфообразования и торфонакопления.

Изменение условий внешней среды ведет к единовременному появлению или генерации новой формы, структуры или состава природного объекта, отражающей стадии развития объектов. В отличие от генерации понятие регенерации включает в себя процесс восстановления формы, состава, облика или каких-либо других свойств природного объекта под воздействием внешних факторов в сочетании с сохранившимися свойствами самого объекта.

Поэтому, если на восстановление торфяника оказывает влияние оставшаяся торфяная залежь, то следует говорить о ее регенерации – перестраивается весь объект в соответствии с его физическими, химическими и возникающими биологическими свойствами. В ином случае – о генерации.

Возможно, восстановление болот следует называть болотной регенерацией.