КЛАСИФІКАЦІЙНІ ПОКАЗНИКИ ОРГАНІЧНИХ ГРУНТІВ І ЇХ ВИЗНАЧЕННЯ

Торф - органічний грунт, що утворився в результаті природного відмирання і неповного розкладання болотних рослин в умовах підвищеної вологості при нестачі кисню і містить 50% (по масі) і більш органічних речовин. Він є першим складовим елементом генетичного ряду твердих палив (рослина, торф, буре вугілля, кам'яне вугілля, антрацит, графіт), що утворюються під впливом тисків і температур (рис. 2.23). Торф, що утворився в водоймах, стелить шаром озерних відкладень різної потужності; торф, що утворився в результаті заболочування внаслідок надмірного зволоження, залягає на мінеральному підставі різного літологічного складу. При перерві процесу торфонакопления торф'яні поклади можуть бути перекриті іншими відкладеннями - в цих випадках торфу називаютьсяпохованими.

Генетичний ряд твердих палив

Мал. 2.23. Генетичний ряд твердих палив

Аналіз органічної частини рослин виявив наступний хімічний склад:

48 .. .50% вуглецю, 38 ... 42% кисню, 6 .. .6.5% водню і 0.5 ... 2,3% азоту, причому у рослин-торфообразователей він більш-менш постійний. В процесі фотосинтезу утворюються складні сполуки, які витрачаються на побудову тіла рослини і харчування. Всі ці речовини містяться в тканинах рослин в різних співвідношеннях,

А.А. Ніценко наводить такі дані: клітковини 15 ... 35%, геміцелюлози 18 ... 30%, лігніну 10 ... 40%, воску, смол, жирів до 10%, нерозчинних білків близько 5%, мінеральних речовин (зола) 1 , 5 ... 20% [51].

Оболонки клітин рослин-торфообразователей складаються з клітковини, або целюлози-вуглеводу, і близькою до неї геміцелюлози. З віком оболонка клітини просочується лігніном, що викликає процес одревеснения [74]. У цитоплазмі клітин знаходяться різні включення: крохмальні зерна, крапельки ефірних масел і розчинені в них смоли. Цитоплазма має лужну реакцію. У вмісті вакуолей знаходяться органічні кислоти, чим обумовлена його кисла реакція, а також дубильні речовини. Крім того, в рослинах є воски (стебла і листя підбілу, очерету, журавлини), а також пентозани (азотсодержащие небілкові речовини) [51].

Вплив цих речовин на механічні властивості торфів неоднозначно. Целюлоза (полімер, що складається з ланцюга молекул глюкози) забезпечує достатню міцність при деформації, енергія зв'язків </ - глюкозідной ланок 50 ккал / моль, число ланок в макромолекулі 900-1500, що характеризує високу реакційну здатність. У той же час целюлоза - найменш стійкий компонент при біологічному розпаді. Геміцелюлоза відрізняється меншою вагою і кращої розчинність в лужних розчинах, відносно короткими макромолекулярних ланцюгами. При розкладанні рослин і при наявності вологи молекули геміцелюлози утворюють асоціати на поверхнях целюлозних микрофибрилл і сприяють зміцненню зв'язків між ланцюгами целюлози. Лігнін - полімер з розгалуженими макромолекулами, пов'язаними водневими зв'язками, скріплює целюлозні фібрили і разом з геміцелюлозою визначає міцність стовбурів і стебел рослин. Це безазотистих речовини належить з'єднанням ароматичного ряду; багатшими вуглецем і біднішими киснем, ніж клітковина.

Хімічний склад органічної частини торфу не однаковий для різних груп. При переході від моховий групи до трав'яний і далі до деревної (табл. 2.17) підвищується вміст целюлози, що значно впливає на характеристики міцності і деформаційні властивості торф'яних грунтів. У сфагнових мохах міститься невелика кількість бітумів, багато легкогідролізуе.мих і водорозчинних з'єднань вуглеводного комплексу. Мохи володіють хімічною імунітетом, що дозволяє їм зберігатися тисячоліттями. Хімічний склад різних видів мохів сильно відрізняється один від одного. Трав'яні торфообразователі , в порівнянні з мохами і кустарничками, містять більше целюлози. Це обумовлює їх лабільність при гуміфікації і призводить до утворення торфів з більш високим ступенем розкладання. Деревні рослини-торфообра- зователем відрізняються від мохів та трав високим вмістом целюлози (більше 50%) і істинного лігніну (негідролізнрованного залишку). Зміст бітумів в деревині хвойних і деяких чагарників досягає 15%, а у листяних порід - в десятки разів менше [74].

На відміну від рослин, до складу торфу входить дуже важлива група гумінових речовин, що складається в основному з гумінових і фульвових кислот. Гумінові кислоти - неплавкі Темна речовини, що входять до складу органічної маси торфу (до 60%), бурого вугілля (20 ... 40%), грунтів (до 10%); будова їх остаточно не встановлено. Від ГК залежать іонообмінні, водні, теплофізичні і властивості міцності. ГК розчинні в лужних розчинах, широко застосовуються як стимулятори росту рослин, компоненти складів для буріння, органо-мінеральних добрив та ін. Фульвокислот розчинні у воді, кислотах і лугах гумінові речовини, що відрізняються зниженим вмістом вуглецю (до 40% але масі) і, відповідно , більш високим вмістом кисню. Вони більш окислені, ніж інші гумінові речовини, і надають бурого забарвлення торф'яним водам.

Таблиця 2.17

Хімічний склад речовин рослин-торфообразователей [3. 74]

Рослини-торфообразователі

Хімічний склад торфу (в% на органічну масу)

целюлоза

геміцелюлоза

лігнін

бітуми

сфагнові мохи

19,0

29,0

10,0

2,0

Шейх церію

20,0

27,0

18,0

8,3

пухівка

25.0

27,0

26.0

11.7

осока

28.0

26.0

16.0

2.5

очерет

37.0

17.0

19.0

-

чагарнички вересові

20.0

21.0

28.0

6.4

Листяна древ і на

50.0

н.д.

23.0

2.8

хвойна деревина

50.3

19.0

19.0

2.6

Щільність твердих частинок торфів змінюється від 1.20 до 1,89 г / см 3 , у нормально-зольних - до 1,84 г / см ', у заторфованних грунтів - до 2.08 г / см 3 , природна щільність обводнених торфів мало відрізняється і становить 1 , 0 ... 1,2 г / см 3 , щільність скелета торфу - 0,04 Г..0,230 г / см 3 . Значення коефіцієнта пористості торфу змінюються від 6,6 до 37,5 д. Од. і більше [70].

При проведенні інженерно-геологічних вишукувань для класифікації торфів по різновидам слід встановлювати ступінь розкладу органічної речовини /), * /, зміст 1, [39] і зольність D as (табл. 2.18). Крім обов'язкових характеристик додатково слід визначати ботанічний склад.

Таблиця 2.18

Класифікація органічних грунтів

/. Класифікація торфів за ступенем расложенія {34]

різновид торфів

Ступінь розкладання% (або д. Од.)

Слаборазложівшийся

Среднеразложівшійся

20 <Так., <45

сильноразложівшийся

> 45

2. Класифікація торфів за ступенем зольності

різновид торфів

Ступінь зольності D ai , д. Од. (або%)

Нормальнозольний

<0,20

високозольний

> 0.20

3. Класифікація торфів по ботанічному складу, типу харчування і обводнення торф'яного масиву

Тип

підтип

Група

різновид

верхової

лісовий

деревна

Виділяється з вигляду залишків основних торфообразователей

лесотопяной

Деревно-Мохова, деревно-трав'яна

болотної

Трав'яна, Мохова, трав'яний-Мохова

низинний

лісовий

деревна

лесотопяной

Деревно-Мохова, деревно-трав'яна

болотної

Трав'яна, Мохова, трав'яний-Мохова

перехідний

лісовий

деревна

лесотопяной

Деревно-Мохова, деревно-трав'яна

болотної

Трав'яна, Мохова, трав'яний-Мохова

Ступінь зольності торфу D as , д. Од., - характеристика, що виражається відношенням маси мінеральної частини грунту, що залишилася після прожарювання, до маси сухого торфу. У табл. 2.19 наведені значення конституційної зольності (НЕ привнесеної ззовні) рослин-торфообразователей. Зола рослин складається з наступних основних елементів: кремнію, кальцію, заліза, фосфору, калію, магнію, в дуже незначній кількості в золі фіксуються мікроелементи (марганець, мідь, нікель і ін.). В органах рослин низинних боліт частка мінеральної частини значно більше, ніж в органах рослин верхових боліт, за винятком берези (табл. 2.19). Співвідношення органічної та мінеральної частин болотних рослин різні не тільки для видів або груп, а й для різних органів одного і того ж рослини - в листі частка мінеральної частини більше, ніж в коренях і стеблах.

Визначення зольності торфу [15]. Для визначення D as навішення (1 ... 2 г сухого торфу) спалюють у муфельній печі, а залишок прожарюють при температурі 800 ± 25 ° С до постійної маси (з допустимою різницею з подальшою масою до 0,006 г). При визначенні зольності різниця двох паралельних визначень не повинна становити більше 2%.

При використанні навішування сухого ґрунту паралельно з спалюванням торфу визначають вологість і потім перераховують масу вологою навішування на суху. За ступенем зольності торф поділяють згідно табл. 2.18.

Таблиця 2.19

Зміст в рослинах-торфообразователей конституційної золи [74]

вид рослини

Зміст в рослинах

органічної речовини. %

золи. %

Вільха (Alnus glulinosa)

98.29

1,71

Береза (Beiula pubescens)

99,25

0,75

Очерет (Phragmites communis)

94.60

5.40

низинний торф

.

е *

Осока шершавоплодная (Сагех iasiocarpa)

96.66

3,34

Осока своєрідна (С. appropinquate)

91,43

8,57

Пухівка многоколосковая (Eriophorum polystachyon)

95.61

4.39

Вахта (Menyanthes irifoliata)

95,07

4,93

Хвощ (Eq nisei ит heleocharis)

82.34

17.66

Drepanocladus vernicosus

94.79

5,21

Sphagnum ohtusum

94,93

5,07

Сосна (Pinus silvestris)

98,20

1,80

верхової торф

Підбіл (Andromeda polifolia)

98.05

1.95

Мирт болотний (Chamaedaphe calyculata)

98,58

1,42

Багно (Ledum palustre)

98.92

1.08

Пухівка піхвова (Eriophorum vaginatum)

97.25

2,75

Шейх церію (Scheuchzeria palustris)

97,25

2,75

Sphagnum mageHanicum (Sph. Medium)

96.10

3.90

Sph.fuscum

97,10

2,90

Sph. angustifoimm

96.15

3.85

Зміст мінеральної складової розраховується виходячи з припущення, що органічна маса повністю вигорає при прожаренні і що маса втрачається тільки за рахунок вигорання органічної речовини. Втрата при прожарюванні зазвичай відноситься до змісту органічних речовин у грунті, що містить мале або нульове кількість глини і карбонатів. Для грунтів з більш високим відсотковим вмістом глини і / або карбонатів велика частина втрати при прожарюванні може бути викликана чинниками, що не мають відношення до змісту органічних речовин.

Температура прожарювання, зазначена в [15], становить 800 ± 25 ° С, але в інших стандартах Рекомед температури до 440 ± 25 ° С. При завданні температури прожарювання слід дотримуватися обережності , беручи до уваги наступне:

  • • деякі глинисті мінерали можуть почати розпадатися при температурах близько 550 ° С;
  • • хімічно зв'язана вода може зникнути при більш низьких температурах випробування; наприклад, в деяких глинистих мінералах цей процес може початися при 200 ° С, а гіпс розкладається при температурах приблизно від 65 ° С;
  • • сульфіди можуть окислюватися, а карбонати розкладатися в межах температур від 650 ° С до 900 ° С.

Для більшості випадків слід застосовувати температуру прожарювання, рівну 500 ° С або 520 ° С. Час сушіння і прожарювання повинні бути достатніми для забезпечення рівноваги. Співали період прожарювання становить менше 3-х годин, в звіті повинно бути вказано, що сталість маси було підтверджено повторними зважуваннями.

Ступінь розкладання торфу Dj p , д. Од, - характеристика, що виражається відношенням маси безструктурної (повністю розклалася) частини, що включає гумінові кислоти і дрібні частинки негуміцірованних залишків рослин, до загальної маси торфу. За ступенем розкладання Ddp торфу підрозділяють згідно табл. 2.18.

Визначення ступеня розкладання торфу [14, 48]. У польових і лабораторних умовах застосовують такі фізичні методи: мікроскопічний, ваговій, глазомерно-макроскопічний і центрифугування, а також визначення ступеня розкладання торфу по його ботанічному складу (розрахунковий метод).

Мікроскопічний метод [48]. Від проби беруть для аналізу 50 ... 100 см * торфу, перемішують, розрівнюють його на пластиковому або поліетиленовому листі шаром 3 ... 5 мм. З підготовленого шару пробоотборником або ложкою набирають в 10-12 точках, рівномірно розташованих по площі, порцію торфу об'ємом 0,5 см 3 і поміщають на предметне скло. При наявності в торфі карбонатів для їх руйнування на відібрану порцію капають піпеткою розчин соляної кислоти з масовою часткою 10%. Якщо торф закипає, то обробляють всю порцію, вміщену на предметне скло.

При підготовці проби торфу з вологою менше 65% (волога - відношення маси води в ґрунті до загальної маси грунту) частину проби поміщають в фарфорову чашу (кількість торфу беруть з розрахунку, що після набрякання торф заповнить чашку на 2 / з- 3 / д її обсягу) і заливають розчином гідроксиду натрію або калію з масовою часткою 5%. Через 24 год торф ретельно перемішують, грудки розминають, і якщо він залишається грудкуватим, додають ще зазначеного розчину і перемішують до отримання однорідної кашкоподібної маси. При більш сухому торфі і для прискорення підготовки проби його подрібнюють в ступці. Близько 5 см * торфу поміщають в фарфорову чашу і заливають розчином гідроксиду натрію або калію з масовою часткою 5%. Чашу з торфом ставлять на електричну плитку і нагрівають у витяжній шафі, помішуючи скляною паличкою до розм'якшення твердих грудок і отримання однорідної кашкоподібної маси, потім чашу з торфом охолоджують до кімнатної температури.

Порцію торфу для аналізу відбирають ложкою. Від кожної проби готують препарат на трьох предметних стеклах. Вміщену на предметне скло порцію торфу розбавляють водою до стану плинності, ретельно перемішують голками і розподіляють по склу тонким рівномірним по товщині шаром. Препарат повинен бути прозорим настільки, щоб крізь нього проступала білизна паперу, підкладеної під нього на відстані 50 ... 100 мм. Суха зона, яка відокремлює робочу зону препарату від краю скла, повинна бути шириною близько 10 мм. Предметне скло з приготованим препаратом кладуть на столик мікроскопа. Препарат розглядають при збільшенні 56-140 ', стежачи за тим, щоб частки не переміщалися по склу. На кожному предметному склі розглядають шляхом його переміщення десять полів зору і визначають у відсотках площа, зайняту безструктурної частиною, щодо всієї площі, зайнятої препаратом. За отриманими на кожному предметному склі значенням ступеня розкладання визначають середнє арифметичне з тридцяти відліків, округляючи отриманий результат до 5%. Абсолютна розбіжність, що допускається між результатами визначень, що проводяться різними виконавцями по одній пробі, не повинно перевищувати 10%.

Ваговій метод . Наважку 50 г ділять на дві рівні частини, одну з яких висушую! в термостаті при температурі 105 ° С і зважують з точністю до другого знака, а другу отмучівают струменем води на сито з діаметром отворів 0,25 мм. Відмучування продовжують до тих пір, поки з сита трохи буде витікати прозора вода. Решта на

ситі промиті рослинні частки висушують в термостаті до сухого стану при 105 ° С і зважують. Ступінь розкладання визначають за формулою

де а - маса сухого волокна з отмученной навішування; b - то ж, з неотмученной навішування. Перерахунок ступеня розкладання, визначеної ваговим методом, на ступінь розкладу по мікроскопічній методу повинен проводитися за допомогою графіка (рис. 2.24), щоб класифікувати грунт по різновидах (табл. 2.18.)

Графік для перерахунку ступеня розкладання, визначеної ваговим методом, на ступінь розкладу по мікроскопічній методу

Мал. 2.24. Графік для перерахунку ступеня розкладання, визначеної ваговим методом, на ступінь розкладу по мікроскопічній методу

Глазомерно-макроскопічний метод. Користуючись табл. 2.20, на око оцінюють структурно-механічні властивості торфу при стисканні його в руці і за кольором віджимають з нього води. Комплекс ознак візуального визначення доповнюють ще одним показником - мазком торфу. Для цього з кількох місць торф'яного зразка, вийнятого з поклади, відбирають середню пробу об'ємом 0,5 ... 1,0 см 3 і поміщають на листку цупкого паперу або на сторінці польового щоденника. Натискаючи вказівним пальцем на пробу, роблять горизонтальний мазок на 5 ... 10 см для оцінки ступеня розкладання.

Методом центрифугування [14) ступінь розкладу торфу визначають за допомогою центрифуга з частотою обертання 1000 хв '. Пробу торфу масою 100 ... 200 г розплющують рівним шаром товщиною 3 ... 4 мм і просікають пробоотборником на глибину всього шару в 10-12 точках, рівномірно розташованих по площі. Через 24 ... 30год пробу торфу ретельно перемішують, і якщо проба залишається грудкуватої, додають ще трохи лугу і продовжують перемішувати до отримання однорідної маси. Пробу торфу відбирають з чашки пробоотборником або ложкою і далі проводять випробування. Відібрану пробу торфу поміщають в малу пробірку, заливають водою (на I см нижче краю пробірки), перемішують паличкою, додають для коагуляції гумусу 2-3 краплі 6-водного треххлористого заліза і збовтують до отримання однорідної суспензії. Після отримання однорідної суспензії пробірку з вмістом вставляють в центрифугу і протягом 2 хв обертають з частотою 1000 хв -1 .

Таблиця 2.20

Оцінка ступеня розкладання торф'яних грунтів

Найменування

торфу

Повна влагоемкоcть%

повна

влагоемкость "г, Д. од.

Коефіцієнт пористості е,

д. од.

зовнішні ознаки

Слаборазло-

Що жив

<20

> 12

> 18

Світло-коричневий або жовтий торф, що складається з розклалися корінців осок, стеблинок мохів і трав'янистих рослині (розміром до 1 см і більше). Світло-жовта прозора або слабо-мутна вода легко віджимається з пружною маси

Среднеразложівшійся

20 ... 45

8 ... 12

12 ... 18

Торф коричневий або темно-сіро-коричневий з наявністю стеблинок мохів, плоских корінців осоки і пухівки, шматочків деревини та кори. Вода віджимається в великій кількості, каламутна, сіра або коричнева. Торф слабо бруднить руку і має помітну пружність

Сільноразло-

Що жив

> 45

4 ... 8

6 ... 12

Торф темно-коричневий або землисто-чорний з попелястим опеньком, помітні окремі рослинні залишки, дрібні шматочки деревини і кори. Вода не віджимається або віджимається з великими труднощами, а маса продавлюється між пальцями і сильно бруднить руку

Після повної зупинки центрифуги пробірку виймають і заміряють об'єм утвореного осаду за шкалою пробірки. Якщо поверхню осаду негоризонтального, відлік ведуть по середній лінії між верхньою і нижньою точками поверхні. Кордон осаду повинна бути чіткою, рідина над ним не повинна мати суспензії. Обсяг осаду порції в малій пробірці після центрифугування повинен бути 0,7 ... 1,5 см 3 , що приблизно відповідає навішуванні 0,3 ... 0,5 м Для торфу високого ступеня розкладання цей обсяг повинен бути 0,7. ..1,0 см '. Вміст малої пробірки збовтують і переносять в стакан з ситом, який тримають над великою колбою. Частинки торфу зі стінок малої пробірки змивають 3 ... 4 см 'води. Велику пробірку разом зі склянкою вставляють в центрифугу і протягом 2 хв обертають з частотою 1000 хв Після повної зупинки центрифуги пробірку виймають і за шкалою пробірки вимірюють обсяг осаду подсітовой фракції.

Ступінь розкладання торфу визначають за графіком, на якому на осі абсцис відкладають обсяг осаду в малій пробірці, а на осі ординат - обсяг осаду в великий пробірці. По прямій графіка, розташованої ближче до точки перетину двох ліній, по правій шкалі знаходять значення ступеня розкладання торфу.

Визначення ступеня розкладання торфу по його ботанічному складу (розрахунковий метод) [48]. Суть методу полягає у відмиванні торфу від гумусу, перегляді рослинних залишків під мікроскопом з встановленням їх номенклатури і кількісного співвідношення у відсотках і визначенням ступеня розкладання торфу по таблиці як суми величин ступеня розкладання, що утворюється від кожного рослини-торфообразователей відповідно до відсотка його участі в ботанічному складі випробуваної проби торфу.

Результати аналізу ботанічного складу торфу, в якому частка участі кожної рослини виражена у відсотках, групують і мають у своєму розпорядженні в послідовності, наведеній в табл. 2.21:

  • • мохи (сфагнові верхові, сфагнові низинні, гіпновие);
  • • трав'янисті (шейхцерія, осоки, очерет, вахта, пухівки, інші трав'янисті);
  • • деревні (все, крім сосни, сосна).

Для кожної рослини по табл. 2.21 визначають величину ступеня розкладання, відповідну відсотку його участі в ботанічному складі торфу. Сума ступенів розкладання всіх рослин і буде шуканої ступенем розкладання випробуваної проби торфу. Для відсутніх в табл. 2.21 кустарнічкових ступінь розкладу приймають за графою 10. Абсолютна розбіжність, що допускається між результатами визначень, що проводяться різними виконавцями по одній пробі, не повинно перевищувати 10%.

Таблиця 2.21

Визначення ступеня розкладання торфу в залежності від вмісту залишків рослин-торфообразователей [48]

Вміст рослинних залишків у складі торфу,%

Ступінь розкладання торфу

мохи

трав'янисті

деревні

сфагнові

верхові

сфагнові

низинні

гіпновис

шейхцерія

осоки

очерет

вахта

пухівок

інші

трав'яні

стие

Усе. крім сосни

сосна

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

5

0.7

0,9

1,1

1,5

1,5

1,7

1,8

2,0

1,7

22

2,7

10

1,3

1,7

2,3

2,9

2,9

3,5

3,5

4,0

3,4

4,4

5,4

15

2,0

2,5

3,5

4,3

4,3

5,6

6.3

7,0

5,5

7,5

8,6

20

2.6

3,3

4,6

5,7

5,7

7,8

9,2

10,3

7,7

11,0

11,8

25

3,3

4,1

5,8

7,1

7,1

9,9

12,0

13,8

10,0

14,5

15,0

30

3,9

4,9

7,0

8.5

8.5

12,0

14,8

17,3

12,2

18,1

18,1

35

4.6

5.7

8.3

9.9

9.9

14.2

17,7

20,3

14.4

20.9

21,3

Закінчення табл. 2.21

Вміст рослинних залишків у складі торфу,%

Ступінь розкладання торфу

мохи

трав'янисті

деревні

сфагнові

верхові

сфагнові

низинні

гіпновие

шейхцерія

осоки

очерет

вахта

пухівок

інші

трав'янисті

Все, крім сосни

сосна

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

і

12

40

5.2

6.5

9.6

п.З

11.3

16,3

20,5

23.0

16,5

23.9

24,5

45

5,9

7,4

10.9

12,8

12,8

17,9

21,7

24,8

18.0

25,6

26,9

50

6.5

8,3

12.2

14.3

14.3

19,4

23,0

26.5

19,5

27.3

29,4

55

7.2

9.2

13.5

15.8

15.8

21.0

24.2

28.1

21.0

29.0

31.9

60

7,8

10.0

14.8

17,2

17,2

22,5

25,4

29,7

22.4

30,7

34.3

65

8,5

10.9

15.9

18,7

18.7

24,1

26,7

31,2

23,9

32.4

36,8

70

9.1

11.8

16.9

20.2

20.2

25.6

27.9

32.6

25.3

34.1

39.3

75

5,3

12,7

17,9

21,6

21,6

27,2

29,1

34.0

26.7

35,8

41.8

80

5.7

13,5

18,9

23.1

23.1

28,7

30.4

35,2

28,1

37.5

44,2

85

6.0

14.4

19.8

24.6

24.6

30.3

31.6

36.5

29.5

39.2

46.7

90

6.4

15.3

20.8

26.1

26,2

31.8

32.8

37.7

30.9

40,9

49,2

95

6.7

16,2

21,8

27,5

27.8

33j4

34.J

38 ^ 9

32,3

42.6

51,6

100

7.1

17.0

22.7

29.0

29.4

34.9

35.3

40.2

33,8

Розкладання органічних речовин здебільшого зумовлено відбуваються у верхній частині поклади хімічними та мікробіологічними процесами, а також складом самих відкладень. В процесі торфообразованія речовини, що містяться в рослинах-торфообразователей, такі як гумус, зазнають хімічні зміни, ще недостатньо повно вивчені. Гумус є безструктурне колоїдне речовина темно-коричневого забарвлення, до складу якого входять гумінові кислоти, які легко вилуговуються з гумусу торфу, по лому вода струмків, річок, що випливають з верхових боліт, гак само як і вода мочажін, має різні відтінки коричневого кольору ( до 300 ° С і вище по платиново-кобальтової шкалою кольоровості).

Природа гумусу не цілком ясна, і питання про його походження дискутується. Одні вчені пов'язують його освіту з лігніном, інші - з целюлозою і геміцелюлозою, треті - з білками і целюлозою. Є думка, що в утворенні гумусу беруть участь і лігнін, і целюлоза, і крохмаль, а також дубильні речовини, пектин та ін. Деякі дослідники вважають, що гумус має різне походження в різних торфу (наприклад, в олиготрофних і низинних). Більшість дослідників дотримуються лігнінового теорії гумусообразования, згідно з якою при окисленні лігніну пліснявими грибами утворюються лігніну кислоти, які, з'єднуючись з продуктами автолізу мікроорганізмів, дають гумінові кислоти [51]. Целюлози і геміцелюлози при розкладанні переходять в вуглекислоту, метан та ін. З лігніну, воску, а також частини жирів утворюються бітуми (від лат. Bitumen - смола). Частина жирів переходить в жирні кислоти. В результаті розпаду білків утворюються вуглекислота, метан, сірководень, вільні водень і азот. У міру формування торфу в ньому збільшується вміст вуглецю і зменшується вміст кисню і водню.

Основними деструкторами органічної речовини виступають актиноміцети, цвілеві гриби і дріжджі. У цьому процесі беруть участь і численні безхребетні, в тому числі і дощові черв'яки. Бактерії беруть участь в розкладанні рослинних залишків на більш пізніх стадіях гуміфікації; для їх життєдіяльності необхідні продукти розкладання цих залишків іншими мікроорганізмами. В кінці 70-х років минулого століття в торф'яних ґрунтах в умовах гарної аерації було виявлено нитрифицирующие бактерії, азотобактерии. Кількість мікроорганізмів в поверхневих шарах торфу може бути значним: до 800 ... 1200 млн на 1 г торфу-сирцю. Особливо рясні вони у зовнішній прошарку сильноразложівшийся торфу, під нею їх число різко зменшується. Всі ці організми аеробні, тому процес розкладання рослинних залишків протікає в самому поверхневому, найбільш аерувати шарі, що отримав назву "торфогенний". Глибина його в середньому становить 50 см. Нижче торфогенного шару розкладання сильно сповільнюється, але не припиняється навіть в глибоких шарах поклади (до 6 м), звідки виділяється метан (СН4), що свідчить про анаеробних процесах (вторинне розкладання, діагенез) [51].

Інтенсивність розкладання рослинних залишків залежить від багатьох факторів, насамперед від умов середовища, активності мікроорганізмів-деструкторів, стійкості рослинних залишків до розкладання. Найбільш стійкі до розкладання сфагнові мохи, тому їх залишки добре зберігаються в торфі. У тканинах сфагнових мохів містяться антисептики (феноли), які пригнічують активність мікроорганізмів. Мало стійкі до розкладання чагарники. Повністю розкладаються надземні частини осок, і в торфі зберігаються лише їх корінці. Майже повністю розкладаються лишайники. Важливий і хімічний склад рослин-торфообразователей, а саме зміст в них протеїнів, кальцію, легкогідролізуемого вуглеводів і ін. В зв'язку з цим Л.С. Козловська, В.М. Медведєва, І.І. П'явченко (1978) виділяють три групи рослин [51]:

  • 1) рослини, багаті азотом (понад 2 ... 2,5%), кальцієм, легкогідролізуемого вуглеводами, водорозчинними органічними речовинами, швидко розкладаються грунтовими мікроорганізмами і майже повністю минерализуются за два-три роки; це переважно рослини низинних боліт: вахта, комірник, а також деякі мешканці верхових і перехідних боліт - морошка, лохина;
  • 2) рослини з меншим вмістом азоту (1,5 ... 2%), легкогідролізуемого вуглеводів і т. П .; що входять до їх складу феноли, терпени пригнічують активність ґрунтових мікроорганізмів; в основному це рослини перехідних боліт - осоки волосістоплодная, роздута, шейхцерія, з чагарників карликова берізка (листя);
  • 3) важко розкладаються рослини верхових боліт, вкрай бідні азотом; їх мінералізація розтягується і не йде до кінця, вони містять багато фенолів, фульвокислот; в цю групу входячи т сфагнові мохи, гіпновие лісові мохи, стебла чагарників.

Знання того, як протікають процеси розкладання торфу, має величезне значення при виборі методик проведення лабораторних досліджень і зберігання зразків. Лабораторні випробування рекомендується проводити в польових умовах, оскільки органо мінеральні та органічні грунти схильні до розкладання і мимовільного ущільнення навіть в запарафінірованном вигляді і не підлягають далеким перевезень і тривалому зберіганню. Згідно з рекомендаціями, викладеними в роботі [56], термін зберігання зразків торфу не повинен перевищувати 3-х місяців, а компресійні випробування зразка повинні проводитися слідом за відбором проб, поки не зазнали змін їх природна структура і вологість.

Ступінь розкладання, хоча задовільно корелює з багатьма показниками, характеризує лише ступінь розпаду, не зачіпаючи вихідний торфообразующій склад. При розгляді торфу під мікроскопом не виникає сумнівів, що рослинні залишки значно переважають в зразку і безперечно є класифікаційним показником торфів. Проте, в класифікаціях торф'яних грунтів основним критерієм є ступінь розкладу, яка визначається наближено і суб'єктивно, так як торф з однаковим ступенем розкладання може бути різною пористості, вологості в залежності від особливостей будови рослин-торфообразователей. Таким чином, поряд з визначенням Dj p виникає необхідність встановлення ботанічного складу торф'яних грунтів.

Ботанічний склад - це кількість залишків рослин-торфообразователей, що складають рослинне волокно торфу. Ботанічний склад, як відомо, дуже впливає на властивості торфів, особливо малого і середнього ступеня розкладання. Він визначається видовим складом рослин-торфообразователей відклала його материнської асоціації і обумовлює структуру торфу, пористість, вологоємкість, швидкість і однорідність розкладання, впливає на швидкість і рівномірність опади, на фільтраційні і властивості міцності, на агресивність болотних вод. Для оцінки властивостей і стану торфів в практиці використовуються класифікації, де основними категоріями є: типи - виділяються по мінералізації живлять поклад вод, підтипи - за ступенем зволоження, групи - за змістом в торфі залишків окремих груп рослин-торфообразователей, і види за поєднанням переважаючих залишків рослин.

Залежно від типу харчування утворюються оліготрофние або евтрофние угруповання рослинності і накопичуються верхові, перехідні або низинні типи торфу . Торф верхівковий формується з рослинності оліготрофного типу, в ботанічному складі містить не більше К)% залишків рослинності евтрофние типу. Утворюється торф в умовах бідного мінерального живлення, частіше атмосферного із загальною мінералізацією вод до 20 ... 30 мг / л, або за рахунок поверхневих вод з мінералізацією до 40 ... 60 мг / л. Верхові торфу можуть бути складені залишками олиготрофних сфагнових мохів, пухівки, деякими осоками (осока болотна), Шейхцером. кустарничками, корою сосни. Низинний торф утворюється в умовах багатого мінерального живлення, частіше поверхневими або підземними водами з мінералізацією близько 80 ... 100 мг / л і більше, в різноманітних умовах обводнення, починаючи від болотних драговин, закінчуючи періодично зволожувати заболоченими лісами. Низинні торфу сформовані осоками, евтрофними Пухівка, очеретом, хвощем, вахтою, евірофпьімі сфагновими, типовими мохами, корою і деревиною берези, ялини, сосни, вільхи чорної, вербами і т. Д. Для торфу перехідного тину характерно кілька збіднений мінеральне живлення водами з мінералізацією 60 ... 80 мг / л. У торфі відзначаються залишки і низинних, і верхових рослин, проте, є типові представники перехідного типу. Потужність поклади зазвичай невелика. Перехідні торфу утворені залишками мезотрофними і олиготрофних сфагнових мохів, корінцями осок, корою сосни і берези, а також залишками деяких евтрофние рослин.

Підтип торфу є таксономической одиницею, яка відображає співвідношення основних рослин-торфообразователей на їх вимогу до обильности водного харчування. Розрізняють лісової, лесотопяной і болотної підтипи.

Група торфу виділяється на основі змісту в торфі залишків окремих груп рослин-торфообразователей. Лісовий підтип включає деревну групу, лесотопяной - деревно-мохову, деревно-трав'яну, болотної - трав'яну, мохову, трав'яний-мохову [20]. Зазвичай виділяються 6 груп торфу, для верхового типу додалася чагарничкова група [63].

Сфагновий мох

Мал. 2.25. Сфагновий мох:

а загальний вигляд рослини: б клітини листа сфагнового моху під мікроскопом: в - килим з сфагнових мохів

У мохову групу входять сфагнові торфу: ан густі фоліум, магелланікум, фускум, сфагновий мочажін і комплексний верхової торф, а також сфагновий низинний. Листя сфагнових мохів і стебла складаються з двох типів клітин: живих - асиміляційні. довгих і вузьких, з хлоропластами, і мертвих (без протопласта), з потовщеннями на стінках і порами (рис. 2.25). Завдяки такій будові стебла і листа сфагнум здатний вбирати і утримувати велику кількість води, яка в 30 40 раз перевищує масу самого рослини. Більшість сфагнових мохів є типовими представниками верхових покладів, широко поширених на межиріччях і високих терасах. Особливістю торфів Західного Сибіру є їх оліготрофіость, виражена в присутності верхових сфагнових мохів (фускум. Магелланікум. Ангустіфоліум) у торфу низинного типу [73]. Ця особливість визначає специфіку таких показників, як вологість, зольність, агресивність по відношенню до металів і бетону, ступінь розкладу торф'яних грунтів.

Деревна група. Деревне торф зустрічається порівняно рідко, утворюючи придонні шари або облямований поклад. У цю групу входять такі види торфу, як березовий, сосновий, ялиновий, кедровий, вільховий, низинний, вербовий і ін. Для деревного торфу (соснового) характерна висока ступінь розкладу, темно-коричневий, майже чорний колір, структура грудкувате-зерниста або пластинчаста . Сильно розклався (Dj p = 35 ... 50%) сосновий і частково сосново-сфагновий торфу мають тонкозернисту пластинчасті структуру, так як самі деревні залишки краще зберігаються.

Трав'яна група. Трав'яний торф являє собою набір залишків трав'яних торфо просвітників, до нього ставляться верхові торфу: пушіцевимі і Шейхцерієвий верхової, а також низинні види: тростинний, осоковий і Шейхцерієвий низинний і ін. Структура його, в залежності від переважання тих чи інших компонентів, може бути як волокнистої (Шейхцерієвий), так і повстяної (осоковий).

Вид торфу - нижча таксономічна одиниця класифікації торфу, що характеризується постійним поєднанням переважаючих залишків окремих видів рослин-торфообразователей, що відбивають вихідні рослинні асоціації. Кожен фітоценоз, що розвивається в властивих йому умовах середовища, відкладає свій, властивий тільки йому вид торфу. Склад рослинності на поверхні боліт вказує на ботанічний склад верхньою шару торф'яного покладу, в цьому полягає індикаторна роль рослинного покриву.

Видовий склад рослинних залишків торфу тільки в найзагальніших рисах відображає видовий склад відклала його материнської асоціації, так як багато рослин, мешканці низинних боліт розкладаються повністю. Залишки інших рослин, які ростуть в материнському фитоценозе в незначній кількості, наприклад сфагнових і типових мохів, можуть поступово накопичуватися в торфі в силу того, що вони добре протистоять розкладанню. Тому для правильного визначення ботанічного складу торфу необхідно не тільки визначити під мікроскопом залишки рослин-торфообразователей, а й знати їх екологію, реальність спільного виростання в сучасних рослинних угрупованнях. У табл. 2.22 приведена зустрічальність різних видів торфу на території Росії, жирним шрифтом виділені найбільш представницькі види.

Визначення ботанічного складу торфу . Суть методу полягає у визначенні за допомогою мікроскопа кількісного співвідношення у відсотках залишків рослин-торфообразователей, що складають рослинне волокно в пробі, звільненої від гумусу. Від проби для аналізу беруть 50 ... 100 см 3 торфу і розрівнюють його на пластиковому або поліетиленовому листі шаром 3 ... 5 мм. З підготовленого шару пробоотборником або ложкою набирають в точках, рівномірно розташованих по площі, порцію торфу об'ємом близько 5 см 3 , поміщають на сито і промивають струменем води до тих пір, поки вода під ситом не стане прозорою.

Промите волокно маленькими порціями пінцетом переносять на предметне скло, розподіляють голками тонким прозорим шаром. Від кожної проби для аналізу готують препарат на трьох предметних стеклах. Якщо волокно має характерну жовто-коричневе забарвлення, то на неї за допомогою пінетки капають розчином сірчаної кислоти і масовою часткою 5% до зникнення забарвлення. Потім піпеткою додають воду і вирівнюють препарат до отримання тонкого прозорого шару. Предметне скло з приготованим препаратом кладуть на столик мікроскопа і розглядають при збільшенні 56 ... 140 '. При аналізі пилку рослин, анатомічної будови залишків деревини та сфагнових мохів користуються збільшенням 400 'і більше. При цьому застосовують стандартні предметні і покривні скла, а також іммерсійне масло, яке наносять на покривне скло.

При аналізі сфагнових мохів частина промитої проби для препарату попередньо фарбують метилової синню або чорнилом. При аналізі деревних і трав'янистих залишків для більшого просвітління додають піпеткою кілька крапель розчину гідроксиду натрію або калію з масовою часткою 10%.

Волокно рослин-торфообразователей, видиме під мікроскопом, що займає в поле зору площі приймають за 100%. При аналізі шляхом переміщення предметного скла на кожному препараті переглядають до десяти полів зору. По кожному полю зору записують назву зустрічаються рослин і ставлять проти них відсоток займаної площі з округленням до 5%. Якщо залишки рослин зустрічаються в кількості менше 5%, то їх позначають знаком "од." - одинично. Для кожної рослини-горфообразователя визначають середнє арифметичне по всім полям зору одного зразка з округленням до 5%. Абсолютна розбіжність, що допускається між визначеннями ботанічного складу, проведеними різними виконавцями в одній пробі, не повинно перевищувати 5% по растеніям- торфообразователей. визначальним вид торфу. Належність рослинних залишків до певного виду рослини встановлюють по атласу рослинних залишків у торфу. Після визначення ботанічного складу знаходять тип, групу і вид досліджуваного торфу за класифікаціями видів торфу і торф'яних покладів.

Таблиця 2.22

Поширення різних видів торфу на території Росії,% [69]

вид

Тип торфу

низинний

перехідний

верхової

деревне

6,2

1.5

1.5

Деревинно-осоковий

4,7

1.1

Деревно-очеретяний

0,9

тростинний

0,8

осоковий

15,6

2,5

Осоково-гіпновий

2,0

Шейхцерієвий

1,1

1,9

2,3

гіпновий

1,1

Деревинно-сфагновий

3,1

Осоково-сфагновий

3,4

сфагновий

3,9

Сосново-пушіцевимі

1.3

Сосново-сфагновий

1.3

пушіцевимі

2.1

Пушіцсво-сфагновий

6,0

Шсйхцсрісво-сфагновий

2.7

Фускум

9.8

Магелланікум

16.3

комплексний

3.5

сфагновий мочажін

0.9

Загальноприйнятою класифікацією торфів в нашій країні служить "Класифікація видів торфу і торф'яних покладів" [119], розроблена під керівництвом С.Н. Тюремнова, в якій виділено 40 видів торфу (рис. 2.26). У класифікації все торфу об'єднують в три типи, відповідно до типів рослинності. Їх виділяють по зольності: низинний (зольність 6 ... 18%), перехідний (4 ... 6%), верхової (менше 4%), при цьому враховують первинну, так звану конституційну зольність. В межах типів виділяють групи торфів, які встановлюють на підставі співвідношення деревних, трав'яних і мохових залишків.Класифікація видів торфу п

Рис 2.26. Класифікація видів торфу по С.Н. Тюреммову [119] До деревної групи належать торфу, де деревні залишки (кора, деревина) складають 40% і більше. До деревно-моховий і деревно-трав'яний груп відносять торфу з вмістом деревних залишків 15 ... 35%. Якщо вміст в торфі мохових залишків 35% і більше, торф включають в деревно-мохову групу, а якщо менше 35% - в трав'яний-мохову. Торфу з вмістом деревних залишків менше 15% відносять до моховий, трав'яний-моховий і трав'яний групам. У мохову групу входять торфу з вмістом залишків мохів 40 % і більше, в трав'яно-мохову - 10 ... 35%; в трав'яну - не більше 5% [51].

На верхових болотах спостерігається краща збереженість мохових і трав'янистих залишків. в цьому випадку використовують інші критерії. До моховий групи відносять торфу з вмістом мохових залишків 60 % і більше, до трав'яний - з вмістом трав'яних залишків 60 % і більше; проміжне положення займають торфу трав'яний-моховий групи.

В основу класифікації С.Н. Тюремнова покладено генетичний принцип, згідно з яким кожен вид торфу має своїм аналогом відповідну "материнську асоціацію". У класифікації види торфу виділяються нс по переважанню залишків певної групи, а за складом залишків в цілому. Класифікація торфу в основному розроблена для боліт північного заходу середньої смуги Росії і Уралу. Для Західного Сибіру застосовується також "Класифікація торфів і торф'яних покладів Західного Сибіру" (автори Р.Г. Матухін, В.Г. Матухіна, І.П. Васильєв) [63]. У регіоні переважають болотна підтипи торфу, з видів - фускум, комплексний, магелланікум, ангустіфоліум, сфагновий мочажін. пушіцевимі-сфагновий, шейхцерієво-сфагновий, часто зустрічається Шейхцерієвий і пушіцевимі торф, на півдні розвинені низинні торфу - шипові, осоково- гіпновие, трав'яні, деревні і трав'яний-деревні.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >