Чем верховой торф отличается от низинного: Торф верховой и низинный отличия и применение в огороде на даче

Содержание

Торф верховой и низинный отличия и применение в огороде на даче

Болота занимают немалую площадь территории нашей необъятной страны. К счастью, идея их полного осушения в свое время так и не была претворена в жизнь. Ведь только благодаря болотам мы располагаем таким ценным веществом как торф – поистине незаменимым в цветоводстве.

Торф верховой и низинный: общие сведения

Торф верховой и низинный – это продукт разложения отмерших частей травянистых, лиственных и хвойных растений, а также мха. Для образования торфа нужны 2 ключевых фактора: повышенная влажность и недостаток кислорода. За счет содержания растительных волокон торф способствует улучшению аэрации и водопроницаемости грунта. Рост же растений активизируется благодаря гуминовым кислотам, азоту, калию, магнию, кальцию, железу и прочим элементам.

В разном возрасте и при разных климатических условиях степень разложения торфа, а также его окраска могут слегка отличаться.

Кроме того, эти факторы определяют особенности его структуры, содержания макро- и микроэлементов, кислотности и влагоемкости. Торф вносится для придания грунту пористости, питательности, воздухо- и влагоемкости, коррекции его плотности и микробиологического состояния в целом. Однако перед внесением торф все же рекомендуется компостировать с минеральными удобрениями, навозом или навозной жижей, а также растительными остатками.

Отличие верхового и низинного торфа

Итак, в чем же заключаются основные отличия верхового и низинного торфа?

Верховой торф состоит из растительных остатков, располагающихся на поверхности болота. Соответственно, они подпитываются из атмосферы. Этот тип торфа зачастую называют сфагновым, так как основная его составляющая – это сфагновый мох. Характеризуется кислой реакцией от 2,6 до 3,2 рН. Ему присуща низкая степень разложения, да и высоким содержанием минеральных элементов верховой торф похвастаться не может. Зато он признан долговечным и достаточно эффективным фильтром. Верховой торф – пожалуй, лучшая основа для составления грунта для теплицы.

Низинный торф отличается от верхового тем, что питание ему обеспечивают грунтовые воды. Это наиболее популярный вид торфа, так как его, в принципе, нередко применяют в чистом виде в том числе. Характеризуется слабокислой или нейтральной реакцией среды с рН от 5,5 до 7,0. В низинном торфе содержится не менее 70% органики, а также весь базовый набор питательных элементов. Прелесть низинного торфа заключается в том, что им можно улучшить даже самый бедный грунт, включая даже песчаную почву, тяжелые суглинки и глину. За счет торфа минеральная часть грунта обогащается органикой и элементами питания, ее физические свойства улучшаются за счет связывания песка и разрыхления глины. При этом кислая реакция грунта не меняется. Однако в случае контакта с воздухом происходит усыхание низинного торфа с последующей потерей органики и питательных веществ. Поэтому низинный торф рекомендуется вносить непосредственно под перекопку грунта, причем глубина перекопки должна составлять не менее четверти метра. Старайтесь максимально равномерно смешивать торф с грунтом в процессе перекапывания. Так вы удержите органику, да и почва в итоге будет однородной.

Отличия торфа верхового и низинного определяются, в первую очередь, происхождением болота. Немалую роль играет и его месторождение.
Образование верхового торфа в большинстве случаев происходит в местности, для которой характерны суровые условия и бедный растительный покров. Обычное место образования верхового торфа – это болото на ровной местности с практически полным отсутствием подводных вод. Источник питания – талые снега и очень редкое выпадение осадков. Верховой торф образуется, когда разлагается мох сфагнум, багульник, вереск, пушица и сосна. Концентрация солей в верховом торфе колеблется в пределах от 70 мг/л до 180 мг/л.

А вот для образования низинного торфа нужна, соответственно, низкая местность – например, овраг, речной берег или любое другое место, питание к которому поступает посредством грунтовых вод. Образование низинного торфа происходит, когда разлагаются древесные породы, хвощ, мох, вейник, осока, хвощ или тростник. Все питательные вещества, входящие в состав низинного торфа, соответствуют питательным веществам в грунтовых водах данной местности, которые они захватывали, стекая с более возвышенных участков. Концентрация солей в низинном торфе варьирует от 200 мг/л до 700 мг/л.

Торф переходной: 2 в 1

Торф переходной – прослойка между верховым и низинным торфом. Однако по свойствам он все же ближе к низинному. Кислотная реакция у переходного торфа может быть слабо- или среднекислой. При этом в нем довольно много элементов питания. Переходный торф также богат микроэлементами. Правда, разложение органики в нем происходит не столь активно. По сути, торф переходной – это промежуточный вариант, совмещающий свойства низинного и верхового торфа. Он применяется, как правило, для приготовления разных видов компоста. Нередко переходный торф выступает и в качестве подстилки для скота. Как и все торфа, торф переходной богат органикой, но калия в нем катастрофически мало.

Торф-удобрение?

Нередко садоводы задают вопрос, годится ли торф верховой и низинный в чистом виде для удобрения участка, включая как садовые, так и огородные растения. Начинающие садоводы допускают ошибку, закупая огромное количество торфа, чтобы после рассыпать его плотным слоем по поверхности грядок и в приствольных кругах деревьев и кустарников. Но их надежды на сногсшибательный урожай не оправдываются при таком подходе. И даже то, что низинный и верховой торф состоит по большей части из гумуса (его составная часть в торфе достигает показателя от 40% до 60%), не оправдывает такой подход к внесению торфа. Ведь питательных веществ в доступной для растений форме в торфе очень мало. Взять хотя бы азот: на тонну торфа приходится не менее 25 кг вещества, но растения в таком виде его практически не усваивают. По сути, растения едва способны усвоить даже 1-1,5 кг азота с каждой тонны внесенного торфа. С остальными элементами, содержащимися в торфе, ситуация не лучше. Поэтому такое внесение не имеет практического смысла. Обязательно комбинируйте его с органическими и минеральными удобрениями.

Мульчирование торфом: идеальный укрывной материал
Удобрение торфом
Торф как удобрение
Таблетки из торфа для рассады – садово-огородническое новшество

Тем не менее, торф вне всяких сомнений полезен для грунта, обогащая его перегноем. Как минимум, волокнистая структура торфа улучшит физиологические свойства грунта вне зависимости от его состава. Для корневой системы растений такая среда идеальна, так что ее рост и развитие значительно улучшаются.

На заметку: в качестве удобрения можно использовать исключительно низинный или промежуточный торф! Верховой торф предпочтительно использовать только в качестве мульчирующего материала, когда приходит пора укрывать растения на зиму.

Так есть ли смысл в чистом внесении торфа верхового и низинного в грунт в качестве удобрения? Нельзя категорично ответить отрицательно. Многое зависит от качества грунта. В плодородные супесчаные грунты и легкие суглинки торф вносить смысла нет – это лишняя трата средств и времени. А в песчаную почву, глинистую, истощенную и обедненную торф вносят вкупе с другими удобрениями, достигая отличных результатов.

Растения прекрасно реагируют на внесение торфосодержащих компостов. Поэтому торф перед внесением следует компостировать или смешивать с органическими и минеральными удобрениями.

Низинный и верховой торф | Питомник ВАСХНиЛ

Известно, что со временем любая почва, на которой выращиваются культурные растения, истощается. Для ее обогащения применяют различные природные субстраты. Одним из них является торф.

Торф — природное удобрение, которое образуется из отмерших частиц болотных растений. Большая часть торфяных разработок используется в сельском хозяйстве для улучшения свойств почвы. Различают два основных вида торфа — низинный и верховой.

Давайте рассмотрим каждый из них в отдельности. В чем отличие верхового и низинного торфа и как правильно их применять.

Низинный торф

Низинный торф образуется при разложении частиц древесных пород, хвоща, тростника, осоки, мхов, которые произрастают в болотистых местах, где идет питание грунтовыми водами. Разложение с помощью микроорганизмов происходит в низинном слое без доступа кислорода. Поэтому этот вид торфа плотный, насыщен минеральными компонентами, черного цвета. Залегает торф на низинных участках: овраги, поймы рек.

Низинный торф имеет слабокислый или нейтральный состав — 4,0-5,5 pH. Богат элементами питания и гумусовыми кислотами.

Для низинного торфа характерна высокая доля минеральных веществ. Его часто отдельно или вместе с компостом используют для обогащения почвы.

Перед применением торф просушивают небольшими кучами. Потом равномерно покрывают почву и неглубоко перекапывают. Внесение низинного торфа делает почву более зернистой, образовывая небольшие комочки. Это позволяет пропускать воздух и удерживать влагу, что необходимо для хорошего развития корневой системы растений.

Низинный торф также используют при мульчировании песчаных почв, для удержании воды при поливе.

При внесении низинного торфа как удобрения соблюдается следующая пропорция — 20-30 кг/м².

Верховой торф

Верховой торф образуется ближе к поверхности, где грунтовых вод нет. Источником влаги являются для него талые снега и осадки.

В его основе – мхи, травянистые и кустарниковые растения. Образуется на равнинных болотах без участия кислорода.

Данный вид торфа имеет кислый состав — 3-4 pH. Низкое содержание элементов питания.

Верховой торф более пористый, биологическое разложение в нем идет достаточно долго. Из-за своей природной волокнистой структуры, добавленный в почву верховой торф делает ее более легкой, может долго удерживать влагу.

Из-за высокой кислотности верхового торфа, его нельзя использовать сразу после добычи. Некоторые растения очень хорошо растут в кислой среде, например: верески, гортензии, голубика, рододендроны. В этих случаях торф добавляют в пропорции 1:1 к грунтам.

Основная часть растений плохо переносит высокую кислотность, поэтому перед применением верховой торф смешивают с известкующими материалами.

Какой торф предпочтительней — верховой или низинный?

Это зависит от того, где вы собираетесь применять данное удобрение.

Верховой торф лучше подходит для выращивания рассады. Он лучше удерживает влагу, создает благоприятные условия для роста корней овощных культур. Иногда его используют для подкисления почвы. На основе верхового торфа делают питательные субстраты для выращивания растений в теплицах.

Низинный торф более универсален. Его используют в качестве удобрения для открытого грунта. Он подходит для большинства культурных растений.

Описание верхового и низинного торфа, разница между ними

Торф – не только горючее ископаемое вещество, но и ценное удобрение, которое часто используется в садоводстве. Существуют два типа торфа: верховой и низинный.

Верховой торф

Образуется в результате разложения мха-сфагнума, сосны или пушицы при участии влаги. Такой торф полезен для мульчирования грунта – поверхностного покрытия почвы с целью улучшения ее свойств.

В составе верхового торфа нет сорняков и паразитов. Это одна из причин, по которой ему нет альтернативы при обустройстве теплицы. Также данное свойство позволяет применять материал в качестве подстилки для сельскохозяйственного скота.

Можно выделить следующие преимущества верхового торфа:

высокий уровень воздухо- и влагоемкости. Благодаря этому агрономы имеют возможность улучшить свойства как легких песчаных, так и тяжелых глинистых почв;
удобная перевозка. Есть возможность поместить в контейнер или кузов большой объем спрессованной продукции;
за счет того, что торф верховой кислый, использовать его можно для химической мелиорации щелочных почв;
удобное хранение. Качественно упакованный торф может пережить зиму и не потерять свои свойства. Правда, для хранения желательно найти помещение без окон, чтобы избежать попадания солнечных лучей.

Добыча верхового торфа

Есть еще один вид верхового торфа – нейтрализованный. Его применяют преимущественно в производстве субстратов, используемых в малообъемных технологиях выращивания. Для изготовления используется материал низкой степени разложения. Важную роль в процессе играет известняковая мука, которая нейтрализует кислоту торфа. Этот вид будет хорошим помощником при подготовке тепличного грунта и почвы для горшечных растений. Если высадка осуществляется на открытом участке, то хорошие качества данного материала будут кстати во время посадки деревьев и кустарников.

Низинный торф

Формируется под влиянием грунтовых вод, которые своим действием разлагают мох, ольху и осоки. Добывается преимущественно в низинных областях, отсюда и название. Поскольку в низинах скапливается большое количество питательных веществ, этот торф может похвастать высоким плодородием.

Чаще всего на него обращают внимание представители сельскохозяйственной отрасли, которые используют торф в качестве удобрения. По степени разложения есть три вида низинного торфа: слабый, средний и сильный. Чтобы грунт обогатился полезными веществами, необходимо применять сильноразложившийся вариант.

Низинный торф подходит для любого типа почвы, будь то песок или тяжелые суглинки. Путем смешивания с грунтом, улучшает характеристики последнего. Единственный недостаток: воздух оказывает плохое воздействие на торф, что приводит к потере полезных веществ. Такого сценария можно избежать. Для этого торф нужно выложить слоем в 10 см, после чего перекопать участок до глубины 25 см. В данном случае одновременно достигаются две цели: почва насыщается полезными компонентами и становится однородной.

Свежий низинный торф

Преимущества:

Применяется в чистом виде. Способствует задержанию влаги на длительное время и улучшает микроклимата в почве.
Образует качественной грунт. Благодаря специальным технологиям агрономы смешивают низинный торф с другими компонентами, в результате чего формируется субстрат, идеально подходящий определенному растению.
Возможность использования при подготовке грунта для газона, а также с целью изготовления насыпей каналов. Во втором случае изготовляются универсальные блоки. Которые пригодны, в том числе, для выращивания рассады.

Разница между верховым и низинным торфом

Кислотность. Этот показатель значительно выше у низинного торфа.
Количество питательных веществ. В низинном их на порядок больше, благодаря чему он пользуется большей популярностью.
Долговечность. Верховой разлагается слишком медленно, но содержит мало минеральных элементов. Это дает возможность агрономам применять его в качестве фильтра.
Сфера применения. За счет преобладания в составе органики (70 %), низинный торф используется в большем количестве случаев, нежели верховой.
Место добычи, которым низинный и отличается от верхового.

Торф верховой и низинный: отличия и применение | gardenstar.ru — Всё о растениях

За счет содержания растительных волокон торф способствует улучшению аэрации и водопроницаемости грунта. Рост же растений активизируется благодаря гуминовым кислотам, азоту, калию, магнию, кальцию, железу и прочим элементам.

Торф верховой и низинный: общие сведения

Однако перед внесением торф все же рекомендуется компостировать с минеральными удобрениями, навозом или навозной жижей, а также растительными остатками.

Итак, в чем же заключаются основные отличия верхового и низинного торфа?

Верховой торф состоит из растительных остатков, располагающихся на поверхности болота. Соответственно, они подпитываются из атмосферы.

Этот тип торфа зачастую называют сфагновым, так как основная его составляющая – это сфагновый мох. Характеризуется кислой реакцией от 2,6 до 3,2 рН. Ему присуща низкая степень разложения, да и высоким содержанием минеральных элементов верховой торф похвастаться не может. Зато он признан долговечным и достаточно эффективным фильтром. Верховой торф – пожалуй, лучшая основа для составления грунта для теплицы.

Низинный торф отличается от верхового тем, что питание ему обеспечивают грунтовые воды.

Это наиболее популярный вид торфа, так как его, в принципе, нередко применяют в чистом виде в том числе. Характеризуется слабокислой или нейтральной реакцией среды с рН от 5,5 до 7,0. В низинном торфе содержится не менее 70% органики, а также весь базовый набор питательных элементов. Прелесть низинного торфа заключается в том, что им можно улучшить даже самый бедный грунт, включая даже песчаную почву, тяжелые суглинки и глину. За счет торфа минеральная часть грунта обогащается органикой и элементами питания, ее физические свойства улучшаются за счет связывания песка и разрыхления глины.

При этом кислая реакция грунта не меняется. Однако в случае контакта с воздухом происходит усыхание низинного торфа с последующей потерей органики и питательных веществ. Поэтому низинный торф рекомендуется вносить непосредственно под перекопку грунта, причем глубина перекопки должна составлять не менее четверти метра.

Старайтесь максимально равномерно смешивать торф с грунтом в процессе перекапывания. Так вы удержите органику, да и почва в итоге будет однородной.

Отличия торфа верхового и низинного определяются, в первую очередь, происхождением болота. Немалую роль играет и его месторождение.
Образование верхового торфа в большинстве случаев происходит в местности, для которой характерны суровые условия и бедный растительный покров. Обычное место образования верхового торфа – это болото на ровной местности с практически полным отсутствием подводных вод.
Источник питания – талые снега и очень редкое выпадение осадков. Верховой торф образуется, когда разлагается мох сфагнум, багульник, вереск, пушица и сосна. Концентрация солей в верховом торфе колеблется в пределах от 70 мг/л до 180 мг/л.
А вот для образования низинного торфа нужна, соответственно, низкая местность – например, овраг, речной берег или любое другое место, питание к которому поступает посредством грунтовых вод.
Образование низинного торфа происходит, когда разлагаются древесные породы, хвощ, мох, вейник, осока, хвощ или тростник. Все питательные вещества, входящие в состав низинного торфа, соответствуют питательным веществам в грунтовых водах данной местности, которые они захватывали, стекая с более возвышенных участков.
Концентрация солей в низинном торфе варьирует от 200 мг/л до 700 мг/л.

Торф переходной: 2 в 1

Правда, разложение органики в нем происходит не столь активно. По сути, торф переходной – это промежуточный вариант, совмещающий свойства низинного и верхового торфа.

Он применяется, как правило, для приготовления разных видов компоста. Нередко переходный торф выступает и в качестве подстилки для скота. Как и все торфа, торф переходной богат органикой, но калия в нем катастрофически мало.

Торф — это удобрение?

Нередко садоводы задают вопрос, годится ли торф верховой и низинный в чистом виде для удобрения участка, включая как садовые, так и огородные растения.

Начинающие садоводы допускают ошибку, закупая огромное количество торфа, чтобы после рассыпать его плотным слоем по поверхности грядок и в приствольных кругах деревьев и кустарников.

Но их надежды на сногсшибательный урожай не оправдываются при таком подходе. И даже то, что низинный и верховой торф состоит по большей части из гумуса (его составная часть в торфе достигает показателя от 40% до 60%), не оправдывает такой подход к внесению торфа.

Ведь питательных веществ в доступной для растений форме в торфе очень мало. Взять хотя бы азот: на тонну торфа приходится не менее 25 кг вещества, но растения в таком виде его практически не усваивают.

По сути, растения едва способны усвоить даже 1-1,5 кг азота с каждой тонны внесенного торфа. С остальными элементами, содержащимися в торфе, ситуация не лучше. Поэтому такое внесение не имеет практического смысла.

Обязательно комбинируйте его с органическими и минеральными удобрениями.

Мульчирование торфом: идеальный укрывной материал
Удобрение торфом
Торф как удобрение
Таблетки из торфа для рассады – садово-огородническое новшество

Так есть ли смысл в чистом внесении торфа верхового и низинного в грунт в качестве удобрения? Нельзя категорично ответить отрицательно. Многое зависит от качества грунта.

В плодородные супесчаные грунты и легкие суглинки торф вносить смысла нет – это лишняя трата средств и времени. А в песчаную почву, глинистую, истощенную и обедненную торф вносят вкупе с другими удобрениями, достигая отличных результатов.

Купить торф по низкой цене можно в интернет-магазине Hoga.ru по ссылкам:
— верховой https://hoga.ru/catalog/torf/torf_ogorodnik_verkhovoy_9l/
— низинный https://hoga.ru/catalog/torf/torf_ogorodnik_nizinnyy_9l/ .

Какую пользу и вред может принести торф на огороде

Со временем любая почва истощается и требует систематического удобрения, иначе выращивание культурных растений на ней становится затруднительным. В этом случае, огородники прибегают к подкормке субстрата органическими веществами.

Одним из таких является торф – природное удобрение, образующиеся из частиц отмерших болотных растений. Торф, как полезное ископаемое добывается в болотах, руслах рек или водоразделах.

Этот вид сырья с давних времён используют в основе удобрений для земли и в других сферах деятельности. Вещество состоит из разложившихся растений и продуктов синтеза — гумусовых, минеральных частиц и воды. В составе содержится также небольшое количество минеральных и химических элементов.

Торфяные отложения используют во многих областях. В основном как топливо на электростанциях, в животноводстве, для очистки водосточных сооружений, в разработке лекарственных препаратов для медицины. В строительной сфере используются торфоизоляционные материалы.

Большая доля торфяников используется садоводами и огородниками для повышения плодородия грунта. Из торфяных отложений изготавливают удобрения, стимулирующие препараты для роста растений, горшки под рассаду и укрывной биоматериал на зиму.

В торфяном материале накоплено множество продуктов фотосинтеза и углерода, что при внесении в почву улучшает её проницаемость к влаге и воздуху, делает рыхлой, а также меняет микробиологический состав.

Вещество улучшает структуру земли, уменьшает содержание нитратов, снижает действие пестицидов, подавляет вредоносные бактерии и грибки, повышает кислотность. Входящие в состав гуминовые и аминокислоты улучшают развитие растительных культур. Именно поэтому, торф, как удобрение так часто используется для огородов.

Различают следующие виды торфа:

Низинный. Этот вид образуется из частиц древесных пород, мхов, осок и тростников в болотных местах. Разложение растений происходит без доступа кислорода с помощью микроорганизмов в низинном слое. Эта разновидность отличается высокой влажностью и плотностью. Торфяной пласт состоит из низинных неразложившихся растений: ольхи, папоротника, берёз, ели, ивы и пр. Залегает в поймах рек и глубоких оврагах.
Верховой. Из своего названия указывает на то, что образуется в верхнем слое заболоченных мест из травы и растений. В образовании участвует кислород. Обладает лёгкой и рыхлой структурой, состоит из остатков растений верхнего типа: лиственница, сосна, топяная осока и т. д.
Переходной. Является составным из части верхового и низинного торфа.

Низинный торф: применение и свойства сырья

Этот вид сырья характеризуется высокой концентрацией минеральных веществ и быстрым разложением. В основном бывает чёрного цвета.

Нейтральный или слабокислый состав (рН 4–6) насыщен гуминовой кислотой, сильно впитывает воду, поэтому влажность достигает 70%. Из-за увлажнённости предрасположен к образованию комьев, слёживанию и заиливанию.

Перед применением низинный торф проветривают несколько дней на открытом воздухе, ссыпая в небольшие кучки. Используют в сочетании с компостом и добавлением минеральных удобрений для обогащения почвы или удержания влаги в глинистых или песчаных грунтах.

В огородах рекомендуют использовать именно низинный нейтральный торф, который так любят растения. К тому же, это уменьшит время и затраты труда, потому как вносить его можно без компостирования.

Низинный торф равномерно выкладывают на поверхность земли и перекапывают грунт на глубину не более 10 см. Оптимальной нормой считается внесение от 20 до 30 литров/ м². Если на участке земля новая и не удобрялась до этого, то вносят от 50 до 60 литров/ м².

Внесение торфяного сырья делает структуру почвы зернистой, благодаря тому, что частицы земли скреплены в мелкие комочки. Грунт свободно пропускает воздух, хорошо напитывается и удерживает влагу, что благотворно влияет на корневую систему растений.

Низинный торф часто используют для мульчирования поверхности газонов в весенний период. Перед этим газон вычёсывают, добавляют удобрения из азота и распределяют на поверхности тонкий слой торфа не более чем 3–5 мм.

К мульчированию низинным торфом прибегают в случае песчаных и глинистых почв, чтобы влага при поливе удерживалась дольше. Для этого удаляют сорняки, поливают и удобряют почву, затем распределяют торфяное покрытие тонким слоем на поверхности (2–5 см), стараясь не затрагивать зоны вокруг стеблей.

Верховой торф: характеристики и способы применения в садоводстве

Верховой торф характерен пористостью и высокой способностью удерживать влагу. Продолжительное время не поддаётся биологическому разложению.

Благодаря длинным волокнам структуры, долго сохраняет минеральные вещества в составе. Земля, насыщенная длинноволокнистым верховым торфом, лёгкая, отличается теплоизоляционными качествами и при выращивании растений не даёт усадки.

К сожалению, верховой торф мало богат питательными веществами. Торфяные отложения верхового типа имеют кислую реакцию рН 2,5–3,1. и часто применяются для подкисления почвы.

Для некоторых растений требуется именно такая среда для развития. Например, для картофеля, земляники, гортензии, щавеля, фиалок, вереска. В этом случае проветренный торф добавляют в пропорциях 1:1 для суглинистых и песчаных грунтов.

Чтобы не угнетать растительные культуры высокой кислотностью, верховой торф предварительно компостируют в ямах или кучах до полного разложения органических остатков.

На основании сырья готовят субстраты для выращивания рассад овощей и цветов, а также используют в теплице как основной материал. Перед этим вещество перемешивают и проветривают, добавляют минеральное удобрение и доломитовую муку.

Обязательно измеряют кислотность, так как для растений оптимальным считается уровень рН 5,5– 6,5. Подготовленную основу выдерживают 1,5–2 недели, периодически мешая, после чего высаживают растения.

Чтобы использовать полезное сырье в садоводстве, следует знать некоторые правила. Перед использованием торфяное удобрение «распускают» и проветривают около двух недель.

Лучше всего просеять материал дополнительно через специальную сетку. Проветривание выполняют для того, чтобы снизить степень токсичности. Затем сырье складывают в кучи и держат до двух или трёх месяцев, периодически перелопачивая.

Торфяное удобрение хорошо себя показало в выращивании цветов. Воздушная и пористая почва способствует быстрому восстановлению цветов после пересадок. Особенно благосклонны к торфяному субстрату пионы. Цветы быстро развиваются и радуют яркими красками, при этом источают более насыщенные запахи.

Садоводы часто используют вместо навоза торфяной компост. Единственным недостатком этого метода является более длительное разложение торфа в грунте, чем у навоза. К тому же, у верхового торфа повышенная кислотность, что требует вылёживания перед применением. Но при правильной подготовке, торфяной компост ничем не уступает навозу.

Компостирование выполняют с начала весны и до поздней осени. В компостные кучи к торфу добавляют различный материал, который служит прекрасным дополнением полезных микроорганизмов.

Чаще всего, это опавшая листва, отходы растений, ботва, сорняки, остатки пищи и опилки. Готовится компост около одного — полтора года. В течение этого времени он считается готовым, если смесь превратилась в однородную массу.

Чем полезен торф для дачного участка

Использование торфа на дачном участке приводит к положительным результатам. Природное вещество применяют для следующих целей:

для улучшения почвенного состава;
для подготовки субстрата для высадки растений;
как основу для приготовления удобрений;
в качестве укрывного материала в зимний период;
в приготовлении торфяных блоков под рассаду;
для обработки газонов, мульчирования и укрепления.

Как нужно вносить торф? Нерезультативным является способ, если просто разбрасывать сырье на поверхность почвы. Чтобы достичь максимального эффекта, торфяной материал перемешивают с дёрном, перегноем и прочими компонентами, затем вносят 2–3 ведра на площадь в 1 м². Такую подкормку можно выполнять каждый год, что будет давать повышение уровня плодородности почвы на 1%.

Следует учитывать простые правила при внесении торфяной подкормки на дачном участке:

Количество торфяного вещества в почвенном составе не должно превышать 70%.
Перед использованием обязательно смешивают с перегноем и песком.
Дополнительно вносить минеральные удобрения.
Использовать торфяные отложения низинного типа.
Применять на суглинках и песчаных грунтах.

На результат подкормки влияет степень разложения торфяного сырья, которая не должна быть менее 30–40%. Если используется низинный тип материала, то перед применением его обязательно нужно проветривать и измельчать. При этом, нельзя пересушивать материал, оптимальная влажность должна составлять 50–70%.

Торф для огорода: польза и вред сырья

Огородники используют торфяное сырье для придания рыхлости земляному кому и создания правильной структуры дерново-подзолистых почв, где преобладает песок и глина. Как известно, песок слабо удерживает воду, а глина воздухонепроницаема.

Поэтому, лучшего варианта для такого грунта не отыскать. Как выбирают торф для огорода? Выбрать можно в зависимости от того, какая степень разложения у вещества. Выделяют три категории:

Низинный тип. Более 40% степени разложения. Из-за нейтрального состава лучшим образом подходит для огорода.
Переходной тип. Степень разложения от 25 до 40%. Используют как материал для компостирования.
Верховой тип. Минимальная степень разложения, которого составляет 20%. Не рекомендуется вносить в чистом виде в грунт из-за высокой кислотности, требует предварительной обработки.

Основная польза и вред торфа на огородном земельном участке. Определим, в чём заключаются полезные действия торфяного состава:

Позволяет повысить урожайность за счёт улучшения грунта, минимален в затратах.
Увеличивает гумусовый слой земли, тем самым улучшает плодородие.
Повышает пористость, воздухо — и водопроницаемость субстрата, улучшая работу корневой системы растений.
Борется с патогенной микрофлорой, грибками, бактериями, является хорошим антисептиком.
При пониженной кислотности субстрата можно нормализовать этот показатель, если правильно подобрать тип торфа.
Быстро прогревает землю, способен задерживать полезные вещества и останавливать их вымывание.
Обладает гигроскопичностью. Увеличивает влагоемкость грунта.

Какие недостатки и вред может принести:

Торф вреден, только если его неправильно использовать или сочетать с некачественными удобрениями. Тогда растения замедляют развитие, а в некоторых случаях возможна даже гибель.
Вещество способно повышать кислотность почвы, что неблагоприятно действует на рост культуры. Чтобы избежать закислённости грунта, известкуют торфяной материал – на 100 кг добавляют 4– 6 кг извести.
Торф не принесёт никакой пользы, если земля плодородная и рыхлая. Содержание микроэлементов в веществе минимально и будет усваиваться только на 5%. Это следует учитывать.

Торф как удобрение для овощных культур

Практически все культуры дают хороший урожай при использовании торфа. Особенно благоприятно реагируют на полезное вещество – помидоры, щавель, картофель, земляника, клубника и голубика.

Подкормку производят в весенний период, одновременно с высадкой картофеля. Перемешанный с навозом торфяной материал бросают прямо в лунку, что позволяет питательным веществам лучше проникнуть к семенам.

Хорошо действует торф и на рост клубники. Плоды быстрее зреют, а урожай становится богаче. Не менее хорошее воздействие оказывает посадочный материал на помидоры. Подкормку проводят один раз в 14 дней прикорневым или внекорневым методом.

https://ferma.guru/

Верховой и низинный торф — предназначение и различия

Образуясь на болотах под действием высокой влажности и дефицита кислорода, торф представляет собой продукт гумификации растительных останков – лиственных и хвойных деревьев, трав, мхов. Он активно применяется в качестве удобрения в земледелии, особенно тепличном. Между тем, данный материал не однороден и делится на верховой и низинный. В чем заключается разница между торфом и для чего предназначен каждый из видов, узнайте из данной статьи.

[contents]

Описание характеристик верхового торфа

Верховой, или сфагновый торф, формируется из останков растительного происхождения, находящихся в верхних слоях болот, расположенных на территориях с бедным растительным покровом и практически полным отсутствием грунтовых вод. Он обладает следующими характеристиками:

Верховой торф

основа — сфагновый мох, за что он и получил свое второе название. Кроме того он также образуется при разложении багульника, сосны, пушицы, лиственницы и вересковых растений;
с кислым ph — 2,6-4,5.
показатель концентрации солей – 70-180мг/л;
зольность – 4 %;
цвет — коричневый;
содержит большое количество волокон, минимум минеральных элементов и порядка 40 % органики;
питается атмосферными осадками и талыми снегами, имеет слабую степень разложения;
воздухо- и влагоемкий благодаря пористой структуре;
может использоваться для улучшения структуры песчаных и глинистых грунтов.

Совет. Верховой является лучшей основой для грунта, предназначенного для использования в теплицах, поскольку не содержит в своем составе личинки паразитов и сорняки.

Разновидностью данного материала является нейтрализованный подвид. Его готовят из низкоразложенного торфа и известняковой муки, используют при изготовлении субстратов, предназначенных для выращивания горшочных и тепличных культур, а также деревьев и кустарников в открытом грунте.

Верховой торф подходит для использования в теплицах

Характеристика низинного торфа

Данный торф, найдя применение в чистом виде, является наиболее востребованным у огородников. Питаясь за счет грунтовых вод, он характеризуется:

70 % содержанием органики;
нейтральным или слабокислым ph — 5,5-7,0;
концентрацией солей на уровне 200-700 мг/л, в редких случаях – 1г/л;
цвет – почти черный;
обладает высоким показателем плодородия;
возможностью применения на любых грунтах;
способностью задерживать влагу в почве.

Внимание! Благодаря полному набору питательных веществ, низинный способен улучшить структуру обедненных грунтов — песчаных, суглинистых и глинистых, напитать их органикой, а также связать или разрыхлить их, в зависимости от исходного состояния грунта.

Низинный торф

Образуется данный материал в результате гумификации остатков ивовых кустарников, а также березы, ольхи, ели, осоки, хвощей, гипновых мхов. Место добычи – низинные участки: овраги, поймы рек. Набор питательных нутриентов, входящих в его состав, соответствую минеральному составу грунтовых вод, питающих болото, из которого он добыт.

По степени разложения данный вид делится на сильноразложившийся, среднеразложившийся и слаборазложившийся. Лучше всего применять сильноразложившийся – он наиболее насыщен питательными веществами. Из него, применяя специальные технологии и внося определенные компоненты, готовятся субстраты, идеально подходящие для выращивания различных растений, создания газонов, разведения рассады.

Из низинного торфа готовятся субстраты

Сфера применения

В сельском хозяйстве торф практикуется как удобрение и мульчирующее покрытие.

Используемый в виде мульчи, он способствует хорошему прогреву грунта, что особенно актуально в осенний и ранневесенний период, а также при подзимнем посеве чеснока, моркови и зелени. Оптимальный слой в 1-7 см позволит обеспечить сохранность влаги в почве и защитить посадки молодых растений от засухи.

Торф часто используется как удобрение

Внесение торфа как удобрения, позволяет обогатить песчаный и глинистый грунт гумусом, улучшить аэрацию и физиологические свойства почвы. Для достижения максимальных результатов это рекомендуется делать в комплексе с другими органическими и минеральными туками.

Еще одна сфера применения – производство торфяных таблеток, которые затем используют для выращивания рассады из семян и черенкования. Для их изготовления используется верхний слой, который дополнительно обогащается микроэлементами и обрабатывается стимуляторами роста.

Верховой торф используется для производства торфяных таблеток

Отличия торфа

Разница между торфом верховым и низинным состоит в нескольких характеристиках:

Кислотность. Верховой более кислый, чем низинный и может применять на щелочных грунтах, а также в чистом виде для выращивания голубики, рододендронов, вересковых кустарников, гортензий.
Долговечность. Низинный под действием воздуха разлагается гораздо быстрее верхнего.
Питательность. Верховой уступает по питательности.
Востребованность. Низинный гораздо сильнее насыщен органикой, поэтому может пользоваться в качестве улучшителя состава грунтов чаще, чем верховой.
Место образования и добычи.
Применение. Особенностью низинного является способность усыхать при контакте с воздухом. При этом он утрачивает питательные вещества. В связи с этим его рекомендуется вносить при перекопке грунта – на глубину 25 см, максимально равномерно смешивая с почвой. Верховой — более устойчив и лучше подходит для создания мульчи, обеспечивая хорошее снабжение корневой системы растений воздухом и водой, способствуя ее развитию и укреплению. Его также применяют для приготовления компоста и почвенных субстратов для теплиц.

Низинный торф вносится при перекопке грунта

Более подробно ознакомится, в чем разница верхового и низинного торфа, можно посмотрев данное видео.

Сравнение торфа — видео

отличия и применение, кислотность, особенности нейтрализованного верхового торфа. Какой лучше для рассады?

Любой дачник, заботящийся о своих растениях, знает, насколько ценен торф. Это природное ископаемое, образовывающееся в болотистых местностях, служит отличным удобрением для грядок и позволяет растениям быть здоровыми. Есть несколько видов торфа, и все они отличаются друг от друга. В данной статье поговорим о верховой и низинной разновидностях.

Общее описание

Торф представляет собой натуральное удобрение, которое получается благодаря естественному перегниванию остатков растений, мха и других биоорганизмов. Образовывается ископаемое при определенных условиях: это должна быть влажная заболоченная зона с минимумом кислорода. Больше всего таких зон находится на территории России.

По большей части торф состоит из углерода – здесь его более 50%. Также в его составе имеется водород, кислород и азот. Меньше всего в удобрении серы – около 1%. Цвет у материала коричневый, бурый, иногда рыжий. Это пористое, хорошо впитывающее воду и горючее вещество. Сфера его применения весьма обширна. Ископаемое используют в следующих целях:

как топливо, но здесь подойдут только определенные виды торфа;
в качестве удобрения и мульчи;
для изготовления подстилок домашнему скоту.

Кроме того, торф в отдельных случаях применяют в медицине, а также на химическом производстве.

Верхового

Второе название верхового торфа – «сфагновый». Добывают его в болотистой местности, формируется такое ископаемое благодаря гниению разнообразных микроорганизмов, а также мха сфагнума. Верховой поверхностный материал отличается рыхлой структурой, в нем довольно много воздуха. Кислотность составляет 4,5 pH. Разлагается такой торф очень медленно. Кроме того, он долго сохраняет свои характеристики, не портится.

Верховой материал широко применяется в очистительных системах, поскольку он обладает прекрасными фильтрационными качествами. Также его используют для улучшения грунта, засыпки в теплицы и многого другого.

Стоит отметить, что подобный торф является экологически чистым материалом, ведь в него не проникают вредоносные бактерии.

Низинного

Низинная разновидность торфа залегает глубоко под землей, а формирование ее происходит в основном благодаря грунтовым водам. В отличие от верхового слоя, который разлагается сравнительно медленно, низинный имеет целых три степени разложения: медленная, средняя, быстрая. Как правило, в сельском хозяйстве востребована последняя.

Низинный торф имеет повышенную кислотность. Кроме того, в нем довольно много органики, поэтому спрессованные варианты имеют малый срок годности. Главный плюс подобного решения – возможность удобрять им почву любого типа. Однако важно помнить, что при взаимодействии с кислородом низинный торф быстро теряет свои качества, поэтому почву необходимо сразу же перекопать. Помимо верхового и низинного, есть еще несколько видов торфа, которые достойны упоминания. Один из них – переходной. Такое название дано неслучайно: переходной материал лежит между верховым и низинным, по сути, это нижний торф, но не до конца сформированный. В нем практически все содержание занимает органика, а вот калия почти нет.

Еще один подвид торфа – кислый. Его можно взять из верхних слоев. Кислое удобрение подходит для почв, которые слабо пропускают воздух. Также можно отметить нейтральную разновидность. Это универсальный торф, который получают благодаря нейтрализации верхового.

Основные отличия

И верховой, и низинный торф можно накопать из одного и того же места, однако это не значит, что разницы между такими ископаемыми нет. Рассмотрим, чем описываемые виды удобрения отличаются друг от друга.

Верховой торф имеет большую, нежели низинный, кислотность. Это оптимальный вариант для почв с высоким содержанием щелочи.
Верховой материал дольше хранится, особенно в спрессованном виде. Низинный портится быстро, плохо взаимодействует с воздухом.
Что касается питательности, то здесь определенно выигрывает верховой торф. Тем не менее он совместим не со всеми видами грунта. Низинный же слой содержит больше органики, что положительно влияет на состав почвы.
Если говорить о цвете, то стоит отметить, что верховой торф всегда светлее, а низинный – темнее. Обусловлено это количеством органики – чем ее больше, тем темнее будет расцветка.
Оба вида торфа используются для удобрения почвы, но делается это по-разному. Верховой подвид чаще всего кладут поверх грунта, мульчируя его, а вот низинный необходимо закапывать вглубь.

Как нейтрализовать верховой торф?

К сожалению, в некоторых случаях применение торфа в чистом виде может оказаться бесполезным, а также нанести огромный ущерб растениям. Например, верховой материал сильно повышает кислотность почвы, а это не всегда хорошее решение. Чтобы избежать последствий, его можно раскислить. Для нейтрализации кислого верхового торфа садоводы рекомендуют применять гашеную известь – 6 килограммов средства хватит на 100 кг удобрения.

Иногда используют и доломитовую муку.

Особенности применения

Прежде чем рассматривать возможности применения торфа в садоводстве, необходимо разобраться, какую пользу он способен принести растениям. Так, торф, являющийся сравнительно недорогим удобрением, значительно повышает качество грунта. Он позволяет почве стать более пористой, благодаря чему в нее будет легче проникать кислород, а также жидкость.

Материал уничтожает вредные бактерии, тем самым очищая землю. Более того, он чистит и воду, удаляя из нее болезнетворные организмы. Еще такое удобрение может изменять кислотность грунта, позволяя получить оптимальный уровень для выращивания той или иной культуры.

Теперь следует ознакомиться с некоторыми правилами применения удобрения.

Чтобы торф принес пользу, необходимо, чтобы он какое-то время побыл на воздухе. Ископаемое разделяют на несколько кучек и раскладывают недалеко друг от друга на пару дней.
Торф очень плохо переносит отсутствие воды. Важно, чтобы он все время был влажным. При недостатке жидкости удобрение начнет сжиматься, благодаря чему корневая система растений окажется под риском засыхания.
Если почва уже и так плодородная, например, это чернозем, то использование описываемого удобрения не принесет никакой пользы. Это ископаемое подходит только для глины и песка.
Обновлять удобрение нужно каждые 3 года. Вносят его осенью либо весной, на 1 кв. м потребуется около 10 килограммов ископаемого.
Кислые почвы нельзя насыщать чистым торфом. Перед применением такое удобрение потребуется нейтрализовать. Кислотность грунта можно определить с помощью лакмусовой бумаги.

Верховой торф часто применяют для повышения кислотности почвы. Он подойдет для таких растений, как картофель, земляника, томаты, щавель. Схема посадки выглядит следующим образом:

торф высыпают на грунт и проветривают;
через некоторое время комбинируют с грунтом в пропорции 1: 1.

Верховой материал хорошо проявил себя и как удобрение для рассады. Чтобы растения быстро пошли в рост, ископаемое надо тщательно проветрить, а потом дополнить доломитовой мукой и подкормками с минеральным составом. Смесь должна настояться 14 дней, после этого ее можно использовать для посадок. Кроме того, для рассады можно применять и торфяные таблетки. Их делают из верхних слоев торфа, обогащая разными полезными веществами. Также стоит отметить, что кислое удобрение отлично подойдет для тепличного грунта.

Низинный торф также нуждается в проветривании. После того как данная процедура была проведена, удобрение смешивают с перегноем, дополняют подкормками и закапывают внутрь почвы сантиметров на 10. Делать это рекомендуется по весне раз в несколько лет. В некоторых случаях низинный торф, как и верховой, можно использовать в качестве мульчи. Например, на газонах, восстанавливающихся после зимнего периода. Для этого область газона приводят в порядок, удобряют и только потом мульчируют.

Достаточно слоя удобрения в половину сантиметра. Иногда мульчируют также почвы на основе глины или песка. Толщина слоя мульчи – 5 см или меньше.

Не секрет, что некоторые садовые и огородные культуры предпочитают подкисленные почвы. Применение верхового торфа отлично скажется на росте гортензий, рододендронов, голубики, черники. Подойдет он и для хвойных культур. Но не в чистом виде, а смешанный с компостом и удобрениями. Если ископаемое вносится в почву, оно должно быть жидким, если же кладется поверх – сухим. При выращивании тепличных растений удобрение раскладывают ровным слоем по всей площади, а потом перекапывают землю.

Садоводство и огородничество – не единственная сфера применения торфа в хозяйстве. Если есть животные, можно сделать для них подстилки на основе этого материала. Торфяные коврики дезинфицируют пол и воздух, убивают бактерии, с ними можно не бояться вспышек заболеваний среди скота. Для подстилок лучше взять верховой материал. Однако надо помнить, что процесс выделки ковриков будет долгим и сложным.

Кроме того, торф часто используется как основа для приготовления компоста. На участке следует сделать компостную яму, в которой ископаемое будет медленно разлагаться, собирая полезные вещества. Наполнять ее надо постепенно, по мере возможности. Добавляют в яму листья, остатки растений и мхов, еды. А вот резину, изделия из металла или стекла бросать нельзя. В целом на изготовление полноценной подкормки придется потратить полтора года.

В следующем видео вас ждет дополнительная информация о верховом и низинном торфе.

Что такое торф? — Международное общество торфяников

Торф — это поверхностный органический слой почвы, состоящий из частично разложившегося органического вещества, полученного в основном из растительного материала, который накапливается в условиях заболачивания, дефицита кислорода, высокой кислотности и дефицита питательных веществ.

В умеренных, северных и субарктических регионах, где низкие температуры (ниже нуля в течение длительного периода зимой) снижают скорость разложения, торф образуется в основном из мохообразных (в основном сфагновых мхов), трав, кустарников и небольших деревьев .

В низинных влажных тропиках торф получают в основном из деревьев тропических лесов (листья, ветви, стволы и корни) при почти постоянных годовых высоких температурах.

В других географических регионах торф может быть образован из других видов растений, способных расти в водонасыщенных условиях. Например, в Новой Зеландии торф образуется из представителей семейства Restionaceae , в то время как на тропических прибрежных окраинах торф образуется в мангровых зарослях.Еще можно найти новые виды торфа.

Определения торфа различаются в зависимости от дисциплины и между органами для разных целей, и не существует универсального соглашения, применимого во всех обстоятельствах. Это прискорбно, потому что это влияет на оценку площади торфяников и определение важных характеристик торфа, особенно объема и содержания углерода.

Существуют разногласия относительно минимальной толщины поверхностного органического слоя почвы и минимального процента органического вещества в нем между различными определениями торфа.Например, согласно классификации почв Министерства сельского хозяйства США, торф — это органическая почва (гистосоль), которая содержит минимум 20% органических веществ , увеличивающихся до 30%, если до 60% минеральных веществ составляет глина. Другие органы приняли определения торфа с содержанием органических веществ выше 30% и толщиной более 30 см .

Мелководный торф наиболее уязвим для сильного торфяного ожога во время лесных пожаров

Хотя торфяники покрывают только 3% поверхности Земли, торфяники представляют собой глобально важные поглотители углерода, в которых в настоящее время хранится примерно одна треть органического углерода почвы Земли (Gorham 1991, Yu et al. 2008 г.).По мере изменения климата и повышения температуры воздуха прогнозируется, что на северных торфяниках будет наблюдаться увеличение эвапотранспирации, превышающее увеличение количества осадков, что приведет к усилению осушения (Helbig et al 2020) и увеличению глубины зеркала грунтовых вод (WTD) (Roulet et al ). 1992, Гранат и др. 2016). Эти более сухие условия повышают уязвимость торфяников к потере углерода из-за снижения продуктивности мхов (Moore and Waddington, 2015) и усиленного разложения (Freeman et al. 1993, Strack et al 2006).Более сухой торф также увеличивает вероятность лесных пожаров на торфяниках (Thompson et al 2019) и увеличивает потери от горения от тления торфа (Benscoter et al 2011; Turetsky et al 2011, Wilkinson et al 2018), особенно когда торфяники находятся в отключены от региональных систем подземных вод (Hokanson et al 2016, 2018).

Лесные пожары имеют особое значение для баланса углерода торфяников, поскольку естественные и деградированные торфяники могут подвергаться горению на глубине до 1 м (DOB), выделяя> 80 кг C · м ⁻² в результате горения тлеющего торфа, что составляет от сотен до тысяч лет накопления углерода (Davies et al 2013, Lukenbach et al 2015b, Wilkinson et al 2018).Несколько исследований показывают, что северные торфяники устойчивы (и могут быть устойчивы) к лесным пожарам (Shetler et al 2008, Wieder et al 2009) благодаря как водорегулирующим свойствам некоторых торфяных мхов, так и множественным отрицательным (саморегулирующимся) признакам. ) экогидрологические обратные связи (Waddington et al 2015), которые поддерживают высокий уровень грунтовых вод и высокое содержание влаги в приповерхностном торфе (Waddington et al 2015). Однако, несмотря на то, что есть свидетельства того, что некоторые торфяники устойчивы к высокой интенсивности горения торфа и могут вернуться к чистому поглотителю углерода через 20 лет (Wieder et al 2009), существует опасение, что торфяники могут переключиться с поглотителей углерода на источники углерода. отчасти из-за высоких или возрастающих потерь при сгорании (Турецкий и др. 2015, Инграм и др. 2019).Уязвимость торфа перед лесными пожарами может зависеть от глубины торфа до пожара; идея, концептуально представленная Джонстоном и Чапином (2006) и Дэвисом и др. (2013), однако она еще не была явно протестирована, несмотря на то, что функция регулирования уровня грунтовых вод многих из вышеупомянутых экогидрологических обратных связей сильнее на более глубоких торфяниках (например, Morris and Waddington 2011, Waddington et al 2015).

Мелководные торфяники и торфяные отложения часто недостаточно изучены по сравнению с их более глубокими аналогами, хотя они были задокументированы в большинстве регионов мира, аккумулирующих торф, включая как северные, так и тропические регионы (напр.г. Cannell и др. 1993, Jaenicke и др. 2008, JNCC, 2011, Vompersky и др. 2011) и могут представлять больший пространственный охват (Vompersky и др. 2011) и более плотные запасы углерода (Cannell и др. 1993), чем более глубокие месторождения. Хотя определения «мелкого» торфа могут варьироваться в зависимости от страны, региона и организации, большинство из них включает торф глубиной 0,1–1 м (JNCC 2011). В дальнейшем мы будем называть участки торфа глубиной не менее 0,4 м (но обычно менее 1 м) мелкими торфяниками, а участки торфяных или торфяных почв (> 25% органического вещества) между 0.1 и 0,4 м в виде мелководных торфяных залежей (JNCC 2011).

Глубина торфа напрямую влияет на запасы воды (Price and Schlotzhauer 1999), и при наличии уровня грунтовых вод сильные капиллярные силы в торфяных мхах (например, Sphagnum spp.) Обеспечивают вертикальный перенос влаги на поверхность с глубины. (например, ~ 0,8 м; Lukenbach et al 2015a). Однако существует большая вероятность того, что уровень грунтовых вод на мелководных торфяниках и отложениях торфа опустится ниже нижней границы торфяного профиля и во многих случаях полностью исчезнет в периоды засухи (Dixon et al 2017).По мере увеличения WTD влажность приповерхностного торфа уменьшается (Moore and Waddington 2015, Lukenbach et al 2015a), тем самым увеличивая сжатие торфяной матрицы (Price 1997, Price and Schlotzhauer 1999) и разложение торфа (Freeman et al ). 1993). Это приводит как к временному, так и к долгосрочному увеличению насыпной плотности торфа (Whittington et al 2007) и снижению удельного выхода (Sy) (Waddington et al 2015) из-за изменения плавучести торфа (Price and Schlotzhauer 1999). и распределение пор по размерам (Boelter 1968).Sy представляет количество воды, необходимое для увеличения / уменьшения WTD на одну единицу глубины (Hillel 1998), где более низкие значения представляют собой «более яркий» уровень грунтовых вод и повышенную восприимчивость к понижению уровня грунтовых вод (например, Sherwood et al 2013). Таким образом, неглубокий торф с большей вероятностью будет иметь быстрое снижение уровня грунтовых вод (из-за более низкого Sy) в период засухи, одновременно увеличивая объемную плотность торфа (Whittington and Price 2006) и уменьшая приповерхностную влажность (Thompson and Waddington 2008, Мур и Уоддингтон 2015).

Содержание влаги и насыпная плотность торфа являются основными факторами, влияющими на реакцию горения торфа (Van Wagner 1972, Frandsen 1987, Benscoter et al 2011), при этом низкое содержание влаги в сочетании с высокой насыпной плотностью торфа, вероятно, делает мелководный торф более уязвимым для высоких степень ожога торфа во время лесных пожаров (Prat-Guitart et al 2016, Huang and Rein 2017, Wilkinson et al 2019). Точно так же наличие унаследованного углерода (углерода, который избежал возгорания во время предыдущего лесного пожара) обычно увеличивается с увеличением глубины органического грунта (Walker et al 2019).Следовательно, взаимодействие глубины торфа и положения уровня грунтовых вод может быть важным фактором, объясняющим высокую степень ожога торфа в недавно сгоревших (обычно более мелководных) органических почвах на Аляске (2019) и экотоны неглубоких переходных окраин торфяников в Бореальных равнинах, Альберта. , где было обнаружено, что потери углерода в результате сгорания превышают накопление углерода с момента предыдущего лесного пожара (Ingram et al 2019, Walker et al 2019).

На сегодняшний день ни одно исследование не проверяло связь между глубиной торфяного торфа до пожара и тяжестью торфяного ожога, поэтому цель данного исследования — изучить роль глубины предпожарного торфа на тяжести торфяного ожога (т.е. DOB) из-за тлеющего горения. Мы предположили, что глубина торфа до пожара оказывает существенное влияние на интенсивность горения торфа из-за его связи с доступностью воды. Более того, мы предположили, что более глубокие торфяники имеют более медленные темпы снижения уровня грунтовых вод по сравнению с более мелкими торфяниками и торфяными отложениями, где более глубокие торфяники имеют повышенную способность удерживать воду и могут лучше поддерживать уровень грунтовых вод в торфяном профиле в засушливые периоды из-за относительная сила некоторых экогидрологических обратных связей.Эти гидрологические характеристики могут сделать более глубокий торф более устойчивым к тяжелым ожогам торфа и потерям углерода, позволяя им сохранять статус поглотителей углерода с течением времени. Развитие понимания того, как глубина торфа, как суррогат экогидрологических процессов и свойств, влияет на интенсивность торфяных ожогов, может оказаться важным для защиты торфяников от изменения климата и усиленных режимов лесных пожаров путем нацеливания на наиболее уязвимые торфяники с целью сохранения и восстановления. (е.г. Гранат и др. 2016).

2.1. Район исследования

Район исследования находится в биосферном заповеднике ЮНЕСКО Джорджиан Бэй (GBBR) в Онтарио, Канада. В период с 18 июля по 31 октября 2018 г. в результате лесного пожара на проливе Парри-Саунд № 33 сгорело более 11 000 га площади ГББР (рисунок 1). Район характеризуется гранитными грядами и долинами коренных пород, с многочисленными углублениями коренных пород разной глубины по гребням. Низкая проницаемость коренных пород в этих впадинах способствует накоплению торфа, где тонкий слой органической / минеральной почвы перекрывается торфом и слоем живого мха (обычно Sphagnum spp.; Мур и др. 2018). Гидрогеологическая обстановка каменных пустошей позволяет часто проводить гидрологическую изоляцию торфяных залежей различной глубины; где гидрологическая связность зависит от случаев заполнения и разлива, когда поступление воды превышает вместимость депрессии (Spence and Woo 2003). Поверхностный покров окружающего хребта коренных пород, как правило, состоит из обнаженных коренных пород, моховых подушек ( Polytrichum spp.) И лишайниковых ( Cladonia spp.) Матов, в то время как промежуточные долины чаще состоят из более глубоких минеральных почв и открытой воды. пруды, или глубокие торфяники.Обычные породы деревьев в этом районе включают тамарак ( Larix laricina ), ель черную ( Picea mariana ), белую сосну ( Pinus strobus ) и сосну обыкновенную ( Pinus Banksiana ).

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 1. Экорегион Джорджиан-Бэй в южной части Канадского щита в Онтарио, Канада, с указанием местоположения лесного пожара в проливе Парри-Саунд № 33 (PAR 033).(A) Район исследования в зоне действия пожара, ландшафтные единицы сгоревшего торфяника, обследованные в июне 2019 года, обведены черным контуром, (B) зона исследования за пределами зоны воздействия пожара, несгоревшие участки обведены черным.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

В этом регионе, возможно, ранее происходили культурные выжигания с низкой степенью серьезности, однако в недавних записях для этого района не было зафиксировано крупных лесных пожаров (записи с 1950 года для экозоны Онтарио-Шилд; Stocks et al. 2002, Natural Resources Canada 2018).Климат влажно-континентальный с относительно более сухим летом (июнь – август) по сравнению с более влажными сезонами (Environment Canada 2019). В 2018 г. на исследуемую территорию выпало примерно 130%, 30% и 46% среднего количества осадков за апрель, май и июнь, соответственно, по сравнению с климатическими нормами 1981–2010 гг. (Environment Canada 2019). Во время возгорания (18 июля 2018 г.) в этом районе выпало лишь 0,25% от типичного количества осадков для июля (Environment Canada 2019).

Наше исследование проводилось на девяти различных участках в пределах зоны возгорания Parry Sound # 33 (рис. 1 (A)).Серьезность торфяных ожогов была проанализирована с использованием стратифицированного случайного подхода, чтобы гарантировать, что распределение как глубины торфа, так и DOB на ландшафте было зафиксировано, на основе априорных знаний о несгоревшем ландшафте. Каждый участок был визуально разделен на две ландшафтные единицы, определяемые как: (i) торфяник; подразделяется на середину торфяника (P _{середина}) и окраину торфяника (P _marg, по периметру торфяника) и (ii) возвышенность; лесные массивы на прилегающих возвышенностях скальных пустошей с торфяными почвами и тонким нижележащим слоем минеральных почв.Следовательно, каждый «участок» содержит середину торфяника, край торфяника и единицу ландшафта возвышенности, которые обозначаются соответствующими аббревиатурами, приведенными выше, и идентификатором участка (таблица S1 (доступна на сайте stacks.iop.org/ERL/15/104032/) mmedia)). Был оценен диапазон площадей торфяников, в том числе три участка с относительно большими торфяниками (0,62–1,11 га), три со средними торфяниками (0,14–0,20 га) и три с небольшими торфяниками (0,03–0,06 га) с максимальной глубиной торфа. в торфяниках ≥0.4 м, а глубина торфа на окраинах торфяников обычно, но не всегда, <0,4 м. Нагорья имели переменную глубину, обычно <0,4 м. Доминирующими породами деревьев были тамарак, ель черная и сосна обыкновенная для P _{середина}, P _край, и возвышенность соответственно.

2.2. Степень горения торфа и потеря углерода

На каждом участке мы случайным образом выбрали 10 участков в каждом из участков P _mid, P _marg, и горных ландшафтных единиц, всего 270 участков на девяти участках.DOB был оценен через 7 месяцев после пожара, исходя из предположения, что поверхность до пожара между двумя контрольными точками (корни деревьев и / или поверхности, не измененные огнем) была плоской до пожара. Восстановление растительности после пожара было минимальным в это время, которое было преимущественно зимними месяцами, характеризовавшимися наличием мерзлого грунта и снежного покрова. Кроме того, для северных торфяников типичны задержки в восстановлении почвенного покрова от одного до двух лет (Benscoter and Vitt 2008; Lukenbach et al 2015a).Разница между обожженной поверхностью и расчетной поверхностью до возгорания была принята за DOB, как и в нескольких исследованиях (например, Kasischke and Johnstone 2005, Mack et al 2011). Контрольные точки корней деревьев были откалиброваны путем определения средней глубины слоя торфа и / или живого мха над корнями на двух несгоревших участках, расположенных примерно в 1,5 км от исследуемых участков, аналогично Lukenbach et al (2015b). Всего на каждом участке было проведено пять измерений DOB, n = 150 на участок (всего 1350).Мы также провели три измерения глубины остатков торфа на каждом участке с помощью торфяного зонда, n = 90 на участок (всего 810). Мы оценили глубину торфа до пожара на каждом участке путем суммирования средней глубины торфа после пожара и среднего DOB, n = 30 на участок (всего 270), и это было использовано для расчета доли профиля торфа, который сгорел.

Чтобы продемонстрировать, как сжигание влияет на углеродный баланс торфяников, медианное значение измерения DOB торфяников (P _{середина} и P _марж) было применено к площади каждого торфяника, давая оценку общей массы углерода, сжигаемого на каждом торфянике. торфяник.Потери углерода оценивались с использованием насыпной плотности торфа и содержания органического вещества (с шагом 0,05–0,1 м) из кернов торфа на близлежащих несгоревших торфяниках (таблица S2). Органическое вещество было преобразовано в органический углерод с использованием оценки 42,3% для торфа Sphagnum из Loisel et al (2014). Площадь каждого из девяти торфяников была оцифрована в ArcGIS 10.6.1 с использованием изображений с разрешением 0,2 м из проекта ортофотографии Центрального Онтарио 2016 г. (COOP; OMNRF, 2016).

2.3. Глубина водного зеркала

WTD постоянно контролировалась на 14 несгоревших участках (от торфяников до неглубоких торфяных отложений), расположенных примерно в 60 км к югу от сгоревших участков. Несгоревшие участки также расположены в гидрогеологической обстановке скальных пустошей и находятся в гидроклиматологических условиях, аналогичных сожженным участкам (рисунок 1 (B)), где WTD реагирует на краткосрочные изменения климата из-за изоляции от крупномасштабных систем подземных вод ( Спенс и Ву, 2003). Измерения уровня грунтовых вод проводились в период между окончанием таяния снега (6 апреля 2018 г.) и началом лесного пожара (18 июля 2018 г.).Датчики давления Solinst Levelogger зафиксировали WTD в скважинах из ПВХ диаметром 0,05 м, установленных в самой глубокой части несгоревших участков, обычно доходящих до коренных пород в основании. Скорость просадки уровня грунтовых вод (мм сутки ⁻¹) для всех 14 несгоревших участков была рассчитана для самого продолжительного периода без дождя, предшествовавшего лесному пожару, с 26 мая по 12 июня 2018 г.

2.4. Статистический анализ

Все статистические анализы проводились в R 3.6.1 (R Core Team 2018). Линейная регрессия была проведена для изучения взаимосвязи между глубиной торфа до пожара и DOB, процентом выгорания и процентом потерь углерода.Анализ точки излома с использованием кусочно-линейной регрессии (сегментированный — R ; Muggeo 2008) был проведен для определения глубины торфа до пожара, на которой изменяется наклон линейной зависимости между процентом сгоревшего торфа и глубиной до пожара. Данные, как правило, были ненормальными, поэтому были проведены непараметрические тесты Краскела-Уоллиса (KW), чтобы определить, значительно ли различались медиана DOB и процент сожженных между P _mid, P _marg и горными участками или между участками. глубже и мельче, чем идентифицированная точка останова.Аналогичным образом, тесты KW использовались для проверки разницы между темпами просадки грунтовых вод на несгоревших участках. Если не указано иное, отображаются средние значения ± межквартильный размах.

3.1. Тяжесть торфяного ожога

DOB значительно различалась между P _mid, P _marg и высокогорными ландшафтными единицами ( χ ² = 147,42, df = 2, p <0,001). Значения DOB составили 0,02 ± 0,06, 0,18 ± 0,09 и 0,12 ± 0,07 м для P _mid, P _marg и возвышенности, соответственно.P _marg имел самый большой диапазон значений DOB (0,002–0,40 м), в то время как P _mid был единственной ландшафтной единицей, которая содержала любые участки со значениями DOB 0 м. Взаимосвязь между DOB и глубиной предпожарного торфа варьировалась между ландшафтными единицами (рис. 2). На возвышенности DOB (м) и глубина торфа до пожара (м) имели сильную положительную корреляцию (DOB = 0,59 (глубина торфа) + 0,02, скорректировано R ² = 0,65, p <0,001). Напротив, в P _{середина} DOB уменьшалась по мере увеличения глубины предпожарного торфа (DOB = -0.05 (глубина торфа) + 0,08, скорректированный R ² = 0,13, p <0,001) и P _marg не показали значимой связи между DOB и глубиной до пожарного торфа ( p = 0,42). Однако при одновременном анализе всех ландшафтных единиц было обнаружено, что DOB (м) значительно снижается с увеличением глубины торфа перед пожаром (м) (DOB = -0,11 (глубина торфа) + 0,17, скорректировано R ² = 0,19, p <0,001) (рисунок 2).

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 2. Взаимосвязь между глубиной горения (м) и глубиной предпожарного торфа (м) с разбивкой по ландшафту. Сплошная черная линия представляет соотношение 1: 1 между глубиной прожига и глубиной торфа до обжига.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Доля выгоревшего профиля (процент выгоревшего) значительно варьировалась между ландшафтными единицами ( χ ² = 164,1, df = 2, p <0,001), где на возвышенностях был самый высокий процент выгоревших (73 .1 ± 20,2), затем следует P _marg (61,3 ± 35,7), а P _mid имеет самый низкий показатель (2,4 ± 8,3). В пределах торфяников (P _{середина} и P _marg) процент выгоревших значительно снижался с увеличением глубины предпожарного торфа (для участков n = 8/9) (таблица S3), различающихся уклоном в зависимости от их предварительного -Распределение по глубине противопожарного торфа (рисунок S1). Кусочно-линейная регрессия (скорректированная R ² = 0,75, p <0,001) показала, что процент сожженного торфа (%) резко уменьшался с увеличением глубины торфа перед пожаром (м) (процент сгоревшего = -129.43 (глубина торфа) + 95,56) до точки излома 0,66 ± 0,04 м глубины торфа до пожара, где, хотя и оставаясь значительным, это соотношение изменилось (процент сожженных = -14,01 (глубина торфа) + 19,88; рисунок 3). Модель кусочно-линейной регрессии была выбрана вместо общей линейной регрессии на основе значений информационного критерия Акаике, которые составляли 2271,7 и 2355,6 для кусочной и общей линейных регрессий соответственно. Процент выгорания был значительно выше на участках, где глубина предпожарного торфа была ниже контрольной точки (т.е. <0,66 м; χ ² = 117,8, df = 1, p <0,001). Средний процент сожженных торфов составил 2,2 и 65,1% для торфа глубже и мельче, чем точка разрыва, соответственно.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рис. 3. Кусочная линейная регрессия между процентом выгоревшего профиля (процент выгоревшего) и глубиной предпожарного торфа (м). Угловой коэффициент 1 = −129.430, наклон 2 = -14,014, скорректированный R ² = 0,75, p <0,001. Точка разрыва оценена на глубине предпожарного торфа 0,66 ± 0,04 м.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

3.2. Потери углерода

Средняя (± стандартная) потеря углерода на торфяниках (P _mid и P _marg) составила 1,61 ± 0,97 кг C · м ⁻², в диапазоне 0,24–3,12 кг C · м ⁻². Процент потерь углерода (%) значительно снизился с увеличением средней глубины торфа (м) (потеря углерода = -48.39 (глубина торфа) + 40,76, скорректировано R ² = 0,48, p <0,05). Участок 111, со средней глубиной торфа 0,26 м (максимум 0,4 м), имел наибольшую пропорциональную потерю углерода, потеряв примерно 45% общего хранимого органического углерода (рисунок S2). Участок с самым глубоким торфом (участок 102) со средней глубиной торфа 0,98 м имел третий самый низкий процент потерь углерода, при этом сжигалось примерно 2,0% от общего накопленного углерода (рисунок S2).

3.3. Глубина зеркала грунтовых вод

Несгоревшие участки с максимальной глубиной торфа, меньшей, чем контрольная точка (0.66 м) имели уровень грунтовых вод около основания торфяного профиля или отсутствовали во время лесного пожара (рисунок 4). И наоборот, на несгоревших участках с максимальной глубиной торфа, превышающей точку излома, в профиле торфа присутствовали уровни грунтовых вод (рисунок 4). В период без дождей с 26 мая по 12 июня скорость просадки уровня грунтовых вод (^–1 мм в сутки) уменьшалась с увеличением максимальной глубины торфа (м) на участок (рисунок 5). Линейная логарифмическая кривая достаточно хорошо описывает взаимосвязь (скорость просадки = -8,788 фунта (максимальная глубина торфа) + 13.560; R ² = 0,702), а скорость просадки уровня грунтовых вод была значительно выше для торфяников, которые потеряли свой уровень грунтовых вод до начала лесного пожара (максимальная глубина торфа ниже контрольной точки), по сравнению с теми, которые этого не сделали ( χ ² = 8,0, df = 1, p ( <0,01; максимальная глубина торфа выше контрольной точки) за тот же период времени.

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 4. Глубина зеркала грунтовых вод (WTD) на 18 июля 2018 г. 14 несгоревших участков по сравнению с их максимальной глубиной торфа (м). Серыми линиями показано положение точки излома предпожарного торфа на уровне 0,66 ± 0,04 м. Открытые и закрашенные символы обозначают участки, где уровень грунтовых вод находился ниже и в пределах торфяного профиля, соответственно.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

Приблизить Уменьшить Сбросить размер изображения

Рисунок 5. Уровень снижения уровня грунтовых вод (WT) (мм сутки ⁻¹) на 14 несгоревших торфяниках / торфяных залежах в период без дождей с 26 мая по 12 июня, предшествующий лесному пожару Parry Sound № 33. Скорость просадки WT = -8,788ln (x) + 13,560, скорректировано R ² = 0,702, p <0,001.

Загрузить рисунок:

Стандартный образ Изображение высокого разрешения

4.1. Глубина торфа, интенсивность горения и потеря углерода

Наши результаты подтверждают нашу гипотезу о том, что более мелкий торф более уязвим для высокой степени ожога торфа, где DOB уменьшается с увеличением глубины торфа до пожара, хотя и с изменчивостью (рис. 2).Мы определили пороговую глубину торфа до пожара в 0,66 ± 0,04 м, при этом более глубокие профили, как правило, устойчивы к глубокому возгоранию (рис. 3). Для торфа глубже порогового значения средний процент сожженных участков составил 2,2%, а на 27 из 67 участков средняя DOB <0,01 м. Наоборот, в торфе с глубиной менее пороговой глубины мы зафиксировали до 98% выгоревшего профиля на некоторых участках, где медиана составила 65%. Хотя вертикальное сжигание торфа обычно ограничено влажностью, а не топливом (Usup и др. 2004, Prat-Guitart и др. 2016), наши результаты показывают, что мелкие торфяные отложения могут прожигать почти весь свой профиль, что позволяет предположить, что сжигание большей части присутствующего органического вещества стало причиной прекращения реакции тления в самом мелком торфе (см. линию 1: 1; рисунок 2), как и в случае профилей мелкого торфа, изученных Мияниши и Джонсоном (2002).Также было обнаружено, что неглубокие торфяные отложения глубоко горят в экотонах переходной окраины торфяников в Бореальных равнинах, Альберта (Hokanson et al , 2016), и на Аляске, при этом до 86% органического профиля почвы до пожара было потеряно. горение (Walker et al 2019). Однако порог глубины торфа до пожара, характеризующий уязвимость торфа к сильному горению, ранее не устанавливался.

Устойчивость более глубокого торфа к горению может быть связана с повышенной емкостью накопления воды более глубокими торфяными отложениями (Price and Schlotzhauer 1999) и способностью более глубоких торфяников поддерживать уровень грунтовых вод в пределах торфяного профиля в летний засушливый период.Фактически, в день начала лесного пожара в Парри Саунд № 33 в 2018 году мы обнаружили, что только несгоревшие участки с максимальной глубиной торфа глубже порогового значения имели уровень грунтовых вод в пределах торфяного профиля, тогда как более мелкие участки имели уровень грунтовых вод ниже их торфяного профиля ( рисунок 4). Сильные капиллярные силы в торфе позволяют воде переноситься от уровня грунтовых вод к поверхности (Mccarter and Price 2014), в то время как уровень грунтовых вод составляет менее ~ 0,8 м (Lukenbach et al 2015a), поддерживая гидростатическое равновесие в торфе. профиль.Когда WTD превышает эту глубину или теряется в профиле торфа, содержание воды в верхних слоях может отделяться от уровня грунтовых вод (например, Lukenbach et al 2015a), в результате чего поверхностный торф быстро приближается к остаточному содержанию воды ( Мур и Уоддингтон 2015, Диксон и др. 2017).

Поддержание влажности торфяного профиля, особенно приповерхностного слоя, имеет решающее значение для ограничения воспламенения торфа и распространения реакции тления (Van Wagner 1972, Frandsen 1987, Benscoter et al. 2011, Prat-Guitart et al. 2016).Из-за высокой скрытой теплоты испарения воды влажность торфа действует как основной поглотитель энергии в реакции горения (Benscoter et al 2011), где вода должна испаряться до того, как торфяное топливо нагреется до температуры сгорания, что позволяет распространять тлеющие (Ван Вагнер, 1972). Было обнаружено, что критическое содержание влаги в торфе, ограничивающее тление торфа, колеблется от 125 до 395 гг ⁻¹, где образцы с высокой плотностью торфа тлеют при более высоком содержании влаги (Rein et al 2008, Benscoter et al 2011) .При постоянном атмосферном спросе потеря уровня грунтовых вод в мелководном торфе (рисунок 4) вызовет снижение содержания влаги в приповерхностном торфе и увеличит потенциал тления торфа (Van Wagner 1972, Rein et al 2008, Benscoter et al 2011 ).

На близлежащих несгоревших торфяниках мы обнаружили, что скорость просадки уровня грунтовых вод (мм сутки ⁻¹) уменьшалась с увеличением максимальной глубины торфа в период без дождей, предшествующий лесному пожару Parry Sound # 33 (рисунок 5).В более широком смысле, регулирование понижения уровня грунтовых вод на более глубоких торфяниках в выжженном ландшафте, вероятно, помогло поддержать уровень грунтовых вод в пределах торфяного профиля, что привело к снижению тяжести ожогов торфа. Более высокие темпы снижения уровня грунтовых вод на мелководных торфяниках и торфяных залежах могут быть результатом более низкого Sy из-за большего разложения. Частое окисление торфяного профиля, вероятно, увеличивает разложение торфа (Freeman et al. 1993, Strack et al 2006), что приводит к увеличению объемной плотности торфа, что связано с уменьшением удельного выхода (Sy) и большими колебаниями уровня грунтовых вод, способствуя дальнейшему снижению in Sy (Waddington et al 2015).Подобные механизмы были предложены для увеличения тлеющего потенциала торфа на окраинах заросших деревьями торфяников в Бореальных равнинах (Wilkinson et al 2019). Поскольку торф с более высокой плотностью может гореть при более высоком содержании влаги (Frandsen 1987, Rein и др. 2008, Benscoter и др. 2011), это может помочь в дальнейшем объяснить высокую степень ожога торфа, зафиксированную в данном ландшафте, хотя конкретный торф перед пожаром характеристики этих сожженных участков неизвестны.

Несмотря на преобладание мелководного торфа на исследуемых участках, средняя потеря углерода торфяниками (1,61 ± 0,97 кг C · м ^-2) находилась в пределах типичного диапазона потерь углерода из северных торфяников (например, Benscoter and Wieder 2003, Hokanson и др. 2016). Однако влияние на углеродный баланс зависит от чистой скорости накопления углерода, которая для северных торфяников составляет ~ 0,029 кг С · м ^-2 лет ^-1, но сильно контролируется скоростью разложения (Gorham 1991).Более того, из-за небольшой глубины торфяных отложений и высокого процента профилей, подверженных горению (рис. 3), доля углерода, сгоревшего до пожара на отдельных торфяниках (макс. = 45%; рис. S2), была намного выше, чем в других ненарушенных местах. северные торфяники (например, 2,8%; Wilkinson et al 2018) и больше похожи на сильно дренированные торфяники (например, 51%; Wilkinson et al 2018). Кроме того, обнажение минеральной почвы способствует пополнению лиственных пород и растительности, не накапливающей торф (Johnstone and Chapin 2006), что пагубно сказывается на повторном накоплении долгосрочных запасов углерода и может привести к изменению режима лесных пожаров (Kettridge и др. 2015).В целом, мы обнаружили, что более глубокий торф более устойчив к тяжелым ожогам торфа и чрезмерной потере углерода благодаря способности регулировать положение уровня грунтовых вод в профиле торфа благодаря ряду сложных и взаимодействующих экогидрологических обратных связей. Это важный вывод, учитывая обширное распространение и покрытие неглубокого торфа в регионах, где наблюдаются как естественные, так и регулируемые пожарные режимы (Jaenicke et al 2008, JNCC 2011, Vompersky et al 2011).

4.2. Последствия для хранения углерода торфяников, борьбы с лесными пожарами и восстановления.

Мы предполагаем, что глубина торфа может выступать в качестве ключевого индикатора уязвимости торфяных отложений к высокой степени тяжести торфяных ожогов. Измерения глубины торфа на месте не требуют постоянного мониторинга, такого как осадки или WTD, что делает его эффективным и простым индикатором для использования при картировании уязвимости к пожарам в рамках более широких стратегий управления пожарами. Кроме того, глубина торфа может использоваться концептуально для определения типов торфяников и торфяных отложений, которые могут подвергаться наибольшему риску нарушения своей функции поглощения углерода при последовательных пожарах (ср. Ingram et al 2019; Walker et al ). 2019), например: молодые и / или медленно накапливающиеся торфяники (Варди и др. 2000), недавно восстановленные торфяники (Гранат и др. 2016), а также моховые и лишайниковые маты на пустошах горных пород (Мур и др. 2018).Региональные и общерегиональные оценки рисков, основанные на глубине торфа, потребуют прогресса в методах картирования глубины торфа с использованием методов дистанционного зондирования, что приведет к улучшенным оценкам глубин торфа на севере, которые в настоящее время ограничены (Yu 2012).

Определение порогового значения глубины торфа до пожара позволяет классифицировать пожарный риск на основе глубины торфа, где в этом регионе отложения глубиной> ~ 0,7 м имеют меньший риск высокой степени тяжести торфяного ожога, а торфяные отложения мельче, чем при этом повышается риск тления торфа, что приводит к сильному ожогу торфа.Учитывая, что наш порог глубины торфа до пожара для устойчивости торфа к глубокому сжиганию контролируется рядом взаимодействующих факторов, мы предполагаем, что, хотя порог удельного сопротивления будет варьироваться между экозонами и ландшафтами из-за интерактивного воздействия гидроклимата, гидрогеологических условий и изменение землепользования и растительного покрова (например, Hokanson et al 2018, Wilkinson et al 2019), эта концепция «выживания самых глубоких» широко применима. Мы поощряем дальнейшие полевые исследования и совместное гидрологическое моделирование и моделирование горения (например,г. Thompson et al 2019), целью которых является изучение пороговых значений интенсивности ожогов торфом в других ландшафтах и климатических условиях.

Эти результаты не только улучшают нацеливание стратегий управления пожарами, но и подчеркивают важность упреждающего восстановления. Усилия по восстановлению должны быть направлены на быстрое накопление торфа, особенно за счет создания мха Sphagnum (Granath et al 2016). Разработаны эффективные методики успешного восстановления торфяников после уборки и осушения, т.е.е. метод переноса слоя мха (Rochefort et al 2003), а более поздние работы сосредоточены на мелководных торфяных отложениях (Grand-Clement et al 2015). Кроме того, мы предлагаем применить аналогичные методы к выжженным торфяникам, чтобы способствовать более быстрому возврату к системе накопления углерода и ограничить потенциал тления в будущем (Granath et al 2016), тем самым поддерживая возврат к статусу чистого поглотителя углерода и защита глобально значимых запасов углерода.

Это исследование проводилось в Биосфере Джорджиан Бэй, биосферном заповеднике ЮНЕСКО, расположенном в рамках Договора Робинзона-Гурона 1850 г. и Договора Вильямса 1923 г. и расположенного на территории Анишинабека. Мы искренне благодарим Грега Веркаика, Алекса Фурукава, Хоуп Фриман, Даниэль Хадсон, Тейлор Норт, Киран Лехан и Рене Макдональд за их помощь в этой области. Это исследование финансировалось грантом NSERC Discovery (# 289514) и грантом Global Water Futures — Boreal Water Futures, предоставленным JMW.У авторов нет конфликта интересов. >

Данные, подтверждающие выводы этого исследования, доступны по обоснованному запросу авторов.

3. ОБРАЗОВАНИЕ ТОРФА

3.1 Введение
3.2 Окружающая среда Факторы
3,3 Этапы в Развитие
3.4 Тип растительности

3.1 Введение

Перед тем, как приступить к планированию рекультивации торфяных болот, необходимо мудро, чтобы получить правильное представление о способе образования отложений и условия, которые привели к их развитию.Признание настоящего стадия естественного торфообразования также очень важна для оценки его потенциал для сельского хозяйства. Обсуждение образования или генезиса торфяных почв. становится проще, если сначала провести различие между фактическим формированием органические материалы и процесс их накопления. Первое вызвано биохимическими процессами, тогда как последний в основном является прямой функцией условия окружающей среды, климат и экосистемы (торфяные болота, трясины или болота) в котором образуется торф, и климат.

Органические материалы накапливаются только при определенных условиях. Для образования торфа необходимо, чтобы производство биомассы (органической материалов) больше, чем его химический распад. Не все органические материалы классифицируется как торф. По практическим соображениям подстилка, являясь особым видом органических материал, исключен из нашего обсуждения.

Торф обычно считается частично разложившейся биомассой. (растительность). Они показывают широкий диапазон степени разложения.Курбатов (1968) Вкратце резюмирует 35 лет исследований образования торфа следующим образом: «Образование торфа — это относительно короткий биохимический процесс, продолжающийся под воздействием аэробных микроорганизмов в поверхностных слоях отложения в периоды маловодья. Поскольку торф, образующийся в Торфопродуцирующий слой в более глубоких слоев залежи, она сохранилась и мало изменилась со временем ».Согласно этой теории наличие либо аэробных, либо анаэробные условия решают, будет ли накапливаться биомасса и в чем форма. Курбатов (1968) различает лесной торф, который больше аэрированный и, следовательно, более разложившийся, а торф образовался в заболоченных условиях с сильно анаэробными условиями. В лесном торфе лигнин и углеводы кажется полностью разложенным, поэтому в нем обычно мало таких органических соединений, тогда как в условиях болота торфам свойственны высокое содержание кутина и наличие большого количества неизмененного лигнина и целлюлозы (Таблица 3).Собственно, лесной торф Курбатова примерно такой же, как толстый отложения мусора.

Таблица 3 СОСТАВ БОЛОТОГО И ЛЕСНОГО ТОРФА В% СУХИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА (источник Курбатов 1968)

Фракция	Торф болотный		Торф лесной
Фракция	Осока-болото Разложилось на 30%	Болото тростниковое Разложилось на 40%	Березовая древесина Разложение 55%
Битум	3.3	1,1	8,8
Гуминовые кислоты	32,2	33,6	52,2
Гемицеллюлоза	15.0	8,6	1,0
Целлюлоза	3,5	3,7	0,0
Лигнины	12.9	18,6	0,0
Cutin	11,9	5,2	16,0
Не определено	21.2	29,2	22,0

Этот бюллетень посвящен разработке торфа в заболоченные условия, так как большинство торфов в тропиках относятся к этому типу. Анаэробные условия, которые препятствуют микробиологической активности, необходимой для химическое разложение органических материалов обычно отвечает за накопление частично разложившейся биомассы в виде торф.Анаэробные условия создаются за счет особой гидротопографии. будь то болото, болото, трясина или трясина. Свойства таких гидротопографических единиц зависят от многих факторов окружающей среды, включая климат, рельеф, местную геологию и гидрология, но все они обладают серьезной токсичностью, другие выдвинули теории с повышенным содержанием серы и натрия, снижающим окисление. Высокое содержание натрия — это также указаны как ответственные за разработку торфа на атоллах Мальдивы (Хаммонд, 1971).

Рисунок 1. Фундаментальные топогидрологическая ситуация для освоения торфяных болот

3.2 Экологическая Факторы

3.2.1 Гидротопография
3.2.2 Источник и качество вода

Процесс торфообразования в результате заболачивания состояние называется заболачиванием. Основные факторы, играющие роль в этом процесс обсуждается ниже.

3.2.1 Гидро-топография

Согласно Мур и Беллами (1974) рост торфа начинается если водный баланс на участке характеризуется уравнением:

ПОТОК = ВЫХОД + УДЕРЖАНИЕ

С поправкой на климатический фактор (рис.1) уравнение читает:

ПОТОК + ОСАЖДЕНИЕ = ВЫХОД + ИСПАРЕНИЕ + УДЕРЖАНИЕ

Рост торфа начинается в пределах удерживаемого объема, торф действует как инертное тело, вытесняющее собственный объем воды. Торф накапливается в начальная депрессия называется первичным торфом. Поскольку торф накапливается сверх уровня при котором вода сливается из бассейна, она больше не действует как инертная масса но как активный резервуар, удерживающий объем воды против дренажа.В разработка первичного торфа снижает удержание поверхности пласта. Подобные системы встречаются по всему миру, за исключением самых засушливых климат. Вторичный торф — это торф, который развивается за пределами бассейн или впадина (рис. 2). Третичный торф — это торф, который развивается выше физические пределы подземных вод, сам торф действует как резервуар, содержащий объем воды капиллярными силами выше уровня основной региональной грунтовые воды-столовые.Этот резервуар образует водный горизонт, питаемый только водой. атмосферные осадки.

Рис. 2. Профиль выступа гребня. болото (источник Мур и Беллами 1974). Высота составляющих связок частично зависит от площади болота и частично от климата

Имеются только системы, производящие вторичный и третичный торф в климате с высокими значениями удерживания. Такие условия часто встречается в прохладных влажных умеренных и северных регионах Канады, Ирландии, Шотландии и Северная Европа, где торф заходит на холмы, образуя покрывные болота.Во влажном экваториальном и муссонном климате эвапотранспирация обычно слишком велика. вызвать развитие вторичного и третичного торфа, если нет чрезмерное количество осадков, хорошо распределенных в течение года, в сочетании с благоприятным топография с полным отсутствием дренажа, что создает постоянные влажные условия. Такие условия встречаются, например, в прибрежных низинах, окружающих Зунда-Флэт (Малайзия / Индонезия) и во многих других районах тропики, перечисленные в таблицах 1 и 2.Рельеф неизменно имеет чашевидную форму с естественный дренаж заблокирован естественными преградами. Распространенные типы ландшафтов включают:

i. Блюдцеобразные внутренние части островов в реке дельты, которые со всех сторон окружены естественными берегами рек или зарождающимися levées.
ii. Лагуны, которые на естественном выходе заблокированы морские или речные отложения.
iii. Отводы срезанных меандров (старицы).
iv. Русла ручьев ископаемых в заплетенных речных системах.
v. Небольшие долины притоков, заблокированные минеральными или органическими веществами мусор на их стыке с главной рекой.
vi. Большие прибрежные бассейны между основными ручьями заблокированы для в сторону моря морскими отложениями (глины с мангровыми зарослями или песчаные дюны) и вдоль рек по речным отложениям (дамбам).
vii. Впадины в речных долинах отделены от основных поток из-за случайного отложения аллювиальных отложений, вызванного частыми и беспорядочными изменения русла ручья, которые часто связаны с быстрым и интенсивным отложением высокие иловые нагрузки.

В умеренных и северных регионах многие впадины в настоящее время заполнены торф образовался в конце последнего оледенения, поэтому эти торфы меньше 10 000 лет. Удивительно, но большинство торфов в тропиках также менее 10 000 лет. Прибрежный торф в Юго-Восточной Азии обычно менее 6000 лет (Andriesse 1974; Driessen 1977). Датировка образцов торфа из Саравака по методу ¹⁴ C указывает максимальный возраст 4300 лет до н.э. (Андерсон 1964).Возраст Флориды составляет 4 400 лет (Лукас, 1982). Этот сильный совпадение возраста имеет причинно-следственную связь, потому что таяние льда на В начале голоцена произошли заметные изменения уровня моря, которые затронули низменные прибрежные районы по всему миру, изменив осаждение рек, особенно в устьях и дельты.

Гидротопография тропических болот на возвышенностях как в Центральная Африка (Руанда, Бурунди и в меньшей степени Кения и Уганда) в значительной степени под влиянием недавнего вулканизма, который заблокировал многие внутренние долины (Флор и Муйесу, 1986).Некоторые долины перекрыты потоками лавы совсем недавно. возраст, и, поскольку лава твердая, бассейны трудно осушить. Возраст эти месторождения торфа больше связаны с периодами вулканической активности, чем с изменения климата в конце ледниковых периодов. Торфяные участки на возвышенностях как правило, небольшого размера, потому что большие аллювиальные впадины редкий.

Количество и характер накопления торфа в депрессия во многом связана с осадконакоплением водотоков влияющие на депрессию.Если, например, потоки меняют свою иловую нагрузку, скажем, сезонно или есть другие долгосрочные колебания, органические материалы загрязнены минеральными отложениями. Изменения русла ручья также могут влиять на фактическое место скопления полезных ископаемых. Автор опытные условия в Юго-Восточной Азии, где глубокий почти чистый торф покрыты месторождениями полезных ископаемых из-за обезлесения водосбора. Вырубка лесов вызывает эрозию минерального верхнего слоя почвы и увеличивает иловую нагрузку на река.Это также увеличивает риск затопления нижележащего торфа. области.

Примесь месторождений полезных ископаемых к торфу высока. важно для потенциального использования и требует внимания при выполнении рекультивация.

3.2.2 Источник и качество вода

Многие исследователи торфа в регионах с умеренным климатом придерживаются точки зрения что подвижность болотной воды является наиболее важным фактором, контролирующим эдафические условия в болоте (Кульчинский, цитируется Муром и Беллами 1974, стр.56). Однако, прежде чем обсуждать влияние потока воды, свойства самой воды кратко исследуются.

Тип растительности и характеристики разработка торфа сильно зависит от природы воды, которая питает экосистема. Традиционно эвтрофные, мезотрофные и олиготрофные условия выдающийся. Для эвтрофных условий характерны нейтральные реакции (pH 6-7) и высокое содержание минералов, в основном карбоната кальция.Под олиготрофных условиях мало минералов, кальций и магний особенно не хватает и pH низкий. Мезотрофные условия средний.

Вода в торфяной экосистеме может быть эвтрофной или мезотрофной. или олиготрофный в зависимости от его источника. Но постепенное изменение первоначального от эвтрофных условий к олиготрофным условиям на заключительных стадиях заболачивания торфяных болот развитие очень распространено. Источники воды и связанные с ними болота можно разделить на три группы (Кульчинского цитирует Мур и Беллами 1974, стр.56):

Реофильный тип
Болота, развивающиеся в подвижных грунтовых водах. В таком случаях вода поступает с окружающей земли и потому, что она обогащена катионами выщелоченная из окружающей почвы экосистема является эвтрофной и развивается органические почвы относятся к эвтрофному типу.
Переходный тип
В этой ситуации вода больше не попадает в систему по поверхности поток, но все еще есть подземный приток от просачивания.Количество поступающие питательные вещества, следовательно, имеют промежуточное количество по количеству, а растительность беднее и менее разнообразно, чем в эвтрофных условиях. Полученный торф мезотрофный по своей природе.
Омброфильный тип
В этих условиях вода, попадающая в систему, выводится только из-за осадков и поэтому содержит очень мало питательных веществ. Вода подкислен и не содержит Ca, Mg и K, и, следовательно, растительность очень бедная дающие начало олиготрофным органическим торфяным почвам с крайне низким содержанием питательные вещества.

Таблица 4 СРЕДНИЕ ЗНАЧЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ОСНОВНОЙ ИОНЫ В ВОДАХ ТОРФЯНЫХ БОЛОТОВ В ЗАПАДНОЙ ЕВРОПЕ И СКАНДИНАВИИ (источник Мур и Беллами 1974)

		Основные ионы
		pH	HCO ₃	Класс	СО ₄	Ca	мг	Na	К	H	Итого
Гидрологическая болота ¹
Тип	1	7.5	3,9	0,4	0,8	4,0	0,6	0,5	0,05	0	10.25
	2	6,9	2,7	0,5	1,0	3,2	0,4	0,4	0.08	0	8,28
	3	6,2	1,0	0,5	0,7	1,2	0.4	0,5	0,02	0	4,32
	4	5,6	0,4	0,5	0.5	0,7	0,2	0,5	0,04	0,01	2,85
	5	4.8	0,1	0,3	0,5	0,3	0,1	0,3	0,07	0,03	1.70
	6	4,1	0	0,4	0,4	0,2	0,1	0,3	0.04	0,14	1,58
	7	3,8	0	0,3	0,3	0,1	0.1	0,2	0,04	0,16	1,20
Очень богатый фен		7,7	2,3	0.2	0,4	1,8	0,9	0,2	0,02	–²	5,9
Переходной кран		5.8	0,9	0,1	0,03	0,9	0,02	0,05	0,01	–	1.9
Промежуточный фен		4,8	0,6	0,01	0,06	0,6	0,03	0.08	0,01	0,02	1,4
Переходный бедный фен		5,5	0,1	0,04	0.04	0,1	0,03	0,06	–	–	0,38
Промежуточный плохой фен		4.4	0	0,03	0,05	0,06	0,03	0,08	–	0,4	0.29
Очень плохой фен		3,9	0	0,06	0,07	0,07	0,02	0.05	–	0,13	0,40
Мох		3,8	0	0,04	0.13	0,04	0,05	0,09	0,01	0,16	0,50

¹ Типы 1-7 указывают на эвтрофность условия возрастающей олиготрофности
² — обозначает менее 0.01 милли-эквивалента на литр

Количество минералов в воде оказывает заметное влияние на виды растений и растительные ассоциации, которые может поддерживать болото. Таким образом, где растения укореняются в минеральных подпочвах и поэтому могут питательные вещества (эвтрофные условия) — жизнь растений богата и обильна. Начальный стадия развития торфа (первичный торф) такая ситуация. На следующем этапе (вторичный торф) приток питательных веществ уменьшается из-за подъема поверхности торф и минеральные недра постепенно выходят за пределы глубины укоренения.Недостаток питательных веществ ограничивает возможности выживания видов растений. Большинство тяжелые условия дефицита питательных веществ достигаются на третьем этапе образование третичного торфа, при котором поверхность торфа поднялась над окружающая земля, таким образом предотвращая любое боковое просачивание воды в верхние слои торфа, который питается только за счет атмосферных осадков, поэтому приток питательных веществ очень маленький. На этом этапе растительность стала крайне бедной видами и показывает задержку роста.Таблица 4, основанная на средних значениях многих торфяников. в Западной Европе, иллюстрирует общее химическое обеднение среды.

3.3 Этапы в Разработка

Различные этапы, которые можно выделить в развитие торфяных болот показано на Рисунке 3, который основан на модели Муром и Беллами (1974), на которые, в свою очередь, оказали большое влияние исследования болотных экосистемы Кульчинского. Как уже указывалось, поток воды чрезвычайно важно для типа разработки торфа, а так как изменения водотока означает переход от одного этапа к другому, мы обсуждаем различные этапы в некоторая деталь.

Рисунок 3. Модель наследования типов болот (источник Moore and Bellamy 1974)

Стадия 1
Во время начального отложения торфяного материала в потоке вода есть два альтернативных условия. В первом есть большой расход воды, приносящей некоторое количество осадка извне. Это в сочетании с медленным торфообразованием из-за сильной оксигенации системы из-за большого притока воды приводит к сильному опусканию торф, а поток воды сосредоточен у поверхности.Во втором там небольшой поток воды и меньше материала добавляется извне, поэтому с более быстрым скорость роста торфа, образуется легкий плавающий торф и течет вода под плавающим ковриком.
Этап 2
Накопление торфа имеет тенденцию к канализации основного потока воды в бассейне, оставляя некоторые области (заштрихованные на рис. 3), которые подвергается воздействию движущихся грунтовых вод в периоды чрезмерного стока Только. Снова распознаются две альтернативы: во-первых, когда вся торфяная масса затопленный, и второй, где торфяная масса не затоплена и плавающий.
Этап 3
Продолжающийся вертикальный и горизонтальный рост торфа вызывает большая часть бассейна должна находиться вне зоны влияния притока. Водоснабжение в основном ограничивается дождем, падающим прямо на поверхность болота с некоторыми просачивание из прилегающих территорий. Только те участки, которые непосредственно лежат вдоль основные дренажные тракты внутри болота могут иметь медленный непрерывный поток.
Этап 4
Продолжающийся рост торфа оставляет большую часть болота незатронутой движущаяся вода, но затопление произойдет, когда уровень грунтовых вод в бассейне поднимется в результате обильных дождей.
Этап 5
Поверхность торфа поднялась, поэтому на нее больше не влияют сезонные колебания грунтовых вод. Торфяная поверхность куполообразной формы обладает собственный водоем, питаемый дождевой водой.

Этапы (1-3), на которых система в некоторой степени питается от вода из окрестностей дает начало так называемым топогенным торфам. Принимая во внимание, что поздние стадии (4-5), на которых почти все доступные минералы являются рециркулируя в экосистеме, образуются омброгенные торфы.

Хотя эта модель основана на многочисленных исследованиях в западной Европа и другие регионы с умеренным климатом, его можно применять к тропическим регионам как есть схематично показано на рисунке 4 на примере последовательных этапов в развитие глубоких торфяников в прибрежных районах (Andriesse 1974). Это на основе полевой информации, полученной в результате исследований в низменности Саравак, Малайзия, Андерсон (1964) и автор. Здесь тоже развитие первичный, вторичный и третичный торф можно разделить на разделены на топогенные и омброгенные стадии.Андерсон (1964) также дает свидетельства бывших островов с низкой высотой, теперь полностью покрытых третичными торфяные залежи.

На рисунке 4 показано, что в условиях сильного осадконакопления окружающей среде, как это часто бывает в муссонном или полузасушливом климате, равномерно распространение накапливающихся минеральных отложений будет медленно поднимать дно бассейна и предотвратить полную закупорку дренажа. В таких случаях разработка торфа прекращается. либо отсутствует, либо обнаруживается только в небольших углублениях при благоприятных условиях гидротопографические условия присутствуют.

Многие торфяные залежи в тропических районах показывают в поперечном разрезе описаны различные этапы. Нижние слои богаты видами растений и находятся в в целом богаче питательными веществами для растений, чем вышележащие слои. Есть вообще постепенное обеднение минерального состава торфа, особенно в основные элементы, кальций, магний, калий и фосфор. Глубина торфа составляет поэтому важный показатель плодовитости. Тип торфа, будь то топогенный или омброгенный, указывает на то, что фертильность ожидал.

3.4 Тип растительности

Болота могут иметь очень контрастные типы флоры. В текущая растительность, которая не обязательно такая же, как в прошлом, обычно отражает возраст или стадию развития торфа и климат. Вертикальный разрез торфяного болота показывает последовательность растений ассоциации, которые следует рассматривать как исходные материалы из торфа. Эти слои сверху вниз могут, например, показывать следующую последовательность: деревья; кустарники; травянистые многолетники (осока, пилильщик), образующие плотный мат; крупные многолетние растения, торчащие из мелководья и, возможно, все еще укореняющиеся в подстилающие минеральные почвы; укорененные водные виды спорта с плавающими листьями; плавающий водный растения, водоросли и планктон.

Рисунок 4. Этапы формирования торфяные болота в Юго-Восточной Азии (источник Andriesse 1974)

Слои растительности обычно следуют стадиям в развитие, признанное в предыдущем разделе. На этапе 1 (рис. 3) водоросли, сорняки и месторождения полезных ископаемых. В последовательных стадиях как органический накапливаются остатки, условия становятся более благоприятными для роста камыша, осоки и другие многолетние растения, которые еще больше задерживают течение воды. Уменьшение приток питательных веществ, доступных для вегетативного роста, приводит к обеднению система, а на более поздних стадиях развития только более кислотолюбивые растения способны выжить.Разлагающаяся биомасса производит неорганические и органические кислоты, которые имеют тенденцию накапливаться в экосистеме в качестве нейтрализующих влияние карбоната кальция на поступающую воду с окружающей суши отсутствует дольше эффективен. Примеры кислой растительности включают определенные растения. ассоциации, в которых преобладают вереск, мох сфагнум и многие другие ацидофилы растения.

Имеется множество статей по экологической и ботанической тематике. аспекты органических почв, и ботаники разработали процедуры для определения бывшие ассоциации растительности по микротомным анализам торфяных волокон и пыльцы анализ.

Подробное описание информация о всевозможных типах растительности. Однако хорошо понимать что нынешний растительный покров может быть надежным индикатором стадии развития торфяного болота и что растительность различных нижележащих слоев торфа может дать основные ключи к пониманию способа образования торфа и его относительного богатства питательные вещества для растений.

При классификации торфа часто используется природа исходный материал: мохообразный ( Sphagnum ), травянистый (осока, пила, папирус), тростник, кустарник или лес.В целях рекультивации такие различия актуальны и рассматриваются в соответствующих заголовок в главе 4.

В заключение даются примечания о скорости накопления торф. Во-первых, нет существенной разницы в способах формирования торфяники и торфяники в тропических и умеренных зонах. В обоих случаях климат играет решающую роль в динамике происходящих процессов. Из-за климата, скорость нарастания иловых барьеров в реках наиболее высока в тропики.Кроме того, гораздо большее количество воды, обычно проходящей через тропические системы (количество осадков 4000 мм по сравнению с, скажем, 700 мм в умеренном климате). региона) и сезонные перепады температурных режимов значительно влияют на водный режим.

Помимо разницы в динамических процессах, кинетика притока энергии и ее рассеивания сильно различаются в тропиках, когда по сравнению с умеренными зонами. Это сильно влияет на скорость накопление торфа, потому что производство биомассы во много раз больше, чем в регионах с умеренным климатом.С другой стороны, окисление и разложение также значительно усиливается в тропиках из-за более высоких температур. Есть многочисленные исследования от скорости накопления торфа, и, по-видимому, здесь задействовано множество факторов. Лукас (1982) в обзоре ряда исследований указывает, что в целом требуется от 600 до 2400 лет для накопления 1 м торфа с в среднем 1 500 лет. Эти исследования в основном относятся к северным и умеренным зонам. климата и указывают на различные условия.

Из исследований Андерсона (1964) на лесном торфе Саравака. можно подсчитать, что самые глубокие слои торфа (возрастом 4300 лет) накопленные со скоростью 1 м за 214 лет, эти 3900 лет накопились на скорость 1 м за 333 года, но для тех, что были заложены за последние 2300 лет, потребовалось 455 лет на 1 м до накопления. Эти цифры показывают, что торф в тропических климат накапливается как минимум в 3 раза быстрее, чем в регионах с умеренным климатом. Они тоже показывают, что, как и в регионах с умеренным климатом, скорость накопления связана с стадия развития.Это логично, поскольку по мере обнищания экосистемы, накопление биомассы будет замедлено, и, как следствие, также накопление торфа. Тропический торф в Юго-Восточной Азии состоит в основном из лесной тип. Вертикальная последовательность прибрежных низменностей (Андерсон, 1964 г.) обычно характеризуется сначала видами мангровых зарослей (стадия 1), затем переходные, солоноватоводные сообщества на более поздних стадиях. Они меняются на истинные сообщества пресноводных болот, которые, в свою очередь, наконец заменены бедными Shorea albida Моностоянка на омброгенных торфяных куполах.

Хотя лесной торф является скорее правилом, чем исключением в на прибрежных территориях влажного тропического пояса это не всегда так. В виде всегда вид торфа зависит от стадии разработки, участка характеристики и климат. Преобладание торфа лесного типа в тропической зоне. низменности, как правило, заменяются растительностью типа Cyperacea (пила, папирус) при переходе в субтропический климат, тогда как осока и камыши развиваются практически везде, в зависимости от гидрорельефа участка.Торф на больших высотах в тропиках, скажем, на высоте более 2000 м, обычно травянистая и моховая природа. В Бурунди / Руанде торф содержит сфагнум и приобретает характеристики торфов умеренных регионов.

Торфяники и изменение климата | МСОП

Торфяники имеют большое значение для глобальных усилий по борьбе с изменением климата, а также для более широких целей устойчивого развития. Защита и восстановление торфяников жизненно важны при переходе к низкоуглеродной и замкнутой экономике.

На поврежденные торфяники приходится около 10% выбросов парниковых газов от сектора землепользования. Выбросы CO ₂ от осушенных торфяников оцениваются в 1,3 гигатонны CO ₂ в год. Это эквивалентно 5,6% глобальных антропогенных выбросов CO ₂. Например, в результате пожаров в индонезийских торфяных болотах в 2015 году было выброшено почти 16 миллионов тонн CO ₂ в день. Это больше, чем ежедневные выбросы всей экономики США.

В то же время торфяники являются крупнейшим естественным хранилищем углерода на суше.Во всем мире оставшаяся площадь почти естественных торфяников (> 3 млн. Км ²) содержит более 550 гигатонн углерода, что составляет 42% всего углерода почвы, и превышает углерод, накопленный во всех других типах растительности, включая леса мира. Эта область улавливает 0,37 гигатонны CO ₂ в год.

В своем естественном влажном состоянии торфяники обеспечивают жизненно важные экосистемные услуги. Регулируя потоки воды, они помогают минимизировать риск наводнений и засухи и предотвращают проникновение морской воды.Во многих частях мира торфяники поставляют пищу, волокно и другие местные продукты, которые поддерживают местную экономику. Они также хранят важную экологическую и археологическую информацию, такую как записи пыльцы и человеческие артефакты.

Осушение торфяников снижает качество питьевой воды из-за загрязнения растворенными соединениями. Повреждение торфяников также приводит к утрате биоразнообразия. Например, сокращение популяции борнейских орангутанов на 60% в течение шестидесяти лет в значительной степени связано с утратой их среды обитания на торфяных болотах.В настоящее время этот вид занесен в список находящихся под угрозой исчезновения в Красном списке видов, находящихся под угрозой исчезновения МСОП ^TM.

Хранение углерода в тропических торфяниках связано с глобальными широтными тенденциями устойчивости торфа

Подробные описания участков и отбор проб торфа

Болото Стордален — торфяное плато на севере Швеции, под которым образуется прерывистая вечная мерзлота, которая тает по мере потепления Арктики. Стордален включает в себя лоскутное одеяло из местообитаний с различной растительностью и гидрологией, определяемое в первую очередь наличием вечной мерзлоты и глубиной активного слоя ^50,56,63.Место сбора керна (CPP: 68,3531 ° с.ш., 19,0473 ° в.д.) представляет собой аэробную омбротрофную вечную мерзлоту с глубиной активного слоя ~ 60 см и покрыто комбинацией разнотравья, вересковых и древесных кустарников, лишайников и мхов. (включая несколько Sphagnum fuscum) и Eriophorum vaginatum . Эти растительность и гидрологические характеристики аналогичны участку Палса, описанному McCalley et al. ⁵¹ и Мондав и др. ⁶⁴. Описанный здесь конкретный сайт, CPP, находится на краю термокарстовой особенности, которая была описана ранее (Hodgkins et al.^49,65; сайт PHS). Керн CPP был собран в июне 2012 г. с помощью ледового бура диаметром 6,6 см и включал активный слой (0–60 см) и вечномерзлый торф (60–75 см).

Болото S1 находится в экспериментальном лесу Марселл, недалеко от Гранд-Рапидс, штат Миннесота. Для этого участка характерен микрорельеф кочки и впадины с преобладанием на торосах Sphagnum magellanicum и в дуплах — Sphagnum angustifolium , а также произрастанием ели черной ( Picea mariana ) и лиственницы ( Larix ^{1797). 21}.Керн на этом участке был взят из углубления на участке T3F (47,5063 ° с.ш., 93,4527 ° з.д.), контрольном участке эксперимента «Реакция ели и торфяника на изменение климата и окружающей среды» (SPRUCE) (http: //mnspruce.ornl .gov /). Этот керн был собран в июле 2012 г. с помощью модифицированной кольцевой пилы для поверхностного торфа (0–50 см) и торфяного пробоотборника из России для более глубокого торфа (50–200 см) ²¹. Геохимические данные для этого керна приведены в Tfaily et al. ²¹.

Зим Болото (47.1791 ° с.ш., 92,7146 ° з.д.) — сильно омбротрофное болото, в котором преобладает S. fuscum с преобладанием черной ели ( P. mariana ) и вересковых кустарников, подобных болоту S1 ⁶⁶. Торф на этом участке был собран в мае – июне 2013 г. российским торфяным пробоотборником.

Болото озера Болото (47,5051 ° с.ш., 93,4890 ° з.д.) расположено в экспериментальном лесу Марселл, ~ 2,7 км к западу от болота S1, и представляет собой слабоминеротрофное бедное болото. Растительность на этом участке включает лужайку из мха Sphagnum (в основном Sphagnum papillosum ), смешанного с густыми осоками Eriophorum и Carex , с редкими кустарниками (e.g., Chamaedaphne calyculata и Vaccinium macrocarpon ) и растения северного кувшина ( Sarracenia purpurea ) ⁶⁶. Торф с этого участка был собран в мае – июне 2013 г. российским торфяным пробоотборником.

Болото Красного озера II (болото RL-II; 48,2547 ° с.ш., 94,6976 ° з.д.) и болото Красного озера II (болото RL-II; 48,2897 ° с.ш., 94,7083 ° з.д.) расположены в GLAP ^31,67. RL-II Bog находится на поросшем лесом гребне большого болотного комплекса. Поверхность торфа покрыта сплошным слоем Sphagnum spp.и покрыт лесами черной ели и вересковых кустарников. Вода стекает из болота через безлесный газон Sphagnum , собираясь в узкие водные пути в болотах. Верхние 3 м керна болота RL-II сложены древесным торфом Sphagnum , под которым залегает 1,3 м древесного болотного торфа с разложившейся биомассой осоки и остатками мха Amblystegiaceae. RL-II Fen имеет стоячую воду и преобладают осоки, в том числе Carex lasiocarpa , C arex limosa , Rhynchospora alba и Rhynchospora alba и R hynchospora

fusca.Верхние ~ 80 см торфа состоят из осоки и остатков мха Scorpidium , с залежами болота, содержащими Sphagnum и древесным торфом ниже глубины 100 см. Керны из болота RL-II и RL-II Fen были собраны в 2009 году с использованием модифицированного поршневого бурового станка Livingstone с диаметром ствола 4 дюйма. стальной ствол и зубчатая режущая кромка ⁶⁸.

Болото Мер-Блю (45,4 ° с. Ш., 75,5 ° з. Д.) — холодное умеренно-омбротрофное болото, расположенное примерно в 10 км к востоку от Оттавы, Онтарио, Канада. Болото достаточно сухое, с летним уровнем грунтовых вод на 30–40 см ниже поверхности и имеет микрорельеф кочка-полый.Земля устлана Sphagnum spp. ( S. capillifolium и S. magellanicum ), с большим количеством кустарников ( Chamaedaphne calyculata , Ledum groenlandicum , Kalmia angustifolia и Vaccinium myrtilloides ), E. и несколько небольших деревьев ( P. mariana , Larix laricina и Betula populifolia ) на кочках ⁶⁹. Летом 1998 г. российским торфяным пробоотборником были собраны два керна: МБ-775 между центром и краем болота и МБ-930 (описана в исх.⁶⁹) недалеко от центра болота.

Национальный заповедник дикой природы Покосин-Лейкс (35,7 ° с.ш., 76,5 ° з.д.) — это торфяник с преобладанием кустарников, расположенный в восточной части Северной Каролины, США. Поскольку этот торфяник не затоплен, считается, что разложение торфа тормозится фенолами, выделяемыми кустарниками ¹⁵ и тугоплавким сажистым углеродом, образующимся в результате частых пожаров низкой интенсивности на этом участке ^33,70,71. В местах отбора керна последний пожар произошел за 30 лет до отбора проб в мае 2015 года.Керн DNL собирали самодельным квадратным торфяным пробоотборником из нержавеющей стали шириной 10 см со съемной режущей панелью, вставленной последней для разрезания четвертой стороны, что снижает уплотнение торфа. Глубинный керн DNL был собран с помощью российского торфяного пробоотборника.

Национальный заповедник дикой природы Локсахатчи представляет собой затопленное мезотрофное торфяное болото в северной части Эверглейдс с глубиной торфа около 3 м. На обоих участках, отобранных для этого исследования (Lox3: 26,597 ° с.ш., 80,357 ° з.д. и Lox8: 26,520 ° с.ш., 80,335 ° з.д.), было обнаружено 0.5–1 м над поверхностью торфа и в основном засажены растительностью Cladium jamaicense , с островками деревьев в пределах 10 м от мест отбора керна. Керны с обоих участков были собраны с помощью российского торфяного бурового станка в октябре 2015 года.

Исследовательский участок Мендарам представляет собой девственный тропический торфяный болотный лес, расположенный в заповеднике Улу Мендарам в районе Белайт в Брунее-Даруссаламе, на северо-западе Борнео. На этом участке преобладают деревьев Shorea albida с густым подлеском Pandanus andersonii .Торф состоит из комбинации древесных остатков, которые сопротивляются разложению благодаря своей грубой физической структуре и содержанию лигнина ^{11,12,13,14,72}, а также остатков листьев и недревесных растений, которые накапливаются в затопленных верхушках. лужи, оставленные поваленными деревьями ^10,73. Благодаря сочетанию круглогодичного производства биомассы, влажного климата с соответствующими анаэробными условиями и стойкости торфа, у нетронутых прибрежных торфяных куполов Юго-Восточной Азии, таких как Мендарам, самые высокие в мире показатели долгосрочного накопления углерода на единицу площади ^3,14, но этот сток углерода становится источником, поскольку эти торфяники осушаются и сжигаются для нужд сельского хозяйства ^3,13,14.Для этого исследования были собраны две керны с участка Мендарам. Первый керн, MDM11-2A (4,3727 ° с.ш., 114,3550 ° в.д.), был собран 1 ноября 2011 г. с помощью поршневого пробоотборника Ливингстона с керновым стволом шириной 10 см и зубчатой режущей кромкой. Процедура отбора проб и физико-химические свойства этого керна подробно описаны Dommain et al. ¹⁰. Второй керн, MDM-III (4,3702 ° N, 114,3542 ° E; в пределах ненарушенного участка, описанного Коббом и др. ⁴⁵, и рядом с участком III Мендарам, отобранным Gandois et al.¹¹), был собран в 2014 году с помощью российского торфяного бурового станка Eijkelkamp диаметром 5 см. Из-за неоднородности керна мы исключили данные из срезов керна, состоящих в основном из свежих обломков древесины (20–21 и 110–111 см в керне МДМ11-2А), которые были плохо разложены и, таким образом, заглушили сигнал гумификации торфа с глубина ¹⁰.

Отбор проб растений

Растения, собранные для сравнения с торфом, включая виды, части растений, место сбора и другие метаданные, перечислены в дополнительной таблице 3.

Для растений NC Pocosin и Loxahatchee каждый образец представляет собой смесь нескольких образцов от одного и того же вида, которые были смешаны в один объединенный образец. Таким образом, хотя n = 1 для растений Loxahatchee ( Cladium jamaicense ), этот образец можно считать репрезентативным для этого вида, поскольку он состоит из нескольких отдельных растений.

Для листьев Shorea albida вместо свежих листьев собирали неповрежденный опад из-за трудности получения листьев непосредственно с высоких деревьев. Shorea albida деревянных блоков было вырезано из выброшенных пиломатериалов на бывшей лесопилке Лутонг, в 8 км от мест отбора керна. Эти блоки были собраны в рамках отдельного эксперимента по разложению древесины, в котором блоки (примерно 2,2 × 4,5 × 5,5 см ³) были закопаны в торф в феврале 2012 года и собраны в августе 2015 года. массы до и после погребения. Поскольку для анализа FTIR не были сохранены непогруженные блоки, для сравнения с торфом использовались заглубленные блоки с наименьшей потерей массы в%.Эти блоки были заглублены на глубину 143, 141, 84 и 83 см и имели относительно небольшие потери массы — 2,22, 2,19, 2,51 и 1,54% соответственно.

Радиоуглеродный возраст

Образцы торфа из кернов CPP, DNL deep и Lox3 были подготовлены для радиоуглеродного анализа с использованием методов Corbett et al. ⁶⁷. В обожженные кварцевые трубки добавляли высушенный и измельченный торф, оксид меди, дробь меди и серебро. Затем трубки вакуумировали и запаивали пламенем на вакуумной линии.Затем органическое вещество было преобразовано в газ CO ₂ путем сжигания трубок в течение 18 часов при 850 ° C ⁵³. Затем CO ₂ подвергали криогенной очистке и запаивали в другую трубку из пирекса на вакуумной линии. Затем пробирки с очищенным CO ₂ были отправлены в ускорительную масс-спектрометрическую лабораторию National Ocean Sciences для анализа ¹⁴ C. Возраст радиоуглерода был затем рассчитан на основе периода полураспада ¹⁴ C, составляющего 5568 лет. Для других участков радиоуглеродный возраст был получен из следующих литературных источников: RL-II Bog и RL-II Fen, refs.^61,75; S1 Bog, исх. ²¹; Mer Bleue, исх. ⁶⁹; и Мендарам, исх. № ¹⁰.

Возраст радиоуглерода был откалиброван по календарным годам с помощью OxCal Online (Оксфордский университет, https://c14.arch.ox.ac.uk/oxcal/OxCal.html) с использованием калибровочной кривой IntCal13. Возраст на рис. 6 представлен как средний возраст до настоящего времени (АД), с планками ошибок как асимметричными 95,4% доверительными интервалами. Глубины с инверсией возраста не учитывались в моделях глубины.

Инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье

Наши оценки содержания углеводов и ароматических веществ основаны на недавно разработанной методике анализа FTIR-спектров.FTIR — это распространенный спектроскопический метод анализа состава твердофазного органического вещества. При использовании с уменьшенным полным коэффициентом отражения (ATR) этот метод относительно быстрый и недорогой, но не является полностью количественным. Данные FTIR обычно анализируются либо качественно по изменениям формы спектров, либо полуколичественно с помощью соотношений высот пиков, чаще всего индексов гумификации (т. Е. Соотношений пиков ароматических: углеводных или алифатических: углеводных) ^{19,21,49 , 76,77,78,79}.Недостатком индексов гумификации, как и других соотношений пиков, является то, что трудно определить, вызвано ли гумификация изменениями углеводов по сравнению с ароматическими и алифатическими соединениями.

В других исследованиях эта проблема решена путем сопоставления данных FTIR с измерениями углеводов, лигнина, липидов, белков и других соединений на основе влажной химии, что позволяет использовать FTIR более количественно. Эти исследования включают простые калибровки с отношениями высот пиков ^76,77,79, а также более сложные многомерные методы, такие как частичные наименьшие квадраты ^80,81,82.Однако ни один из этих методов не обеспечивает основу для оценки относительного содержания отдельных соединений, за исключением соотношений, которые не калибруются напрямую. Некоторые исследования выделяли отдельные пики и коррелировали их с влажной химией ⁸³, но этот метод относительно необычен.

В этом исследовании мы представляем новый метод обработки данных FTIR, который позволяет более тщательно определять количество классов соединений. Во-первых, вместо нормализации высот пиков по отношению к другим пикам с помощью индексов гумификации, нам лучше изолировать каждое соединение, вместо этого нормализуя пики к интегрированной площади всего спектра.Затем мы используем набор калибровочных стандартов для сравнения этих нормализованных высот пиков с анализами влажной химии, в частности% целлюлозы + гемицеллюлозы (пик углеводов, ~ 1030 см ^-1) и% лигнина Класона (ароматические пики, ~ 1510 и ~ 1630). см ⁻¹) ²², и показывают, что эти меры линейно коррелированы. Таким образом, это исследование не только предоставляет метод оценки концентраций углеводов и ароматических соединений, но также предполагает, что другие нормированные по площади высоты пиков могут быть интерпретированы как относительные содержания для сравнения отдельных классов соединений между образцами.

При подготовке к FTIR-анализу образцы торфа и растений сушили вымораживанием, а затем измельчали до мелкого порошка в течение 2 минут с использованием шаровой мельницы SPEX SamplePrep 5100 Mixer / Mill. Калибровочные стандарты (описание см. В разделе «Калибровка данных FTIR») сушили при 50 ° C, измельчали в мельнице Wiley для прохождения через сито 60 меш и повторно сушили до постоянного веса при 50 ° C ²². Спектры FTIR собирали с помощью FTIR-спектрометра PerkinElmer Spectrum 100, снабженного светоделителем CsI и детектором дейтерированного триглицинсульфата.Спектры, подобные пропусканию, были получены с помощью универсального НПВО с системой однократного отражения и изготовлены из композита селенид цинка / алмаз. Образцы помещали непосредственно на кристалл НПВО и прикладывали силу так, чтобы образец находился в хорошем контакте с кристаллом. Спектры получали в режиме% пропускания между 4000 и 650 см ^-1 (волновое число) с разрешением 4 см ^-1, и четыре сканирования усредняли для каждого спектра. Спектры были скорректированы НПВО для учета различий в глубине проникновения луча на разных длинах волн, а затем скорректированы по базовой линии с помощью программного обеспечения прибора.Затем спектры переводили в режим оптической плотности для последующего анализа данных.

Определение пика FTIR

Поскольку наше исследование было сосредоточено на содержании углеводов и ароматических веществ в торфе, мы решили выделить определенные FTIR-полосы, представляющие эти две функциональные группы, и провести количественный анализ на основе высоты пиков этих полос. Мы понимаем, что многомерный анализ всех FTIR-спектров (например, частичных наименьших квадратов) может выявить дополнительные спектральные особенности, связанные с гумификацией ⁸⁰, но здесь мы количественно определяем содержание углеводов и ароматических веществ с использованием FTIR-спектров, коррелированных с методами влажной химии, которые предоставляют данные только о эти две функциональные группы.

Из-за различий в химическом составе образцов, точные местоположения целевых пиков FTIR варьировались между образцами, поэтому местоположения пиков и конечные точки пиков (дополнительный рисунок 1) определялись индивидуально для каждого образца. Конечные точки пиков сначала были найдены на основе локальных минимумов в ожидаемой области каждой конечной точки пика (дополнительная таблица 1) или на основе максимума второй производной, если локального минимума не было. Затем значения оптической плотности между конечными точками пиков корректировали путем вычитания оптической плотности ниже базовой линии, проведенной между конечными точками каждого пика ^78,79 (дополнительный рис.1). Затем были найдены точные местоположения пиков на основе максимального скорректированного по базовой линии оптической плотности между конечными точками пиков. Наконец, чтобы учесть вызванные матрицей и вызванные прибором вариации общего поглощения между образцами, высоты пиков, скорректированные по базовой линии, были разделены на общую интегрированную площадь спектра, чтобы получить нормированные скорректированные высоты пиков. Эти вычисления были выполнены с помощью специального скрипта на R (версия 3.3.2).

Чтобы избежать помех от силикатов, которые дают большой пик FTIR, который мешает пику углеводов (~ 1030 см ⁻¹) ⁸⁴, глубина ядра, содержащего силикаты (определена на основании наличия пиков на 3695 и 3620). ^–1 см (каолинит) и / или 780 см ^–1 (силикатные минералы) в сочетании с большим пиком на ~ 1030 см ^–1) были исключены из нашего анализа.

Калибровка данных FTIR

Набор калибровочных стандартов состоял из 58 образцов растений и бумаги, в том числе лиственных и мягких пород древесины, листьев и травы, игл, старого гофрированного картона, старой газетной бумаги, старых журналов (OMG) и офисной бумаги ( ВЫКЛ) ²². Массовые проценты целлюлозы + гемицеллюлозы (определяемые кислотным гидролизом и высокоэффективной жидкостной хроматографией после промывки толуолом и этанолом) и лигнина Класона (нерастворимый в кислоте материал за вычетом золы), ранее измеренные De La Cruz et al.²², были использованы для калибровки абсорбции FTIR углеводов (карбюратор, ~ 1030 см ^-1) и ароматических углеводородов (аромат15, ~ 1510 см ^-1; и аромат16, ~ 1630 см ^-1), соответственно. . Важно отметить, что, поскольку лигнин Класона с практической точки зрения определяется как доля материала, нерастворимого в кислоте за вычетом золы, он включает не только структурный лигнин, но и другие ароматические вещества, такие как дубильные вещества, другие полифенолы, не являющиеся производными лигнина, и биочаг.

В наборе данных калибровки нормализованные скорректированные высоты пиков ( carb для углеводов и arom15 и arom16 для ароматических углеводородов; дополнительный рис.1) сравнивали с методами влажной химии (% целлюлозы + гемицеллюлоза для углеводов и% лигнина Класона для ароматических углеводородов) с помощью линейной регрессии ( n = 54 для обеих регрессий; дополнительный рис. 2). Калибровка по углеводам не включала образцы OMG (4 образца из 58), потому что они имели большой пик, который перекрывался с пиком углеводов, вероятно, возникающий из-за глиняных покрытий, используемых для получения глянцевой поверхности журнальной бумаги ^84,85 (дополнительный рис. . 8). Ароматическая калибровка не включала образцы OFF (4 образца из 58), потому что они представляют собой химическую пульпу, из которой большая часть лигнина удалена во время обработки ⁸⁵.Несмотря на эти необычные спектральные особенности в стандартных наборах OMG и OFF, они по-прежнему соответствуют другим стандартам (со спектрами, более похожими на наши образцы торфа; дополнительный рисунок 8) вдоль калибровочных кривых ароматических и углеводов, соответственно (дополнительный рисунок 2) .

Высота пиков FTIR в наборе калибровочных образцов хорошо согласовывалась с измеренными% целлюлоза + гемицеллюлоза и% лигнина Класона. Для углеводов процент целлюлозы + гемицеллюлоза значительно коррелировал с пиком FTIR карбюратора ( R ² = 0.80, p <0,0001; Дополнительный рис. 2а). Для ароматических углеводородов были выполнены три регрессии с использованием пика arom15, пика arom16 или суммы обоих пиков в качестве переменной x , чтобы можно было выбрать регрессию с наилучшим соответствием для последующего анализа. Среди них сумма обоих пиков (arom15 + arom16) дала наилучшую корреляцию ( R ² = 0,58, p <0,0001; дополнительный рис. 2b) и поэтому была использована для дальнейшего анализа содержания ароматических веществ.Эти аппроксимации, в которых использовались нормализованные по площади и скорректированные по базовой линии высоты пиков, также были немного лучше, чем те же самые, выполненные для пиков, нормализованных по площади, без корректировок базовой линии (углеводы: R ² = 0,80; ароматические углеводороды: R ² = 0,38).

Содержание углеводов и ароматических веществ в торфе и растениях оценивалось на основе их высоты пиков FTIR carb, arom15 и arom16 с использованием уравнений регрессии, показанных на дополнительном рисунке 2 в качестве калибровочных кривых.Стандартные ошибки оценки и для каждой калибровки (двусторонняя: SE = 9 для углеводов и SE = 5 для ароматических углеводородов) использовались в качестве стандартных ошибок для расчетных% углеводов и% ароматических соединений в каждом образце (рис. 2; Дополнительный рис. 4).

Сила и линейность обеих калибровок (дополнительный рисунок 2) демонстрируют, что содержание углеводов можно оценить с помощью пика FTIR карбюратора (~ 1030 см ^-1), в то время как содержание ароматических веществ можно оценить с помощью суммы ароматов15 и arom16 FTIR пики (~ 1510 и ~ 1615 см ^-1).И это несмотря на значительные различия в спектральных характеристиках стандартов, используемых в этом исследовании (дополнительный рис. 8), что усложнило бы интерпретацию методов регрессии всего спектра, таких как частичные наименьшие квадраты. Однако наш подход следует использовать только в том случае, если нет соединений, которые дают большие пики, которые перекрываются с конкретными анализируемыми пиками (например, силикаты, которые перекрываются с пиком углеводов), которых не было в этом исследовании (OMG был исключен из углеводного пика). калибровка и ВЫКЛ не были включены в ароматическую калибровку).

В более широком смысле, наше исследование предполагает, что даже для некалиброванных классов соединений (таких как алифатические соединения (дополнительный рисунок 3) и органические кислоты) нормализация высот пиков к спектральной площади (как это было сделано в этом исследовании) может обеспечить средство оценки относительные содержания соединения в образцах без нормализации к любому другому пику FTIR (как в случае с обычно используемыми индексами гумификации ^{18,19,21,49,76,77,78,79}). При калибровке с использованием влажной химии эти относительные содержания могут стать полностью количественными, что позволяет измерять концентрации соединений в большом количестве образцов без необходимости использования более трудоемких методов влажной химии.

Статистический анализ

Калибровка данных FTIR и последующая оценка% углеводов и% ароматических соединений в растениях и торфе описаны в предыдущем разделе (Калибровка данных FTIR).

Общие тренды глубины для содержания углеводов, ароматических веществ и алифатических соединений в торфяниках высоких и низких широт (рис. 2c, d; дополнительный рис. 4b) были визуализированы с помощью локально взвешенной полиномиальной регрессии (LOESS). Кривые были построены с помощью встроенной функции geom_smooth () пакета ggplot2 R (версия 1.0,0; построено с использованием R версии 3.0.3), группируя точки по высоким и низким широтам (разделенные средней точкой между полюсом и экватором, 45 ° с.ш.), и используя настройки функции LOESS () по умолчанию: степень полинома = 2, α = 0,75 ( α , или промежуток, это доля точек, используемых для соответствия каждой локальной регрессии), а заштрихованные ошибки = 95% доверительный интервал гладкой линии.

Тенденции изменения содержания углеводов и ароматических веществ в зависимости от широты и средней годовой температуры (рис. 3) были оценены с помощью линейной регрессии.В этих регрессиях каждая точка представляет собой среднее значение ± 1 стандартное отклонение образцов с глубины ≤50 см в каждой керне (дополнительная таблица 2).

Для сравнения химического состава растений и торфа оба набора проб были разделены на категории Стордален, Бореальные болота, Бореальные болота, NC Покосин, Локсахатчи или Мендарам (рис. 5) на основе классификации участков для образцов торфа и типичных торфяников. среды для образцов растений (дополнительная таблица 3). Каждый набор планок погрешностей представляет 1 стандартное отклонение, которое описывает наблюдаемую изменчивость независимо от размера выборки и не учитывает неопределенность в составе растительности торфообразующих растений.Достоверность различий между растениями и торфом одной категории оценивали с помощью непарных двусторонних тестов t .

Для PCA спектры FTIR были предварительно обработаны путем масштабирования оптической плотности таким образом, чтобы интегрированная площадь каждого спектра имела постоянное значение 100. Затем PCA выполняли в R (версия 3.4.4) с функцией prcomp. Внешние переменные были подогнаны к PCA с помощью функции envfit в веганском пакете (версия 2.5–1; ref. ⁸⁶) и нанесены в виде векторов на оценочные графики (рис.4б, г). При подгонке глубины, широты и температуры к PCA растений и торфа (рис. 4d) образцы растений были исключены из векторных аппроксимаций, потому что они не имеют глубины, а их исходная широта не точно соответствует образцам торфа, относительно которых они сравниваются (дополнительная таблица 3).

Доступность кода

Сценарий R, используемый для анализа спектров FTIR, включая учебное пособие, доступен по адресу https://github.com/shodgkins/FTIRbaselines (постоянная ссылка на версию, используемую в этом исследовании: https: // github.com / shodgkins / FTIRbaselines / tree / 175a18c5ecafb472d5b6a3648506dd171ecca37c).

Торф — Энергетическое образование

Рисунок 1. Вырезки торфа с торфяного болота. ^[1]
Торф — это мягкое рассыпчатое вещество темно-коричневого цвета, которое образуется из нескольких поколений мертвого и частично разлагающегося органического вещества. Для образования торфа растительность должна упасть и быть погребена в среде с относительно низким содержанием кислорода, чтобы ее можно было включить в слои почвы без полного разложения.^[2] Торф содержит энергию, создаваемую растениями с помощью фотосинтеза. Хотя используемый сегодня торф более старый, этот материал все еще образуется в болотах по всему миру. ^[3]
Торф — это первая стадия образования угля, который медленно превращается в лигнит после повышения давления и температуры, поскольку осадок накапливается поверх частично разлагающегося органического вещества. Чтобы превратиться в уголь, торф необходимо засыпать отложениями на глубину 4-10 км.^[2] Поскольку торф со временем превращается в уголь, он классифицируется как ископаемый продукт . ^[3]
Хотя торф широко не используется для производства электроэнергии из-за низкого содержания углерода, менее 60%, ^[4] он все еще используется для отопления жилых домов в некоторых местах по всему миру. ^[3] Его вырезают на плиты из торфяных болот, сушат и используют для обогрева домов и приготовления пищи. По сравнению с угольными продуктами, торф имеет гораздо более низкую удельную энергию — всего 15 МДж / кг.^[4] Ниже представлена интерактивная круговая диаграмма, которая показывает, сколько торфа использует Ирландия. Несмотря на то, что Ирландия является одной из стран, где больше всего используется торф, вы можете видеть, что он по-прежнему составляет очень небольшую часть их потребления первичной энергии, особенно в последние годы, когда альтернативы используются более широко. Посмотрите на разные годы, чтобы увидеть, как изменилось это использование.
Для дальнейшего чтения
Список литературы
↑ Wikimedia Commons. (13 мая 2015 г.). Торфяные шламы [Онлайн].Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Peat_cuttings_near_Unasary_-_geograph.org.uk_-_176303.jpg#/media/File:Peat_cuttings_near_Unasary_-_geograph.org.uk_-_176303.jpg
↑ ^2,0 ^2,1 Стивен Маршак. (13 мая 2015 г.). Земля: Портрет планеты , 3-е изд. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк, США: W.W. Norton & Company, 2008 г.
↑ ^3,0 ^3,1 ^3,2 Ричард Вольфсон. Энергия, окружающая среда и климат , 2-е изд.Нью-Йорк, США: Нортон, 2012 г.
↑ ^4,0 ^4,1 P. Бриз, угольная генерация. Elsevier Science, 2015.
Произошла ошибка: SQLSTATE [42S22]: Столбец не найден: 1054 Неизвестный столбец «rev_user» в «списке полей»
Деформационное поведение торфа под влиянием органического вещества
Springerplus. 2016; 5: 573.
и
Мин Ян
Департамент геотехнической инженерии, Университет Тунцзи, Siping Road No.1239, Шанхай, 200092 Китай
Ключевая лаборатория геотехнической и подземной инженерии Министерства образования, Университет Тунцзи, Шанхай, 200092 Китай
Кан Лю
Департамент геотехнической инженерии, Университет Тунцзи, Siping Road No. 1239 , Шанхай, 200092 Китай
Ключевая лаборатория геотехнической и подземной инженерии Министерства образования, Университет Тунцзи, Шанхай, 200092 Китай
Кафедра геотехнической инженерии, Университет Тунцзи, Siping Road No.1239, Шанхай, 200092 Китай
Ключевая лаборатория геотехнической и подземной инженерии Министерства образования, Университет Тунцзи, Шанхай, 200092 Китай
Автор, отвечающий за переписку.
Поступило 23 ноября 2015 г .; Принято 26 апреля 2016 г.
Открытый доступ Эта статья распространяется на условиях Международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии вы должным образом указываете первоначального автора (авторов) и источник, предоставляете ссылку на лицензию Creative Commons и указываете, были ли внесены изменения.
Abstract
Торф — это особый материал, богатый органическими веществами. Из-за высокого содержания органического вещества он показывает поведение деформации, отличное от обычных геотехнических материалов. Зерно торфа обладает значительной сжимаемостью из-за присутствия органических веществ. Биогаз может образовываться из торфа и может задерживаться в виде пузырьков газа. Учитывая природные свойства торфа, описан особый трехфазный состав торфа, который указывает на наличие в торфе органических веществ и пузырьков газа.Предложена модель «напряжение – деформация – время» для сжатия органического вещества, и эффект поверхностного натяжения рассматривается в модели сжатия газовых пузырьков. Наконец, была разработана математическая модель для моделирования деформационного поведения торфа с учетом сжимаемости органического вещества и захваченных пузырьков газа. Процесс деформации — это сочетание изменения объема органического вещества, пузырьков газа и дренажа воды. Предложенная модель используется для моделирования серии испытаний торфяного лабораторного эдометра, и модель может хорошо отражать результаты испытаний с разумными параметрами модели.Также проанализировано влияние параметров модели на деформацию торфа.
Ключевые слова: Торф, Сжимаемость органического вещества, Захваченные пузырьки газа, Модель консолидации
Предпосылки
Торф — это разновидность технического материала, богатого органическими веществами. Он широко распространен по всему миру и демонстрирует уникальные свойства сжатия. Было признано, что из-за сложного физического состава торфа деформация этого материала чрезвычайно сложна.Торф может подвергаться осевой деформации до 50% из-за высокой сжимаемости природных отложений (Берри и Поскитт, 1972). Текстура естественных отложений торфа и высокое содержание органических веществ существенно влияют на деформационное поведение торфа.
При соответствующих климатических и топографических условиях органическое вещество в торфе происходит из растительности, которая была химически изменена и окаменела (Dhowian and Edil 1980). Минералы или твердая фаза обычно считаются несжимаемыми в почве, но это может не подходить для торфа с высоким содержанием органических веществ.Фаза органического вещества или зерна торфа могут быть сжимаемыми, что может быть важным фактором, влияющим на деформационные свойства торфа. Хотя некоторые исследователи заметили это (Бери и Викерс 1975; Робинсон 2003), не было проведено подобных исследований, чтобы рассмотреть эту точку зрения в отношении торфа. Необходимо понять, как органическое вещество влияет на процесс деформации торфа.
Другой особенностью торфа является то, что биогаз (например, метан) может генерироваться из его природных отложений.Во время образования и миграции биогаз может задерживаться в микропустотах торфа в виде небольших пузырьков газа. Для материалов с улавливанием газовых пузырьков поведение при деформации и другие механические свойства отличаются от традиционных ненасыщенных условий, в которых предполагается, что газовая фаза связана (Wheeler 1988; Sills et al. 1991). Материалы, содержащие пузырьки газа, считаются особым типом технических материалов и обычно считаются «квазинасыщенными» (Файбищенко, 1995). В этих материалах газовая фаза может присутствовать в виде отдельных пузырьков, если степень водонасыщенности превышает 85% (Sparks 1963).Исследования показали, что пузырьки газа присутствуют в прибрежных почвах из-за разложения осадочного органического вещества (Whelan et al. 1975). При наличии пузырьков газа в газовых почвах были обнаружены немедленные недренированные сжатия (Nageswaran, 1983). Таким образом, наличие захваченных пузырьков газа внутри торфа может оказывать значительное влияние на свойства и деформационное поведение торфа.
Теория одномерной консолидации Терзаги широко использовалась в задачах деформации пористых материалов.Некоторые исследователи расширили теорию консолидации, рассматривая сжимаемость твердой фазы и существование газовой фазы (Skempton 1961; Fredlund and Hasan 1979; Lade and De Boer 1997). В большинстве случаев теория консолидации используется для минеральных материалов, таких как почва. Деформационное поведение торфа не может быть хорошо охарактеризовано традиционной теорией одномерного уплотнения из-за высокого содержания органического вещества и улавливания пузырьков газа.
Некоторые уникальные модели поведения консолидации (например,g., большая деформация, немедленное оседание после нагрузки и низкая проницаемость) наблюдались в торфе (Берри и Поскитт, 1972; Лонг и Бойлан, 2013; Ли и др., 2015). Таким образом, важно предложить подходящую модель уплотнения для описания механических характеристик и деформационного поведения торфа. В данной статье предлагается модель консолидации торфа при трехфазном составе этого материала. Модель учитывает сжимаемость органического вещества и пузырьков газа в торфе.Деформация органического вещества описывается эмпирической моделью, зависящей от напряжения и времени. Механические свойства захваченных пузырьков газа изучаются как идеальный газ. Предложенная модель консолидации применяется на серии торфяных эдометрических испытаний, и эта модель может хорошо описывать одномерное поведение торфа при консолидации.
Основные характеристики торфа
Высокое содержание органического вещества
Торф образуется в результате постепенного накопления растительных остатков, а содержание природного органического вещества в торфе высокое и непостоянное.Было признано, что присутствие органических веществ оказывает значительное влияние на технические свойства торфа. Обладая высоким содержанием органических веществ, торф отличается высоким содержанием воды, большой пустотностью и низкой насыпной плотностью. За исключением разницы в этих обычных индексных свойствах, само органическое вещество может проявлять некоторые уникальные свойства, например сжимаемость. Бери и Викерс (1975) упомянули, что частицы торфа сами могут быть сжимаемыми в своем исследовании волокнистого уплотнения торфа.Робинсон (2003) указал, что органическая матрица сжимаема, что дает неправильную интерпретацию первичной консолидации в соответствии с теорией Терзаги. Может быть неуместно, что исследования торфа все еще основаны на идеях или методах для минеральных почв. При нагружении образцов торфа появляется очевидная начальная деформация, которая частично может быть вызвана сжатием органического вещества. Но подробных исследований сжимаемости органического вещества в торфе не найдено. Это может быть связано с тем, что природное органическое вещество находится в разных формах и имеет очень сложную структуру.Обычно трудно даже невозможно количественно оценить влияние органических веществ на торф с помощью контролируемого эксперимента (Choo et al. 2015). Мы пытаемся смоделировать сжатие органического вещества в торфе, представляя единую эмпирическую модель. Фактически, аналогичные свойства были обнаружены у викторианского бурого угля в результате предварительных исследований автора (Liu et al. 2014a). Викторианский бурый уголь — это своего рода промежуточный геотехнический материал (IGM), окаменевший из торфа после длительного процесса углефикации (Hayashi and Li 2004).Форма модели сжатия органического вещества предлагается на основе некоторых эмпирических моделей ползучести почвы. Следующее эмпирическое уравнение обычно используется для описания деформационного поведения грунтов в зависимости от напряжения и времени:
ε = f ( σ , t ) = f ₁ ( σ ) f ₂ ( t )
1
, в котором f ₁ ( σ ) описывает деформацию, связанную с напряжением, а f ₂ ( t ) зависит от времени деформация.Некоторые исследователи изучали ползучесть почвы на основе идеи уравнения. (1) и были предложены эмпирические модели (Singh and Mitchell 1968; Mesri et al. 1981; Lin and Wang 1998). В этих моделях функция напряжение-деформация ( f ₁ ( σ )) изменяется, но функция деформация-время ( f ₂ ( t )) обычно принимает форму экспоненциальных уравнений. Авторы предлагают начальный модуль упругости органического вещества E _м для описания функции напряжения-деформации ( f ₁ ( σ )), и по-прежнему используют экспоненциальную форму для деформации-времени. функция ( f ₂ ( t )).Затем предлагается простая унифицированная модель «напряжение – деформация – время» для описания сжимаемости органического вещества в торфе при одномерном сжатии:
, где ε _м — деформация органического вещества; σ — приложенное полное вертикальное напряжение; t ₁ — единица времени; E _м — начальный ограниченный модуль органического вещества; λ — временной фактор.
Улавливание пузырьков газа
Во многих случаях технические материалы не полностью насыщены, а пустоты заполнены частично водой и частично газом.В условиях высокой степени насыщения газовая фаза является прерывистой и имеет форму дискретных пузырьков (Wheeler 1988). В результате процесса разложения органические вещества в торфе могут превращаться в газы, включая диоксид углерода и метан. В условиях, близких к насыщению, эти газы накапливаются в пузырьках, которые остаются внутри торфяной залежи (Pichan and O’Kelly 2012). Механизм захваченных пузырьков газа чрезвычайно сложен. В основном деформация пузырьков газа регулируется давлением воздуха в порах u _g из уравнения закона Бойля.Учитывая эффект поверхностного натяжения между пузырьками газа и водой, давление пузырька газа u _g не равно давлению воды u _w в материале. Обычно разница между давлением воздуха u _g и давлением воды u _w может быть вычислена по формуле. (3) с учетом равновесия пузырьков газа с радиусом r (Schuurman 1966; Wheeler 1988):
, где q — поверхностное натяжение, а r — радиус пузырьков газа.
Температура считается постоянной во время испытаний, поверхностное натяжение q зависит от температуры, поэтому q также является постоянным. И уменьшением поверхностного натяжения q с увеличением давления воздуха можно пренебречь, как это обсуждалось Шурманом (1966), поэтому в статье используется постоянное значение (7,4 × 10 ^-3 Н / м) q .
Захваченный газ может существовать в виде маленьких пузырьков по сравнению со средним размером частиц или большими газовыми пустотами.Уилер (1988) и Петрушчак и Панде (1996) обсуждали разницу между двумя типами газообразных почв. Когда пузырьки газа малы по сравнению с размером частиц торфа, пузырьки помещаются в нормальные пустые пространства, а радиус кривизны границы раздела газ-вода равен радиусу r пузырька. С другой стороны, пузырьки газа намного больше размера частиц торфа, что создает большую заполненную газом пустоту. Затем границы раздела газ-вода образованы множеством маленьких менисков, которые перекрывают промежутки между частицами.Радиус кривизны этих менисков не обязательно равен радиусу r пузыря. Для упрощения предполагается, что размер маленьких пузырьков газа заключен в пустотах зерен торфа.
Некоторые исследователи провели сканирующие исследования торфа из разных мест под электронным микроскопом. Lv et al. (2011) получили результаты, согласно которым средний диаметр пустот составляет около 10 мкм, а диаметр больших пустот достигает 25 мкм для образцов торфа из северного восточного Китая.Xiong (2005) и Liu et al. (2014b) получили средний диаметр пустот около 13,65 мкм для образцов торфа из Куньмина. Диапазон диаметров пустот 3–20 мкм получен Wang (2013), а их испытанные образцы торфа взяты из Ханчжоу, Восточный Китай. Принимая во внимание размер пустот торфа, можно определить радиус – пузырьков газа, который должен быть меньше размеров пустот. Средний начальный радиус r ₀ пузырьков газа используется в следующих тематических исследованиях.
Без учета растворения и распада газа газовая фаза в торфе считается идеальным газом, а деформация подчиняется закону Бойля (Schuurman 1966), который составляет:
( P _a + 2 q / r ₀) V _{g 0} = ( P _a + 2 q / r + u _w) V _g
4
где V _g — объем газа в торфе, а r — радиус пузырьков газа, нижний индекс 0 представляет начальное значение каждого параметра; P _a — атмосферное давление.
Трехфазный состав торфа
Торф имеет сложную текстуру и физический состав, а твердая фаза торфа может рассматриваться как смесь органических веществ и минералов. Даже в обычных условиях насыщения небольшие пузырьки газа также могут задерживаться в пустотах торфяных зерен. Ландва и Фини (1980) описали характеристики трехфазного торфа на основе серии сканирующих тестов с помощью электронного микроскопа. Автор также предложил аналогичную концептуальную модель для викторианского бурого угля, который представляет собой разновидность органического материала, окаменевшего из торфа (Liu et al.2014а). Основываясь на обсуждениях вышеупомянутых разделов, мы знаем, что торф можно рассматривать как трехфазную смесь и в состоянии квазинасыщения. В частности, твердую фазу торфа следует разделить на минеральную часть и часть органического вещества. Принципиальная схема особого трехфазного состава торфа представлена на рис. Некоторые определения параметров и предположения сделаны следующим образом.
Как обычный метод анализа теории одномерной консолидации, здесь для анализа берется репрезентативный элемент с единичным объемом dxdydz .Предполагается, что единичный элемент удовлетворяет как основным предположениям теории Терзаги, так и предположениям, изложенным выше. Особый трехфазный состав, показанный на рис. 4, принят для единичного элемента. Подобно определению обычного отношения пустот и , некоторые определения параметров сделаны следующим образом.
, где e _w, e _g и e _m определяются как объемные отношения воды, газа и органических веществ, соответственно; V _w, V _g, V _m и V _s — объем воды, объем газа, объем органических веществ и объем минералов, соответственно ; и a — отношение изменяемого объема к объему несжимаемых твердых минералов, которое является суммой e _w, e _g и e _m.
Обычно основными геотехническими показателями торфа являются известные величины, включая плотность торфа ( ρ ), содержание воды ( ω ), содержание органических веществ ( ω _м) и удельный вес твердой фазы торфа. ( γ _p), то указанные выше параметры могут быть рассчитаны с сохранением массы и объема для определенного образца торфа.
Согласно вышеприведенным определениям, условный коэффициент пустотности e можно рассчитать как:
Параметр β определяется как отношение начального объема органического вещества ( V _m0) к начальному общему объему ( V ₀), то есть:
Объемное содержание газа определяется как:
, где V — общий объем.
Математическая модель торфа
На основе приведенных выше предположений и определений параметров построена математическая модель деформации торфа с учетом сжатия органического вещества и захваченных пузырьков газа.
Также для единичного элемента объемная непрерывность в элементе составляет:
Δ V _м + Δ V _г + Δ V _w = Δ V _c
10
где Δ V _c — изменение объема при сжатии из-за изменения объема органического вещества Δ V _м, газ Δ V _г и вода Δ V _w.
В течение короткого времени dt :
dVwdt = dVcdt-dVmdt-dVgdt
11
Согласно основной теории Терзаги, если поток воды в материалах подчиняется закону Дарси, а гидравлическая проводимость k остается постоянной в течение короткого промежутка времени. период времени, в единичном элементе размером dx, dy и dz , приращение объема воды в элементе за время dt совпадает с теорией Терзаги:
dQdt = kγw∂2u∂z2dxdydz
12
где u — избыточное давление поровой воды; и γ _w — удельный вес воды.
Расход воды следует массе консервации:
На основе вышеуказанных определяющих соотношений можно получить окончательное математическое уравнение. Но три части dV _c/ dt , dV _m/ dt и dV _g/ dt в правой части уравнения. (11) необходимо определить соответственно.
Принимая во внимание определения параметров, определенный параметр a имеет аналогичную ситуацию с обычным коэффициентом пустотности e .В основном выводе теории Терзаги:
dVcdt = 11 + e∂e∂tdxdydz
14
Аналогично, мы имеем:
dVcdt = 11 + a∂a∂tdxdydz
15
С учетом принципа эффективного напряжения ,
∂a∂t = ∂a∂σ′∂σ′∂t = ∂a∂σ′∂σ∂t-∂u∂t
17
В уравнении. (17) расчет ∂a / ∂σ ^‘ аналогичен ∂e / ∂σ ^′ (коэффициент сжатия c ) теории Терзаги. Для определенного образца торфа значение рассчитывается как общее приращение Δ a / Δ σ ^‘ во всем процессе консолидации.
Две другие части dV _m/ dt и dV _g/ dt в уравнении. (11) представляют характеристики сжатия органического вещества и захваченных пузырьков газа соответственно, которые могут быть определены на основе обсуждений в вышеупомянутых разделах.
Для сжатия органического вещества в торфе, в любой момент времени т , объем органического вещества может быть выражен с помощью исходного объема органического вещества V _{м 0} и деформации ε _м,
Тогда
На основе уравнения «напряжение – деформация – время».(2) и определение параметра β , имеем:
dVmdt = -β1Em∂σ∂ttλ + λσtλ-1dxdydz
20
Из уравнения. (4) и определения параметров в формуле. (5) приращение объема газа за короткое время dt в единичном элементе можно рассчитать как:
dVgdt = — (Pa + 2q / r0) Vg0 (Pa + 2q / r + u) 2d (2q / r + u) dt = -VgPa + 2q / r + ud (2q / r + u) dt
21
dVgdt = -eg (1 + a) (Pa + 2q / r + u) ∂ (2q / r + u) ∂tdxdydz
23
Подставляя уравнения. Из (15), (20), (23) в (13) модель консолидации торфа со сжимаемым органическим веществом и пузырьками газа может быть описана как:
kγw∂2u∂z2 = 1 (1 + e) (1+ em) ∂a∂σ′∂σ∂t-∂u∂t + β1Em∂σ∂ttλ + λσtλ-1 + например (1 + e) (1 + em) (Pa + 2q / r + u) -2qr2∂ r∂t + ∂u∂t
24
Одномерная конечно-разностная форма уравнения.(24) используется для решения этого уравнения в Excel. Подбирая числовые и экспериментальные кривые консолидации, можно определить сжимаемость органического вещества и содержание газа. Модель применяется к набору исторических данных консолидации торфа в следующих разделах. Результаты расчетов хорошо согласуются с результатами испытаний в каждом конкретном случае.
Применение модели на торфяном эдометре. Испытания
Случай 1: Торф с северо-востока Китая
Используются пять типичных образцов торфа из серии испытаний одномерного уплотнения, о которых сообщают Lv et al.(2011). 5 образцов торфа взяты с северо-востока Китая и имеют разное содержание органического вещества. Размер образца торфа условный — диаметр 79,8 мм, высота 20 мм. К каждому образцу прикладывают вертикальную нагрузку 50 кПа. В таблице приведены основные свойства 5 образцов. В таблице содержание органики ω _m — отношение массы органического вещества к общей массе твердого вещества, ρ — плотность торфа, γ _p — удельный вес твердого вещества, ω, — содержание воды, e — коэффициент пустотности.Базовые индексы используются для расчета параметров модели e _g, e _m и e _w, как определено в предыдущих разделах. Lv et al. (2011) обнаружили, что образцы демонстрируют различное поведение при сжатии с увеличением содержания органического вещества. Авторы замечают, что существует почти линейная взаимосвязь между временем и расчетом в первые несколько минут, и эта часть расчета приписывается большому проценту от общего расчета.
Таблица 1
Свойства образцов торфа в кейсе 1
9292 9296 9296 9295 9295 9295 9295 9295 9295 9296 9296 9295 9295 9295 930 результаты моделирования предлагаемые результаты моделирования. результаты также сравниваются с результатами уравнения Терзаги, в котором содержание газа считается нулевым, а твердые вещества несжимаемы.Параметры, используемые в предлагаемой модели, приведены в таблице. Результаты сравниваются на рис. Рисунки показывают, что без учета сжимаемости органических веществ и пузырьков газа, кривые консолидации, предсказанные с использованием уравнения Терзаги, очень плавные в первые несколько минут, а внезапное оседание, наблюдаемое в результатах испытаний, не может быть полностью зафиксировано, в то время как Предложенная модель достаточно хорошо описывает результаты испытаний. Также предлагаемая модель может описывать относительно большие деформации на поздней стадии.
Таблица 2
Параметры модели для образцов торфа в кейсе 1
№ образца ρ (г / см ³) γ _p (кН / м ³) ω _м (%) ω (%) e
1 1,122 19,24 36,34 117,01 2.721
2 1,145 19,20 43,65 142,65 3,069
3 1,045 18,81 1,045 18,81 9295 16,90 69,29 385,00 7,115
5 0,944 16,58 85,36 467,55 8,968
537 9295537 9295 296 29537
№ образца σ (кПа) e e _г e _м E _м (МПа) λ S _г (%) r ₀ (мкм) k (м / с)
1 50 2.721 0,16 1,12 5,0 0,25 2,0 10 1,2 × 10 ⁻¹⁰
2 50 3,061 3,069 3,069 0,24 3,0 10 1,5 × 10 ⁻¹⁰
3 50 5,722 0,74 2,13 2,0 0,23 90.5 10 1,7 × 10 ⁻¹⁰
4 50 7,115 1,83 4,01 1,0 −10 0,21 4,537
5 50 8,968 5,34 8,97 1,0 0,21 5,0 10 4,0 × 10 ⁻¹⁰ 930 930 результаты теста 4,0 × 10 ⁻¹⁰ 9302 для образцов торфа в случае 1, a образцов 1, 2 и 3, b образцов 4 и 5
Таблица показывает, что газосодержание ( S _г) и параметры сжатия органического вещества ( E _m, λ), полученные из модели, в пяти образцах различаются.Как правило, содержание газа S _г увеличивается, а модуль сжатия E _м уменьшается с увеличением содержания органического вещества, как показано в таблицах и. Временной фактор λ несколько уменьшается с увеличением содержания органического вещества, но остается в пределах 0,21–0,25. Модуль сжатия органического вещества E _м находится в диапазоне от 1,0 до 5,0 МПа. Эти значения немного выше, чем исходный модуль упругости E ₀ щецинского торфа, найденный Мейером (1997).Это может быть связано с тем, что начальный ограниченный модуль учитывает сжимаемость как торфа, так и газа в образцах торфа. Содержание газа находится в пределах 2–5%, и значение увеличивается с увеличением содержания органических веществ и коэффициента пустотности, как показано в таблице, но на основании этого результата нельзя сделать вывод об этом.
Случай 2: торф Миддлтон из Висконсина, США
Некоторые типичные исследования и испытания на консолидацию были выполнены Месри и др. (1997) на пробах торфа, взятых в Миддлтоне, Висконсин, США.В своем исследовании авторы в основном сосредоточились на некоторых основных свойствах торфа, включая индекс сжатия C _c и индекс вторичного сжатия C _α. Во всех результатах испытаний на консолидацию наблюдалось немедленное оседание, но авторы в основном изучали поведение материала при вторичной консолидации, и первоначальное немедленное оседание не было объяснено в оригинальной публикации. Пять результатов испытаний, проведенных Месри и соавт.(1997) анализируются с использованием предложенной модели. Основные свойства приведены в таблице. Параметры модели представлены в таблице. Смоделированные модели кривые деформации каждого образца сравниваются с результатами испытаний и результатами по уравнению Терзаги на рис.
Таблица 3
Свойства образцов торфа в футляре 2
Параметры ρ (г / см ³) γ _p (кН / м ³) ω _м (%) ω (%) e
Значения 0.96 15,9 92,7 740 12,224
Таблица 4
Параметры модели для образцов торфа в корпусе 2
0,20 937 937 929 результаты по сравнению с результатами теста2 для образцов торфа в случае 2, a образцов T10 и T11 и b образцов T13, T15, T18
Модуль сжатия E _м органического вещества, полученного для образцов торфа, относительно согласован сравнивая с образцами торфа в случае 1.Это может быть связано с тем, что образцы торфа, использованные в Mesri et al. (1997) взяты из испытательной ямы размером 2,5 м на 2,5 м, что позволяет предположить, что разброс свойств в образцах торфа может быть меньше по сравнению с образцами, использованными Lv et al. (2011), где образцы торфа взяты с относительно большей площади. Образцы торфа, использованные в Mesri et al. (1997) имеют такое же содержание органического вещества около 92,7%, в отличие от 5 образцов торфа, использованных Lv et al. (2011) имеют диапазон содержания органических веществ 36.34–85,36%. Временной фактор λ в этом случае имеет аналогичные значения с образцами торфа в случае 1. Что необходимо отметить в таблице, так это то, что значения E _m и λ образцов T10 и T13 немного больше, чем другие. . Это может быть связано с разными уровнями нагрузки, применяемыми к образцам. Вертикальное напряжение на образцах Т10 и Т13 (30–41 кПа) меньше, чем у других (90–96 кПа). Кроме того, параметры сжатия органического вещества в двух случаях находятся в близком диапазоне.
В двух вышеупомянутых случаях теоретические предсказания деформации или деформации образцов торфа очень хорошо согласуются с результатами испытаний. На рисунках видно, что предлагаемая модель подходит для торфа. Для кривых деформации или деформации торфа очевидная начальная деформация проявляется за относительно короткое время в течение начального периода нагружения. Затем скорость деформации имеет тенденцию к снижению с постепенным завершением первичной консолидации. Но значительная деформация все же развивается во время последующего процесса консолидации.Предложены правдоподобные объяснения этих явлений и даны математические трактовки в нашей модели.
Как уже упоминалось, автор провел некоторые предварительные исследования викторианского бурого угля из долины Латроб, Австралия. Модуль сжатия E _м органических веществ торфа, полученный из расчета, намного ниже значений угля (около 30 МПа). Это связано с тем, что пробы торфа обычно консолидированы, но бурый уголь в долине Латроб сильно переуплотнен с коэффициентом переуплотнения 10 или выше на глубине, на которой были взяты пробы.Следовательно, волокнистая структура торфа намного более сжимается по сравнению с угольными зернами. Временной фактор λ для торфа, полученный из модели, также выше, чем для бурого угля (0,042). Это может быть связано с тем, что полая структура волокон образцов торфа все еще хорошо сохраняется, как показано в Mesri et al. (1997), и деформация полых волокон может способствовать ползучести органических частиц, что приводит к более высоким значениям λ . Хотя аналогичные свойства были обнаружены как у торфа, так и у бурого угля, для этих двух материалов получены разные модельные значения.В основном это может быть связано с геологической историей, структурой материала и различными основными показателями. Бурый уголь обычно образуется из торфа после длительного процесса углефикации. Торф имеет более низкую плотность и более высокий коэффициент пустотности и более высокое содержание воды, чем бурый уголь.
Обсуждение параметров модели
Объемное соотношение газа
e _г
Объемное соотношение газа e _г представляет собой объемный процент газа в образцах торфа.Для исследования параметра e _г нормируется на 1 + a , что дает объемное содержание газа S _г:
Диапазон значений 2–5% для S _г получается в модельном расчете. Обзор литературы показывает, что торф с месторождения обычно имеет объемное содержание газа около 5–11% (Hobbs 1986; Mesri et al. 1997). Принимая во внимание, что образцы торфа обычно водонасыщены в течение короткого времени перед испытанием, диапазон значений 2–5% для S _г является разумным при расчетах.
Объемное соотношение органического вещества e
_м
Как и в том же определении e _г, объемное соотношение органического вещества e _м представляет собой объемный процент органического вещества в торфе образцы. Нормализовав e _m на 1 + a , мы можем получить объемное содержание органических веществ S _m:
Фактически e _m или S _m — это своего рода внутренний параметр торфа, который напрямую определяется традиционным содержанием органического вещества ω _m, которое определяется как отношение массы органического вещества к общей массе твердого вещества. .Взаимосвязь между S _m и ω _m показана на рис. Для всех образцов торфа в вышеупомянутых двух тематических исследованиях. Видно, что объемное содержание органического вещества S _м уменьшается с увеличением содержания органического вещества ω _м. Тенденция к изменению является разумной, потому что, когда ω _m является высоким, торф обычно имеет высокие значения пустотности и содержания воды, и основное пространство образца торфа будет заполнено водой.Тогда абсолютное значение объема для органического вещества будет меньше. Напротив, когда содержание органического вещества ω _m является низким, торф обычно имеет низкое содержание воды, что означает, что твердая фаза может занять большой процент объема образца торфа. Таким образом, объемное содержание органического вещества S _м может быть больше, когда содержание органического вещества ω _м низкое.
Связь между S _м и ω _м
Временной фактор λ
Параметр λ — временной фактор в предлагаемой модели сжатия органического вещества.Относительно стабильный диапазон значений 0,20–0,25 для λ получен в модельных расчетах. Значение приемлемое с небольшими отклонениями, что отражает деформационные свойства органического вещества со временем t . Небольшое изменение λ могло быть вызвано такими причинами, как различное содержание органического вещества в торфе, геологическая история и уровни приложенного напряжения.
Начальный ограниченный модуль E
_м
Начальный ограниченный модуль E _м — еще один параметр модели в предлагаемой модели сжатия органического вещества.Значение E _m варьируется в двух вышеупомянутых тематических исследованиях, но показывает некоторую закономерность с содержанием органического вещества ω _m. Полученное соотношение значений между E _m и ω _m показано на рис. Для всех образцов торфа в двух тематических исследованиях. Видно, что E _m практически имеет тенденцию к уменьшению с увеличением содержания органического вещества ω _m.Это может быть вызвано состоянием полых структур и плотным состоянием органического вещества. В условиях низкого содержания органического вещества органическое вещество смешивается с большим количеством минералов и может иметь более плотное состояние, что приводит к большему значению E _m. Хотя тенденция к уменьшению между E _m и ω _m получена из Рис., Вывод не может быть просто сделан. Подобно параметру λ , значение E _м может быть обусловлено другими причинами, такими как геологическая история и уровни приложенных напряжений.
Связь между E _м и ω _м
Влияние параметров модели на кривые консолидации
В приведенных выше разделах создана численная модель для изучения поведения консолидации торфа, содержащего органическое вещество и пузырьки газа. В модели модуль сжатия E _м и временной коэффициент λ , которые описывают компрессионные свойства органических веществ, содержание газа S _g и начальный радиус пузырька газа r ₀ используются.Чтобы изучить влияние каждого параметра на процесс уплотнения торфа, в этом разделе проводится анализ чувствительности. В анализе только один из 4 параметров считается изменяющимся для расчета кривых консолидации. Взяв образец торфа 3 из тематического исследования 1 в качестве примера в следующих исследованиях. Следует отметить, что не все расчетные кривые являются реальными для образца 3. Работа в основном направлена на то, чтобы показать, как на тенденцию кривых консолидации влияет определенный параметр.
Влияние органического модуля сжатия
Для образца торфа 3 используются различные значения E _м с 1,2, 2, 4 и 8 МПа, а другие значения параметров остаются исходными и постоянными, λ составляет 0,23 , S _г составляет 3,5% и r ₀ составляет 10 мкм. Расчетные кривые консолидации с разными значениями E _м показаны на рис. Результаты показывают, что общие деформации торфа увеличиваются с уменьшением. E _м.Начальная деформация и поздняя стадия деформаций также больше при меньшем значении E _м.
Эффекты E _м на кривых консолидации
Влияние фактора времени
То же, что и выше, используются разные значения λ с 0,15, 0,20, 0,23 и 0,26, а значения других параметров остаются постоянными, E _м — 2 МПа, S _г — 3.5% и r ₀ составляет 10 мкм. Расчетные кривые консолидации с разными значениями λ показаны на рис. Результаты показывают, что большие значения λ вызывают большую общую деформацию, а параметр λ в основном оказывает значительное влияние на позднюю стадию консолидации. Более крутые кривые консолидации можно получить, используя большие значения λ .
Влияние λ на кривые консолидации
Влияние газосодержания
Для изучения влияния газосодержания, различные значения S _г с 1.Используются 0, 3,5, 6 и 9%, а значения других параметров остаются постоянными, E _м составляет 2 МПа, λ составляет 0,23 и r ₀ составляет 10 мкм. Расчетные кривые консолидации с различными значениями S _g показаны на рис. Результаты показывают, что увеличение газосодержания S _г может вызвать увеличение общей деформации, особенно на начальной стадии уплотнения.При постепенном снижении избыточного давления поровой воды скорость приращения деформации захваченного газа становится меньше и не оказывает значительного влияния на деформацию на поздней стадии, что приводит к относительно параллельным линиям на поздних стадиях деформации, как показано на рис.
Влияние S _г на кривых консолидации
Влияние начального радиуса пузырьков газа
Размер пузырьков газа в основном влияет на эффект поверхностного натяжения.Используются различные значения r ₀ с 2, 5, 10 и 20 мкм, а значения других параметров остаются постоянными, E _м составляет 2 МПа, λ составляет 0,23 и S _g составляет 3,5%. Расчетные кривые консолидации с разными значениями r ₀ показаны на рис. Параметр r ₀ отличается от остальных трех параметров модели. Это указывает на влияние поверхностного натяжения на деформацию и рассеивание избыточного давления поровой воды.Результаты показывают, что влияние начального радиуса пузырька газа r ₀ не так существенно, как других параметров, особенно при большем значении r ₀ эффектом поверхностного натяжения можно практически пренебречь. Фактически, влияние r ₀ на кривую консолидации в основном связано с влиянием избыточного давления поровой воды. На рис.. Начальное избыточное давление воды в порах и скорость рассеивания меньше при небольшом размере пузырьков газа, что уменьшает количество дренируемой воды, когда другие параметры остаются постоянными. Следовательно, меньшие значения r ₀ могут оказывать относительно заметное влияние на деформацию образцов торфа. С другой стороны, когда рассматриваются более крупные пузырьки газа, эффектом поверхностного натяжения можно пренебречь и можно предположить, что давление поровой воды и давление порового воздуха одинаковы.
Влияние r ₀ на кривых консолидации
Влияние r ₀ на отвод избыточного давления поровой воды
Заключение
Торф обладает особыми природными характеристиками и инженерными свойствами за счет высокого содержания органического вещества. Состав и структура торфа сложны, а органические вещества в торфе могут быть сжимаемыми. Биогаз образуется из естественных залежей торфа, и некоторые из них будут улавливаться в виде небольших пузырьков газа.Торф имеет особый трехфазный состав, содержащий пузырьки газа, воду, сжимаемые органические вещества и несжимаемые минералы. Предложена модель консолидации для изучения деформационного поведения торфа. Деформация торфа рассматривается как совокупный процесс изменения объема пузырьков газа, сжатия органического вещества и дренажа воды. Затем модель применяется к некоторым историческим данным испытаний торфа путем сопоставления экспериментальных результатов с смоделированными кривыми консолидации.
Результаты показывают, что предложенная модель может хорошо отражать уникальные свойства уплотнения торфа. Газосодержание и параметры сжатия органического вещества могут быть получены с помощью модели. На основании результатов экспериментального и численного моделирования можно сделать выводы:
1: Очевидная начальная осадка, наблюдаемая в образцах торфа, связана с наличием пузырьков газа и сжимаемостью органических веществ. Предложенная модель может быть использована для моделирования этого процесса, и в результате газосодержание и параметры сжатия органического вещества могут быть получены путем подгонки экспериментальных и смоделированных результатов.
2: Согласно результатам моделирования образцов, модуль сжатия органического вещества в торфе находится в диапазоне 0,8–5,0 МПа. Большой разброс этого значения, вероятно, связан с содержанием органического вещества. Эффект ползучести, наблюдаемый в торфе на поздней стадии испытаний на уплотнение, может быть смоделирован с помощью модели органического вещества «напряжение-деформация-время» путем введения временного фактора. Деформация поздней стадии в торфе относительно велика из-за присутствия органического вещества, что отражено большим значением временного фактора около 0.20–0,25 для образцов торфа.
3: Газовый механизм очень сложен на практике. В предлагаемой модели консолидации предполагается, что пузырьки газа подчиняются закону Бойля с учетом эффекта поверхностного натяжения. Увеличение содержания газа может вызвать более крупные осадки торфа, и эффектом поверхностного натяжения нельзя пренебрегать при рассмотрении небольших размеров газовых пузырьков.
Предложенная модель может быть использована для анализа консолидации торфа, который содержит как пузырьки газа, так и сжимаемые органические вещества.Его можно использовать для моделирования сжатия аналогичных технических материалов, например бурого угля.
Вклад авторов
KL разработал основную модель, собрал данные, провел анализ данных, написал первый черновик рукописи; М.Ю. задумал и предложил основную идею исследования, отредактировал рукопись. Все авторы читали и одобрили окончательный вариант рукописи.
Благодарности
Исследование поддержано Национальным фондом естественных наук Китая в рамках гранта №41572258. Часть работы в этой статье была завершена в университете Монаш, Австралия, где первый автор работал в качестве приглашенного студента. Авторы выражают признательность за поддержку, полученную от организаций.
Конкурирующие интересы
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.
Каталожные номера
Berry PL, Poskitt TJ. Уплотнение торфа. Геотехника. 1972: 22 (1): 27–52. DOI: 10.1680 / geot.1972.22.1.27. [CrossRef] [Google Scholar]
Бери П.Л., Викерс Б.Уплотнение волокнистого торфа. J Geotech Eng ASCE. 1975. 101 (8): 741–753. [Google Scholar]
Choo H, Bate B, Burns SE. Влияние органического вещества на жесткость переуплотненного состояния и анизотропию инженерных органоглин при малых деформациях. Eng Geol. 2015; 184: 19–28. DOI: 10.1016 / j.enggeo.2014.10.022. [CrossRef] [Google Scholar]
Dhowian AW, Edil TB. Консолидирующее поведение торфа. ASTM Geotech Test J. 1980; 3 (3): 105–114. DOI: 10.1520 / GTJ10881J. [CrossRef] [Google Scholar]
Файбищенко Б.А.Гидравлическое поведение квазинасыщенных грунтов в присутствии захваченного воздуха: лабораторные эксперименты. Water Resour Res. 1995. 31 (10): 2421–2435. DOI: 10.1029 / 95WR01654. [CrossRef] [Google Scholar]
Fredlund DG, Hasan JU. Теория одномерной консолидации: ненасыщенные почвы. Кан Геотек Дж. 1979; 16 (3): 521–531. DOI: 10.1139 / t79-058. [CrossRef] [Google Scholar]
Хаяси Джи, Ли Ч. Достижения науки о буром угле викторианской эпохи: структура и свойства бурого угля викторианской эпохи.Мельбурн: Эльзевир; 2004. [Google Scholar]
Hobbs NB. Морфология болот, свойства и поведение некоторых британских и зарубежных торфов. Q J Eng Geol Hydrogeol. 1986. 19 (1): 7–80. DOI: 10.1144 / GSL.QJEG.1986.019.01.02. [CrossRef] [Google Scholar]
Ладе П.В., Де Бур Р. Концепция эффективного напряжения для почвы, бетона и скальных пород. Геотехника. 1997. 47 (1): 61–78. DOI: 10.1680 / geot.1997.47.1.61. [CrossRef] [Google Scholar]
Ландва AO, Pheeney PE. Торфяная ткань и структура.Кэн Геотек Дж. 1980; 17 (3): 416–435. DOI: 10.1139 / t80-048. [CrossRef] [Google Scholar]
Lee JS, Seo SY, Lee C. Геотехнические и геофизические характеристики образцов мускуса из Альберты, Канада. Eng Geol. 2015; 195: 135–141. DOI: 10.1016 / j.enggeo.2015.04.030. [CrossRef] [Google Scholar]
Lin HD, Wang CC. Напряжение – деформация – время глины. J Geotech Geoenviron Eng. 1998. 124 (4): 289–296. DOI: 10.1061 / (ASCE) 1090-0241 (1998) 124: 4 (289). [CrossRef] [Google Scholar]
Лю К., Маккей Р., Сюэ Дж. Ф., Толооиян А. (2014a) Экспериментальное исследование гидравлического поведения бурого угля при низком удерживающем напряжении.В: Ненасыщенные почвы: исследования и приложения — материалы 6-й международной конференции по ненасыщенным почвам, Сидней, стр. 1125–1130
Лю Й., Цао Г.З., Мэн Ю.Г., Лю М.Х. Исследование особенностей микроструктуры и механизма прочности торфяной почвы озера Тянь. Adv Mater Res. 2014; 864: 2695–2702. DOI: 10.4028 / www.scientific.net / AMR.962-965.2695. [CrossRef] [Google Scholar]
Лонг М., Бойлан Н. Прогнозы оседания торфяных почв. Q J Eng Geol Hydrogeol. 2013. 46 (3): 303–322.DOI: 10.1144 / qjegh3011-063. [CrossRef] [Google Scholar]
Lv Y, Nie L, Xu Y, Liu F, Zheng M. Механизм влияния органического вещества на физико-механические свойства дерновой почвы. Chin J Geotech Eng. 2011. 33 (4): 655–660. [Google Scholar]
Mesri G, Febres CE, Shields DR. Поведение глин при сдвиге, деформации и времени. Геотехника. 1981. 31 (4): 537–552. DOI: 10.1680 / geot.1981.31.4.537. [CrossRef] [Google Scholar]
Месри Г., Старк Т.Д., Аджлуни М.А., Чен С.С. Вторичное прессование торфа с добавкой или без нее.J Geotech Geoenviron. 1997. 123 (5): 411–421. DOI: 10.1061 / (ASCE) 1090-0241 (1997) 123: 5 (411). [CrossRef] [Google Scholar]
Мейер З. Модель консолидации органических почв. Proc ICE Gr Improv. 1997. 1 (4): 239–248. [Google Scholar]
Nageswaran S (1983) Влияние пузырьков газа на поведение морского дна. Диссертация, Оксфордский университет,
Пичан С.П., О’Келли BC (2012) Влияние разложения на сжимаемость волокнистого торфа. В: ASCE GeoCongress, стр. 4329–4338. DOI: 10.1061 / 9780784412121.445
Pietruszczak S, Pande GN. Материальные соотношения для частично насыщенных грунтов, содержащих газовые включения. J Geotech Eng ASCE. 1996. 122 (1): 50–59. DOI: 10.1061 / (ASCE) 0733-9410 (1996) 122: 1 (50). [CrossRef] [Google Scholar]
Робинсон Р.Г. Исследование о начале вторичного сжатия почв. J Test Eval. 2003. 31 (5): 388–397. [Google Scholar]
Шурман И.Е. Сжимаемость смеси воздух / вода и теоретическое соотношение между давлением воздуха и воды.Геотехника. 1966. 16 (4): 269–281. DOI: 10.1680 / geot.1966.16.4.269. [CrossRef] [Google Scholar]
Sills GC, Wheeler SJ, Thomas SD, Gardner TN. Поведение морских грунтов, содержащих пузырьки газа. Геотехника. 1991. 41 (2): 227–241. DOI: 10.1680 / geot.1991.41.2.227. [CrossRef] [Google Scholar]
Сингх А., Митчелл Дж. Общая функция напряжение – деформация – время для грунтов. J Soil Mech Found Div. 1968. 94 (1): 21–46. [Google Scholar]
Skempton AW (1961) Эффективное напряжение в почвах, бетоне и горных породах.В: Материалы конференции по поровому давлению и всасыванию в почвах, Баттервортс, Лондон, стр. 4–16
Sparks ADW (1963) Теоретические соображения уравнений напряжения для частично насыщенных почв. В: Материалы 3-й Африканской конференции по механике грунтов и проектированию фундаментов, Солсбери, Родезия, стр. 215–218
Ван Ф.З. (2013) Наблюдение за пешеходным мостом и исследование поведения торфяных почв Западного озера. Диссертация, Чжэцзянский университет
Wheeler SJ.Концептуальная модель почв, содержащих большие пузырьки газа. Геотехника. 1988. 38 (3): 389–397. DOI: 10.1680 / geot.1988.38.3.389. [CrossRef] [Google Scholar]
Уилан Т.III, Коулман Дж. М., Сухайда Дж. Н. (1975) Геохимия недавних отложений в дельте реки Миссисипи: концентрация газа и стабильность отложений. В: Материалы 7-й конференции по морским технологиям, Хьюстон, том 1, стр 71–83
Xiong EL (2005) Исследование физических свойств и взаимосвязи между деформацией и напряжением торфа и торфяных почв в Юньнани.
Добавить комментарий Отменить ответ
Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *
Комментарий *
Имя *
Email *
Сайт

Рубрики
Дешево
Дом
Материалы
Ремонт
Советы
Строительство
Разное
Найти:
2025 © Все права защищены.

Номер образца. σ (кПа) e e _г e _м E _м (МПа) λ S _г (%) r ₀ (мкм) k (м / с)
T10 41 12.224 11,53 20.80 0,8 0,24 4,0 10 6,0 × 10 ⁻¹⁰
T11 96 12,224 9295 9295 9295 4,0 10 6,0 × 10 ⁻¹⁰
T13 96 12,224 11,53 20,80 1,0 0,20 905.0 10 6,0 × 10 ⁻¹⁰
T15 30 12,224 11,53 20,80 0,8 0,24 −10 0,24 4,0 10 4,0 10
T18 90 12,224 11,53 20.80 1,1 0,20 4,0 10 6,0 × 10 ^{55 −10 9002 930}

№ образца	ρ (г / см ³)	γ _p (кН / м ³)	ω _м (%)	ω (%)	e
1	1,122	19,24	36,34	117,01	2.721
2	1,145	19,20	43,65	142,65	3,069
3	1,045	18,81		1,045	18,81	9295	16,90	69,29	385,00	7,115
5	0,944	16,58	85,36	467,55	8,968