Dependence of Estonian Peat Deposit Properties on Landscape Types and Feeding Condition

Sood ja turbaalad on Eesti maastiku tähtis element, kattes 1 009 101 ha (22,3%) Eesti pindalast. Turbavaru on 2,37 miljardit tonni (Orru et al., 1992). Kuna turvas on üheks tähtsamaks maavaraks Eestis, on sel pikaajalised kaevandamise traditsioonid ning ta leiab jätkuvalt laialdast kasutamist kütte-, aiandus- ja allapanuturbana. Eesti aastane turbatoodang on 1,1–1,2 miljonit tonni, mida eksporditakse ka paljudesse välisriikidesse. Viimastel aastakümnetel on lisaks päevakorda kerkinud turba alternatiivsed kasutusalad, nagu balneoloogia, keemiatööstus (vahad, värvained), puhastusseadmete filtrid jne. Kuid nii põllumajanduses, aianduses kui ka turba põletamisel on tähtis, et kasutataks vaid vähesel määral kahjulikke elemente sisaldavat turvast. Samuti näeb Eesti riigi poliitika ette turba kui hinnalise maavara säästlikku kasutamist ning turbaalade kaitse ja alternatiivsete kasutusalade juurutamist. Teatavasti on soodel ja turbaaladel tähtis keskkonnaaspekt, eelkõige veevarude reguleerija ja säilitajana. Selleks on muu hulgas vaja tundma õppida turbalasundite (madalsoo, siirdesoo- ja rabalasund) ning nendes kujunenud turba tekketingimusi, omadusi ja toitumist.

Doktoritöö eesmärkideks oli:

• töötada välja tüüpsoode ja nende analoogide uurimismeetod ning juurutada
• see, et vähendada Eesti soode inventuuriga kaasnevat suurt töömahtu;
• jagada inventuuri käigus uurimistulemuste põhjal kogutud sood sõltuvalt
• turbalasundi kujunemis- ja toitumistingimuste ning iseloomulike turba omaduste
• (botaaniline koostis, niiskus, lagunemisaste, mineraalainete sisaldus,
• pH) alusel piirkondadeks;
• analüüsida kahjulike elementide sisaldust erineva tekkeloo ja asukohaga
• turbalasundites ning selgitada leviku seaduspärasused;
• turba balneoloogilise kasutamise eesmärgil määrata turba orgaanilise osa
• keemiline koostis ja analüüsida seda mõjutavaid faktoreid;
• õppida tundma põhilisi keskkonnatingimusi, mis mõjutavad mahajäetud
• turbaalade taastaimestumist.

Soode inventuuri ajal töötati välja uuringu kompleksmeetod, mille kasutamise käigus kanti välitöödele eelneval perioodil fotoplaanidele (1:10 000) varasemate uurimistööde tulemused ning põllu- ja metsamulla kaartidelt turbaga kaetud alad. Tüüpsoodeks valiti 539 suuremat ning sügavalasundilist ja igale maastikutüübile iseloomuliku geneesiga sood. Turba omaduste väljaselgitamiseks tehti neis 33 600 laboratoorset määrangut ning tehti kindlaks turbakihtide paksus, arvutati turbavarud ning koostati plaan ja lühikirjeldus. Tüüpsoode andmeid kasutati nende analoogiks oleva 1 059 turbaala turba kvaliteedi iseloomustamisel. Analoogidel reeglina turbaproove ei võetud. Neil määrati turbakihi paksus ja arvutati turbavaru. Kahjulike elementide sisaldust uuriti 64 turbamaardlas. Kokku analüüsiti 684
proovi, mis võeti ühtse metoodika alusel kogu läbilõike ulatuses, intervalliga 0,5 m. Kahjulike elementide sisalduse seaduspärasusi analüüsiti, kasutades Spearmani astakkorrelatsioonikordajaid ning Duncani testi. Turba orgaanilise osa keemilist koostist ja seal leiduvate humiinainete sisaldust turba balneoloogilise kasutamise eesmärgil uuriti Kõverdama, Sangla ja Parika turbalasundeis. Mahajäetud freesturba kaevandamise aladest olid uurimise all 81, kus selgitati nende taastaimestumist ja keskkonnaseisundit ning säilinud turba omadusi. Eestis on kokku 9 836 sood, mille pindala on suurem kui 1 ha, neist turbavaru arvutati 1 598 kohta, kus üle 0,9 m paksust turbalasundit on vähemalt 10 ha. Ülejäänud väikese- ja õhukeselasundilise (8 238) kohta koostati nimekiri, kus on esitatud pindala, turba paksus ja liik. Andmed asuvad Eesti Geoloogiakeskuse geoloogiafondis. Turbalasundite kujunemis- ja toitumistingimuste ning turba omaduste alusel eristas autor Eestis välja 20 piirkonda: Põhja- Eesti kliendieelne tasandik, Põhja-Eesti lavamaa, Kirde-Eesti lavamaa, Kõrvemaa veelahkmeala, Pandivere kõrgustiku keskosa ja nõlv, Alutaguse, Lääne-Eesti saarestik, Lääne-Eesti madalik, Vooremaa,
Pärnu madalik, Võrtsjärve madalik, Kagu-Eesti platoo, Sakala kõrgustik, Väike-Emajõe orund, Otepää kõrgustik, Palumaa, Valga madalik, Karula kõrgustik, Võru–Hargla madalik ja Haanja kõrgustik.
Kahjulike elementide leviku statistilisel analüüsil selgus, et olulisteks teguriteks, mis mõjutavad elementide sisaldust, on soode toitelisus ja turbakihi asend lasundis. Ilmnesid erinevused toitumisviiside ja kihi paigutuse suhtes turbalasundi ülemises, keskmises ja alumises kihis. Suurim kahjulike elementide sisaldus tuvastati allikalise toitumisega nõlvasoo madalsoo turbalasundis. Arvatavasti on see seotud aluspõhja tektooniliste rikkevööndite lõheliste kivimitega, mille kaudu kantakse põhjaveega turbasse erinevaid, sh kahjulikke elemente. Kõige puhtam on sademetoiteliste turbalasundite keskmiste kihtide turvas – seal on kahjulike elementide sisaldust suurendavate tegurite (saaste atmosfäärist, elementide sissekanne põhjavee ja allikatega aluspõhja kivimitest, voolu- või tulvaveega ümbritsevast keskkonnast) mõju kõige väiksem. Balneoloogilisel eesmärgil tehtud uuringud näitasid, et suurim humiinainete sisaldus oli puu-villpeaturbas, kuni 60%. Võrdluseks Soomes on sama näitaja 29%(Uosukainen, 2002). Eestis on balneoloogilist turvast 0,8 miljonit tonni ning hilisemad kliinilised katsed on näidanud Eesti turba humiinainete head tervendavat potentsiaali (Orru et al., 2010). Uurimise all olnud 81-st mahajäetud freesturba kaevandamise alast on korrastatud (metsastatud, rajatud marjakasvatus jms) vaid väga väike osa. Enamikul juhtudel on taastaimestumine olnud looduslik, kusjuures väga oluline osa on veerežiimil. Optimaalseks võib pidada püsivalt kõrget (0,2–0,5 m maapinnast allpool) veetaset. Aladel, kus see oli sügavamal (kuni 1,1 m), olid taimestiku taastekkeks ebasoodsad
tingimused ning need alad on kaetud ainult hõreda (15–20%) taimestikuga. Uute toitumis- ja keskkonnatingimuste tõttu ilmusid uued samblaliigid: Polia elongata, Ephemerum serratum, Campylopys introflexus, Bryum oblongum. Käesolevas doktoritöös kombineeriti kompleksseid meetodeid, et selgitada üsna keerukat Eesti turbalasundite ehitust, turba omadusi, temas leiduvate kahjulike
elementide sisaldust ning turba orgaanilise osa keemilist koostist mõjutavaid tegureid. Rohkete väli- ja laboratoorsete uuringute analüüsi põhjal selgus, et turba omadused sõltuvad kõige enam toitumistingimustest. Antud doktoritöö tulemused on juba leidnud kasutamist. Näiteks tüüpsoode (539) alusel koostati keskkonnaregistri turbamaardlate nimistu, kuhu neist on kantud 279. Tüüpsoode andmestikku kasutatakse ka Keskkonnaministeeriumis turbaalade kasutamise ja kaitse kontseptsiooni väljatöötamisel. Veelgi enam, turbateaduse edasiarendamiseks võiks rohkemgi kasutada Eesti soode inventuuri käigus kogutud ja koostatud käsikirjalist andmebaasi, mida säilitatakse Eesti Geoloogiakeskuse geoloogiafondis. Andmebaasis on näiteks üle 33 000 turba liigilise koostise
määrangu Preboreaalist tänapäevani, mis sisaldab hinnalist teavet pärastjääaegse kliima ja inimese mõjust loodusele viimastel aastasadadel.

Abstract

Peatlands occupy 22.3% of the territory of Estonia. The peat deposited in them has been actively used and investigated for scientific as well as practical purposes for the last 150 years. The government policy requires economical and sustainable use of peat as valuable mineral resource and introducing the protection of peatlands and alternative ways of using peat.

The aim of the doctoral thesis was to estimate the dependence of the properties of peat and formation of peat layers on the feeding conditions of peat and typological dissection of landscape districts. The feeding conditions of a peatland are influenced by the position in relief, geological setting of bedrock of the region and character of Quaternary cover. The development of a peatland starts from eutrophic stage, continues as mesotrophic and finally reaches oligotrophic stage. This is accompanied by changes in feeding conditions and properties of peat.

Based on the formation conditions of peat deposits and characteristic properties of peat the author has distinguished 20 peat districts on the territory of Estonia.

Distinguishing of the above districts based on the results of peat investigations carried out at the Geological Survey of Estonia in 1971–1992 where the peat layers were assessed on the grounds of large number of investigation points. Altogether 33,600 analyses were made to determine the properties of peat. In Estonia, there are 9,836 peatlands with an area over 1 hectare, peat reserves were calculated for 1,598 peatlands in which the peat layer over 0.9 m thick spreads on at least 10 hectares. Total peat reserves in Estonia amount to 2.37 billion tonnes. The remaining 8,238 peatlands were included in a list presenting the area of peatland, thickness of peat and peat variety. These data are stored at the Depository of Manuscript Reports of the Geological Survey of Estonia.

In the process of the inventory of peatlands on integrated investigation method was worked out – prior to fieldwork the results of previous investigations and the data on the peatlands shown on soil maps of arable land and woodlands were marked on aerial photographs at a scale of 1:10 000. Such preliminary work is especially important at mapping of small peatlands.

To reduce the volume of work at the inventory of peat deposits, the author introduced the method of typical peat deposits. Altogether 539 typical peat deposits have been chosen that are the biggest peatlands and mires with thick peat deposits and are the most typical for each peat district. These peatlands were thoroughly investigated and their data were used for characterising the quality and reserves of peat of the remaining 1,059 peatlands. The peat deposit-analogues served as the basis for compiling the list of peat deposits of the environmental register, so far including 279 peatlands.

Since the peat is used as fuel, growth substrate in horticulture and litter in cattle breeding, as well as in balneology; it must not contain trace elements. For studying the content of trace elements in peat, in total 684 samples in selected 64 peatlands were taken. Samples were collected from the whole peat section every 0.5 m per one coring. Statistical analyses for elucidating the content of trace elements and regularities of their distribution in peat were performed using STATISTICA 6.0. It appeared that an important factor at the formation of the chemical composition of peat is the feeding of a peat layer and its position in peat sequence (top, middle, bottom). The results of statistical analyses showed the differences by feeding types and position of the peat layer in upper, middle and lower part of a peat deposit.

Further data processing allowed determination of the Spearman rank correlation matrices by feeding condition and assessing the influence of a peat layer using Duncan test. The highest concentrations of trace elements were found in eutrophic peat of a spring-fed peatland located on a slope. The author considers that this is due to the fissured rocks in the area of tectonic dislocations, from which trace elements are carried into peat by groundwater. The lowest concentrations of most studied elements were found in middle sections of ombrotrophic mires, since the global inflow of contaminants, and inflow of elements by groundwater are missing.

The chemical composition of organic component of peat, primarily the content of humic substances depends on the varieties of peat and degree of humification. The investigations carried out in peat deposits of the Kõverdama, Sangla and Parika peatlands showed that the concentration of bioactive substances is the highest in forest-cottongrass peat – up to 60%. The reserves of balneological peat in Estonia are 0.8 million tonnes and later clinical tests have shown good curative potential of the bioactive substances of Estonian peat.

Only a small part of the 81 investigated abandoned peatlands (milled peat production fields) have been reclaimed (reforested or arranged for berry-growing). Large part of abandoned peat production fields in Estonia have naturally re-vegetated. The optimum condition in abandoned production peat fields is permanently high (0.2–0.5 m below the ground surface) groundwater. In most part of the abandoned milled peat fields the groundwater lies deeper (up to 1.1 m), which creates unfavourable conditions for the re-vegetation.

The manuscript database compiled in the process of peat investigations is stored at the Depository of Manuscript Reports of the Geological Survey of Estonia. It comprises more than 33,000 determinations of botanical composition of peat in which all plant species have been determined starting from the Preboreal up to today. The database provides valuable information on the impact of postglacial climate and human activity on environment and therefore would need further profound analysing. Summing up, the setting of Estonian peat deposits, vegetation, peat characteristics, trace elements in peat and the chemical composition of peat’s organic components depend on feeding conditions. It is always important to study the whole peat section since the detailed investigations have shown that the characteristics of different layers of peat are quite variable.