中國東北與白俄羅斯泥炭蘚泥炭特性的對(duì)比研究

1、中國東北與白俄羅斯泥炭蘚泥炭特性的對(duì)比研究1 1 索科洛夫白燕趙紅艷祖文辰(東北師范大學(xué)泥炭沼澤研究所 , 長春 , 130024)摘要以中國東北小興安嶺湯洪嶺和白俄羅斯別列金自然保護(hù)區(qū)的道莫日契科泥炭蘚泥炭為研究對(duì)象 , 通過泥炭剖面特征的分析以及泥炭灰分 、p h 、分解 度 、碳 、氮及 c/ n 等基本性質(zhì)的對(duì)比 , 探討和分析了兩地區(qū)泥炭蘚泥炭理化性質(zhì)的差異和主要影響因素. 并根據(jù)我國東北地區(qū)泥炭蘚泥炭礦層較薄 , 泥炭 儲(chǔ)量少的特點(diǎn) , 提出對(duì)泥炭蘚泥炭沼澤進(jìn)行重點(diǎn)保護(hù)的觀點(diǎn).關(guān)鍵詞東北地區(qū) ; 白俄羅斯 ; 泥炭蘚泥炭 ; 理化性質(zhì)我國東北地區(qū)與白俄羅斯位于歐亞大陸的北部 , 緯

2、度位置為北緯 38405330和51205620, 分別靠近太平洋和大西洋 , 屬北半球的溫帶氣候區(qū) , 冷濕的水熱條件 , 使兩地聚積著豐富的泥炭資源. 泥炭的分布特點(diǎn)和泥炭類型具有一定的相同性. 由于泥 炭形成發(fā)育過程中 , 受地質(zhì)地貌等非地帶性因素的影響. 同一類型泥炭 , 其理化性質(zhì)也 明顯不同 , 因此 , 探討兩地區(qū)泥炭理化性質(zhì) , 對(duì)研究兩地區(qū)泥炭的形成規(guī)律具有重要意 義 .泥炭蘚泥炭 (屬高位泥炭) 是我國主要的泥炭類型 , 集中分布在東北的大 、小興安 嶺和長白山等高緯度高寒山區(qū). 小興安嶺又是泥炭蘚泥炭沼澤較集中的分布區(qū). 湯洪嶺 位于小興安嶺伊春地區(qū)北部 , 紅星林業(yè)局境

3、內(nèi) , 沼澤區(qū)有湯旺河的支流紅旗河流經(jīng) , 牛 軛湖和熱融湖較多 , 平坦的河谷和溝谷排水能力差 , 適宜泥炭沼澤在此發(fā)育.白俄羅斯泥炭沼澤分布廣泛 , 別列金自然保護(hù)區(qū)的泥炭中約 60 %屬于高位泥炭 .別列金是國家自然保護(hù)區(qū) , 位于首都北部 , 占地面積為 1 144 km2 , 處于別列金納河臺(tái) 地 (第聶伯河支流) , 屬黑海和波羅地海之間的匯水處 , 為歐亞大陸?yīng)毺氐淖匀痪C合體.從 19931995 年 , 課題組成員曾三次對(duì)該保護(hù)區(qū)進(jìn)行了全面考察 , 并對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)的道 莫日契科等泥炭沼澤進(jìn)行了系統(tǒng)的采樣測(cè)試. 本文根據(jù)我們的調(diào)查 、測(cè)試資料 , 將我國 中國與白俄羅斯國家自然科學(xué)

4、基金資助的國際合作項(xiàng)目 ( 4971001 , 009001) 白俄羅斯自然資源與生態(tài)研究所收稿日期 : 1997202228 98東北小興安嶺湯洪嶺泥炭和道莫日契科泥炭進(jìn)行對(duì)比研究 , 探討其兩國泥炭理化性質(zhì)的異同性.1 泥炭蘚沼澤群落結(jié)構(gòu)及泥炭剖面形態(tài)111湯洪嶺泥炭沼澤群落結(jié)構(gòu)和泥炭剖面形態(tài) 湯洪嶺泥炭蘚沼澤群落結(jié)構(gòu)分喬木層 、小灌木層和泥炭蘚地被層. 喬木層生長著稀疏的興安落葉松 , 林木的郁密度小于 20 % , 長勢(shì)衰退 , 俗稱 “小老樹”; 小灌木層發(fā)達(dá) , 種類較多 , 有狹葉杜香 、甸杜和篤斯越桔 ; 草本層只有少量的棉花莎草和米典苔 草 ; 泥炭蘚種類多 、蓋度大 , 有

5、中位泥炭蘚 、白齒泥炭蘚和沼泥炭蘚 , 形成 4060cm高的泥炭蘚丘 . 落葉松 、狹葉杜香和泥炭蘚為該沼澤優(yōu)勢(shì)植物種 .泥炭剖面形態(tài) : 表層為活泥炭蘚. h1 (030cm) 為泥炭蘚泥炭層 , 組成物質(zhì)為泥 炭蘚殘?bào)w , 顏色淡黃 , 向下逐漸變?yōu)樯铧S色 , 分解度較低 , 呈海綿狀 , 持水量極高 ; h2 (3035cm) 為過渡泥炭層 , 在木本 、草本殘?bào)w中夾有少量的泥炭蘚殘?bào)w , 泥炭為棕褐色 , 濕度大 ; h3 (3595cm) 是木本 、草本泥炭層 , 組成物質(zhì)為興安落葉松的殘 根及枝葉 , 草本殘?bào)w為苔草 , 泥炭為深褐色 , 纖維結(jié)構(gòu) , 分解度較高 ; g ( 9

6、5cm 以下) 為潛育層 , 以灰色亞粘土為主 , 有鐵銹斑 , 該剖面 39cm 以下為永凍層 .112道莫日契科泥炭沼澤群落結(jié)構(gòu)和泥炭剖面形態(tài) 道莫日契科泥炭沼澤群落結(jié)構(gòu)分喬木層 、灌木層 、草本層和泥炭蘚地被層. 喬木層為針葉松 , 郁密度為 40 % , 還有少量的白樺 ; 灌木層為柳樹和小灌木篤斯越桔 ; 草本 層以棉花莎草為主 , 還有酸果蔓 、睡菜等 ; 地被層為褐銹泥炭蘚. 該沼澤以針葉松 、褐銹泥炭蘚和棉花莎草為優(yōu)勢(shì)植物種 , 覆蓋度占沼澤植被的 60 %左右.泥炭剖面形態(tài) : h1 (0110cm) , 泥炭蘚泥炭層 , 殘?bào)w組成為泥炭蘚 , 夾有少量的苔草 , 淡黃色 ,

7、 分解較差 ;h211(110230cm) 過渡泥炭層 , 殘?bào)w組成為棉花莎草和泥炭蘚 , 該層上部以泥炭蘚殘?bào)w為主 , 下部以棉花莎草殘?bào)w為多 , 在 130cm 和 230cm 出現(xiàn)兩處較薄的由泥炭蘚和棉花莎草殘?bào)w組成的炭化夾層 ;(230270cm) 過渡泥炭h212層 , 以棉 花 莎 植 物 殘 體 為 主 , 夾 有 少 量 的 其 它 苔 草 , 棕 褐 色 , 分 解 強(qiáng) . 其 中 250 270cm 處的棉花莎草殘?bào)w中含有較多的細(xì)砂 ; g ( 270cm 以下) 為砂層. 整個(gè)剖面無凍 層 .上述兩個(gè)沼澤群落結(jié)構(gòu)相似 , 沼澤的優(yōu)勢(shì)植物為落葉松 、泥炭蘚和篤斯越桔. 不同

8、 的是道莫日契科沼澤有以棉花莎草為主的草本層 、喬木層中還有少量的白樺 、灌木層中有柳樹 , 這種群落結(jié)構(gòu)與湯洪嶺改造后的泥炭蘚沼澤相似1.兩個(gè)泥炭剖面形態(tài)的對(duì)比表明 , 它們同屬于泥炭蘚構(gòu)成的高位沼澤 , 只是湯洪嶺泥 炭剖面下層為低位泥炭 , 中間為過渡泥炭 , 上層為高位泥炭 , 符合高位泥炭沼澤是從低 位沼澤向中位至高位逐漸過渡演變發(fā)育而形成的這一規(guī)律2, 而道莫日契科泥炭是直接從過渡泥炭發(fā)育至高位泥炭沼澤的 . c14 測(cè)年的數(shù)據(jù)分別為 5 825 95b1 p 和 5 655 95b1 p , 說明兩個(gè)泥炭礦堆積于全新世中期. 湯洪嶺泥炭堆積速度慢 , 泥炭蘚泥炭層較 薄 , 屬逐

9、漸發(fā)育成為高位沼澤的過渡型沼澤. 而白俄羅斯高位沼澤發(fā)育完善 , 泥炭堆積 快 、蘚類泥炭層較厚. 泥炭發(fā)育程度 、堆積速度反映泥炭形成水熱環(huán)境的差異. 我國東 北地區(qū)受季風(fēng)控制 , 雨熱同季 , 年降雨 600700 mm , 其中 70 %以上集中在夏季 , 濕潤 99系數(shù)大于等于 1 ; 氣溫年差較大 , 7 月份為 20 左右 , 1 月份平均氣溫為 - 8 以下 ; 而白俄羅斯受西風(fēng)控制及大西洋暖流的影響 , 降水年際 、季節(jié)變化小 , 且中小雨頻度高 , 年降雨量 500700 mm , 濕潤系數(shù)大于 1 ; 氣溫年差較小 , 7 月平均氣溫為 17 , 1 月 平均氣溫 - 4

10、8 , 由此可見 , 白俄羅斯泥炭形成條件更加優(yōu)越.2 泥炭的理化特性泥炭理化特性包括的內(nèi)容較多 , 本文根據(jù)泥炭蘚泥炭的特點(diǎn) , 探討泥炭灰分 、分解 度 、p h 、碳 、氮及其 c/ n 等主要理化特性 . 通過兩個(gè)泥炭剖面理化性質(zhì)的對(duì)比分析 , 揭示兩地區(qū)泥炭性質(zhì)的異同性.211 泥炭的灰分灰分是指泥炭灼燒后的殘留物 , 用以表示泥炭中的礦物質(zhì)含量. 礦物質(zhì)是泥炭的主 要成分 , 可直接或間接地反映泥炭的沉積環(huán)境及發(fā)育過程 , 因此灰分是評(píng)價(jià)泥炭質(zhì)量的 重要指標(biāo)之一 .湯洪嶺泥炭中灰分平均值為 1713 % , 道莫日契科泥炭中灰分為 4155 % , 隨剖面深 度灰分增高. 表 1

11、中不同類型泥炭的灰分含量對(duì)比表明 , 我國東北泥炭比白俄羅斯泥炭灰分高 45 倍 . 造炭植物中的灰分含量對(duì)比相同的造炭植物 , 也是東北地區(qū)高于白俄羅斯. 對(duì)我國泥炭灰分含量高的特點(diǎn) , 白俄羅斯科學(xué)院院士 、泥炭專家利施特萬先生曾 提出過疑問. 根據(jù)幾年來我們對(duì)兩國泥炭的考察證明 , 泥炭的灰分與形成泥炭的地質(zhì)地 貌等非地帶性因素的影響有關(guān). 我國東北地區(qū)位于環(huán)太平洋火山地震帶 , 長期以來 , 地 震與火山活動(dòng)頻繁 , 火山塵埃卷入沼澤 , 使泥炭蘚泥炭灰分較高. 同時(shí) , 冬季風(fēng)不斷地 從西北方向帶來大量塵砂 , 從而為泥炭地補(bǔ)充了豐富的礦物質(zhì)營養(yǎng) , 例如 , 我國東北泥 炭中的 k

12、2 o 、n 2 o 、mgo 和 p2 o5 等含量是白俄羅斯泥炭的幾倍至十幾倍3. 此外 ,地下水和地表水作為沼澤發(fā)育初期主要補(bǔ)給水源帶來的礦物質(zhì) ,被沼澤植物吸收 、泥炭吸附 ,使整個(gè)沼澤體系中灰分含量高.表 1灰分含量的對(duì)比 (干基 %)不同泥炭剖面不同泥炭類型不同造炭植物湯洪嶺道莫日契科中國東北白俄羅斯中國東北白俄羅斯h111180h12109泥炭蘚泥炭草本 -蘚類泥炭草本泥炭 平均151252130泥炭蘚61392138h220100h2111161301427190落葉松41701171h3平均251101713h212平均919741553917828148111707130苔

13、草平均8115614131022137與中國東北地區(qū)自然條件不同的白俄羅斯 , 地質(zhì)地貌形態(tài)單調(diào) ,屬于地質(zhì)構(gòu)造穩(wěn)定的波狀起伏的侵蝕 - 堆積平原 , 在第四紀(jì)冰川作用下 , 湖泊眾多 , 河網(wǎng)發(fā)達(dá) , 且為眾多河流的上源 , 森林植被復(fù)蓋率高達(dá) 90 %以上 , 因此 , 泥炭中灰分含量較低.212泥炭的分解度分解度是指植物殘?bào)w由于腐解作用而失去細(xì)胞結(jié)構(gòu)物質(zhì)的相對(duì)含量 , 在一定程度上 反映出泥炭化強(qiáng)度的環(huán)境信息 , 并影響著泥炭其它理化特性.湯洪嶺泥炭平均分解度為 20 % , 道莫日契科泥炭分解度為 25 % , 隨剖面深度泥炭 100分解度增大 (表 2) 1表 2 泥炭分解度的對(duì)比

14、( %)不同泥炭剖面不同泥炭類型湯洪嶺道莫日契科中國東北白俄羅斯h1h2h3平均51515253020h1h211h212平均5102025304025泥炭蘚泥炭草本 - 蘚類泥炭 草本泥炭 平均15182115281521192818271734173014泥炭分解度主要受形成的水熱條件 、酸堿度 、造炭植物的抗解性等因素的影響. 湯洪嶺泥炭和道莫日契科泥炭形成于暖濕的全新世中期 , 剖面下層為草本殘?bào)w構(gòu)成 , 說明 當(dāng)時(shí)水分不多 , 主要靠大氣降水 , 通氣較好 , 泥炭分解度較高 ; 上層泥炭蘚泥炭持水量大 , 酸性強(qiáng) , 限制微生物活動(dòng) , 而且泥炭蘚植物殘?bào)w中含有較多的抗解性很強(qiáng)的半

15、纖維素4,又能分泌出一定數(shù)量的有機(jī)酸 , 抑制泥炭蘚分解 , 因此上層泥炭蘚較下層草本泥炭分解度低 .兩個(gè)泥炭剖面比較 , 道莫日契科泥炭分解度高于湯洪嶺. 對(duì)道莫日契科泥炭剖面觀 測(cè)可知 , 泥炭層表面無積水 , 整個(gè)剖面無永凍層 , 水熱條件適宜 , 微生物活動(dòng)強(qiáng) , 泥炭 分解度高達(dá) 45 %以上. 而湯洪嶺泥炭剖面 , 40cm 以下為永凍層 , 使得下層泥炭處于封閉狀態(tài). 上層泥炭由于地表常年積水 , 影響微生物活動(dòng) , 泥炭分解度較低.由不同類型泥炭分解度的比較知 , 除草本泥炭兩個(gè)地區(qū)比較接近外 , 泥炭蘚泥炭和 草本 - 蘚類泥炭都為白俄羅斯高于我國東北地區(qū).213泥炭的酸度泥

16、炭酸度是泥炭溶液中 h + 相對(duì)富集和交換程度的指標(biāo) , 以 p h 表示. 它是泥炭化 學(xué)性質(zhì)的綜合反映 , 也是泥炭形成過程中綜合因素作用的結(jié)果. 泥炭蘚泥炭呈強(qiáng)酸性反應(yīng) , 湯洪嶺泥炭和道莫日契科泥炭 p h 分別為 3174 和 3131 . 湯洪嶺剖面自上而下 p h值升高 , 反映出泥炭剖面從高位到中位至低位 p h 值增大的變化規(guī)律. 道莫日契科剖面p h 變化不太明顯 (表 3) , 與該泥炭直接由中位泥炭發(fā)育成高位泥炭以及泥炭中的水分狀況有關(guān). 兩個(gè)泥炭剖面比較 , 道莫日契泥炭剖面 p h 值低 ,表 3 泥炭 p h 的對(duì)比 ( kcl 浸)即酸性更強(qiáng).泥炭剖面泥炭類型湯

17、洪嶺道莫日契科中國東北白俄羅斯h1h2h3平均3148318431903174h1h211h212平均3134312931313131泥炭蘚泥炭草本 - 蘚類泥炭 草本泥炭 平均410413418414312415513413根據(jù)我們對(duì)兩國泥炭的考察 , 道莫日契科泥炭剖面底板為粉砂 ,透水性強(qiáng) ,泥炭層含水較少 , 又因有較厚的泥炭蘚泥炭層 , 其吸附性和交換性強(qiáng) , p h 較低 ; 湯洪嶺泥炭剖面底板為亞粘土 , 透水性差 , 地表常年積水 , 對(duì) h + 的稀釋作用強(qiáng) , 從而導(dǎo)致泥炭酸性降 低 .由不同類型泥炭比較知 , 我國東北和白俄羅斯的泥炭蘚泥炭規(guī)律相同 , 即泥炭蘚泥 101

18、炭 p h 最低 , 其次是草本 - 蘚類泥炭 , 草本泥炭最高 . 與泥炭蘚具有較強(qiáng)的陽離子交換作用有關(guān) , 泥炭蘚植物細(xì)胞壁中的羧酸 ( r - coo h) 將 h + 與溶液中的陽離子進(jìn)行交 換 , 而把 h + 釋放到溶液中 , 同時(shí)泥炭蘚在嫌氣條件下 , 經(jīng)微生物分解過程中產(chǎn)生大量 有機(jī)酸 , 也使 h + 離子濃度增加 .泥炭中氧化鈣含量也是影響 p h 值的重要因素之一. 我國東北地區(qū)與白俄羅斯的泥 炭蘚泥炭 、草本 - 蘚類泥炭和草本泥炭氧化鈣含量分別為 0172 % 、0181 % 、114 %和0132 % 、1136 % 、4127 %. 氧化鈣能中和泥炭中的酸度 .

19、氧化鈣含量高 , p h 值大. 因此泥炭蘚泥炭為我國東北高于白俄羅斯 , 草本 - 蘚類和草本泥炭均為白俄羅斯高于我國 東北地區(qū).214 泥炭中碳和氮及其 c/ n碳和氮存在于泥炭有機(jī)質(zhì)中 , 隨有機(jī)質(zhì)的礦質(zhì)化和腐殖質(zhì)化的進(jìn)程 , 碳 、氮及其c/ n 發(fā)生改變. 氮又是植物生長的三大要素之一 , c/ n 可不同程度地反映泥炭的營養(yǎng) 狀況.湯洪嶺泥炭剖面和道莫日契科泥炭剖面碳 、氮含量的平均值為 48103 %和 0182 %及56137 %和 1115 %. 從表 4 可知 ,洪嶺.表 4兩泥炭剖面碳含量接近 , 氮含量為道莫日契科高于湯泥炭中碳和氮及 c/ n 的對(duì)比湯洪嶺泥炭道莫日契

20、科泥炭泥炭層c ( %)n ( %)泥炭層c ( %)n ( %)c/ nc/ nh1h2h3平均52190501234211748103016701631118018278197917351864146h1h211h21252188551276019856137111411211118111546138451685419348199湯洪嶺泥炭剖面自上而下含碳量減少 ,含氮量增加.上層的泥炭蘚泥炭 ,含有較高的半分解的植物殘?bào)w , 其分解度低 , 含碳量較高 ; 中間為過渡泥炭層 ; 下層為低位泥炭層 . 隨剖面加深 , 分解度增大 , 灰分增高 , 碳含量減少 , 氮含量增高. 道莫日契科泥

21、炭 剖面與湯洪嶺剖面相反 , 這與泥炭腐殖化進(jìn)程中 , 腐殖酸增多 , 而腐殖酸中的胡敏酸和 富里酸比值增大有關(guān)5. 通常情況下 , 泥炭蘚泥炭中富里酸較高 , 胡敏酸與富里酸比 值很小 , 隨剖面深度的增加 , 分解度增大 , 泥炭植物殘?bào)w進(jìn)行緩慢縮合 , 脫水和脫羥基的過程 , 使有機(jī)碳不斷聚積 , 高含碳量的胡敏酸增多 , 富里酸減少 , 其比值增大 , 碳和 氮含量自上而下增高.兩個(gè)剖面 c/ n 分別為 64146 和 48199 , 較草本泥炭高得多 . 根據(jù) n1n 科科諾娃的 研究 , 維持微生物群生命活動(dòng)所需的 c/ n 為 25 , 大于該值 , 表示氮不能滿足細(xì)菌的需 要

22、 , 非但不能有氮的積累 , 而且細(xì)菌還要從泥炭中吸收氨或含氮化合物. 由此可見 , 我 國東北和白俄羅斯的泥炭蘚泥炭都屬于貧營養(yǎng)型泥炭.3 小結(jié)我國東北與白俄羅斯同屬北半球的溫帶氣候區(qū) ,成泥炭的條件 . 由于地帶性和非地帶性因素的影響 ,化性質(zhì)具有明顯的異同性 . 我國東北地區(qū)氣候寒冷 , 102冷濕的水熱環(huán)境 , 使兩地具備了形兩地泥炭的分布 , 類型及泥炭的理 泥炭蘚沼澤常年積水 , 泥炭堆積速度較慢 , 高位沼澤發(fā)育不完善. 又因東北地區(qū)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍 , 火山 、地震頻繁 , 使得泥炭中灰分 、p h 和 c/ n 等較高. 白俄羅斯地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)相對(duì)平穩(wěn) , 水熱條件適宜 , 泥炭

23、堆積速度快 , 碳 、氮和分解度等較高.鑒于我國東北地區(qū)低位草本泥炭儲(chǔ)量大 , 分布廣 、質(zhì)量好 , 泥炭蘚泥炭較草本泥炭 儲(chǔ)量少的特點(diǎn) , 應(yīng)重點(diǎn)開發(fā)利用草本泥炭 , 對(duì)泥炭蘚泥炭除了開發(fā)高科技含量的產(chǎn)品 , 可以有計(jì)劃地開采外 , 應(yīng)重點(diǎn)加以保護(hù).參考文獻(xiàn)1白燕 1 小興安嶺兩種森林沼澤土速效養(yǎng)分分布特征研究 1 東北師大學(xué)報(bào) ( 自然科學(xué)版) , 1995 ( 3) : 107112王鉅谷 , 張偉才等 1 不同沉積類型泥炭的研究 1 西安 : 陜西人民出版社 , 1987192107m c 博奇 , b b 馬津格 1 蘇聯(lián)沼澤生態(tài)系統(tǒng) 1 戴國良譯 1 北京 : 科學(xué)出版社 , 19

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