中国东北与白俄罗斯泥炭藓泥炭特性的对比研究.doc

中国东北与白俄罗斯泥炭藓泥炭特性的对比研究1 1 索科洛夫白燕赵红艳祖文辰(东北师范大学泥炭沼泽研究所 , 长春 , 130024)摘要以中国东北小兴安岭汤洪岭和白俄罗斯别列金自然保护区的道莫日契科泥炭藓泥炭为研究对象 , 通过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 等基本性质的对比 , 探讨和分析了两地区泥炭藓泥炭理化性质的差异和主要影响因素. 并根据我国东北地区泥炭藓泥炭矿层较薄 , 泥炭 储量少的特点 , 提出对泥炭藓泥炭沼泽进行重点保护的观点.关键词东北地区 ; 白俄罗斯 ; 泥炭藓泥炭 ; 理化性质我国东北地区与白俄罗斯位于欧亚大陆的北部 , 纬度位置为北纬 38°4053°30和51°2056°20, 分别靠近太平洋和大西洋 , 属北半球的温带气候区 , 冷湿的水热条件 , 使两地聚积着丰富的泥炭资源. 泥炭的分布特点和泥炭类型具有一定的相同性. 由于泥 炭形成发育过程中 , 受地质地貌等非地带性因素的影响. 同一类型泥炭 , 其理化性质也 明显不同 , 因此 , 探讨两地区泥炭理化性质 , 对研究两地区泥炭的形成规律具有重要意 义 .泥炭藓泥炭 (属高位泥炭) 是我国主要的泥炭类型 , 集中分布在东北的大 、小兴安 岭和长白山等高纬度高寒山区. 小兴安岭又是泥炭藓泥炭沼泽较集中的分布区. 汤洪岭 位于小兴安岭伊春地区北部 , 红星林业局境内 , 沼泽区有汤旺河的支流红旗河流经 , 牛 轭湖和热融湖较多 , 平坦的河谷和沟谷排水能力差 , 适宜泥炭沼泽在此发育.白俄罗斯泥炭沼泽分布广泛 , 别列金自然保护区的泥炭中约 60 %属于高位泥炭 .别列金是国家自然保护区 , 位于首都北部 , 占地面积为 1 144 km2 , 处于别列金纳河台 地 (第聂伯河支流) , 属黑海和波罗地海之间的汇水处 , 为欧亚大陆独特的自然综合体.从 19931995 年 , 课题组成员曾三次对该保护区进行了全面考察 , 并对保护区内的道 莫日契科等泥炭沼泽进行了系统的采样测试. 本文根据我们的调查 、测试资料 , 将我国 中国与白俄罗斯国家自然科学基金资助的国际合作项目 ( 4971001 , 009001) 白俄罗斯自然资源与生态研究所收稿日期 : 1997202228 98东北小兴安岭汤洪岭泥炭和道莫日契科泥炭进行对比研究 , 探讨其两国泥炭理化性质的异同性.1 泥炭藓沼泽群落结构及泥炭剖面形态111汤洪岭泥炭沼泽群落结构和泥炭剖面形态 汤洪岭泥炭藓沼泽群落结构分乔木层 、小灌木层和泥炭藓地被层. 乔木层生长着稀疏的兴安落叶松 , 林木的郁密度小于 20 % , 长势衰退 , 俗称 “小老树”; 小灌木层发达 , 种类较多 , 有狭叶杜香 、甸杜和笃斯越桔 ; 草本层只有少量的棉花莎草和米典苔 草 ; 泥炭藓种类多 、盖度大 , 有中位泥炭藓 、白齿泥炭藓和沼泥炭藓 , 形成 4060cm高的泥炭藓丘 . 落叶松 、狭叶杜香和泥炭藓为该沼泽优势植物种 .泥炭剖面形态 : 表层为活泥炭藓. H1 (030cm) 为泥炭藓泥炭层 , 组成物质为泥 炭藓残体 , 颜色淡黄 , 向下逐渐变为深黄色 , 分解度较低 , 呈海绵状 , 持水量极高 ; H2 (3035cm) 为过渡泥炭层 , 在木本 、草本残体中夹有少量的泥炭藓残体 , 泥炭为棕褐色 , 湿度大 ; H3 (3595cm) 是木本 、草本泥炭层 , 组成物质为兴安落叶松的残 根及枝叶 , 草本残体为苔草 , 泥炭为深褐色 , 纤维结构 , 分解度较高 ; G ( 95cm 以下) 为潜育层 , 以灰色亚粘土为主 , 有铁锈斑 , 该剖面 39cm 以下为永冻层 .112道莫日契科泥炭沼泽群落结构和泥炭剖面形态 道莫日契科泥炭沼泽群落结构分乔木层 、灌木层 、草本层和泥炭藓地被层. 乔木层为针叶松 , 郁密度为 40 % , 还有少量的白桦 ; 灌木层为柳树和小灌木笃斯越桔 ; 草本 层以棉花莎草为主 , 还有酸果蔓 、睡菜等 ; 地被层为褐锈泥炭藓. 该沼泽以针叶松 、褐锈泥炭藓和棉花莎草为优势植物种 , 覆盖度占沼泽植被的 60 %左右.泥炭剖面形态 : H1 (0110cm) , 泥炭藓泥炭层 , 残体组成为泥炭藓 , 夹有少量的苔草 , 淡黄色 , 分解较差 ;H211(110230cm) 过渡泥炭层 , 残体组成为棉花莎草和泥炭藓 , 该层上部以泥炭藓残体为主 , 下部以棉花莎草残体为多 , 在 130cm 和 230cm 出现两处较薄的由泥炭藓和棉花莎草残体组成的炭化夹层 ;(230270cm) 过渡泥炭H212层 , 以棉 花 莎 植 物 残 体 为 主 , 夹 有 少 量 的 其 它 苔 草 , 棕 褐 色 , 分 解 强 . 其 中 250 270cm 处的棉花莎草残体中含有较多的细砂 ; G ( 270cm 以下) 为砂层. 整个剖面无冻 层 .上述两个沼泽群落结构相似 , 沼泽的优势植物为落叶松 、泥炭藓和笃斯越桔. 不同 的是道莫日契科沼泽有以棉花莎草为主的草本层 、乔木层中还有少量的白桦 、灌木层中有柳树 , 这种群落结构与汤洪岭改造后的泥炭藓沼泽相似1.两个泥炭剖面形态的对比表明 , 它们同属于泥炭藓构成的高位沼泽 , 只是汤洪岭泥 炭剖面下层为低位泥炭 , 中间为过渡泥炭 , 上层为高位泥炭 , 符合高位泥炭沼泽是从低 位沼泽向中位至高位逐渐过渡演变发育而形成的这一规律2, 而道莫日契科泥炭是直接从过渡泥炭发育至高位泥炭沼泽的 . C14 测年的数据分别为 5 825 ±95B1 P 和 5 655 ±95B1 P , 说明两个泥炭矿堆积于全新世中期. 汤洪岭泥炭堆积速度慢 , 泥炭藓泥炭层较 薄 , 属逐渐发育成为高位沼泽的过渡型沼泽. 而白俄罗斯高位沼泽发育完善 , 泥炭堆积 快 、藓类泥炭层较厚. 泥炭发育程度 、堆积速度反映泥炭形成水热环境的差异. 我国东 北地区受季风控制 , 雨热同季 , 年降雨 600700 mm , 其中 70 %以上集中在夏季 , 湿润 99系数大于等于 1 ; 气温年差较大 , 7 月份为 20 左右 , 1 月份平均气温为 - 8 以下 ; 而白俄罗斯受西风控制及大西洋暖流的影响 , 降水年际 、季节变化小 , 且中小雨频度高 , 年降雨量 500700 mm , 湿润系数大于 1 ; 气温年差较小 , 7 月平均气温为 17 , 1 月 平均气温 - 4 8 , 由此可见 , 白俄罗斯泥炭形成条件更加优越.2 泥炭的理化特性泥炭理化特性包括的内容较多 , 本文根据泥炭藓泥炭的特点 , 探讨泥炭灰分 、分解 度 、p H 、碳 、氮及其 C/ N 等主要理化特性 . 通过两个泥炭剖面理化性质的对比分析 , 揭示两地区泥炭性质的异同性.211 泥炭的灰分灰分是指泥炭灼烧后的残留物 , 用以表示泥炭中的矿物质含量. 矿物质是泥炭的主 要成分 , 可直接或间接地反映泥炭的沉积环境及发育过程 , 因此灰分是评价泥炭质量的 重要指标之一 .汤洪岭泥炭中灰分平均值为 1713 % , 道莫日契科泥炭中灰分为 4155 % , 随剖面深 度灰分增高. 表 1 中不同类型泥炭的灰分含量对比表明 , 我国东北泥炭比白俄罗斯泥炭灰分高 45 倍 . 造炭植物中的灰分含量对比相同的造炭植物 , 也是东北地区高于白俄罗斯. 对我国泥炭灰分含量高的特点 , 白俄罗斯科学院院士 、泥炭专家利施特万先生曾 提出过疑问. 根据几年来我们对两国泥炭的考察证明 , 泥炭的灰分与形成泥炭的地质地 貌等非地带性因素的影响有关. 我国东北地区位于环太平洋火山地震带 , 长期以来 , 地 震与火山活动频繁 , 火山尘埃卷入沼泽 , 使泥炭藓泥炭灰分较高. 同时 , 冬季风不断地 从西北方向带来大量尘砂 , 从而为泥炭地补充了丰富的矿物质营养 , 例如 , 我国东北泥 炭中的 K2 O 、N 2 O 、MgO 和 P2 O5 等含量是白俄罗斯泥炭的几倍至十几倍3. 此外 ,地下水和地表水作为沼泽发育初期主要补给水源带来的矿物质 ,被沼泽植物吸收 、泥炭吸附 ,使整个沼泽体系中灰分含量高.表 1灰分含量的对比 (干基 %)不同泥炭剖面不同泥炭类型不同造炭植物汤洪岭道莫日契科中国东北白俄罗斯中国东北白俄罗斯H111180H12109泥炭藓泥炭草本 -藓类泥炭草本泥炭 平均151252130泥炭藓61392138H220100H2111161301427190落叶松41701171H3平均251101713H212平均919741553917828148111707130苔草平均8115614131022137与中国东北地区自然条件不同的白俄罗斯 , 地质地貌形态单调 ,属于地质构造稳定的波状起伏的侵蚀 - 堆积平原 , 在第四纪冰川作用下 , 湖泊众多 , 河网发达 , 且为众多河流的上源 , 森林植被复盖率高达 90 %以上 , 因此 , 泥炭中灰分含量较低.212泥炭的分解度分解度是指植物残体由于腐解作用而失去细胞结构物质的相对含量 , 在一定程度上 反映出泥炭化强度的环境信息 , 并影响着泥炭其它理化特性.汤洪岭泥炭平均分解度为 20 % , 道莫日契科泥炭分解度为 25 % , 随剖面深度泥炭 100分解度增大 (表 2) 1表 2 泥炭分解度的对比 ( %)不同泥炭剖面不同泥炭类型汤洪岭道莫日契科中国东北白俄罗斯H1H2H3平均51515253020H1H211H212平均5102025304025泥炭藓泥炭草本 - 藓类泥炭 草本泥炭 平均15182115281521192818271734173014泥炭分解度主要受形成的水热条件 、酸碱度 、造炭植物的抗解性等因素的影响. 汤洪岭泥炭和道莫日契科泥炭形成于暖湿的全新世中期 , 剖面下层为草本残体构成 , 说明 当时水分不多 , 主要靠大气降水 , 通气较好 , 泥炭分解度较高 ; 上层泥炭藓泥炭持水量大 , 酸性强 , 限制微生物活动 , 而且泥炭藓植物残体中含有较多的抗解性很强的半纤维素4,又能分泌出一定数量的有机酸 , 抑制泥炭藓分解 , 因此上层泥炭藓较下层草本泥炭分解度低 .两个泥炭剖面比较 , 道莫日契科泥炭分解度高于汤洪岭. 对道莫日契科泥炭剖面观 测可知 , 泥炭层表面无积水 , 整个剖面无永冻层 , 水热条件适宜 , 微生物活动强 , 泥炭 分解度高达 45 %以上. 而汤洪岭泥炭剖面 , 40cm 以下为永冻层 , 使得下层泥炭处于封闭状态. 上层泥炭由于地表常年积水 , 影响微生物活动 , 泥炭分解度较低.由不同类型泥炭分解度的比较知 , 除草本泥炭两个地区比较接近外 , 泥炭藓泥炭和 草本 - 藓类泥炭都为白俄罗斯高于我国东北地区.213泥炭的酸度泥炭酸度是泥炭溶液中 H + 相对富集和交换程度的指标 , 以 p H 表示. 它是泥炭化 学性质的综合反映 , 也是泥炭形成过程中综合因素作用的结果. 泥炭藓泥炭呈强酸性反应 , 汤洪岭泥炭和道莫日契科泥炭 p H 分别为 3174 和 3131 . 汤洪岭剖面自上而下 p H值升高 , 反映出泥炭剖面从高位到中位至低位 p H 值增大的变化规律. 道莫日契科剖面p H 变化不太明显 (表 3) , 与该泥炭直接由中位泥炭发育成高位泥炭以及泥炭中的水分状况有关. 两个泥炭剖面比较 , 道莫日契泥炭剖面 p H 值低 ,表 3 泥炭 p H 的对比 ( KCl 浸)即酸性更强.泥炭剖面泥炭类型汤洪岭道莫日契科中国东北白俄罗斯H1H2H3平均3148318431903174H1H211H212平均3134312931313131泥炭藓泥炭草本 - 藓类泥炭 草本泥炭 平均410413418414312415513413根据我们对两国泥炭的考察 , 道莫日契科泥炭剖面底板为粉砂 ,透水性强 ,泥炭层含水较少 , 又因有较厚的泥炭藓泥炭层 , 其吸附性和交换性强 , p H 较低 ; 汤洪岭泥炭剖面底板为亚粘土 , 透水性差 , 地表常年积水 , 对 H + 的稀释作用强 , 从而导致泥炭酸性降 低 .由不同类型泥炭比较知 , 我国东北和白俄罗斯的泥炭藓泥炭规律相同 , 即泥炭藓泥 101炭 p H 最低 , 其次是草本 - 藓类泥炭 , 草本泥炭最高 . 与泥炭藓具有较强的阳离子交换作用有关 , 泥炭藓植物细胞壁中的羧酸 ( R - COO H) 将 H + 与溶液中的阳离子进行交 换 , 而把 H + 释放到溶液中 , 同时泥炭藓在嫌气条件下 , 经微生物分解过程中产生大量 有机酸 , 也使 H + 离子浓度增加 .泥炭中氧化钙含量也是影响 p H 值的重要因素之一. 我国东北地区与白俄罗斯的泥 炭藓泥炭 、草本 - 藓类泥炭和草本泥炭氧化钙含量分别为 0172 % 、0181 % 、114 %和0132 % 、1136 % 、4127 %. 氧化钙能中和泥炭中的酸度 . 氧化钙含量高 , p H 值大. 因此泥炭藓泥炭为我国东北高于白俄罗斯 , 草本 - 藓类和草本泥炭均为白俄罗斯高于我国 东北地区.214 泥炭中碳和氮及其 C/ N碳和氮存在于泥炭有机质中 , 随有机质的矿质化和腐殖质化的进程 , 碳 、氮及其C/ N 发生改变. 氮又是植物生长的三大要素之一 , C/ N 可不同程度地反映泥炭的营养 状况.汤洪岭泥炭剖面和道莫日契科泥炭剖面碳 、氮含量的平均值为 48103 %和 0182 %及56137 %和 1115 %. 从表 4 可知 ,洪岭.表 4两泥炭剖面碳含量接近 , 氮含量为道莫日契科高于汤泥炭中碳和氮及 C/ N 的对比汤洪岭泥炭道莫日契科泥炭泥炭层C ( %)N ( %)泥炭层C ( %)N ( %)C/ NC/ NH1H2H3平均52190501234211748103016701631118018278197917351864146H1H211H21252188551276019856137111411211118111546138451685419348199汤洪岭泥炭剖面自上而下含碳量减少 ,含氮量增加.上层的泥炭藓泥炭 ,含有较高的半分解的植物残体 , 其分解度低 , 含碳量较高 ; 中间为过渡泥炭层 ; 下层为低位泥炭层 . 随剖面加深 , 分解度增大 , 灰分增高 , 碳含量减少 , 氮含量增高. 道莫日契科泥炭 剖面与汤洪岭剖面相反 , 这与泥炭腐殖化进程中 , 腐殖酸增多 , 而腐殖酸中的胡敏酸和 富里酸比值增大有关5. 通常情况下 , 泥炭藓泥炭中富里酸较高 , 胡敏酸与富里酸比 值很小 , 随剖面深度的增加 , 分解度增大 , 泥炭植物残体进行缓慢缩合 , 脱水和脱羟基的过程 , 使有机碳不断聚积 , 高含碳量的胡敏酸增多 , 富里酸减少 , 其比值增大 , 碳和 氮含量自上而下增高.两个剖面 C/ N 分别为 64146 和 48199 , 较草本泥炭高得多 . 根据 N1N 科科诺娃的 研究 , 维持微生物群生命活动所需的 C/ N 为 25 , 大于该值 , 表示氮不能满足细菌的需 要 , 非但不能有氮的积累 , 而且细菌还要从泥炭中吸收氨或含氮化合物. 由此可见 , 我 国东北和白俄罗斯的泥炭藓泥炭都属于贫营养型泥炭.3 小结我国东北与白俄罗斯同属北半球的温带气候区 ,成泥炭的条件 . 由于地带性和非地带性因素的影响 ,化性质具有明显的异同性 . 我国东北地区气候寒冷 , 102冷湿的水热环境 , 使两地具备了形两地泥炭的分布 , 类型及泥炭的理 泥炭藓沼泽常年积水 , 泥炭堆积速度较慢 , 高位沼泽发育不完善. 又因东北地区构造运动活跃 , 火山 、地震频繁 , 使得泥炭中灰分 、p H 和 C/ N 等较高. 白俄罗斯地质构造运动相对平稳 , 水热条件适宜 , 泥炭 堆积速度快 , 碳 、氮和分解度等较高.鉴于我国东北地区低位草本泥炭储量大 , 分布广 、质量好 , 泥炭藓泥炭较草本泥炭 储量少的特点 , 应重点开发利用草本泥炭 , 对泥炭藓泥炭除了开发高科技含量的产品 , 可以有计划地开采外 , 应重点加以保护.参考文献1白燕 1 小兴安岭两种森林沼泽土速效养分分布特征研究 1 东北师大学报 ( 自然科学版) , 1995 ( 3) : 107112王钜谷 , 张伟才等 1 不同沉积类型泥炭的研究 1 西安 : 陕西人民出版社 , 1987192107M C 博奇 , B B 马津格 1 苏联沼泽生态系统 1 戴国良译 1 北京 : 科学出版社 , 198919093柴岫 1 泥炭地学 1 北京 : 地质出版社 , 19901107123B B 波诺马廖娃等 1 腐殖质和土壤形成 1 张正天译 1 北京 : 农业出版社 , 198711221282345Composit ion of Propert ies of Spbagnum Peatin the Northea st China with Those in Byel orussiaBai YanZhao Ho ngyanZu WenchenG. A . So kolov( Peat Mire Instit ute , No rt heast No r mal U niversit y , Changchun , 130024)Abstract Tangho nglin Sp hagnum peat in Xiao xing ans Mo untains in t he No rt heast Chinaand Do mo richeek Sp hagnum Peat in t he Berezinsky Nat ural Reserve , Belarus are st udied o b2 ject s in t his paper , The feat ure of t ypical peat p rofiles in t wo sites are analysed , t he p roper2 ties of peat , such as , ash co ntent , p H , deco mpo sitio n degree and C/ N etc. are co mpared. Based o n t hese , t he difference of p hysical - chemical characters of Sp hagnum peat and main effective f acto rs in t wo area are analysed. Finally , t he view t hat Sp hagnum peat mire in t he No rt heast China sho uld be emp hatically p rotected is pointed o ut acco rding to t hin depo sit lay2 er of sp hagnum peat and a lit tle peat reserve in t his area .Key words No rt heast China ; Belarus ; Sp hagnum peat ; p hysical - chemical character 103