沼泽是地表及地表下层土壤经常过度湿润,地表生长着湿性植物和沼泽植物,有
泥炭累积或虽无泥炭累积但有
潜育层存在的土地。
基本释义
沼泽的基本解释为低洼积水、杂草丛生的大片泥淖区。
广义的沼泽泛指一切
湿地。狭义的沼泽强调泥炭的大量存在。
各国文献中用语不同。俄语中БОЛОТО一词指泥炭层达到30厘米以上(未硫干状态)的湿地。英语中则存在几个名词分指不同类型的沼泽,而且各家学者所赋予的含意也不尽相同。但bog一词常指富有
泥炭的贫养泥炭沼泽,因泥炭和积水均呈酸性,故又常译为“
酸沼”。marsh和swamp则常指矿质土壤的湿地,marsh以
草本植物为主,swamp以
木本植物为主。日本统称为“湿原”,把有泥炭的特称“
泥炭地”。
形成原因
土壤表层长期过湿是沼泽形成的直接原因。
土壤长期过湿的原因是:(1)
草甸、低洼地由于坡降平缓和土地黏重,地表水排泄不畅或下渗困难;(2)森林采伐地区或火烧迹地由于失去树木的巨大吸水作用,土层的水平衡遭到破坏;(3)由于泉水经常出露形成的地下水溢出带;(4)
灌区由于过量灌溉等。此外,在冻土地带适合低等植物生长的地方,因季节性融冻作用,也会促成沼泽化过程。有的沼泽在发育过程中,因死亡植物残体的累积速度大于分解速度,便出现泥潭累积层,称
泥炭沼泽,寒温带的大多数沼泽即属此类;有的沼泽植物残体的累积速度小于或等于分解速度,只出现一定厚度的草根层,称
潜育沼泽,中国东北
三江平原的大多数沼泽即属此类。
沼泽类型
关于沼泽的分类,国际上没有统一的标准,中国也没有公认的分类标准和分类方案。目前主要有以下分类方式和类型:
发育过程分类
根据泥炭沼泽的发育过程,主要是泥碳的累积过程可分为低位、中位和高位沼泽,即富营养、中营养和贫营养沼泽。
富养沼泽,又称低位沼泽,是沼泽发育的最初阶段。沼泽表面低洼,经常成为地表径流和
地下水汇集的场所。水源补给主要是地下水,随着水流带采大量矿物质,营养较为丰富,
灰分含量较高。水和泥炭的pH值呈酸性至中性,有的受土壤底部基岩影响呈碱性。如中国川西北
若尔盖沼泽的泥炭呈
碱性反应,就是因为该区基岩多为灰质
页岩与灰岩夹层,pH值多在8左右。富养沼泽中的植物主要是苔草、芦苇、嵩草、木贼、桤木、柳、桦、
落叶松、
落羽松、
水松等等。
贫养沼泽,又称高位沼泽,往往是沼泽发育的最后阶段。随着沼泽的发展,
泥炭藓增长,
泥炭层增厚,沼泽中部隆起,高于周围,故称为高位沼泽或隆起沼泽。水源补给仅靠
大气降水,水和泥炭呈强酸性,pH值为3~4.5。
灰分含量低,营养贫乏,故名。沼泽植物主要是
苔藓植物和小灌木杜香、越橘以及草本植物棉花莎草,尤其以泥炭藓为优势,形成高大藓丘,所以贫养沼泽又称泥炭藓沼泽。主要分布在
北方针叶林带,由于多水、寒冷和贫营养的
生境,泥炭藓成为优势植物,还有少数的草本、矮小灌木及乔木能生活在泥炭藓沼泽中,例如羊胡子草、越橘、 落叶松等,优势植物是
泥炭藓属。
中养沼泽,又称中位沼泽,属于上述两者之间的过渡类型,由雨水与
地表水混合补给,营养状态中等。有富养沼泽植物,也有贫养沼泽植物。苔藓植物较多,但尚未形成藓丘,
地表形态平坦。
泥炭积累分类
由于沼泽地的土壤有泥炭土与潜育土之分,沼泽可分为
泥炭沼泽和
潜育沼泽两大类。
泥炭沼泽分布不广,泥炭层积累不厚,多为几十厘米或1米左右。
潜育沼泽分布较广,这类沼泽地表长期过湿或有薄层积水,土层严重潜育化,有较厚的草根层,但无泥炭积累。
植被情况分类
按植被生长情况,可以将沼泽分为
草本沼泽、
泥炭藓沼泽和
木本沼泽。
草本沼泽的类型多、分布广,常年积水或土壤透湿,以苔草及禾本科植物占优势,几乎全为多年生植物,很多植物具根状茎,常交织成厚的草根层或浮毡层,如芦苇和一些苔草沼泽。
泥炭藓沼泽主要分布在北方针叶林带,由于多水、寒冷和贫营养的生境,泥炭藓成为优势植物,还有少数的草本、矮小灌木及乔木能生活在泥炭藓沼泽中,例如
羊胡子草、越橘、落叶松等。
木本沼泽的植被以木本中养分植物为主,沼泽地是纤维植物、药用植物、蜜源植物的天然宝库,是鸟类、鱼类栖息、繁殖和育肥的良好场所,具有湿润气候、净化环境的功能。
地貌条件分类
根据地貌条件和中国沼泽的特点,可分为
平原沼泽、
高原沼泽和
山地沼泽。东北三江平原是中国面积最大、集中连片的低
平原沼泽区,以草本潜育沼泽为主,部分地区发育有泥炭沼泽。大、小兴安岭和长白山区分布有典型的
山地沼泽,发育着中国少有的落叶松-
狭叶杜香-泥炭藓沼泽和落叶松-越桔-泥炭藓沼泽,山地沼泽蕴藏着丰富的生物资源和泥炭资源。
高原沼泽是世界上特殊的沼泽类型。20世纪60年代初,研究人员曾对若尔盖山原沼泽进行调查研究,发现红军二万五千里长征所经过的草地,原来不但是中国而且是世界上最集中连片的高原沼泽区。
沼泽生态
沼泽里的植物茂盛,一般是
挺水植物偏多,草的高矮根据不同地理气候条件决定:纬度较低地区的沼泽草比较高,纬度较高地区的沼泽草较矮,甚至很大部分是苔藓。
荷花、
莲花也是沼泽
湿地的常见植物,它们就属于挺水植物。一些喜湿和耐涝的树种会在沼泽里长得很大,一个明显特征是它们的根基往往很粗。另外沼泽中还生活着多种动物,形成了不同类型的
生物群落。
沼泽植物
沼泽植物生长在地表过湿和土壤厌氧的
生境条件下,其基本生活型以
地面芽植物和地上芽植物为主。密丛型的莎草科植物如苔草属、棉花莎草属,蒿草属等占优势,用地面芽分蘖的方式,适应于水多氧少的环境,并形成不同形状的草丘:点状、团块状、垄岗状、田埂状等。后三种草丘的形成,除与组成植物的生物学特征有关外,还与
冻土的融蚀有关。它们是形成泥炭的主要物质来源。此外,沼泽植物一般茎的
通气组织发达,这也是对氧少的适应。
森林沼泽中有高位芽和地上芽的乔木和灌木。贫养沼泽中乔木发育不良、孤立散生、矮曲、枯梢、生长慢,形成小老树。如中国兴安岭的沼泽中,树龄150年的
兴安落叶松树高才4.5米;北美的北美落叶松,树龄150年,树高仅30厘米。灌木有桦属、柳属。小灌木有杜香属、越橘属、地桂属、酸果蔓属、红莓苔子属等。它们在贫养沼泽中,往往形成优势
层片,种类多,盖度大。
在中养和贫养沼泽中,地面芽苔藓植物种类多,盖度大,常形成致密的地被层和藓丘。其中以泥炭藓最发达。泥炭藓丘高度不一,中国和日本的藓丘一般较矮,小于0.5米,欧洲和北美的稍高。
根据
沼泽水和泥炭的营养状况的不同,沼泽植物分
富养植物和
贫养植物。在以
地下水补给为主的营养较丰富、灰分含量较高的条件下生长的植物,称为富养植物。如芦苇、苔草、桤木、落羽杉等;在以
大气降水补给为主的营养贫乏、
灰分含量较少的条件下生长的植物,称为贫养植物。贫养植物对恶劣环境具有特殊的适应性:有的植物顶端具有不断生长的能力,如泥炭藓和
桧叶金发藓,有的植物具有生长不定根的能力,如
圆叶茅膏菜,因此它们能从沼泽表面吸收养料和水分。有的沼泽植物具有
旱生结构,如叶片常绿、
革质、有
绒毛等,这样可以防止水分过分蒸腾,也是对强酸性基质的适应。沼泽中还有营动物性营养的捕虫植物,利用叶片上的腺体,消化动物的蛋白质,以弥补营养不足。中国有多种茅膏菜和猪笼草,北美有瓶子草和
捕蝇草,南美火地岛则有
茅膏菜和捕虫菜。
沼泽动物
不同类型的沼泽栖居着不同的动物。富养沼泽,尤其是湖滨附近的沼泽,动物种类丰富,有哺乳类、鸟类、爬行类、两栖类、鱼类和无脊椎动物昆虫等。哺乳类以
水獭、水田鼠、水鼩为代表。鸟类最多,有多种鹬类、
涉禽类的鹤和鹭、游禽类的鸭和雁、猛禽类的沼泽鹄等。两栖类有蟾蜍和青蛙。爬行类有蛇。还有多种鱼类。在水中有双翅类的幼虫等。草本沼泽中通常动物较多,如田鼠和麝鼠,土壤中有寡毛类、蛛蜘和线虫。线虫在嫌气条件下从植物的通气组织获得氧气,甚至在无氧条件下也能生存。木本沼泽的动物主要是鸟类和过境的哺乳类,如熊、麂、狼等。
森林沼泽的
土壤动物有寡毛类、双翅类的幼虫以及线虫等。泥炭藓沼泽无掩体,土壤呈强酸性,营养贫乏,故动物少,但可见到
无脊椎动物的弹尾类、蜘蛛和蜱螨等。
沼泽生物群落
沼泽生物群落因不同部位所受光、热和湿度、空气、基质等的影响不同,呈分层现象,由地面上不同高度直至土层的不同深度具有不同的结构和组成。
森林沼泽化形成的沼泽,结构较复杂。富养
森林沼泽的地上部分有喜光的乔木层,喜阴耐湿的
灌木层,喜湿的草本层。草本层中草丘发达。地下部分由
枯枝落叶层和泥炭层(有活根)组成。
贫养森林沼泽的植物种类少,结构较简单,地上部分由稀疏乔木形成疏林,林下为喜湿耐酸的小灌木层和泥炭藓层,泥炭藓掩埋部分或全部草丘,有时没有乔木。地下部分有泥炭层(含有少数活根)。
中养森林沼泽属于上述两类沼泽之间的过渡类型。植物种类丰富,贫养和富养植物都有,因而结构较为复杂。地上部分有乔木层、
灌木层、小灌木层、草木层、藓类地被层,没有藓丘。地下有泥炭层(含有活根)。
湖泊形成的沼泽,初期时,植物依水的深度和光照条件,从
湖岸向湖心呈水平带状分布,分苔草植物带、
挺水植物带、浮水植物带和沉水植物带,前两带组成沼泽。发育至中养阶段时,湖面出现苔草和泥炭藓层。贫养沼泽阶段,
湖盆堆满泥炭,湖面以泥炭藓层为主,地表隆起。
草甸沼泽化形成的草丛沼泽,随水文状况不同,而有草丘和丘间湿洼地之分。丘上潮湿,植物丰富,苔草为优势种(在高山和高原以嵩草为主)。其间夹有杂类草,丘间洼地积水,生长喜湿植物。地下部分有草根层和泥炭层(中有少数活根)。
欧洲尚有各种高(贫养)、低(富养)位镶嵌沼泽。泥炭丘岗可高达数米,生长泥炭藓、地衣和小灌木;湿洼地有
莎草科等有花植物和苔藓。
物质循环
碳的循环
沼泽中的
碳,是来自大气和溶解于水中的二氧化碳,以及泥炭中的有机物质的分解。沼泽的
碳循环,首先是植物进行光合作用,固定大气中的二氧化碳,合成
碳水化合物。一部分碳水化合物,又被
植物呼吸作用消耗,产生二氧化碳,返回土壤和大气中,完成碳的简单
循环过程。其次是在植物残体通过
泥炭化过程形成泥炭,在需氧性细菌作用下,泥炭中有机物质被分解,释放出的二氧化碳参加生态系统碳素循环。在泥炭的有机物质中含有纤维素和半纤维素等。多糖类物质,在细菌、真菌和少数放线菌所分泌的水解酶的作用下,分解为
单糖,如
葡萄糖等。
葡萄糖在不同条件和不同微生物作用下的分解产物有很大差异。沼泽地表有常年积水和季节性积水两种情况,这两种不同情况下二氧化碳的释放过程不同。季节性积水沼泽在
干季时,葡萄糖经需氧性的细菌和真菌的分解,最后产生二氧化碳、水和
能量,二氧化碳返回土壤和大气中。常年积水沼泽或季节性积水沼泽在雨季时,葡萄糖经
厌氧性细菌分解,首先形成
有机酸和
二氧化碳,最后释放出
甲烷和氢气。二氧化碳为中间产物,部分返回大气中。
泥炭中的碳含量较高,但沼泽类型不同,泥炭种类也不一样;相应地泥炭含碳量也有差别。此外,在
泥炭有机质含量基本相同的条件下,含碳量与分解度有关,分解度大者,含碳量高,反之则小。泥炭的含碳量,还随着
地质年代而增加。据估算,含碳量增加2~3%,需要5 000~8 000年。因为碳聚积是依靠缓慢进行的次生缩合过程、脱水过程和
脱羧基作用。
煤是含碳物质,可能是古代沼泽中的植物残体形成的泥炭,在漫长的地质时期中经压力成岩作用而形成的。煤由于
地壳变动才露出地表,经过风化或人类燃烧,以
二氧化碳的形式被释放到大气中,参与地球碳的循环。这种通过沉积物的
碳循环的周期比大气碳循环长得多。
氮的循环
氮循环过程比碳循环复杂。
沼泽生态系统中氮素的来源有大气中的游离态氮、降水携带的少量硝态氮和铵态氮,还有泥炭中的含氮有机物质,如蛋白质、
腐植酸、生物碱等。
大气中的游离态氮,不能被植物直接吸收,要经过固氮细菌的固氮作用,才能被植物吸收。沼泽植物桤木根部的束状大根瘤中,生活有共生的放线菌,它们能固定大气中的氮,故桤木沼泽中,氮的含量较多。
沼泽中氮的循环主要是泥炭中的含氮有机物质在微生物的作用下,经过复杂的生物化学过程释放出氮,但是在需氧条件下与厌氧条件下的含氮有机物质分解过程不同。需氧性细菌分解发生在干季泥炭的表层,泥炭中含氮有机物在
微生物的作用下,转化为氨。其中一部分氨返回土壤被植物利用;还有一部分又可在亚
硝化细菌和硝化细菌的作用下,氧化为
亚硝酸及
硝酸盐类,被植物吸收。
在沼泽地表常年积水情况下,以厌氧性细菌活动为主,兼有需氧性细菌活动。氮的转化以
反硝化过程为主。
反硝化细菌以
亚硝酸及
硝酸盐作为氧的来源,将
化合态氮转化为游离态氮返回大气中,实现了氮的循环。
泥炭中的含氮化合物90%以上是
有机态氮。泥炭含氮量随着泥炭类型而不同,富养泥炭含氮量高,贫养泥炭含氮量低。
水文特征
利用保护
沼泽既是
土地资源,又有宝贵的泥炭和丰富的生物资源,此外它在保持地区生态平衡等方面,也具有一定意义。不能将沼泽看成“荒地”,盲目进行开垦。应根据
沼泽类型和分布地区的特点,把合理开发利用与保护结合起来。
分布在河源区的大面积沼泽,是水的贮藏体,具有蓄水保水作用,对涵养水源、调节河川径流和
河流补给起一定作用,它可以减少一次降雨对河流的补给量,削弱河流洪峰值和延缓洪峰出现时间,还使当年水不至完全流出,延长汇水时间。因此应加以保护。
沼泽是天然的大水库,它通过水面蒸发和植物的蒸腾作用,增加大气湿度,调节降雨,有利于森林和农作物生长,促进农、林、牧业的发展,同时对人体健康也有良好作用。因此,开发沼泽必须十分小心,防止因开发而破坏地区的生态平衡。
沼泽中有许多动、植物资源。如芦苇是
造纸原料和
人造纤维和编织等原料,有很高的经济价值。嵩草和苔草的嫩叶为牲畜喜食的优良牧草。
森林沼泽中的浆果,如笃斯越橘、
蓝靛果忍冬等都可食用,又是酿酒原料。沼泽中还有许多药用植物,如金莲花、
泽泻、慈姑、泥炭藓等。对这些植物资源,应有计划地合理利用,并加以培育和保护。沼泽中植物丰富,水源充足,是一些候鸟,如珍贵的
丹顶鹤、
黑颈鹤、天鹅和许多水鸟的栖息场所。对这些
动物资源也应加强保护和管理。
沼泽中的
泥炭,含有大量的植物孢子和花粉,对研究古气候、古植被的形成与演变,古地理的发展规律等方面,具有科学价值,因此,不能把所有沼泽都作为开发对象,它们中的一部分应得到绝对保护。另一方面,
富养沼泽的地面较平坦,其中泥炭层薄的
沼泽地,有一定潜在肥力,经过排水疏干可改良成牧场,也可以开垦成为农田。可采用混土压沙和挖排水沟等方式改造沼泽地,种植蔬菜和水稻,这在许多国家获得成功。林区的富养
苔草沼泽经过挖沟排水筑台,造林成活率高,一般达90 %以上。同时,沼泽中丰富的
泥炭资源可作燃料。泥炭还可以制作
土壤改良剂、
营养土、营养钵等应用于园艺花卉。另外,在
泥炭沼泽中,还蕴藏着在农业、工业、能源和环境保护等方面均有广泛用途的
泥炭资源。但一切大规模的开垦和开发利用,必须经过充分的论证才能进行,要充分考虑到可能发生的生态后果。并且开发要有限度,在开发时要采取保护生态平衡的补充措施。