第三节　泥炭类型和主要性质

一、泥炭分类依据与类型

（一）泥炭分类依据

分类的目的是把复杂的自然现象归类并加以系统化，为有效合理开发利用与保护泥炭资源提供科学依据，泥炭分类是泥炭科学的重要任务之一。泥炭分类有科学分类和应用分类两种。科学分类根据泥炭的本质属性，具有相对长期性、稳定性和预见性，但与生产实际结合不一定十分紧密。应用分类只是为了满足生产实践的暂时需要，为某种利用目的而加以划分，因此在学术上可能没有科学分类严谨。

由于藓类植物、草本植物和木本植物的化学成分差别很大，转变为泥炭后仍然表现出明显的化学差异，因此第一级分类依据泥炭形成的原始物质，即主要植物残体组成确定。第二级分类根据造炭植物残体分解度和灰分含量确定。随着分解度增强，泥炭中的细碎颗粒随之增多，灰分含量也随之加大。而造炭植物组成和分解度、灰分含量是特定成矿条件综合作用的结果，一定的泥炭类型只能在一定的成矿环境下生成。见表2-7。

（二）各类泥炭的主要特征

草本泥炭是各种草本植物残体占植物总组成的50%以上的泥炭。植物残体以莎草科为主，苔草、芦苇较普遍，有时夹有杂草类和灰藓。草本泥炭灰分高，分解度强，酸碱度微酸性-微碱性，含水量比其他泥炭低，颜色暗，弹性差。我国泥炭多属于此类。草本泥炭腐植酸含量高，养分吸收螯合作用强，有利于养分的吸持和固定，因此草本泥炭可以用于育苗基质和土壤调理剂制备。

木本泥炭主要由乔木和灌木的枝干和根系及其果实、叶片分解而成。木本残体含量不能低于泥炭有机残体总量的50%。由于木本植物残体木质素含量高，分解比较缓慢，分解弱的残体保存较好，呈碎块状；分解强的则呈碎屑状，其灰分含量一般较草本泥炭低，含水量小，红褐色，弹性差，主要分布在热带海洋性气候区。木本泥炭腐植酸含量高，残体呈碎块状，没有藓类泥炭和草本泥炭拥有的纤维，因此，木本泥炭主要用于土壤调理剂制备和功能肥料生产。

藓类泥炭主要由贫营养的苔藓植物残体组成，其含量占泥炭有机物总量的50%以上，有时会混入少量草本植物和木本植物残体。这类泥炭由于灰分含量低，分解度小，纤维保持完好，多呈酸性和强酸性；色泽浅淡，弹性强，是各种基质栽培的良好原料。

二、泥炭主要性质

表征泥炭性质和质量的指标很多，但查明了泥炭残体组成，检测了泥炭的分解度、有机质、腐植酸、酸碱度和电导率等六项指标，便可以基本上划定泥炭质量和性质。

（一）植物残体组成

形成泥炭的植物主要有四种：泥炭藓（sphagnum）、真藓（bryales）、苔草（sedges）和木本植物（woody plants），每类植物残体都有自己独特的性质，因此，所形成的泥炭也具有不同的性质，并因此决定泥炭利用方向。

1.泥炭藓

泥炭藓属于泥炭藓属，是高位泥炭地最典型的沼泽植物种。全球大约有300种泥炭藓，芬兰发现37种，中国发现23种。泥炭藓的重要性不仅在于泥炭藓是改变淹水土地和浅湖景观生态，更在于泥炭藓作为泥炭的主要造炭植物，为专业基质制备提供了无与伦比的优质原料。

泥炭藓是一种非常原始的植物，植物的顶部仍在生长，而底部却已经死亡并转化为泥炭。泥炭藓最重要的组成是叶和茎，这些叶和茎带有没有特别变化的细胞组织。泥炭藓的叶子只有一个细胞的厚度，泥炭藓组织由可能含有叶绿素的活细胞和含有水分空气的死细胞或泥炭藓细胞组成。活细胞构成了网状结构，把泥炭藓细胞包被在网的网眼中。见图2-6。

泥炭藓之所以具有极高的园艺价值，是因为其独一无二的细胞结构。泥炭藓细胞是薄壁的，而细胞内却有很大的内腔，其功能是吸收和转运水分。泥炭藓细胞的重要性质是有环形、螺旋形或蝶形的木质化的细胞壁，从而保证在泥炭干燥时不会崩塌变形。泥炭藓的细胞壁非常坚韧，以至于泥炭干燥以后仍然能够吸收和转运水分。由于细胞中水分蒸发，细胞腾出的空间就可以被空气充填。泥炭藓的细胞壁较厚，所以能保证在泥炭干燥后不会崩塌。很容易理解为什么泥炭藓是专业基质的最佳原料，因为其他材料很难在提供氧气的同时仍然能够保持充足的水分。适当润湿泥炭，就可以维持植物理想的水分和通气效果。

泥炭藓的持水能力还因为泥炭藓细胞壁上有许多孔，这些孔能让水分进入细胞并转移到植物体其他器官上。值得注意的是泥炭藓的吸水并不是植物生命活动相关联的现象，而是平缓毛细作用的结果，而且其作用直到死亡后也照样进行。试验结果表明，泥炭藓的毛细作用可以将水分从水面提升50cm高度，这个作用在颗粒中也可以发现。

泥炭藓的叶子和茎都是具有表面活性的，这意味着泥炭藓茎叶具有和高等植物根毛和表皮细胞相同的摄取养分的能力。泥炭藓能够吸收、储存和随后释放大量的植物营养，而其他植物残体要具有这种功能只有在打碎或者腐殖化以后才可以。泥炭藓不需要工业堆肥处理，可以直接用于基质生产。综上所述，泥炭藓是一种最佳基质原料，也是目前能够找到的最佳材料，这就是为什么泥炭藓成为国际贸易的主要产品。

2.真藓

真藓没有泥炭藓那样储存水和营养的能力，其残体只有经过发酵分解过程之后才能具备这个功能。真藓既没有水细胞也没有强硬的细胞壁，所以真藓与其他植物一样都必须经历同样分解，形成腐殖质，才具备良好的吸收水分和矿质营养的能力。真藓往往只能生长在北极圈附近的弱酸性的阿帕沼泽上。

3.苔草

苔草是仅次于泥炭藓的典型沼泽植物。苔草的茎可以向根系传输氧气，所以苔草能生长在积水的沼泽地带。沼泽湿度越大，苔草在形成泥炭过程中的重要性越大，芬兰北部很多高位泥炭沼泽中，泥炭是由苔草组成的，在中国多数泥炭地的植物残体是由苔草组成。沼泽越干，苔草在泥炭组成中的作用越小。因为苔草分解后只有根系才可以残留下来，所以很容易根据残体认出苔草。苔草既不吸水，也不吸收营养，与矿石土壤中的沙粒组分很相似，苔草只有经过分解转化为腐植酸才能具有良好的营养固持功能。由于苔草泥炭对水的吸持能力较差，所以水分很容易淋滤流失，造成泥炭基质的干旱。

羊胡子草是苔草科下的一个属，生长在泥炭藓相同的环境条件中，其叶鞘组织具有和苔草根系相同的性质，在泥炭中容易鉴别其残体，因为它们具有大量像马鬃毛一样的纤维。羊胡子草让泥炭具有较多的空隙，但更容易排水，从而导致泥炭缺水。羊胡子草不易分解，也不容易破碎，所以能让泥炭更加粗糙。除了能让泥炭具有更多的空隙外，从园艺植物的角度看，羊胡子草残体形成的泥炭性质不是园艺植物理想的状态。

4.木本植物

沼泽中的木本植物通常是灌木和乔木，通常生长在高位泥炭地的干燥部位。树木对泥炭形成非常重要，因为树木残体分解非常缓慢，特别是桦树和树皮最难分解，绝大多数泥炭腐泥是木本植物经历长期分解形成的。

（二）泥炭分解度

分解度是泥炭有机质腐解转化的重要特性，是反应分解特性强度的动态指标。泥炭植物残体除了化学分解之外，还可通过机械摩擦方式将大植物组织变成小植物组织。泥炭植物残体碎片会因为间歇性冻融交替而不断减小，导致泥炭纤维不可逆转的崩解。从泥炭结构的观点来说，泥炭的物理分解和化学分解常常是难以分辨的。泥炭分解度反映泥炭聚碳环境的变化，是研究泥炭形成和发展的重要依据。泥炭分解度也是泥炭重要物理性质之一，直接或间接决定了泥炭的化学组成，是评价泥炭质量的重要指标，对合理利用泥炭有重要参考价值。

泥炭分解度对泥炭性质影响巨大。泥炭藓从未分解到适度分解（H1～H5），泥炭总孔隙度逐渐降低，但仍可达94%～96%，容重逐渐增加，但也只有60～100kg/m³。低分解藓类泥炭空气孔隙最高可达50%～55%，含水孔隙度最高可达83%～84%，具有显著的高水孔隙度和高空气孔隙度特点。藓类泥炭有机质含量可达94%以上，因为矿物质含量很低，所以电导率和植物矿质营养都很低。当藓类泥炭分解度增大到H6～H10时，总孔隙度、空气孔隙度明显降低，水孔隙度则明显提高。对于泥炭总孔隙度和含气空孔隙下降，将泥炭经过越冬冻结处理后，空气容量会明显改善。藓类泥炭低pH值和低养分含量，更方便人为调整提高，满足特定植物生长要求。由于泥炭形成环境和形成过程时代距今久远，泥炭中不会含有现代园艺发生的土传性病虫草害。泥炭的处理、加工、筛分和混合操作简单，没有健康风险。由于泥炭属于自然矿产，不需要复杂开采、处理、运输手段，所以泥炭商业价格与其他成分的基质成分相比极具有竞争力。从长远看，泥炭因其质量稳定均一，将在基质中长期占据主导地位。

从表2-8可以看到，同为藓类泥炭，随着分解度提高，容重逐渐提高，总孔隙度和空气孔隙度逐渐降低，含水空气逐渐提高，结构稳定性下降，泥炭收缩值逐渐增加，电导率逐渐增加，有机质含量逐渐降低。分解度对泥炭性质指标的影响对草本泥炭也有类似的规律。

低容重、高孔隙度、良好的水分和空气容量以及较高的有效水容量都是泥炭最显著的优势。但是，针对特定作物和栽培方式时，这些特性也需要做适当改变和调整。泥炭的开采、运输和粉碎技术对泥炭基质物理性质影响极大。泥炭基质的颗粒分布是泥炭孔隙度、空气体积、水体积特性的基础。当选择不同比例的不同粒径组配，就可能获得不同的基质物理性状。基质的空气含量对长生育期作物是极为重要的参数。同时，研究还证明，不仅基质的空气容量对植物生长有重要影响，基质的气体交换、气体扩散等，都是植物稳定生长的控制因子。一品红和几内亚凤仙栽培最理想基质粒径为2～10mm，当气体扩散值达到最大时也能取得最佳栽培效果。

泥炭的性质受制于其植物组成和分解度，弱分解藓类泥炭主要由泥炭藓构成，超常的细胞结构完全不同于其他植物组织，这是苔藓泥炭具有独一无二特殊结构的重要基础。藓类泥炭茎叶组织内部细胞结构确保了泥炭极高的总孔隙度，保证了理想的空气体积、良好的水分固定能力以及良好的结构稳定性。

分解度是指植物残体由于分解而失去细胞结构物质的相对含量，也就是泥炭中无定形腐殖质占有机质的百分数。标示分解程度的方法，除了常用的分解度外，还有纤维含量、泥炭化度、腐殖化度以及磷酸钠指数等。

泥炭分解度在不同类型泥炭之间、不同地区泥炭之间和不同层位泥炭之间差异显著。一般来说，藓类泥炭分解度弱，草本泥炭分解度强。藓类泥炭分解度常在15%～20%，草本泥炭分解度常在25%～35%，木本泥炭分解度常在30%～50%。在同一类型泥炭中，所处区域气候环境温度高，水分不稳定的泥炭分解度高；气候冷湿，霜冻时间长的，泥炭分解度小。在同一块泥炭地中，表层0～40cm泥炭分解度一般大于中下层，但底层腐殖质层例外。

泥炭分解度直接影响到泥炭性质和利用价值。随着分解度增加，碳氢元素增加，氧硫元素减少，腐植酸含量和沥青含量增加，碳水化合物含量减少，此外，随着泥炭分解度增加，盐基交换量增加，电导率上升。分解度提高后，有机质含量降低，灰分含量增加，泥炭颗粒变小，结构紧实，孔隙度降低，泥炭透水性和最大持水量也随之降低。泥炭分解度与泥炭比表面积大小也有密切关系，分解度小时，比表面积增量很小，但分解度从60%增加到80%时，泥炭比表面积急剧增大，对矿物元素和水分的吸持能力快速增加。轻微分解泥炭具有较松的结构和较低的容重值。随着泥炭分解的进行，泥炭颗粒直径减少，泥炭结构变得密集，容重同步升高。泥炭分解度越高，密度越大，容重值越高。不管是化学分解，还是机械摩擦即物理分解，都会伴随泥炭容重的增加。

目前已经开发了几种测定泥炭分解度的方法，有些可以直接用于野外，有些可以用于实验室精确测定。野外测定泥炭分解度使用最广泛的方法是冯·波斯特法。这个方法将泥炭分解度H值用1～10的十个数字表示，H1表示完全没有分解，H10表示彻底分解。分解强度随着数字增大而增强。在野外工作中，分解度测定是采用手攥挤压新鲜泥炭，检测泥炭的挤出状态和挤出水的多少和颜色来测定的（见表2-9）。这个方法适用于泥炭藓泥炭，用于苔草泥炭和木本泥炭需要谨慎。

此外，在实验室可以通过鉴定植物残体的方式来测定泥炭分解度，但其结果往往主观性较强，鉴定结果与经验和技术关系较大。详细检验指标见表2-10。

（三）泥炭有机质

泥炭有机质是泥炭中最重要的矿物成分。泥炭有机质来源于动物、植物、微生物残体，其中最主要的是高等植物的根、茎、叶等有机残体及其分解和代谢产物。受造炭植物类型和水源补给条件影响，我国泥炭有机质最高含量为94.64%，最低含量为30.97%，平均含量为55.29%。有机质含量高的泥炭主要集中在高寒与温暖湿润、亚湿润气候的青藏高原东南缘、云贵高原、东北山地等。有机质含量的高低对泥炭性质质量关系极大。随着有机质含量增加，全氮、腐植酸含量随之增加。有机质含量增加，泥炭的吸氨量、吸湿水和持水量也随之增加。因此，有机质含量是评价泥炭质量的重要指标，决定了泥炭的利用价值。

泥炭有机质含量与泥炭类型也有密切关系。藓类泥炭有机质含量高，多在90%以上。草本泥炭多在50%～80%。草本-藓类过渡泥炭有机质含量多在70%～90%。我国受自然条件影响，藓类泥炭分布极少，储量很低。其原因是我国藓类泥炭聚集区自全新世晚期到现在，气温偏高，湿度偏低，不利于藓类植物生长，致使藓丘高度低缓，而藓丘下部又经常受周围地表径流影响，致使灰分偏高，导致有机质含量偏低。国内外泥炭有机质含量对比见表2-11。

（四）泥炭酸碱度

泥炭酸碱度（表2-12）是泥炭化学性质的综合反映，也是泥炭形成过程综合因子作用的结果，酸碱性偏强，超过植物生长生理限值，就需要提前调节。泥炭酸碱性的产生主要是造炭物质转化中产生的酸性碱性物质，使泥炭溶液中含有一定量的H⁺和OH^-。H⁺来源于泥炭有机质所产生的有机酸和碳酸，OH^-则来自于泥炭中的碳酸盐和其他碱式盐。由于H⁺和OH^-的含量变化及其作用，使泥炭具有不同的酸碱反应。根据pH值大小，将泥炭酸碱性分为强酸性（pH<5.5）、酸性（pH 5.5～6.5）、中性（pH 6.5～7.5）、碱性（pH 7.5～8.5）、强碱性（pH>8.5）。

根据泥炭酸碱作用来源，可以把泥炭酸性分成活性酸和潜性酸两种。活性酸属于泥炭溶液中的氢离子，用水即可浸提测定，故称为水浸酸度，潜性酸包括Al³⁺，可用中性KCl浸提，所以称为盐浸酸度。藓类泥炭呈强酸性反应，其水浸pH值多在3.5～4.5，盐浸pH值多在3.0～4.0。草本泥炭酸性较弱，水浸和盐浸pH值分别在5.5～6.5和4.5～5.0。木本泥炭的酸性与藓类泥炭类似。造成不同泥炭酸碱性的差异的原因是泥炭植物残体组成和泥炭形成环境的水分补给条件。藓类泥炭主要接受大气降水补给，矿化度一般小于50mg/L，水中矿物质平均含量为34mg/L，其中的氧化钙含量只有1.6mg/L，不足以中和植物残体分解过程中产生的有机酸，所以藓类泥炭酸性较强。草本泥炭主要依靠地下水和地表水补给，水中氧化钙含量较高，能够中和泥炭分解过程中产生的有机酸，所以泥炭的酸度较弱。厚层木本泥炭因为主要接受大气降水为主，所以泥炭的酸性与藓类泥炭类似。

（五）泥炭电导率

泥炭电导率（EC）是泥炭中各种可溶盐基离子总量，反映泥炭中带有可溶盐含量的溶液浓度，直接影响营养液的平衡。因为可以使用电导仪测定，方法简单快捷，所以普遍用于测定泥炭可溶盐总量，以现场指导基质制备和植物栽培。泥炭电导率单位用毫西门子/厘米（mS/cm）表示。

电导率是泥炭、泥炭产品质量测定的重要指标之一，对泥炭和泥炭产品质量管理和使用关系极大。当电导率小于0.37～0.5mS/cm时，说明泥炭的可溶盐含量较低，可以添加一定量的矿物肥料。当泥炭的电导率大于1.3mS/cm时，使用就要倍加小心，必要时需要用水洗盐。

泥炭电导率与泥炭的盐基代换量（CEC）和泥炭缓冲容量关系密切。盐基代换量是指一定酸碱条件下，泥炭含有可交换阳离子的数量，是泥炭对无机矿物营养的吸附保持能力，可以使肥料离子免遭水分淋洗并能缓慢释放出来供应植物吸收的能力，对营养液的酸碱反应也有缓冲作用。泥炭的盐基代换量较高，缓冲性强，可以抵抗养分淋洗和pH的过度升降。不同物料的盐基代换量与电导率见表2-13。