1995年以来国外泥炭及泥炭地研究进展

生态环境 2003, 12(1): 86-91 Ecology and Environment E-mail: editor@基金项目：中国科学院湖沼特别支持项目（ZKHK-3-5）作者简介：刘永和（1976－），男，硕士研究生，从事自然资源研究。

收稿日期：2002-09-181995年以来国外泥炭及泥炭地研究进展刘永和，孟宪民，王忠强，刘滨华中国科学院东北地理与农业生态研究所，吉林 长春 130012摘要：自1995年以来国外科技工作者对泥炭及泥炭地进行了大量研究。

其中，泥炭的基本物理及化学性质，泥炭中环境污染物质如硫化物、甲基汞、泥炭酸碱性、有机物的迁移转化，泥炭地对重金属、有机污染物环境污染物质的吸收、生物过滤和降解，泥炭地对CO 2、CH 4的排放，泥炭地对古环境特征的记录，泥炭与泥炭地的开发利用，是近年来的主要研究内容。

这些领域的研究取得了较大的进展。

关键字：国外；泥炭；研究进展中图分类号：X14 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2003）01-0086-06泥炭是沼泽湿地中的一种特殊的有机矿产资源，它是生物残体向煤转化过程中的产物，但泥炭有许多特殊的性质使它与煤炭有很大区别。

在自然状态下，它由水、矿物质、有机质组成。

其有机质由未完全分解的植物残体和分解的中间产物——腐殖质组成，一般占固相物质的50％以上，是泥炭区别于其它物质的重要组成物质。

泥炭的有机质具有特殊的物理、化学性质，使得它在工农业、能源、医疗、环境保护等方面有多种用途。

国际上，科学工作者们对泥炭做了大量的研究和实验，发现了许多有用的性质，为泥炭的开发利用提供了宝贵资料。

1 国外泥炭学研究的基本态势在研究角度上，大多数研究侧重于泥炭的微观领域。

从1995年以来，该领域发表在国际著名杂志上的论文大都以泥炭或泥炭地的基本物理化学性质和化学元素的环境行为为研究内容。

在研究方法上，大都采用野外调查、测量和实验室模拟相结合的方法。

实验方法包括同位素分析、化学实验、光谱分析、图像分析。

泥炭不仅是科学研究的重要内容，而且是进行其它科学研究的辅助实验材料。

近年来，对泥炭学的研究成果出版最多的国家是英国、荷兰和美国。

研究区域主要集中在西欧、北欧、北美等地。

2 具体研究内容及成果2.1 对泥炭本身理化性质的研究泥炭的基本性质包括：（1）泥炭的基本特性，如植物学成分、分解度、含水量、湿度、热值；（2）泥炭的物理机械特性，如密度、吸水性、持水性、紧实度、粒级组成、侵入物、粉碎度等；（3）泥炭的化学特性，如泥炭的元素组成、离子组成、化学反映性质；（4）泥炭的物理力学特性，如孔隙度、地质力学、水热传导性、摩擦性等。

国外学者除了在常规条件下研究外，更侧重于研究在特殊条件下的泥炭性质，如在高低极端温度、高低压强、强酸强碱条件下进行实验研究。

杉本芳和等研究了经高温处理的泥炭样品的vitrinite reflectance (R 0)值的变化，并发现高温高压条件下得到的分解产物显示出一种在自然界低质煤中所出现的特殊结构[1]。

Moilanen 等研究了在高温高压条件下泥炭的气化反应，发现泥炭中蒸汽的释放量高于CO 2，且当压力增强时，蒸汽和CO 2的气化速率均降低[2]。

Weiss 以实测数据验证并修正了以往的泥炭湿度保持模型[3]。

Jonathan 研究了泥炭地中泥炭的体积收缩与泥炭地中储水量变化的关系[4]。

NM Hol-den 发现用作燃料的泥炭粉末堆放或装袋后表面会形成一个回湿层，由回湿层往内部发生水分的运动，且湿炭的回湿程度与泥炭类型无关，泥炭内部的湿水是泥炭表层水的28倍[5]。

Brovkad 研究了泥炭土壤表层温度和湿度与外界的交换关系。

泥炭水动力学的研究取得了较好的结果。

Baird 发现泥炭的孔隙结构对导水性和溶质移动非常重要[6]。

Laure Vidal-Beaudet 建立了土壤和泥炭混合物的渗透理论和水力学[7]。

Paula Kennedy 等建立了泥刘永和等：1995年以来国外泥炭及泥炭地研究进展87炭密度、泥炭导水性与水压的关系模型[8]。

Andrew J. Baird 发现在干涸沼泽的泥炭中，溶质的流动速度较快，其流动以小量在气孔中进行并且无固定通道[9]。

S. J. Mooney比较了泥炭粉末块中在形态上和物理测量上孔隙结构对水含量和水运动的影响[10]。

泥炭的可压缩性及泥炭对外力作用的反映是泥炭性质研究的重要内容。

Mesri等研究了泥炭的二次压缩特征[11]。

Gunaratne研究了影响泥炭的可压缩性的因素及其关系[12]。

Den Haan E.J.研究了泥炭的压力模型，反映了压力、张力、蠕变应变速率之间的关系[13]。

Stack等做了用离心分离法分离泥炭的实验，得到较好的分离效果，并从泥炭中分离出四类不同的物质[14]。

光谱分析和图像分析被用于研究泥炭的物质结构和成分上。

S. J. Chapman等运用红外光谱分析法研究发现苏格兰某森林沼泽泥炭的光谱与其pH 值、灰分、总氮有较大相关性，且与微生物量和脂肪酸有一定相关性[15]。

Paul Geladi等运用图象分析法研究了5种泥炭在7种不同处理的方式下，21种不同粒径大小的泥炭的脱水作用[16]。

此外，人们对泥炭的燃烧特征、燃烧时的造渣能力、运输过程中的自加热及低温下的氧化均进行了实验研究。

2.2 泥炭中特殊物质的迁移和转化泥炭中的特殊元素指泥炭中富集或外界进入泥炭的具有氧化还原性、酸碱性、毒性、放射性或其它带有环境污染性的物质或元素。

S. J. Chapman等人发现在厌氧条件下，泥炭地中的S容易转化为HS、S、CrS等具有还原性的物质且易出现在含碳有机物中。

这种转化速率在厚泥炭地中比薄泥炭地中快，在湿泥炭地中比干泥炭地中快，下层泥炭快于表层泥炭。

Morgan研究了酸性条件下湿地泥炭中硫元素的生物地球化学特征[17]。

Kevin W. Mandernack研究了新泽西松林地湿地泥炭的硫循环及其对溪流中水化学的影响，发现在水域的不同部位硫循环大不相同，而这种差异对1km泛围内的溪流水化学有很大影响[18]。

Scott等研究了一个从高位泥炭地流出的水中溶解有机碳的聚集和迁移[19]。

Marvin等研究了佛罗里达湿地中泥炭沉积物中甲基汞的微生物降解[20]。

Oliver Kracht运用同位素分析泥炭和沼泽水溶解有机物的热分解产物，并以此研究了沼泽中的生物地球化学循环[21]。

Richardson研究发现泥炭地中的富营养状况与甲基汞产生的无明显相关性[22]。

Wilson等人[23]研究发现泥炭的酸性临界负荷不同于其它矿物质，泥炭对于酸性沉积物不仅作为离子代换剂，而且其复杂分解反应、硫酸盐、硝酸盐、有机酸等均控制着泥炭对外界进入的酸性物质的反应。

R. A. GHAL Y等研究了泥炭在被柴油污染后的物理和热化学特征变化[24]。

Cresser等研究了降雨成分对泥炭排水化学的影响[25]。

M. K. Schenk等研究了复合泥炭基质中的重金属含量和特征。

Bendell-Young研究了Ontario 15个泥炭地中毛孔水、泥炭水、池水中基本阳离子的含量[26]。

2.3 泥炭对污染物的生物过滤与降解泥炭对废水中有毒污染物质特别是多种重金属有较强的吸附作用。

泥炭作为一种的废水处理剂，因其具有简便、有效、经济等优点而备受人们重视。

近年来，人们对泥炭最大量的研究集中在其吸收、吸附污染物的能力上。

目前，人们对泥炭吸附各种有害物质的机制有多种不同的解释，其中离子交换、离子复合、表面吸收等理论是最被广泛接受的理论。

P. A. Brown等人认为影响金属离子吸收的的因素有pH值、吸入速率、离子间的竞争[27]。

他发现泥炭在pH值为3.5~6.5之间时对离子捕获能力最强；同时吸收多于一种金属离子时会存在竞争，使得对各种离子的吸收量均减少，但总的吸收量有所增加；当吸附速率小时，对金属离子的吸收最为有效；减少酸性能够轻微降低泥炭的吸收能力，从而使吸收金属元素后的泥炭得到恢复并恢复金属元素原来的状态。

Gardea-Torresdey发现藓类泥炭对Cu2+离子的束缚受pH值影响较大并认为腐殖质中的羧基对铜离子的吸收起关键作用[28]。

McKay等研究了泥炭对5种单金属离子（铜、镉、钴、镍、锌）的吸收能力，他们且以泥炭对镉、铜、锌的吸收实验验证了郎缪尔多金属离子平衡吸收模型，并为郎缪尔模型计算了平衡参数[29]。

Dean等人研究了粉末状泥炭在不同pH值条件下对铬的吸收。

Y. S. Ho研究了泥炭对二价金属离子的吸收，且认为影响铅的吸收能力的因素有铅离子的初始浓度、泥炭颗粒大小、温度、搅拌速度[30]。

对泥炭吸附和去除污水中金属离子的研究还88 生态环境第12卷第1期（2003年2月）有很多，例如，Crist 研究了泥炭沼泽对多种金属离子的交换吸收过程；Viraraghavan研究了泥炭对汞的吸收；B. Chen建立了泥炭对镍、镉、铅等金属离子吸收的膜-孔模型；Dennis Mcnevin研究了泥炭中pH值与离子吸收的关系；Michael Krachler等人研究了开放和封闭条件下泥炭对As和Sb的吸收过程[31]。

泥炭除了对金属离子有吸附能力外，对其他有害物质也有吸收和降解作用。

高志明(音)等人发现泥炭中的生物降解物质能促使四氯乙烯和三氯乙烯在有氧条件下降解和脱氯[32]。

Deitsch研究了泥炭对四氯化碳、氯苯、二氯化苯的吸收与解吸附过程。

Viraraghavan研究了泥炭对苯酚的吸收能力。

Tanjore等发现增加溶解氧会增强泥炭对五氯苯酚的吸收能力[33]。

Heikkinen研究了泥炭地的阳离子交换性质对去除氨的作用[34]。

Zofia Sokotowska研究了泥炭土热处理后的氮吸收特征。

Whitten研究了藓类泥炭在无氧炉中加热成焦炭后对NO2的吸收能力。

Wang 等研究了泥炭和堆肥对2-甲基丁烷的生物过滤，并研究了含水量、温度对过滤效果的影响。

Y. S. Ho等人研究了藓类泥炭对水溶解物中基本色素的吸收预测模型。

Yani发现泥炭对人粪便中氨的去除率达到95％以上。

Sorial研究了泥炭对气体的生物过滤性质[35]高志明(音)等人以煤和泥炭设计了用于净化被石油污染的地下水的双层系统，并详细研究了其对甲苯、二甲苯的生物降解效率的影响及对降解物的吸收能力[36]。

2.4 关于泥炭地与环境的关系的研究泥炭地对周围环境影响的研究泥炭土壤对地貌有特殊影响。

Smit R.研究了部分被泥炭覆盖地面的溪流分布状况[37]。

采伐泥炭对环境质量造成一定不利影响。

Susanne M. Schlotzhauer详细研究了加拿大魁北克一块泥炭采伐地的土壤水动力学状况[38]。