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你知道吗,鲜为人知的农业自然资源

泥炭:鲜为人知的农业自然资源

泥炭是一种经过几千年所形成的天然沼泽地产物(又称为草炭或是泥煤),是煤化程度最低的煤,同时也是煤最原始的状态。泥炭无菌、无毒、无污染,通气性能好,质轻、持水、保肥、有利于微生物活动,增强生物性能,营养丰富,既是栽培基质,又是良好的土壤调解剂,并含有很高的有机质,腐殖酸及营养成份。泥炭的质量和种类不同,利用方向也不同,不同的利用方向当然是根据这个利用方向对泥炭性质的要求而定的。所以某些指标对一种利用方向是优级,对另一个利用方向则可能是劣级,所以泥炭质量的高低不能根据分析结果简单定论。这里我们根据基质对原料要求,提供一些简便易行的测试指标供大家参考。

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1,有机质。有机质是泥炭的关键组分,泥炭的有机质含量超过30%以上时才能被认定为泥炭,有机质含量小于30%的只能称之为有机土或沼泽土。一般地说,有机质含量越高,泥炭的质量越高。但从育苗基质来说,泥炭有机质含量超过90%的,腐植化程度一定很低,所以泥炭外观看起来全是纤维状态,这样的泥炭吸附容量很低,对养分的缓冲作用很小,基质中养分添加量稍有增加,就会出现烧苗现象。但不添加适量的养分,又无法满足整个育苗周期内种苗对养分的需要,用户不得不通过喷施方式,补充种苗营养,满足种苗生长需求,增加了用户劳动,扩大了施肥风险。所以国内基质生产企业使用进口泥炭或椰糠生产基质的话,务必防止以上问题的发生。对于国内基质企业来说,如果你生产的基质是用于种苗生产的话,选用国内生产的有有机质含量达到50%草本泥炭就足够了。有机质含量测定既可以通过灼烧法测定泥炭灼烧残余物的灰分来测定,也可以通过强酸氧化法进行化学分析。

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2,腐植酸。腐植酸含量是泥炭腐植化程度的标志,腐植酸含量高的泥炭生理刺激作用强,有利于植物根系扩展和萌生;对营养的吸附螯合能力强,有利于对养分的缓冲和保护,减少养分的流失和释放,提高肥料利用率。适当腐植酸含量的泥炭适量添加植物养分可以达到前期不烧苗,后期不脱肥的效果。国外进口藓类泥炭因为腐植化程度小,腐植酸含量低,对养分的缓冲调节作用弱,不如国产的草本泥炭吸附性高,缓冲性好。测定泥炭腐植酸含量主要通过强酸氧化的化学分析方法实现。

泥炭是沼泽中死亡植物残体积累转化形成的有机矿产资源。泥炭的有机质、腐殖酸含量高,纤维含量丰富,疏松多孔,通气透水性好,比表面积大,吸咐螯合能力强,有较强的离子交换能力和盐分平衡控制能力,是良好的作物栽培基质。泥炭腐殖酸的自由基属于半醌结构,既能氧化为醌,又能还原为酚,在植物体的氧化还原中起着重要作用,具有较高的生物活性和生理刺激作用。此外,泥炭腐殖酸还具有较强的抗旱、抗病、抗低温、抗盐渍的作用,在农业生产中有广泛的应用。

4,泥炭植物组成:泥炭性质和质量既与泥炭分解程度有关,也跟泥炭的植物残体组成有关。不同残体组成的泥炭在相同分解度时的性质是顽皮不同的。所以要科学合理利用泥炭,达到经济效益最大化,还应尽进行泥炭的植物残炭鉴定。查明了泥炭残体组成,对如何利用泥炭就有的放矢了。一个简单的例子是进口的藓类泥炭和国产的草本泥炭就是因为植物组成的根本差异,导致其性质和质量的巨大差异。而我们科学分析不同泥炭的植物组成,就可以实事求是地提出藓类泥炭和草本泥炭的差异和特色,鼓励大家尽量使用国产泥炭生产基质,而不是简单地因为藓类泥炭和草本泥炭的有机质含量高低,就盲目推荐大家首先使用进口藓类泥炭。泥炭植物组成主要通过显微镜下的泥炭植物残体的形态、结构、颜色等鉴定植物的种属,需要长期的选连和经验积累。

泥炭的主要理化特性是有机质、腐殖酸、分解度、酸碱度,这些特性不仅是研究泥炭发生发育与科学分类的重要指标,也是泥炭质量评价和开发利用的重要依据。

5,分解度。泥炭分解度是泥炭重要性质之一,分解度越大,泥炭的纤维含量越低,所生产基质的孔隙结构就越差,结构的稳定性也越低。所以泥炭分解度大于50%时制备基质难度就非常大了,所以制备基质时我们对泥炭的分解度要求是20-40%之间比较好,既可以保证基质的孔隙结构,又有较好的养分吸附缓冲作用。分解度测定需要通过淋洗出泥炭中的完整纤维所占的总样品的百分比计算,所以泥炭分解度的测定也需要实验室富有经验的测试人员进行。

根据603个泥炭分解度的统计,分解度的平均值为30.97%,常见区间在25%~35%,常见区间的出现频率为46.8%。

6,养分含量。泥炭含有一定量养分,但这些养分都以有机态存在,需要随着时间增长缓慢地释放出来。普通作物育苗期只有30-50天,要在这样短的时间里,把所有植物营养完全释放出来是不可能的。所以基质生产添加外源速效肥料是必不可少的。当然外源性植物营养的合理配比和缓释处理也是十分重要的,一个效果显著的基质其养分的配比和处理技术起到极为关键的作用。泥炭的养分测定主要测定泥炭中水解性氮、速效性磷和钾的含量高低,然后据此计算出应该补充的养分种类和数量。上述三种养分的测定主要通过强酸氧化后的扩散法、钼锑抗比色法和火焰光度法测定。

按照国际分解度分级指标,20%~40%属于中分解泥炭,可明显看出我国泥炭的中分解特点。由于成炭和发育期的环境条件不同,各地分解度的差异较大,总的趋势是南方大于北方,埋藏泥炭高于裸露泥炭,就同一泥炭地而言,常常是边缘高于中心。

7,泥炭颗粒组成。泥炭颗粒组成是基质制备的关键指标。高档次的基质都是根据泥炭原料的粒度组成分级重新组配制成的,目前国内基质生产很少采用粒度分选组配方式生产的,所以多数及其的使用效果效果平平,不同基质企业之间因为产品差异小,同质化严重,只能采取低价竞争策略,导致整个基质产业自相残杀,谁也不赚钱。很多从外地采购的泥炭到家后,水分偏干,泥炭破碎,泥炭颗粒已经粉末状,这样的泥炭原料是无法保证基质质量的,用户使用时,极易因为吸水性太强,孔隙充水,一遇低温冷害,立刻造成大面积种苗死亡。所以,国内基质企业如果不能根本上改变经验记忆、手工操作的基质生产工艺,这个行业就很难有根本改观。泥炭颗粒组成可以采取筛分法和粒度仪测定,方法简单,但需要熟练操作的人进行。

根据785个泥炭有机质含量的统计,有机质的平均含量为56.01%,含量在45%~65%的占测试总数的42.5%。按我国实际情况确定有机质含量的分级,以50%~70%为中有机质泥炭,我国泥炭基本属于中有机质类型。有机质含量与泥炭类型、蕴藏形式及泥炭的形成环境有关,一般藓类泥炭有机质含量高于草本和木本泥炭;裸露泥炭大于埋藏泥炭;山地和高原区多于平原区泥炭。

8,泥炭的吸水性、疏水性、结构稳定性。泥炭吸水性决定泥炭对水保持能力的大小,泥炭疏水性决定泥炭干燥后再润湿能力的高低。泥炭结构稳定性决定了泥炭基质的孔隙度稳定性,这些指标对基质的物理性质都起到至关重要的影响。但是这些性质都依靠长期经验积累和操作特殊仪器的技艺性工作,不同人测定对测定结果影响较大,所以建议各基质企业测定上述项目时,选择专业科研和检验机构进行。

根据461个泥炭腐殖酸含量的统计,平均含量为31.18%。国际上以腐殖酸含量大于30%为高腐殖酸分级界限,我国泥炭腐殖酸含量平均值超过此量。不同类型泥炭的高腐殖酸含量差别较大,一般木本泥炭含量高,草本泥炭次之,藓类泥炭含量较少。根据621个泥炭pH值的统计,平均值为5.87,常见区间在5.0~6.0,该区间出现频率为52.5%,明显看出微酸性的特点。一般富营养泥炭酸度低于贫营养泥炭;山区泥炭的酸度高,平原泥炭酸度低。

表征泥炭原料性状和质量的指标很多,上述指标是其中最关键部分。

上述统计分析表明,微酸性、中分解、高腐酸、中有机质是我国泥炭理化性质主要特点,因此我国泥炭的主要利用方向为农业,工业利用价值不大。

东北师范大学是教育部直属高校,国家211工程重点建设大学。学校现有23个学院,68个专业,146个硕士学位授权点,109个博士学位授权点。在长期办学实践中,东北师范大学逐渐形成了一批在我国学术界享有较高地位的优长学科与特色专业,拥有一批国家级、省部级实验室、研究中心和国家级研究培训机构。其中,东北师范大学泥炭研究所就是我国唯一从事泥炭地生态管理和泥炭综合利用为对象的综合性研究机构,是我国在第一个五年计划期间根据全国科学发展规划需求设立的泥炭专业技术平台。经过50年的建设发展,泥炭研究所已经成为国家环境保护湿地生态与植被修复重点实验室、全国泥炭标准化技术委员会、国际泥炭学会中国委员会秘书处、中国腐植酸工业协会泥炭工业分会秘书处的挂靠单位,泥炭研究所的许多科研成果已经广泛转化,创造巨大的经济、社会和环境效益,推动了我国泥炭产业技术进步。

肥料利用。目前,世界上许多泥炭生产国都利用泥炭作原料生产有机肥料。如俄罗斯在近10年来,用于农业的泥炭数量已大大超过用于能源的泥炭数量,占年总产量的60%,波兰、匈牙利、捷克、斯洛伐克、加拿大、美国和瑞典等国家生产的泥炭也大部分用于农业。

泥炭研究所中心实验室经过50年发展,已经成为我国泥炭领域的权威专业实验室,在国内外享受较高声誉。目前除能从事上述泥炭原料分析测试之外,还能测定泥炭产品的物理、化学和生物学性状指标,并可以根据分析测试结果,提出泥炭开发利用方向与改进生产工艺,提高产品质量的建议。欢迎各位惠顾。

我国自上世纪70年代初开始,在有泥炭资源分布的省、区都进行过泥炭腐殖酸类肥料的生产和应用。当地农民开采泥炭,用于垫圈或加粪便、氨水、碳铵堆沤,或加入氮、磷、钾等加工成有机—无机复合肥料。此后,又改进了加工工艺,在配料、生产和施用等各个环节都加强了科学管理,取得了较好的效益。

富营养草本泥炭适宜于制造腐肥,该类泥炭不仅有机质和腐殖酸的含量较高,而且农作物生长所必需的氮、磷、钾和微量元素等也较丰富,泥炭一般呈弱酸性至中性,是制造腐肥的优质原料。

园艺利用。园艺利用主要是指配制泥炭营养土和制备营养钵等。国外园艺泥炭产量大、应用广,可用于草坪、育苗、花卉和各种经济作物,尤其是塑料大棚和玻璃暖房的用量最大。美国、加拿大、瑞典、爱尔兰、波兰、匈牙利、捷克、斯洛伐克和丹麦等国家每年都有大量的泥炭用于园艺。

目前,我国北方地区使用塑料大棚和玻璃暖房育苗、种菜、养花已比较普遍,发展泥炭营养土大有可为。泥炭育苗钵是以泥炭为主要原料,加入纸浆和少量的营养物质,制成的纸盆状营养钵的壳壁,钵内加入适量的营养土用于作物育苗。它具有吸水、保水性强、透气良好、湿时柔软、作物根系易穿透等优点,用于西红柿、青椒、黄瓜育苗,移栽成活率可达100%。其坐果率和产量比普通育苗有较大的提高,而且移栽后不用缓苗,生长快,可早上市3~5天,经济效益较好。但纸盆状营养钵只是育苗营养土的载体,成本较高,应用受限。

饲料利用。泥炭含有大量的常量元素、微量元素、生理活性物质和维生素。用泥炭研制动物饲料已为一些国家所重视。研究表明,在乳牛的饲料定量中加入糖化泥炭,可使每头乳牛的牛奶产量提高0.51kg,而牛奶中的脂肪含量没有下降。此外,除了研制泥炭饲料外,从泥炭中提取生理活性物质作为家畜、家禽饲料的添加剂,可以刺激动物胃液的分泌,增强消化食物,保证动物的代谢过程,提高产率和品质。

目前,我国的泥炭饲料还处于试验研制阶段,今后应加强研究试验和推广应用工作,以减少粮食饲料,充分利用丰富的泥炭资源,发展我国的饲养业。

刺激素利用。将泥炭腐殖酸类物质作为动植物生长的刺激素利用,国内外均有报道。用不同的氧化剂,对分解较强的泥炭进行氧化,可制得腐殖酸生长刺激素等系列产品。

我国对腐殖酸类生理活性物质的研究应用虽然起步较晚,但近10多年来发展较快,并取得了一定成果。我国农用的腐殖酸类肥料和植物生长刺激素,主要以富含有机质、强分解的泥炭和风化烟煤作为原料,用于植物生长刺激素的腐殖酸盐类,主要有腐殖酸钠、腐殖酸钾、腐殖酸铵和硝基腐殖酸等。从小区和大田试验结果看,腐殖酸盐类用于粮食作物和经济作物浸种、蘸根或叶面喷施均有明显的增产效果。

现代农业已朝着高产、优质、高效、无污染的方向迈进。采用高新技术,研制较高技术含量的泥炭农用新产品,不仅有利于增产、增收,还能帮助农民省时、省力。

SP系列育苗、扦插和组培泥炭营养钵: 新型SP系列育苗营养钵采用物理化学性状良好的泥炭原料,采用高新技术,能将育苗生产中的床土配制、调整酸度、施用肥料等烦锁复杂程序固化为方便适用的泥炭育苗营养钵。农民使用时,只须向营养钵补水,钵体就会膨胀回弹至疏松状态,人工或采用机械直接将种子播入预制的种穴中,上面覆土即可。

这种新型育苗基质不仅有利于解脱农民的复杂计算和手工操作劳动,降低劳动强度,省去大量人工和费用,提高经济效益,还因免施农药和使用塑料育苗钵而减轻或防止了环境污染,是具有广阔产品市场的朝阳产品。

大棚蔬菜立体栽培专用营养柱:该营养柱将泥炭进行调理、复配、改性处理,采用机械卷制工艺或用特制的塑料组件制成长1.5米、直径25~30cm的柱状,按一定密度悬挂于蔬菜大棚内,其上等距穿孔栽插叶菜类蔬菜,实现立体栽培,充分利用温室空间和光热资源。作物营养除在营养柱制备过程中掺混一定量之外,还可利用自动给水装置向柱内滴灌营养液,以满足蔬菜高产栽培的要求。

该产品不仅对实现大棚蔬菜立体高产栽培、简化农民手工劳动、提高生产技术水平、增产增收有重要意义,对有效利用丰富的泥炭资源,建立新的产业门类,将资源优势转化为经济优势,也具有较高的经济效益和社会效益。中国科学院上海植物生理研究所已经实现产品的生产应用,取得了较好的经济效益。

新型水培基质:水培基质是专用于大型现代化温室水培蔬菜生产的新型基质。在传统的水培蔬菜生产过程中,需要先育苗,然后用人工将育苗盘上的幼苗拔下,卷上岩棉,然后塞入浮板上的定植孔,不仅耗费大量人力,增加生产成本,还会因发生伤根而延缓幼苗生长,降低经济效益。利用泥炭属性而开发的新型水培基质,可同时具有育苗和定植两种功能。将种子播入基质后,经过催芽和绿化,待植株根系从基质中穿出时,即可将基质种苗一起装入预制的定植板中。水培基质在定植后仅承担物理支持作用,幼苗根系伸长进入下部流动的营养液中,从水中吸收营养,迅速生长发育,大约50天后,即可采收上市。目前,国内许多省市都进口了大型温室设备,建设了水培蔬菜生产基地。本产品可以替代从国外进口水培基质,大幅度降低生产成本,且使用方便,无须缓苗,生长快速,经济效益十分显著。

新型高光效腐殖酸液体肥料:泥炭腐殖酸是极其复杂的天然大分子混合物,对作物有明显的生理刺激和一定的增产作用。但由于技术经济条件制约,成本低廉、增产增收效果明显的产品还很少。特别是一些产品将泥炭腐殖酸与营养元素简单加成,产品抗絮凝作用较差,使用效果不稳定。提取、活化泥炭中的腐殖酸,提高腐殖酸液体肥料抗絮凝的阈限,同时增加光呼吸抑制剂与其它必需营养元素,可以调节各类作物尤其是大豆、水稻等碳-3作物的生理活性,降低其光呼吸速率,提高光合产物积累,减小气孔开放程度,改善抗逆性能,提高千粒重和结实率,增加作物产量。

这种新型泥炭腐殖酸液体肥料属于精细化工产品,加工工艺较为复杂,但原料消耗量低,技术附加值高,适于研究所内部作为自有知识产权的产品开发生产,属于市场缺少的新产品,在国内外都可能有广阔的市场前景。

(作者系东北师范大学泥炭所副所长)

我国地域辽阔,泥炭分布广泛,各省市均有蕴藏,但是分布极不均衡。四川、云南、甘肃、江苏、西藏、黑龙江、安徽、内蒙古、吉林、新疆等地的泥炭共占全国可用资源量的92%。

我国泥炭储量与质量分布有如下特点:从泥炭赋存形式看,裸露泥炭明显多于埋藏泥炭。裸露泥炭和埋藏泥炭分别占总量的70.72%和29.28%。从泥炭营养类型分析,以富营养泥炭占优势。富营养泥炭储量为43.2629亿吨,为总量的99.91%;中营养和贫营养泥炭甚少,分别占0.04%和0.05%,从泥炭的残体类型看,草本泥炭极其丰富。草本泥炭储量为42.6567亿吨,占总量的98.51%,混合泥炭占0.91%,木本泥炭占0.53%,藓类泥炭为最少,只占0.05%。

《中国科学报》 (2014-12-31 第6版 科研)

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