沼泽具有湿润气候、净化环境的功能,是生态系统的重要组成部分。我们知道,沼泽绝大部分发育在负地貌类型中,长期积水,生长了茂密的植物,其下根茎交织,残体堆积。潜育沼泽一般也有几十厘米的草根层。泥炭沼泽在草根层之下还有一定厚度的泥炭层。草根层和泥炭层疏松多孔,具有很强的持水能力,它能保持大于本身绝对干重3~15倍的水量。沼泽不仅能储蓄大量水分,还能通过植物蒸腾和水面蒸发,把水分源源不断地送回大气中,从而增加了空气湿度,调节降水,在水的自然循环中起着良好的作用。所以一般沼泽区气候温和湿润。据试验研究,1公顷的沼泽化草甸,在生长季可蒸发掉7415吨水分,而沼泽的蒸发比沼泽化草甸还要大,由此可见,沼泽调节气候的巨大功能。
沼泽有很大的生物生产效能,植物在有机质形成过程中,不断吸收CO2和其他气体,特别是一些有害的气体。沼泽地上的氧气很少消耗于死亡植物残体的分解,研究表明,地球上的沼泽每年向大气圈释放16×108吨氧气,进而改变了大气圈中气体的组成。沼泽还能吸收空气中粉尘及携带的各种菌,从而起到净化空气的作用。有人把森林比作净化空气、消除污染的工厂,沼泽同样起到这种作用。另外,沼泽堆积物具有很大的吸附能力,污水或含重金属的工业废水,通过沼泽能吸附金属离子和有害成分。所以一些国家研究把沼泽作为消除城市污水、净化环境的重要途径。
沼泽蕴藏着丰富的动植物资源,是发展副业和多种经营的重要条件。沼泽中生长着大量的野生纤维植物,特别是芦苇资源,是中国造纸工业的重要原料,在国民经济中占有一定地位,如何利用沼泽的优势发展芦苇生产,是值得重视的问题。中国是森林覆盖率很低的国家,但每年仍需采伐大量木材用于造纸工业和其他建设的需要。可是作为造纸工业优质原料基地的芦苇沼泽,却花费大量的人力、物力和财力去开垦为耕地,这种不合理的开发,既浪费了资源,又破坏了生态平衡,更不符合中国社会主义建设的经济规律。因此,芦苇沼泽应给予很好的保护,加强人工管理,提高单位面积产量。对生长发育不良的芦苇沼泽应进行改造,创造适宜的生态环境,使芦苇面积扩大,满足社会日益增长的需要。沼泽区还是鸟类、鱼类栖息、繁殖和育肥的良好场所,许多珍禽每年来到沼泽地觅食、繁殖。1976年在三江平原调查,仅丹顶鹤就有300多只。沼泽中还有许多药用植物,如睡菜、水木贼、菖蒲、泽泻、慈菇、驴蹄草、菰等;在水体沼泽化的水面上,还有浮水药用植物,如善菜、萍蓬草、睡莲等。至于沼泽化草甸中的药用植物就更多了,由此可见,沼泽区资源丰富,种类繁多,适宜多种经营。
综上所述,沼泽具有净化空气,保护环境的作用,同时沼泽中还蕴藏着丰富的动植物资源。因此许多国家对沼泽的保护问题十分重视,制定了保护沼泽的条例和具体措施。如原苏联把沼泽的开发利用划分为开采泥炭、土地利用和保护等类型,并划定300多处沼泽保护区;德国在研究其南部的沼泽时,提出了要求保护的标准和优先保护的15个类型;第五届国际泥炭会议上,还重点地讨论了沼泽地及周围环境的保护问题。
由于沼泽保护的目的不同,如为了研究沼泽特性、形成和演化;为了保护水源;为了保护沼泽中的动植物资源;为了开辟旅游胜地……可以建立各种各样的沼泽保护区。
(1)沼泽科研保护区。中国幅员辽阔,自然条件复杂,沼泽类型多样。研究它们的发生发展机制,生态系统结构、特征和功能,为沼泽的合理开发提供科学依据,选择不同类型的沼泽作为科学研究基地。
(2)沼泽资源保护区。保护沼泽中的泥炭、芦苇、浆果、药用植物及各种鸟类、特别是珍禽等。目前中国对沼泽资源保护已经做了一些工作,但多服从于专门的目的。如黑龙江省扎龙的芦苇沼泽区,建立了丹顶鹤自然保护区;在新疆天山中部的巴音布鲁克,建立了裕勒都斯天鹅自然保护区;在青海沼泽区正筹建黑颈鹤自然保护区。最近在吉林省西部通榆的向海和镇赉莫莫格芦苇沼泽区,建立了鸟类自然保护区,在保护鸟类的同时,也保护了沼泽的生态环境。然而,对具有生产意义的面积广大的芦苇沼泽却不够重视。至今仍处于放任状态,芦苇面积日渐缩小,产量大幅度下降。至于从生态平衡角度出发保护沼泽,还没有提到日程上来。
(3)沼泽旅游地保护区。某些沼泽靠近河湖,水草丛生,适宜许多动植物生长和栖息,自然风景优美,可发展旅游业。在沼泽中设立专门的旅游路线,既可用于游览,又可保护沼泽。中国新疆博斯腾湖西侧的小湖区,芦苇沼泽生长繁茂,是沙漠中的绿洲,区内有苇、有水、有鱼、有鸟,风景引人入胜。真好似“芦花流水育然去,别有天地非人间”。
(4)泥疗保护区。沼泽中的泥炭、腐泥和矿泉水,可以建立泥疗疗养区。如黑龙江省五大连池附近的沼泽地,适宜建立这类保护区。
(四)沼泽合理开发利用的必要技术措施
沼泽地辟为耕地、牧场、宜林地及泥炭开采场,均需采取一些必须的措施。如排除沼泽中多余的水分,根据沼泽土壤特性进行土壤改良,在干旱季节进行灌溉及营造防护林等。
1.排水
(1)明渠排水开发沼泽首先要进行排水,修筑人工渠道,降低地下水位和承泄地表水。一般采用加速地表径流的方式,将蓄存在沼泽中多余的水排走。为了排水,首先要查清沼泽的补给水源及区域水文地质条件、综合自然条件、经营方式及经济条件,然后才能确定排水方式。
冲积水和坡积水补给的沼泽,多分布在河湖两岸的漫滩、阶地和沟谷中。改造这类沼泽要采取修堤筑坝,整治河道(疏浚河道,重点地段裁弯取直),沿山坡挖沟截流等办法拦截外水入侵,沼泽地中采用明渠排水,加速地表径流,将沼泽中多余水分排入江河。
地下水补给的沼泽,分布在地下水溢出地带和坡地中部。采取截潜流方法,切断水源,沼泽中采用明沟排水和井排等方式降低地下水位。
大气降水补给的沼泽,采用挖沟筑台,引水入沟和井排等方式进行排水。
中国人民在沼泽改造方面已取得不少经验。在河谷及沟谷内,一般采用干、支、斗三级沟渠为宜;支沟多垂直主沟,间距为100、150、200米,支沟较密的地方,第二年即可耕种。在坡麓地带,多沿等高线修筑截水沟,拦截坡面径流及切割潜流,避免坡水入川。吉林省安图县亮兵台,把截流沟的水,引入回水沟,延长水路,提高水温,灌溉改造沼泽地,取得一定成效。
(2)鼠道和暗管排水系统排水只能排除沼泽中的地表水,有些土质黏重、结构差、渗透不良的沼泽地,当春雪水融化和降水过后形成上层滞水,影响春播和秋收。为了排除土壤中多余的壤中水,常常采用鼠道或暗管排水方式。鼠道排水是在与田垄垂直的方向上打洞,鼠道深05~06米,洞径10~15厘米。三江平原采用鼠道排水,试验表明,地下水位比对照区降低20厘米,土壤水分低5%~10%。安徽省城西湖农场进行鼠道排水试验,连续降水4~5日,降水量在100毫米的情况下,雨后晴一日,收割机便可下地作业。
暗管排水,就是在地下埋置透水的管子代替鼠道,黑龙江省友谊农场采用芦苇扎成捆埋在深06~10米的沟底,枝梢向着下游,间距为10~20米,长度约100米,苇捆直径30~35厘米。试验结果表明,地下水位比对照区降低10~20厘米,土壤水分低于5%~10%,小麦产量提高了10%~50%,这种排水方式不仅可以排除土壤水,还有利于提高地温,促进土壤提前解冻,根系向深处生长,改善土壤通气状况,有利于已垦沼泽土壤的熟化。
(3)井排就是用深井进行排水。明渠排水在排水出路良好的地区可收到一定的效果,但在远离承泄区,且坡降很小,采用明渠排水不仅工程量大,投资多,而且效益的发挥也受到限制。宜采用井排方法来改造沼泽。井排就是将地表积水,引入井中泄入地面以下的含水层中。因此,井排要在适宜的地质条件下才能采用,主要是:要有适当厚度及良好导水性与富水性的含水层;地表水与地下水之间有一定的水头差;地下水的排泄条件较好。同时对排入井中的沼泽水,必须进行预处理,否则对地下水会造成污染,若含铁、锰和有机质较多,易产生井下堵塞。中国科学院长春地理研究所与黑龙江省国营农场总局建三江管理局协作,于1974年在三江平原中部建立3个试验场,开展井排改造沼泽的试验研究。1976年在七星农场开垦了沼泽和沼泽化土地1300亩,播种小麦和大豆,打试验井三眼,当年8月5日降20年未遇的大暴雨115毫米,经28小时井排,将11217立方米的田间积水排入地下,保证了农田未受涝害,结果试验场小麦单产比邻队高329%。根据在三江平原进行水文地质条件调查,完达山以北,井排适宜区和井排稍差区共3200万亩,占平原面积的519%。
(4)挖沟筑台这是改造沼泽育林和变为耕地经常采用的一种小型田间排水工程。由于挖沟筑台时沟深和台的形状不同,又分为方田、条田、方条田、打大垄、筑高床和垛田等等,田间末级排水沟把耕地划成了规格的几何图形,就叫方田。方田一般宽400~600米,长500~1000米。在固定排水网的基础上,每隔一定距离,顺着垄向拉沟,这些小沟把方田切成一条条的,就叫条田。条田实际上就是水分的田间调节网,条田沟距一般为60~110米,沟深在06~10米。黑龙江省带岭林业实验站,在沼泽地上采取打大垄和筑高台等排水措施(根据地形条件挖沟作垄),垄高06米,顶宽1米,沟深06米;筑高床,挖沟筑成长宽各1米或长2米宽1米的高床,在垄上和床上育林,均收到良好的效果。江苏北部里下河一带挖深沟(修成河道),筑高台(台上种地)改造沼泽,当地群众叫“垛田”,即用土垛起来的田地。垛田高出水面5~10米,台面大小不一,沟内可以行船。把原来的沼泽地变成了水网纵横,田块棋布,涝年不怕水,早年有水浇,旱涝保收的稳产高产田。
由于改造沼泽的目的不同,排水定额也有很大差异。据国外研究认为,在80厘米厚的泥炭沼泽上试验,排水定额对作物产量有密切关系。他们的结论是,农田排水最大定额为220~260米(深度),最小定额在06~10米,最优定额12~13米。同时在不同作物,各发育期,对农田水分也有不同的要求。正确的排水是,既排出了沼泽中多余的水分,又能保证根系(作物、树木、牧草)发育期适当的水分需求。因此,在沼泽排水时,必须进行排水定额的计算。
沼泽地排水后地下水位下降,土壤中充满了空气,土壤中原有的微生物区系发生变化,沼泽所特有的嫌气条件被好气环境所代替。在好气性细菌的作用下,促进了有机残体的分解和有效养分的释放。由于微生物活动增强,胶体物质发生凝固现象。因此,土壤具有多孔性、团黏性和结构性。排水后降低了土壤的比热和热容性,使土壤温度提高了。某些亚氧化物在空气和氧气的作用下,改变其对作物有害的性质,如一氧化铁变成了三氧化铁。在排水的影响下,地下水位变化幅度变小了,减少了土壤中灰分物质和氮素的流失。总之,通过排水使沼泽土壤某些物理和化学特性发生了变化。
2.土壤改良
沼泽排水后,如果辟为耕地,必须采取一系列加速土壤熟化的措施。
(1)整地与晒筏虽然沼泽地势低平,坡降很小,但仍有微小起伏。中国北方及高寒山区沼泽,各种微地貌十分发育,因此在沼泽排水后,应先清除沼泽中杂草、树根,用推土机铲除较大的草丘。若考虑机耕和灌溉,还必须平整土地;改沼育林,可结合田间排水工程一起进行。由于沼泽土壤长期处于过湿的还原状态,一些矿物质因缺氧而形成有毒化合物,如硫化氢、甲烷、一氧化碳等。所以沼泽地在排水和整地后,应翻地晒筏,改变其还原状况,排出有毒化合物,同时有利于有机残体的分解,释放土壤中可被植物吸收的矿物质,提高土壤温度,促进水分蒸发。根据三江平原沼泽地开垦的经验,晒筏之后,应适时将筏耙碎,一般要耙4~6次,这样有利于改善土壤的通气状况,促进土壤熟化。
(2)加土与施肥根据沼泽土壤类型不同,有的加沙土、河淤土,有的加黄土。如黑龙江省集贤县农丰大队,1974年向400亩潜育沼泽土中,加沙土5000立方米,使300亩小麦铺了底沙,亩产达520斤,比未掺沙的耕地增产了30%,其中30亩掺沙较多的地块,小麦亩产达710斤。吉林省舒兰县,在30~60厘米的泥炭沼泽土上,加黄土两次,深翻3次,泥炭与黄土混合均匀各达50%,5年后亩产水稻500余斤,基本上克服了养分不均匀,不扎根,贪青不结实等缺点,而且当沼泽地熟化后,后劲很足,少施肥也可增产。利用河水含沙自然淤积的规律,采用放淤办法,向沼泽地中加入河淤泥沙。首先用堤埂把沼泽地分成若干地段,以闸控制洪水及河水出入进行放淤。由于淤积的泥沙肥力高,可改变沼泽土壤的结构及养分状况,促进土壤熟化。
沼泽地排水后进行垦殖,还必须施加一些肥料。中国辟为耕地的沼泽多为富营养沼泽,通常含有较丰富的石灰质,但缺乏钾、磷、铜和硼,如施加少量这类肥料,可使产量显着提高;潜育沼泽还应施加有机肥,特别是开垦数年后,效果更好。
加土和施肥有利于改善沼泽土壤的水分和通气状况,促进微生物活动,促进有机残体的分解和土壤中各种养分的平衡。
3.灌溉
有人认为沼泽地多水,排水后不需要灌溉,实际上并非如此。沼泽地改为耕地后,虽然水分仍较多,但是在干旱年和一年中的某些季节里,也有干旱现象。为了提高作物的产量,建立稳产高产农田,排水后的沼泽耕地,也必须考虑灌溉问题。
三江平原是中国沼泽辟为耕地面积较大的地区,历史上该区有干旱与洪涝周期交替的规律,近期1975~1980年间连续干旱,许多常年积水的沼泽已干涸,改为耕地的沼泽也因干旱大幅度减产。即使在正常年份,本区春早也较重,有“十年七春旱”之说,春旱不利于大田播种和出苗,对小麦的分蘖和拔节影响很大;这里还经常发生伏旱。为了解决这一问题,中国科学院长春地理研究所在开展井排试验的同时,进行井灌的试验研究,使一井两用,遇涝能排,遇早能灌,排灌结合。这样投资少,占地少,见效快,而且能促进地表水和地下水的相互转化,达到综合利用水资源的目的。
对沼泽草场,苇场在适当时期进行灌溉和施肥,能提高牧草和芦苇的产量与质量。西藏那曲县红旗乡在大嵩草沼泽牧场上灌溉和施肥后,产草量比原来增长1~2倍。
4.蕾造防护林
沼泽地大面积开垦后,改变了原有的多水、地面覆被率很高的生态环境,往往会发生风害和水土流失。近些年来,特别是20世纪50年代以来,三江平原大面积开发沼泽和沼泽化草甸,平原区的森林也遭破坏,近些年来,本区风蚀普遍,在比较干旱的春季,常常是烟尘弥漫,遮天蔽日,整个平原有60%耕地遭到程度不同的风蚀。在阶地、山前倾斜平原和丘陵区水土流失更为严重。据初步调查,水蚀面积达1200万亩,占现有耕地面积的26%。因此,在有计划、合理开发沼泽的同时,必须营造防风林,大量植树、种草,从而建立新的生态平衡。