蘭州大學大氣科學學院研究團隊在人類活動對區(qū)域和全球泥炭地溫室氣體排放的影響上取得系列進展

泥炭地是在長期淹水厭氧環(huán)境下有機質(zhì)分解受抑制而導致泥炭層逐漸積累而發(fā)育形成的一類濕地生態(tài)系統(tǒng)，是地球上最具價值的生態(tài)系統(tǒng)類型之一，其在生物多樣性保護、水凈化和水循環(huán)調(diào)控、固碳和減緩氣候變化等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。泥炭地僅占全球陸地表面積的~2.84%（約4百萬平方公里），卻是全球陸地生態(tài)系統(tǒng)中至關(guān)重要的土壤碳庫，其土壤碳儲量達5000–7000億噸碳，占全球陸地土壤碳儲量（15000–24000億噸碳）的21–47%，接近于全球大氣總碳庫（8600億噸碳）和森林生態(tài)系統(tǒng)總碳庫（7910–9270 億噸碳）。因此，自然泥炭地被認為是長久且重要的陸地碳匯，在全球?qū)崿F(xiàn)基于自然的“碳中和”解決方案和氣候行動聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標中發(fā)揮著重要作用。

然而，過去百年來全球泥炭地受到了人為排水活動和氣候變干的廣泛影響，大約50%的歐洲泥炭地受到了人為排水活動的劇烈影響，50–75%的東南亞（亞）熱帶泥炭地經(jīng)歷了人為排水，43.5%的若爾蓋高原高寒泥炭地（是我國乃至全世界最廣袤的高原泥炭沼澤復(fù)合體之一，是我國最大的高原泥炭沼澤分布區(qū)）受到了人為排水活動的影響。據(jù)統(tǒng)計，全球大約11–13%的泥炭地受到了人為排水活動的影響。泥炭地排水后主要用于農(nóng)作物種植、家畜放牧、牧草生產(chǎn)、林業(yè)經(jīng)營或泥炭開采。排水活動引起泥炭地水位劇烈下降，導致厭氧環(huán)境下上萬年才積累生成的泥炭土直接暴漏在大氣中而被快速氧化分解，釋放出大量的溫室氣體如二氧化碳（CO2）和氧化亞氮（N2O），造成全球變暖，還引發(fā)泥炭地的大規(guī)模塌陷，顯著改變地表形態(tài)，破壞土壤結(jié)構(gòu)，為其生態(tài)恢復(fù)帶來極大的難度。然而直到目前，關(guān)于人為排水后泥炭地土壤碳的大量釋放（即土壤呼吸）來源于泥炭地土壤氧化分解（即土壤異養(yǎng)呼吸）還是泥炭地植物地下根系呼吸（即土壤自養(yǎng)呼吸）抑或二者都很重要，還缺乏明確的認識。更缺乏對人為排水活動下泥炭地水位下降、土壤碳排放和地表塌陷速率間的穩(wěn)健定量關(guān)系的構(gòu)建，導致人為排水活動引起的全球泥炭地土壤碳排放量（土壤呼吸及其組分土壤異養(yǎng)呼吸和自養(yǎng)呼吸）和地表塌陷速率缺乏精細定量，嚴重制約了人類對排水泥炭地在全球碳排放中重要性的認識。

針對以上關(guān)鍵科學問題，蘭州大學大氣科學學院地氣相互作用與全球變化團隊馬磊青年研究員和左洪超教授使用薈萃分析（Meta-analysis）和自舉重采樣（Bootstrap-resampling）以及全球尺度擴展（Global upscaling）等方法，首次明確了人為排水導致的水位下降主要通過促進土壤異養(yǎng)呼吸而非自養(yǎng)呼吸而促進土壤呼吸（圖1），從而引起泥炭地地表的大規(guī)模塌陷，且這種級聯(lián)效應(yīng)廣泛存在于全球不同氣候帶不同土地利用類型之中（人為排水后的不同土地利用方式如農(nóng)田、草地）（圖2）。在此基礎(chǔ)上，研究團隊構(gòu)建了基于地表塌陷速率計算全球不同氣候帶、泥炭地不同土地利用類型的年土壤異養(yǎng)呼吸排放量的公式，精細估算了由人為排水活動引起的土壤異養(yǎng)呼吸年排放量空間分布特征和全球總排放量（圖3和表1），結(jié)合土壤異養(yǎng)呼吸占土壤呼吸的比例（圖4），估算了人為排水活動引起的全球泥炭地土壤呼吸年排放總量為23.6（14.7–37.6）億噸 CO2。結(jié)果表明，受人為排水活動影響的全球泥炭地以僅占全球陸表的~0.3%的面積，卻貢獻了全球土地利用變化年CO2總排放量（168.7億噸CO2）的~14%（8.7–22%），貢獻了全球化石燃料和土地利用變化年CO2總排放量（513.3億噸CO2）的~4.6%（3.0–7.3%）。這些研究結(jié)果突顯了保護自然泥炭地和恢復(fù)退化泥炭地對減緩氣候變化的重要作用。