张卉等-NC：气候变化导致泥炭地变干还是变湿？

泥炭地是重要的陆地碳库，其储存的碳约为全球森林植被碳储量的两倍（图1）。因此，泥炭地在调节区域环境、缓解全球气候变化方面发挥着关键作用。 

长期淹水营造的厌氧特性是泥炭地形成巨大碳库的主要原因，而泥炭地水位正是决定其碳吸收-释放净预算以及气候反馈效应的最关键因素。然而，泥炭地水位受多种因子，如降水、蒸发、地表径流、冻土活动、自生演替等的综合影响，很难进行准确地模拟预测；这使得在气候变化背景下，泥炭地水位变化成为学术界关注的焦点。研究过去泥炭地水位演变的规律不仅可以明确泥炭地水位变化对全球气候变化的响应规律，而且也可以为未来泥炭地水位模拟预测提供准确的“历史相似型”。 

图1 高纬泥炭地景观。右图显示冻土导致了泥炭地表面抬升（左图/张卉，右图/Sanna Piilo）

　　中国科学院地质与地球物理研究所新生代地质与环境院重点实验室张卉副研究员、郭正堂研究员、谭宁副研究员，联合国内外学者对中高纬地区103个泥炭地样点过去400年以来的水位变化趋势进行了系统分析（图2）。他们通过采集泥炭钻孔，利用AMS¹⁴C、²¹⁰Pb、¹³⁷Cs、火山灰等定年手段建立了钻孔的高精度年代序列，以有壳变形虫作为水位代用指标重建了水位演变序列，同时结合现代气象数据，明晰了在近现代气候变化影响下，中高纬地区泥炭地（北方泥炭地）水位的演变规律。 

图2 研究样点分布。不同底色代表不同冻土分布带

　　研究结果显示，过去400年以来，中高纬地区泥炭地干湿变化主要发生自小冰期结束以来的暖期，其中约有54%出现明显变干趋势，而32%出现明显变湿趋势（图3），有冻土分布的泥炭地则在变湿之前出现了显著的变干现象。而不同研究点出现干湿变化的起始时间具有较明显的差异。 

图3 （a-c）非冻土地区和（d-f）冻土地区过去400年来泥炭地水位（water-table depth, WTD）演变类型。每组演变类型包含多个相同演变趋势的钻孔。蓝色曲线和阴影为LOESS模型揭示的每组整体的变化趋势，箭头表示变点检测识别的每组的干湿变化时间点。小提琴图显示每组里面包含的单个钻孔的干湿变化时间点

　　此外，通过比较水位变化与区域气候数据，他们还发现气候变化，尤其是夏季增温与泥炭地水位变化关系紧密（图4）。例如，相较于其他区域，加拿大东北部增温幅度最小，泥炭地变湿现象也最为普遍（图4a）。除此以外，泥炭地的干湿变化与其当地的生态环境因素和自生过程密切相关，例如在有冻土分布的泥炭地，气候变化可通过影响冻土活动来间接影响泥炭地水位变化——冻土形成会造成泥炭地表面抬升（图1右）变干，而冻土融化则可以导致泥炭地变湿。 

图4 泥炭地水位（WTD）变化与夏季温度（a, b）、降水（c, d）变化比较。图中水位、温度、降水值为1963–2012平均值与1851–1900平均值的差值。为了避免研究点重叠，部分区域的坐标点采取了环形点位移设置

　　该项研究揭示了泥炭地对气候变化的敏感性以及响应复杂性；在气候变化背景下，泥炭地的水位可呈现多种变化趋势。由此可见，在未来气候变化影响下，泥炭地水位波动及其碳源汇过程的变化趋势仍具有很大的不确定性，而该研究结果表明厘清泥炭地的异质性亟需成为未来研究的重点。 

　　研究成果发表于国际学术期刊Nature Communications（张卉*，Valiranta M*, Swindles G T, et al. Recent climate change has driven divergent hydrological shifts in high-latitude peatlands[J]. Nature Communications, 13: 4959. DOI：10.1038/s41467-022-32711-4）。研究受国家自然科学基金基础中心项目（41888101）等多个国内外项目共同资助。 

文章来源：中科院地质地球所