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沼泽碳汇

2018-03-20 00:44:56 《森林与人类》 2018年12期

刘宁

沼泽是在多水条件下形成的特殊生态系统。泥炭则是沼泽特有的有机产物。储存着大量的碳元素。是碳循环的重要参与者。

有明显的潜育层

我们生活的地球有诸多形态各异的自然景观,沼泽就是其中之一。如今学者们对于沼泽的定义还有一些分歧,一般狭义上的沼泽仅指泥炭沼泽,而广义上的沼泽还包含无泥炭沼泽。中国学者根据中国所有类型沼泽的特征,认为沼泽是一种特殊的自然综合体,具有3个基本特征:(1)受淡水或咸水影响,地表经常过湿或有薄层积水。(2)生长沼生和部分湿生、水生或盐生植物。(3)有泥炭层积累或无泥炭积累而仅有草根层和腐殖质层,但土壤剖面中均有明显的潜育层。

中国是世界上沼泽最丰富的国家之一,有沼泽约2173.29万公顷,全国各地均有分布。东北的兴安岭、长白山和三江平原有大量集中的沼泽,素有“北大荒”“棒打狍子瓢舀鱼”等说法。位于青藏高原东北部的若尔盖沼泽更是大名鼎鼎,当年中国工农红军长征在这里“过草地”时留下了许多脍炙人口的事迹。北疆山地中也有如博斯腾湖区这样面积较大的沼泽。但除了这些沼泽集中分布区域外,中国其他地区的沼泽大多面积较小且分布零散。

沼泽的形成是多方面因素共同作用的结果,有地质地貌、气候、水文、植被和土壤这些自然因素,也有人为因素。人类采伐森林形成的采伐迹地沼泽化,修建水库和水利没施导致的沼泽化,都是较为常见的沼泽化过程。由人类活动造成的沼泽特点是分布较广但面积小、数量少。

由于沼泽形成原因复杂,类型较多,日前国际上还没有统一的分类标准,学者们从各自的专业角度出发,建立了不同的分类体系。目前国内外沼泽分类大致有单要素分类、应用分类和综合分类3种。单要素分类可以按照水源补给分为大气降水沼泽和潜水沼泽,按照有无泥炭积累分为泥炭沼泽和潜育沼泽,按照植被特征划分成多个植被沼泽组等。应用分类是根据某种应用方面的需求来对沼泽进行分类,以便开发利用和保护。综合分类是根据沼泽成因、发育过程、理化件质、植被类型等综合指标拟定的分类系统,是多级分类。

是资源也是景观

沼泽是自然资源的宝库,其中蕴含的水土资源、生物资源和泥炭资源都是非常珍贵的,同时沼泽独有的自然景观也是相当优质的旅游资源。

沼泽是在多水的条件下形成的,沼泽中的泥炭层也有很强的持水能力,使沼泽具有丰沛的水资源。沼泽水富含腐殖质和有机酸等有机物,一般偏酸性,虽然不适合饮用,但是可以作为农业供水的水源。此外,沼泽由于持水能力强,具有蓄水、调节气候和河川径流的功能。

四川省阿坝县的曼扎塘湿地位于阿坝县东北部,是黄河水系源头涵养区高原湿地,也是中国最大的高原湿地——若尔盖草原湿地的主要组成部分。河水在湿地中缓缓流向远处地平线,勾勒出草原湿地的壮阔美景。

沼泽是一种特殊的生态系统,为许多特有动植物创造了有利的生长条件。中国有约1600余种沼泽植物,包含芦苇等纤维植物,香蒲、泥炭藓等药用植物和越橘、杜香等食用或香料植物等几个具有较高价值的植物类型。沼泽还是鱼类和各种水鸟的柄息地,中国的沼泽有鹤、鹳、鹭、雁等水鸟约15科160余种。沼泽中还有麝鼠这种能出产珍贵毛皮和香料的高价值兽类。沼泽生物既有极高的经济价值,也有作为物种基因库的科研价值。

泥炭是沼泽特有的有机产物,是沼泽环境中植物残体在复杂条件下形成的,能作为肥料,也能提取出多种药用物质,还能作为廉价的吸附材料用以净化水体。但泥炭也是沼泽能储存大量碳元素的关键所在,因此在开发时需注意造成的生态影响,以免沼泽碳汇功能退化。

多数天然沼泽是碳的净汇

沼泽,特别是北半球的泥炭沼泽,是全球碳循环的重要参与者。沼泽是二氧化碳汇,沼泽植物通过光合作用将大气中的碳储存在体内后,在沼泽的特殊环境下泥炭化,将大气中的碳以泥炭这种较为稳定的形式储存下来。但沼泽又是甲烷源,各类产甲烷菌会分解富含有机质的沼泽土,并向大气中释放甲烷。甲烷是一种很强的温室气体,造成的温室效应是二氧化碳的21倍。因此沼泽究竟是碳源还是碳汇,对温室效应究竟是正面还是负面影响,取决于其二氧化碳净汇和甲烷释放之间的动态平衡,这个平衡受沼泽植被、水义条件等影响。

沼泽中的碳元素主要储存在泥炭和植物中,泥炭中储存的碳约占98.5%,而植物中储存的碳仅占1.5%。泥炭层达到一定厚度的沼泽就可称为泥炭地,全球范围内多数沼泽都是泥炭地(但中国情况特殊,有大量沼泽处于较低纬度上,是无泥炭积累的潜育沼泽)。现有统计表明泥炭地大约覆盖了5%的陆地面积,占全球湿地面积的50%-70%,因此对沼泽碳汇的研究大多集中在泥炭地。泥炭地的碳汇可由其泥炭积累速率反映,但是泥炭地碳累积是一个长期过程,无法直接测量出距今千年、万年前的碳吸收与释放,只能通过问接手段估算泥炭地在历史时期的碳积累。科学家通过计算不同深度泥炭层的年龄来估算泥炭积累速率,首先将各个国家和地区的泥炭地分布信息汇总成泥炭地分布图,在确定了泥炭分布后,采用碳14测年法测定泥炭的年龄,并以此推算泥炭的积累速率。推算出的数据经过频率直方图等方法进一步校准,并与同一地区的泥炭地做横向对比,得出区域均值,以此分析泥炭的积累速率、泥炭地面积的扩张情况等。除此之外,测定泥炭地植物的光合、呼吸作用来计算净初级生产力,再计算泥炭地的分解作用,通过这些数据反映的泥炭地二氧化碳通量及甲烷通量,也可以估算泥炭地的碳通量,進而估算泥炭地的碳累积速率。

有许多学者都对泥炭地的碳储量进行过估算,得出一个较权威的结果:当今北方泥炭地碳储量约547吉吨,热带泥炭地碳储量约50吉吨(1吉吨=10吨9平方),全球泥炭地的碳储量约为陆地碳库的1/3。对于泥炭地碳储量的估计值在不同文献中有一定差异,但总体而言是相似的。虽然泥炭地的碳汇强度随着时间推移会有很大的变化,但是现有的研究仍然表明,整个全新世期间泥炭地积累的碳超过600吉吨,以百年为单位的长期持续碳汇也超过5吉吨。尽管沼泽有释放甲烷的情况,但多数沼泽的二氧化碳同定都远大于甲烷释放,碳作为有机质大量储存在沼泽的土壤中。在这种情况下,多数天然沼泽都是碳的净汇,对减少大气中温室气体有正面的贡献。

气候变化是否影响沼泽碳汇

全球气候变化是一个当前的热门问题,在北半球表现为普遍的变暖现象,高纬度地区温度增幅尤其明显。而在全球变化中温度显著升高的北方地区恰好是泥炭地分布最密集的地区,泥炭地碳汇受气候变化影响是相当大的。

能影响沼泽碳汇的气候变化主要体现在气温升高和大气二氧化碳浓度提高上,这些因素对沼泽碳汇的影响是多方面的:影响植物的光合作用与呼吸作用,影响植物与大气问的碳循环,甲烷菌、放线菌等微生物活动变化,沼泽甲烷释放随着温度升高而增加,永久冻土层发生变化,土壤的氧化与还原受到影响,气温、降水等改变影响地表径流,进而影响水义环境。这些因素都会改变沼泽与大气之间碳循环的动态平衡,沼泽有可能同定更多的碳,碳汇作用增强,也可能释放更多的碳,从碳汇转为碳源。

气候变化对沼泽碳汇的影响会因地区的其他环境因素而变化,如芬兰就在实验中发现,在大气二氧化碳浓度升高的情况下,湿润年份的碳累积会增加并补偿因甲烷排放增加带来的温室效应,而干旱年份则会出现碳累积减少、甲烷排放增加的情况。该实验反映碳汇处于二氧化碳浓度与水文条件的共同影响下,两者需要综合考虑。

正因为气候变化对沼泽碳汇的影响十分复杂,目前学者们对于未来气候变化对沼泽碳汇的影响持不同的意见。有学者认为温度升高对泥炭地碳储量的影响很小,也有学者认为未来气温升高会导致北方泥炭地退化,沿海泥炭地被上升的海平面淹没,最终使泥炭地排放的温室气体增加,转化为碳源。还有学者指出气候变化会导致自然火灾发生的频率增大,火灾会使原本储存在沼泽中的碳燃烧成为二氧化碳,从而导致温室气体释放增多。总之,气候变化对沼泽碳汇的影响与机制仍未完全探明,在将来的许多年里都会是一个热门的科学问题。

沼泽是在多水的条件下形成的。沼泽中的泥炭层也有很强的持水能力。使沼泽具有丰沛的水资源。具有蓄水、调节气候和河川径流的功能。沼泽水富含腐殖质和有机酸等有机物。司作为农业供水的水源。