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泥炭地的碳盈余

2018-03-20 00:44:56 《森林与人类》 2018年12期

杨盼盼

泥炭地生态系统中,植物生产量超过植物被微生物分解的量便会出现碳盈余,形成泥炭。

泥炭中沉寂百年的植物种子和孢子仍可萌芽生长

泥炭义称草炭或泥煤,是在高湿厌氧环境下由死亡后尚术完仝分解的植物残体和腐殖质组成的非均质混合物,是泥炭地特有的闩然产物。通常泥炭的有机质含量在30%以上,主要由同相的干物质(有机质和矿物质)、液相的水分以及气体(甲烷等)组成。矿物质主要米源于原生成炭植物体小身以及水、风及其他动力因素携带而米的矿物杂质。有机质主要米闩动植物残体及其分解物质,比如蛋白质、果胶、纤维素、半纤维素、脂肪、树脂、木质素、角质和木栓质等。实际上,新鲜泥炭中会存在没有分解掉的植物的根、茎、叶、果实等,神奇的是某些植物的种子和孢子,例如莲的种子、泥炭鲜孢子,可以在泥炭中沉寂百年,仍然保留萌发活力,若遇到适宜的环境,可以像新鲜种子和孢子一般迅速生长。

植物生产量超过分解量就出现碳盈余

泥炭一般形成于第四纪,并且现代仍可由自然界得到缓慢补充。地球上泥炭大多以每年约1毫米的速度缓慢积累,进而形成现代泥炭地规模。泥炭地生态系统最为显著的特点是其在一段时间内存在相对缓慢的正碳循环,即碳积累过程。这种不平衡的碳循环得益于生态系统中植物生产量超过了植物被微生物分解的量,从而出现碳盈余,形成了泥炭。

在泥炭积累的过程中,围绕其周同的水由于热容量大,温度较低,再加上气体在水中的扩散速率有限,氧气稀薄,可利用性低,抑制了微生物活动,导致死亡的有机物质的分解率降低,成为限制植物残体分解也就是促进泥炭积累最重要的外部因素。除了水之外,植物残体分解的能力因物种(芦苇和香蒲)、植物部位(如根茎和花)和物质(如蜡和糖)而有所差异。这就意味着一些植物物种、器官和物质比其他植物更倾向于积累泥炭,就物种而言,如莎草、泥炭藓和其他苔鲜以及木本植物的大量出现促进了泥炭的积累和形成。

由于泥炭形成的环境不同,植物残体分解速度和难易程度也有所不同,类型也有较大差异,按照组成泥炭的植物类型可以将其分为草本泥炭、木本泥炭和藓类泥炭。这些不同植物形成的泥炭,其颜色有较大差异。通常草本泥炭多数呈棕包、棕褐色、褐包,木本泥炭以暗褐和暗红色为主,以泥炭藓为主的泥炭则会呈较浅的颜色,多呈浅黄或黄色,甚至有时会出现白色。除了按照植物组成进行分类外,泥炭根据分解度可分为弱分解泥炭、中分解泥炭和强分解泥炭,根据营养状况分为贫营养泥炭、中营养泥炭、富营养泥炭。

中国的泥炭主要在青藏云贵

泥炭遍布各大洲,从热带到北极地区,从海平面到高山地区均有分布。但由于世界自然条件复杂性,泥炭的分布具有不平衡性和不均一性。据估计,目前地球上有400万平方公里(约占陆地面积的3%)的地区被泥炭覆盖。世界范围内除南极洲外,其他各大洲皆有泥炭分布,但主要集中分布于横贯北半球大陆的温带森林地带,如北美洲的加拿大和阿拉斯加、欧洲北部和亚洲的西西伯利亚,该带泥炭沼泽分布广泛、类型多样,泥炭地面积占本带总面积的8%,是世界泥炭资源最为集中、丰富的区域。此外在非洲大陆的刚果盆地、亚洲东南亚地区的印度尼西亚、马来群岛等地也存在着大量堆积的不连续泥炭层。

同世界泥炭分布大体一致,我国泥炭资源较为丰富,广泛分布于全国各地,但其空间分布甚不均衡,在分散中具有相对的集中,整体呈西多东少、北多南少的特点。据估计中国泥炭资源储量为46亿余吨,其中西部青藏高原和云贵高原就占资源总量的72%。此外,长江中下游平原约占资源总量的10%,东北兴安岭、长白山山地、二三江平原和内蒙高原东部共约占资源总量的8.5%,天山山地和东南丘陵约占资源总量的4%,柴达木盆地及华北的内蒙古高原西部至今均未发现有泥炭矿产蕴藏。

泥炭保存历史上植被和气候的记录

泥炭是通过泥炭化过程形成和积累在泥炭地中的天然生成物,属于典型的自然资源,有多种利用途径。随着社会进步和科技发展,人类对泥炭资源的认识和开发利用的范同、规模、种类和数量都在不断扩大和增多。泥炭在农业、工业、能源、化工、医药卫生、科学研究等方面有广泛的利用前景,具有一定经济效益和社会效益。

泥炭地中储存着大量的有机碳。碳储量远远超过其他陆地生态系统。对于减缓全球变暖、维持碳平衡具有十分重要的作用。此外泥炭地由于獨特的物理化学性质,具有均化洪水、降解污染、调节局地气候、控制侵蚀等多种环境功能。

泥炭通常是其他化石燃料(如煤,尤其是褐煤等低品位煤)地质形成的第一步,因而早期传统的泥炭利用方式主要是作为一种能源矿产,用作煤或木材的替代燃料,是世界上某些地区的重要燃料来源。在农业方面,由于其富含有机质以及植物生长所需要的营养元素,可直接作肥料以及作为腐殖酸类肥料、混合肥、营养土和营养钵等的原料,用于农业和园艺生产。泥炭腐殖酸及其盐类不仅在农业上,而且在工业中也有广泛应用,可以作为建筑材料、化工原料等。此外,泥炭的原生沉积过程经历了数千年,保存了过去的动植物残体,如有壳变形虫、花粉、硅藻,记录着古环境信息。根据存储在泥炭地中的某些动植物残体的特征,推测过去的植被和气候,为人类重建过去的环境、研究人类土地利用的变化和预测未来气候提供依据和可能,从而为应对全球气候变化提出合理建议。

泥炭地河道弯曲,水草丛生,湿地景观优美

作为泥炭载体的泥炭地同样是自然环境的组成要素,它是含有泥炭层(土壤)的湿地,本质特征是有一定厚度的泥炭积累,一般情况下泥炭层的深度(不包括植物层的厚度)在排水时必须至少是20厘米,在不排水时泥炭层深度至少为30厘米,性质复杂,所以泥炭地同样具有多种功能和利用途径。泥炭地中储存着大量的有机碳,其碳储量远远超过其他陆地生态系统,甚至连北美西部拥有世界上最高树木的巨型针叶林,其每公顷土地的泥炭量也只有泥炭地的一半。泥炭地占地球总陆地碳储量的25%,是世界森林生物量中碳储量的两倍,对于减缓全球变暖,维持碳平衡具有十分重要的作用。此外,泥炭地由于其独特的物理化学性质,具有均化洪水、降解污染、调节局地气候、控制侵蚀等多种环境功能。对介于水体与陆地之问的过渡客体,半水半陆的独特生态系统一一泥炭地系统而言,其植物群落、动物群落和微生物类群具有明显的水陆相兼性和过渡性,生物多样性丰富,是某些特定种类植物的家园,包括泥炭藓、杜鹃花灌木和莎草,具有维持全球生物多样性的功能。目前,泥炭地开发主要集中在农业、林业以及旅游业等。工业革命后,人口迅速增加,对耕地需求增大,大量泥炭地被开发为耕地,增加了耕地面积,一定程度上缓解了人地矛盾。到20世纪中叶,因各国对木材需求量激增,为提高木材供给量,许多国家开始对泥炭地进行排水造林,据调查全球泥炭地排水造林面积约为15万平方公里。在旅游业开发方面,由于泥炭地动物种类丰富、植被类型多样而富有灵性,泥炭地景观别具一格,河道弯曲,水草丛生,空气清新,发展旅游业正成为泥炭地开发的新方向。

珍惜宝贵的泥炭地

随着近年来人类活动对泥炭地破坏的加剧以及全球变暖的影响,全球各个泥炭地的面积正在不断锐减,泥炭地资源受到严重破坏,丧失了应有的基本特性和功能效益。据估计全球未受干扰的原生泥炭地为3000-4500万公顷,仅占全球泥炭地资源的10%-12%。全球环境中心的研究结果显示,印度尼西亚的泥炭地有2100万公顷,其中已有900万公顷被排干,积累的泥炭正在分解或者已被燃烧殆尽,以用于农业和林业开发。芬兰则把大面积的泥炭地改造为耕地、林地和牧场,据调查全芬兰有20%的耕地是由其开垦而来。由于人类对泥炭地这一自然柄息地的负面影响的增加,一方面造成泥炭地面积大幅度缩减,促进泥炭的分解,加速了二氧化碳的释放。据估计如果全球泥炭地储存的碳全部释放到大气中,则全球平均气温升高0.8°C-2.5°C。另一方面,导致泥炭地中的生物多样性降低,尤其是典型的湿地生物物种的减少,再加上全球变暖使泥炭藓减少,从而使得它对微生物群落的监管作用下降,导致微生物食物链的缩短,并使食物链成分发生改变,进而影响生物群落结构,破坏了泥炭地生态系统平衡。因此在全球变暖的背景下,泥炭资源的合理开发和保护对于经济和环境的可持续发展显得尤为重要。

针对泥炭资源的新用法及新兴产业的兴起,要重新制定泥炭资源的评价体系,进行新的泥炭资源地质调查和综合评价工作,以期达到泥炭资源的最大利用率。另外,政府可加强对泥炭资源开发的科学投人、保护和管理,允许当地人参与对泥炭进行科学开发和规划,针对商业开采价值大的泥炭地,提倡用科学的方法进行开发。结合生态学原理,对开发后的废弃泥炭地进行及时恢复,保护泥炭地植被,修复受损泥炭地系统,重建泥炭地的碳循环过程,以求经济、环境效益的双赢。

责任编辑/杨晶