兰州大学大气科学学院研究团队在人类活动对区域和全球泥炭地温室气体排放的影响上取得系列进展

泥炭地是在长期淹水厌氧环境下有机质分解受抑制而导致泥炭层逐渐积累而发育形成的一类湿地生态系统，是地球上最具价值的生态系统类型之一，其在生物多样性保护、水净化和水循环调控、固碳和减缓气候变化等方面发挥着至关重要的作用。泥炭地仅占全球陆地表面积的~2.84%（约4百万平方公里），却是全球陆地生态系统中至关重要的土壤碳库，其土壤碳储量达5000–7000亿吨碳，占全球陆地土壤碳储量（15000–24000亿吨碳）的21–47%，接近于全球大气总碳库（8600亿吨碳）和森林生态系统总碳库（7910–9270 亿吨碳）。因此，自然泥炭地被认为是长久且重要的陆地碳汇，在全球实现基于自然的“碳中和”解决方案和气候行动联合国可持续发展目标中发挥着重要作用。

然而，过去百年来全球泥炭地受到了人为排水活动和气候变干的广泛影响，大约50%的欧洲泥炭地受到了人为排水活动的剧烈影响，50–75%的东南亚（亚）热带泥炭地经历了人为排水，43.5%的若尔盖高原高寒泥炭地（是我国乃至全世界最广袤的高原泥炭沼泽复合体之一，是我国最大的高原泥炭沼泽分布区）受到了人为排水活动的影响。据统计，全球大约11–13%的泥炭地受到了人为排水活动的影响。泥炭地排水后主要用于农作物种植、家畜放牧、牧草生产、林业经营或泥炭开采。排水活动引起泥炭地水位剧烈下降，导致厌氧环境下上万年才积累生成的泥炭土直接暴漏在大气中而被快速氧化分解，释放出大量的温室气体如二氧化碳（CO2）和氧化亚氮（N2O），造成全球变暖，还引发泥炭地的大规模塌陷，显著改变地表形态，破坏土壤结构，为其生态恢复带来极大的难度。然而直到目前，关于人为排水后泥炭地土壤碳的大量释放（即土壤呼吸）来源于泥炭地土壤氧化分解（即土壤异养呼吸）还是泥炭地植物地下根系呼吸（即土壤自养呼吸）抑或二者都很重要，还缺乏明确的认识。更缺乏对人为排水活动下泥炭地水位下降、土壤碳排放和地表塌陷速率间的稳健定量关系的构建，导致人为排水活动引起的全球泥炭地土壤碳排放量（土壤呼吸及其组分土壤异养呼吸和自养呼吸）和地表塌陷速率缺乏精细定量，严重制约了人类对排水泥炭地在全球碳排放中重要性的认识。

针对以上关键科学问题，兰州大学大气科学学院地气相互作用与全球变化团队马磊青年研究员和左洪超教授使用荟萃分析（Meta-analysis）和自举重采样（Bootstrap-resampling）以及全球尺度扩展（Global upscaling）等方法，首次明确了人为排水导致的水位下降主要通过促进土壤异养呼吸而非自养呼吸而促进土壤呼吸（图1），从而引起泥炭地地表的大规模塌陷，且这种级联效应广泛存在于全球不同气候带不同土地利用类型之中（人为排水后的不同土地利用方式如农田、草地）（图2）。在此基础上，研究团队构建了基于地表塌陷速率计算全球不同气候带、泥炭地不同土地利用类型的年土壤异养呼吸排放量的公式，精细估算了由人为排水活动引起的土壤异养呼吸年排放量空间分布特征和全球总排放量（图3和表1），结合土壤异养呼吸占土壤呼吸的比例（图4），估算了人为排水活动引起的全球泥炭地土壤呼吸年排放总量为23.6（14.7–37.6）亿吨 CO2。结果表明，受人为排水活动影响的全球泥炭地以仅占全球陆表的~0.3%的面积，却贡献了全球土地利用变化年CO2总排放量（168.7亿吨CO2）的~14%（8.7–22%），贡献了全球化石燃料和土地利用变化年CO2总排放量（513.3亿吨CO2）的~4.6%（3.0–7.3%）。这些研究结果突显了保护自然泥炭地和恢复退化泥炭地对减缓气候变化的重要作用。