Nature climate change | 全球泥炭地CO2和CH4排放应对地下水位下降的权衡

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【参考文献】

    Huang, Y., Ciais, P., Luo, Y. et al. Tradeoff of CO₂ and CH₄ emissions from global peatlands under water-table drawdown. Nat. Clim. Chang. 11, 618–622 (2021).

【学科方向】

    生物地球化学；气候科学

【原文链接】

    https://rdcu.be/cCQWJ

摘要

    泥炭地的地下水位下降增加了二氧化碳(CO₂)，减少了甲烷(CH₄)的排放。对气候的净影响尚不清楚。基于全球130个站点的观测，我们发现地下水位下降具有正(变暖)净气候效应。利用基于机器学习的上推方法，我们预测气候干燥和人类活动驱动的泥炭地地下水位下降将使CO₂排放量增加1.13(95%区间:0.88-1.50) Gt yr ^-1, CH₄减少0.26 (0.14-0.52)Gt CO₂-eq yr ^-1。导致在RCP8.5气候情景下，到21世纪末温室气体净增加0.86 (0.36-1.36) Gt CO₂-eq yr⁻¹。在RCP2.6下，增加0.73 (0.2-1.2) Gt CO₂-eq yr⁻¹。我们的研究结果表明，迫切需要保护原始泥炭地并对其进行修复，以减缓地下水位下降、温室气体排放增加和气候变暖之间的正反馈。

研究背景

泥炭地仅占地球陆地表面的3%，却储存着全球三分之一的土壤碳。泥炭是在浸水的环境中通过碎屑的缓慢堆积而形成的，碎屑的输入超过分解速率。在原始的泥炭地，浅水位或长期浸水导致缺氧，使得有机物在数千年的时间里得以积累。这些厌氧条件有利于甲烷的产生，因此泥炭地是全球约0.8  Gt CO₂-eq yr⁻¹ (1 Gt = 1015 g)的甲烷(CH₄)的来源。CH₄是一种温室气体(GHG)，在100年的时间尺度范围内，其全球变暖潜力是二氧化碳(CO₂)的25倍。在全球范围内，原始泥炭地是每年约0.4 Gt CO₂ 的碳汇。CO₂汇和CH₄排放之间的平衡决定了泥炭地对气候的净影响。这种平衡对水文变化非常敏感，特别是调节土壤柱中好氧与厌氧条件的地下水位位置，从而影响土壤剖面中CO₂和CH₄的产生和消耗过程。

    人为排水、地下水的过度开采和气候干燥已经极大地改变了泥炭地的水文状况，导致地下水位普遍下降。世界上约有51  Mha的泥炭地被抽干用于农业或林业。在印度尼西亚、马来西亚、泰国、佛罗里达等温暖潮湿的泥炭地区，已经观察到地下水位下降和相关的地面沉降(Everglades);在特定的夏季干旱地区，如加利福尼亚(萨克拉门托三角洲)和以色列(呼拉湖);以及像荷兰这样的温带国家。近几个世纪来，欧洲各地的泥炭地也经历了大面积的干旱。在全球范围内，排水和随后将天然泥炭地转化为农业和林业估计排放0.31–3.38  Gt CO₂-eq yr⁻¹ GHGs。这些估计数依赖于泥炭地面积和温室气体排放因子。无论是面积因子还是排放因子以及它们的上升都具有高度不确定性。目前尚不清楚地下水位下降在何种程度上以及如何直接调控温室气体排放的变化，因为从新的土地利用类型中分离出土地清理和土壤碳输入等其他变量的复合效应是一项挑战。

图表

图1：地下水位下降对泥炭地CO₂和CH₄通量的影响。

图2：ΔCO₂、WTD和ΔCH₄、WTD对预测值的响应。

图3：2100年水位下降引起的温室气体变化。

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