地球的“固碳海绵”——泥炭地
第一作者单位/中国自然资源航空物探遥感中心
责任编辑: 张佳楠
基金资助: |
|
Online: 2020-10-20
作者简介 About authors
贺鹏,工程师,主要从事环境与地质灾害遥感研究工作。
本文引用格式
文图/贺鹏, 聂洪峰, 郭兆成, 肖春蕾.
“绿原无垠漫风烟,蓬高没膝步泥潭。野菜水煮果腹暖,干草火烧驱夜寒。”张爱萍将军在《过草地》中,用短短四句刻画出了当年红军长征过草地时环境的艰险,也道出泥炭地的发育环境和特征。这里的“草地”是指若尔盖草原,是我国最大的一片高原泥炭沼泽地。所谓泥炭地即土壤剖面发育有泥炭层的沼泽,地表土壤经常过湿或有薄层积水,其上生长大量沼泽植物,其下则有泥炭形成和积累,由于土质松软含水量大,人或动物一旦踏入很容易深陷其中。

泥炭地之玉成
泥炭地的形成发育对环境有着严格要求。只有在一定水分和热量配合下,在长期稳定的地质地貌、土壤表层积水或者过湿的环境中,在沼泽植物残体的堆积量大于其分解量的厌氧环境内,泥炭地才能得到良好的发育,形成由有机残体、腐殖质和矿物质三部分组成的具有不同分解程度、性质稳定的松软成层有机体堆积物。
作为一种富有生命力的水陆间过渡的生态系统,泥炭地的形成和发育不是在任何自然条件下都能进行的,即使在有利条件下形成以后,由于某些因素变化,就可能出现发育中断或出现不同的发展趋势。
泥炭地的起源通常可分为两大类:一类是由湖盆、湖岸、河床等水域转化形成;另一类是由草甸、森林、永冻土区及潮间地带等陆域演化而来。不同条件下泥炭地的形成困难程度、方式及过程都有所不同。总体来说,陆域泥炭地发育较水域更为广泛,面积一般也较大,特别是在气候温和湿润地区,更容易形成泥炭地。
典型的泥炭地就像浸透了水的深棕色“海绵”,它的形成不单要适宜的水热条件,更需要漫长。通常泥炭地堆积速率每年不足1毫米,要形成具一定规模的泥炭地通常要历经数千万年之久,然而要排干泥炭地造成不可逆的破坏,却往往只需不足一旬的时间。泥炭地这种得之不易、一去不回的特性,往往让众多生态环境工作者有种“两句三年得,一吟双泪流”之感。

泥炭地的地理分布
泥炭地的出现和发展,直接受水热条件控制。因此,只有在一定水分和热量配合下,泥炭地才能得到旺盛发育。就全球范围而言,泥炭地的分布主要取决于气候,因此,全球泥炭地的分布具有典型的地带性分异规律。对一个区域来说,由于海陆位置、地质、地貌与水文等各因素影响,使得泥炭地的地带性规律受到破坏,其分布特征更多表现为区域性或垂直性差异。
由于全球自然条件复杂,泥炭地分布具有广泛性和不平衡性特征。除被冰川覆盖的南极洲外,泥炭地在世界各地均有分布,其中约80%位于高纬度地区,主要分布于俄罗斯、芬兰、加拿大、中国、美国和瑞典等国家。总体而言,泥炭地在北半球分布广泛、类型复杂,在南半球则较贫乏。究其原因是北半球陆地面积大,特别是中、高纬度地区陆域面积广泛,且这一地区属冷湿和温湿气候带,利于泥炭地发育,而南半球则恰恰相反。
全球泥炭地地带性分布特征在南北半球大致相对应,各分为四个地带,由高纬度地区向低纬度地区,依次为寒带湿润广泛发育的富营养弱泥炭堆积地带、温带湿润发达的贫营养强泥炭堆积地带、热带湿润不发达的弱泥炭堆积地带、赤道雨林或热带雨林较发达的混合强泥炭堆积地带。随大陆度的增强,泥炭地相应减少,一般而言沿海多于内陆,这同沿岸洋流作用和地貌条件有关。
我国位于欧亚大陆东南部,大部分领土处于中、低纬度(北纬45°~ 23°)地区。因此,我国泥炭地的类型、积累强度及分布规律等,与冷湿带及热带雨林带泥炭地有很大差别,地理分布主要表现为广而不均的特点,虽然除少数干旱气候区外,泥炭地在各地均有分布,但就发育面积和规模而言,在东北兴安岭、长白山山地、三江平原、若尔盖高原、云贵高原等地分布较为集中。

泥炭地效用
由于泥炭地具有土壤松软有弹性、有机质及腐殖酸含量高、植物纤维含量丰富、通气透水性好、持水能力强等特征,因此,在自然生态平衡中具有重要作用。除具有调节地区局部气候和河川径流、涵养水源、补给地下水、净化环境和防止土壤侵蚀等多种功效外,它独特的生态系统还具备“碳汇”的重要功能,是目前所有生态系统中单位面积碳累积速度最快、碳堆积量最大和碳密度最高的生态系统。在自然状况下,大气中二氧化碳通过植物光合作用形成有机碳储存于植物体中,植物地上部分和根系死亡后沉积于沼泽地中形成有机质沉积物,有机质分解过程由于氧气不足和pH值变低而变缓或终止,因此碳被“锁”在泥炭地中。
泥炭地广泛的发育和强大的固碳能力,对全球气候变化具有重要影响。据统计,全球泥炭地总面积398.5万平方千米,仅占陆域面积的2.66%,但泥炭土壤有机碳含量极其丰富,占到全球陆地有机碳储量的10%~35%,其单位面积碳储量达到了森林的3倍。由此可见,泥炭地在应对全球气候变化过程中具有不可忽视的地位。
泥炭地除在所处区域自然生态平衡中具有积极生态效应外,由于泥炭的组成和性质,在农业、工业、医药、能源等领域也具有广泛应用价值。在农业方面,泥炭由于富含有机质和腐殖质以及多种营养元素,并有较大的持水与吸气性能以及代换性能,因此,泥炭在农业上可用于制作各种腐殖酸类肥料、营养土,等等。在工业方面,由于泥炭含有半纤维素、纤维素等多种有用物质,可广泛应用于建筑、能源、化工等方面;从泥炭中提取腐殖质酸类物质,在工业方面也具有多种用途。在医药方面,在形成泥炭的植物中至少有百余种药用植物,它们死亡后,在形成泥炭过程中,由于细菌、真菌、放线菌积极活动,产生多种抗生素、维生素等物质,所以可作为提取各类维生素和抗生素、生长刺激素、氨基酸、糖类等的原料。在能源方面,泥炭作为燃料使用,历史悠久;由于泥炭具有含硫低、对空气污染小等优点,所以在能源短缺情况下,其可作为燃料使用,是一种宝贵的能源资源。
面临的威胁
作为全球最主要的天然“碳汇”,在外界环境变化的情况下很快会转变为“碳源”。当泥炭地受到环境影响(如排水、土壤侵蚀、干旱等),暴露在大气中的泥炭地由于氧化作用,内部固存的碳会变为二氧化碳重新被释放,变成温室气体排放的源。
更直观得说,排干一个足球场大小的泥炭地所释放的二氧化碳数量,相当于一辆家用汽车行驶14.5万千米所释放的二氧化碳量。因此破坏一处面积仅为0.0071平方千米的泥炭地,约等于驱车环绕地球三周排放尾气中二氧化碳对全球气候所产生的影响。
近年来,包括我国在内的全球泥炭地正面临着来自泥炭开采和占用等人类活动的巨大威胁,其中农业排水和开垦是导致泥炭地大面积减少、由“碳汇”转为“碳源”的主要原因。在过去200年内,全球泥炭地的碳储量已减少了约41亿吨,其中60%是人为开发导致的结果。目前全球泥炭地每年由于排水疏干引起二氧化碳排放已达20亿吨,占全球因人为活动而产生二氧化碳排放总量的6%。据估算,若泥炭地中储存的碳全部被释放到大气中,将导致全球平均气温升高0.8~2.5 ℃。不断累加的温室效应将会导致全球降雨重新分配、冰川和冻土消失、海平面上升等一系列危害自然生态系统平衡和威胁人类生存的问题,让我们面临的气候问题变得愈加严峻。
保护泥炭地 我国在行动
保护泥炭地对于减缓全球气候变化的作用,已得到国际社会广泛认同,包括《联合国气候变化框架公约》《湿地公约》在内的国际公约、协定协议等都对各国提出掌握泥炭地现状和变化情况的要求。作为泥炭地有机碳储量位居世界前列的公约缔约方之一,我国始终把应对气候变化、开展泥炭地保护管理视作自身可持续发展的内在要求和构建人类命运共同体的责任担当,近年来已在多个省(自治区、直辖市)发布了《湿地保护管理办法》《泥炭资源保护管理办法》等一系列配套保护政策,大力推进生态文明建设,积极实施应对气候变化的国家战略。
为进一步查清我国泥炭地碳库现状,我国从2014年起对泥炭沼泽分布面积较大的内蒙古、辽宁、吉林、黑龙江、四川、贵州、云南、西藏、甘肃、青海和新疆等11个省(自治区)分年度开展泥炭沼泽碳库调查,以实现对全国泥炭地进行全面、客观地分析评价,提供对泥炭地的保护、管理和合理利用的决策依据。
虽然近年来泥炭地的保护管理逐渐受到重视,但由于管理涉及环境保护、自然资源、林业、农业等多个部门,在具体实施过程中,还存在各部门和各区域权责不清、分散多头管理等问题,不利于泥炭地的整体保护和管理。因此,各部门和区域间的统一管理和协调措施还需进一步加强,针对农林牧业生产和围垦排水等导致的泥炭地退化、生物多样性锐减、调蓄洪水功能显著降低和大量温室气体排放等问题还应持续关注,以实现减缓泥炭地碳排放、恢复泥炭地生态系统以及缓解全球气候变暖等目的。