科学家如何修复北方泥炭地,帮助碳留在地下

A channel, blocked with a dam, is seen at a marsh called Cherven-2, near the village of Gorodishche, Belarus October 2, 2018. The new GEF (Global Environment Facility) funded and UNDP (United Nations Development Programme) implemented “Wetlands” project, which will help to restore 12,456 ha of the degraded peatland forests, and decisions on restoration/wise management of 260,000 ha of Belarusian peatland forests will be made, according to UNDP in Belarus. REUTERS/Vasily Fedosenko - RC1922A33550
Peatlands have been heavily exploited and damaged.Image: REUTERS/Vasily Fedosenko
本内容由人工智能自动翻译。
  • 泥炭地作为碳汇,对减缓气候变化的影响至关重要。泥炭地修复专家徐斌(Bin Xu)撰文指出。

  • 全球泥炭地面积超过300万平方公里,所储存的碳超过550吉吨。

  • 全球约15%的泥炭地已因挖沟排水而干涸,目前已造成全球二氧化碳排放量的5.6%。

  • 但通过聚焦关键物种,修复北方泥炭地是可行的。

泥炭地是我们应对气候变化最宝贵的陆地生态系统之一。这些由部分腐解的植物及其他有机物质形成的深层土层,已有数万年历史。

全球泥炭地面积超过300万平方公里,所储存的碳超过550吉吨——这一数量超过包括森林在内的任何其他类型的陆地生态系统。事实上,北方泥炭地每平方米所储存的碳,是亚马逊热带雨林每平方米的五倍。

遗憾的是,泥炭地已遭到严重开发和破坏。它们被排干水分、改造为农田,或被焚烧、开采,以获取自然资源。

联合国环境规划署正在领导全球泥炭地倡议,牵头开展协调一致的行动以保护泥炭地,助力将全球平均气温升幅控制在工业化前水平以上2摄氏度以内。通过反复试验,像我这样的泥炭地科学家正在探索最佳方法,使遭油气活动扰动的泥炭地恢复其功能状态。

什么是泥炭地?

泥炭地是重要的碳汇,有助于减缓气候变化的影响。Image: Bin Xiu

泥炭地是一类湿地,其特征在于泥炭的厚层堆积,这源于在水涝条件下,植物生长与微生物分解之间的失衡(依据加拿大的定义,泥炭厚度超过40厘米)。

过去10000年间,二氧化碳从大气中被移除并储存于泥炭中,对全球气候产生了降温作用。若所有这些储存的碳被释放,将使当前大气二氧化碳浓度翻倍以上(超过百万分之800),这一情景将对人类文明和自然生态系统造成灾难性后果。

遗憾的是,泥炭地已遭到严重开发和破坏。全球约15%的泥炭地已因挖沟排水而干涸,目前已造成全球二氧化碳排放量的5.6%(13亿吨)。野火等自然干扰也对泥炭地的健康及所储存碳的稳定性构成严重威胁。

加拿大拥有世界第二大泥炭地面积,其中大部分位于北方林区和亚北极地区。然而,林业、农业和资源开采等人类活动,以及气温升高和火灾频发等自然干扰,正在威胁其健康与稳定。

例如,为资源勘探而修建的冬季道路和地震测线遍布北方森林,导致永久冻土消失、林地驯鹿栖息地破碎化,驯鹿数量下降,林地驯鹿栖息地破碎化及种群数量下降,并且加拿大因土地利用变化导致的年甲烷排放量增加了七成。

阿尔伯塔省一处沼泽上空多条地震测线和冬季道路的航拍图。Image: Bin Xu

苔藓植物:北方泥炭地的关键物种

在加拿大,北方泥炭地以苔藓植物为主。苔藓植物是一类体型微小、起源古老的陆生植物,其对泥炭地的重要性常被忽视。一些最重要的苔藓植物,通常被称为“泥炭藓”或“黑土”,属于泥炭藓属,该属是北方泥炭地的关键属。

苔藓植物构成泥炭地的地表,所产生的植物组织难以分解,并释放出能够减缓微生物活动的化学物质,而这些微生物活动会产生甲烷和二氧化碳等重要温室气体。随着时间推移,苔藓植物未分解的植物残体构成了泥炭的主体。

泡叶泥炭藓(Sphagnum magellanicum)特写,这是北方泥炭地中常见的成炭苔藓。Image: Bin Xu

泥炭地修复:向自然学习

北方泥炭地修复是一个相对较新的实践领域,其起源于20世纪90年代末在魁北克省和安大略省园艺用泥炭地进行的早期试验。在阿尔伯塔省,对遭油气活动扰动的泥炭地的修复,一直依赖反复试错的方法,成效不一且有限。

其中一个关键问题在于,人们对苔藓植物缺乏了解,并且错误地把重心放在树木上。修复实践中往往倾向于通过种植引入树木,并以树冠层的建立作为成功的衡量标准。但这些做法最适用于高地林地生态系统。

这种做法忽视了一个事实:北方泥炭地是由地表层苔藓植物塑造的。若缺少关键的苔藓植物,重要的泥炭地功能将无法恢复。

阿尔伯塔省北部一座小湖周围由沼泽和草沼交错形成的镶嵌景观。Image: Bin Xu

通过研究泥炭地植物碎片、花粉和孢子的化石记录,科学家得以重建北方泥炭地随时间发展和演替的过程。阿尔伯塔省的许多泥炭地是通过一种称为“泥炭化”(paludification)的过程形成的,即在原先为矿质土壤上森林植被所占据的区域,直接形成并积累泥炭。阿尔伯塔省北方泥炭地的大部分开始形成于约8000年前通过泥炭化作用。

随着气候转凉、土壤湿度增加,泥炭藓缓慢扩展进入森林区域。最终,苔藓的生长与扩展形成了我们今天所见的各类泥炭地。

在北美,封堵排水沟,并引入带有孢子、种子和根系的活体苔藓碎片,已经在加拿大东部修复了以泥炭藓为主的园艺泥炭田。这一方法被称为苔藓层移植技术(MLTT)。

在阿尔伯塔省,有限的实地试验表明,经治理的工业场地(例如一处废弃的原位油气井场)在建立适宜的土壤条件后,能够支持泥炭地苔藓的生长。

阿尔伯塔省和平河附近泥炭地中一处经修复的油气井场实景。Image: Bin Xu

供体苔藓材料可采集自附近的冬季道路和地震测线。在所有情况下,引入供体苔藓碎片对于泥炭地植被修复的成功都至关重要。

关键苔藓的成功生长,可确保随时间推移恢复泥炭地的关键功能。其他植物将同时从供体材料中的种子和根系中生长出来。树木将自然定植,或通过种植建立。

谈到泥炭地修复,我们应将重心从树木和树冠郁闭度转向促进地表层苔藓植物形成连片的群落。我们需要学会利用这些微小却重要的植物,在应对气候变化的斗争中为我们所用。

授权与转载
世界经济论坛发布的文章,可依据《知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎4.0国际公共许可协议》以及我方《使用条款》进行转载。 本文所表达的观点仅代表作者个人立场,并不代表世界经济论坛的观点。