古往今来,有不少地方通过改名成功实践“一个好名字能够让你的朋友更好地记住你”的真理。改名为“香格里拉”的中甸,改名为“张家界”的大庸,都实现了“逆天改命”,名声大振。
大院向来秉持“有什么好事我们都要跟着”的重要理念,这次,我们想在充分论证的基础上,给研究了300多年的泥炭地改个好名字,为生态保护做一点微小的工作。
泥炭,别称泥煤或者草炭,是由不同分解程度的松软有机体堆积物,包括有机残体 (主要为植物残体)、腐殖质和矿物质三部分组成。
在一定的水热条件下,一些湿地区域由于淹水环境或者温度较低,使得植物残体的堆积量大于分解量,不断积累泥炭。
在连续堆积后,发育成为一类非常特殊的湿地生态系统——泥炭地生态系统。在中国,泥炭地主要集中分布在东北地区和青藏高原区域的一些湿地保护区及国家公园。
例如吉林哈泥国家级自然保护区、黑龙江三江自然保护区、四川若尔盖国家公园、新疆乌齐里克国家湿地公园、湖北神农架大九湖国家湿地公园、云南纳帕海自然保护区等。
从上至下依次为 四川省若尔盖泥炭地、石渠县色须泥炭地、红原县日干乔泥炭地(摄影:胡骥、刘欣蔚)
全新世(开始于12000~10000年前持续至今)以来,泥炭地一直扮演着大气碳汇的角色,在地球气候系统的形成及维持中发挥了举足轻重的作用。
联合国环境规划署 (United Nations Environment Programme,UNEP) 2022年发布的全球泥炭地评估报告显示,全球泥炭地生态系统面积可达488万公顷,仅占陆地面积3.8%,总的土壤碳储量却可达到600 Pg (1Pg=1015g),为陆地生态系统的三分之一。
但在全球变化背景下,泥炭地土壤碳库呈现出不稳定性,其碳汇功能不断减弱,甚至转变为碳源,造成极为严重的环境和气候问题。为减缓气候变化带来的温室效应,保护泥炭地显得非常重要。
要想保护好泥炭地,做好研究是必由之路。有关泥炭地的研究大致可分成包括自然资源导向、地学导向以及生态学导向在内的三个不同阶段。
(一)18世纪中叶以前,以自然资源导向为主。泥炭土壤高有机质含量的特性很早就引起了人们的关注,古罗马和中国的古籍均有将泥炭作为燃料资源的记载。16世纪,泥炭开采在荷兰已极为盛行;
到17世纪, 泥炭排水系统也日趋完善;到18世纪中叶时,西欧和俄国的泥炭沼泽排水与开垦也日益盛行。因此,泥炭地早期的研究源于人类对泥炭的利用和泥炭地的开发, 即将泥炭地和泥炭作为一种自然资源来研究。
(二)18世纪中叶到19世纪末,以地学导向为主。这一时期对于泥炭的开发利用得到进一步发展,关于泥炭、泥炭地、泥炭沼泽等名目的科学和应用研究基本确立。到19世纪,泥炭土壤作为燃料和能源的研究进一步发展,大量研究泥炭沼泽的文献发表, 研究的深度和广度均得到进一步拓展。
也就是在这一时期,泥炭地的形成、发育、分类等方面的研究引起科学家的关注,科学家开始从地学角度来研究泥炭沼泽。
(三)20世纪以来,以生态学导向为主。在泥炭研究的基础上,各种泥炭相关的国际会议陆续召开, 从1954年爱尔兰都柏林召开第一届泥炭国际会议算起, 到20世纪末,一共举办了10次国际泥炭会议。值得说明的是,在1968年加拿大魁北克市的第三次国际泥炭会议上,国际泥炭地学会 (International Peatland Society, IPS) 宣告成立。
该学会被视为泥炭与泥炭地专家的工作网络,致力于研究包括泥炭地社会影响、经济效应和环境影响等在内的相关问题。这一时期,泥炭沼泽的研究逐渐开始从资源利用为主转向为保护与利用并重。
与此同时,中国泥炭沼泽研究也逐渐发展,第一部专著是1965年出版的《若尔盖高原的沼泽》(中国科学院西部地区南水北调综合考察队, 1965), 之后陆续出版了包括《泥炭地学》(柴岫,1990年)、《横断山区沼泽与泥炭》(孙广友,1998年)、《中国沼泽志》(赵魁义, 1999) 等在内的多部专著。
可以说,自20世纪下半叶开始,泥炭地的研究已受到我国科研工作者的重视。人们逐渐意识到,作为巨大的土壤有机碳库,泥炭地对于全球陆地碳循环而言至关重要。
泥炭沼泽的研究简史 (图出自陈槐等,2021,中国科学:地球科学)
生物多样性与生态系统服务政府间科学政策平台 (the intergovernmental science-policy platform on biodiversity and ecosystem services, IPBES) 于2018年发布的《全球土地退化现状与恢复评估》报告显示, 相比其他生态系统, 湿地退化尤为严重,过去300年来全球有87%的湿地损失, 自1900年以来全球有54%的湿地损失。
其中,大量的泥炭地由于资源开采的需求被破坏,挖沟、排水、种植等人为工程甚至令许多泥炭地退化,受干扰的泥炭地至少需要十年才会逐渐恢复自然水平的碳平衡。
当前,泥炭沼泽研究已迈入生态学导向为主的时期,走上了以国际化和可持续发展研究为主的道路,其主要侧重于环境及气候变化条件下泥炭地的反馈、泥炭地保护及提升对大自然贡献等方面。
四川省红原县泥炭沼泽的挖沟痕迹 (摄影:胡骥)
近20年来, 泥炭沼泽研究领域和关注方向不断延展深入, 新方法得到发展、新技术得到应用, 包括生物多样性、全球变化、沼泽水文、碳循环等各个方面的研究均取得了一系列进展,研究区域也逐渐拓宽。
即便是在生态环境更为脆弱和敏感的青藏高原,以若尔盖泥炭沼泽为代表的区域也受到了大量关注,学者们发表了大量与泥炭地保护恢复及碳汇动态相关的文章和专著,保护泥炭地已成为全球科学家的共识。
但这存在一个问题:很多在定义上不被划分为泥炭地的湿地,它们的碳汇功能会不会因此被忽视呢?
据前所述,泥炭地本身就是一个地学和自然资源学的概念, 是从泥炭资源禀赋出发和界定的,这就意味着对泥炭地的定义一般需要考虑两个指标:最低有机质含量和最小泥炭厚度。由于每个国家和地区的资源需求及泥炭分布存在不同,这两个指标在不同国家和地区差异极大。
根据不同国家的排水状况及开采目的等条件, 泥炭层最小厚度值的界定大致范围在0~70cm,而目前被泥炭地研究学者广泛认可的泥炭层最小厚度值为30cm, 这一划分在国际泥炭协会的统计资料中已得到广泛应用。
泥炭地土壤有机质含量的标准同样如此,介于20~60%之间。综合来看,目前全球广泛认同的泥炭地标准为:土壤有机质含量应大于30%且泥炭层厚度不小于30cm。
因此,尽管泥炭地生态系统是湿地类型的一种,但定义所显示出来的侧重点完全不一样。
无论是由美国鱼类和野生动物保护协会1979年提出的科学系统定义 (永久或周期性饱和的潮湿生境、水成土以及湿生植物),还是1971年在拉姆萨尔签署的《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约》(各种天然或人工的、长久或暂时的沼泽地、湿源、泥炭地或水域地带,带有静止或流动的淡水、半咸水或咸水,包括低潮时水深不超过6 米的水域),湿地定义标准都是为保护其生态系统服务,均对湿地在保护生物多样性、水文调节、碳汇功能等方面的生态价值有所体现。
既然泥炭地也属于湿地的一类,那么完整未退化的泥炭地,以及部分退化的泥炭地,都属于湿地生态系统,就应该从生态系统保护的角度来定义和研究泥炭地,而不应以有机质含量和泥炭厚度这样的资源属性来界定。
提出这一定义的“转向”还在于,当前大多数湿地长期或周期性处于淹水状态,导致其土壤有机碳分解速率有限,易逐渐积累。
无论土壤能否积累成为泥炭,大多数湿地在自然状态下都是重要的碳汇。在全球变化和碳中和的背景下,对全球湿地的土壤有机碳进行精确的评估至关重要。
然而,由于各国对泥炭地的定义标准不同,全球泥炭地分布、面积及土壤碳库大小仍存在较大争议,这就使得全球泥炭地乃至湿地的碳评估存在很大的不确定性。
同时,仍有许多具有泥炭沉积或丰富有机碳含量的湿地本该作为重要的碳库和碳汇,但由于其有机质含量相对较低或泥炭层厚度相对较浅,以现行的标准未被划分为泥炭地,导致其碳汇动能并未引起重视,保护力度也不足。
四川省红原县日干乔泥炭地 (摄影:胡骥)
综上所述,目前亟需为所有富含有机碳的湿地 (包括退化泥炭地、部分退化泥炭地和非泥炭地的富碳湿地) 建立一个新的研究范式,以引起学术界的重新审视。
基于上面探讨的这些问题,我们以基于碳属性的“有机土壤物质”(organic soil material) 这一概念取代了“泥炭” (peat) 这一资源属性的概念,构建了“碳湿地”这一新框架,强调保护土壤有机碳而不是消耗土壤有机质。
一方面,有机土壤物质被定义为土壤有机碳大于12%的土壤 (按土壤干重计算),这是因为最近的全球泥炭地评估报告也部分采用了这一标准。
另一方面,从保护有机土壤物质的角度来看,定义碳湿地也不应考虑积累厚度。基于上述理由,我们创造性地提出了一个“碳湿地 (C-wetland)”的概念,即指土壤有机碳不低于12%的湿地生态系统。
在这一概念框架下,目前全球的自然泥炭地、尚未被破坏成为其他生态系统的退化泥炭地、更多富含有机碳但并未被视为泥炭地的富碳湿地均被纳入其中。
我们认为,这个新的概念框架不仅可以相对准确地估算其分布和碳储量,而且能更好地引导国际社会对全球富碳湿地的重视和保护。
基于这个新概念,结合全球土壤有机碳数据库 (FAO) 和全球湿地分布数据库 (GLWD-3),我们初步构建了全球未退化碳湿地的全球分布图。
当前,全球碳湿地约为570至739万平方公里,占世界湿地面积的70%以上 (不包括内陆水域)。如果考虑到退化碳湿地,分布面积会更大。
如此巨大的分布面积进一步凸显了湿地作为碳汇和碳库的重要性,印证了保护土壤碳库应成为湿地保护的重要优先选项之一。
碳湿地概念图解及全球碳湿地分布初步估算 (图出自Chen et al., 2023, The Innovation)
我们提出“碳湿地”这一新概念并计算其分布,不仅强调富碳湿地作为长期碳汇的功能及其在减缓气候变化中的重要作用,更希望藉由这一概念的提出,呼吁国际社会在全球碳中和背景下,优先重视保护全球湿地的土壤碳库。
碳湿地这一新概念是一个新的开始,要获得学术界的广泛认同还有很长的路要走。后续,我们将围绕碳湿地这一新领域开展一系列的研究,以期形成广受学术界和国际社会认同的湿地研究新范式,为全球碳中和目标的实现提供更为有效的“湿地”自然解决方案。
期望在不久的将来,这一概念的转向能引起学界的高度重视,以话语的力量推动湿地保护事业的发展。
参考文献:
[1]Chen, H., Z. Yu, N. Wu, Y. Wang, and X. Liu. 2023. “C-wetland”: A new paradigm to enhance conservation of carbon-rich wetlands. The Innovation 4:100403.
[2]Montanarella L, Scholes R, Brainich A. 2018. The ipbes assessment report on land degradation and restoration. Bonn: Secretariat of the Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services.
[3]UNEP. 2022. Global Peatlands Assessment – The State of the World’s Peatlands: Evidence for action toward the conservation, restoration, and sustainable management of peatlands. Main Report. Global Peatlands Initiative. United Nations Environment Programme, Nairobi.
[4]阪口丰. 1983. 泥炭地地学. 郑哲明, 译. 北京: 科学出版社.
[5]陈槐, 吴宁, 王艳芬, 杨刚, 鞠佩君, 朱单, 何奕忻, 朱求安, 高永恒, 刘欣蔚. 2021. 泥炭沼泽湿地研究的若干基本问题与研究简史. 中国科学:地球科学 51:15-26.
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