泥炭地是重要的陸地碳庫，其儲存的碳約為全球森林植被碳儲量的兩倍（圖1）。因此，泥炭地在調節區域環境、緩解全球氣候變化方面發揮著關鍵作用。 

長期淹水營造的厭氧特性是泥炭地形成巨大碳庫的主要原因，而泥炭地水位正是決定其碳吸收-釋放凈預算以及氣候反饋效應的最關鍵因素。然而，泥炭地水位受多種因子，如降水、蒸發、地表徑流、凍土活動、自生演替等的綜合影響，很難進行準確地模擬預測；這使得在氣候變化背景下，泥炭地水位變化成為學術界關注的焦點。研究過去泥炭地水位演變的規律不僅可以明確泥炭地水位變化對全球氣候變化的響應規律，而且也可以為未來泥炭地水位模擬預測提供準確的“歷史相似型”。 

圖1 高緯泥炭地景觀。右圖顯示凍土導致了泥炭地表面抬升（左圖/張卉，右圖/Sanna Piilo）

　　中國科學院地質與地球物理研究所新生代地質與環境院重點實驗室張卉副研究員、郭正堂研究員、譚寧副研究員，聯合國內外學者對中高緯地區103個泥炭地樣點過去400年以來的水位變化趨勢進行了系統分析（圖2）。他們通過采集泥炭鉆孔，利用AMS¹⁴C、²¹⁰Pb、¹³⁷Cs、火山灰等定年手段建立了鉆孔的高精度年代序列，以有殼變形蟲作為水位代用指標重建了水位演變序列，同時結合現代氣象數據，明晰了在近現代氣候變化影響下，中高緯地區泥炭地（北方泥炭地）水位的演變規律。 

圖2 研究樣點分布。不同底色代表不同凍土分布帶

　　研究結果顯示，過去400年以來，中高緯地區泥炭地干濕變化主要發生自小冰期結束以來的暖期，其中約有54%出現明顯變干趨勢，而32%出現明顯變濕趨勢（圖3），有凍土分布的泥炭地則在變濕之前出現了顯著的變干現象。而不同研究點出現干濕變化的起始時間具有較明顯的差異。 

圖3 （a-c）非凍土地區和（d-f）凍土地區過去400年來泥炭地水位（water-table depth, WTD）演變類型。每組演變類型包含多個相同演變趨勢的鉆孔。藍色曲線和陰影為LOESS模型揭示的每組整體的變化趨勢，箭頭表示變點檢測識別的每組的干濕變化時間點。小提琴圖顯示每組里面包含的單個鉆孔的干濕變化時間點

　　此外，通過比較水位變化與區域氣候數據，他們還發現氣候變化，尤其是夏季增溫與泥炭地水位變化關系緊密（圖4）。例如，相較于其他區域，加拿大東北部增溫幅度最小，泥炭地變濕現象也最為普遍（圖4a）。除此以外，泥炭地的干濕變化與其當地的生態環境因素和自生過程密切相關，例如在有凍土分布的泥炭地，氣候變化可通過影響凍土活動來間接影響泥炭地水位變化——凍土形成會造成泥炭地表面抬升（圖1右）變干，而凍土融化則可以導致泥炭地變濕。 

圖4 泥炭地水位（WTD）變化與夏季溫度（a, b）、降水（c, d）變化比較。圖中水位、溫度、降水值為1963–2012平均值與1851–1900平均值的差值。為了避免研究點重疊，部分區域的坐標點采取了環形點位移設置

　　該項研究揭示了泥炭地對氣候變化的敏感性以及響應復雜性；在氣候變化背景下，泥炭地的水位可呈現多種變化趨勢。由此可見，在未來氣候變化影響下，泥炭地水位波動及其碳源匯過程的變化趨勢仍具有很大的不確定性，而該研究結果表明厘清泥炭地的異質性亟需成為未來研究的重點。 

　　研究成果發表于國際學術期刊Nature Communications（張卉*，Valiranta M*, Swindles G T, et al. Recent climate change has driven divergent hydrological shifts in high-latitude peatlands[J]. Nature Communications, 13: 4959. DOI：10.1038/s41467-022-32711-4）。研究受國家自然科學基金基礎中心項目（41888101）等多個國內外項目共同資助。 

文章來源：中科院地質地球所