東北地理所在全國(guó)泥炭地垂直退化與碳庫(kù)脆弱性研究中取得新進(jìn)展
泥炭地是全球最重要的陸地碳匯類型之一，長(zhǎng)期積累的有機(jī)質(zhì)形成了高含碳土體，儲(chǔ)存著全球約三分之一的土壤有機(jī)碳，在維持氣候穩(wěn)定和生態(tài)平衡中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，受氣候變暖、降水格局變化及人類活動(dòng)增強(qiáng)等多重影響，泥炭地正經(jīng)歷面積縮減（水平退化）、地表下沉（垂直退化）與生態(tài)功能削弱（功能退化）等綜合性退化過(guò)程。傳統(tǒng)研究多聚焦于圍墾、排水或火災(zāi)引起的面積縮減（水平退化），而對(duì)地表下沉（垂直退化）導(dǎo)致的泥炭壓實(shí)、水文紊亂與碳釋放關(guān)注不足。垂直退化改變了泥炭層的孔隙結(jié)構(gòu)，削弱其保水與碳固定能力，進(jìn)而威脅生態(tài)系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。在缺乏對(duì)沉降累積效應(yīng)的認(rèn)識(shí)時(shí)，泥炭地于變暖背景下可能同時(shí)面臨碳匯功能弱化、向碳源轉(zhuǎn)變以及生態(tài)穩(wěn)定性下降等多重風(fēng)險(xiǎn)。。
針對(duì)上述科學(xué)空缺，研究團(tuán)隊(duì)基于全國(guó)尺度泥炭地調(diào)查數(shù)據(jù)，結(jié)合多源環(huán)境變量，利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型系統(tǒng)模擬了中國(guó)泥炭地的空間分布與碳儲(chǔ)格局。模型結(jié)果顯示，我國(guó)泥炭地總面積約2.3×104 km2，土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量約3.67 Pg C，集中分布在若爾蓋高原、大興安嶺、云南–貴州高原和柴達(dá)木–青海湖地區(qū)。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)整合氣候、地形、植被、土壤及人類活動(dòng)等五大類共 30 項(xiàng)環(huán)境因子，構(gòu)建了集成機(jī)器學(xué)習(xí)框架，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)泥炭地在氣候變化情景下的垂直退化風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)。該框架顯著提升了全國(guó)尺度預(yù)測(cè)的精度與生態(tài)一致性，為評(píng)估氣候變化驅(qū)動(dòng)下的泥炭地穩(wěn)定性與土壤碳庫(kù)安全提供了科學(xué)支撐。
研究團(tuán)隊(duì)融合小基線集（SBAS-InSAR）時(shí)序干涉技術(shù)與機(jī)器學(xué)習(xí)模型，基于2017–2023年Sentinel-1衛(wèi)星C波段雷達(dá)影像，實(shí)現(xiàn)了全國(guó)尺度泥炭地地表形變的高精度反演與預(yù)測(cè)，系統(tǒng)揭示了其空間格局與主要驅(qū)動(dòng)機(jī)制。結(jié)果表明，我國(guó)泥炭地沉降現(xiàn)象普遍存在：若爾蓋泥炭地平均沉降速率為?5.73 mm/a，最大沉降量超過(guò)?65 mm；草海泥炭地最大沉降速率達(dá)?39.91 mm/a；大興安嶺地區(qū)受多年凍土退化影響出現(xiàn)緩慢沉降，而長(zhǎng)白山部分泥炭地則保持穩(wěn)定。
圖1 典型泥炭地地表形變
泥炭地垂直退化驅(qū)動(dòng)分析結(jié)果表明，降水量（Pre，SHAP = 0.719）是影響泥炭地沉降的首要因子，凈初級(jí)生產(chǎn)力 (NPP，SHAP =0.600) 、干旱指數(shù) (SPEI，SHAP =0.554)和牲畜密度 (Livestock density，SHAP=0.427) 緊隨其后。氣候干旱化與放牧擾動(dòng)的疊加是驅(qū)動(dòng)西部泥炭地垂直退化的關(guān)鍵機(jī)制，而凍土退化則成為寒區(qū)泥炭地的新型驅(qū)動(dòng)力。
圖2 泥炭地沉降驅(qū)動(dòng)分析
泥炭地垂直退化預(yù)測(cè)表明，在當(dāng)前條件下，全國(guó)61.4%泥炭地存在沉降；在SSP5-8.5高排放情景下，沉降區(qū)比例將升至68.1%，約65%的泥炭碳儲(chǔ)量（2.39Pg C）處于潛在不穩(wěn)定區(qū)，表明未來(lái)氣候變暖和人類活動(dòng)將顯著加劇碳庫(kù)脆弱性。研究同時(shí)從水文角度量化了沉降的生態(tài)影響。當(dāng)前沉降造成的年均蓄水功能損失約1.15×10?m3，在高排放情景下增至1.43×108m3，相當(dāng)于4.6萬(wàn)至5.7萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)泳池的儲(chǔ)水量。泥炭地水文功能的削弱意味著源區(qū)濕地對(duì)下游徑流的調(diào)節(jié)作用下降，旱季基流減少、洪峰增強(qiáng)的風(fēng)險(xiǎn)上升。
該研究發(fā)表于Nature旗下地學(xué)領(lǐng)域旗艦期刊Communications Earth & Environment。研究由東北地理所薛振山副研究員、姜明研究員（通訊作者）、鄒元春研究員、武海濤研究員、呂憲國(guó)研究員、美國(guó)羅德島大學(xué)王野喬教授、李濡旭碩士、田恩朋碩士和張榮陽(yáng)碩士共同完成。本研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（42430511,42494822,U2243230）和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFF1304502,2022YFF1300900）的共同資助。
論文信息：
Xue,Z.,Li,R.,Jiang,M*.?et al.?Climate–human interactions influence widespread peatland subsidence and soil carbon stock vulnerability in China.?Commun Earth Environ6,946 (2025).
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https://doi.org/10.1038/s43247-025-02896-9
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