阅读: 2023/8/7 14:51:43
泥炭地在全球减缓气候变化战略中的潜力未得到充分重视
简讯:
土壤固碳和泥炭地恢复可避免的排放都是应对气候变化的策略。本文比较了它们在氮和土地需求方面的潜力和环境成本。排干的泥炭地将累计释放80.8 Gt碳和2.3 Gt氮,这相当于当代温室气体年排放量为1.91 (0.31-3.38)Gt,泥炭地的恢复可以挽救这一局面。农业用地的土壤固碳具有相当的减缓潜力。然而,在矿质土壤有机质中建立类似的碳库需要额外的氮,相当于全球每年化肥氮素施用量的30-80%。与矿物土壤碳固存相比,恢复泥炭地的氮成本低3.4倍,涉及的土地面积需求要小得多,因此需要更多地考虑将泥炭地恢复作为缓解措施。
1.研究背景
在完整的泥炭地生态系统中,高地下水位导致的缺氧导致有机土壤的形成,这些土壤与矿物土壤的区别在于其高碳(C)和氮(N)密度,通常有机物含量为>90%,厚度可达几米。泥炭地仅占陆地面积的3%,却存储了全球土壤有机碳总量的21%。目前,人类活动开发了全球约10%的泥炭地,其三种碳损失途径为:微生物泥炭氧化的CO2;溶解碳浸出;泥炭火灾和开采泥炭燃烧产生的CO2等。泥炭地退化使其从土地利用部门温室气体(GHG)的净汇变成了净源。
尽管已经讨论过温室气体排放可以通过改善矿物土壤的管理来缓解,例如改进耕地的作物轮作或草原的物种引进,但是与之相比,泥炭地的碳储存量氮限制要小得多:平均每公斤碳封存只需要0.018kg氮,远低于矿质土壤的0.094kg。本文根据全球泥炭地分布和退化,分析温室气体排放与退化泥炭地的不确定性。分析认为退化泥炭地的温室气体排放量高于以前,主要是由于热带地区管理有机土壤面积更大;干涸的泥炭地的累积温室气体排放量大于所有农业用地的矿物土壤碳固存潜力
2.研究方法
(1)泥炭地扩展地图的数据源
本文在(Yu et al, 2010)的泥炭地地图基础上,进一步收集了潜在泥炭地区域的全球地图;添加了拉姆萨尔公约中考虑的所有地区,更新后的泥炭地扩展地图比参考增加了0.8%。仅将地图用作具有统计代表性的地理样本,以根据其他空间数据重新计算排放量和土地利用的比例。
(2)泥炭地土地利用和退化地图
所有空间数据工作均使用ArcGIS处理。将泥炭地面积分配给三个主要的土地利用类别,即林地FL、草原GL和耕地CL,并将其与欧洲航天局全球土地覆盖地图(ESA-GLCM)叠加,用政府间气候变化专门委员会IPCC排放因子和气候分区(北方,温带,热带)重新分类;为了改善土地分类,进一步合并了EarthStat数据集中的CL区域。
将所得的泥炭地土地利用图与K?ppen全球气候分类相结合,大致重新分为极地+北方、温带和热带三个气候类别,获得具有5×3=15个温室气体排放等级的地图(图1)。然后,我们根据IPCC数据,在按气候和土地利用(极地和北方气候分配相同的排放因子)汇总排放因子后,为每个类别分配了一个排放因子(表1)。排放因子的不确定性被认为是三个主要类别(CL、FL和GL)内的均匀概率分布,因此不确定性边界被表示为一个范围。由此产生的地图显示了潜在的泥炭地分布,并在空间上将泥炭地退化造成的潜在温室气体排放分配给潜在的全球泥炭地区域(图2)。
图1 退化泥炭地每像素排放因子的土地利用类型和气候区
图2 全球泥炭地分布和泥炭地退化的年度潜在排放量
表1 排放因子(平均值和范围)
泥炭地退化由变化的温室气体通量(即退化措施)所表明。用这种方法生成了一个退化地图,其值在0到1之间,表示该地区退化泥炭地的(概率)分数(图3)。将泥炭地退化图(图3)与潜在排放图(图2)相乘,以计算泥炭地退化实际排放的概率图(图4)。总排放量以每个像素为基础计算,然后根据气候和土地利用进行汇总,生成表2中的数据。
图3 世界泥炭地退化率。比率1=完全退化,比率0=完全完好
图4 全球泥炭地分布和泥炭地退化造成的估计年度实际排放量
表2 全球泥炭地面积及排放概况
(3)土壤碳氮比
使用了ISRIC WISE数据集提取矿质土壤的C/N比:排除了C/N比<5或>100且土壤有机碳浓度>200 mg g的任何土壤,假设它们带有分析误差或代表未归类为组织溶胶的有机土壤。该简化数据集的中位数C/N比为10.7。对于有机土壤,从(Loisel et al, 2014)等人文献中获取了北方和温带泥炭的C/N值,通过对文献中热带泥炭的C和N含量进行汇编,得出热带泥炭的一般C/N值,部分数据展示如表3。
表3 热带泥炭地的有机碳、氮和土壤碳氮比
3.研究结果
(1)全球泥炭地面积和温室气体排放
结合图2、4和表2可知,温室气体排放的潜在热点主要位于热带地区;实际排放量和潜在排放量的分布差别很大;退化泥炭地在全球储存了约80.8 Gt土壤碳,排放约1.91(0.31-3.38)Gt二氧化碳。持续的有机质损失将在未来几个世纪内耗尽实际降解的泥炭沉积物(图5),这取决于排放的强度及其碳密度。(Dargie et al, 2017)中的一项发现表明,热带地区可能仍存在未知的泥炭储量,例如亚马逊盆地。
即使是对当代生物陆地净二氧化碳汇的最新全球估计也没有充分考虑泥炭地排放,因此我们的分析表明碳汇的规模可能被低估了。我们的计算首次考虑了所有温室气体(CO2、N2O、CH4、氧化浸出的溶解有机C产生的CO2);排水有机土壤年温室气体排放估计范围的上限高于先前报告,主要是因为分配给热带泥炭地的比例更高。
图5 全球泥炭地退化造成的温室气体累积排放量
(2)矿物和有机土壤的缓解潜力
之前的作物有机土壤恢复的年缓解潜力估计为0.08-0.35 Gt,在这里向上调整为0.08–0.92 Gt,该范围的上限是全球泥炭地全面恢复可实现的最大缓解潜力。计算表明,在不包括大量泥炭地恢复的假设情况下,单独采取综合的矿物土壤措施只能补偿退化有机土壤未来的大部分排放,而不能提供净土壤汇。
由于每年大量的温室气体排放和泥炭碳池的大小,平均238(140-1021)年后,矿物土壤的累积碳封存量就会被退化泥炭地的累积温室气体排放所抵消(图5)。在此之后,土壤排放的温室气体将在全球范围内成为大气温室气体的净来源。
(3)评估与土壤有关的缓解措施
与矿物土壤碳封存相比,通过泥炭地恢复最大限度地减少人为温室气体排放在氮方面是便宜的,因此更具成本效益。即使在矿物土壤上所有4923公顷农业土地成功全面实施碳封存措施的情况下,在中期时间尺度上,仅50.9公顷正在退化的泥炭地的温室气体排放量就超过了碳汇。然而,50.9公顷的退化泥炭地仅占全部农业用地的1%。假设退化有机土壤的生产力与矿物土壤的生产力相似,那么每土地单位生产力增加1%对矿物土壤的环境影响,不太可能超过持续开发泥炭地的有害后果。
将重要的泥炭地保护和恢复措施纳入全球政策,特别是在热带地区,似乎是有效的全球气候变化缓解战略的关键步骤。
4.文章引用格式
Leifeld, J., Menichetti, L. The underappreciated potential of peatlands in global climate change mitigation strategies. Nat Commun 9, 1071 (2018). https://doi.org/10.1038/s41467-018-03406-6
转自:“科研圈内人”微信公众号
如有侵权,请联系本站删除!