泥炭沼澤中大型碳匯碳排放的新見解

艾莉森·米爾斯，密西根科技大學

埃文·凱恩和他的研究合作者研究泥炭沼澤圍隔。

洪水是泥炭沼澤的生活方式。死水有助於創造一個苔蘚、莎草和灌木繁茂生長的環境。隨著時間一年一年地過去，一層厚厚的新植被覆蓋了舊植被。一層又一層部分分解的有機物堆積成泥炭，幾個世紀以來，泥炭慢慢地聚集並儲存了數噸碳。由於有如此多的古老植物材料被困在其中，這些被淹沒的泥炭沼澤影響了更大的碳和氣候系統。

然而，對於泥炭沼澤來說，乾旱可能會變得更加普遍。在大湖區，改變植被會放大水條件變化的影響。

密西根理工大學的新研究揭示了水位、莎草和灌木如何在變化的泥炭沼澤中相互作用，以及它們如何影響碳排放。研究結果發表在一月份的《植物土壤》雜誌上，密西根理工大學的研究作為這期雜誌的封面照片。這項工作是正在進行的研究的一部分。

圍隔中的碳排放

在與美國林務局(USFS)的合作中，研究人員使用圍隔仔細研究了這些相互作用——這是一個用平方米盒子的泥炭沼澤進行的控制實驗，這些盒子就像超大的花園花盆。圍隔讓研究人員可以控制盒子裡的泥炭沼澤的進出，這種控制水平在自然界是不可能的。

該研究的合著者，密西根理工大學森林資源和環境科學學院的助理教授埃文·凱恩稱沼澤為碳的「大自然的瑞士銀行帳戶」。

「就像銀行帳戶一樣，泥炭碳受輸入和輸出的調節，」他說，並解釋說圍隔便於研究，因為它是一個容器中的整個生態系統。從最高的莖到最深的根，許多變量都可以被監控和操縱。

能夠控制進入的水量使凱恩和他的研究夥伴能夠模擬乾旱和洪水條件。改變這些水位然後影響植物的生長。通過特別研究兩種植物——莎草和灌木——研究小組考察了植物群落變化對碳排放的影響。

「地下水位是一個主要驅動因素，這並不奇怪，」凱恩說。"但是我們對植被影響的程度感到驚訝."

具體來說，當受控的泥炭沼澤乾涸後，莎草產生了顯著的變化。莎草是喜水的三角形葉片植物，類似於草，能很好地適應沼澤環境。他們使用「呼吸管細胞」——一種叫做通氣組織的特殊植物組織——將氧氣輸送到土壤中的有機體，幫助植物吸收養分。更多的氧氣代表著更多潛在的微生物活動——以及更多的溫室氣體排放。

然而，隨著時間的推移，乾燥的沼澤更有可能有利於灌木。灌木更有效地儲存碳，釋放更少的二氧化碳和甲烷，並且它們不使用通氣管細胞將氧氣帶下來並從泥炭中提取養分。基於這一點，長期乾旱實際上會導致泥炭沼澤系統吸收更多的碳；這是USFS合作者正在研究的一個關鍵問題。

「植被很重要，」凱恩說，「但苔蘚最重要。」

苔蘚群落在更乾燥的環境中發生了變化並萎縮泥炭沼澤泥炭蘚，特別是在主要生長莎草的圍隔中。在自然條件下，這將導致沼澤下沉或下沉。下沉的原因——最有可能是微生物或結構變化——也可能影響碳排放。

在圍隔下

所有的植物和碳很難想像，除非你能站在圍隔下真正看到它。

在地下，一條長長的隧道容納著沼澤底部，包裹在波紋狀的金屬盒子裡。它們排列在牆壁上，附著在管子、管道和閥門上，房間裡散發著淡淡的泥土氣息。凱恩與USFS的一名工作人員一起拆除了其中一個箱子正面，露出了淡藍色的絕緣泡沫板，在那後面，是一扇深埋在泥土下的窗戶。

保持在冰點以上，泥炭沼澤的土壤又黑又濕。細細的白線，捲曲的根絲，伸向玻璃。即使對於研究沼澤和樹根的研究者來說，這個窗口也提供了一個獨特的視角。

「我教土壤課，」凱恩說。「在三分鐘內，我不僅能讓學生站在泥炭沼澤中，還能讓他們站在泥炭沼澤下。」

凱恩將絕緣金屬放回玻璃上，用橡皮筋固定，並關閉了進入圍隔深處的視野。

更多信息:"在泥炭地圍隔試驗中地下水位位置和植物功能群對植物群落、地上生產和泥炭性質的影響."植物和土壤2015年2月，第387卷，第1-2期，第277-294頁DOI:10.1007/11104-014-2301-8