神農(nóng)架大九湖泥炭地碳儲(chǔ)量估算及固碳能力研究

許向南，葛繼穩(wěn)*，馮 亮，楊詩(shī)雨，王璐雯

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北 武漢 430078；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)濕地演化與生態(tài)恢復(fù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430078；3.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)生態(tài)環(huán)境研究所，湖北 武漢 430078)

我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)在過(guò)去一直扮演著重要的碳匯角色。在2001年至2010年間，我國(guó)陸地生態(tài)系統(tǒng)年均固碳量約為2.01億t，相當(dāng)于抵消了同期化石燃料碳排放量的14.1%[1]。對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲(chǔ)量、固碳能力和潛力、碳循環(huán)過(guò)程方面進(jìn)行分析研究，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型及國(guó)際氣候談判進(jìn)展中起著至關(guān)重要的作用。

濕地作為生態(tài)服務(wù)功能最高的生態(tài)系統(tǒng)，在全球碳循環(huán)中扮演著重要的角色，其有機(jī)碳儲(chǔ)量約占生物圈表層總碳儲(chǔ)量的20%～30%[2-3]。盡管大部分濕地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能不及森林生態(tài)系統(tǒng)，但其碳儲(chǔ)量卻相當(dāng)于全球土壤的17.0%～41.9%，相當(dāng)于全球森林碳儲(chǔ)量的5倍、全球大氣碳量的32.6%～73.9%，是陸地生態(tài)系統(tǒng)中重要的碳庫(kù)[4-6]。泥炭沼澤作為一類(lèi)特殊的濕地生態(tài)系統(tǒng)，全球總面積約為1.85×108～4.23×108hm2[5]，約占地球總土地面積的3%[7]，是各類(lèi)陸地生態(tài)系統(tǒng)中單位面積碳堆積量最大、碳密度最高和碳累積速率最快的生態(tài)系統(tǒng)。從地質(zhì)演化的角度來(lái)看，泥炭地在調(diào)節(jié)生物圈表層碳儲(chǔ)量方面發(fā)揮著非常重要的作用。同時(shí)，泥炭地也是一類(lèi)較為脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，對(duì)環(huán)境變化十分敏感，是碳源和碳匯的轉(zhuǎn)換器。因此，了解泥炭地碳儲(chǔ)量現(xiàn)狀以及在全球氣候變化和區(qū)域環(huán)境變化下的固碳能力特征顯得十分重要。

目前，我國(guó)對(duì)于陸地生態(tài)系統(tǒng)中濕地的碳儲(chǔ)量和固碳能力研究主要集中于黃河三角洲蘆葦濕地[8-9]、紅樹(shù)林濕地[10]，對(duì)于典型亞熱帶山地沼澤濕地的研究較少。神農(nóng)架大九湖亞高山泥炭地是我國(guó)中部地區(qū)開(kāi)展泥炭地關(guān)鍵帶監(jiān)測(cè)的良好場(chǎng)所[11]，也是長(zhǎng)江中游發(fā)育典型的亞高山泥炭地，其泥炭沉積保存的完整性和特有的亞熱帶山地氣候特征，使得對(duì)其進(jìn)行固碳能力特征以及碳儲(chǔ)量現(xiàn)狀的研究具有重要意義。因此，本研究以地處鄂西山區(qū)受人為干擾較少的神農(nóng)架大九湖泥炭地為研究區(qū)，通過(guò)對(duì)研究區(qū)進(jìn)行野外調(diào)查和長(zhǎng)期觀測(cè)，采用經(jīng)驗(yàn)公式和實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析方法計(jì)算了其碳儲(chǔ)量，并對(duì)觀測(cè)期間神農(nóng)架大九湖泥炭地的固碳能力進(jìn)行了分析。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于鄂西山區(qū)的神農(nóng)架林區(qū)大九湖國(guó)家濕地公園內(nèi)(31°15′～31°75′N(xiāo)、109°56′～110°58′E)，是華中地區(qū)保存最為完好的亞高山泥炭地。該區(qū)域主要受東亞季風(fēng)控制，屬北亞熱帶向暖溫帶過(guò)渡性山地季風(fēng)氣候，立體小氣候明顯，四季分明，日照較少，溫度較低，無(wú)霜期短，降水多，相對(duì)濕度大。該地區(qū)多年平均氣溫為7.2 ℃，年平均日照時(shí)間為1 858.3 h，無(wú)霜期為194～256 d，多年平均降雨量為1 535 mm。研究區(qū)土壤以沼澤土、草甸沼澤土和草甸土為主，土壤質(zhì)地松軟，有機(jī)質(zhì)含量豐富。研究區(qū)觀測(cè)點(diǎn)位于神農(nóng)架大九湖國(guó)家濕地公園3號(hào)湖附近(31°28′44.45″N、110°00′14.61″E)，海拔高度為1 758 m，見(jiàn)圖1。該處植被資源較為單一，喬木和灌木層缺失，草本層主要有泥炭蘚(Sphagnumpalustre)、阿齊薹草(Carexargyi)、地榆(Sanguisorbaofficinalis)、燈心草(Juncuseffusus)和紫羊茅(Festucarubra)等[12-13]。

圖1 研究區(qū)觀測(cè)點(diǎn)示意圖

1.2 研究方法

由于泥炭地在不同季節(jié)的水位和土壤含水量情況略有不同，故進(jìn)行了連續(xù)3個(gè)季度的采樣，即分別于2020年6月、9月、12月在神農(nóng)架大九湖泥炭地進(jìn)行了土壤樣品采集。在大九湖泥炭地中部選取發(fā)育較好的一片泥炭沼澤，沿最長(zhǎng)對(duì)角線確定一條樣帶，選取3個(gè)下墊面平坦的取樣點(diǎn)，3個(gè)取樣點(diǎn)沿樣帶平均布設(shè)且間隔為100 m，泥炭地土壤樣品使用灘涂取樣器進(jìn)行采集，在每個(gè)取樣點(diǎn)設(shè)置一個(gè)5 m×5 m的樣方，每個(gè)取樣時(shí)間在相同樣方內(nèi)隨機(jī)選取并分別采集兩個(gè)土壤土柱(0～100 cm)，土壤樣品分為5層(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm和 80～100 cm)。土壤分層采用環(huán)刀法，使用不銹鋼環(huán)刀，在采集出的土壤柱樣相對(duì)應(yīng)的剖面進(jìn)行分層。采集的土壤樣品用密封袋裝好后，用冰袋在保溫箱中進(jìn)行保存并運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室。使用環(huán)刀烘干至恒重并測(cè)定土壤樣品的容重，得到的土壤樣品研磨后過(guò)200目篩，稱(chēng)重后用2 mol/L鹽酸做去除無(wú)機(jī)碳處理。土壤樣品有機(jī)碳含量的測(cè)試儀器為VarioTOC select(Elementar，DE)。使用下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算土壤有機(jī)碳密度：

Tk=BDk×TOCk

(1)

式中:Tk為泥炭地第k層土壤的有機(jī)碳密度(kg/m3);BDk為泥炭地第k層土壤的容重(g/cm3);TOCk為泥炭地第k層土壤的有機(jī)碳含量(g/kg)。

觀測(cè)點(diǎn)設(shè)置有開(kāi)路式渦度相關(guān)觀測(cè)系統(tǒng)和微氣象觀測(cè)系統(tǒng)。開(kāi)路式渦度相關(guān)觀測(cè)系統(tǒng)包括安裝高度為3 m的開(kāi)路式CO2/H2O分析儀(LI-7500，LI-Cor，USA)、開(kāi)路式CH4分析儀(LI-7700，LI-Cor，USA)，原始數(shù)據(jù)采樣頻率為10 Hz。微氣象觀測(cè)系統(tǒng)中空氣溫濕度傳感器(HMP155，Vaisala，F(xiàn)I)距離地面2 m，可同時(shí)觀測(cè)空氣溫度(℃)和相對(duì)濕度(%)；翻斗式雨量計(jì)(52203，R.M.，USA)記錄累計(jì)降雨量；四分量輻射儀記錄凈輻射(CNR1，Campbell，USA)；土壤溫度傳感器(TCAV，AVALON，USA)記錄平均土壤溫度。根據(jù)在線系統(tǒng)(SMARTFlux)記錄的30 min內(nèi)碳通量(CO2、CH4)平均值和30 min內(nèi)的環(huán)境因子平均值計(jì)算長(zhǎng)時(shí)間尺度上泥炭地的固碳能力，并分析其影響因素。

1.3 數(shù)據(jù)整理

本研究選用神農(nóng)架大九湖泥炭地生態(tài)系統(tǒng)2016年1月至2018年12月間的碳通量(CO2、CH4)數(shù)據(jù)和環(huán)境因子數(shù)據(jù)(空氣溫度Ta、相對(duì)濕度RH等)，將理論正常值范圍外和超過(guò)中位數(shù)±10倍標(biāo)準(zhǔn)差的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除，并通過(guò)線性插補(bǔ)法完成對(duì)空缺的碳通量數(shù)據(jù)和環(huán)境因子數(shù)據(jù)的插補(bǔ)[14]，具體方法為：①當(dāng)氣象數(shù)據(jù)完整時(shí)，即相似的氣象條件出現(xiàn)時(shí)(凈輻射Rn、飽和水汽壓、空氣溫度Ta的偏差分別為20～50 W/m2、5%、1.5℃)，用7 d時(shí)間窗口內(nèi)相似氣象條件下的平均值代替缺失值；若在7 d時(shí)間窗口內(nèi)沒(méi)有相似的氣象條件出現(xiàn)，則時(shí)間窗口增加至14 d；②當(dāng)空氣溫度和飽和水汽壓缺失且凈輻射數(shù)據(jù)完整時(shí)，相似氣象條件則通過(guò)凈輻射差值范圍在20～50 W/m2來(lái)確定，用7 d時(shí)間窗口內(nèi)相似氣象條件下的平均值代替缺失值，且不增加時(shí)間窗口長(zhǎng)度。下載歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心(ECMWF)氣象數(shù)據(jù)中的ERA5數(shù)據(jù)集[15]后，對(duì)神農(nóng)架大九湖相應(yīng)時(shí)段的逐月數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，當(dāng)數(shù)據(jù)重疊度滿足≥50%、R2>0.6時(shí)，對(duì)空缺的空氣溫度Ta進(jìn)行線性插值[15]。

繪圖和回歸分析利用Origin 2017軟件完成，相關(guān)性分析利用SPSS軟件完成。

1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)據(jù)分析

基于2016—2018年研究區(qū)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算固碳量，本研究中固碳量單位為t C/hm2，碳通量單位為μmol/(m2·s)。CO2通量的數(shù)值即為凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力(Net Ecosystem Productivity,NEP)，表示生態(tài)系統(tǒng)與大氣的CO2交換量，NEP為正值表示生態(tài)系統(tǒng)碳吸收；CH4通量即為CH4交換量，CH4通量為正值表示生態(tài)系統(tǒng)CH4排放。由于實(shí)際觀測(cè)結(jié)果中CO2通量遠(yuǎn)大于CH4通量，故凈固碳量即為CO2通量與CH4通量的絕對(duì)值之差，其為正值表示凈碳吸收。泥炭地土壤有機(jī)碳含量和容重實(shí)驗(yàn)測(cè)試基于2020年連續(xù)3個(gè)季度的采樣結(jié)果完成。

2 結(jié)果與討論

2.1 泥炭地土壤有機(jī)碳含量和容重特征

不同取樣深度下神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤有機(jī)碳含量，見(jiàn)表1。

表1 不同取樣深度下大九湖泥炭地土壤有機(jī)碳含量

由表1可知，神農(nóng)架大九湖泥炭地上土壤有機(jī)碳含量在垂直剖面(0～100 cm)上的最大值為516.10 g/kg，最小值為282.90 g/kg，最大值與最小值的差值為233.20 g/kg，平均值為402.10 g/kg，變異系數(shù)CV為9.53%。通過(guò)對(duì)神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤樣本有機(jī)碳含量進(jìn)行Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)，其正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果顯示：Sig=0.78>0.05，表明神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤有機(jī)碳含量符合正態(tài)分布。

不同取樣時(shí)間下神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤有機(jī)碳含量平均值隨取樣深度的變化曲線，見(jiàn)圖2。

圖2 不同取樣時(shí)間下神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤有機(jī)碳含量平均值隨取樣深度的變化曲線

由圖2可知，在不同取樣時(shí)間下，神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤有機(jī)碳含量平均值隨取樣深度(0～100 cm)的變化趨勢(shì)基本一致：在0～60 cm取樣深度范圍內(nèi)，隨著取樣深度的增加，泥炭地土壤有機(jī)碳含量平均值下降，且在60 cm取樣深度處泥炭地土壤有機(jī)碳含量平均值達(dá)到最低值(0～100 cm范圍)；在2020年6月、9月、12月3個(gè)取樣時(shí)間的0～100 cm取樣深度下，泥炭地土壤有機(jī)碳含量平均值的最低值均出現(xiàn)在距離地面60 cm取樣深度處，隨著取樣深度的進(jìn)一步增加(至100 cm)，泥炭地土壤有機(jī)碳含量平均值又逐漸增加。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤容重的最大值為0.517 3 g/cm3，最小值為0.113 1 g/cm3，平均值為0.243 3 g/cm3，最大值與最小值的差值為0.294 3 g/cm3。不同取樣時(shí)間下神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤容重隨取樣深度的變化曲線，見(jiàn)圖3。

圖3 不同取樣時(shí)間下神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤容重隨取樣深度的變化曲線

由圖3可知，在不同取樣時(shí)間下，神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤容重隨取樣深度(0～100 cm)的變化趨勢(shì)基本一致：在0～60 cm取樣深度范圍內(nèi)，隨著取樣深度的增加，泥炭地土壤的容重顯著增大，在60 cm取樣深度處泥炭地土壤容重達(dá)到最大值(0～60 cm范圍)；在2020年6月、9月、12月3個(gè)取樣時(shí)間的0～100 cm取樣深度下，隨著取樣深度的進(jìn)一步增加(至100 cm)，泥炭地土壤容重的變化不明顯。

2.2 泥炭地土壤有機(jī)碳密度特征

本研究結(jié)合泥炭地土壤容重參數(shù)，估算神農(nóng)架大九湖泥炭地在垂直剖面(0～100 cm)上土壤有機(jī)碳密度，發(fā)現(xiàn)其最大值為114.28 kg/m3，最小值為71.80 kg/m3，平均值為93.85 kg/m3，最大值與最小值的差值為42.47 kg/m3；在垂直剖面(0～100 cm)中5層(0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm)土壤的平均有機(jī)碳密度分別為71.80 kg/m3、77.45 kg/m3、100.17 kg/m3、105.54 kg/m3、114.28 kg/m3。可見(jiàn)，隨著取樣深度的增大，神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤有機(jī)碳密度呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)，見(jiàn)圖4。

圖4 不同取樣深度下神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤有機(jī)碳密度的變化特征

2.3 泥炭地土壤碳儲(chǔ)量

神農(nóng)架大九湖泥炭地沼澤面積約為750 hm2[11]，根據(jù)估算結(jié)果，得到研究區(qū)0～100 cm深度范圍內(nèi)土壤泥炭地的有機(jī)碳儲(chǔ)量為7.04×105t，有機(jī)碳積累強(qiáng)度為938.46 t/hm2。

2.4 泥炭地固碳能力特征

通過(guò)對(duì)神農(nóng)架大九湖泥炭地2016—2018年共36個(gè)月的連續(xù)觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)的NEP與CH4通量的季節(jié)性變化均具有一定的規(guī)律性(見(jiàn)圖5)，表現(xiàn)為：NEP高的月份一般出現(xiàn)在5～9月空氣溫度較高的時(shí)期，與CH4通量峰值出現(xiàn)的時(shí)期相對(duì)應(yīng)。

圖5 2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭地NEP與CH4通量特征

2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭地NEP與CH4通量特征，見(jiàn)表2。

表2 2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭地NEP與CH4通量特征

基于研究區(qū)的NEP與CH4通量，通過(guò)計(jì)算得到2016—2018年3年間神農(nóng)架大九湖泥炭地(單位面積)總固碳量分別為2.43 tC/hm2、3.32 tC/hm2、3.55 tC/hm2，年均單位面積固碳量為3.09 tC/hm2。研究區(qū)泥炭地沼澤總面積約為750 hm2，通過(guò)計(jì)算得到2016—2018年3年間神農(nóng)架大九湖泥炭地固碳量分別為1 822.5 t、2 490.00 t、2 662.50 t，期間總固碳量為6 975.00 t。

2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭地單位面積月累計(jì)固碳量特征，見(jiàn)圖6。

由圖6可知：神農(nóng)架大九湖泥炭地凈固碳量3年間月變化趨勢(shì)基本一致，表現(xiàn)為生長(zhǎng)季(5～9月)固碳量高、非生長(zhǎng)季(1～4月、10～12月)固碳量低的特征；2016—2018年間，泥炭地單位面積月累計(jì)固碳量的最大值出現(xiàn)在2017年7月為0.71 tC/hm2，最小值出現(xiàn)在2017年12月為0.004 tC/hm2。

圖6 2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭地單位面積月累計(jì)固碳量特征

2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭地單位面積固碳量與氣溫和降雨量的線性回歸擬合曲線，見(jiàn)圖7和圖8。

圖7 2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭地單位面積固碳量與氣溫的線性回歸擬合曲線

圖8 2016—2018年神農(nóng)架大九湖泥炭地單位面積固碳量與降雨量的線性回歸擬合曲線

由圖7和圖8可知：在月尺度上，神農(nóng)架大九湖泥炭地單位面積固碳量與氣溫(R2=0.42，n=36，p<0.05)和降雨量(R2=0.40，n=36，p<0.05)均呈正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明月平均氣溫越高、月平均降雨量越大，泥炭地生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力就越強(qiáng)。同時(shí)，Pearson相關(guān)性分析結(jié)果顯示：大九湖泥炭地月累計(jì)固碳量與月平均土壤溫度(Ts)呈正相關(guān)關(guān)系(R2=0.66，p<0.01)，與月平均土壤相對(duì)濕度(RH)呈正相關(guān)關(guān)系(R2=0.40，p<0.05)，且均達(dá)到顯著性檢驗(yàn)水平(p<0.05)。

2.5 討論

在本研究中，實(shí)驗(yàn)測(cè)定的神農(nóng)架大九湖亞高山泥炭地土壤有機(jī)碳含量變化范圍為282.90～516.10 g/kg，土壤平均有機(jī)碳含量為402.10 g/kg，變異系數(shù)為9.53%，泥炭地土壤有機(jī)碳含量隨取樣深度的增加先降低后增加，在距地表60 cm深度處土壤有機(jī)碳含量達(dá)到最低值(0～100 cm深度范圍內(nèi))。蔡體久等[16]測(cè)定的小興安嶺泥炭蘚濕地土壤平均有機(jī)碳含量為474.27 g/kg(0～60 cm土層)，其平均變異系數(shù)為3.90%；彭文宏等[17]測(cè)定的東北寒溫帶永久凍土區(qū)森林沼澤濕地生態(tài)系統(tǒng)的土壤平均有機(jī)碳含量的最大值范圍為(169.3±130.6) g/kg(0～40 cm土層)；楊繁等[18]測(cè)定的湖北二仙巖泥炭蘚沼澤濕地不同林型下的土壤有機(jī)碳含量平均值以64.88 g/kg最高；周文昌等[4]測(cè)定的青藏高原東緣的若爾蓋土壤有機(jī)碳含量范圍為82.69～241.66 g/kg。由此可見(jiàn)，神農(nóng)架大九湖亞高山泥炭地土壤有機(jī)碳含量較為穩(wěn)定，這與研究區(qū)地表覆蓋有泥炭蘚層且相對(duì)濕度大，減少了由于頻繁的干濕交替而加速的土壤有機(jī)質(zhì)礦化分解有關(guān)[7]。研究區(qū)內(nèi)土壤有機(jī)碳含量的平均變異系數(shù)為9.53%，略高于小興安嶺泥炭蘚濕地土壤有機(jī)碳含量的變異系數(shù)4.25%，其主要原因是神農(nóng)架大九湖地區(qū)位于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，不同季節(jié)間土壤有機(jī)碳含量有一定的差異。同時(shí)，研究區(qū)在40～60 cm深度范圍內(nèi)土壤有機(jī)碳含量的變異系數(shù)較大，可能與在這一深度范圍內(nèi)沉積歷史上氣候條件發(fā)生變化有關(guān)。盡管在40～60 cm深度范圍內(nèi)泥炭地土壤有機(jī)碳含量最低，但由于其土壤容重值顯著大于0～40 cm深度范圍內(nèi)的土壤容重值，且土壤容重隨取樣深度的增加而逐漸增大，故泥炭地土壤有機(jī)碳密度呈現(xiàn)出隨取樣深度增加而逐漸增大的趨勢(shì)。

根據(jù)估算結(jié)果，得到研究區(qū)0～100 cm深度范圍內(nèi)的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量為7.04×105t，土壤有機(jī)碳積累強(qiáng)度為938.46 t/hm2。Liu等[19-20]通過(guò)對(duì)神農(nóng)架大九湖泥炭地ZK5鉆孔的研究發(fā)現(xiàn)，泥炭地土壤有機(jī)碳密度和含量隨深度的變化主要受到沉積環(huán)境的影響，高礦物灰分表明高生物量輸入，響應(yīng)了暖濕氣候條件下的沉積環(huán)境，而低礦物灰分對(duì)應(yīng)微生物繁殖旺盛、分解有機(jī)質(zhì)加快，從而響應(yīng)了暖干氣候條件下的沉積環(huán)境。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤有機(jī)碳含量在距地面128 cm深度處達(dá)到最大值，隨著取樣深度的進(jìn)一步增加，在128～260 cm深度范圍內(nèi)土壤有機(jī)碳含量逐漸下降，且對(duì)應(yīng)時(shí)期處于泥炭地初始發(fā)育階段，在距地面深度超過(guò)260 cm后土壤有機(jī)碳含量變?yōu)?。據(jù)此推斷，神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤有機(jī)碳密度在120～260 cm深度范圍內(nèi)逐漸下降。在本研究中發(fā)現(xiàn)，在0～100 cm深度范圍內(nèi)，隨著取樣深度逐漸增加泥炭地土壤有機(jī)碳密度逐漸升高，計(jì)算結(jié)果表明：0～20 cm深度處泥炭地土壤有機(jī)碳密度為71.80 kg/m3；80～100 cm深度處泥炭地土壤有機(jī)碳密度增至114.28 kg/m3。根據(jù)上述研究結(jié)果推斷，在100～120 cm深度處泥炭地土壤有機(jī)碳密度將繼續(xù)增加，120～260 cm深度范圍內(nèi)泥炭地土壤有機(jī)碳密度將逐漸下降，直至為0。因此，估算神農(nóng)架大九湖泥炭地在0～260 cm深度范圍內(nèi)土壤有機(jī)碳總儲(chǔ)量為1.45×106～1.61×106t，土壤有機(jī)碳積累強(qiáng)度為1 800～2 000 t/hm2，高于我國(guó)泥炭地單位面積有機(jī)碳積累強(qiáng)度的平均值。

在2016—2018年3年間神農(nóng)架大九湖泥炭地的固碳總量約為6 975.00 t，單位面積年均固碳量為3.09 t/hm2，低于多數(shù)森林和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)該值[10,21]。其主要原因是：神農(nóng)架大九湖泥炭地植被類(lèi)型單一，喬木和灌木層缺失，因此生態(tài)系統(tǒng)的凈初級(jí)生產(chǎn)力較其他類(lèi)型的生態(tài)系統(tǒng)低。由于研究區(qū)生長(zhǎng)季明顯短于非生長(zhǎng)季，其生態(tài)系統(tǒng)僅在一定時(shí)間內(nèi)表現(xiàn)出較強(qiáng)的固碳能力；在非生長(zhǎng)季土壤呼吸與植被呼吸雖維持在較低水平但并未停止，因此在非生長(zhǎng)季泥炭地表現(xiàn)出較弱的固碳能力。線性回歸分析表明，在月尺度上不同年份間神農(nóng)架大九湖泥炭地生態(tài)系統(tǒng)固碳量與氣溫和降雨量均呈正相關(guān)關(guān)系，這進(jìn)一步說(shuō)明神農(nóng)架大九湖地區(qū)雨熱同期的季風(fēng)性氣候特征，在生長(zhǎng)季溫度適宜，降水明顯增多，其生態(tài)系統(tǒng)固碳能力顯著增強(qiáng)。Pearson相關(guān)性分析結(jié)果進(jìn)一步表明，泥炭地生態(tài)系統(tǒng)固碳能力受到氣溫和降雨量的共同影響，當(dāng)土壤溫度較高時(shí)，植被生長(zhǎng)旺盛、微生物活動(dòng)較強(qiáng)，此時(shí)植被的光合能力明顯增強(qiáng)，盡管微生物產(chǎn)CH4增多但仍不足以抵消掉生態(tài)系統(tǒng)凈吸收的碳，生態(tài)系統(tǒng)仍為碳匯，因此大九湖濕地泥炭地固碳量與土壤溫度(Ts)呈顯著正相關(guān)；隨著降雨的增多，大九湖地區(qū)的相對(duì)濕度(RH)增大，植被在充足水分的影響下固碳能力增強(qiáng)，因此大九湖濕地泥炭地固碳量也與相對(duì)濕度(RH)呈顯著正相關(guān)。

本研究對(duì)神農(nóng)架大九湖泥炭地進(jìn)行了連續(xù)3年的固碳能力觀測(cè)分析，結(jié)果表明研究區(qū)固碳功能未發(fā)生改變，泥炭地整體表現(xiàn)為碳匯。

綜上分析表明:神農(nóng)架大九湖泥炭地固碳能力未發(fā)生改變且有機(jī)碳儲(chǔ)量較大，繼續(xù)保護(hù)神農(nóng)架大九湖泥炭地生態(tài)系統(tǒng)仍應(yīng)作為減緩與適應(yīng)氣候變化的低成本策略。2021年國(guó)務(wù)院政府工作報(bào)告中指出，扎實(shí)做好碳達(dá)峰、碳中和各項(xiàng)工作，要把碳達(dá)峰、碳中和納入生態(tài)文明建設(shè)整體布局。因此，防止泥炭地向其他土地利用方式轉(zhuǎn)化和防止泥炭地退化并保持現(xiàn)有的泥炭地碳儲(chǔ)量，是保證泥炭地碳匯功能行之有效的措施。有關(guān)部門(mén)應(yīng)繼續(xù)推進(jìn)退農(nóng)還濕、退牧還濕，通過(guò)加強(qiáng)泥炭地生態(tài)系統(tǒng)固碳功能的研究，健全生態(tài)補(bǔ)償措施以助力扶貧脫貧，推動(dòng)泥炭地保護(hù)的法制化進(jìn)程。

3 結(jié) 論

(1) 神農(nóng)架大九湖亞高山泥炭地生態(tài)系統(tǒng)的土壤有機(jī)碳含量變化范圍為282.90～516.10 g/kg，變異系數(shù)為9.53%，泥炭地土壤有機(jī)碳含量隨土層深度的加深而先減少后增加。

(2) 在垂直剖面0～100 cm深度范圍內(nèi)，神農(nóng)架大九湖泥炭地土壤有機(jī)碳密度平均值為93.85 kg/m3，有機(jī)碳儲(chǔ)量為7.04×105t。根據(jù)估算，在總沉積深度為0～260 cm范圍內(nèi)土壤有機(jī)碳總儲(chǔ)量約為1.45×106～1.61×106t，有機(jī)碳累積強(qiáng)度約為1 800～2 000 t/hm2。

(3) 在2016—2018年3年間，神農(nóng)架大九湖泥炭地固碳總量約為6 975.00 t，單位面積年均固碳量為3.09 t/hm2。