芬兰北部耕作泥炭地水文特征及其对可持续管理的启示

《Journal of Hydro-environment Research》：Hydrology of a cultivated peatland in Northern Finland and implications for management

本研究针对浅层泥炭土壤（<1?m）水文行为研究不足的问题，在芬兰北部Ruukki NorPeat站点开展了为期5年的水文监测，通过分析不同泥炭厚度（20–80?cm）地块的地下水动态、土壤湿度及排水流量等参数，揭示了泥炭厚度对水文稳定性的关键影响。结果表明，厚泥炭层（60–80?cm）能维持更稳定的地下水位，缓冲短期气候波动，而薄泥炭层（<30?cm）水文响应剧烈，易受干旱胁迫。研究为优化排水管理、平衡农业生产力与生态环境提供了科学依据。

　　

在全球气候变化与粮食安全双重挑战下，泥炭地作为重要的碳储库和农业资源，其可持续管理尤为关键。泥炭地仅占地球陆地面积的3%，却储存了全球土壤碳的显著部分。然而，为农业利用而排水的泥炭地常伴随养分淋失和温室气体排放等环境问题，这些过程深受水文条件调控。目前，针对浅层泥炭土壤（厚度小于1米）的水文行为研究仍较为缺乏，而这类土壤在北方农业区十分常见。为此，芬兰自然资源研究所（Luke）在北部Ruukki建立了NorPeat研究平台，通过长期监测揭示了耕作泥炭地的水文机制及其管理意义。相关成果发表于《Journal of Hydro-environment Research》，为优化泥炭地农业实践提供了重要科学依据。

研究团队在2016至2021年间，对6个不同泥炭厚度（20–80?cm）的地块进行了系统性监测。关键水文变量包括地下水位（GWT）、土壤湿度、排水流量、降水、蒸散（ET）及土壤温度等，均以高时间分辨率连续记录。站点配备可控排水系统，排水管埋深120–130?cm，位于矿物底层内。通过整合实地观测与实验室分析（如土壤水特征曲线测定、饱和导水率K_sat测量），研究量化了泥炭厚度对水文动态的影响。

3.1. 土壤水文物理特性

泥炭层的厚度和物理性质显著影响水分保持与运动。厚泥炭地块（60–80?cm）的土壤有机质（SOM）含量高（83.7%），孔隙率达93.3%，表现出优异的水分缓冲能力；而薄泥炭地块（<30?cm）的SOM含量较低（34.2%），孔隙率仅74.7%，水分存储能力有限。水平饱和导水率（K_sat）在所有地块均较低（10^?8–10^?7?m?s^?1），表明水平水流受限，但垂直水分运动通过大孔隙和根系通道较为活跃。

3.2. 地下水位动态

泥炭厚度是地下水位动态的主要控制因子。厚泥炭地块的地下水位最浅（年均?76?cm）且最稳定，而薄泥炭地块水位波动剧烈（年均?96?cm），最低可降至?200?cm以下。季节性变化明显：春季融雪导致水位快速上升，夏季蒸散增强使水位降至年度最低，秋季降水又使其恢复。主衰退曲线（MRC）显示，厚泥炭区水位衰退缓慢，薄泥炭区则急剧下降，后者更类似矿物土壤的行为。

3.3. 土壤湿度动态

尽管地下水位差异显著，所有地块的表层30?cm土壤湿度动态相似，说明上层泥炭具有较强的水分保持能力，能缓冲深层水位波动。厚泥炭地块的湿度变异性最低，而薄泥炭地块在干旱期湿度下降更快，易出现水分胁迫。

3.4. 径流动态

地下排水是主要径流途径，占总径流绝大部分（地表径流仅占9.6%）。厚泥炭地块的排水流量更高且衰退缓慢，薄泥炭地块则响应迅速但流量低。排水量的年际变化受降水影响，例如2019–2020年降水较多时，净储水变化为正；而2020–2021年降水减少则导致轻微水分亏缺。

3.5. 水平衡分析

蒸散（ET）和地下排水是水分输出的主要组成部分。厚泥炭地块的排水比例更高（年均42–48%），而薄泥炭地块的ET贡献相对突出。水平衡结果强调了下排水在泥炭地水文中的主导作用，以及泥炭厚度对径流生成的调控效应。

研究表明，泥炭厚度通过影响水分存储能力和导水性能，直接调控地下水位稳定性、土壤湿度及径流生成。厚泥炭层能有效缓冲气候波动，减少干旱胁迫风险，但也可能增加养分淋失潜力；薄泥炭层则更易受干旱影响，且排水管理需更精细以避免泥炭氧化和酸性物质释放。研究建议针对泥炭厚度差异实施适应性管理，如提前关闭排水或补充灌溉，以平衡农业需求与生态保护。这些发现为发展气候智能型泥炭地农业提供了关键水文基础，有助于在变化环境中维持泥炭地的生产与生态功能。