泥炭地再生农业：湿润温带苔草湿地中水耕栽培对泥炭形成潜力的维持作用

《Agronomy for Sustainable Development》：Paludiculture maintains peat formation potential in rewetted temperate fens

本研究针对排水农业导致温带苔草湿地从碳汇转为碳源的问题，通过在欧洲多国开展野外实验，首次量化了不同管理强度（自然湿地、低/高强度水耕栽培）和营养水平（苔草/香蒲主导）下再生湿地的地下生物量生产与分解平衡。结果表明水耕栽培不会降低泥炭形成潜力(PFP)，且营养有效性通过调控植被类型（苔草系统PFP显著高于香蒲系统）和分解速率成为关键驱动因子。该研究为退化泥炭地的可持续利用提供了科学依据，证实了水耕栽培在实现碳封存与农业生产协同发展的可行性。

　　

当欧洲温带地区的苔草湿地在农业排水工程中被开垦为农田，这些曾经储存巨量碳的生态系统便开始上演一场无声的坍塌。排水导致的地下水位下降，使得原本处于水饱和状态的泥炭层接触氧气，微生物分解活动加剧，将积累千年的有机碳转化为二氧化碳释放到大气中。数据显示，仅德国和荷兰就有超过85%的有机土壤被排水用于农业，这些退化泥炭地贡献了全球约4%的人为温室气体排放。更严重的是，土地以每年1-2厘米的速度沉降，养分流失导致下游水体富营养化，生物多样性急剧下降。

面对这一生态危机，再湿润（rewetting）被证明是阻止泥炭氧化的有效手段。但一个关键问题随之浮现：再湿润后的土地能否恢复其碳汇功能？特别是对于历史上经过高强度农业利用、营养水平显著升高的退化泥炭地，传统的保护性管理往往难以应对营养盐过载导致的植被演替（如香蒲等高大喜肥植物取代原生苔草）。一种创新性的解决方案——水耕栽培（paludiculture）应运而生，即在保持高水位的前提下进行生物质生产。然而，这种生产性利用方式是否会影响泥炭的形成潜力（peat formation potential, PFP），即地下生物量生产与分解的平衡关系，始终缺乏系统的野外实证研究。

为解答这一科学问题，由德国格赖夫斯瓦尔德大学Juergen Kreyling博士领衔的国际研究团队，在《Agronomy for Sustainable Development》发表了题为《Paludiculture maintains peat formation potential in rewetted temperate fens》的研究论文。该研究在荷兰、德国和波兰的15个实验样点构建了从自然湿地到高强度水耕栽培的管理梯度，结合苔草（Carex）和香蒲（Typha）两种典型植被类型所代表的营养梯度，通过两年野外观测揭示了水耕栽培对泥炭形成关键过程的调控机制。

研究人员采用三项核心技术方法开展系统研究：首先使用根生长芯（root ingrowth cores）法量化不同土层（0-5 cm、15-20 cm、45-50 cm）的年均地下生物量生产；其次通过埋藏凋落物袋（litterbags）测定原位分解速率；最后整合二者数据计算标准化泥炭形成潜力（PFP）。所有样点均持续监测水位、土壤温度等环境参数，并基于植物群落组成计算艾伦伯格指示值（Ellenberg Indicator Values, EIV-N）作为营养有效性指标。研究团队还特别关注了重型机械作业对土壤结构的影响（图1），体现了对实际管理场景的深入考量。

地下生物量生产格局

研究发现苔草湿地的地下生物量生产显著高于香蒲湿地（1.94倍），而地上生物量则呈现相反规律（图2）。管理强度未对地下生产产生显著影响，但土壤深度表现出极强筛选作用——约33.7%的地下生物量集中在0-5 cm表层。增强回归树（Boosted Regression Tree, BRT）模型进一步揭示春季土壤温度（代表生长季长度）是首要驱动因子，当平均温度超过10°C时地下生产显著提升（贡献度33%）。营养有效性（EIV-N）通过调控植被类型间接影响生产，低营养条件（EIV-N<5）更利于苔草系统积累地下生物量。

分解过程的非线性响应

不同于预期，地下凋落物分解速率在不同植被类型间无显著差异，但呈现显著的管理强度效应：在苔草湿地中，高强度水耕栽培样点的凋落物残留量反而最高（图4）。BRT模型突出显示营养有效性是分解过程的主控因子（贡献度51%），在EIV-N=5-6区间出现分解速率拐点。值得注意的是，水位对分解的影响弱于预期（贡献度9%），研究者推测短期分解可能更受基质质量调控，而水位波动对长期泥炭保存的作用需更长时间观测验证。

泥炭形成潜力的协同调控

综合生产与分解过程的标准化的PFP分析表明，苔草系统的泥炭形成潜力较香蒲系统高16%（图5）。管理强度未产生负面效应，反而在苔草湿地中呈现促进趋势。BRT模型显示春季温度（51%）、土壤深度（23%）和冬季水位（18%）是三大关键驱动因子（图6）。特别值得注意的是，冬季水位略高于地表（>5 cm）时PFP最大化，而生长季适度低水位（夏季水位约-30 cm）则利于地下生物量积累——这一发现为优化水管理提供了精准依据。

本研究通过多国联合实验首次证实了水耕栽培在再生苔草湿地中的生态兼容性。其科学价值在于突破了传统认知中农业生产与碳汇功能的对立关系，揭示了通过植被管理（促进苔草群落）和水位调控（生长季适度排水、冬季高水位）可实现泥炭形成与生物质生产的协同增效。对于营养盐过载的退化泥炭地，水耕栽培不仅能通过生物质收获持续移出养分，还能逐步提升系统碳封存能力，为《巴黎协定》框架下的土地利用减排提供了可操作的Nature-based Solutions（基于自然的解决方案）。研究者特别建议将富营养化区域的水耕栽培与湿地缓冲带（wetland buffer zones）建设相结合，同步解决碳封存、面源污染治理和生物多样性保护等多重目标，这为全球退化泥炭地的气候智慧型管理提供了新的范式。