探秘淡水沼泽：碳埋藏高比率背后的驱动因素及其对气候的关键意义

湿地土壤碳动态量化困难，为明确其变化及影响因素，研究人员对安大略省南部淡水沼泽展开研究。结果显示，近期土壤有机碳（SOC）积累率高，受有机质类型和水气候影响，该研究对评估湿地碳汇潜力意义重大。

　　在全球气候变暖的大背景下，土壤碳库对气候变化有着重要影响。湿地土壤作为重要的碳库，其碳动态却难以准确量化。一方面，土壤碳积累在陆地生物圈中存在着高度的时空变异性，这使得对其进行精确测量困难重重；另一方面，目前对于湿地土壤碳储量的整体规模以及它们对干扰的脆弱性了解十分有限。淡水沼泽作为湿地的一种重要类型，在温带地区广泛分布，然而它们的命运却多舛，大量被排干用于农业用途。尽管淡水沼泽土壤通常被归类为有机质含量较低的矿质土壤，但它们在长期的时间尺度上却能支持大量的有机碳埋藏，这一矛盾现象引发了众多科学家的关注。此外，现有的研究数据表明，淡水沼泽土壤有机碳（SOC）积累率在近期和长期尺度上存在着显著差异，而造成这种差异的原因尚不清楚。如果不能准确理解这些差异及其背后的原因，就可能会高估自然碳汇的强度，进而导致一系列负面后果，比如在碳排放交易中给予过于宽松的排放抵消额度，这无疑会对全球气候治理产生不利影响。

为了深入探究这些问题，来自国外的研究人员对位于加拿大安大略省南部 Big Creek 流域的一个受河流影响的淡水沼泽展开了研究。他们通过一系列严谨的研究，得出了许多重要结论，这些结论对于准确评估湿地作为自然气候解决方案的潜力具有关键意义，相关研究成果发表在《FACETS》杂志上。

研究人员采用了多种关键技术方法来开展此项研究。在样本采集方面，他们从 Central Big Creek Marsh 采集了一个 430 厘米的沉积物岩芯（CBC3 - 01），并对其进行了详细的处理和分析。在年代测定上，运用了放射性碳定年、Ambrosia 花粉年代地层学以及²¹⁰Pb 定年技术，以此来确定沉积物的年代和沉积速率。同时，通过元素分析和程序热解技术，对土壤中的总碳、总氮、总有机碳（TOC）、无机碳等进行了精确测量，并对有机物质的类型和热稳定性进行了深入研究。此外，还利用碳氮比（TOC/TN）来进一步分析有机物质的来源和性质。

研究结果

• 年代学和沉积物沉积速率：CBC3 - 01 的基底沉积物可追溯至 5710 cal. year B.P.，与 Nipissing I 湖平面高位期相关，标志着湿地的形成。研究发现，湿地形成初期沉积物沉积速率较快（1.0 - 2.2 mm / 年），随后进入晚全新世有所下降（<1 mm / 年）。而在 1850 AD 之后，沉积速率又有所增加，这可能与欧洲人定居后的大规模土地开垦和农业活动有关。通过对²¹⁰Pb 的测量发现，由于沉积物的扰动和沉积过程的不确定性，²¹⁰Pb 定年在该研究中的应用受到一定限制，因此研究人员主要依赖放射性碳定年和 Ambrosia 花粉年代地层学来构建年代模型。
• 碳积累速率：自湿地形成以来，Central Big Creek Marsh 的长期平均有机碳积累速率为 24 ± 17 g C m^?2 year^?1（1850 AD 之前）。在 Nipissing 高水位期，有机碳积累速率显著提高，例如在 Nipissing I 时期达到 44 g C m^?2 year^?1，Nipissing II 时期更是出现了 87 g C m^?2 year^?1的峰值。然而，在 Nipissing II 之后，有机碳积累速率下降并在较长时间内保持较低水平。从 1850 AD 至今，近期的有机碳积累速率范围在 46 - 90 g C m^?2 year^?1，甚至在²¹⁰Pb 定年的上层 20 厘米记录中显示出更高的可能性（高达 150 g C m^?2 year^?1），明显高于中晚全新世的任何记录。
• TOC/TN 比值：在 5710 - 4920 cal. year B.P. 期间，TOC/TN 比值在 16 - 24 之间波动，在 Nipissing I 之后的低水位期曾增加到 27。自 Nipissing II 以来，该比值主要在 8 - 14 之间波动，而在最上层沉积物中，TOC/TN 值大多小于 10。这表明不同时期有机物质的来源和性质存在差异，较高的 TOC/TN 值可能与木质植被来源的有机物质有关，而较低的值可能反映了更多草本植被的贡献。
• 碳组分的热稳定性：通过程序热解得到的 S1、S2 和 S3 值与 TOC 含量密切相关。土壤样本中主要以 S2 热稳定烃为主，S3 可热解有机物质和 S1 不稳定烃的比例相对较小。T50 测量结果显示，随着深度增加，T50 值总体呈上升趋势，表明深层沉积物中的有机碳热稳定性更高。在过去 620 cal. year B.P. 沉积的沉积物中，T50 值通常最低，这意味着这些较新的沉积物中的有机碳更不稳定，更易分解。氢指数（HI）和氧指数（OI）的变化也反映了有机物质的性质差异，近期沉积的沉积物中 HI 和 OI 值较高，说明其有机物质的性质与深层沉积物有所不同。此外，可热解有机碳的比例随深度下降，而残余有机碳的比例总体上占主导地位，但在不同时期会因古环境条件的变化而有所波动。

研究结论和讨论
该研究表明，非潮汐淡水沼泽具有埋藏和储存大量有机碳和无机碳的潜力。近期较高的 SOC 积累速率包含了不稳定和惰性的碳组分，并且在垂直沉积持续的情况下，其积累速率可与全球盐沼和泥炭地相媲美。然而，这些速率会随着全新世大湖水位的波动而变化，受到水气候事件的显著影响。例如，Nipissing 高水位期促进了有机碳的积累，而随后的低水位期则导致积累速率下降。此外，人类活动如土地利用变化、入侵物种的存在以及营养物质的输入等，也可能对近期有机碳的埋藏速率产生影响。

有机碳在表层沼泽土壤中主要以不稳定的形式存在，在未来的几个世纪到几千年内会逐渐分解，这将降低长期的有机碳积累速率。这一发现与沿海（潮汐）湿地和泥炭地的研究结果一致，强调了在量化淡水沼泽土壤的气候缓解潜力时，必须考虑整个土壤剖面和所有碳组分。否则，仅仅依据近期较高的 SOC 积累速率来推断长期的温室气体减排效果，可能会高估湿地在缓解气候变化方面的作用，从而给气候治理带来误导。

总之，该研究为深入理解淡水沼泽的碳循环过程提供了重要依据，对于准确评估湿地作为自然气候解决方案的潜力具有重要的科学意义，也为后续相关研究和湿地保护管理提供了关键的参考。