青藏高原东南部草本泥炭地600年气候变迁下的持久恢复力与双模态稳定性研究

针对高海拔泥炭地气候敏感性及临界阈值识别难题，中国科学院团队通过多指标古生态记录（diatom assemblages和plant macrofossils）重建了青藏高原东南部泥炭地498 cal yr BP以来的演替轨迹。研究发现温度-降水交互作用驱动泥炭地从fen向bog阶段转变，并揭示其双模态稳定性机制，为全球高海拔碳汇管理提供科学依据。

　　

在全球气候变化加剧的背景下，高海拔泥炭地作为关键的碳汇生态系统，其脆弱性和恢复力机制成为生态学研究焦点。青藏高原（Tibetan Plateau, TP）被称为"亚洲水塔"，其泥炭地对气候变化的响应尤为敏感。然而，关于泥炭地如何平衡自身发育过程（autogenic process）与外部气候驱动（allogenic factors），以及是否存在不可逆的生态临界点（tipping points），仍存在显著知识空白。更棘手的是，传统定义中泥炭地需满足有机质含量>20%、泥炭层厚度>30 cm（FAO, 2020），但最新研究建议将标准放宽至有机碳>5%、厚度>10 cm（Lourenco et al., 2023），这使得评估其稳定性更为复杂。

为解决这些问题，中国科学院东北地理与农业生态研究所的研究团队选取青藏高原东南部两个典型草本泥炭地——五龙布（Wulongbu, WLB）和南措（Nancuo, NC）为研究对象，通过多指标古生态记录分析，重建了约600年来的生态演替轨迹。研究发现，WLB泥炭地约在498 cal yr BP因温湿度上升而发育，其从fen（富营养沼泽）向bog（贫营养沼泽）的转变揭示了双模态稳定性机制，相关成果发表在《CATENA》上。

关键技术方法
研究团队整合了²¹⁰Pb和AMS ¹⁴C测年建立年代框架，通过硅藻（diatom）群落结构分析追踪水文变化，结合植物大化石（plant macrofossils）重建植被演替。采用临界减速（Critical Slowing Down, CSD）模型和闪烁过渡（flickering transitions）理论识别生态临界点，并利用STARS算法和Mann-Kendall突变检验验证 regime shifts。

研究结果

泥炭地发育阶段与生态群落演替
WLB泥炭地约在480 cal yr BP开始发育，初期以莎草科（Carex L.）为主，反映fen阶段特征。约60 cal yr BP，泥炭积累超过临界厚度（1.12 mm/yr），水源从径流主导转为降水主导，完成向bog的转变。硅藻群落从附生种（如Achnanthidium minutissimum）向浮游种（如Cyclotella ocellata）的演替，印证了水文条件的改变。

气候驱动与恢复力机制
温度与降水协同作用主导泥炭地发育：小冰期（LIA）后的升温促进初始发育，而持续降水增加通过谷地地形维持高水位。值得注意的是，早期预警信号（如自相关性和方差）呈现非单调波动，表明系统具有"记忆效应"——即短期干扰后能恢复稳态。

双模态稳定性的生态证据
NC泥炭地表现出更显著的波动状态，其硅藻多样性指数（Shannon index）在约200 cal yr BP出现骤降，对应降水减少期。但两个泥炭地均未发生崩溃性转变，证实了高海拔泥炭地的内在韧性。

结论与意义
该研究首次揭示了青藏高原泥炭地双模态稳定性（bimodal stability）的三大机制：1）有机质积累（autogenic process）与矿物输入（allogenic factors）的动态平衡；2）营养级响应异步性（如植物群落变化滞后硅藻约30年）；3）地形介导的水文调节（如谷地促进径流滞留）。这些发现不仅解释了为何TP泥炭地能在加速变暖下保持碳汇功能，还为安第斯山脉、东非高原等类似生态系统提供了管理范式。特别是通过古生态记录识别的临界点前兆（如方差放大和闪烁信号），可成为全球高海拔碳汇监测的早期预警指标。

研究同时指出，当前泥炭地定义标准的分歧（如Minasny et al., 2024与FAO, 2020的差异）可能影响保护政策制定，建议未来研究需整合有机碳含量与水文功能指标。该成果为《联合国生态系统恢复十年》计划提供了高海拔湿地保护的科学基线，凸显了古生态学在预测未来气候变化情景中的独特价值。