泥炭地水文物理与碳属性的全球格局：基于泥炭类型和气候带的系统研究

本研究通过构建全球泥炭物理、水文和化学性质数据库，揭示了泥炭容重(BD)与碳密度、孔隙度、饱和导水率(Ks)的关键关联。研究发现碳密度与BD的线性关系具有跨气候带普适性(R2>0.93)，热带泥炭对BD变化最敏感。研究为缺乏直接测量时利用BD估算泥炭水文功能和碳储量提供了可靠工具，成果发表于《Geoderma》。

　　

泥炭地作为地球仅占3%陆地面积却储存21%土壤碳的关键生态系统，其水文物理特性直接调控着水-养分-碳循环。然而全球尺度下泥炭水力特性的认知仍存在显著空白，特别是不同气候带（热带、寒温带、冻土区）和泥炭类型（沼泽、富营养沼泽）间的差异规律尚不明确。更棘手的是，全球12%泥炭地因农业排水导致碳矿化，从碳汇转为碳源，而排水引发的容重(BD)增加、孔隙结构改变等效应，又会进一步通过影响饱和导水率(K_s)等参数加剧生态功能退化。

为破解这一难题，德国罗斯托克大学(University of Rostock)的Ji Qi和Haojie Liu团队联合国际学者，建立了涵盖1421组碳密度、1083组K_s数据的全球泥炭属性数据库。研究通过系统分析发现：当碳含量>35%时，碳密度与BD呈现惊人的线性相关性(R²>0.93)，其中热带泥炭的碳密度对BD变化最敏感；总孔隙度随BD增加线性下降，而大孔隙度(>30μm)则遵循幂律关系；K_s与BD呈对数递减关系，但受泥炭形成植被（木本、泥炭藓、莎草）的显著调控。这些发现证实BD可作为估算泥炭水文功能和碳储量的可靠代理指标。

研究团队通过Web of Science和Scopus数据库筛选99项研究，提取地理坐标、BD、碳含量等关键参数。采用Paquet公式计算颗粒密度，定义-60 cm水压头对应的孔隙为大孔隙。运用Kruskal-Wallis检验比较不同泥炭类型参数的差异性，建立BD与各参数的回归模型。

研究结果显示：热带泥炭碳含量最高（中位数51.6%），其碳密度-BD关系斜率(0.53)显著大于富营养沼泽(0.39)。通过Rudiyanto方法（BD×平均碳含量）估算碳密度时，RMSE低至0.004-0.009。孔隙度分析揭示，当BD>0.2 g cm^-3时大孔隙度趋于稳定，这与泥炭降解过程中次生孔隙（根系通道、裂隙）的形成有关。K_s的各向异性分析显示，低BD泥炭(<0.2 g cm^-3)的log₁₀(K_sh/K_sv)变异达-1.4~2.2，而高BD泥炭各向异性变异性显著降低。

这项研究首次在全球尺度上量化了BD与泥炭关键功能的普适性关系。特别值得注意的是，热带泥炭碳密度对BD的敏感响应，暗示该区域泥炭地可能对人为干扰更具脆弱性。建立的BD-碳密度转换函数，为《巴黎协定》框架下的泥炭地碳储量评估提供了标准化工具。而关于K_s各向异性受BD调控的发现，则对改进泥炭地水文模型具有重要启示。未来研究需重点关注冻土区泥炭的K_s各向异性特征，以及气候变化下BD-功能关系的动态演变规律。