伯利兹湿地泥炭地多样性及其温室气体报告面临的挑战

《Scientific Reports》：Peatland diversity in Belizean wetlands and the challenges of greenhouse gas reporting

　　

摘要专业翻译 尽管泥炭地在气候变化减缓与适应方面具有重要作用，包括提供碳储存和水文调节等生态系统服务，但加勒比地区的泥炭地特征描述仍然不足，且日益受到威胁。本研究首次对伯利兹的泥炭地进行了国家尺度评估。泥炭地约占该国陆地面积的6%，储存约165兆吨（Mt）碳。海陆过渡系统包括红树林泥炭地（mangrove peatlands），而陆域-淡水系统则由开阔泥炭地（以莎草和禾草为主）和泥炭沼泽森林（peat swamp forest）构成。最古老的泥炭地分布于沿海岛屿（当地称为cayes），其泥炭厚度超过800厘米，约在7500 CalBP开始发育，与区域海平面稳定期相一致。粗略的地层观测表明，大多数泥炭地以红树林为起始植被，其中部分随后转变为开阔泥炭地和泥炭沼泽森林。这些转变可能由泥炭累积超过潮汐影响所致。伯利兹仅有约29%的泥炭地位于保护区内，这使得许多泥炭地面临土地转换和排水疏干的威胁，沿海地区尤为突出。伯利兹是首批将泥炭地纳入其国家自主贡献（NDCs）的加勒比国家之一。然而，由于其泥炭地呈现镶嵌状分布格局，按照政府间气候变化专门委员会（IPCC）指南进行报告对该国及该区域构成挑战。

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一、研究背景与问题

泥炭地是一种具有独特泥炭土壤的生态系统，其泥炭由植物残体在水分饱和的土壤条件下不完全分解而形成。泥炭地虽然仅覆盖全球陆地面积的3%至4%，却被认为是地球上最有效的长期陆地碳汇，全新世以来已累积至少550 Gt碳。然而，绝大多数泥炭地研究集中在欧洲、北美和俄罗斯，热带泥炭地研究起步较晚且主要聚焦于东南亚。在拉丁美洲和加勒比地区（LAC），泥炭地研究严重不足，加勒比地区的泥炭地不仅在科学上缺乏研究，在国家环境清单、气候战略和保护框架中也代表性不足。

伯利兹位于中美洲东北海岸，面积约23,000 km2。尽管该国在其最新提交的NDC 3.0中承诺开展泥炭地制图、碳储量评估和潜在泥炭地保护区识别，但大部分加勒比国家缺乏泥炭地清单，也缺乏对“泥炭”和“泥炭地”的正式定义与认可。这些缺陷导致泥炭地在国家自主贡献（NDCs）中被忽视，且难以在《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）巴黎协定下的国家清单报告中充分报告其排放量。本研究旨在：（1）绘制伯利兹泥炭地的空间分布；（2）对泥炭地类型进行分类并分析其生态系统演替；（3）量化不同泥炭地类型的土壤有机碳（SOC）储量；（4）反思在IPCC指南下报告镶嵌状泥炭地的困难。

二、研究内容与主要结论

研究人员通过两期野外调查（2024年7-8月主期和2025年10月补充期），在伯利兹沿海和离岸岛屿（cayes）共107个点位采集泥炭柱样，结合伯利兹蓝碳项目（Belize Blue Carbon Project）的111个红树林样点数据，共218个样点用于训练土地覆盖分类模型。研究得出以下主要结论：

泥炭地分布：伯利兹泥炭地总面积约1380 km2，占国土面积的6%，制图分辨率30米，总体精度99%，Kappa系数0.99。其中红树林泥炭地（含中高红树林约650 km2和矮红树林245 km2）合计895 km2，开阔泥炭地415 km2，泥炭沼泽森林75 km2。泥炭沼泽森林主要限于萨尔斯顿-特马什国家公园（Sarstoon-Temash National Park）及其邻近区域。

泥炭地碳储量：红树林泥炭地平均泥炭深度248 cm，碳储量1280 Mg ha?1；非红树林泥炭地平均深度167 cm，碳储量1010 Mg ha?1。据此估算伯利兹泥炭地总碳储量为165±10 Mt碳，其中红树林泥炭地储存115±7 Mt，非红树林泥炭地储存50±6 Mt。研究还发现南部伯利兹和部分cayes拥有最大的泥炭碳储量，主要归因于更厚的泥炭层。

泥炭形成与累积速率：泥炭起始年龄介于145至7880 CalBP之间，平均2465 CalBP。最古老、最深的泥炭地位于南部伯利兹和cayes（约7500 CalBP，约800 cm），其泥炭累积与西大西洋海平面上升速率密切相关。平均泥炭累积速率介于0.3至3.5 mm yr?1之间，2000 CalBP以来累积速率加快。相应的碳累积速率介于0.13至1.61 MgC ha?1 yr?1之间。

生态演替与转变：大多数泥炭地无论当前优势植物群落如何，均以红树林为起始植被。以萨尔斯顿-特马什国家公园的泥炭藓（Sphagnum）泥炭地为例，泥炭累积始于约7740 CalBP的红树林主导系统，后转变为泥炭沼泽森林，约1500 CalBP演替为现代泥炭藓植被。奥兰治沃克（Orange Walk）和霍普金斯（Hopkins）的微咸水后滨沼泽（backswamp fens）则始于6000至4000 CalBP的红树林泥炭累积，后转变为禾草主导的沼泽。这些从微咸水向淡水系统的转变可能反映了垂直泥炭生长逐渐使系统脱离潮汐影响，改变了生态水文控制。

三、主要技术方法

研究采用以下关键技术方法：（1）基于Google Earth Engine（GEE）平台的随机森林（Random Forest）机器学习分类算法，综合ALOS PALSAR L波段雷达数据（HH和HV极化）、Sentinel-2影像（含NDVI、NDWI及B4、B8、B11、B12波段）、距最近排水高度（HAND）以及SRTM高程和坡度数据，进行土地覆盖分类；（2）使用50 cm Eijkelkamp泥炭取样器采集泥炭柱样至泥炭-矿质界面，进行地层描述和冯·波斯特（von Post）腐殖化度分级；（3）通过烧失量法（LOI）测定有机质含量，元素分析测定总碳（TC）和无机碳（IC），以差减法计算有机碳（OC）含量；（4）加速器质谱（AMS）放射性碳测年（1?C），使用OxCal 4.4软件和IntCal20校准曲线进行日历年龄校准；（5）空间三折交叉验证评估分类精度。样本来源包括本研究107个野外点位和伯利兹蓝碳项目的111个红树林样点。

四、讨论与结论

讨论部分：研究人员指出，伯利兹泥炭地仅约29%位于保护区内，大部分泥炭地面临土地转换和排水疏干的威胁，沿海地区尤为严重。现有泥炭地研究主要集中在红树林系统，导致其他泥炭地类型的数据有限。研究人员还发现放射性碳测年结果存在个别年龄倒转现象，可能由根系污染或混合有机组分导致。此外，研究强调区分红树林生长于泥炭土与矿质土的重要性，以更准确估算地下碳储量。在IPCC指南框架下，伯利兹泥炭地的镶嵌状分布格局（红树林泥炭地、开阔泥炭地和泥炭沼泽森林的混合）使得温室气体排放报告面临显著挑战，这不仅是伯利兹面临的问题，也是整个加勒比地区共同面临的困境。

结论部分：伯利兹泥炭地覆盖约6%的国土面积，储存约165 Mt碳，是重要的蓝碳和陆地碳汇。大多数泥炭地以红树林为起始植被，随后在泥炭累积超过潮汐影响后向开阔泥炭地和泥炭沼泽森林演替。最古老的泥炭地（约7500 CalBP）分布于沿海cayes，其发育与区域海平面稳定密切相关。伯利兹是首批将泥炭地纳入NDCs的加勒比国家之一，但泥炭地的镶嵌状特征使其在IPCC指南下的温室气体报告面临重大挑战。研究呼吁加强非红树林泥炭地系统的实地验证工作，以改进碳储量估算精度，并推动泥炭地在国家治理框架中的正式认可与保护。