栾军伟等:国外湿地生态系统碳循环研究进展 等主要碳循环过程ˉ。湿地碳动态过程不仅受机制。湿地生态系统地理空间变异较大,气候变 环境因子的变化影响,还与特定区域的气候与土化复杂,受人类活动千扰,增加了全球尺度土壤碳 壤要素有关。近年来,利用卫星数据进行湿地收支评估的难度。湿地生态系统碳收支评估及其 CHL排放估算的硏究逐步发展,但多数模型仍存对未来气候变化响应的实验及模拟研究都已明显 在区域局限性,在大尺度上的预测极为有限。目落后于森林和草地生态系统。目前有关湿地生态 前,模型研究的重点是在以往研究基础上,基于区系统碳动态变化的研究,多基于有限时空尺度的 域环境植被特征的模型参数化方案、敏感性及其零星研究,缺少系统的、长期的定位研究以及覆」 模拟能力评估。近年来在预报学基础上发展起多类型、大尺度的综合研究及模拟。因此,开展气 来的数据同化 data assimilation)技术迅速应用于候变化与人类活动下湿地碳动态变化及其调控机 陆地生态系统碳循环领域的研究~,为湿地生态理的系统研究,揭示湿地碳积累过程规律与机制 系统的碳循环模拟预測研究提供了新的思路。 及其与气候变化、人类活动的相互作用机理,前 6展望 促进管理生态系统固持大气CO2的科学量化,提 高湿地碳收支评估的科学性,加深对湿地生态系 湿地生态系统的固碳功能已在全球范围内达统碳累积过程和维持机制的理解,促进陆地生态 成共识。湿地保护产生的减排量尚未列入缓解气系统碳收支科学发展,并为应对全球变化提供 候变化的途径与碳减排的多边机制中,但其减排策支持 潜力作为各国应对气候变化和碳减排履约具有重 大意义,当前,对于全球范围内主要泥炭湿地,如参考文献 北美高纬度泥炭湿地和热带森林泥炭湿地等的研 究,旨在解决全球变化条件下泥炭湿地碳库稳定[ GOrham E. The Biogeochemistry of Northern Peatlands and Its 性问题,与未退化沼泽湿地相比退化湿地由于 Possible Responses to Global Warming in Biotic Feedbacks in the Global Climatic System Woodwell. G M, MacKenzie F T. Oxford 水文条件、环境和植被等的改变,造成储存的有机 University Press: New York, 1995. 169-187. 碳快速大量地丢失,另一方面生态系统格局与过 程的改变使当前退化湿地生态系统的固碳功能显 al Modelling CH, emissions from arctic wetlands: effects of hydro- 著降低。与原始状态湿地生态系统相比,退化湿 ogical parameterization!] Biogensciences.20.501ll 地生态系统的碳汇潜力十分巨大。因此,如何在 JAlm J, Schulman L, Walden J, eta. Carbon balance of boreal bo 气候变化和人类活动双重影响下,一方面维持湿 uring a year with an exceptionally dry summer[]. Ecology, 地生态系统现有碳储存库的功能,另一方面提高 4]wickland K P, StriegI R G, Mast M A, et al. interannual 退化湿地的固碳功能成为当前亟待解决的科学问 of soil respiration in two New England forests[ Global Biogeo- 题。总体来说,对当前湿地植被和土壤碳储量、固 chen Cycles.,200,15(2)321 碳速率和固碳潜力,土壤有机碳稳定性及其与水5pPc, Climate Chang=20 The Physical Science B-sco町 文条件间关系知识的缺乏,以及碳通量原位观测 bution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the 技术的不成熟和土壤固碳功能长期定位观测研究 Intergovernmental Panel on Climate Change. Car 的不足,都增加了解决上述问題的难度。不过新 ty Press: Cambridge, 200 [6Lund M, Lindroth A, Christensen TR, ef al. Annual CO, balance 方法与技术,如“核磁共振技术和"CO2稳定同位 ofa 素标记技术等的应用对进一步了解湿地碳化学组7 Rinne J,, Riutta T, Pihlatie M, et aL. Annual cyele of methane emis- 成和碳循环过程,尤其是光合作用固定碳的分配 sion from a boreal fen measured by the eddy covariance technique 机制提供了可能。基于通量观测的开路或闭路式 门 Tellus B,2007,593)449-457 高频率CH观测设备的应用也将促进对湿地甲烷 8Jackowicz K Marcin, Christensen T R, Bakstrand K, et al. Annual cycle of methane emission from a subarctic peatland[ ] Joumal of 排放的研究 湿地生态系统通过水位来调控好氧、厌氧环(9 Backstrand K CnlIPM, Jackowicz-Korczynski M, et al. Annual 境的转变,决定湿地土壤碳储存能力的大小,而水 carbon gas budget for a subarctic peatland, Northem Sweden[J 位变化远不能解释湿地土壤有机碳固定的容量与 Biogeosciences, 2010, 7(1): 95-108 万方数据2期 栾军伟等：国外湿地生态系统碳循环研究进展 239 等主要碳循环过程F‘…。湿地碳动态过程不仅受 环境因子的变化影响。还与特定区域的气候与土 壤要素有关【74，。近年来，利用卫星数据进行湿地 CH4排放估算的研究逐步发展盯I，但多数模型仍存 在区域局限性，在大尺度上的预测极为有限。目 前，模型研究的重点是在以往研究基础上，基于区 域环境植被特征的模型参数化方案、敏感性及其 模拟能力评估。近年来，在预报学基础上发展起 来的数据同化(data assimilation)技术迅速应用于 陆地生态系统碳循环领域的研究”“…，为湿地生态 系统的碳循环模拟预测研究提供了新的思路。 6展望 湿地生态系统的固碳功能已在全球范围内达 成共识。湿地保护产生的减排量尚未列入缓解气 候变化的途径与碳减排的多边机制中，但其减排 潜力作为各国应对气候变化和碳减排履约具有重 大意义。当前，对于全球范围内主要泥炭湿地，如 北美高纬度泥炭湿地和热带森林泥炭湿地等的研 究，旨在解决全球变化条件下泥炭湿地碳库稳定 性问题。与未退化沼泽湿地相比，退化湿地由于 水文条件、环境和植被等的改变，造成储存的有机 碳快速大量地丢失，另一方面，生态系统格局与过 程的改变便当前退化湿地生态系统的固碳功能显 著降低。与原始状态湿地生态系统相比，退化湿 地生态系统的碳汇潜力十分巨大。因此，如何在 气候变化和人类活动双重影响下，一方面维持湿 地生态系统现有碳储存库的功能，另一方面提高 退化湿地的固碳功能成为当前亟待解决的科学问 题。总体来说，对当前湿地植被和土壤碳储量、固 碳速率和固碳潜力，土壤有机碳稳定性及其与水 文条件问关系知识的缺乏，以及碳通量原位观测 技术的不成熟和土壤固碳功能长期定位观测研究 的不足，都增加了解决上述问题的难度。不过，新 方法与技术，如”c核磁共振技术和”CO：稳定同位 素标记技术等的应用对进一步了解湿地碳化学组 成和碳循环过程，尤其是光合作用固定碳的分配 机制提供了可能。基于通量观测的开路或闭路式 高频率CH4观测设备的应用也将促进对湿地甲烷 排放的研究。 湿地生态系统通过水位来调控好氧、厌氧环 境的转变，决定湿地土壤碳储存能力的大小，而水 位变化远不能解释湿地土壤有机碳固定的容量与 机制。湿地生态系统地理空间变异较大，气候变 化复杂，受人类活动干扰，增加了全球尺度土壤碳 收支评估的难度。湿地生态系统碳收支评估及其 对未来气候变化响应的实验及模拟研究都已明显 落后于森林和草地生态系统。目前有关湿地生态 系统碳动态变化的研究，多基于有限时空尺度的 零星研究，缺少系统的、长期的定位研究以及覆盖 多类型、大尺度的综合研究及模拟。因此，开展气 候变化与人类活动下湿地碳动态变化及其调控机 理的系统研究，揭示湿地碳积累过程规律与机制 及其与气候变化、人类活动的相互作用机理，能够 促进管理生态系统固持大气CO：的科学量化，提 高湿地碳收支评估的科学性，加深对湿地生态系 统碳累积过程和维持机制的理解，促进陆地生态 系统碳收支科学发展，并为应对全球变化提供决 策支持。 参考文献 [1]Gorham E．The Biogeochemistry of Northern Peatlands and Its Possible Responses to Global Warming in Biotic Feedbacks in the Global Climatic System Woodwell．G M．MacKenzie F T．Oxford University Press：New YorL 1995．169一187． [2]Petrescu A M 1L van Huissteden J，Jackowicz·Korczynski M，et 吐Modelling CH‘emissions from arctic wetlands：effects of hydro￾logicalpararneterizafion叨．Biogeoseiences，2008，5(I)：1Il—121． [3]Aim J，Schulman L，Walden J，n a／．Carbon balance of boreal bog during a year with an exceptionally dry summer叨．Ecology, 1999．80(’1)：161-174． (4]Wickland K只Striegl RG，Mast M丸以at．Interannual variation of soil respiration in two New England forests叨．Global Biogeo￾chem Cycles，2001．15(2)：321-335． [5]IPCC，Climate Change 2007：The ehysical Science Basis．Conlri￾bution ofWorking Group I to the Fourth Assessment Repog ofthe intergovemmental Panel on Climate Change．Cambridge Universi· ty Press：Cambridge，2007． [6]Lund M，Lindroth A，Christensen T凡盯a／．Annual C02 balance ofa temperate bog[J]．Tellus B，2007，59(5)：804-811． 【7]Rinne J’Riuna T’Pihlafie M，et n正Annual cycle ofmethane emis· sion from a boreal fen measured by the eddy covarianee technique 【』】．Tellus B，2007，59(3)：449-457． [8]Jackowicz K Marcin，Christensen T凡B驮strand l('el n1．Annual cycle of methane emission from asubarctic peatland[J]．Journal of Geophysical Research，2010,115(G2)：G02009． [9]Bilckstrand IL Crill P M，Jaekowiez-Korezyfiski M，et a／．Annual carbon gas budget for asubarctic peatland，Northern Sweden[J]． Biogeosciences，2010，7(1)：95·108． 万方数据