第八届青年地学论坛

近年来北极圈加速变暖使陆地生态景观发生显著变化，但北极苔原带对气候变化的响应机制仍不清。通量监测研究未对苔原带碳收支情况达成共识，而地球系统模型在表征地下土壤碳库和碳通量方面存在不足，因此在预测北极苔原带碳收支的未来变化方面也存在不确定性。
北极苔原带发育有斑块状、富含泥炭层的土壤，但这些泥炭斑块太薄（小于30cm）而不能被定义为泥炭地。泥炭地主要分布在相对更暖的北方或亚北极地区，是全球重要的陆地碳汇。数据集成研究表明，古气候变暖是触发这些泥炭地起始发育的决定性因素。随着全球变暖，北极苔原带的气候域正在逐渐逼近当前泥炭地的气候域，可能正在触发苔原带泥炭斑块进一步发育形成新泥炭地。
本研究采集了美国阿拉斯加州Toolik野外站地区Upper Imnavait Creek (UIC)苔原带山坡多个泥炭斑块钻孔，同时采集了同地区Kuparuk River Peatland (KRP)多个永久冻土泥炭地钻孔，开展了多指标古生态学分析，试图回答以下问题：
（1）泥炭斑块何时出现在苔原带并如何随时间变化？
（2）什么因素控制着泥炭斑块的发育和碳汇功能？
（3）泥炭斑块在未来北极的碳收支中将发挥何种作用？
研究发现，UIC泥炭斑块至下而上呈现一致的苔原矿质土壤-苔草泥炭-泥炭藓泥炭的连续发育序列。苔草泥炭起始于公元1300–1600 年的小冰期，该时间段是北极地区过去2000年以来的最寒冷时期；泥炭藓泥炭于1850–1970年取代了苔草泥炭，该时间段为气候快速变暖期；表观碳累积速率则随着气候变暖和泥炭斑块发育成倍增加。KRP泥炭地起始时间则更早，但是其泥炭藓泥炭出现的时间与UIC泥炭斑块一致，表观碳累积速率也成倍增加。
研究结果表明苔原带泥炭斑块形成于寒冷时期，这与当前逐渐形成的认识相悖。本研究提出以下认识：冷湿气候通过降低分解速率有助于初始有机质的保存，这可能是后续泥炭发育的基础；初始泥炭可进一步改变土壤水热性质，通过反馈作用营造更适宜泥炭堆积的环境。研究结果还表明，气候变暖可通过生长季延长和活跃层加深等作用诱发贫营养化，通过反馈作用使喜干的泥炭藓转变为主导植物，大幅增加泥炭斑块的碳汇能力，这与先前泥炭地研究中所提出的概念模型一致（Loisel和Yu，2013）。
这类泥炭斑块遍布于阿拉斯加苔原带，若其持续发育和快速碳累积，在未来可逐渐相连形成泥炭地。因此北极苔原带可能转变为遍布泥炭地的景观，将对未来北极地区碳收支产生重要影响，形成全球变暖的负反馈。然而，当前地球系统模型较少考虑与泥炭累积相关的过程，制约了其预测未来北极碳收支和气候变化轨迹的能力。
 

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