東北地理所在全國泥炭地垂直退化與碳庫脆弱性研究中取得新進展
泥炭地是全球最重要的陸地碳匯類型之一，長期積累的有機質形成了高含碳土體，儲存著全球約三分之一的土壤有機碳，在維持氣候穩(wěn)定和生態(tài)平衡中發(fā)揮著關鍵作用。然而，受氣候變暖、降水格局變化及人類活動增強等多重影響，泥炭地正經歷面積縮減（水平退化）、地表下沉（垂直退化）與生態(tài)功能削弱（功能退化）等綜合性退化過程。傳統(tǒng)研究多聚焦于圍墾、排水或火災引起的面積縮減（水平退化），而對地表下沉（垂直退化）導致的泥炭壓實、水文紊亂與碳釋放關注不足。垂直退化改變了泥炭層的孔隙結構，削弱其保水與碳固定能力，進而威脅生態(tài)系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性。在缺乏對沉降累積效應的認識時，泥炭地于變暖背景下可能同時面臨碳匯功能弱化、向碳源轉變以及生態(tài)穩(wěn)定性下降等多重風險。。
針對上述科學空缺，研究團隊基于全國尺度泥炭地調查數(shù)據，結合多源環(huán)境變量，利用機器學習模型系統(tǒng)模擬了中國泥炭地的空間分布與碳儲格局。模型結果顯示，我國泥炭地總面積約2.3×104 km2，土壤有機碳儲量約3.67 Pg C，集中分布在若爾蓋高原、大興安嶺、云南–貴州高原和柴達木–青海湖地區(qū)。在此基礎上，研究團隊整合氣候、地形、植被、土壤及人類活動等五大類共 30 項環(huán)境因子，構建了集成機器學習框架，實現(xiàn)了我國泥炭地在氣候變化情景下的垂直退化風險預測。該框架顯著提升了全國尺度預測的精度與生態(tài)一致性，為評估氣候變化驅動下的泥炭地穩(wěn)定性與土壤碳庫安全提供了科學支撐。
研究團隊融合小基線集（SBAS-InSAR）時序干涉技術與機器學習模型，基于2017–2023年Sentinel-1衛(wèi)星C波段雷達影像，實現(xiàn)了全國尺度泥炭地地表形變的高精度反演與預測，系統(tǒng)揭示了其空間格局與主要驅動機制。結果表明，我國泥炭地沉降現(xiàn)象普遍存在：若爾蓋泥炭地平均沉降速率為?5.73 mm/a，最大沉降量超過?65 mm；草海泥炭地最大沉降速率達?39.91 mm/a；大興安嶺地區(qū)受多年凍土退化影響出現(xiàn)緩慢沉降，而長白山部分泥炭地則保持穩(wěn)定。
圖1 典型泥炭地地表形變
泥炭地垂直退化驅動分析結果表明，降水量（Pre，SHAP = 0.719）是影響泥炭地沉降的首要因子，凈初級生產力 (NPP，SHAP =0.600) 、干旱指數(shù) (SPEI，SHAP =0.554)和牲畜密度 (Livestock density，SHAP=0.427) 緊隨其后。氣候干旱化與放牧擾動的疊加是驅動西部泥炭地垂直退化的關鍵機制，而凍土退化則成為寒區(qū)泥炭地的新型驅動力。
圖2 泥炭地沉降驅動分析
泥炭地垂直退化預測表明，在當前條件下，全國61.4%泥炭地存在沉降；在SSP5-8.5高排放情景下，沉降區(qū)比例將升至68.1%，約65%的泥炭碳儲量（2.39Pg C）處于潛在不穩(wěn)定區(qū)，表明未來氣候變暖和人類活動將顯著加劇碳庫脆弱性。研究同時從水文角度量化了沉降的生態(tài)影響。當前沉降造成的年均蓄水功能損失約1.15×10?m3，在高排放情景下增至1.43×108m3，相當于4.6萬至5.7萬個標準泳池的儲水量。泥炭地水文功能的削弱意味著源區(qū)濕地對下游徑流的調節(jié)作用下降，旱季基流減少、洪峰增強的風險上升。
該研究發(fā)表于Nature旗下地學領域旗艦期刊Communications Earth & Environment。研究由東北地理所薛振山副研究員、姜明研究員（通訊作者）、鄒元春研究員、武海濤研究員、呂憲國研究員、美國羅德島大學王野喬教授、李濡旭碩士、田恩朋碩士和張榮陽碩士共同完成。本研究得到國家自然科學基金（42430511,42494822,U2243230）和國家重點研發(fā)計劃（2023YFF1304502,2022YFF1300900）的共同資助。
論文信息：
Xue,Z.,Li,R.,Jiang,M*.?et al.?Climate–human interactions influence widespread peatland subsidence and soil carbon stock vulnerability in China.?Commun Earth Environ6,946 (2025).
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https://doi.org/10.1038/s43247-025-02896-9
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