长白山区泥炭地全新世碳累积动态模拟

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泥炭地作为陆地生态系统碳循环的重要组成部分,具有持久的固碳能力,在全球碳循环过程中起着重要的作用。我国长白山区处于典型的东亚季风气候区,其特有的时空分布规律和泥炭地生态系统也记录了高分辨率的古环境变化信息,使该区域成为研究泥炭地对全球气候变化响应的理想场所。但是,目前关于泥炭地碳累积模式与气候变化之间的关系仍不清楚。因此,探究泥炭地碳累积对气候变化的响应将为今后泥炭地的研究提供重要依据。本文选取长白山区老里克和横山泥炭地为研究对象,通过对泥炭理化指标测量,并结合AMS14C和210Pb/137Cs测年技术,探讨泥炭地的碳累积动态变化;利用三种分解模型对泥炭剖面数据进行拟合,阐述短尺度和长尺度的碳累积模式,并进一步分析泥炭地碳累积模式对气候变化的响应。主要结论如下:(1)老里克泥炭剖面的近现代碳累积速率(Recent carbon accumulation rate,RECAR)变化范围是36.8-235.1 g m-2yr-1,均值为88.7 g m-2yr-1;横山泥炭剖面的RECAR变化范围是13.5-254.8 g m-2 yr-1,均值为98.7 g m-2 yr-1。两个泥炭剖面近现代的碳累积速率呈现随时间变化而增加的趋势,与有机碳含量的变化趋势一致。这两个泥炭剖面的碳累积速率在最近20年的增加趋势比泥炭形成初期更明显。全新世以来老里克泥炭剖面的长期碳累积速率(Long term carbon accumulation rate,LOCAR)变化范围是9.5-82.7 g m-2yr-1,均值为35.2 g m-2yr-1;横山泥炭剖面的LOCAR变化范围是3.1-62.3 g m-2 yr-1,均值为28.5 g m-2yr-1。老里克和横山泥炭剖面在全新世早期呈现较高的碳累积速率(分别为71.9 g m-2yr-1和59.1 g m-2 yr-1),这可能是由于当时太阳辐射高、夏季季风活动强烈所致。在2.5 cal.ka BP之后,碳累积速率显著上升,在最近几百年内达到最大值。这可能是因为全新世晚期,冷湿气候组合不利于泥炭分解,而近几百年形成的泥炭还没有经过很好的成炭作用和后期分解。(2)利用分解模型对210Pb测定的两个剖面进行拟合,两个剖面均呈现凹形的泥炭质量-年龄曲线。这可能是因为全新世晚期,气候呈现冷湿的特点,分解速率较低,输入速率恒定,使得泥炭剖面呈现凹形的累积模式。通过14C测定的两个泥炭剖面,呈现S形波动曲线。利用分解模型对两个剖面进行分段拟合,结果表明,老里克泥炭剖面分为5段:(1)24-94cm(凹形)(2)94-137cm(凹形)(3)137-220cm(凸形)(4)220-327cm(凸形)(5)327-491cm(凹形);横山泥炭剖面分为5段:(1)37-132cm(凹形)(2)132-223cm(凸形)(3)223-299cm(凹形)(4)299-338cm(凸形)(5)338-370cm(凹形)。形成原因:输入率的连续降低或分解率的不断增加导致凸形的碳累积模式;而泥炭剖面呈现凹形的累积模式,是由于泥炭具有恒定的输入速率。(3)利用单指数分解模型(p=118 g m-2yr-1,k=0.01yr-1)对活跃层泥炭剖面数据进行泥炭输入率(p)和分解率(k)的敏感性测试。结果表明,在输入率恒定的情况下,增加分解率会使曲线向上移动(泥炭累积减少);而在分解率恒定的情况下,降低输入率会使曲线向上移动(泥炭累积减少)。与分解率相比,输入率对泥炭累积变化影响更大。以横山泥炭地惰性层泥炭剖面为例,敏感性分析表明,泥炭的输入速率的变化将显著影响“年轻”泥炭和“较老”泥炭,降低泥炭的输入速率使曲线向上移动(减少泥炭累积);泥炭分解速率对“较老”泥炭的影响要比“年轻”的泥炭大得多。
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