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世界泥炭分布规律研究分析

2013-06-27 15:11 来源:地质学论文 人参与在线咨询

全球泥炭的分布

由于世界自然条件的复杂性,泥炭的分布具有不平衡性和不均一性的特点(图1)。早在1904年,弗柳和罗捷尔在资料不足情况下,编绘了世界泥炭分布图。1964年,НиконовMН根据国际泥炭会议(1963年)的有关资料,首次分析了世界各大洲泥炭沼泽的分布概况,划分了7个泥炭堆积地带:①干旱地区弱度泥炭堆积带;②极地弱度泥炭堆积地带;③中纬度弱度泥炭堆积带;④山地弱度泥炭堆积地带;⑤热带和亚热带弱度泥炭堆积带;⑥温带强度泥炭堆积带;⑦潮湿热带强度泥炭堆积带。1976年,ТюремновСА在НиконовMН研究的基础上,将全球的泥炭堆积强度归并成6个泥炭堆积强度带,并编制了世界泥炭堆积强度分带图[18]。图2显示,全球有4个弱度泥炭堆积带,它们分别是:①极地弱度泥炭堆积地带,位于欧亚大陆、北美大陆北冰洋的广阔沿海地带、苔原和森林苔原,局部深入到森林地带内,②中纬度弱度泥炭堆积带,分布在欧亚大陆的森林草原带和北美洲高原草原带内,局部地区深入到森林带内,③山地弱度泥炭堆积地带,分布在山区内,具有强烈切割的地貌使地带内的自然条件差异很大,泥炭分布十分零散,④热带和亚热带弱度泥炭堆积带,主要分布在非洲和南美洲干草原范围内,而南美洲除了分布在干草原地带外,还分布在亚热带森林地区;全球有2个强度泥炭堆积带,它们分别是:①温带强度泥炭堆积带,横贯北半球大陆的森林地带,泥炭沼泽分布广泛、类型多样,泥炭地面积占本带面积8%;②潮湿热带强度泥炭堆积带,不连续分布在潮湿的热带内,从非洲大陆的刚果盆地到印尼—马来群岛,还可能延伸到亚马逊盆地一带,泥炭堆度强度比较大。上述4个弱度泥炭堆积带面积占全球陆地面积的90%,但其泥炭储量不到世界泥炭资源总量的5%。其余95%的泥炭资源均分布在2个强度泥炭堆积带内。ТюремноBСА把干旱的沙漠和半沙漠等不利于泥炭堆积、只在局地有小面积泥炭发育的地区的弱度泥炭堆积带[18],与在南极洲、格陵兰等冰雪覆盖地区都归入没有泥炭堆积地带。

由于泥炭沼泽的发生和发展受一定水热组合制约。对于全球而言,全球泥炭的分布,特别是平原地区具有地带性特点,但是受到海陆分布、地质、地貌和水文等因素影响,使地带性规律受到破坏,因此泥炭的分布又具有区域性和非地带性的差异[1],从全球泥炭地的分布来看就可以证实这一观点。在北半球的欧亚大陆,泥炭沼泽的地带性分布规律比较明显。从北冰洋沿岸永久冻土的苔原带,泥炭沼泽化面积很大,但泥炭积累很弱;向南的寒温带针叶林地带,泥炭沼泽面积分布最广、泥炭积累强度最大;再往南,以森林草原为主的草原带,随着温度增高、湿度变小,泥炭沼泽面积逐渐减少,泥炭堆积缓慢,泥炭地分布越来越少。

主要泥炭地类型分布

按照泥炭形成环境和泥炭地地表形态特征,泥炭地可以分为苔原多边形泥炭地、冻结的丘状泥炭地、高低位镶嵌的泥炭地、毯状披盖式泥炭地,凸起贫营养泥炭地和平坦富营养泥炭地。以下分别论述各主要泥炭地类型的分布情况及泥炭赋存特征。

1.苔原多边形泥炭地:主要分布在欧亚大陆、北美洲、阿拉斯加和南极洲的连续冻土区。本区气候寒冷,降水量少,地面冷湿,沼泽植物多生长些低矮的莎草、苔藓和地衣,生长期短,植物生长量亦少,植物残体分解缓慢,每年有机残体只有少量积累。泥炭沼泽大片分布,多发育在平坦和稍低洼处,但泥炭层较薄,一般不超过50cm,泥炭蓄积量不大。一年中泥炭层多处于冻结状态,泥炭沼泽地貌与冻土有密切关系,形成苔原多边形泥炭地景观。

2.冻结的丘状泥炭地(或泥炭丘沼泽):分布在北美洲、欧亚大陆、斯堪纳维亚半岛北部的苔原、森林—苔原和泰加林带不连续永冻土区,其特点是泥炭地形成几米高的小丘,丘上为贫营养沼泽,泥炭丘间发育有潮湿的富营养沼泽洼地或积水,泥炭丘是由吸足周围沼泽水分的冰核膨胀作用及冻层边缘冰结沉积作用形成。

3.高低位镶嵌的泥炭地(阿帕泥炭沼泽):主要分布在斯堪纳维亚半岛北部(芬兰和瑞典的北部和中部)和欧亚大陆西部的北方带(卡累利阿共和国及伯朝拉盆地),在北美也有此类泥炭地发育。该类泥炭地位于泰加林带北部和中部的某些地区,大部分属于最后一次冰期形成的冰碛平原、湖渍平原、波状冰碛等地貌部位,其泥炭化程度为10%~50%。本区特点是地表洼陷,在垅岗或草丘上生长中营养或贫营养植物,错落于生长富营养植物的洼地或小湖中,垅岗与湿洼地都向左侧倾斜排列于沼泽地面,也称垅岗—湿洼地泥炭沼泽[19]。在芬兰和一些国家称为阿帕式泥炭沼泽(Aapamires)。

4.毯状披盖式泥炭地这是一种特殊类型泥炭地(沼泽),泥炭沼泽因地势增高而上升,在北威尔士贝温(Beimyn)山地发育的披盖式泥炭沼泽,甚至形成在倾斜26°的斜坡上。这类泥炭沼泽在欧洲主要分布在爱尔兰、威尔士、:英格兰北部、苏格兰和挪威的高海岸带(海拔200~500m);在北美洲加拿大、纽芬兰的狭窄海岸带;在南半球智利南部和新西兰西南部海岸带,即在极端海洋气候区,当降水量大于蒸发量时,覆被泥炭沼泽直接发育在矿质土壤或低地泥炭之上,好像一条毯子盖在高地、斜坡地和洼地上面[19]。在英国把这类泥炭地称为blanketbog,在苏格兰被称为uplandmoor,在瑞士被称为teckmoor。

5.凸起的贫营养泥炭地:贫营养泥炭地分布在欧洲西北部、俄罗斯、日本北部和北美洲北部(图7和图8)。在这个基本连续带以南,还可能分布在高原区、印度尼西亚、马来西亚和巴西的热带低地以及智利、阿根廷和新西兰等凉湿地区。就其形态来讲可以分为中心凸起的贫营养泥炭地、穹窿平台状泥炭地和穹窿同心圆状泥炭地[22]。位于欧亚大陆泰加林中部、南部和混交林带北部(大约53°N~66°N),是以贫营养泥炭沼泽为主的地带,通常形成大的贫营养泥炭沼泽复合体,占据了最后冰期形成的宽阔海岸低地和广大平原区,海拔一般不超过100~200m[23],其特点是地表凸起,由贫营养泥炭构成。沼泽面积大小、沼泽的凸起程度和微地形特征各地差异较大。沼泽植物区系和组成虽然十分贫乏、单调,但各地也有所不同。

在欧洲由沿海向内陆,随着海洋性气候逐渐减弱,依次分布有无林平台(顶)凸起泥炭沼泽—典型中心凸起泥炭沼泽—有林平台(顶)凸起泥炭沼泽。主要沼泽植物自西向东,由轮生叶欧石南(Ericatetralis)、中位泥炭藓(Sphagnummagellanicum)和红叶泥炭藓(Sphagnumrufescens)为标准种,往东则变成为典型凸起泥炭沼泽植物杜香(Ledumsp.)、锈色泥炭藓(Sphagnumfuscum),再次向东或东南有以羊胡子草(Eriophrumvaginatum)、中位泥炭藓(SphagnummagellanicumBrid.)、泥炭藓(Sphagnumsp.)等为标准种的大陆森林凸起泥炭沼泽[1]。凸起的泥炭沼泽泥炭层一般厚2~6m,最厚可达20m,泥炭不仅发育在低洼地,而且覆盖了高低不平的地表,泥炭化程度十分强烈,部分地区泥炭率可高达50%以上。如西西伯利亚低地,是世界泥炭最强烈堆积地带,特别是鄂毕河左岸支流地区的鄂毕—额尔齐斯河分水岭泥炭化程度高达70%,泥炭厚4~5m,而未被泥炭化地区仅剩下沿河两岸的狭长地带,其河间空地是延伸了数百公里泥炭沼泽,沼泽地表凸起,其中央有时高出边缘10m,沼泽中央部位没有森林,地势平缓,有大量的次生湖,湖间是低平的垅岗[24~26]。

6.平坦的富营养泥炭地:分布在欧亚大陆的阔叶林、森林草原和北美大陆的高原带,局部深入到草原、半荒漠和荒漠等弱度泥炭堆积带。该区一般不利于泥炭沼泽发育,沼泽零星分布在沟谷、盆地、河流两岸、湖泊周围或各种浅洼地中。泥炭沼泽地表平坦,常见有各种类型的草丘,发育有富营养的木本泥炭、草本泥炭(图9)。该地区泥炭分布零散,一般泥炭储量不大。

全球泥炭地面积

早在1929年,VBülow就估算全球泥炭地面积约为1.0×108hm2[30],此后陆续有其他学者对全球泥炭地面积进行估算,但估算面积多为1.0×108~2.0×108hm2[30~32]。主要由于各国对泥炭地调查程度的不同,加之在泥炭资源考察或统计时,限定泥炭层的最小厚度值不同,如俄罗斯学者认为只有泥炭层厚度大于70cm时,才属泥炭资源,小于70cm泥炭层应属泥炭土的范围,不过目前多数国家认为泥炭层大于30cm的泥炭地,才应统计到泥炭资源中来。各国学者对泥炭中有机质含量也有不同的看法,有的学者主张有机质含量一定要超过50%;有的甚至把有机质含量为20%也算作泥炭[1]。这样就出现了许多不同的泥炭定义及其有机质含量范围。目前,大多数国家将泥炭的最低有机质含量限定为30%。随着各国对泥炭地调查的深入以及泥炭地定义的明确,一些大片的泥炭地也被发现。因此,多年来全球泥炭地面积有不断增加的趋势。

1980年,芬兰泥炭学家EKivinen根据第三次国际泥炭会议各国提供的数据重新估算全球泥炭地面积仅为1.79×108hm2(比1979年他提出的3.5×108hm2小了很多),平均泥炭沼泽率为1.4%。1996年,芬兰学者ELapplainen在第十次国际泥炭会议期间,发表了《世界泥炭资源》一书,他指出,全球泥炭资源面积为3.98×108hm2(图10)[32]。同时,对各大洲的泥炭地面积进行统计,统计结果表明,全球陆地泥炭地面积以北美洲居各大洲之首,面积为173.5×104km2;其次是亚洲和欧洲,面积分别为111.9×104km2和95.7×104km2;澳洲和大洋洲泥炭地面积最小,仅为1.4×104km2。从各大洲泥炭覆盖度分析,欧洲陆地泥炭化程度最高,泥炭覆盖度为9.20%;其次是北美洲,为7.08%;澳洲和大洋洲最低,只有0.16%;全球平均泥炭覆盖度为2.66%。千年生态系统评估指出,目前全世界至少有173个国家分布有泥炭地,总面积大约为400×104km2[6],与ELapplainen给出的398.50×104km2相近,因此,目前一般认为全球泥炭地面积约为4.0×108hm2。

研究展望

根据ELappalainen以及千年生态系统评估报告得出全球泥炭地面积近400×104km2[6,32]。其中,90%的泥炭地分布在北半球温带及寒冷地区,其余的分布在热带和亚热带,多数在森林下面[32]。但是,由于泥炭不像其他矿产资源,面积和储量都处于动态变化当中,还有待进一步查清。一方面,在气候稳定、常年积水且未受干扰的条件下,泥炭地能够缓慢地积累和固定碳[2]。在自然条件下,中国泥炭沼泽的垂直积累速率为0.3~0.4mm/a[2],而中国晚二叠世热带泥炭地的碳积累速率为61.1~73.0g/(m2•a)[33]。根据陈泮勤等的统计,全球泥炭积累速率为0.2~0.8mm/a[34]。泥炭地除了在垂直方向不断增长、加厚外,还在横向上向四周扩展,使泥炭地面积和储量不断扩大。在自然条件下,一块100hm2的泥炭地每年能扩展0.2~0.4hm2,一块1000hm2的泥炭地每年扩展0.65hm2[35]。但是,受气候变化的影响,泥炭地碳的同化作用与生态系统CO2、CH4净释放作用之间的平衡已经打破,泥炭地能否继续作为大气碳汇,还是即将或已经成为大气碳源的问题已经受到广泛关注[8,36]。对爱尔兰北方泥炭地为期6a的观测发现,其中两年的CH4和溶解性有机碳的损失量之和已经超过了CO2固定量[37]。FredW等对泥炭低洼地的预测研究表明,其碳汇的功能将从35%下降到26%,对CO2和CH4的储存能力也将从15.9g/(m2•a)降低到11.2g/(m2•a),至2034年,其将会变成碳源[38]。以上研究说明,在全球气候变化大背景下泥炭地面积和碳储量都会发生动态变化。另一方面,随着近年来人类活动对泥炭地破坏的加剧,泥炭地的面积正在不断的锐减,全球环境中心(GlobalEn-vironmentCentre)的研究结果显示,印度尼西亚的泥炭地有2100×104hm2,其中,900×104hm2已经被排干、正在分解或者已被燃烧[39]。芬兰把大面积的泥炭沼泽改造为耕地、林地和牧场,全芬兰有20%的耕地是由泥炭沼泽开垦而来[2]。因此,在全球变化和人类活动双重背景下准确估算全球泥炭地面积及其分布还存在较大困难。不过新技术与新方法如地理信息系统、遥感技术和模型等的综合应用对进一步准确的计算大尺度空间的泥炭地面积提供了可能[40~45]。因此,在未来的泥炭地研究中,多种新技术的综合应用将会促进泥炭资源区域性研究的发展。

尽管世界泥炭地面积很小,仅占全球土地面积的2.66%,但其单位面积有机碳储量远高于其他土壤类型,因此,泥炭地在全球碳循环中具有重要作用。但目前,全球泥炭地已受到不同程度破坏,气候变干或者人为地将泥炭地排干、开采或燃烧会导致泥炭地的碳排放。农业排水和开垦导致泥炭地大面积减少。据估计,在过去近200a内,全球泥炭地的碳储量已减少了41×108t,其中60%是因人为开发导致沼泽地消失的结果[46]。东南亚热带泥炭地每年估计排放约20×108t二氧化碳,约占全球矿物燃料燃烧排放量的7%[47]。在欧洲已经有90%的泥炭地被开采、排水或产生退化。如果全球泥炭地储存的碳全部释放到大气中,则大气二氧化碳浓度将增加约200体积分数,全球平均气温升高0.8~2.5℃[48]。因此,保护泥炭地就是最有效的减缓全球变暖的方式,对泥炭地的分布规律及赋存特征研究意义重大,对泥炭地保护和恢复工作也刻不容缓。(本文图、表略)

本文作者:王铭 刘子刚 马学慧 王国栋 单位:中国科学院湿地生态与环境重点实验室,中国科学院东北地理与农业生态研究所 中国科学院大学 中国人民大学环境学院 

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