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      世界泥炭分布規律研究分析

      2013-06-27 15:11 來源:地質學論文 人參與在線咨詢

      全球泥炭的分布

      由于世界自然條件的復雜性,泥炭的分布具有不平衡性和不均一性的特點(圖1)。早在1904年,弗柳和羅捷爾在資料不足情況下,編繪了世界泥炭分布圖。1964年,НиконовMН根據國際泥炭會議(1963年)的有關資料,首次分析了世界各大洲泥炭沼澤的分布概況,劃分了7個泥炭堆積地帶:①干旱地區弱度泥炭堆積帶;②極地弱度泥炭堆積地帶;③中緯度弱度泥炭堆積帶;④山地弱度泥炭堆積地帶;⑤熱帶和亞熱帶弱度泥炭堆積帶;⑥溫帶強度泥炭堆積帶;⑦潮濕熱帶強度泥炭堆積帶。1976年,ТюремновСА在НиконовMН研究的基礎上,將全球的泥炭堆積強度歸并成6個泥炭堆積強度帶,并編制了世界泥炭堆積強度分帶圖[18]。圖2顯示,全球有4個弱度泥炭堆積帶,它們分別是:①極地弱度泥炭堆積地帶,位于歐亞大陸、北美大陸北冰洋的廣闊沿海地帶、苔原和森林苔原,局部深入到森林地帶內,②中緯度弱度泥炭堆積帶,分布在歐亞大陸的森林草原帶和北美洲高原草原帶內,局部地區深入到森林帶內,③山地弱度泥炭堆積地帶,分布在山區內,具有強烈切割的地貌使地帶內的自然條件差異很大,泥炭分布十分零散,④熱帶和亞熱帶弱度泥炭堆積帶,主要分布在非洲和南美洲干草原范圍內,而南美洲除了分布在干草原地帶外,還分布在亞熱帶森林地區;全球有2個強度泥炭堆積帶,它們分別是:①溫帶強度泥炭堆積帶,橫貫北半球大陸的森林地帶,泥炭沼澤分布廣泛、類型多樣,泥炭地面積占本帶面積8%;②潮濕熱帶強度泥炭堆積帶,不連續分布在潮濕的熱帶內,從非洲大陸的剛果盆地到印尼—馬來群島,還可能延伸到亞馬遜盆地一帶,泥炭堆度強度比較大。上述4個弱度泥炭堆積帶面積占全球陸地面積的90%,但其泥炭儲量不到世界泥炭資源總量的5%。其余95%的泥炭資源均分布在2個強度泥炭堆積帶內。ТюремноBСА把干旱的沙漠和半沙漠等不利于泥炭堆積、只在局地有小面積泥炭發育的地區的弱度泥炭堆積帶[18],與在南極洲、格陵蘭等冰雪覆蓋地區都歸入沒有泥炭堆積地帶。

      由于泥炭沼澤的發生和發展受一定水熱組合制約。對于全球而言,全球泥炭的分布,特別是平原地區具有地帶性特點,但是受到海陸分布、地質、地貌和水文等因素影響,使地帶性規律受到破壞,因此泥炭的分布又具有區域性和非地帶性的差異[1],從全球泥炭地的分布來看就可以證實這一觀點。在北半球的歐亞大陸,泥炭沼澤的地帶性分布規律比較明顯。從北冰洋沿岸永久凍土的苔原帶,泥炭沼澤化面積很大,但泥炭積累很弱;向南的寒溫帶針葉林地帶,泥炭沼澤面積分布較廣、泥炭積累強度較大;再往南,以森林草原為主的草原帶,隨著溫度增高、濕度變小,泥炭沼澤面積逐漸減少,泥炭堆積緩慢,泥炭地分布越來越少。

      主要泥炭地類型分布

      按照泥炭形成環境和泥炭地地表形態特征,泥炭地可以分為苔原多邊形泥炭地、凍結的丘狀泥炭地、高低位鑲嵌的泥炭地、毯狀披蓋式泥炭地,凸起貧營養泥炭地和平坦富營養泥炭地。以下分別論述各主要泥炭地類型的分布情況及泥炭賦存特征。

      1.苔原多邊形泥炭地:主要分布在歐亞大陸、北美洲、阿拉斯加和南極洲的連續凍土區。本區氣候寒冷,降水量少,地面冷濕,沼澤植物多生長些低矮的莎草、苔蘚和地衣,生長期短,植物生長量亦少,植物殘體分解緩慢,每年有機殘體只有少量積累。泥炭沼澤大片分布,多發育在平坦和稍低洼處,但泥炭層較薄,一般不超過50cm,泥炭蓄積量不大。一年中泥炭層多處于凍結狀態,泥炭沼澤地貌與凍土有密切關系,形成苔原多邊形泥炭地景觀。

      2.凍結的丘狀泥炭地(或泥炭丘沼澤):分布在北美洲、歐亞大陸、斯堪納維亞半島北部的苔原、森林—苔原和泰加林帶不連續永凍土區,其特點是泥炭地形成幾米高的小丘,丘上為貧營養沼澤,泥炭丘間發育有潮濕的富營養沼澤洼地或積水,泥炭丘是由吸足周圍沼澤水分的冰核膨脹作用及凍層邊緣冰結沉積作用形成。

      3.高低位鑲嵌的泥炭地(阿帕泥炭沼澤):主要分布在斯堪納維亞半島北部(芬蘭和瑞典的北部和中部)和歐亞大陸西部的北方帶(卡累利阿共和國及伯朝拉盆地),在北美也有此類泥炭地發育。該類泥炭地位于泰加林帶北部和中部的某些地區,大部分屬于較后一次冰期形成的冰磧平原、湖漬平原、波狀冰磧等地貌部位,其泥炭化程度為10%~50%。本區特點是地表洼陷,在垅崗或草丘上生長中營養或貧營養植物,錯落于生長富營養植物的洼地或小湖中,垅崗與濕洼地都向左側傾斜排列于沼澤地面,也稱垅崗—濕洼地泥炭沼澤[19]。在芬蘭和一些國家稱為阿帕式泥炭沼澤(Aapamires)。

      4.毯狀披蓋式泥炭地這是一種特殊類型泥炭地(沼澤),泥炭沼澤因地勢增高而上升,在北威爾士貝溫(Beimyn)山地發育的披蓋式泥炭沼澤,甚至形成在傾斜26°的斜坡上。這類泥炭沼澤在歐洲主要分布在愛爾蘭、威爾士、:英格蘭北部、蘇格蘭和挪威的高海岸帶(海拔200~500m);在北美洲加拿大、紐芬蘭的狹窄海岸帶;在南半球智利南部和新西蘭西南部海岸帶,即在極端海洋氣候區,當降水量大于蒸發量時,覆被泥炭沼澤直接發育在礦質土壤或低地泥炭之上,好像一條毯子蓋在高地、斜坡地和洼地上面[19]。在英國把這類泥炭地稱為blanketbog,在蘇格蘭被稱為uplandmoor,在瑞士被稱為teckmoor。

      5.凸起的貧營養泥炭地:貧營養泥炭地分布在歐洲西北部、俄羅斯、日本北部和北美洲北部(圖7和圖8)。在這個基本連續帶以南,還可能分布在高原區、印度尼西亞、馬來西亞和巴西的熱帶低地以及智利、阿根廷和新西蘭等涼濕地區。就其形態來講可以分為中心凸起的貧營養泥炭地、穹窿平臺狀泥炭地和穹窿同心圓狀泥炭地[22]。位于歐亞大陸泰加林中部、南部和混交林帶北部(大約53°N~66°N),是以貧營養泥炭沼澤為主的地帶,通常形成大的貧營養泥炭沼澤復合體,占據了較后冰期形成的寬闊海岸低地和廣大平原區,海拔一般不超過100~200m[23],其特點是地表凸起,由貧營養泥炭構成。沼澤面積大小、沼澤的凸起程度和微地形特征各地差異較大。沼澤植物區系和組成雖然十分貧乏、單調,但各地也有所不同。

      在歐洲由沿海向內陸,隨著海洋性氣候逐漸減弱,依次分布有無林平臺(頂)凸起泥炭沼澤—典型中心凸起泥炭沼澤—有林平臺(頂)凸起泥炭沼澤。主要沼澤植物自西向東,由輪生葉歐石南(Ericatetralis)、中位泥炭蘚(Sphagnummagellanicum)和紅葉泥炭蘚(Sphagnumrufescens)為標準種,往東則變成為典型凸起泥炭沼澤植物杜香(Ledumsp.)、銹色泥炭蘚(Sphagnumfuscum),再次向東或東南有以羊胡子草(Eriophrumvaginatum)、中位泥炭蘚(SphagnummagellanicumBrid.)、泥炭蘚(Sphagnumsp.)等為標準種的大陸森林凸起泥炭沼澤[1]。凸起的泥炭沼澤泥炭層一般厚2~6m,較厚可達20m,泥炭不僅發育在低洼地,而且覆蓋了高低不平的地表,泥炭化程度十分強烈,部分地區泥炭率可高達50%以上。如西西伯利亞低地,是世界泥炭較強烈堆積地帶,特別是鄂畢河左岸支流地區的鄂畢—額爾齊斯河分水嶺泥炭化程度高達70%,泥炭厚4~5m,而未被泥炭化地區僅剩下沿河兩岸的狹長地帶,其河間空地是延伸了數百公里泥炭沼澤,沼澤地表凸起,其中央有時高出邊緣10m,沼澤中央部位沒有森林,地勢平緩,有大量的次生湖,湖間是低平的垅崗[24~26]。

      6.平坦的富營養泥炭地:分布在歐亞大陸的闊葉林、森林草原和北美大陸的高原帶,局部深入到草原、半荒漠和荒漠等弱度泥炭堆積帶。該區一般不利于泥炭沼澤發育,沼澤零星分布在溝谷、盆地、河流兩岸、湖泊周圍或各種淺洼地中。泥炭沼澤地表平坦,常見有各種類型的草丘,發育有富營養的木本泥炭、草本泥炭(圖9)。該地區泥炭分布零散,一般泥炭儲量不大。

      全球泥炭地面積

      早在1929年,VBülow就估算全球泥炭地面積約為1.0×108hm2[30],此后陸續有其他學者對全球泥炭地面積進行估算,但估算面積多為1.0×108~2.0×108hm2[30~32]。主要由于各國對泥炭地調查程度的不同,加之在泥炭資源考察或統計時,限定泥炭層的較小厚度值不同,如俄羅斯學者認為只有泥炭層厚度大于70cm時,才屬泥炭資源,小于70cm泥炭層應屬泥炭土的范圍,不過目前多數國家認為泥炭層大于30cm的泥炭地,才應統計到泥炭資源中來。各國學者對泥炭中有機質含量也有不同的看法,有的學者主張有機質含量一定要超過50%;有的甚至把有機質含量為20%也算作泥炭[1]。這樣就出現了許多不同的泥炭定義及其有機質含量范圍。目前,大多數國家將泥炭的較低有機質含量限定為30%。隨著各國對泥炭地調查的深入以及泥炭地定義的明確,一些大片的泥炭地也被發現。因此,多年來全球泥炭地面積有不斷增加的趨勢。

      1980年,芬蘭泥炭學家EKivinen根據第三次國際泥炭會議各國提供的數據重新估算全球泥炭地面積僅為1.79×108hm2(比1979年他提出的3.5×108hm2小了很多),平均泥炭沼澤率為1.4%。1996年,芬蘭學者ELapplainen在第十次國際泥炭會議期間,發表了《世界泥炭資源》一書,他指出,全球泥炭資源面積為3.98×108hm2(圖10)[32]。同時,對各大洲的泥炭地面積進行統計,統計結果表明,全球陸地泥炭地面積以北美洲居各大洲之首,面積為173.5×104km2;其次是亞洲和歐洲,面積分別為111.9×104km2和95.7×104km2;澳洲和大洋洲泥炭地面積較小,僅為1.4×104km2。從各大洲泥炭覆蓋度分析,歐洲陸地泥炭化程度較高,泥炭覆蓋度為9.20%;其次是北美洲,為7.08%;澳洲和大洋洲較低,只有0.16%;全球平均泥炭覆蓋度為2.66%。千年生態系統評估指出,目前全世界至少有173個國家分布有泥炭地,總面積大約為400×104km2[6],與ELapplainen給出的398.50×104km2相近,因此,目前一般認為全球泥炭地面積約為4.0×108hm2。

      研究展望

      根據ELappalainen以及千年生態系統評估報告得出全球泥炭地面積近400×104km2[6,32]。其中,90%的泥炭地分布在北半球溫帶及寒冷地區,其余的分布在熱帶和亞熱帶,多數在森林下面[32]。但是,由于泥炭不像其他礦產資源,面積和儲量都處于動態變化當中,還有待進一步查清。一方面,在氣候穩定、常年積水且未受干擾的條件下,泥炭地能夠緩慢地積累和固定碳[2]。在自然條件下,中國泥炭沼澤的垂直積累速率為0.3~0.4mm/a[2],而中國晚二疊世熱帶泥炭地的碳積累速率為61.1~73.0g/(m2•a)[33]。根據陳泮勤等的統計,全球泥炭積累速率為0.2~0.8mm/a[34]。泥炭地除了在垂直方向不斷增長、加厚外,還在橫向上向四周擴展,使泥炭地面積和儲量不斷擴大。在自然條件下,一塊100hm2的泥炭地每年能擴展0.2~0.4hm2,一塊1000hm2的泥炭地每年擴展0.65hm2[35]。但是,受氣候變化的影響,泥炭地碳的同化作用與生態系統CO2、CH4凈釋放作用之間的平衡已經打破,泥炭地能否繼續作為大氣碳匯,還是即將或已經成為大氣碳源的問題已經受到廣泛關注[8,36]。對愛爾蘭北方泥炭地為期6a的觀測發現,其中兩年的CH4和溶解性有機碳的損失量之和已經超過了CO2固定量[37]。FredW等對泥炭低洼地的預測研究表明,其碳匯的功能將從35%下降到26%,對CO2和CH4的儲存能力也將從15.9g/(m2•a)降低到11.2g/(m2•a),至2034年,其將會變成碳源[38]。以上研究說明,在全球氣候變化大背景下泥炭地面積和碳儲量都會發生動態變化。另一方面,隨著近年來人類活動對泥炭地破壞的加劇,泥炭地的面積正在不斷的銳減,全球環境中心(GlobalEn-vironmentCentre)的研究結果顯示,印度尼西亞的泥炭地有2100×104hm2,其中,900×104hm2已經被排干、正在分解或者已被燃燒[39]。芬蘭把大面積的泥炭沼澤改造為耕地、林地和牧場,全芬蘭有20%的耕地是由泥炭沼澤開墾而來[2]。因此,在全球變化和人類活動雙重背景下準確估算全球泥炭地面積及其分布還存在較大困難。不過新技術與新方法如地理信息系統、遙感技術和模型等的綜合應用對進一步準確的計算大尺度空間的泥炭地面積提供了可能[40~45]。因此,在未來的泥炭地研究中,多種新技術的綜合應用將會促進泥炭資源區域性研究的發展。

      盡管世界泥炭地面積很小,僅占全球土地面積的2.66%,但其單位面積有機碳儲量遠高于其他土壤類型,因此,泥炭地在全球碳循環中具有重要作用。但目前,全球泥炭地已受到不同程度破壞,氣候變干或者人為地將泥炭地排干、開采或燃燒會導致泥炭地的碳排放。農業排水和開墾導致泥炭地大面積減少。據估計,在過去近200a內,全球泥炭地的碳儲量已減少了41×108t,其中60%是因人為開發導致沼澤地消失的結果[46]。東南亞熱帶泥炭地每年估計排放約20×108t二氧化碳,約占全球礦物燃料燃燒排放量的7%[47]。在歐洲已經有90%的泥炭地被開采、排水或產生退化。如果全球泥炭地儲存的碳全部釋放到大氣中,則大氣二氧化碳濃度將增加約200體積分數,全球平均氣溫升高0.8~2.5℃[48]。因此,保護泥炭地就是較有效的減緩全球變暖的方式,對泥炭地的分布規律及賦存特征研究意義重大,對泥炭地保護和恢復工作也刻不容緩。(本文圖、表略)

      本文作者:王銘 劉子剛 馬學慧 王國棟 單位:中國科學院濕地生態與環境重點實驗室,中國科學院東北地理與農業生態研究所 中國科學院大學 中國人民大學環境學院 

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