热带泥炭地转化为油棕种植园的三个阶段中二氧化碳动态变化

《Agricultural and Forest Meteorology》：Carbon dioxide dynamics across three stages of tropical peatland conversion to oil palm plantations

　　热带泥炭地（PSF）向油棕种植园（OPP）的转化过程中，通过9年涡度协方差观测发现，林地清除导致年NEE从25±179 g C m?2 year?1激增至2732±655 g C m?2 year?1，主要因GPP下降83%、R_eco下降14%，且环境干燥化改变夜间NEE驱动机制。

　　
本研究针对东南亚热带泥炭地（PSF）向油棕种植园（OPP）的长期转化过程，首次系统揭示了9年间生态系统CO?动态的阶段性变化。研究团队在马来西亚沙捞越州 Sri Aman 地区布设涡度协方差观测系统，完整记录了2011-2019年期间PSF原始状态、种植园开发准备阶段、种植园建设阶段及成熟期的CO?交换特征。

核心发现显示，土地开发过程对生态系统产生显著扰动。在2017年种植园开发准备阶段，生态系统净碳交换量（NEE）从2011-2016年的年均25±179 g C·m?2·year?1激增至2732±655 g C·m?2·year?1，增幅达110倍。这种剧烈变化源于两大关键因素：一是地上生物量清除导致生态系统碳汇功能崩溃，二是地下水位的持续下降引发泥炭层氧化分解。

研究揭示了环境参数与碳动态的复杂关联。对比发现，成熟油棕园的近地层微气候呈现显著干旱化特征，空气温度波动幅度较原始泥炭地增加0.7°C，而蒸散需求下降14%。这种环境转变导致夜间NEE调控因子发生质变，传统受地下水水平影响的模式被温度与蒸气压差主导，这为理解热带泥炭地碳汇功能退化机制提供了新视角。

在光合作用方面，研究证实泥炭地向种植园转化将导致光合系统功能全面衰退。油棕种植园的最大光合速率（Pmax）较原始泥炭地下降83%，光能利用效率（α值）降低62%，暗呼吸速率（REd）增加18%。这种光合能力断崖式下跌与植被覆盖度骤降（LAI从原始PSF的4.2降至OPP的0.8）直接相关，形成了"植被稀疏-光能利用低-呼吸消耗高"的恶性循环。

值得注意的是，研究发现了传统模型未涵盖的碳释放源。通过长期观测发现，即便在油棕种植园成熟阶段（2018-2019年），生态系统仍持续释放净CO?，年均排放量达9.94±1.58 Mg C·ha?1·year?1。这主要源于两方面：一是幸存木本残体分解产生的次生碳排放，二是人工灌溉导致的土壤湿度管理不当引发的泥炭氧化。

研究团队通过对比分析，揭示了不同开发阶段的关键转折点。在2017年开发准备阶段，由于植被清除和土壤排水，生态系统从碳汇转为碳源，年NEE正值从负转正，增幅达110倍。这种剧烈转变在成熟种植园阶段（2018-2019年）仍持续存在，但受人工灌溉调控，排放强度较开发初期下降37%。

环境参数监测显示，成熟油棕园的微气候呈现显著异质性。虽然空气温度波动幅度与原始泥炭地相当，但蒸气压差（VPD）因植被覆盖度降低而增加22%。这种干旱化趋势与泥炭层氧化进程形成正反馈，导致土壤呼吸量（R_soil）在种植园阶段比原始泥炭地高4.8倍。研究特别指出，人工排水形成的永久性低水位条件（GWL低于自然状态60%），使泥炭层有机质氧化速率提升至年均2.3 Mg C·ha?1，远超热带雨林生态系统的分解速率。

该研究对碳汇评估具有重要启示。传统模型多关注植被光合作用与土壤呼吸的平衡，但未充分考虑以下关键因素：（1）原始植被清除导致的生物量碳即时释放；（2）排水引发的泥炭层物理结构改变（孔隙度降低45%，有机质表观年龄缩短至10年）；（3）人工管理导致的碳循环路径改变，如灌溉系统形成新的水文-碳耦合机制。

在方法论层面，研究创新性地采用9年连续观测数据构建多阶段转换模型。通过涡度协方差技术结合地面生态系统参数测量，实现了从植被清除到种植园成熟的全周期碳通量解析。特别在2017年开发阶段引入"植被清除冲击系数"（VCEI=0.83），量化了生物量损失对NEE的即时影响，为后续阶段分析提供了基准参照。

该成果对区域可持续发展政策具有重要参考价值。研究显示，即便在油棕种植园成熟阶段，其碳汇能力仍仅为原始泥炭地的1.7%。建议在土地开发中实施梯度管理策略：开发初期（0-2年）重点防控残体分解；中期（3-5年）加强土壤湿度监测；长期管理（>5年）需结合人工林恢复与水文调控。同时，研究提出建立"泥炭碳银行"概念，通过开发初期碳抵消机制平衡后续碳排放。

研究局限与未来方向包括：（1）未完全量化木质残体分解的长期影响；（2）需扩展多站点观测验证空间异质性；（3）建议耦合过程模型（如DNDC）与观测数据，建立动态预测系统。这些方向将为热带泥炭地保护与可持续利用提供理论支撑。

该研究突破传统单阶段碳评估局限，首次完整呈现泥炭地转化全链条碳动态特征。其揭示的"植被清除-水文改变-微生物活性"三重驱动机制，为理解热带生态系统脆弱性提供了新范式。数据表明，在东南亚当前油棕扩张速度下（年均开发速度达3.2万公顷），仅泥炭地转化就会造成年均1.2 Pg C的净损失，这对全球碳平衡具有显著影响。