简单调水，让北极农田变身“吸碳大户”

当泥炭地被排干用于农业时，这种平衡就会改变。降低地下水位会让氧气进入土壤，加速微生物活动。微生物分解之前保存的植物物质时，储存了几个世纪的碳会以二氧化碳（CO₂）的形式释放到大气中。

北欧泥炭地研究不足
自17世纪以来，欧洲和北欧地区的大片泥炭地被排干。科学家们仔细研究了这些地区的排水和水位变化对温室气体排放的影响。但对于最北部用于农业的泥炭地，人们了解得要少得多。这些地区气候寒冷，生长季短，夏季日照时间长。

“从较温暖地区的研究中，我们知道提高已排水耕种泥炭地的地下水位通常会减少CO₂排放，因为泥炭分解得更慢，”NIBIO研究员赵俊斌解释道。“同时，更湿润和低氧的环境会增加甲烷排放，因为产生甲烷的微生物在土壤中几乎没有氧气时会大量繁殖。”

在特定的湿度条件下，氧化亚氮也会增加。当土壤湿润但未完全淹水时，氮的分解可能会中途停止，产生氧化亚氮而非无害的氮气。

“由于每种温室气体对水位变化的反应不同，一种气体可能减少而另一种增加。这就是为什么查看整体气体平衡很重要，”赵说。“我们需要同时并在整个季节测量CO₂、甲烷和氧化亚氮，以了解最北部农业地区的实际净效应。”

挪威北部为期两年的北极实地研究
为回答这些问题，赵和他的同事于2022年和2023年在挪威北部帕斯维克谷的NIBIO斯万霍夫研究站进行了为期两年的实地研究。自动室在整个生长季每天多次追踪CO₂、甲烷和氧化亚氮的排放。

“实验包括五个地块，共同反映了已排水农田的典型管理条件——不同的地下水位、不同的施肥量和不同的每季收割次数，”赵解释道。

研究团队关注三个关键问题：
1. 提高地下水位能否使耕种的北极泥炭地接近气候中性？
2. 水位对土壤CO₂排放的影响是否大于对植物CO₂吸收的影响？
3. 施肥和收割如何影响总的气候平衡？

提高地下水位减少CO₂排放
当帕斯维克泥炭地被大量排水时，它释放了大量CO₂，与更南部的耕种泥炭地相当。但当研究人员将地下水位提高到地表以下25至50厘米时，排放量急剧下降。

“在这些较高的水位下，甲烷和氧化亚氮排放也很低，整体气体平衡要好得多。在这种条件下，该地块甚至吸收的CO₂略多于释放的，”赵说。

这表明维持北极农田较高的地下水位可能是一种有效的气候策略。

“我们的发现特别有趣，因为排放量是全天候连续测量的。这意味着我们捕捉到了异常高排放的短暂峰值和自然的每日波动，这些细节在仅偶尔测量时经常被忽略。”

为何寒冷的北极气候会放大这种效应
提高地下水位使土壤更湿润，减少植物根部周围的氧气。在这些条件下，植物的活性有所降低，吸收的CO₂也减少。即便如此，该地块的整体CO₂排放量仍在下降。

“这是因为湿润条件意味着该地块开始吸收比释放更多CO₂所需的光照更少。当这个阈值在一天中更早达到时，净碳吸收的时间就会更长，”赵解释道。“我们的计算表明，这种效应在北方尤为强烈，因为夏季夜晚漫长且光照充足。这提供了许多额外的时间，使系统保持在碳吸收为正的状态，这可以显著增加总的CO₂吸收量。”

温度被证明是另一个关键因素。一旦土壤温度上升到约12°C以上，微生物活动就会加剧。

“在较高温度下，微生物分解有机物质的速度更快，CO₂和甲烷排放量都会上升，”赵说。“这意味着高水位的效果在凉爽气候中最为显著——而未来的变暖可能会降低这种益处。实际上，这意味着水位必须与温度和当地条件一起考虑。”

施肥和收割影响碳平衡
农业管理措施也起到了作用。添加更多肥料促进了草的生长。

“在我们的实验中，更多的肥料产生了更多的生物量，但并未导致CO₂或甲烷排放量的明显变化，”赵说。

收割的影响更明显。当草被割除并移走时，植物材料中储存的碳就离开了这个系统。

“如果收割非常频繁，随着时间的推移，被带走的碳可能会超过重新积累的碳。即使水位保持较高，泥炭层也可能逐渐失去碳，”赵解释道。

因此，赵强调必须综合评估水资源管理、肥料使用和收割时间表。短期内减少排放的措施可能会减少长期的碳储存，潜在地削弱土壤质量。

“一个解决方案可能是湿地农业，即种植能耐受湿润条件的植物品种，这样就可以在不使土壤干燥的情况下生产生物量。”

局部差异对气候核算的影响
研究人员还观察到同一地块内的显著差异。一些区域吸收CO₂，而附近的区域则释放大量CO₂。

“这种局部差异会极大地影响国家气候核算和措施的设计，因为一个标准排放因子可能无法反映各地的实际情况，”赵说。“我们的研究结果表明，在实践中显然需要更详细的测量和更精确的水位管理，尤其是在土壤和农业条件因地点而异的地区。”