簡單的水轉移可以將北極農田變成碳庫

當泥炭地因農業目的而被排乾時，這種平衡就會改變。較低的水位允許氧氣進入土壤，加速微生物活動。當微生物分解之前保存的植物材料時，儲存了幾個世紀的碳就會以二氧化碳（CO₂）。

北部泥炭地仍未充分研究

自 17 世紀以來，歐洲和北歐地區的大片泥炭地已被排幹。科學家仔細研究了許多這些地區的排水和水位變化如何影響溫室氣體排放。

人們對更北部用於農業的泥炭地知之甚少。這些地區夏季氣溫涼爽，生長季節短，日照時間長。

「根據對溫暖地區的研究，我們知道提高排水和耕種泥炭地的地下水位通常會減少二氧化碳₂ 「排放，因為泥炭分解速度較慢，」NIBIO 研究員趙俊斌解釋。

“同時，潮濕和含氧量較低的條件會增加甲烷的含量，因為當土壤中幾乎沒有氧氣時，產生甲烷的微生物就會大量繁殖。”

在某些濕度條件下，一氧化二氮也會增加。當土壤潮濕但未完全浸水時，氮分解可能會中途​​停止，產生一氧化二氮而不是無害的氮氣。

「由於每種溫室氣體對水位變化的反應不同，一種氣體可能會下降，而另一種氣體則會上升。這就是為什麼關注氣體的整體平衡很重要，」趙說。

“我們需要測量二氧化碳₂“在整個季節同時監測甲烷和一氧化二氮，以了解更北部農業地區的真正淨效應。”

在挪威北部進行為期兩年的北極實地研究

為了回答這些問題，趙和同事於2022年和2023年在NIBIO位於挪威北部帕斯維克山谷的斯萬霍夫德研究站進行了兩年的實地研究。自動化二氧化碳追蹤室₂在整個生長季節，每天多次檢測甲烷和一氧化二氮。

「試驗涉及五個地塊，它們共同反映了排水農田中的典型管理條件——不同的地下水位、不同的化肥用量以及每個季節不同數量的農作物，」趙解釋道。

該團隊專注於三個主要問題：

• 提高地下水位能否讓北極的養殖泥炭地更接近氣候中和？
• 水位會影響土壤中的二氧化碳嗎？₂ 排放不僅影響工廠中的二氧化碳₂ 吸收？
• 施肥和收穫如何影響整體氣候平衡？

高地下水位切斷了二氧化碳₂ 排放量

當太平洋泥炭地嚴重排水時，會釋放大量二氧化碳₂，類似南方的耕地泥炭地。但當研究人員將地下水位提高到地表以下 25 至 50 公分時，排放量急劇下降。

「在如此高的水位下，甲烷和一氧化二氮的排放量也很低，從而實現了更好的整體氣體平衡。在這些條件下，該油田吸收了略多的二氧化碳。₂ 這讓他自由了，」週說。

這表明，維持北極農田較高的地下水位可能是一項有效的氣候策略。

“我們的發現特別有趣，因為排放量是全天候連續測量的。這意味著我們捕捉到了異常高排放量的短暫峰值和自然的每日波動，而當只是偶爾進行測量時，細節往往會被忽視。”

為什麼寒冷的北極氣候會放大這種影響？

提高水位使土壤變得濕潤並減少植物根部周圍的氧氣。植物變得不太活躍，吸收的二氧化碳也減少₂ 在這種情況下。

然而，總二氧化碳₂ 低場發射。

「這是因為潮濕的條件意味著田地在開始吸收更多二氧化碳之前需要更少的光線₂ 哪個被釋放。當一天早些時候達到此閾值時，您可以獲得更多的淨碳吸收時間。

“我們的計算表明，由於夏夜漫長而明亮，這種影響在北方尤其強烈。這提供了許多額外的時間，使系統保持積極的一面，可能會增加二氧化碳總量。”₂ 吸收明顯。

事實證明，溫度是另一個關鍵因素。一旦土壤溫度升至12℃以上，微生物活動就會加劇。

「在較高的溫度下，微生物分解有機物的速度更快，而二氧化碳則導致有機物分解得更快₂ 「甲烷排放量正在上升，」趙說。

「這意味著在寒冷的氣候中，水位上升的影響更大，而未來的變暖可能會減少好處。實際上，這意味著必須將水位與溫度和當地條件一起考慮在內。”

施肥與收穫塑造碳平衡

農場管理實踐也發揮了作用。添加更多的肥料可以促進草的生長。

「更多的肥料產生了更多的生物量，但並沒有導致二氧化碳的明顯變化₂ 「或者我們實驗中的甲烷排放，」趙說。

收穫效果更加明顯。當草被砍伐和移除時，儲存在植物材料中的碳就會離開系統。

「如果收穫太頻繁，隨著時間的推移，去除的碳會多於累積的碳，」趙解釋道。 “即使水位仍然很高，泥炭層也可能逐漸失去碳。”

這就是為什麼趙強調需要同時評估水管理、肥料使用和收穫時間表。短期減少排放的措施可能會減少長期碳儲存，從而損害土壤品質。

“一種解決方案可能是無性栽培，即種植能夠耐受潮濕條件的植物物種，這樣就可以在不保持土壤乾燥的情況下產生生物量。”

地方差異對於氣候核算很重要

研究人員也注意到同一區域有顯著差異。部分地區吸收二氧化碳₂而周邊部門則大量釋放。

「這種地方差異可能會極大地影響國家氣候帳戶以及措施的設計方式，因為一種標準排放因子可能無法反映各地的現實，」趙說。

“我們的研究結果表明，在實踐中顯然需要更詳細的測量和更精確的水位管理，特別是當不同地點的土壤和農業條件差異很大時。”