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这篇研究评估了印度尼西亚Sriwijaya植物园中四种再植被泥炭地覆盖类型（Belangeran 2015和2020林分、Tembesu 2015林分、Gelam次生林）的CO2排放，揭示了地下水位、土壤温度和空气温度是调控排放的关键环境驱动因子。研究发现，尽管不同植被类型间的年均排放量（平均31.9±19.9 t CO2ha-1year-1）无显著差异，但水文条件（特别是地下水位深度）对排放的控制作用强于植被类型本身，这为优化热带泥炭地恢复策略（如物种选择、水文管理）以增强碳固存提供了重要科学依据。
1 引言
泥炭地生态系统是全球气候平衡、水平衡、生物多样性和碳汇储存的关键。尽管仅占地球表面积的3%，却封存了全球三分之一的土壤碳。印度尼西亚拥有重要的热带泥炭地，面积约134,300 km2，碳储量达57.4 Gt (Pg)。然而，人口增长和土地需求加剧了泥炭地的压力，对可持续管理的理解不足导致了不同程度的退化。退化过程通常始于泥炭沼泽森林的非法采伐，随后土地被转化为种植园，并伴随着大量运河建设，最终引发广泛的泥炭地退化，从而增加了对泥炭地恢复的需求。作为回应，印度尼西亚政府通过泥炭地恢复机构实施了大规模的泥炭地恢复计划，重点是通过阻塞运河进行再润湿、用本地物种进行再植被以及振兴当地生计以确保长期可持续性。
根据印度尼西亚政府恢复200万公顷（Mha）泥炭地的政策（占总量1343万公顷的一部分），南苏门答腊已实施了各种退化泥炭地恢复计划。这些努力包括保护和恢复活动，其中就包括建立Sriwijaya植物园。该植物园虽然不属于泥炭地恢复机构实施的官方国家泥炭地恢复计划目标，但通过其场地层面的泥炭地恢复实践支持了该计划的目标。这个由南苏门答腊省区域研究与发展机构监管的植物园，建立在Musi Belida泥炭水文单元内的100公顷泥炭地上。该区域以前被指定为生产林，但曾被严重开发并随后转化为油棕种植园。
Sriwijaya植物园是作为特殊用途森林区建立的，用于研究、发展、教育、保护和娱乐。由于场地位于先前为开发油棕种植园而清理过的退化泥炭地上，其建立代表了在场地层面修复生态系统的努力。园区采用主题分区开发，包括药用、观赏和泥炭园，其中泥炭园专门设计用于通过再植被、生态恢复和改进泥炭地管理来支持泥炭地恢复。作为恢复工作的一部分，在该特殊用途森林区种植的几种树种是本地泥炭地物种，包括Jelutung (Dyera lowii)、Belangeran (Shorea belangeran)、Tembesu (Fagraea fragrans)和Pulai Rawa (Alstonia pneumatophora)。研究表明，这些树种具有强大的泥炭地恢复潜力，并能为碳固存做出巨大贡献。
除了使用不同的树种，Sriwijaya植物园的再植被活动是在不同干预水平下实施的，经历了不同频率的火烧事件。一些种植地块经过了密集维护，而另一些则干预极少。同样，火烧历史也各不相同；某些地块在2014年和2019年经历了两次火烧，而另一些则仅在2014年经历了一次。由于植树发生在火灾之后，树木的树龄不同。Sriwijaya植物园内再植被地块在树种、维护强度和火烧历史方面的差异，导致了每个地块独特的环境条件。这种差异使得各地块的排放量存在差别。因此，该地区泥炭再植被和保护工作的有效性值得进一步调查，特别是再植被后的CO2排放。使用各种树种和管理干预措施调查和分析再植被活动产生的场地层面CO2排放，对于评估再植被结果和制定适应性管理策略至关重要。
本研究旨在分析Sriwijaya植物园中各种泥炭地覆盖类型在实施再植被干预后的CO2排放，并使用高分辨率时间序列数据评估地下水位深度、土壤温度和空气温度如何影响排放动态。具体目标包括：比较不同植被类型间的通量；追踪跨季节的时间变化；识别关键的环境驱动因子。本研究的发现预计将增进我们对再植被后泥炭地覆盖类型如何在变化的环境条件下调节二氧化碳排放的理解，并为优化热带泥炭地再植被工作中的物种选择、冠层发育和水文管理提供理论基础。
2 材料与方法
2.1 研究区域描述
本研究在位于Musi-Belida河泥炭水文单元的Sriwijaya植物园的泥炭地上进行。地理坐标为东经104°31′23.26″–104°33′9.16″，南纬3°8′58.46″–3°9′48.64″。Sriwijaya植物园是根据林业部长第485/Menhut-II/2012号法令建立的“特殊用途森林区”，指定用于保护、研究、发展、环境教育、生态旅游和环境服务。植物园占地约100公顷泥炭地。地形主要为平坦，坡度小于1%，海拔在17至23米之间。
Sriwijaya植物园建立在以前被指定为生产林的泥炭地上。该倡议始于2010年，种植准备于2014年开始。在发展之前，该区域是一个四年生的油棕种植园，并经历了大量排水。目前，植物园已用各种树种重新植被，包括Tembesu (Fagraea fragrans)、Belangeran (Shorea belangeran)、Pulai (Alstonia pneumatophora)和Jelutung (Dyera lowii)，这些树种林龄各不相同。林龄差异主要归因于该地区反复发生的火灾，特别是在2014年和2019年，这导致受影响地块的重新种植。该地在雨季容易发生季节性洪水，地下水位可升至地表下40厘米，而在旱季极易发生火灾。
在2014年和2019年火灾后，Sriwijaya植物园中最成功恢复并形成林分的再植被物种是Tembesu和Belangeran；相比之下，再植被失败的区域倾向于自然演替为以Gelam为主的次生林。在后续发展中，Sriwijaya植物园的植被发展为2015年和2020年种植的Belangeran林分、2015年种植的Tembesu林分以及Gelam次生林。每个林分组表现出不同的密度、胸径、树高和材积生长。胸径、树高和每公顷材积最大的树木尺寸出现在Tembesu 2015林分，最小的在Belangeran 2020林分。土壤特性，包括土壤湿度、容重、有机质和有机碳含量，在各林分间存在差异。
Sriwijaya植物园建立在泥炭深度为207-454厘米的退化泥炭地上。开始建设时，该区域经历了大规模排水，随后种植了油棕。运河网络结构包括在中心建立一个保护性水库，并在该区域南缘安装水闸。泥炭地保护区的水闸用于调节水位并维持泥炭生态系统的生态平衡。正常情况下水闸保持关闭，仅在洪水事件时打开，然而它们并未处于最佳状态。因此，闸门无法有效保持水位，尤其是在漫长的旱季。
2.2 排放量和环境因子测量
排放测量在Sriwijaya植物园内的四种泥炭地覆盖类型上进行：2014年火灾后于2015年种植的Belangeran (Shorea belangeran)林分、2019年火灾后于2020年种植的Belangeran林分、2014年火灾后于2015年种植的Tembesu (Fagraea fragrans)林分，以及2014年火灾后出现的以Gelam (Melaleuca leucadendra)为主的次生林。测量使用红外气体分析仪进行。测量室由一段直径25.4厘米、截短至25厘米长的聚氯乙烯管构成。每个室被嵌入泥炭土壤5-10厘米深，留有15-20厘米高出地面用于气体采样和排放评估。
对每种泥炭地覆盖类型进行排放测量。每种覆盖类型设置三个空间重复。每个重复由一个永久安装的室环组成，代表每个覆盖类型内的一个独立采样点。室环在固定位置安装，并在整个监测期间保持原位。CO2通量测量每周在同一固定环上重复进行，因此时间变化通过在每个重复点的重复测量来捕捉。空间重复由每个覆盖类型的三个独立室环定义，而时间重复则由每个环的每周重复测量代表。
每种泥炭地覆盖类型的初始测量点位于距离最近排水运河20米处，后续测量点间隔25米。每个地块内的测量在07:00至12:00之间按顺时针方向进行，并交替起始点以最小化时间偏差。测量在2024年9月18日至2025年2月12日的22周内每周进行。年度CO2通量通过外推周度测量值来估算，假设测量期间测得的通量代表了主要的非淹水条件。周平均通量随时间积分以得出年度估算值。环被淹水的时期从外推中排除，因此得出的年度值代表非淹水条件下土壤-大气CO2通量的估算值。这种方法的一个关键限制是测量期可能不能完全代表全年发生的全部季节性条件范围，从而给外推的年度估算值带来了不确定性。
CO2排放使用基于理想气体定律的方程计算。式中，?C是CO2释放量，通过使用CO2的摩尔质量、面积转换、时间转换和单位转换因子将其转换为吨/公顷/年；P是大气压力；h是室高；R是气体常数；T是温度；dC/dt是CO2浓度的变化。
在排放测量的同时，使用测压计评估地下水位深度，并使用水银温度计记录空气、土壤和室内的温度。测压计使用一根直径7.62厘米、总长2.75米的聚氯乙烯管建造。它垂直安装在泥炭土壤中，大约有50厘米突出地面。管子的浸没部分在各个侧面每隔10厘米钻孔，以利于地下水进入并精确反映地下水位。
CO2排放数据及相关环境变量、地下水位深度、土壤温度和空气温度根据泥炭地覆盖类型进行分析和制表。所有统计分析均在RStudio中进行。使用基于线性混合效应模型的方差分析检验了不同泥炭地覆盖类型间CO2排放和环境参数的差异，其中泥炭地覆盖类型作为固定效应，林分内嵌套的环标识作为随机效应，以解释重复测量。通过最小显著性差异检验了覆盖类型间变量的显著性差异。为了检查CO2排放与环境变量之间的关系，应用了线性混合效应回归模型，允许同时考虑环境预测因子的固定效应和与重复观测相关的随机效应。
3 结果
3.1 二氧化碳排放
Sriwijaya植物园的平均年CO2排放量达到31.9 ± 19.9 t CO2ha-1year-1，代表土壤-大气CO2通量。该值来自该地区四种泥炭地覆盖类型在2024年9月18日至2025年2月12日六个月内测得的排放平均值，范围从Belangeran 2015林分的25.2 ± 20.4 t CO2ha-1year-1到Belangeran 2020林分的36.6 ± 16.3 t CO2ha-1year-1。泥炭地覆盖类型间的排放量大小未观察到显著差异，平均值以标准差表示。
Sriwijaya植物园中泥炭地覆盖类型的CO2排放时间动态表现出初始高度波动，随后从测量期开始到结束持续下降。排放测量始于2024年9月的旱季，并持续到2025年2月的雨季。
3.2 环境因子
3.2.1 地下水位
在Sriwijaya植物园的所有泥炭地覆盖类型中，平均地下水位低于泥炭表面（负值）。然而，不同泥炭地覆盖类型间观察到统计学上的显著差异。最深的地下水位在Gelam次生林检测到，为-60.0 ± 24.4厘米。其次是Tembesu 2015林分，为-52.0 ± 35.5厘米。每周地下水位测量显示，在22周的观测期内，所有泥炭地覆盖类型的地下水位均显著增加。随着时间的推移，所有地块的地下水位都逐渐变浅。地下水位深度波动最大的是Belangeran 2020林分，范围从第一周的-166厘米到最后一周的-5.5厘米。
3.2.2 土壤温度
Sriwijaya植物园中四种泥炭地覆盖类型间的土壤温度存在显著差异。最高的土壤温度出现在Belangeran 2020林分，平均值为30.2 ± 3.0°C。相反，最低的土壤温度出现在Tembesu 2015林分，为26.7 ± 1.6°C。地下水位和土壤温度的时间模式表现为早期（旱季）高度波动，随着雨季的推进逐渐稳定。根据每周测量，Belangeran 2020林分的土壤温度在不同泥炭地覆盖类型中表现出更高的波动；但在观测期结束时趋于稳定（与其他泥炭地覆盖类型相似）。相比之下，Belangeran 2015林分的土壤温度在整个测量期间保持相对稳定。
3.2.3 空气温度
与土壤温度类似，空气温度在各泥炭地覆盖类型间也显示出显著差异。最高温度出现在Belangeran 2020林分（31.1 ± 3.0°C），而最低温度出现在Tembesu 2015林分（29.4 ± 2.0°C）。每周测量显示，空气温度在整个观测期间保持相对稳定，尽管在Belangeran 2020林分波动略大。然而，所有泥炭地覆盖类型都表现出空气温度随时间趋于稳定，这与地下水位上升相对应。这表明雨季期间土壤湿度增加和冠层发育有助于缓和各种泥炭地覆盖类型的极端空气温度。
3.3 二氧化碳排放与环境因子的关系
CO2排放与环境因子（包括地下水位、土壤温度和空气温度）之间的关系使用线性混合效应回归模型进行分析，将环标识作为随机效应。因此，报告的影响反映了考虑相同环随时间重复测量的情况下覆盖类型间的差异。拟合了单独的混合效应回归模型来检查每个环境因子的个体效应，同时进行了多元混合效应回归模型来评估所有三个环境因子在单个模型中的综合效应。在所有模型中，环标识（嵌套在林分内）被作为随机效应包含在内，以解释重复测量。
线性混合效应模型显示，泥炭地覆盖类型的CO2排放可被环境因子组合（包括地下水位、土壤温度和空气温度）中度到强有力地解释，条件决定系数在0.35到0.53之间。地下水位对排放始终表现出强烈的负面影响，尤其是在Belangeran 2015和2020林分。相比之下，土壤温度对Belangeran 2020林分和Gelam次生林有更显著的正效应，此外，空气温度在Belangeran 2015和2020林分中影响更大。
线性混合效应模型分析显示，所有泥炭地覆盖类型中地下水位与CO2排放呈负相关。条件决定系数值相对较低，表明地下水位仅解释了CO2排放变异性的约28-52%。然而，该关系在统计上仍然高度显著。相关系数进一步表明地下水位持续影响各泥炭地覆盖类型的CO2排放。
与地下水位相反，土壤温度与所有泥炭地覆盖类型的CO2排放呈显著的正线性关系。条件决定系数相对较低，但高度显著的差异表明土壤温度持续影响CO2排放的大小。与土壤温度相似，空气温度也与所有泥炭地覆盖类型的CO2排放表现出强相关性。然而，所有这些关系的决定系数都相对较低。
4 讨论
4.1 二氧化碳排放
Sriwijaya植物园四种代表性泥炭地覆盖的估算年CO2排放量为31.9 ± 19.9 t CO2ha-1year-1。与苏门答腊和加里曼丹各种泥炭地应用（包括森林、灌木林、火烧地、农业和种植园）报告的国家平均泥炭排放量48.22 t CO2ha-1year-1相比，这些排放量相对较低。例如，一个15年生油棕种植园的CO2排放量为46 ± 30 t CO2ha-1year-1，而一个8年生橡胶种植园的排放量为32.93 ± 10.39 t CO2ha-1year-1。本研究中观测到的排放量也低于IPCC Tier 1泥炭地种植园的默认排放因子。虽然该再植被泥炭地在水文恢复下的排放量仍高于东加里曼丹Muara Siran未排水泥炭地报告的11.02 ± 0.49 t CO2ha-1year-1，但这仍然表明植物园的泥炭管理和再植被努力可能有助于减少相对于更退化或密集排水泥炭地系统的排放量。鉴于监测期间仍观察到较深的地下水位，研究区域更准确地描述为恢复中或修复中的泥炭地，而非完全恢复的系统，观测到的排放水平应在这种过渡性恢复背景下进行解释。
外推的年CO2通量应解释为一级估计值，因为测量期可能不能完全代表全年发生的完整季节性水文条件范围。在热带泥炭地，季节性淹水可以改变主要的CO2传输途径，从非淹水条件下的土壤-大气交换转变为淹水期间地表介导的通量。由于淹水期从本分析中排除，报告的年度估计值主要反映了非淹水条件，可能低估或高估了真实的年度排放。
Sriwijaya植物园配备了水资源管理基础设施，包括一个中心保护性水库和沿该区域南周边的一系列水闸。安装水闸旨在将地下水位维持在地表下约40厘米的深度，并保护泥炭生态系统的自然生态平衡。虽然该系统的性能不能被认为是完全最佳的，但它已显示出保持地下水位的可测量能力。本研究区域的平均地下水位在-41.0 ± 35.3至-60.0 ± 24.4厘米之间，表明与更退化的泥炭地相比处于中等地下水位。这些水位高于先前研究报告的平均值-69厘米，表明Sriwijaya植物园的水管理干预有助于减少极端的地下水位下降。泥炭地地区水管理系统的主要目标是维持地下水位、调节水流、防止泥炭退化、支持生态系统恢复和减轻火灾风险。
基于泥炭地覆盖类型的差异，Sriwijaya植物园的CO2排放显示年平均值存在差异，但这些差异在统计上不显著。最高排放记录在Belangeran 2020林分，紧随其后的是Tembesu 2015林分，分别为36.6和36.0 t CO2ha-1year-1。最低排放记录在Belangeran 2015林分，为25.2 ± 20.4 t CO2ha-1year-1。然而，该地区所有泥炭地覆盖类型的CO2排放量都大大低于退化泥炭地记录的45.1 t CO2ha-1yr.-1，这表明Sriwijaya植物园的水管理系统可能有助于减少排放。
与Sriwijaya植物园的其他泥炭地覆盖类型相比，Belangeran 2020林分的高排放与土壤和空气温度的年平均值升高有关，分别为30.2和31.1°C。该林分在2019年受泥炭火灾影响后于2020年重新种植，这可能导致了其数值升高。火灾的发生导致泥炭地冠层覆盖丧失，使该区域相对暴露，而年轻植物冠层的出现未能恢复它，导致到达地表的太阳辐射增加，土壤和空气温度升高。火灾期间的泥炭燃烧消除了表层有机层，暴露出更深层、更易分解的泥炭。
与此同时，Tembesu 2015林分尽管拥有相对密集的冠层
