Large historical carbon emissions from cultivated northern peatlands
历史上北方泥炭地的二氧化碳大排放
当一个泥炭地已经流干或被耕种，他会成为一个值得注意的二氧化碳来源。然而，我们缺乏关于二氧化碳从耕种泥炭地流失的时间和空间尺度上的清晰评估。利用一个基于陆地表面过程的模型：清楚的包括了泥炭地表现过程，我们评估了北方泥炭地转变为农田在850-2010年间排放了72 Pg C，其中，45%的排放发生在1750年前。这超过了高维度地区未被破坏的泥炭地的二氧化碳积累量。二氧化碳从这些北方耕种的泥炭地流失的量在以前的土地利用排放评估中被忽视。加上这被忽略的历史上土地利用排放表明陆地碳储量有18%的增加，自从1750年来，已结束了历史上全球碳预算。我们也表明，单位面积的碳排放随着排水时间的推移而减少，这表明在清单中应考虑排水时间，以改进开垦泥炭地土壤利用排放。
土地利用和土地覆盖（LULCC）改变是人为大气碳排放的主要来源，在1940年代被化石燃料燃烧超过之前。然而，相对于其他 全球碳预算，评估中仍然存在着大量的不确定的来自LULCC的碳排放。最大的挑战在限制这排放来自于人类利用泥炭地的碳排放。泥炭地是表层土壤覆盖了植物凋落物的生态系统，因为浸水环境只有很少的分解，有至少30-40㎝的厚度。自然泥炭地从大气中吸收二氧化碳，排水或土地利用改变会激发二氧化碳从这些生态系统中排放。
人为的对北方泥炭地的改变可以追踪到工业革命以前很久一直到耕种时期，牧场放牧，森林、泥炭燃料被开采。泥炭地被用于耕地种植是一个值得特别关注的，因为密集的农田排水被用来使土壤通气，着加强了土壤有机质矿化，因此呼吸明显增加，收获庄稼会减少植物凋落物的输入。然而，耕种泥炭地对全球历史上碳收支的贡献依然未知：用于记录过去和现在土地利用改变排放的记账本模式忽视了泥炭地转化为耕地的碳排放，因为缺少数据，全球动态植被模型用来评估全球土地碳预算，这份模型里也没有包括泥炭地。泥炭地的排水和耕作导致的排放只通过经验方法比评估：乘以排放因素(EFs;单位面积种植泥炭地碳排放量）根据当地实地数据估算的泥炭地耕地面积，从土地利用调查或从现代泥炭地分布图和农业土地覆盖图的地理空间叠加中得出。这种方法被称为IPCC一级，没有计算EFs在排水之后随着时间减少，因为剩余物质的稳定增加了。这EFs缓慢的时间趋势不能在当地二氧化碳流检测数据中被准确描述，因为缺乏长期观测数据。另一方面，泥炭地的土地利用历史是未知的，考虑到泥炭地的库存只延续到过去的30年，变成耕种地的泥炭地已经不能从现在的泥炭地分布地图里看见 了。因此，一个对于历史上泥炭地耕种时间和空间的明确评估依然缺乏。
为了填补这个知识空白，我们开发了基于ORCHIDEE-PEAT土地表面模型，用一个网格模型来代表未受干扰的自然泥炭地和被开垦的泥炭地这两种不同的土壤，，。每个网格的碳水循环都独立积累，因此这个新的模型版本模仿了泥炭地到耕地的转化，完全的未受干扰和耕种泥炭地的碳平衡。在这项研究，我们用这个模型去模拟北半球在土地利用变化下的泥炭地碳水过程，形成清晰的未利用泥炭地CO2呼吸的空间分布，和在过去的一千年里历史上从泥炭地到耕地转化后的二氧化碳排放量。我们首先模拟自然泥炭积累和从新世纪早期到850年的的泥炭地面积动态，然后，在年模型地图里编制重耕地面积，我们模拟从850-2010期间泥炭地到耕地的土地利用的转化和排水造成的二氧化碳排放。过去土地利用决定一个新的耕地是否来自泥炭地或自然生态系统很少受到约束，因此，我们构建了三个转化场景。MIN转化场景是最小的泥炭地转化场景，假设每个网格增加的耕地面积都来自于非泥炭地面积，只有当没有其他植被区域可用来匹配每个网格单元中不断扩大的耕地面积时才会有泥炭地排水。MAX情景假设最大泥炭地转换，网格单元中任何增加的耕地面积都优先从泥炭地获取。控制(CTL)情景假设，每个网格单元中耕地面积的增加是按比例由泥炭地和其他植被区提供的。当自然泥炭地的转换发生在模型网格单元的一小部分时，当水被允许自由排出时，地下水位下降，这促进了上层土壤中有机碳的有氧分解。作物收获被建模为人类直接移除和消耗一小部分地上生物量(21)，其残留物被放置在地面上。作物生产力和收获指数(即收获谷物与地上生物量的比例)的历史演变按照Han等人(22)进行了参数化，并进行了校准，以再现北方国家作物产量的历史增长。
