泥炭地生態系統是全球氣候平衡、水平衡、生物多樣性和碳匯儲存的關鍵。盡管僅占地球表面積的3%，卻封存了全球三分之一的土壤碳。印度尼西亞擁有重要的熱帶泥炭地，面積約134,300 km²，碳儲量達57.4 Gt (Pg)。然而，人口增長和土地需求加劇了泥炭地的壓力，對可持續管理的理解不足導致了不同程度的退化。退化過程通常始于泥炭沼澤森林的非法采伐，隨后土地被轉化為種植園，并伴隨著大量運河建設，最終引發廣泛的泥炭地退化，從而增加了對泥炭地恢復的需求。作為回應，印度尼西亞政府通過泥炭地恢復機構實施了大規模的泥炭地恢復計劃，重點是通過阻塞運河進行再潤濕、用本地物種進行再植被以及振興當地生計以確保長期可持續性。

根據印度尼西亞政府恢復200萬公頃（Mha）泥炭地的政策（占總量1343萬公頃的一部分），南蘇門答臘已實施了各種退化泥炭地恢復計劃。這些努力包括保護和恢復活動，其中就包括建立Sriwijaya植物園。該植物園雖然不屬于泥炭地恢復機構實施的官方國家泥炭地恢復計劃目標，但通過其場地層面的泥炭地恢復實踐支持了該計劃的目標。這個由南蘇門答臘省區域研究與發展機構監管的植物園，建立在Musi Belida泥炭水文單元內的100公頃泥炭地上。該區域以前被指定為生產林，但曾被嚴重開發并隨后轉化為油棕種植園。

Sriwijaya植物園是作為特殊用途森林區建立的，用于研究、發展、教育、保護和娛樂。由于場地位于先前為開發油棕種植園而清理過的退化泥炭地上，其建立代表了在場地層面修復生態系統的努力。園區采用主題分區開發，包括藥用、觀賞和泥炭園，其中泥炭園專門設計用于通過再植被、生態恢復和改進泥炭地管理來支持泥炭地恢復。作為恢復工作的一部分，在該特殊用途森林區種植的幾種樹種是本地泥炭地物種，包括Jelutung (Dyera lowii)、Belangeran (Shorea belangeran)、Tembesu (Fagraea fragrans)和Pulai Rawa (Alstonia pneumatophora)。研究表明，這些樹種具有強大的泥炭地恢復潛力，并能為碳固存做出巨大貢獻。

除了使用不同的樹種，Sriwijaya植物園的再植被活動是在不同干預水平下實施的，經歷了不同頻率的火燒事件。一些種植地塊經過了密集維護，而另一些則干預極少。同樣，火燒歷史也各不相同；某些地塊在2014年和2019年經歷了兩次火燒，而另一些則僅在2014年經歷了一次。由于植樹發生在火災之后，樹木的樹齡不同。Sriwijaya植物園內再植被地塊在樹種、維護強度和火燒歷史方面的差異，導致了每個地塊獨特的環境條件。這種差異使得各地塊的排放量存在差別。因此，該地區泥炭再植被和保護工作的有效性值得進一步調查，特別是再植被后的CO₂排放。使用各種樹種和管理干預措施調查和分析再植被活動產生的場地層面CO₂排放，對于評估再植被結果和制定適應性管理策略至關重要。

本研究旨在分析Sriwijaya植物園中各種泥炭地覆蓋類型在實施再植被干預后的CO₂排放，并使用高分辨率時間序列數據評估地下水位深度、土壤溫度和空氣溫度如何影響排放動態。具體目標包括：比較不同植被類型間的通量；追蹤跨季節的時間變化；識別關鍵的環境驅動因子。本研究的發現預計將增進我們對再植被后泥炭地覆蓋類型如何在變化的環境條件下調節二氧化碳排放的理解，并為優化熱帶泥炭地再植被工作中的物種選擇、冠層發育和水文管理提供理論基礎。

本研究在位于Musi-Belida河泥炭水文單元的Sriwijaya植物園的泥炭地上進行。地理坐標為東經104°31′23.26″–104°33′9.16″，南緯3°8′58.46″–3°9′48.64″。Sriwijaya植物園是根據林業部長第485/Menhut-II/2012號法令建立的“特殊用途森林區”，指定用于保護、研究、發展、環境教育、生態旅游和環境服務。植物園占地約100公頃泥炭地。地形主要為平坦，坡度小于1%，海拔在17至23米之間。

Sriwijaya植物園建立在以前被指定為生產林的泥炭地上。該倡議始于2010年，種植準備于2014年開始。在發展之前，該區域是一個四年生的油棕種植園，并經歷了大量排水。目前，植物園已用各種樹種重新植被，包括Tembesu (Fagraea fragrans)、Belangeran (Shorea belangeran)、Pulai (Alstonia pneumatophora)和Jelutung (Dyera lowii)，這些樹種林齡各不相同。林齡差異主要歸因于該地區反復發生的火災，特別是在2014年和2019年，這導致受影響地塊的重新種植。該地在雨季容易發生季節性洪水，地下水位可升至地表下40厘米，而在旱季極易發生火災。

在2014年和2019年火災后，Sriwijaya植物園中最成功恢復并形成林分的再植被物種是Tembesu和Belangeran；相比之下，再植被失敗的區域傾向于自然演替為以Gelam為主的次生林。在后續發展中，Sriwijaya植物園的植被發展為2015年和2020年種植的Belangeran林分、2015年種植的Tembesu林分以及Gelam次生林。每個林分組表現出不同的密度、胸徑、樹高和材積生長。胸徑、樹高和每公頃材積最大的樹木尺寸出現在Tembesu 2015林分，最小的在Belangeran 2020林分。土壤特性，包括土壤濕度、容重、有機質和有機碳含量，在各林分間存在差異。

Sriwijaya植物園建立在泥炭深度為207-454厘米的退化泥炭地上。開始建設時，該區域經歷了大規模排水，隨后種植了油棕。運河網絡結構包括在中心建立一個保護性水庫，并在該區域南緣安裝水閘。泥炭地保護區的水閘用于調節水位并維持泥炭生態系統的生態平衡。正常情況下水閘保持關閉，僅在洪水事件時打開，然而它們并未處于最佳狀態。因此，閘門無法有效保持水位，尤其是在漫長的旱季。

排放測量在Sriwijaya植物園內的四種泥炭地覆蓋類型上進行：2014年火災后于2015年種植的Belangeran (Shorea belangeran)林分、2019年火災后于2020年種植的Belangeran林分、2014年火災后于2015年種植的Tembesu (Fagraea fragrans)林分，以及2014年火災后出現的以Gelam (Melaleuca leucadendra)為主的次生林。測量使用紅外氣體分析儀進行。測量室由一段直徑25.4厘米、截短至25厘米長的聚氯乙烯管構成。每個室被嵌入泥炭土壤5-10厘米深，留有15-20厘米高出地面用于氣體采樣和排放評估。

對每種泥炭地覆蓋類型進行排放測量。每種覆蓋類型設置三個空間重復。每個重復由一個永久安裝的室環組成，代表每個覆蓋類型內的一個獨立采樣點。室環在固定位置安裝，并在整個監測期間保持原位。CO₂通量測量每周在同一固定環上重復進行，因此時間變化通過在每個重復點的重復測量來捕捉。空間重復由每個覆蓋類型的三個獨立室環定義，而時間重復則由每個環的每周重復測量代表。

每種泥炭地覆蓋類型的初始測量點位于距離最近排水運河20米處，后續測量點間隔25米。每個地塊內的測量在07:00至12:00之間按順時針方向進行，并交替起始點以最小化時間偏差。測量在2024年9月18日至2025年2月12日的22周內每周進行。年度CO₂通量通過外推周度測量值來估算，假設測量期間測得的通量代表了主要的非淹水條件。周平均通量隨時間積分以得出年度估算值。環被淹水的時期從外推中排除，因此得出的年度值代表非淹水條件下土壤-大氣CO₂通量的估算值。這種方法的一個關鍵限制是測量期可能不能完全代表全年發生的全部季節性條件范圍，從而給外推的年度估算值帶來了不確定性。

CO₂排放使用基于理想氣體定律的方程計算。式中，?_C是CO₂釋放量，通過使用CO₂的摩爾質量、面積轉換、時間轉換和單位轉換因子將其轉換為噸/公頃/年；P是大氣壓力；h是室高；R是氣體常數；T是溫度；dC/dt是CO₂濃度的變化。

在排放測量的同時，使用測壓計評估地下水位深度，并使用水銀溫度計記錄空氣、土壤和室內的溫度。測壓計使用一根直徑7.62厘米、總長2.75米的聚氯乙烯管建造。它垂直安裝在泥炭土壤中，大約有50厘米突出地面。管子的浸沒部分在各個側面每隔10厘米鉆孔，以利于地下水進入并精確反映地下水位。

CO₂排放數據及相關環境變量、地下水位深度、土壤溫度和空氣溫度根據泥炭地覆蓋類型進行分析和制表。所有統計分析均在RStudio中進行。使用基于線性混合效應模型的方差分析檢驗了不同泥炭地覆蓋類型間CO₂排放和環境參數的差異，其中泥炭地覆蓋類型作為固定效應，林分內嵌套的環標識作為隨機效應，以解釋重復測量。通過最小顯著性差異檢驗了覆蓋類型間變量的顯著性差異。為了檢查CO₂排放與環境變量之間的關系，應用了線性混合效應回歸模型，允許同時考慮環境預測因子的固定效應和與重復觀測相關的隨機效應。

Sriwijaya植物園的平均年CO₂排放量達到31.9 ± 19.9 t CO₂ha^-1year^-1，代表土壤-大氣CO₂通量。該值來自該地區四種泥炭地覆蓋類型在2024年9月18日至2025年2月12日六個月內測得的排放平均值，范圍從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。泥炭地覆蓋類型間的排放量大小未觀察到顯著差異，平均值以標準差表示。

Sriwijaya植物園中泥炭地覆蓋類型的CO₂排放時間動態表現出初始高度波動，隨后從測量期開始到結束持續下降。排放測量始于2024年9月的旱季，并持續到2025年2月的雨季。

在Sriwijaya植物園的所有泥炭地覆蓋類型中，平均地下水位低于泥炭表面（負值）。然而，不同泥炭地覆蓋類型間觀察到統計學上的顯著差異。最深的地下水位在Gelam次生林檢測到，為-60.0 ± 24.4厘米。其次是Tembesu 2015林分，為-52.0 ± 35.5厘米。每周地下水位測量顯示，在22周的觀測期內，所有泥炭地覆蓋類型的地下水位均顯著增加。隨著時間的推移，所有地塊的地下水位都逐漸變淺。地下水位深度波動最大的是Belangeran 2020林分，范圍從第一周的-166厘米到最后一周的-5.5厘米。

Sriwijaya植物園中四種泥炭地覆蓋類型間的土壤溫度存在顯著差異。最高的土壤溫度出現在Belangeran 2020林分，平均值為30.2 ± 3.0°C。相反，最低的土壤溫度出現在Tembesu 2015林分，為26.7 ± 1.6°C。地下水位和土壤溫度的時間模式表現為早期（旱季）高度波動，隨著雨季的推進逐漸穩定。根據每周測量，Belangeran 2020林分的土壤溫度在不同泥炭地覆蓋類型中表現出更高的波動；但在觀測期結束時趨于穩定（與其他泥炭地覆蓋類型相似）。相比之下，Belangeran 2015林分的土壤溫度在整個測量期間保持相對穩定。

與土壤溫度類似，空氣溫度在各泥炭地覆蓋類型間也顯示出顯著差異。最高溫度出現在Belangeran 2020林分（31.1 ± 3.0°C），而最低溫度出現在Tembesu 2015林分（29.4 ± 2.0°C）。每周測量顯示，空氣溫度在整個觀測期間保持相對穩定，盡管在Belangeran 2020林分波動略大。然而，所有泥炭地覆蓋類型都表現出空氣溫度隨時間趨于穩定，這與地下水位上升相對應。這表明雨季期間土壤濕度增加和冠層發育有助于緩和各種泥炭地覆蓋類型的極端空氣溫度。

CO₂排放與環境因子（包括地下水位、土壤溫度和空氣溫度）之間的關系使用線性混合效應回歸模型進行分析，將環標識作為隨機效應。因此，報告的影響反映了考慮相同環隨時間重復測量的情況下覆蓋類型間的差異。擬合了單獨的混合效應回歸模型來檢查每個環境因子的個體效應，同時進行了多元混合效應回歸模型來評估所有三個環境因子在單個模型中的綜合效應。在所有模型中，環標識（嵌套在林分內）被作為隨機效應包含在內，以解釋重復測量。

線性混合效應模型顯示，泥炭地覆蓋類型的CO₂排放可被環境因子組合（包括地下水位、土壤溫度和空氣溫度）中度到強有力地解釋，條件決定系數在0.35到0.53之間。地下水位對排放始終表現出強烈的負面影響，尤其是在Belangeran 2015和2020林分。相比之下，土壤溫度對Belangeran 2020林分和Gelam次生林有更顯著的正效應，此外，空氣溫度在Belangeran 2015和2020林分中影響更大。

線性混合效應模型分析顯示，所有泥炭地覆蓋類型中地下水位與CO₂排放呈負相關。條件決定系數值相對較低，表明地下水位僅解釋了CO₂排放變異性的約28-52%。然而，該關系在統計上仍然高度顯著。相關系數進一步表明地下水位持續影響各泥炭地覆蓋類型的CO₂排放。

與地下水位相反，土壤溫度與所有泥炭地覆蓋類型的CO₂排放呈顯著的正線性關系。條件決定系數相對較低，但高度顯著的差異表明土壤溫度持續影響CO₂排放的大小。與土壤溫度相似，空氣溫度也與所有泥炭地覆蓋類型的CO₂排放表現出強相關性。然而，所有這些關系的決定系數都相對較低。

Sriwijaya植物園四種代表性泥炭地覆蓋的估算年CO₂排放量為31.9 ± 19.9 t CO₂ha^-1year^-1。與蘇門答臘和加里曼丹各種泥炭地應用（包括森林、灌木林、火燒地、農業和種植園）報告的國家平均泥炭排放量48.22 t CO₂ha^-1year^-1相比，這些排放量相對較低。例如，一個15年生油棕種植園的CO₂排放量為46 ± 30 t CO₂ha^-1year^-1，而一個8年生橡膠種植園的排放量為32.93 ± 10.39 t CO₂ha^-1year^-1。本研究中觀測到的排放量也低于IPCC Tier 1泥炭地種植園的默認排放因子。雖然該再植被泥炭地在水文恢復下的排放量仍高于東加里曼丹Muara Siran未排水泥炭地報告的11.02 ± 0.49 t CO₂ha^-1year^-1，但這仍然表明植物園的泥炭管理和再植被努力可能有助于減少相對于更退化或密集排水泥炭地系統的排放量。鑒于監測期間仍觀察到較深的地下水位，研究區域更準確地描述為恢復中或修復中的泥炭地，而非完全恢復的系統，觀測到的排放水平應在這種過渡性恢復背景下進行解釋。

外推的年CO₂通量應解釋為一級估計值，因為測量期可能不能完全代表全年發生的完整季節性水文條件范圍。在熱帶泥炭地，季節性淹水可以改變主要的CO₂傳輸途徑，從非淹水條件下的土壤-大氣交換轉變為淹水期間地表介導的通量。由于淹水期從本分析中排除，報告的年度估計值主要反映了非淹水條件，可能低估或高估了真實的年度排放。

Sriwijaya植物園配備了水資源管理基礎設施，包括一個中心保護性水庫和沿該區域南周邊的一系列水閘。安裝水閘旨在將地下水位維持在地表下約40厘米的深度，并保護泥炭生態系統的自然生態平衡。雖然該系統的性能不能被認為是完全最佳的，但它已顯示出保持地下水位的可測量能力。本研究區域的平均地下水位在-41.0 ± 35.3至-60.0 ± 24.4厘米之間，表明與更退化的泥炭地相比處于中等地下水位。這些水位高于先前研究報告的平均值-69厘米，表明Sriwijaya植物園的水管理干預有助于減少極端的地下水位下降。泥炭地地區水管理系統的主要目標是維持地下水位、調節水流、防止泥炭退化、支持生態系統恢復和減輕火災風險。

基于泥炭地覆蓋類型的差異，Sriwijaya植物園的CO₂排放顯示年平均值存在差異，但這些差異在統計上不顯著。最高排放記錄在Belangeran 2020林分，緊隨其后的是Tembesu 2015林分，分別為36.6和36.0 t CO₂ha^-1year^-1。最低排放記錄在Belangeran 2015林分，為25.2 ± 20.4 t CO₂ha^-1year^-1。然而，該地區所有泥炭地覆蓋類型的CO₂排放量都大大低于退化泥炭地記錄的45.1 t CO₂ha^-1yr.^-1，這表明Sriwijaya植物園的水管理系統可能有助于減少排放。

與Sriwijaya植物園的其他泥炭地覆蓋類型相比，Belangeran 2020林分的高排放與土壤和空氣溫度的年平均值升高有關，分別為30.2和31.1°C。該林分在2019年受泥炭火災影響后于2020年重新種植，這可能導致了其數值升高。火災的發生導致泥炭地冠層覆蓋喪失，使該區域相對暴露，而年輕植物冠層的出現未能恢復它，導致到達地表的太陽輻射增加，土壤和空氣溫度升高。火災期間的泥炭燃燒消除了表層有機層，暴露出更深層、更易分解的泥炭。

與此同時，Tembesu 2015林分盡管擁有相對密集的冠層