Đất ngập nước cung cấp một môi trường nơi cacbon hữu cơ được lưu giữ trong thực vật sống, thực vật chết và than bùn, cũng như được chuyển đổi thành cacbon dioxit và methan. Ba yếu tố chính làm cho đất ngập nước có khả năng cô lập và lưu giữ cacbon là năng suất sinh học cao, mức nước ngầm cao và tốc độ phân hủy chậm. Các điều kiện khí tượng và thủy văn thích hợp là cần thiết để cung cấp nguồn nước dồi dào cho đất ngập nước. Đất trong đất ngập nước bão hòa nước cho phép các điều kiện kỵ khí biểu lộ, lưu giữ cacbon và giải phóng methan.[36]

Đất ngập nước chiếm khoảng 5-8% diện tích đất đai bề mặt Trái Đất nhưng chứa khoảng 20-30% trong tổng số 2.500 tỷ tấn cacbon lưu giữ trong đất của hành tinh này.[37] Các đầm lầy (như đầm lầy toan, đầm lầy kiềm và đầm lầy cỏ) là các kiểu đất ngập nước chứa lượng lớn nhất cacbon hữu cơ trong đất, và vì thế được coi là đất than bùn (với lớp than bùn > 30 cm).[38] Đất ngập nước có thể trở thành nguồn cung cấp cacbon, chứ không chỉ đơn thuần là kho lưu giữ cacbon, do phân hủy xảy ra trong hệ sinh thái này phát thải methan.[36] Đất than bùn tự nhiên không phải luôn luôn có hiệu ứng làm mát có thể đo đạc được đối với khí hậu trong ngắn hạn do hiệu ứng làm mát của cô lập cacbon bị khấu trừ với phát thải methan, là một khí nhà kính mạnh. Tuy nhiên, do "vòng đời" ngắn của methan (12 năm), nên thông thường người ta cho rằng phát thải methan là không quan trọng trong phạm vi 300 năm khi so sánh với cô lập cacbon trong các vùng đất ngập nước. Trong phạm vi khoảng thời gian này hoặc ít hơn, phần lớn đất ngập nước trở thành cả lưu giữ cacbon ròng lẫn lưu giữ bức xạ ròng. Vì thế, đất than bùn có tác động làm mát khí hậu Trái Đất trong chu kỳ thời gian dài do methan bị oxi hóa nhanh chóng và bị loại bỏ khỏi khí quyển trong khi cacbon dioxit khí quyển vẫn tiếp tục được hấp thụ.[39] Trong suốt thế Holocen (12.000 năm qua), đất than bùn là kho lưu giữ cacbon trên cạn bền bỉ và có hiệu ứng làm mát ròng, cô lập 5,6 tới 38 gam cacbon trên mỗi mét vuông mỗi năm. Hiện nay người ta ước tính rằng đất than bùn phương bắc, tính trung bình, cô lập 20-30 gam cacbon trên mỗi mét vuông mỗi năm.[1][40]

Đất than bùn tại vùng hàn đới còn cách nhiệt băng giá vĩnh cửu, vì thế làm chậm quá trình tan băng tuyết trong mùa hè, cũng như gây ra sự hình thành băng giá vĩnh cửu.[39] Do khí hậu toàn cầu tiếp tục ấm lên nên các vùng đất ngập nước có thể trở thành nguồn cacbon chính, do nhiệt độ tăng cao gây ra phát thải cacbon dioxit cao hơn.[41]

So sánh với đất trồng trọt bỏ hoang, đất ngập nước có thể cô lập cacbon lớn hơn khoảng 2 lần, còn các vùng đất ngập nước có cây có thể cô lập và lưu giữ cacbon từ 2 đến 15 lần so với những gì chúng giải phóng. Cô lập cacbon có thể diễn ra trong vùng đất ngập nước nhân tạo, cũng giống như trong các vùng đất ngập nước tự nhiên. Các ước tính thông lượng khí nhà kính từ đất ngập nước chỉ ra rằng đất ngập nước tự nhiên có các thông lượng thấp hơn, nhưng đất ngập nước nhân tạo lại có dung lượng cô lập cacbon cao hơn. Khả năng cô lập cacbon của đất ngập nước có thể được cải thiện thông qua các chiến lược hồi phục và bảo vệ, nhưng phải mất vài thập kỷ để các hệ sinh thái hồi phục này có thể so sánh được về khả năng lưu trữ cacbon với đất than bùn và các dạng tự nhiên khác của đất ngập nước.[36]

Tác động của tiêu thoát nước để sử dụng nông và lâm nghiệp

Do tầm quan trọng của chúng trong trao đổi cacbon đất-khí quyển toàn cầu, sự chuyển động của cacbon giữa các đầm lầy và khí quyển là vấn đề quan trọng hiện nay trong sinh thái học và trong các nghiên cứu sinh địa hóa học.[6] Tiêu thoát nước đất than bùn để phục vụ nông nghiệp và lâm nghiệp đã dẫn tới phát xạ rộng khắp các khí nhà kính vào khí quyển, chủ yếu là cacbon dioxit và methan. Bằng việc cho oxy tiến vào cột than bùn trong đầm lầy, tiêu thoát nước phá vỡ cân bằng giữa tích lũy và phân hủy than bùn, và sự phân rã oxi hóa sau đó dẫn tới giải phóng cacbon vào khí quyển.[42] Như thế, tiêu thoát nước đầm lầy để canh tác nông nghiệp đã chuyển các đầm lầy từ kho lưu giữ cacbon ròng thành nguồn phát thải cacbon ròng.[1] Tuy nhiên, phát thải methan từ đầm lầy được ghi nhận là giảm xuống sau khi tiêu thoát nước.[15]

Khi được thực thi theo cách thức để bảo tồn trạng thái thủy văn của đầm lầy, thì sử dụng nguồn gốc con người đối với các tài nguyên đầm lầy có thể tránh được các phát thải khí nhà kính đáng kể. Tuy nhiên, tiêu thoát nước tiếp tục sẽ dẫn tới sự giải phóng tăng lên của cacbon, góp phần vào ấm lên toàn cầu. Thời điểm năm 2016, người ta ước tính rằng đất than bùn đã tiêu thoát nước chiếm khoảng 10% toàn bộ phát thải khí nhà kính từ nông nghiệp và lâm nghiệp.[7]

Cháy

Tiêu thoát nước hoặc làm khô đầm lầy do các yếu tố khí hậu cũng có thể gia tăng rủi ro cháy, làm tăng thêm nguy cơ giải phóng cacbon và methan vào khí quyển.[7] Do độ ẩm cao tự nhiên của chúng nên các đầm lầy ban sơ nói chung có rủi ro bắt lửa thấp. Làm khô trạng thái ngập đọng nước này nghĩa là thảm thực vật giàu cacbon trở nên dễ bắt cháy hơn. Ngoài ra, bản chất nghèo oxy của thảm thực vật làm cho các đám cháy than bùn cháy âm ỉ phía dưới bề mặt, gây ra sự cháy không hoàn toàn của vật chất hữu cơ và dẫn tới các sự kiện phát thải tột bậc.[7]

Trong những năm gần dây, sự xuất hiện của các đám cháy trên đất than bùn đã tăng đáng kể trên toàn thế giới, nhưng đặc biệt cao tại khu vực nhiệt đới. Điều này có thể là hậu quả của thời tiết khô hơn và các thay đổi trong sử dụng đất, bao gồm cả tiêu thoát nước từ các đầm lầy.[1] Sự mất mát sinh khối hậu quả này đã dẫn tới các phát thải đáng kể của các khí nhà kính ở cả đất than bùn nhiệt đới lẫn đất than bùn ôn đới / hàn đới.[43] Các sự kiện cháy được dự đoán là sẽ trở thành thường xuyên hơn với khí hậu toàn cầu đang ấm lên và khô hơn.[6]

Đồn điền cọ dầu

Cọ dầu ngày càng gia tăng vai trò để trở thành một trong những cây trồng lớn nhất thế giới, đã mở rộng diện tích gieo trồng trong những năm qua. So sánh với các nguồn thay thế khác, cọ dầu được coi là nằm trong số các nguồn hiệu quả nhất của dầu thực vật và nhiên liệu sinh học, chỉ cần 0,26 hecta đất để sản xuất ra 1 tấn dầu.[44] Vì thế, cọ dầu đã trở thành cây công nghiệp phổ biến tại nhiều quốc gia thu nhập thấp, tạo ra các cơ hội kinh tế cho các cộng đồng dân cư. Với dầu cọ là mặt hàng xuất khẩu hàng đầu tại các quốc gia như Indonesia và Malaysia, nhiều người dân đã tìm thấy thành công kinh tế trong các đồn điền cọ dầu. Tuy nhiên, đất đai để làm các đồn điền như vậy thông thường lại là các kho dự trữ cacbon đáng kể để thúc đẩy các hệ sinh thái đa dạng sinh học.[45]

Các đồn điền cọ dầu đã thay thế phần lớn các vùng đất than bùn có rừng che phủ tại Đông Nam Á. Theo dòng lịch sử, các khu vực này từng được coi là vùng đất chết, nhưng các ước tính gần đây cho thấy khoảng 12,9 triệu hecta, hay khoảng 47% đất than bùn ở Đông Nam Á, đã bị phá rừng vào năm 2006.[46] Trong trạng thái tự nhiên của chúng, đất than bùn bị ngập đọng nước, với mức nước ngầm cao, làm cho chúng trở thành loại đất không hiệu quả.[44] Để tạo ra loại đất thích hợp cho đồn điền, các đầm lầy tại khu vực nhiệt đới ở Indonesia và Malaysia đã được dọn sạch và tiêu thoát nước.

Các rừng đất than bùn được chuyển đổi để trồng và sản xuất dầu cọ chính là các kho lưu trữ cacbon trên và dưới mặt đất, chứa ít nhất 42 tỷ tấn cacbon trong đất.[46] Sự khai thác tận lực đất đai này đã dấy lên nhiều lo ngại về môi trường, đó là phát thải khí nhà kính, rủi ro cháy và giảm đa dạng sinh học. Phát thải khí nhà kính từ cọ dầu trồng trên đất than bùn được ước tính là tương đương từ 12,4 (tốt nhất) đến 76,6 tấn CO2/ha (xấu nhất).[44]

Trong trạng thái tự nhiên của chúng, các vùng đất than bùn có khả năng chống cháy. Tiêu thoát nước đối với đất than bùn để trồng cọ dầu tạo ra một lớp than bùn khô rất dễ cháy. Do than bùn chứa nhiều cacbon nên cháy xảy ra trên đất than ẩm ướt giải phóng một lượng rất lớn cả cacbon dioxit lẫn khói độc vào không khí. Vì thế, các đám cháy này không chỉ tăng thêm phát thải khí nhà kính mà còn gây ra hàng nghìn ca tử vong mỗi năm.

Sự suy giảm đa dạng sinh học do tàn phá rừng và tiêu thoát nước đã tạo ra một hệ sinh thái dễ tổn thương. Các hệ sinh thái đồng nhất chịu rủi ro tăng cao trước các điều kiện khí hậu cực đoan và rất ít khả năng phục hồi từ các vụ cháy.