叶思源

中国地质调查局青岛海洋地质研究所

siyuanye@hotmail.com

 

 

 

    全球气候变化是当今人类社会可持续发展最严峻的挑战之一, 人为活动释放二氧化碳（CO2）是导致全球变暖和气候变化加剧的重要原因。因此，CO2减排增汇是各国政府控制温室效应的主要措施。滨海湿地包括海草床、红树林、盐沼等，是海岸带地区典型的“蓝碳”生态系统（Mcleod et al., 2011），其面积虽然不到海洋面积的0.5%，但其储存的有机碳却相当于海洋有机碳埋藏总量的50%（Duarte et al., 2005）。此外，由于滨海湿地存在SO4^2-离子，限制了CH4的排放，加之处于淹水条件，不易被氧化分解，其中的碳储存时间可长达数百年或数千年。然而，近半个世纪以来，人类对天然滨海湿地的干预不断增强，气候变暖导致海平面上升以及流域水沙减少等均造成滨海湿地面积锐减，其储藏的有机碳大量氧化分解，导致已储存的碳重新释放到大气中，成为大气温室气体的来源，进一步加重了温室效应（Debanshi et al, 2022）。为此，全球滨海湿地研究者均围绕着气候变暖、人类活动背景下滨海湿地碳汇过程和影响机制开展研究，试图探寻滨海湿地蓝碳碳汇的受控机制，从而通过对影响因子的调控达到滨海湿地固碳增汇的目的。因此，开展气候变化和人类活动影响下滨海湿地碳汇变化过程与机制的研究，对于开发基于自然因子调控的滨海湿地增汇示范具有非常重要的意义。

 

 

    滨海盐沼湿地生态系统碳库大致可分为三个部分，主要包括地上生物量、地下生物量以及土壤碳库。其土壤碳库主要由内源碳和外源碳组成，外源碳是通过水系输入至盐沼系统，而内源碳主要来自盐沼湿地系统中的大型植物或藻类的光合作用，但内源碳大部分以二氧化碳或甲烷形式返回到大气中。

 

    滨海湿地蓝碳碳库主要是植物光合碳吸收、碳沉积埋藏、水系碳输入和潮汐作用碳的输入与输出以及生态系统呼吸等多过程相互作用和平衡的结果,其关键过程主要包括：（1）植被光合作用吸收大气CO2。滨海盐沼湿地通常具有高的净初级生产力, 尤其在河口区, 植被净初级生产力可达1745 g C·m^–2·yr^–1（Sousa et al., 2010）。在这一过程中，光合碳分配对该生态系统最终碳汇功能有重要的影响。光合固定的碳向根系和土壤碳库的分配和转移规律, 直接影响着沉积碳库的走向。这一过程主要受沉积物孔隙水盐度、营养盐等非生物因子的控制；（2）生态系统呼吸作用形成温室气体排放。滨海湿地光合作用固定的碳，通过植物呼吸作用和土壤微生物矿化可将大部分初级生产力释放到大气中，潮汐作用携带大量的SO4^2–阻碍CH4产生, 从而降低滨海湿地的增温潜势；（3）沉积固碳过程。滨海湿地光合固定的碳和温室气体排放的碳平衡剩余部分被沉积物快速埋藏，称为沉积固碳过程。由于滨海湿地不断向下沉积, 土壤碳库很难达到饱和,储存的碳可以在土壤中保存数千年（Radabaugh et al., 2018）。海岸侵蚀、流域水沙减少会减少沉积碳汇通量，而地面沉降、海平面上升会提高碳汇速率。深入了解有关滨海湿地碳汇的关键过程研究进展，探寻控制碳汇过程的主要控制因素，对有效提出碳增汇途径有重要意义。

 

滨海盐沼湿地碳汇过程

 

 

    在全球变化背景下，以海洋蓝碳为代表的自然碳汇作为综合效益最大、副作用最小、最符合“基于自然的解决方案”的缓解碳排放方法，成为实现碳中和的最有效途径之一。然而，气候变化和人类活动对滨海湿地碳汇功能产生了极大的负面影响，大量滨海湿地丧失，有些地方甚至由碳汇转变为碳源。因此，如何修正人类活动、研究应对气候变化策略、恢复滨海湿地碳汇功能是实现生态系统碳增汇的关键技术途径之一。国内外已经开展了相关研究，主要包括如下三种途径：第一，湿地生态系统保育途径。滨海湿地保育集生态保护和蓝碳增汇于一体，是滨海湿地碳增汇实践的有益探索。自1992年我国加入《湿地公约》以来，截止目前为止我国有16个国际重要湿地和7个国家重要湿地，但这些保护区建立的都是以生物多样性为主要目的，其碳增汇相关的研究尚未提上日程。广东湛江红树林国家级自然保护区将保护区内2015~2019年期间种植的380 ha红树林按照核证碳标准和生物多样性标准进行开发，成为了我国首个蓝碳保育增汇和生物多样性提升协同增效的样板（Ullman et al., 2013）。第二，湿地生态工程修复途径。对海岸带蓝碳生态系统碳汇潜力的挖掘、修复与提升是中国未来应对气候变化最经济和最值得开拓的生态学途径之一。我国天然滨海湿地面积在1975~2017年之间缩减了30-50%，有效恢复滨海湿地生态空间，增加湿地面积是恢复和提高滨海湿地碳汇潜力的有效技术途径。通过实施“南红北柳”生态工程计划，中国滨海湿地生态系统新增芦苇4000 ha、碱蓬1500 ha、柽柳林500 ha（唐剑武等，2018）。在辽河三角洲通过水文联通调节、土壤基质改良等碳增汇技术开展修复3年后发现新增湿地的碳储能力达到天然湿地的90%以上；通过推广播种芦苇2万亩和翅碱蓬1万亩，每年可增加固碳量11万吨（Brix et al., 2014）。第三，湿地生态环境调节途径。相比起湿地保育和修复工程增汇，湿地生态环境调节更象是“微控”型的“蓝碳”增汇。例如，通过控制陆源污染排放和水体富营养化程度,恢复湿地潮汐等水文过程，可以增加滨海湿地和近岸水域的“蓝碳”累积（焦念志等，2021），降低全球增温潜势和改善辐射平衡。

 

1975年-2017年全国湿地演化图

 

    必须指出的是实施滨海湿地碳增汇实践研究还处于起步阶段，目前仍然存在许多亟待解决的关键科学与技术问题。首先，滨海湿地碳通量、封存量的数据还很少，固碳的关键过程与机理尚不清楚。其次，滨海湿地监测技术、评价标准及核算体系等尚无统一的规范和标准，导致碳储量核算存在较大的差异和争议，亟待建立和完善滨海湿地蓝碳监测与核算技术标准，编制国际认可的蓝碳核算技术体系。第三，气候变化和人类活动双重影响下滨海湿地生态系统的碳汇功能和增汇潜力尚未量化，这也在很大程度上制约着对滨海湿地碳汇功能的整体认知和准确评估。最关键的是研发基于自然因子调控的滨海蓝碳增汇技术和综合管理方法并进行规模化应用，建立海岸带生态修复规划与滨海湿地碳增汇并重的技术手段，实现滨海湿地生态保护、修复与碳增汇协同增效。

 

以碳增汇为目的的湿地修复实践--芦苇种植与翅碱蓬播种

（注：a. 芦苇种苗采集；b. 芦苇种苗输运至示范区现场；c. 芦苇种苗种植；d. 翅碱蓬种子发芽试验与种子优选；e. 翅碱蓬种子输运至示范区现场；f. 翅碱蓬播种）

 

 

    滨海湿地是重要的碳汇资源已是科学界的共识，但是滨海湿地固碳的关键机理还缺少直接的证据，碳汇功能和增汇潜力的模拟评估存在较大的不确定性。特别是气候变化、海平面上升和人类活动（如近岸富营养化、围垦工程等）背景下如何影响滨海湿地生态系统的碳汇功能？滨海湿地通过环境因子调控提高蓝碳的增汇潜力如何？目前尚无定量研究结果。特别是目前有关植物光合碳分配途径的很多研究成果来自于对陆地生态系统的研究，不一定能够阐明滨海湿地生态系统碳循环的关键过程。因此，亟需建立滨海湿地碳汇过程观测体系，建立融合现场观测-遥感反演-模型模拟等研究手段，强化固碳过程精细化观测，研发基于自然因子调控的滨海蓝碳增汇技术和综合管理方法，并进行规模化应用。

 

    由于碳循环受控机制研究需要对当前国际上各团队的研究数据进行meta分析，从而寻找到更强劲的规律，提出基于自然的碳增汇方案，因此需要加强国际合作。在发展中国家还需加强研究滨海湿地社会经济和生态环境系统之间的相互作用及其与实现可持续发展目标之间的关系，探索实现可持续发展的滨海湿地生态系统利用模式。在实现滨海湿地生态系统碳增汇同时，需兼顾经济、社会、生态和谐发展和协同增效（Ye et al, 2022）。最后，还需特别提出的是蓝碳碳汇资源保护，需加强政-产-学-研-用合作，形成蓝碳科学与商业赢利运行模式，推动滨海湿地生态、社会、经济可持续发展。