摘要

盐沼湿地具有很高的碳捕获与存储能力, 是缓解全球变暖的有效蓝色碳汇(蓝碳)。未来气候变暖和海平面上升可能增加盐沼湿地的固碳能力, 其蓝碳功能越来越受到国际社会的重视。该文重点围绕盐沼湿地蓝碳形成的关键过程、光合碳分配过程及影响机制、碳沉积埋藏特征及其来源解析、盐沼湿地土壤碳库稳定性及其微生物机制、盐沼湿地蓝碳过程动态模拟及其增汇潜力等5个方面进行综述。在此基础上, 针对当前研究的不足, 提出今后的研究中需要进一步探究盐沼湿地植被海陆梯度分布格局对碳吸收能力和碳分配的影响, 土壤有机碳沉积和埋藏速率及其对全球变化的响应, 盐沼湿地土壤碳库的稳定性及其横向碳流动, 气候变化和海平面上升背景下盐沼湿地蓝碳模拟与增汇潜力评估, 以及盐沼湿地蓝碳的增汇技术和途径。以期为深入理解盐沼湿地蓝碳形成过程与机制, 预测全球变化背景下盐沼湿地蓝碳功能的潜在变化趋势和制定蓝碳增汇途径提供理论支持, 助力碳达峰、碳中和目标实现。

关键词： 盐沼湿地; 蓝碳; 光合碳分配; 沉积埋藏; 有机碳稳定性; 增汇潜力

2009年, 联合国环境规划署、粮农组织和教科文组织政府间海洋学委员会联合发布《蓝碳: 健康海洋对碳的固定作用》(《Blue Carbon: the Role of Healthy Oceans in Binding Carbon》), 确认了海洋在减缓全球气候变化和碳循环过程中至关重要的作用, 首次提出了“蓝碳”的概念, 并明确指出盐沼湿地、红树林和海草床三类海岸带蓝碳是相对易于管理的(Nellemann et al., 2009)。2019年, 联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布《气候变化中的海洋与冰冻圈特别报告》(《Special Report on the Ocean and Cryosphere in a Changing Climate》), 明确指出是否“易于管理”是界定蓝碳的必要条件。滨海盐沼湿地(coastal salt marshes)是指海岸沿线受海洋潮汐周期性或间歇性影响, 有盐生植物覆盖的咸水或淡咸水淤泥质滩涂, 是地球上高生产力植被类型之一。盐沼湿地具有很高的固碳能力, 同时土壤能够捕获和储存大量的碳, 其土壤碳埋藏速率为(218 ± 24) g·m-2·a-1, 比森林生态系统高40倍左右(Mcleod et al., 2011; Macreadie et al., 2019)。据估计, 盐沼湿地上层(约1 m)土壤含有约917 t CO2 e·hm-2 (每hm2 CO2当量), 年固碳量约为(8.0 ± 8.5) t CO2 e·hm-2 (Sapkota & White, 2021)。因此, 滨海盐沼湿地与红树林、海草床等海岸带生态系统被称为蓝碳生态系统。虽然海岸带蓝碳生态系统只占全球海洋面积的0.2%, 但贡献了海洋沉积物碳总储量的50% (Duarte et al., 2013)。

全球滨海湿地面积约为20.3 × 104 km2, 我国滨海湿地面积约占全球滨海湿地总面积的1/4, 其中滨海盐沼湿地是我国最主要的滨海湿地类型(曹磊等, 2013)。据估算, 我国蓝碳生态系统的碳年埋藏量为0.349-0.835 Tg, 其中盐沼湿地约占80%, 远高于红树林和海草床, 是我国蓝碳碳汇的主要贡献者(周晨昊等, 2016)。模型模拟结果表明, 未来气候变暖和海平面上升可能使得盐沼湿地能够更迅速捕获和埋藏大气中的碳(Kirwan & Mudd, 2012)。另外, 加强全球滨海湿地的保护和修复, 每年能够吸收、储存和减少0.32-0.89 Tg CO2排放(Hoegh-Guldberg et al., 2019)。2010年, 保护国际基金会、世界自然保护联盟、联合国教科文组织政府间海洋学委员会共同发起“蓝碳倡议” (The Blue Carbon Initiative), 旨在支撑全球蓝碳的科学研究、项目实施和政策制定等, 通过恢复和保护受损蓝碳生态系统工作而产生碳效益, 减缓气候变化。

迄今为止, 气候变化减缓方案更多集中在陆地碳源和碳汇的作用上, 盐沼湿地等蓝碳生态系统的碳源/汇格局及其动态特征尚不明确。因此, 探析盐沼蓝碳的功能、形成机制以及固碳潜力能够为减缓气候变化提供额外且多样的应对方案。本文重点围绕盐沼湿地蓝碳形成的关键过程、光合碳分配过程及影响机制、碳沉积埋藏特征及其来源解析、盐沼湿地土壤碳库稳定性及其微生物机制、盐沼湿地蓝碳过程动态模拟及其潜力评估等5个方面进行综述, 并提出拟解决的科学问题及未来的研究方向, 以期为深入理解盐沼湿地蓝碳形成过程与机制, 预测全球变化背景下盐沼湿地蓝碳功能的潜在变化趋势和制定蓝碳增汇途径提供理论支持, 在碳达峰、碳中和目标实现中发挥积极作用。

图1   潮汐作用下盐沼湿地固碳关键过程, 包括盐沼植物的光合作用及光合产物分配、碳沉积埋藏、土壤碳矿化分解、溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)、溶解无机碳(DIC)流失等。

图2   盐沼湿地土壤有机碳矿化关键过程, 包括盐沼植物的凋落分解、土壤有机碳水解、发酵、产酸、产CO2和CH4等。

作者：韩广轩 王法明 马俊 肖雷雷 初小静 赵明亮

来源：植物生态学报