基于自然的海岸带蓝碳增汇措施及其技术体系研究
基于自然的海岸带蓝碳增汇措施及其技术体系研究
作为地球生态系统中最重要的碳库之一，海洋对于全球气候变化和碳循环过程具有十分重要的意义。海岸带是海洋碳汇的重要区域，位于海岸带区域的盐沼、红树林、海草等生态系统近年来被广泛关注，是地球上高效的固碳热点，其固定的碳被称为“海岸带蓝碳”[1-2]。与陆地生态系统不同，海岸带蓝碳生态系统由于长期处于海水覆盖的厌氧环境中，其固定的碳体量大且可长期封存[3-4]，营养盐的输入也使得近海区域具有高于大洋的初级生产力[5]。以红树林为例，其平均碳储量为956 t C/ha，是热带雨林的4倍[6]。与海洋生态系统亦不同，海岸带蓝碳生态系统虽只占不到0.2%的海洋面积，却贡献了全球海洋沉积物有机碳埋藏总量的50%[4]。据估计，包括河口和近海陆架在内的全球海岸带年碳埋藏量相当于每年20%～35%的人为CO2排放量[7]。因此，海岸带地区是重要的碳汇空间，具有强大的碳捕获与碳埋藏能力。
因海岸带蓝碳生态系统在固碳方面具有重要价值和意义，近年来，越来越多的学者开始关注海岸带碳汇相关研究。目前，研究人员在该领域的研究方向和内容主要有：①核算碳汇储量与通量（埋藏/累积速率）[8-9]；②揭示碳汇时空变化与调控机制[10-11]；③提供碳收支清
单及不确定性[12]；④评估碳汇可持续性及增汇模式[13]。然而，有关海岸带碳汇的相关研究在增汇措施上仍存在如下问题：当前研究大多聚焦在某些增汇技术方案阐述和具体修复技术研发，尚未形成一个基于自然环境特点的、系统的海岸带蓝碳固碳增汇技术框架。因此，本文根据海岸带区域碳汇能力的自然禀赋，总结归纳海岸带碳汇增汇措施，探索构建海岸带蓝碳增汇技术体系，以期为推动海岸带地区海洋治理与可持续发展提供科学支撑。
1  海岸带蓝碳的自然禀赋特征
海岸带是陆地与海洋交互作用的带状区域，受到水圈、岩石圈、大气圈和生物圈的共同作用。河流在流向海洋过程中携带了大量的悬移质及其吸附元素，并在海岸带地区因滨海地形平坦、河流流速降低等因素停止搬运而发生沉积作用，使其沉积了全球50％以上的碳酸盐和80％的有机残体[14]；在波浪、潮汐、洋流等海水运动作用下，物质和能量被海洋源源不断地输运向陆地，但因下垫面阻尼等影响，物质通量相对较少[15]。复杂的陆海相互作用使得海岸带既不同于陆地区域，也区别于深海大洋，环境特征十分鲜明。在这种独特的环境影响下，海岸带存在复杂的物理-生物-化学-人类活动耦合与分异过程，促使沿海地区形成了全球独一无二的生物地球化学循环过程，进而成就了海岸带强大的固碳能力。
1.1  海岸带属性
红树林属于什么生态系统海岸带独特的区位条件，造就了其得天独厚的资源条件与环境条件；由此也使得海岸带人口密度持续增高，承载了海量的生产消费活动，从而面临着自然和人为双重压力下的威胁与挑战，表现出明显的生态系统脆弱性。海岸带具有以下几方面特征。
1）复合性。海岸带是自然-社会-经济复合生态系统，是人与自然和谐共生的一种形态。因独特的区位条件，海岸带陆海两类经济集聚，成为社会经济高度融合的区域。在我国大陆，沿海11省（区、市区）以约占陆地13.5%的国土面积承载了全国50%以上的大城市、43%的人口和57%的国内生产总值[16]。与人口稠密、经济发达的社会经济子系统相依存的是，自然子系统每时每刻都发生着无数的物理、化学、物质与能量的交换与转换过程，为社会经济提供源源不断的物质产品与生态服务，对生态系统和人类开发利用活动均产生重要影响，最终令海岸带形成了自然和人为各种过程交织的特点[17]。
2）脆弱性。海岸带地区由于受特殊地理位置、环境变化梯度大等因素限制，同时承受陆地环境和海洋环境、人类活动和自然活动的多重作用，生态系统十分脆弱，具有明显的易受
干扰性和不可恢复性，是一个非常典型的“生态脆弱带”。因此，海岸带在面对干扰时其生态结构和功能更容易遭到损害。主要表现为：全球气候变化背景下，海岸带面临的波浪和海流体系、气候、地形变化过程等自然干扰日益增加，使得海岸带的风险暴露度增加、脆弱性增强；同时，随着人类开发活动的无序与过度利用，如城市化建设、海水养殖、采砂与采矿等，海岸带生态结构和功能更加容易遭到剧烈破坏。
3）多样性。海岸带是生物多样性及生态系统多样性的主要储库[18]。通过自然输送和人为投放等多途径，使近海拥有相当丰富的营养盐，显著提升了海岸带地区植被的净初级生产力。且四大圈层结构间错综复杂，相互渗透影响，再辅之潮汐、潮流和波浪等外部动力的不同组合和变换影响，造就了海岸带地区丰富的海岸类型，并使得不同类型海岸下的地貌平面格局和形态特征各具特。如山地丘陵海岸通常有沙坝、潟湖、河口三角洲等地貌体。复杂多样的地理环境以及稳定充盈的营养要素促使海岸带孕育了多姿多彩的生物体和生态系统，如红树林、海草床、盐沼湿地等。
1.2  海岸带蓝碳属性
海岸带独特的环境体系注定了其与众不同的生物地球化学循环过程。不同于陆地生态系统
和海洋生态系统“单一、有限”的元素循环，受二者交互作用的海岸带，在表现出生态系统脆弱性一面的同时，还具有丰富的物种以及复杂的元素循环过程，聚焦于碳汇，主要体现出以下特点。
1）固碳效率高。海岸带具有丰富的湿地物种，包括盐沼草、红树植物、贝类等。其中，海岸带蓝碳植被可通过光合作用来捕获CO2，将其转移到植物组织中，同化为各种含碳有机物。而植被凋落物和根系则会在厌氧的土壤中缓慢分解，进而形成储存在沉积物中的碳。据有关研究显示，相比于森林生态系统，海岸带蓝碳的单位面积固碳效率高其几十倍到数百倍[19]。此外，蓝碳植被地上结构会促进潮水中有机颗粒物的沉降[20]；海水中大量的SO42-也会限制微生物排放CH4[21]，这些均有利于进一步提升海岸带固碳效率。
2）固碳周期长。与陆地生态系统的碳储量有限性以及碳封存不稳定性不同，潮汐往复作用极大地减缓了海岸带蓝碳生态系统累积碳的分解。一是由于潮水淹没后，海岸带土壤中形成了厌氧环境，氧化还原电位相对更低，土壤中微生物呼吸和降解作用减弱[22]；二是由于潮汐会改变不同梯度下的环境因子，使其形成环境梯度差异，进而影响海岸带蓝碳植被CO2通量大小[23]。且随着海平面上升以及极端气候事件的频发，大量滨海湿地将被海水
所淹没，从而使得海岸带土壤碳储量不存在碳饱和现象，而是持续不断地垂直累积。因此，海岸带地区的植物碳可以储存数年至数十年，土壤碳则甚至可以封存数千年之久[19]。
3）“双向”过程强。在垂直方向上，海岸带固碳过程包括生物-大气系统和土壤-大气界面,前者是指海岸带蓝碳植被通过光合作用吸收空气中的CO2进行生物固碳；后者则是指生活在海岸带区域的土壤自养微生物同化大气中CO2的过程。在陆-海水平方向上，河流会向近海地区输送大量陆源有机碳；而受到海浪、潮汐等扰动，海岸带蓝碳植被也会从邻近生态系统中捕获悬浮物质，并利用茎和密集的气孔减少湍流能量来影响沉降[21]。其中，因粒径差异，颗粒有机碳（Particulate Organic Carbon，POC）会就近加速沉积到海底沉积物中；溶解有机碳（Dissolved Organic Carbon，DOC）则会随海水运动被输送到近海海域里，并在微生物碳泵作用下从可被利用的活性态转化为不可利用的惰性溶解有机碳（Recalcitrant Dissolved Organic Carbon，RDOC），进而实现对碳的长期封存[12]。
2  基于自然的海岸带蓝碳增汇措施
提高海岸带蓝碳生态系统服务功能是重要的基于海洋的气候变化治理方法，属于“基于自然的解决方案（Nature-based Solution, NbS）”。而推动基于自然的解决方案需要在制订海岸带蓝碳生态系统修复和重建方案时，尊重生态系统演替规律，科学地选择修复方法，尽量避免修复和重建过程中存在人工过度干预和工程化情况。目前基于高生产力和人工可调控等特性，海岸带碳循环的主要滨海湿地生态系统包括红树林、盐沼和海草床等[9,24]。
2.1  红树林增汇技术
红树林是热带、亚热带海湾、河口泥滩上特有的、以红树植物为主体的常绿灌木和小乔木落，突出特征是冠层相对整齐密集、根部和地表空疏，在固碳储碳方面有着重要作用。红树林生态系统对碳的固存主要以原位植物的高生产力输入、降低根部及凋落物分解速率输出为主，外来碳源加强沉降为辅[25]。“开源节流”式的碳循环过程使得红树林成为海岸带蓝碳碳汇的主要贡献者。且受潮汐淹水干扰，红树林土壤有机碳含量在陆海水平界面表现出较为明显的梯度变化。因此，目前红树林增汇主要依靠扩大宜林生境面积和修复增强原有红树林固碳能力两方面。在此基础上，根据是否改造地形以及是否人工种植植被，将现有的红树林增汇技术分为自然恢复技术、人工改造恢复技术和重建造林技术[26]等。
2.1.1  自然恢复技术
对于受损未超负荷、存在轻度退化的红树林生态系统，当采取一定的措施将退化影响因素清除或减弱后，经过一段时间的自然演替，可逐渐恢复成健康状态。与人工修复相比，自然恢复投入低，且恢复后的生态系统不仅更适应当地环境，生态系结构也更稳定。但自然恢复并不适用于所有退化红树林生态系统，具有一定条件限制，即退化后的红树林生态系统可能在人工或自然等因素干扰后，使其原本生境条件发生了较大改变，不再适合红树植物生长。所以，针对退化红树林生态系统的生境条件进行调查和评估，是确定能否采用自然恢复的先决条件。一般而言，地形开阔平坦的河口宜优先应用红树林自然恢复的方法[27-28]。

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