恢复措施对减少不同蓝碳生态系统碳排放的影响

《Ocean & Coastal Management》：Impact of restoration on reducing carbon emissions from different blue carbon ecosystems

　　蓝碳生态系统（BCEs）的恢复策略对碳排放的影响。在广东亚热带地区，通过对比本土与外来物种恢复的红树林和海草床的碳通量，发现外来物种恢复的红树林CO?和CH?排放显著更高，而本土恢复的排放低于自然状态。水-气界面CO?通量主要受溶解有机碳和水温影响，土-气界面则与土壤温度、生物量相关。甲烷排放抵消了红树林11%和海草床3.5%的碳积累，低于全球平均。研究强调使用本土物种恢复可减少碳排放，大河口区域恢复效果更佳。

　　在应对全球气候变化的过程中，自然生态系统扮演着至关重要的角色。蓝碳生态系统（Blue Carbon Ecosystems, BCEs）作为其中的重要组成部分，具有显著的碳固存和碳封存能力。它们包括红树林、海草床和潮汐沼泽等，能够通过生物过程吸收并储存大量二氧化碳（CO?）和甲烷（CH?），从而在全球碳循环中发挥关键作用。然而，对于不同恢复策略对蓝碳生态系统碳排放的影响，目前仍存在不确定性。这些生态系统中的温室气体通量可能会部分抵消其碳固存能力，因此，理解其驱动因素和碳源对于评估其在气候调节中的作用至关重要。

本研究通过实地调查，对亚热带中国不同类型的蓝碳生态系统进行了碳排放测量，包括沉积物-空气界面和水-空气界面的CO?和CH?通量。同时，还分析了沉积物的δ13C值以及气体同位素的来源。研究结果表明，CO?和CH?的排放受到生物和非生物因素的共同影响。例如，在沉积物-空气界面，CO?的排放主要由非生物因素决定，而CH?的排放则与生物因素密切相关。对于水-空气界面，CO?和CH?的排放主要由非生物因素控制，分别解释了86.8%和93.8%的变异。值得注意的是，恢复过程中引入外来物种的红树林，其CO?排放量显著高于使用本地红树林物种或入侵性沼泽物种的红树林。此外，恢复的红树林和海草床的CO?通量低于自然状态下的通量。研究还发现，大型河口的CO?通量显著低于小型河口。

甲烷的排放主要来源于碳酸盐还原和醋酸发酵，分别在沉积物-空气界面和水-空气界面占主导地位。在红树林和海草床中，甲烷通量分别抵消了11.0%和3.5%的碳积累，这低于全球估计的20.50%和28.85%。这一发现强调了使用本地物种进行蓝碳生态系统恢复在减少碳排放方面的有效性。与之相对，使用外来红树林物种控制入侵性潮汐沼泽植物可能会增强碳排放。因此，恢复策略的选择对于实现蓝碳生态系统的碳减排目标具有重要意义。

在红树林和海草床中，CO?和CH?的排放受到多种因素的影响，包括光照强度、植被密度、温度、盐度、营养物质的可利用性等。这些因素不仅影响碳通量的大小，还决定了其季节性变化。例如，红树林的CO?通量在湿季和干季之间表现出显著差异，而海草床的CO?通量则在水-空气界面呈现出季节性变化。此外，研究还发现，红树林的恢复时间对其碳通量的大小具有重要影响，14年恢复的红树林碳固存能力尚未达到最大值，这可能是由于重新植被后沉积物中碳的重新封存所导致。

在恢复过程中，引入外来物种可能会对生态系统的碳通量产生复杂的影响。虽然外来红树林物种可能在早期阶段表现出更强的生长能力，但其高碳排放可能对碳固存目标构成挑战。同时，研究还发现，恢复的红树林和海草床在某些情况下可能比自然生态系统更难以控制碳排放。例如，在某些恢复的红树林中，CO?和CH?的通量显著高于自然红树林，这可能与恢复过程中沉积物的物理化学性质以及微生物活动有关。

本研究通过结构方程模型分析了不同因素对碳通量的影响，揭示了其驱动机制。研究发现，沉积物温度、位置、物种、生态系统类型、恢复状态、光照条件和气生根等因素对沉积物-空气界面的CO?和CH?通量具有显著影响。这些因素共同解释了约43.5%和17.5%的通量变异。对于水-空气界面的通量，季节变化、水体总碳（TC）、溶解有机碳（DOC）、溶解无机碳（DIC）和总氮（TN）等非生物因素起到了决定性作用，分别解释了86.8%和93.8%的变异。此外，沉积物的δ13C值与气体通量的同位素特征之间存在显著的线性关系，这进一步说明了不同生态系统中碳源的差异。

研究还发现，不同恢复策略下的蓝碳生态系统对碳排放的影响存在显著差异。使用本地物种进行恢复的生态系统在碳排放控制方面表现更优，而引入外来物种可能导致更高的碳排放。这表明，在进行蓝碳生态系统恢复时，应优先考虑本地物种的使用，以确保生态系统的稳定性和碳固存能力。同时，恢复的生态系统应避免引入可能对碳通量产生负面影响的外来物种。

在分析不同恢复策略对碳排放的影响时，研究还强调了生态系统的恢复时间和位置的重要性。例如，小型河口的红树林恢复后，其碳排放量显著高于大型河口。这可能与河口的地理环境、水流条件以及沉积物特性有关。此外，恢复的生态系统在某些情况下可能无法完全达到自然生态系统的碳固存水平，这提示我们需要在恢复过程中更加注重生态系统的长期稳定性和功能恢复。

研究还发现，不同类型的蓝碳生态系统对碳排放的控制机制存在差异。例如，红树林的碳排放主要受到沉积物和水体中生物和非生物因素的影响，而海草床的碳排放则更多地受到水体条件的制约。这表明，在进行蓝碳生态系统的恢复时，需要综合考虑不同生态系统的特性和恢复策略的适用性。

通过本研究，我们能够更好地理解蓝碳生态系统在碳固存和碳排放方面的动态变化。这些发现不仅有助于评估不同恢复策略对碳排放的影响，也为未来的生态恢复和碳管理提供了科学依据。同时，研究结果还强调了使用本地物种进行恢复的重要性，以及在选择恢复策略时需要考虑生态系统的整体功能和长期稳定性。