2020年9月22日，国家主席习近平在第75届联合国大会上提出中国“二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值、2060年前实现碳中和”的战略目标。“减排”和“增汇”是实现碳中和的两个关键途径：减排即减少化石燃料燃烧、工业过程、农业及土地利用等人类活动产生的碳排放；增汇是通过生态系统移除大气中二氧化碳。相比于陆地生态系统，海岸带生态系统具备极大的单位面积碳埋藏速率、长达百万年尺度的碳周转时间以及长期持续的固碳能力。因此，保护和修复海岸带生态系统，扩增“蓝碳”，是具有可操作性的生态系统增汇途径。
唐剑武教授率领的蓝碳研究团队依托华东师范大学河口海岸国家重点实验室，围绕海岸带蓝碳基础理论、监测方法、增汇技术和政策管理等方面开展了全面研究，以实现海岸带生态系统蓝碳理论与技术创新，进一步助力碳中和国家战略。蓝碳研究团队近5年主要研究成果如下：
1、明确了海岸带蓝碳科学概念
2018年，唐剑武团队在《中国科学．地球科学》上发表了海岸带蓝碳综述文章，提出了海岸带蓝碳六大生态系统。文中指出，海岸带蓝碳广义上指盐沼湿地、红树林和海草床等海岸带高等植物以及浮游植物、藻类和贝类生物等，在自身生长和微生物的共同作用下，将大气中的CO2吸收、转化并长期保存到海岸带底泥中的这部分碳，以及其中一部分从海岸带向近海及大洋输出的有机碳；而狭义上，海岸带蓝碳被定义为海岸带盐沼湿地、红树林和海草床等海岸带植物固定的碳。海岸带蓝碳吸收、转化和保存的过程是一系列复杂的生物、物理和化学过程，涉及到海陆交换，植物、动物和微生物的相互作用，以及碳通量和库存量的动态时空变换（图1）。
图1． 海岸带蓝碳过程示意图（Tang et al．，2018）2、建立了海岸带蓝碳监测和评估体系
目前，滨海湿地蓝碳研究面临的挑战主要是碳家底不清，这是因为缺乏精准监测与定量化评估方法。因此，需要建立滨海湿地蓝碳监测网络和大数据平台，构建基于植被碳库、土壤碳库、垂直碳通量和水平碳通量一体化的滨海湿地蓝碳定量化调查和观测体系。
图2已建成的上海崇明岛崇西芦苇（左上）、九段沙芦苇（右上）、九段沙互花米草湿地（左下）、洞头红树林（右下）通量监测塔站研究团队利用通量监测塔站，实现了日光诱导叶绿素荧光（SIF）、CO2通量、环境因子等的自动、连续、协同观测。与传统植被指数相比，日光诱导叶绿素荧光在滨海盐沼湿地光合作用与生产力瞬时尺度动态监测上具有显著优越性。以黄颖副研究员为第一作者的相关成果“Tidal influence on the relationship betweensolar-induced chlorophyll fluorescence and canopy photosynthesis in a coastalsalt marsh”发表于Remote Sensing of Environment，是国内外最早在滨海盐沼湿地上进行的基于荧光遥感估算固碳量的机理与方法探索的论文。
图3新型日光诱导叶绿素荧光遥感对滨海盐沼植被光合作用的指示效能（Huang et al．， 2022）此外，横向碳通量是滨海湿地碳的重要输出过程，采用原位连续观测技术可以有效提高湿地横向碳通量的估算精度，同时可以对多时间尺度的碳通量变化特征做进一步的分析。研究团队自主搭建了溶解碳原位连续观测系统，获得高频率的溶解态碳横向碳通量观测结果。样品有机物荧光组成的结果表明，九段沙湿地溶解有机物有显著的季节变化，而西沙湿地受到长江径流的影响，有机物组成没有显著改变。高频率的横向碳通量结果发现，横向碳通量有显著的潮周期与季节变化，其变化过程与潮汐强度密切相关。结合研究区域滨海湿地净初级生产力的观测结果，溶解碳态碳占湿地生态系统净碳交换量的40-85%左右，是观测期间湿地输出的关键碳通量，以博士生张晓慧为第一作者的相关成果发表于Science of the Total Environment。
图5 九段沙盐沼湿地横向碳通量有显著的潮周期与季节变化，并且与潮汐强度密切相关（Zhang et al．， 2021）3、率先探究了海岸带滨海湿地恢复与增汇协同增效
研究团队以杭州湾北岸新恢复盐沼湿地——“鹦鹉洲生态湿地”为长期定位研究样地，在国内率先探索盐沼湿地恢复过程中的蓝色碳汇效应及其调控机制。采用先进的Los Gatos Research便携式温室气体分析仪，对盐沼湿地的CO2、CH4、N2O排放通量以及植物、土壤指标的季节动态变化进行实时综合观测。研究结果表明，与附近区域的自然湿地对比，鹦鹉洲湿地能够吸收更多的CO2、排放更少的CH4，具有更强的温室气体减排能力，这表明未来湿地恢复工程可以通过技术手段（如改变湿地水动力条件）实现固碳增汇。以杨华蕾副研究员为第一作者的相关成果发表在《Journal of Geophysical Research-Biogeoscience》，并随即被《Nature》重点推荐报道。
图6 鹦鹉洲恢复湿地与奉贤自然湿地温室气体排放通量对比（Yang et al．，，2020）4．首次实现了大尺度上未来滨海湿地蓝碳功能模拟预测
唐剑武教授团队利用滨海湿地碳沉积数据和丰富的美国湿地调查数据，系统估算了当前美国国家尺度上的滨海湿地蓝碳固碳能力。同时，利用国际气候变化组织的气候模型预测数据以及全球未来滨海湿地面积的模拟数据，建立了固碳速率与气候因子的经验模型，并对未来80年的滨海湿地蓝碳功能做了模拟预测。根据气候模型模拟的数据表明，滨海湿地的总固碳速率在不同气候变化情境下都会呈现增加的趋势。在未来低、中和高碳排放模拟情景下，其整体的碳累积速率都会呈现上升趋势，最低上升比例为30%，在高碳排放模式下其固碳能力甚至会翻倍。这一结果表明滨海湿地固碳能力对气候变化呈显著的负反馈作用，即随着未来气候变化及海平面上升速率的加剧，滨海湿地的固碳及垂直增长的速率也会加大，吸收更多大气CO2，从而缓减气候变化。该研究成果于2019年发表于《Nature Communications》。
图7 未来三种不同气候变化情景下美国大陆滨海湿地年总固碳量的模型模拟结果（Wang et al．，2019）参考文献：
- Huang， Y．， Zhou， C．， Du， M．， Wu， P．，Yuan， L．， Tang， J．*， 2022． Tidal influence on the relationship between solar-induced chlorophyll fluorescence and canopy photosynthesis in a coastalsalt marsh． Remote Sensing of Environment， 270 ，112865．
- Tang， J．*， Ye， S．， Chen， X．， Yang，H．， Sun， X．， Wang， F．， Wen， Q．， Chen， S．， 2018． Coastal blue carbon： Concept，study method， and the application to ecological restoration， Science China Earth Sciences， 61：637-646．
- Wang，F．， Lu， X．， Sanders， C．， Tang， J．*， 2019． Tidal wetland resilience tosea level rise increases their carbon sequestration capacity in United States， Nature Communications，10，5434．
- Yang，H．， Tang， J． *， Zhang， C．， Dai， Y．， Zhou， C．， Xu， P．， Perry， D.C．， Chen，X．， 2020． Enhancedcarbon uptake and reduced methane emissions in a newly restored wetland． Journal of Geophysical Research： Biogeosciences，125．
- Zhang， X．， Cao， F．， Huang， Y．， Tang，J．*， 2021． Variability of dissolved organic matter in two coastal wetlands along the Changjiang River Estuary： Responses to tidal cycles， seasons， and degradation processes． Science of the Total Environment． 150993．
（环境生态网）
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