2022年11月5—13日，我國首次承辦《濕地公約》第十四屆締約方大會(以下簡稱“COP14”大會)，未來3年，作為COP14主席國將全面領導公約事務，制定一系列戰(zhàn)略計劃，助力實現聯(lián)合國2030年可持續(xù)發(fā)展目標。《自然保護地》編輯部特別策劃一期“COP14大會”專題，從基礎研究、學術前沿、科學分析等多元角度，探討保護濕地這一重要生態(tài)系統(tǒng)的進展和挑戰(zhàn)。本次結合正在召開的COP14大會，推薦我刊2022年第3期“COP14大會”專題文章《中國濕地碳匯功能的提升途徑》，以饗讀者。
摘要
濕地是重要的土地利用類型之一，具有顯著的儲碳、固碳功能。濕地碳匯與環(huán)境變化及人類管理方式密切相關，提升濕地碳匯功能是中國實現“雙碳”目標的重要途徑之一。本文聚焦于我國濕地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能提升的需求，梳理了政策和技術兩方面的途徑。在現有的濕地政策中，恢復退化的濱海紅樹林和鹽沼、加強泥炭地保護、恢復和新增內陸沼澤濕地可有效提升濕地碳匯。潛在的碳增匯減/排技術包括植被修復與重建技術、水文調控技術、施加生物炭和土壤底質改良技術等。然而，目前的政策和技術通常是從濕地保護和恢復領域移植過來，缺乏定量增碳效應評估，仍需通過示范實踐、加強監(jiān)測評估使?jié)竦靥紖R功能提升技術更加成熟，政策目標更加明確。
濕地與森林、海洋并稱全球3大生態(tài)系統(tǒng)，具有顯著的儲碳、固碳功能。全球濕地面積為1 210萬km2，雖然僅占陸地表面積的8%，但儲存了約20%~30%的陸地土壤碳。中國在第七十五屆聯(lián)合國大會上提出“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和”。碳達峰和碳中和目標(以下簡稱“雙碳”目標)已成為中國重要的長期戰(zhàn)略目標，主要通過“減排、保碳、增匯、封存”的4個技術途徑來實現，其中鞏固陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能和提升生態(tài)系統(tǒng)碳匯增量是實現“雙碳”目標的重要途徑之一。濕地是位于陸地與水體生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡帶，據第三次全國國土調查結果顯示，中國濕地面積為23.47萬km2，約為林地、草地面積的十分之一。天然濕地由于其淹水和缺氧的環(huán)境致使植物凋落物分解速率較低，被光合作用固定的碳能夠在濕地系統(tǒng)中長期保存。同時，濕地是CH4排放源，淡水濕地貢獻了約35%~55%的全球CH4排放。然而，受氣候變化和人類活動的雙重影響，自1900年以來，全球失去了約54%~57%的濕地。在濕地轉變?yōu)楦?、草地、農地、園地等用地時，其有機碳庫在外部因素的強烈干擾下快速損失，濕地CO2匯減弱甚至轉化為碳排放源，同時CH4排放減弱。因此，濕地的碳匯功能與環(huán)境變化和人類管理方式密切相關。
濕地類型多樣，廣泛分布于從赤道到極地、從沿海到高原的不同氣候和海拔區(qū)域，包括紅樹林、鹽沼、灘涂、沼澤、泥炭地等多種生態(tài)系統(tǒng)類型。2018年，《濕地公約》各締約國同意采取措施保護、恢復和可持續(xù)管理泥炭地和濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)，認可濕地在減緩和適應氣候變化方面的重要作用。本文將重點圍繞我國濕地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能提升的相關政策和技術展開討論，旨在為國家實施濕地生態(tài)保護修復工程、區(qū)域碳匯技術應用等提供參考。
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濕地碳匯功能提升的政策途徑
國際上普遍認為泥炭地和濱海濕地的保護恢復是提升濕地碳匯最具潛力的途徑。濕地恢復與重建能夠有效地遏制因濕地轉化而引起的溫室氣體釋放現象，因此，濕地碳匯功能提升是濕地恢復的重要效益之一。提升濕地碳匯主要有兩條途徑：一是通過有效管理減緩濕地退化，維持濕地的碳匯能力不被削減;二是通過濕地恢復工程，實現生態(tài)系統(tǒng)從低碳匯能力向高碳匯能力的轉變。中國自1992年加入《濕地公約》后制定了一系列濕地保護政策與規(guī)劃，例如，2002年啟動了《全國濕地保護計劃(2002—2030)》;2016年國務院辦公廳印發(fā)《濕地保護修復制度方案》，全國各地制定了地方性濕地保護條例等。2021年年底頒布的《中華人民共和國濕地保護法》明確了保護對象為“具有顯著生態(tài)功能的自然或者人工的、常年或者季節(jié)性積水地帶、水域，包括低潮時水深不超過6 m的海域，但是水田以及用于養(yǎng)殖的人工的水域和灘涂除外”。其中，濱海濕地、內陸沼澤濕地及泥炭地具有較大的碳匯提升潛力，而江河、湖泊、水庫等開闊水域一般被認為是CH4排放源，固碳能力較弱，碳匯功能提升潛力有限。
1.1 濱海濕地恢復
中國大陸岸線長約1.8萬km，濱海濕地面積約1.53萬km2，海岸帶分布著紅樹林、鹽沼、灘涂、海草床、珊瑚礁等多種生態(tài)系統(tǒng)類型。“藍碳”是指沿海生態(tài)系統(tǒng)捕獲的碳，紅樹林、鹽沼、海草等具有較高的單位面積固碳能力，是藍碳的主力軍。據調查，中國的鹽沼、紅樹林和海草床的碳埋藏速率中位數為154、124、43 gC/(m2·a)。然而，在資源過度開發(fā)利用、環(huán)境污染、全球氣候變化等因素的影響下，我國海岸帶區(qū)域出現了不同程度的退化和破壞，17%以上的岸段遭受侵蝕，全國人工岸線比例超過68.5%，沿海圍海造地面積達到了1.2萬km2。2020年6月，國家發(fā)展改革委、自然資源部聯(lián)合印發(fā)的《全國重要生態(tài)系統(tǒng)保護和修復重大工程總體規(guī)劃(2021—2035年)》提出，到2025年修復退化岸線長度400 km，恢復濱海濕地200 km2，恢復海岸線防護林1 100 km2;到2035年，自然海岸線保有率不低于35%。2020年8月，自然資源部、國家林業(yè)和草原局正式印發(fā)了《紅樹林保護修復專項行動計劃(2020—2025年)》，明確對浙江省、福建省、廣東省、廣西壯族自治區(qū)以及海南省的現有紅樹林實施全面保護，計劃到2025年，營造和修復紅樹林面積188 km2?；谶b感解譯分析，研究發(fā)現中國濱海濕地從1984—2011年下降了約50%，但從2013年后逐步回升，截至2018年約回升到1984年70%的水平，保護恢復政策的實施推動了濱海濕地面積增長。這些計劃和已實施的沿海生態(tài)修復工程提出的初衷是為了恢復生物棲息地、防止外來種入侵以及提高風暴潮防御功能等，而恢復的鹽沼、紅樹林等生態(tài)系統(tǒng)對沿海濕地的碳匯功能提升亦有巨大貢獻。
1.2 恢復沼澤濕地
中國有內陸沼澤濕地(包括森林沼澤、灌叢沼澤、沼澤草地、沼澤地)16.04萬km2、內陸灘涂濕地5.89萬km2，這兩部分約占中國濕地總面積約90%以上，具有巨大的增匯潛力。退耕還濕、退塘還濕是我國增加內陸沼澤濕地面積的重要舉措。在現有濕地的基礎上，將已轉化為耕地和養(yǎng)殖塘的區(qū)域，通過生物、工程技術對退化或消失的濕地進行修復或重建，從而恢復為自然沼澤濕地。退耕還濕、退塘還濕能夠促進土壤碳積累、減少甲烷等溫室氣體排放。例如，三江平原退耕還濕10年的蘆葦濕地土壤碳含量比農田高約20%。寧夏自2002年以來實施的濕地恢復工程，平均土壤碳密度增加了708.49 g/m2，使其每年可新增碳匯1.37萬tC，占濕地生態(tài)系統(tǒng)碳匯總量的50%。目前，中國的退耕還濕工作在三江平原、江漢平原、洞庭湖、鄱陽湖等區(qū)域逐步開展，并建立了相應的生態(tài)補償機制，以解決項目實施過程中農戶的生計問題。“十三五”期間，全國實施濕地保護與恢復項目53個;中央財政濕地補助83.7億元，實施濕地生態(tài)效益補償補助、退耕還濕、濕地保護與恢復補助項目2 000余個，新增濕地面積2 026 km2。“十四五”期間，我國將實施一批濕地保護修復國家重點工程項目，包括長江經濟帶、京津冀等國家重大戰(zhàn)略的濕地保護修復工程。在實施濕地恢復的過程中，優(yōu)先恢復沼澤濕地、適當控制開闊水域面積和水位，將有利于提升濕地碳匯功能。
1.3 泥炭地保護
泥炭地是沼澤濕地特有的自然產物，是由不同分解程度的松軟有機質堆積物組成，其有機質含量占土壤干質量的30%以上。根據1988年國家地質礦產部《全國泥炭資源報告》統(tǒng)計顯示，中國有泥炭地面積為1.04萬km2，有機碳儲量為46.8億tC。根據泥炭地有機碳的蘊藏形式可分為埋藏和裸露泥炭地，其中裸露泥炭地的有機碳儲量較大，約33.15億tC。裸露泥炭地主要分布于東北、西北和青藏高原地區(qū)的沼澤地帶，其有機質含量高，泥炭積累速率與生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力密切相關。埋藏泥炭地主要分布于云貴高原和長江中下游地區(qū)，有機碳深埋或淺埋于老底層或近代底層，基本不參與大氣碳循環(huán)。由于泥炭地在遭到破壞后很難恢復，因此，應優(yōu)先保護現有的泥炭沼澤免受干擾和破壞，避免上萬年來固定的深層土壤碳被以溫室氣體的形式釋放。中國對泥炭沼澤的開發(fā)和利用主要是挖溝排水使其水位下降，從而轉化為林地、牧場或農田?！吨腥A人民共和國濕地保護法》禁止在泥炭沼澤濕地開采泥炭或者擅自開采地下水;禁止將泥炭沼澤濕地蓄水向外排放，因防災減災需要的除外。這一條款將有利于維持現有泥炭地水位，防止水位下降和碳釋放。同時，采取一定的措施使排水的泥炭地還濕和恢復植被，加強泥炭地水管理是減少泥炭地碳排放最基本、最有效的措施。
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濕地碳匯功能提升的技術途徑
濕地碳匯提升技術是在恢復和新增濕地的過程中，采用有針對性的植物篩選與配置、水文調控、土壤底質改良等手段，使?jié)竦毓烫寄芰υ鰪?、碳排放減弱。基于已有的恢復和重建技術，科研人員已開始探索不同技術對碳匯功能提升的效果。然而，在國家的“雙碳”目標下，這些技術的經濟可行性、碳匯功能穩(wěn)定性和可持續(xù)性以及在區(qū)域及全國范圍的可推廣性仍有待評估。
2.1 濕地植被修復與重建
植被修復不僅可以直接增加植物碳庫，還可以通過光合作用產物通過根系向土壤輸出、凋落物積累等過程間接增加土壤碳庫，并促進土壤團聚體形成。在植被修復初期，一般植被的固碳效應比土壤的碳積累效應更顯著，植被達到成熟狀態(tài)后，土壤碳庫對濕地固碳的貢獻會逐漸增加。植被修復需根據環(huán)境條件、退化程度、人類利用方式等諸多因素制定不同的方案。在紅樹林修復中，水文條件、灘涂高程、底質條件、物種、種植密度和種苗來源等關系到修復后紅樹植物的生長、有機物的沉降、分解等過程，進而影響生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力，因此，選擇合適生境的修復地塊、合適的物種及合理的種植措施是提升恢復效果和碳匯功能的關鍵。一般認為，種植紅樹林約20年可達到成熟林的狀態(tài)，達到全球紅樹林植被碳儲量的平均水平。蘆葦是一種廣布生長的大型水生植物，可適應于不同的水分和鹽度環(huán)境，表現出極高的固碳能力，常被用于修復濱海和內陸沼澤濕地。2006—2011年在東北地區(qū)的退化蘆葦沼澤地通過構建“葦—魚—蝦—蟹”復合生態(tài)結構，探索了沼澤濕地碳匯擴增和生態(tài)農業(yè)利用模式，試驗地的年均碳匯達到176.42 kg C/hm2，比實驗前提高了256.98%。青藏高原的高寒沼澤濕地約占全國沼澤總面積的46%，薹草、披堿草是優(yōu)勢植物。高寒沼澤地植被修復需結合圍封、輪牧等措施消除退化因素，充分發(fā)揮原位種子庫的作用，使其自然恢復;對于中度和重度退化的區(qū)域，可施以適當的補播技術。值得注意的是，在進行濕地恢復過程中，應慎重選擇外來植物。例如，濱海鹽沼中的互花米草雖具有較高的固碳能力，且在灘涂上更容易定植，加速沉積物碳累積;但互花米草與本土植物形成空間競爭，改變底棲動物和鳥類生境，其引起的生態(tài)效應影響了濱海濕地的健康。
2.2 濕地水文調控
濕地水文過程是維持濕地生態(tài)功能的關鍵要素，決定了濕地動植物區(qū)系和土壤生物地球化學循環(huán)特征。因此，濕地水文調控能夠改變濕地水體對碳元素吸收與轉化的能力，影響植物的光合固碳速率和土壤碳元素的含量，使生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能增強。還濕是指在排干的區(qū)域通過工程手段抬高水位，進而使退化濕地恢復到水分飽和的狀態(tài)。還濕可通過降低有機質分解速率減少CO2排放，但還濕所創(chuàng)造的厭氧環(huán)境將促進CH4排放，從而抵消了一部分CO2減排效應。青藏高原的若爾蓋濕地還濕后，盡管CH4排放上升，但總體上使生態(tài)系統(tǒng)的CO2e排放總量降低了40%以上。自2000年以來，若爾蓋濕地陸續(xù)實施了以填、堵排水溝壑為主要措施的修復工程，以抬升退化區(qū)水位。采取的技術主要是對部分溝壑進行完全填埋、通過在溝渠上構筑水壩等設施來攔蓄和調控水位，例如，日干喬沼澤平緩濕地區(qū)的梯形木板壩，紅原泥炭開采區(qū)的混凝土壩，若爾蓋階地沼澤的砂石壩，瑪曲、尕海的梯形泥炭壩。實施濕地水位抬升工程后的碳匯功能提升潛力需進一步監(jiān)測與研究，調控合理的水位才能使?jié)竦毓烫及l(fā)揮最大效應。
2.3 濕地底質改良
通過添加生物炭、菌劑等，能夠活化退化濕地土壤中的微生物，有利于提高濕地的碳匯功能。生物炭是一種CO2負排放技術，具有較強的固碳能力以及多種環(huán)境效益。在全球范圍內，施用生物炭可以減少3.4~6.3 Pg CO2e的排放。目前，生物炭在森林可持續(xù)管理和農田作物增產方面已經得到了較廣泛的應用。在濕地生態(tài)系統(tǒng)中，添加生物炭可促進植物生長，減少無機營養(yǎng)流失，配合水位調節(jié)可有效降低溫室氣體CH4和N2O的排放。生物炭不僅可減緩土壤有機碳礦化，還可增加土壤中4%~6%新植物殘體的保留量。使用生物炭在恢復濕地和人工濕地中對碳匯功能提升有巨大潛力，但濕地生物炭的長效增匯機制及推廣潛力的相關研究亟待開展。叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhiza fungi，AMF)與維管植物共生，在協(xié)助植物生長的同時將光合產物轉化為難降解的有機物，使土壤碳能夠更好地封存。AMF被應用于生態(tài)修復中，其釋放的球囊霉素可促使土壤團聚體形成。通常在濕地中存在大量的AMF孢子，但AMF是專性需氧真菌，在淹水環(huán)境中其生長和發(fā)育受到限制。濕地植物的通氣組織可輸送氧氣至根部，正好滿足AMF的需求，因此，AMF在通氣組織發(fā)達的水生植物中侵染率較高。目前，已有盆栽實驗表明，在蘆葦、堿蓬根部接種AMF可促進不同鹽度環(huán)境中植物吸收營養(yǎng)，顯著提高植物生物量。因此，濕地植物接種AMF是促進植物生長、改善濱海鹽堿地以及增加碳匯的潛在技術。
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結論與討論
濕地碳匯功能提升是基于保護和恢復濕地的措施來實現，具有多方面協(xié)同效益。例如，在青藏高原恢復沼澤地可提高生態(tài)系統(tǒng)的水源涵養(yǎng)力，在氣候變化背景下增強青藏高原抵御極端干旱的能力;恢復的紅樹林和鹽沼可增強沿海地區(qū)抵御風暴潮，緩解海水入侵;恢復河漫灘可增強河流調節(jié)洪水的能力，在極端降水時減弱和推遲洪峰;在城市和農村新建小微濕地，能調節(jié)區(qū)域氣候、凈化水質、創(chuàng)造優(yōu)美景觀等。然而，在現有的濕地規(guī)劃和政策中，主要是以提高濕地面積和保護率為目標，而針對濕地質量的指標較少，也沒有明確的濕地碳匯的指標。究其原因，可能是盡管科學家認為濕地具有重要的碳匯潛力，但目前關于濕地碳匯功能提升的途徑并不明朗：一方面，大多數政策和技術是直接從濕地保護和恢復技術移植過來，對實際的增匯效應缺乏評估;另一方面，在新增和恢復濕地的過程中，有些提升碳匯功能的措施可能存在其他負面效應。例如，新增的濕地如果水域面積較大，那么可能反而增加了濕地的CH4排放;濱海的光灘是遷徙候鳥的重要停歇和棲息地，如果為了提升碳匯而栽種植物，那么就減少了鳥類的適宜生境。因此，在實施濕地碳匯提升的過程中，必需統(tǒng)籌考慮濕地的整體生態(tài)功能，使碳匯功能與其他濕地功能的協(xié)同效應實現最大化，減少可能帶來的負面影響。綜上所述，在為實現“雙碳”目標的背景下，仍需通過不斷示范實踐、加強監(jiān)測評估，使?jié)竦靥紖R功能技術更加成熟、相關政策途徑更加明確。
