综述：从汇到策略：沉积物在碳封存与气候行动中的核心作用

《Earth-Science Reviews》：From sink to strategy: Sediments at the nexus of carbon sequestration and climate action

本综述深入探讨了沉积物作为全球碳循环动态引擎的关键作用，阐述了其从碳输入、微生物转化到垂直储存模式的内在机制。文章分析了矿物组成、氧化还原条件等自然因素与富营养化、疏浚等人类活动的交互影响，并展望了将沉积物有益再利用、基于自然的解决方案（NbS）及碳市场整合等创新管理策略，为将这一巨大碳汇（C sink）纳入气候减缓政策提供了科学依据。

　　

碳动态：来源、储存与通量

沉积物远非水下的惰性沉积物，它们是全球碳循环中充满活力的引擎。作为陆地与水生生态系统之间的关键纽带，每年约有5 Pg C的陆源碳输入到内陆水域，构成了沉积有机碳的主要来源。这些沉积物扮演着双重角色：既是能够将有机碳埋存并稳定长达地质时间尺度的长期碳库，也是在受到扰动时可能释放温室气体（GHG）的潜在源。碳在沉积物中的稳定化涉及物理、化学和生物过程的复杂交织。物理机制，如沉积速率、颗粒大小和矿物表面积，通过物理屏蔽作用保护易分解的有机化合物免受微生物降解。化学机制，例如有机-矿物复合、金属结合以及氧化还原介导的转化，进一步增强了碳的持久性。生物过程，尤其是微生物活动，主导着有机质向更顽固形态的转化，调节着决定长期碳保存的成岩途径。沉积物-水界面是一个高度动态的区域，生物扰动、底栖-水层耦合以及扩散交换共同调节着碳通量，其中氧气可用性和水动力等环境因素对埋藏效率产生关键影响。

调控碳封存的关键因素

沉积物作为碳转化和储存的关键区域，其有效性取决于物理、化学和生物因素之间复杂的相互作用。自然因素，如矿物组成（例如粘土矿物的保护作用）、氧化还原条件（缺氧环境通常有利于碳保存）和水文动态，是基础的控制者。例如，富含活性铁（Fe）氧化物的沉积物可以通过形成稳定的有机-金属络合物来增强碳封存。然而，日益加剧的人为压力，如富营养化、疏浚活动和土地利用变化，正在深刻改变这些自然过程。富营养化会导致底部水体缺氧，可能将沉积物从碳汇转变为甲烷（CH₄）和二氧化碳（CO₂）的源。疏浚作业直接干扰沉积物结构，重新暴露被封存的碳并可能引发其矿化。因此，理解这些自然与人为驱动因素的相互作用，对于预测和管理沉积物在全球碳预算中的作用至关重要。

管理策略与碳封存机遇

认识到沉积物在碳循环中的关键作用，为制定气候减缓战略开辟了新的途径。沉积物管理实践，如有益再利用（例如，将富含营养物的沉积物用于土地改良）和基于自然的解决方案（NbS）（例如，恢复湿地以增强沉积和碳捕获），显示出巨大的潜力。将这些努力纳入新兴的碳市场框架，可以为保护和管理这些重要生态系统提供经济激励。然而，挑战依然存在，包括需要改进不同水生生态系统（从海洋边缘到热带河流和人工水库）的碳通量定量方法，以及需要更清晰地了解管理干预措施对净碳平衡的长期影响。通过综合当前关于沉积物碳机制、生态系统特异性控制和人为影响的知识，我们可以将沉积物重新定义为气候政策中的战略资产，而不仅仅是被动的储存库。

结论

总之，沉积物是全球碳循环中多功能的动态参与者。它们作为碳汇的效能受到自然条件和人类活动的共同塑造。将沉积物碳动态的机械性理解转化为创新的管理策略，对于释放其在全球气候减缓行动中的全部潜力至关重要。未来的工作应侧重于解决关键的研究空白，例如不同机制（物理保护与微生物处理）的相对贡献，以及将沉积物碳更可靠地纳入全球碳核算和政策框架。通过这样做，我们可以将沉积物从科学好奇的对象提升为应对气候变化的关键工具。