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海草生态系统在碳固存方面意义重大，但土壤有机碳（Corg）储量存在较大不确定性。研究人员通过分析全球数据库，评估海草系统碳储量。结果显示全球海草土壤Corg储量有新估算值，若海草受损会有大量CO2排放。这为气候政策和融资提供依据。
在地球的海洋生态系统中，海草如同隐藏在水下的 “绿色卫士”，默默守护着地球的生态平衡。它们不仅为众多海洋生物提供了栖息地，还在全球碳循环中扮演着极为关键的角色。海草生态系统具有强大的碳固存和储存能力，能将大量的有机碳（
Corg）封存在土壤和生物量中，这部分碳也被称为 “蓝碳” 。然而，就像神秘的宝藏被迷雾笼罩一样，海草生态系统中的碳储量充满了不确定性。
此前的研究受限于数据的不足，无法全面涵盖海草在全球不同地理区域和多样环境下的所有类型，导致对海草Corg储量的估算存在较大偏差。而且，海草面临着诸多生存威胁，如沿海开发、底拖网捕捞和水质恶化等，这些威胁使得海草数量不断减少。一旦海草生态系统受损，其储存的Corg可能会被释放，转化为温室气体排放到大气中，进一步加剧全球气候变化。同时，由于海草Corg储量估算的不确定性，在制定相关气候政策和融资机制时，难以准确评估海草保护和恢复项目的价值，这也导致海草生态系统在政策和资金支持方面相对匮乏。
为了拨开这层迷雾，来自佛罗里达国际大学（Florida International University）、昆士兰大学（University of Queensland）等多个研究机构的研究人员组成团队，开展了一项极具意义的研究。他们致力于全面、准确地评估海草生态系统的碳储量，明确影响碳储量的关键因素，并估算海草损失可能导致的碳排放量，为全球气候变化的应对提供科学依据 。这项研究成果发表在《Nature Communications》上，引起了广泛关注。
研究人员在本次研究中运用了多种关键技术方法。首先，他们通过系统的文献检索，从 Web of Science 和 Scopus 等数据库中收集相关研究，并结合已有的数据库，构建了一个包含 2700 多个海草土壤岩芯数据的全球数据库。在数据处理上，利用土壤岩芯剖面数据计算碳储量，对于部分缺失数据，采用预测模型进行估算。此外，运用随机森林模型分析影响海草Corg储量的因素，结合海草衰退风险地图等数据，评估海草损失导致的碳排放量。
全球海草碳储量
研究人员从 2771 个土壤岩芯收集数据，其中 1022 个岩芯深度至少 30cm。这些数据显示，土壤Corg储量受个别高值影响呈偏态分布，因此中位数能更好地代表集中趋势。经综合分析，全球海草土壤Corg储量在土壤表层 30cm 的中位数估算值为 24.2（12.4 - 44.9）MgCorgha?1 。与之前的研究相比，该估算值比 Fourqurean 等人的首次全球估算值低 27%，比 Kennedy 等人基于 576 个岩芯的估算值高 5% 。这一差异主要是因为本次研究数据库极大地扩展了海草Corg估算的地理和分类分布，纳入了更多矿质土壤环境下的海草草甸数据，而这些数据在早期研究中较少涉及。同时，研究还提供了海草地上生物量（n=902）、地下生物量（n=633）和总生物量（n=722）的数据，其中地下生物量估算值比 Duarte 和 Chiscano 的研究结果高 50%。
此外，海草土壤Corg储量在不同分类群和功能组之间存在显著差异。像 Posidonia、Thalassia、Syringodium 等属以及混合物种草甸的土壤Corg储量较高，但变异性也大；而 Halophila 属的土壤Corg储量最低，其平均地下生物量也最少，这表明海草属特异性Corg储量与生物量之间可能存在关联。
全球海草碳储量的相关因素
大型、多年生海草物种往往与较大的土壤Corg储量相关。这是因为它们能产生更多的生物量，尤其是地下的根和根茎，这些直接为土壤碳库贡献了大量的本地有机物质；同时，地上生物量也能更有效地捕获颗粒，包括外来有机物质。而且，这些大型海草通常能在同一地点多年生长，所处的沉积环境较为稳定，减少了沉积物再悬浮和矿化的速率，有利于土壤Corg的积累。相比之下，小型、短命的海草物种捕获外来有机物质颗粒的能力较弱，生物量产生的本地有机物质较少，并且在植被覆盖低或缺失时，更容易因矿化作用而损失Corg储量 。不过，部分小型和短命海草在特定情况下，也能与高碳储量相关联，这可能与它们在其他物种遗留的高碳土壤上定居、自身较高的本地生产潜力或所处的富碳沉积环境有关，但具体机制还需进一步研究。
海草土壤Corg储量在地理上也存在差异，热带大西洋、热带东太平洋和温带南部非洲海洋生态区的储量较高，但后两个区域的样本相对较少。从海岸类型来看，小型三角洲、喀斯特地貌和干旱地区的海草土壤Corg储量较高，特别是在温带北大西洋和中印度洋 - 太平洋的小型三角洲地区。这些区域为海草Corg的储存提供了理想条件，它们通常是受保护的沉积环境，有来自陆地的额外外来Corg供应，以及能快速掩埋和保存沉积Corg的无机物质 。然而，全球海草土壤Corg储量的变化仅部分能由地理和分类因素解释，随机森林模型显示R2=0.39，这意味着还有其他区域和局部尺度的因素，如水文、沉积学、干扰历史等，对海草土壤Corg储量起着重要作用。
海草损失导致的潜在碳排放
研究人员结合海草土壤Corg储量数据和海草快速衰退风险地图，对全球海草损失可能导致的CO2排放进行了初步估算。如果不采取保护措施，预计到 2050 年，每公顷可能损失 5.25 ± 0.36MgCha?1的Corg储量，假设海草栖息地转变为无植被状态后，53% 的土壤Corg储量会被矿化。再加上海草生物量的损失（2.01 ± 0.1MgCha?1 ），全球受威胁的海草转化为无植被状态可能会导致到 2050 年排放 1154（665 - 1699）TgCO2 。按照每吨CO2排放 185 美元（2020 年美元）的社会碳成本计算，仅海草Corg储存损失就可能带来 213（123 - 314）亿美元的社会成本 。不过，该估算较为保守，因为它仅考虑了现有海草Corg储量至 30cm 深度的损失，未考虑潜在的碳固存损失，这主要是由于Corg埋藏速率的高度可变性和准确测定的复杂性导致的不确定性。
碳储量核算的参考深度
在本次研究中，研究人员选择 30cm 作为海草土壤Corg储量核算的参考深度。这是因为大部分可用数据来自长度小于 1m 的土壤岩芯，获取更长的潮下带土壤岩芯在实际操作中较为困难，在近岸和礁后等海草生长在小于 1m 深度土壤的区域甚至无法获取。而且，从风险角度考虑，目前尚不清楚海草退化或损失时Corg储量受影响的具体深度，但底拖网捕捞等主要威胁对Corg储量的影响一般在 10 - 30cm 深度。此外，海洋土壤表层通常含有更多易分解的Corg，其在干扰后的矿化速率可能随深度降低，因此选择 30cm 深度能更保守地反映易受损失的高Corg部分。
研究结论和讨论
这项研究为我们理解全球海草生态系统的碳储量提供了新的视角和更准确的数据。新的全球海草土壤Corg储量估算值比以往认为的更低，且这一估算在新增数据的情况下表现稳健，能更可靠地代表全球海草土壤Corg储量，为缺乏本地数据地区的碳核算提供了更精确的 IPCC 一级土壤Corg储量参考 。同时，研究明确了海草物种、功能组、生物地理区域和海岸地貌等因素对海草土壤Corg储量的重要影响，有助于更精准地计算二级储量估算值，为气候政策和融资提供了更科学的依据。
尽管如此，研究仍存在一些知识空白。例如，对海草土壤Corg储量的驱动因素还未完全明确，海草损失后Corg矿化的程度和去向也有待进一步研究，全球海草的实际分布范围也需要更精确的测绘。但即便存在这些不确定性，保护现有海草栖息地及其Corg储量的重要性不言而喻。海草生态系统不仅是重要的温室气体汇，保护它们还能带来诸多协同效益，如支持生物多样性、维持生计、保护濒危物种、保护海岸线和改善水质等 。随着海草Corg储量估算可靠性的提高和对其变异性驱动因素的更深入理解，有望为气候变化政策制定和融资提供更有力的支持，推动海草生态系统的保护和恢复工作，为应对全球气候变化贡献重要力量。
