综述：沿海湿地恢复对碳动态的影响：从地下水的角度出发

《REVIEWS OF GEOPHYSICS》：Coastal Wetland Restoration Effects on Carbon Dynamics: A Groundwater Perspective

沿海湿地是全球碳循环的关键组成部分，但排水和土地利用变化导致其退化，释放储存的碳并加剧气候变化。联合国2021-2030年生态恢复十年计划推动湿地恢复，但需考虑地下水动态对碳存储的影响。研究指出，地下水与地表水的相互作用、红树林和盐沼的潮汐恢复策略，以及地下水对碳转化（如甲烷生成和二氧化碳释放）的调控机制，是优化碳封存的关键。恢复需整合水文、生物地球化学和气候因素，以实现长期碳汇效益。

　　沿海湿地在全球碳循环中扮演着至关重要的角色，它们不仅能够有效储存碳，还能提供多种生态系统服务，如水质净化、生物栖息地保护、海岸防护和气候调节等。然而，由于排水和土地利用变化，许多湿地已经退化，导致原本作为碳汇的湿地转变为碳源，加剧了全球变暖。随着联合国宣布2021年至2030年为“生态恢复十年”，全球范围内对湿地恢复的关注和实践正在增加。湿地恢复不仅有助于生态系统的修复，还可能带来额外的气候效益，尤其是在碳储存和温室气体减排方面。然而，目前对湿地恢复过程中地下水在碳运输、储存和转化中的作用理解仍然有限，这使得恢复项目的碳效益难以准确评估。

湿地恢复过程中，地下水的动态变化对碳循环具有深远影响。地下水是湿地生态系统的重要组成部分，它不仅影响湿地的水文条件，还与地表水和沉积物相互作用，进而改变湿地的化学和生物地球化学过程。例如，地下水的流动方向和速率会影响有机碳的分解、溶解性有机碳（DOC）和溶解性无机碳（DIC）的迁移，以及甲烷（CH?）和二氧化碳（CO?）等温室气体的排放。此外，地下水与地表水的相互作用，如混合和交换，能够显著影响湿地的盐度、酸碱度和微生物活动，这些因素又会进一步调控碳的储存和释放。

湿地恢复项目通常关注植被恢复和地表水文条件的重建，但忽视了地下水过程的重要性。然而，地下水在湿地碳循环中的作用不可忽视。它能够促进碳的运输，影响沉积物中的碳转化，并通过不同的水文和化学条件，改变湿地作为碳汇或碳源的性质。例如，在恢复后的湿地中，地下水的流速和停留时间可能会影响有机碳的矿化速率，从而影响碳的储存和释放。此外，地下水的化学组成，如硫酸盐和碳酸盐，也会对湿地的碳动态产生重要影响。例如，当湿地被重新引入潮汐流时，地下水中的硫酸盐可能减少甲烷的产生，而增加二氧化碳的排放。反之，如果地下水中的硫酸盐被耗尽，甲烷的生成可能会增加。

湿地恢复过程中，地下水的变化还可能影响湿地的生态系统功能。例如，地下水的流速和化学组成的变化可能影响湿地的酸碱平衡，进而影响微生物活动和碳的转化路径。在某些情况下，地下水的氧化可能加速有机碳的分解，导致更多的二氧化碳释放。而在其他情况下，地下水的还原条件可能促进有机碳的积累，从而增强湿地的碳储存能力。因此，湿地恢复项目需要综合考虑水文、生物地球化学和气候因素，以优化碳储存效果并确保长期的生态效益。

湿地恢复的成功不仅取决于植被的恢复，还与地下水条件的恢复密切相关。例如，在某些湿地恢复案例中，恢复后的湿地在短期内仍然表现为碳源，但在长期恢复过程中逐渐转变为碳汇。这种转变的时间尺度因湿地类型和恢复方式而异。例如，在德国西北部的一个排水湿地恢复案例中，18年后该湿地仍表现为温室气体排放源，尽管排放量有所减少。而在美国弗吉尼亚州的海草恢复案例中，恢复后的湿地在15年后转变为碳汇。此外，在澳大利亚东南部的一个盐沼湿地恢复案例中，9年后该湿地的碳储量高于参考湿地。这些案例表明，湿地恢复后的碳动态变化具有显著的时间依赖性，因此，恢复项目的规划和评估需要考虑时间因素。

湿地恢复还可能对湿地的生态功能产生复杂的影响。例如，恢复后的湿地可能在短期内增加温室气体排放，但长期来看，它们能够显著增强碳储存能力。这种变化可能受到多种因素的影响，包括水文条件的恢复、地下水化学的变化以及微生物活动的调整。因此，为了确保湿地恢复项目的长期成功，必须对湿地的水文和生物地球化学过程进行系统研究，以更好地预测其碳储存潜力。

湿地恢复的另一个重要方面是地下水对湿地化学和生物地球化学过程的调控作用。例如，地下水的盐度变化可能影响湿地的碳动态，从而改变其作为碳汇或碳源的性质。在某些情况下，恢复后的湿地可能因为地下水盐度的增加而减少甲烷的生成，而在其他情况下，地下水盐度的降低可能促进甲烷的生成。此外，地下水的流动路径和停留时间也会影响碳的转化速率和路径，从而影响湿地的碳储存能力。

湿地恢复还需要考虑地下水对湿地生态系统服务的影响。例如，地下水的流动和化学组成可能影响湿地的水质，从而影响其作为碳汇的能力。此外，地下水还可能影响湿地的微生物群落结构，进而影响碳的转化和储存。因此，湿地恢复项目需要综合考虑地下水的动态变化，以确保其在生态和气候方面的双重效益。

综上所述，湿地恢复不仅需要关注植被和地表水文条件，还应深入研究地下水在湿地碳循环中的作用。通过理解地下水的动态变化，可以更有效地预测湿地恢复后的碳储存潜力，并优化恢复策略，以实现长期的生态和气候效益。此外，还需要进一步研究不同湿地类型和恢复方法对地下水和碳动态的影响，以制定更加科学和系统的湿地恢复方案。