综述：蓝碳生态系统作为气候解决方案：沿海和海洋环境中的碳固存

《Environmental Advances》：Blue carbon ecosystems as climate solutions: Sequestration across coastal and marine environments

　　

蓝碳生态系统（BCEs），如红树林、盐沼和海草，能够从大气中封存大量的CO₂。这些生态系统在生物量和沉积物中长期捕获和储存碳。其他海洋生态系统，包括开放海洋、海带森林、双壳类礁和珊瑚礁，虽未被纳入BCEs，但它们有潜力作为关键的蓝碳汇或支持邻近的BCEs。然而，气候变化对这些生态系统构成严重威胁。海平面上升、温度升高和海洋酸化可导致栖息地丧失、生物多样性减少以及碳封存能力受损。因此，人为退化使BCEs将储存的碳重新释放到大气中，加剧气候变化。尽管存在这些挑战，BCEs仍是重要的自然气候解决方案，因为保护和恢复这些生态系统可以增强碳储存、支持生物多样性，并为当地社区提供额外惠益。积极恢复、保护和有效管理策略能够提高生态系统韧性并维持长期碳容量。新兴的海洋地质工程方法，包括增强风化、铁施肥和人工上升流，已被提议作为增加海洋碳储存的潜在方法；然而，这些方法在很大程度上仍处于实验阶段，并在可扩展性、环境影响、碳持久性和可行性方面面临重大不确定性。因此，未来的气候减缓策略应优先考虑BCEs的保护和恢复，同时继续评估新兴技术作为增强海洋碳储存的潜在补充方法。

1. 引言
本文旨在系统综述蓝碳生态系统（BCEs）的碳封存功能，探讨海洋碳捕获与长期储存的机制，评估既有及新兴海洋碳汇的贡献，并识别现有知识空白。文章采用系统综述和Meta分析的首选报告项目（PRISMA）框架，对2009年至2024年间发表的相关文献进行归纳，特别关注传统蓝碳评估中较少考虑的海洋生态系统及其不确定性。

2. 方法
通过对PubMed、Web of Science和ProQuest数据库进行系统检索，使用“蓝碳”“海洋碳封存”“碳汇”“植被沿海”等关键词及布尔运算符组合，筛选出3,033篇符合标准的全文文献。利用VOSviewer软件构建共引图谱，将关键词划分为六个主题簇，并以时间线图展示研究热点的演变，揭示蓝碳、气候变化、碳封存、碳循环等主题间的关联。

3. 河口、沿海和海洋生态系统中的碳封存
蓝碳概念自2009年联合国报告后正式确立，指海洋生态系统捕获的碳。植被沿海生态系统（红树林、盐沼、海草床）是公认的高效蓝碳汇，其碳埋藏速率约为开阔海洋的200倍。此外，大型藻类、微型生物及开放海洋过程也参与海洋碳循环，但曾被忽视，因此蓝碳定义是否扩展存在争议。

3.1 植被沿海生态系统中的碳封存
植被沿海生态系统约占海洋有机质生产的20%，河流每年输入约426 Tg C，其中近60%为溶解有机碳（DOC），40%为颗粒有机碳（POC）。这些生态系统的根系可减缓侵蚀、促进沉积，从而增强碳埋藏和封存，是重要的自然气候解决方案。

3.2 蓝碳生态系统中的碳稳定与持久性
碳的长期储存不仅依赖厌氧条件，还受矿物结合态有机碳形成、沉积物持续堆积、微生物转化以及微生物残体积累等共同控制。沉积物中有机碳可来源于本地自生碳或外源输入，区分碳来源对碳核算和气候减缓效益评估至关重要。

3.3 红树林中的碳封存
红树林覆盖约1,450万公顷，主要分布于东南亚，是全球碳密度最高的生态系统之一。平均总生态系统有机碳储量约为693 ± 23 Mg C ha^-1，全球碳储量为5.2–8.6 Pg C。红树林通过光合作用捕获CO₂，并在土壤和根系中储存碳，同时提供海岸保护和栖息地。但其正面临砍伐、土地利用变化和气候变化的威胁，年损失率可达0.16%–0.39%。

3.4 盐沼中的碳封存
盐沼覆盖约530万公顷，平均碳储量为287.39 ± 238.64 Mg C ha^-1，全球碳储量约1.7–2.0 Pg C。盐沼因周期性潮汐淹没形成厌氧土壤，分解缓慢，碳积累效率高。侵蚀和土地开垦会释放大量CO₂，但保护和修复可有效恢复其碳汇功能。

3.5 海草床中的碳封存
海草覆盖约2,670万公顷，平均0–30 cm沉积物碳储量为37.7 ± 1.1 Mg C ha^-1，全球碳储量约0.98–1.04 Pg C。海草床通过减弱波浪、稳定沉积物促进碳埋藏，但光、温度、营养盐等因素影响其固碳效率。全球约三分之二的海草栖息地已退化，恢复工作至关重要。

3.6 近海海洋环境中的碳封存
开放海洋碳储存由溶解度泵、生物泵和微生物碳泵共同驱动。溶解度泵通过海气交换和深海环流储存溶解无机碳（DIC）；生物泵经光合作用、摄食和沉降将颗粒有机碳（POC）输送到深层；微生物碳泵将DOC转化为难降解溶解有机碳（RDOC）从而长期储存。海洋酸化和变暖会削弱这些泵的效率。

4. 被忽视的海洋碳汇的碳储存潜力
Lovelock和Duarte提出了BCE标准，包括显著温室气体去除、长期碳储存、受人类活动威胁且可管理。大型藻类、双壳类、珊瑚礁等系统虽影响碳循环，但碳归属、额外性和可测性不确定，尚不符合正式BCE标准，因此是否扩展蓝碳定义存在争论。

4.1 大型藻类的碳储存潜力
大型藻类（如海带）生产力高，但多生长于硬质底质，难以直接埋藏碳。研究表明其高达80%的初级生产可输出至深海或邻近沉积物，实现长期储存。然而，输出碳的最终归属难以量化，管理干预的额外性不确定，故大多数大型藻类系统仍未被纳入正式蓝碳核算。

4.2 腹足类和双壳类的碳储存潜力
双壳类（如牡蛎、贻贝）可通过壳体CaCO₃固定碳，并通过生物沉积促进沉积物有机碳积累。但钙化过程释放CO₂，净气候效益难以确定，且与背景沉积碳的区分困难，因此其在蓝碳框架中的角色仍需更多研究。

4.3 珊瑚礁生态系统的碳储存潜力
珊瑚礁生产力极高，但钙化释放CO₂，使其作为碳汇或碳源存在争议。其沉积物有机碳含量通常低于1%，埋藏率有限。然而，珊瑚礁可通过减弱波浪、促进沉积，支持邻近红树林和海草床的碳储存，并通过黏液输出有机碳至邻近区域，因此间接贡献蓝碳。冷泉珊瑚礁也被发现是深海的碳积累热点。

5. 蓝碳生态系统的未来展望和研究方向
5.1 气候变化对BCEs的预期影响
海平面上升、温度升高和海洋酸化将导致红树林、盐沼和海草床栖息地丧失和碳释放。盐沼在高海平面情景下可能损失约30%，红树林可能向极地迁移但受开发限制。海洋酸化和变暖还会降低海洋CO₂吸收效率，影响微生物碳泵的长期功能。

5.2 自然气候解决方案作为减缓工具
保护、恢复和管理BCEs是成本效益高的自然气候解决方案。避免红树林损失可减少每年3,000 Tg CO₂的释放，恢复盐沼、海草床和人工鱼礁可增强碳捕获。政策法规、生态修复和营养盐控制等措施均能提升碳储存并带来生物多样性和海岸保护等协同效益。

5.3 新兴的增强海洋碳储存的地质工程方法
增强风化（添加硅酸盐或碳酸盐矿物）、铁施肥、人工上升流和深海CO₂注入被提议用于增加海洋碳储存。但这些方法大多处于实验阶段，存在可扩展性差、碳持久性不确定、生态风险高和成本昂贵等问题。铁施肥实验中大部分碳在埋藏前被再矿化，人工上升流可能释放深层DIC，故不能替代自然解决方案。

6. 结论
蓝碳生态系统是全球碳循环的重要组成部分，保护和修复BCEs是经济有效的气候减缓策略。未来应扩展蓝碳定义，将大型藻类、双壳类和珊瑚礁等纳入评估。自然气候解决方案应作为基础，同时谨慎评估地质工程技术的补充作用。持续的管理政策和技术研究对于维持和增强海洋碳汇至关重要。