文章來源：觀滄海
9月16日，作為全國科普日聯(lián)合主辦單位，自然資源部以線上、線下相結(jié)合的方式舉辦了豐富多彩的主場活動，其中直播節(jié)目《濕地“碳”究》格外引人注目。
濱海濕地對于固碳釋氧、應(yīng)對氣候變化等具有重要作用。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，濱海濕地的碳主要分布在植物、土壤和水域中，但這些碳也會通過呼吸作用釋放到大氣中，俗稱為碳在“水-土-氣-生”多圈層中的循環(huán)過程。那么，這些過程是如何觀測？又有哪些因素控制著碳在各圈層分布？氣候變暖是如何影響碳匯過程的？這些都是科研工作者重點攻關(guān)的科學(xué)問題。
直播節(jié)目中，自然資源部北方濱海鹽沼濕地生態(tài)地質(zhì)野外科學(xué)觀測研究站（以下簡稱濱海濕地野外站）站長葉思源帶領(lǐng)觀眾走進濱海濕地野外站位于江蘇鹽城的觀測站點，用通俗易懂的語言講解了濱海濕地的生態(tài)功能，介紹了該團隊野外作業(yè)相關(guān)情況，展示了在濱海濕地碳匯調(diào)查和研究方面取得的工作成果，深化了公眾對碳達峰、碳中和目標(biāo)的理解，推廣了關(guān)愛濕地、保護濕地的理念。
濱海濕地野外站一角
科研人員野外調(diào)查現(xiàn)場
地上植物能固碳
研究濱海濕地碳匯奧秘，離不開調(diào)查裝備的“硬件”支撐。
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“蘆葦是鹽沼濕地的典型植物，植物體中45%的成分是碳?？蒲腥藛T可以利用儀器觀測植物進行光合作用的過程，也就是植物的固碳過程?！痹诮K鹽城濕地的蘆葦?shù)兀~思源首先向觀眾展示了調(diào)查常用儀器——新一代光合儀?！帮@示屏上的這條曲線反映了測量時間段內(nèi)二氧化碳濃度的變化，如果曲線下降，表明二氧化碳濃度降低，說明植物正在吸收二氧化碳。”
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那么，科研人員是如何得知這些地上植物的碳儲量的呢？“最直接的辦法是將其割了、曬干、再稱重，從而估算出它的碳儲量?！比~思源介紹，由于濕地調(diào)查范圍較大，科研人員通常采用樣方調(diào)查方法，了解濕地植物的種群、數(shù)量和生長狀況，并進行生物量的測算，從而對濕地的固碳能力作出評估。
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目前，濱海濕地野外站根據(jù)蘆葦?shù)纳L特征，設(shè)置了50厘米×50厘米樣方?？蒲腥藛T對樣方范圍內(nèi)每一株植物進行體檢，測量其身高、體重、“腰圍”等，計算每個樣方的生物量，并根據(jù)區(qū)域植被分布面積，評估濕地的生物量，再根據(jù)碳轉(zhuǎn)換系數(shù)，得出區(qū)域內(nèi)植被圈層的碳儲量。
地下的巨大碳庫
除了濕地植物通過光合作用從大氣中吸收二氧化碳，濕地的地下也存在一個巨大的碳庫，而且地下碳的庫存量遠大于植被圈層的庫存量。
直播節(jié)目中，葉思源拿起一個剛從蘆葦濕地取出的土壤柱狀樣品說：“由于濕地大部分時間處于靜水水淹狀態(tài)，缺氧的環(huán)境使得土壤中微生物分解碳的能力變得非常弱，再加上濱海地區(qū)河流較多，帶來的泥沙快速埋藏植物殘骸，形成長期穩(wěn)定的碳庫。我們通過仔細觀察，可以看到土壤里面包含濕地植物的根莖，把土壤洗掉，稱量植物的根，就能獲得植物的地下生物量。”
葉思源表示，在鹽沼濕地中，土壤中的碳儲量可占總碳儲量的50%~98%。地上的蘆葦，相當(dāng)于一個加工廠，把碳生產(chǎn)出來，最后儲存到土壤中。土壤的碳年復(fù)一年保存在這里，形成了一個巨大的碳庫。
水域固碳不容忽視
此外，濕地中的水域固碳能力也不容忽視。葉思源介紹，濕地水域中生長的各類浮游植物也可以進行光合作用。浮游植物將水中游離的碳轉(zhuǎn)化為有機碳，這樣水里的碳少了，大氣中的二氧化碳就會進入水體中進行補充，從而減少了大氣中的二氧化碳，這就是水域光合固碳作用。
直播節(jié)目中，葉思源向觀眾展示了一套可以測定浮游植物光合作用能力的實驗裝置。
“我們通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，水質(zhì)清澈的遼東灣水域比江蘇近海渾濁水域初級生產(chǎn)力高出48倍，因此證明水的懸沙量對水域光合固碳效率影響很大。這提示我們，可以通過增加河流的漫游路徑來減少渾濁度，進而增加近海水域的光合固碳能力?！比~思源說。
監(jiān)測溫室氣體排放速率
調(diào)查發(fā)現(xiàn)，濕地生態(tài)系統(tǒng)中，儲存于植物、土壤和水這3個圈層的碳并不是完全穩(wěn)定儲存的，有一部分通過呼吸作用和土壤礦化分解作用，以二氧化碳或甲烷的形式返回到大氣中。
那么，科研人員又是如何監(jiān)測二氧化碳或甲烷等溫室氣體排放速率的呢？葉思源向觀眾介紹了一個形似黑箱的測量裝置。“我們通過該封閉箱采集氣體，用布罩住形成一個黑箱，連接儀器，可以看到在沒有光合作用的情況下二氧化碳濃度的變化，從而測量濕地生態(tài)系統(tǒng)二氧化碳的釋放速率?！?/span>
葉思源介紹，總體來說，濱海濕地吸收的碳量遠大于排放的碳量，是典型的負排放系統(tǒng)。濱海濕地野外站開展碳循環(huán)的研究工作，主要是圍繞碳在不同圈層中的循環(huán)過程和控制因素，試圖找到好的方法，能使生態(tài)系統(tǒng)多儲存碳。
研究發(fā)現(xiàn)，濱海濕地溫度小于18攝氏度、鹽度大于18‰時，二氧化碳和甲烷基本不排放。當(dāng)鹽度達到15‰時，濕地系統(tǒng)固碳能力可達到最佳狀態(tài)。因此，科研人員可以通過調(diào)控濕地水的鹽度增強其固碳能力。
研究碳循環(huán)模式
當(dāng)前，在全球氣候變化大背景下，碳循環(huán)模式發(fā)生了很大變化。
葉思源介紹了一個用于研究濕地碳匯資源對全球變暖影響的增溫模擬試驗裝置。該裝置形似玻璃房，“房中”安裝了很多傳感器，可實時監(jiān)測46個環(huán)境因子。
葉思源表示，類似這種裝置，濱海濕地野外站已布設(shè)于遼河三角洲、黃河三角洲、鹽城3個濕地，覆蓋了2種植被、3個緯度帶，并與歐美國家同等的增溫站聯(lián)網(wǎng)，全球科學(xué)家共享數(shù)據(jù)，合作研究預(yù)測不同緯度、不同生境、不同地質(zhì)演化階段的濱海濕地在未來氣候變暖情況下固碳能力的變化，為應(yīng)對全球變暖提出科學(xué)建議。
“我們初步研究發(fā)現(xiàn)，增溫會破壞本土植物的固碳器官，但是會增強互花米草等入侵植物的固碳能力。”葉思源說，“當(dāng)前該結(jié)論在學(xué)術(shù)界還存在爭議，主要是增溫的響應(yīng)存在短期效應(yīng)和長期效應(yīng)的區(qū)別。為了更科學(xué)地認識濕地碳匯功能對增溫響應(yīng)的規(guī)律，我們必須在觀測站進行長期監(jiān)測，這也是建設(shè)該觀測站點的目的?！?/span>
直播節(jié)目尾聲，葉思源向觀眾發(fā)出呼吁：“希望大家多多了解濱海濕地，保護濕地，關(guān)注全球氣候變化，踐行低碳生活，為實現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)作出自己的貢獻?！?br style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 14px;"/>
鏈接：鹽沼濕地如何固碳釋氧
地球上有四大碳庫：巖石圈碳庫、大氣碳庫、陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫和海洋碳庫。其中，海洋是地球上最大的活躍碳庫，是陸地碳庫的20倍、大氣碳庫的50倍。海洋每年吸收約30%的人類活動排放到大氣中的二氧化碳。海洋儲碳周期可達數(shù)千年，在全球氣候變化中發(fā)揮著不可替代的作用。
要實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標(biāo)，必須下大力減少大氣中的二氧化碳，除了調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、提升能源利用高效率、加速低碳技術(shù)研發(fā)推廣，增加生態(tài)系統(tǒng)碳匯也是行之有效的方式之一。比如，濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)單位面積的固碳速率是陸地生態(tài)系統(tǒng)的15倍和海洋生態(tài)系統(tǒng)的50倍。
濕地是位于陸生生態(tài)系統(tǒng)與水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡地帶，泛指暫時或長期覆蓋水深不超過2米的低地、土壤充水較多的草甸以及低潮時水深不過6米的沿海地區(qū)，包括咸水淡水沼澤地、濕草甸、湖泊、河流以及河口三角洲、泥炭地、湖海灘涂、河邊洼地或漫灘、濕草原等。
濱海濕地位于陸海交互帶，是海岸帶的一部分。天然的濱海濕地主要分為鹽沼濕地、紅樹林濕地、珊瑚礁濕地、水草床濕地等類型。濱海濕地物種豐富，有很高的生態(tài)服務(wù)功能，在水土保持、岸線穩(wěn)定、污染物質(zhì)凈化、碳埋藏與溫室氣體吸收以及為人類提供休息娛樂場所等方面具有很高的價值。
作為濱海濕地的重要組成部分，鹽沼濕地基本特性是地表水呈堿性且土壤中鹽分含量較高，表層積累有可溶性鹽，其上生長著鹽生植物，如蘆葦、互花米草、檉柳和赤堿蓬等。
濱海鹽沼濕地具有很高的初級生產(chǎn)力，其土壤除了表層數(shù)厘米或數(shù)毫米的氧化層外，下部還儲有巨大的碳庫。該生態(tài)系統(tǒng)碳庫大致可分為3個部分，包括地上活生物量（灌木、禾本和草本等），地下活生物量（根系和根狀莖）以及土壤碳庫。鹽沼濕地碳庫主要由內(nèi)源碳和外源碳組成。其中，外源碳是通過水系輸入至鹽沼系統(tǒng)，而內(nèi)源碳主要來自鹽沼濕地系統(tǒng)中的大型植物或藻類的光合作用，但內(nèi)源碳大部分卻以二氧化碳或甲烷的形式又返回到大氣中了。
植物是鹽沼碳匯功能實現(xiàn)的關(guān)鍵所在。鹽沼中的植物光合作用，又稱初級生產(chǎn)過程。該過程以大氣中的二氧化碳和土壤中的水為反應(yīng)物，以光能為能源，以自身為反應(yīng)器將光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能固定于體內(nèi)，完成碳元素從無機態(tài)向有機態(tài)的轉(zhuǎn)化。
鹽沼中的植物與藻類生長能夠通過光合作用快速固定大氣中的二氧化碳。在潮下帶鹽沼中，主要初級生產(chǎn)者是浮游藻類和底棲藻類。這些藻類在空間上來源于海水水體、底部沉積物2個部分，海水水體固定的碳元素在潮汐水流的搬運作用下進行空間上的再分配，而底部沉積物固定的碳元素在空間上的分布較為穩(wěn)定。在潮間帶和潮上帶鹽沼中，大型植物類型是確定濱海濕地初級生產(chǎn)力的主要因素，大型植物固碳量普遍占濱海鹽沼生態(tài)系統(tǒng)固碳量的90%以上。
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UGGA 采用緊湊型設(shè)計，將所有組件集成于一只小巧的野外便攜箱中。大大減少了體積，降低了重量，并提高了便攜性。適合于各種測量載體，諸如汽車、飛機、艦船、無人機載，甚至單人人力攜帶。UGGA 可使用直流供電，且能耗低至 60W，內(nèi)置 Wifi，可以通過多種電子終端進行遙控操作。UGGA 可以快速同時測量 CH4，CO2 和 H2O 濃度，操作簡單，使用方便，是一款進行野外研究，泄漏檢測，空氣質(zhì)量研究和土壤通量研究的理想設(shè)備。
特點：
● 便攜式箱體設(shè)計
●?體積小，重量輕?
●?可直流供電，且能耗低至 60W
●?三種氣體（CH4,?CO2,?H2O）同時測量
●?內(nèi)置 Wifi，可通過多種終端設(shè)備遙控操作
性能指標(biāo)：
◆?測量范圍：
●?CH4：0~100 ppm
●?CH4：0~1％（需增加擴展量程選項）
●?CO2：0~20000 ppm
● H2O：0~30000 ppm
三種氣體（CH4, CO2, H2O）同時測量
內(nèi)置 Wifi，可通過多種終端設(shè)備遙控操作
◆ 可選測量范圍：
●?CH4：0~1000 ppm
●?CH4：0-1%（需增加擴展量程選項）
●?CO2：0~3％
●?H2O：＜ 99%RH，無冷凝
◆ 重復(fù)性 / 精度（1σ，1 秒 /10 秒 /100 秒）
●?CH4：1.4 ppb / 0.5 ppb / 0.2 ppb
●?CO2：300 ppb / 100 ppb / 30 ppb
●?H2O：50 ppm / 20 ppm / 10 ppm
◆ 測量速度：0.01-1 Hz（用戶可選）
◆ 環(huán)境條件：
●?操作溫度：5~45 ℃
●?環(huán)境濕度：0~100% RH，無冷凝
◆ 輸出：數(shù)字（RS 232）、模擬、以太網(wǎng)、USB
◆ 電力需求：60 W (11–30 VDC) 66 W (100–240 VAC, 50/60 Hz)
◆ 尺寸與重量：18cm（H）x 47 cm（W）x 36 cm（D），16.9 kg