文章來(lái)源：觀(guān)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(xiàn)上、線(xiàn)下相結合的方式舉辦了豐富多彩的主場(chǎng)活動(dòng)，其中直播節目《濕地“碳”究》格外引人注目。
濱海濕地對于固碳釋氧、應對氣候變化等具有重要作用。調查發(fā)現，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(huì )通過(guò)呼吸作用釋放到大氣中，俗稱(chēng)為碳在“水-土-氣-生”多圈層中的循環(huán)過(guò)程。那么，這些過(guò)程是如何觀(guān)測？又有哪些因素控制著(zhù)碳在各圈層分布？氣候變暖是如何影響碳匯過(guò)程的？這些都是科研工作者重點(diǎn)攻關(guān)的科學(xué)問(wèn)題。
直播節目中，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(guān)測研究站（以下簡(jiǎn)稱(chēng)濱海濕地野外站）站長(cháng)葉思源帶領(lǐng)觀(guān)眾走進(jìn)濱海濕地野外站位于江蘇鹽城的觀(guān)測站點(diǎn)，用通俗易懂的語(yǔ)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、碳中和目標的理解，推廣了關(guān)愛(ài)濕地、保護濕地的理念。
濱海濕地野外站一角
科研人員野外調查現場(chǎng)
地上植物能固碳
研究濱海濕地碳匯奧秘，離不開(kāi)調查裝備的“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(guān)測植物進(jìn)行光合作用的過(guò)程，也就是植物的固碳過(guò)程?！痹诮K鹽城濕地的蘆葦地，葉思源首先向觀(guān)眾展示了調查常用儀器——新一代光合儀?！帮@示屏上的這條曲線(xiàn)反映了測量時(shí)間段內二氧化碳濃度的變化，如果曲線(xiàn)下降，表明二氧化碳濃度降低，說(shuō)明植物正在吸收二氧化碳?！?br style="margin: 0px; padding: 0px; font-size: 14px;"/>?
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(chēng)重，從而估算出它的碳儲量?！比~思源介紹，由于濕地調查范圍較大，科研人員通常采用樣方調查方法，了解濕地植物的種群、數量和生長(cháng)狀況，并進(jìn)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蘆葦的生長(cháng)特征，設置了50厘米×50厘米樣方?？蒲腥藛T對樣方范圍內每一株植物進(jìn)行體檢，測量其身高、體重、“腰圍”等，計算每個(gè)樣方的生物量，并根據區域植被分布面積，評估濕地的生物量，再根據碳轉換系數，得出區域內植被圈層的碳儲量。
地下的巨大碳庫
除了濕地植物通過(guò)光合作用從大氣中吸收二氧化碳，濕地的地下也存在一個(gè)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。
直播節目中，葉思源拿起一個(gè)剛從蘆葦濕地取出的土壤柱狀樣品說(shuō)：“由于濕地大部分時(shí)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，再加上濱海地區河流較多，帶來(lái)的泥沙快速埋藏植物殘骸，形成長(cháng)期穩定的碳庫。我們通過(guò)仔細觀(guān)察，可以看到土壤里面包含濕地植物的根莖，把土壤洗掉，稱(chēng)量植物的根，就能獲得植物的地下生物量?！?/span>
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，相當于一個(gè)加工廠(chǎng)，把碳生產(chǎn)出來(lái)，最后儲存到土壤中。土壤的碳年復一年保存在這里，形成了一個(gè)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(cháng)的各類(lèi)浮游植物也可以進(jìn)行光合作用。浮游植物將水中游離的碳轉化為有機碳，這樣水里的碳少了，大氣中的二氧化碳就會(huì )進(jìn)入水體中進(jìn)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。
直播節目中，葉思源向觀(guān)眾展示了一套可以測定浮游植物光合作用能力的實(shí)驗裝置。
“我們通過(guò)監測發(fā)現，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(guò)增加河流的漫游路徑來(lái)減少渾濁度，進(jìn)而增加近海水域的光合固碳能力?！比~思源說(shuō)。
監測溫室氣體排放速率
調查發(fā)現，濕地生態(tài)系統中，儲存于植物、土壤和水這3個(gè)圈層的碳并不是完全穩定儲存的，有一部分通過(guò)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測二氧化碳或甲烷等溫室氣體排放速率的呢？葉思源向觀(guān)眾介紹了一個(gè)形似黑箱的測量裝置?！拔覀兺ㄟ^(guò)該封閉箱采集氣體，用布罩住形成一個(gè)黑箱，連接儀器，可以看到在沒(méi)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)系統二氧化碳的釋放速率?！?/span>
葉思源介紹，總體來(lái)說(shuō)，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。濱海濕地野外站開(kāi)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(guò)程和控制因素，試圖找到好的方法，能使生態(tài)系統多儲存碳。
研究發(fā)現，濱海濕地溫度小于18攝氏度、鹽度大于18‰時(shí)，二氧化碳和甲烷基本不排放。當鹽度達到15‰時(shí)，濕地系統固碳能力可達到最佳狀態(tài)。因此，科研人員可以通過(guò)調控濕地水的鹽度增強其固碳能力。
研究碳循環(huán)模式
當前，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(gè)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(shí)時(shí)監測46個(gè)環(huán)境因子。
葉思源表示，類(lèi)似這種裝置，濱海濕地野外站已布設于遼河三角洲、黃河三角洲、鹽城3個(gè)濕地，覆蓋了2種植被、3個(gè)緯度帶，并與歐美國家同等的增溫站聯(lián)網(wǎng)，全球科學(xué)家共享數據，合作研究預測不同緯度、不同生境、不同地質(zhì)演化階段的濱海濕地在未來(lái)氣候變暖情況下固碳能力的變化，為應對全球變暖提出科學(xué)建議。
“我們初步研究發(fā)現，增溫會(huì )破壞本土植物的固碳器官，但是會(huì )增強互花米草等入侵植物的固碳能力?！比~思源說(shuō)，“當前該結論在學(xué)術(shù)界還存在爭議，主要是增溫的響應存在短期效應和長(cháng)期效應的區別。為了更科學(xué)地認識濕地碳匯功能對增溫響應的規律，我們必須在觀(guān)測站進(jìn)行長(cháng)期監測，這也是建設該觀(guān)測站點(diǎn)的目的?！?/span>
直播節目尾聲，葉思源向觀(guān)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(shí)現‘雙碳’目標作出自己的貢獻?！?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(lèi)活動(dòng)排放到大氣中的二氧化碳。海洋儲碳周期可達數千年，在全球氣候變化中發(fā)揮著(zhù)不可替代的作用。
要實(shí)現碳達峰、碳中和目標，必須下大力減少大氣中的二氧化碳，除了調整能源結構、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結構轉型、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)系統碳匯也是行之有效的方式之一。比如，濱海濕地生態(tài)系統單位面積的固碳速率是陸地生態(tài)系統的15倍和海洋生態(tài)系統的50倍。
濕地是位于陸生生態(tài)系統與水生生態(tài)系統之間的過(guò)渡地帶，泛指暫時(shí)或長(cháng)期覆蓋水深不超過(guò)2米的低地、土壤充水較多的草甸以及低潮時(shí)水深不過(guò)6米的沿海地區，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(shù)林濕地、珊瑚礁濕地、水草床濕地等類(lèi)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(xiàn)穩定、污染物質(zhì)凈化、碳埋藏與溫室氣體吸收以及為人類(lèi)提供休息娛樂(lè )場(chǎng)所等方面具有很高的價(jià)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(cháng)著(zhù)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，其土壤除了表層數厘米或數毫米的氧化層外，下部還儲有巨大的碳庫。該生態(tài)系統碳庫大致可分為3個(gè)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源碳和外源碳組成。其中，外源碳是通過(guò)水系輸入至鹽沼系統，而內源碳主要來(lái)自鹽沼濕地系統中的大型植物或藻類(lèi)的光合作用，但內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(shí)現的關(guān)鍵所在。鹽沼中的植物光合作用，又稱(chēng)初級生產(chǎn)過(guò)程。該過(guò)程以大氣中的二氧化碳和土壤中的水為反應物，以光能為能源，以自身為反應器將光能轉化成化學(xué)能固定于體內，完成碳元素從無(wú)機態(tài)向有機態(tài)的轉化。
鹽沼中的植物與藻類(lèi)生長(cháng)能夠通過(guò)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(lèi)和底棲藻類(lèi)。這些藻類(lèi)在空間上來(lái)源于海水水體、底部沉積物2個(gè)部分，海水水體固定的碳元素在潮汐水流的搬運作用下進(jìn)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定。在潮間帶和潮上帶鹽沼中，大型植物類(lèi)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)系統固碳量的90%以上。
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UGGA 采用緊湊型設計，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(chē)、飛機、艦船、無(wú)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，內置 Wifi，可以通過(guò)多種電子終端進(jìn)行遙控操作。UGGA 可以快速同時(shí)測量 CH4，CO2 和 H2O 濃度，操作簡(jiǎn)單，使用方便，是一款進(jìn)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備。
特點(diǎn)：
● 便攜式箱體設計
●?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(shí)測量
●?內置 Wifi，可通過(guò)多種終端設備遙控操作
性能指標：
◆?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(shí)測量
內置 Wifi，可通過(guò)多種終端設備遙控操作
◆ 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(wú)冷凝
◆ 重復性 / 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(hù)可選）
◆ 環(huán)境條件：
●?操作溫度：5~45 ℃
●?環(huán)境濕度：0~100% RH，無(wú)冷凝
◆ 輸出：數字（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