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蓝碳生态系统:威胁、不确定性与碳交易 精选

已有 18603 次阅读 2015-3-21 07:41 |个人分类:生态研究|系统分类:科研笔记| 海洋, 滨海, 蓝碳, 绿碳

人类活动导致大气中的成分发生变化,特别二氧化碳等主要温室气体浓度的增加,这已是不争的事实。大气化学成分的改变又会增加导致全球变暖和海平面上升等危害。国际社会已将控制二氧化碳排放作为对抗全球变暖的一根救命稻草,因此出现了一系列减排策略。在生态学家眼里,通过增加植物光合作用尽可能去除大气中的二氧化碳并将之储存在自然生态系统中是一个重要途径,这就是我们通常所指的绿碳(真正的绿色低碳),它是全球碳循环的重要组成部分,一直认为是解决全球可持续发展危机的重要途径。目前已知地球有45%的绿碳储存在陆地生态系统,而另外55%则储存在海洋中(Nellemann et al., 2009),这部分碳也就是今天要讨论的蓝碳(蓝色大海下储存的碳)。

滨海生态系统支持了广泛的生态服务。例如,为许多鱼类、甲壳动物、鸟类和海洋哺乳动物提供了最重要的保育生境(Mumby et al., 2004),过滤和处理遭受工农业污染的河流及其化学物质(Grimsditch et al., 2013Nellemann et al., 2009),是有效抵御风暴和极端天气事件的自然屏障(Shepard et al., 2011)。除了这些广受认可的生态学与经济学价值,沿海生态系统巨大的碳存储与封存能力也越来越受到重视。地球系统中93%的二氧化碳是通过海洋进行储存和循环的Balmaseda et al ., 2013)。红树林、盐沼和海草是遍布全球沿海生境中的植被类型,在有海岸线的国家至少可以找到这三种类型中的一种Siikamäki et al., 2012),这些植被及其土壤储存了大量的碳,称为蓝碳Mcleod et al., 2011)。沿海生态系统中大量的碳被捕获在土壤中,使得蓝碳生态系统不同于陆地上的森林生态系统(Donato et al., 2011)。与陆地生态系统相比,蓝碳生境代表了巨大的碳存储和大气二氧化碳封存的高效引擎,单位面积的盐沼和红树林比热带森林储存了更多的碳Mcleod et al., 2011Sifleet et al., 2011)。Lau2012)确定了蓝碳生态系统的五个环境服务:碳封存、海岸线保护、栖息地、生物多样性和水质。由此可见,有必要对沿海生态系统中的土壤碳汇进行精确估算。同时,目前对政策的实质性挑战,就是要评估这些生态服务的价值,以便将人类经济结构与自然系统有机地整合起来。2011年,美国的一份沿海蓝碳报告中,对蓝碳系统的碳库和通量进行了量化分析(Sifleet et al., 2011)。报告指出,三种生态系统类型年固碳率有巨大差异,同时强调了海草沉积物碳密度数据的缺乏。对于一个给定的蓝碳系统来说,量化碳的主要问题是确定生态系统的范围和沉积物碳库的深度。2013年更新了这份报告(CEC, 2013),对北美蓝碳生态系统的碳封存动态进行了更为严格的估算,指出缺乏盐沼和海草生态系统精确的地理空间数据,是北美蓝碳市场的最大障碍。并再次强调了确定蓝碳系统碳密度和深度的重要性,以及未来在海平面上升情形下蓝碳监测和补偿标准所面临的挑战。

红树林是非常高效的潮间带拓荒者,多见于河流三角洲、河口和沿海泻湖中。被稀释的海水与大量营养的涌入支撑了红树林的繁荣。波浪较小的开放海岸是适合红树林生长的极佳条件。理想条件下,红树林可以形成一个茂密的森林,树冠高度达30米(Spalding et al., 2010)。Giri et al. 2011)对全球红树林覆盖面积进行了相对精确的估算,达139,170 km2。而历史上,红树林的范围要大得多,达200,000 km295%的红树林集中于热带地区,其中东南亚占全球红树林的一半。海草是近海浅滩里完全淹没的植被区域,存在于南极洲之外的所有大洲海岸(Green and Short, 2003),该生境是重要的水生动物庇护区,滋生了各种鱼类(Kennedy and Bjork, 2009)。同时,海草可收集从陆地上脱离的沉积物,同时为珊瑚礁和红树林之间提供了非常重要的联系(Hemminga and Duarte, 2000)。在全球范围内,海草生态系统覆盖约319,000 km2,约合全球红树林面积的两倍(UNEP-WCMC and Short, 2005),超过70%的分布位于南北回归线之间(Siikamäki et al., 2012)。盐沼也是潮间带蓝碳生境的主要植被类型,所处的环境与红树林类似(Adam, 2002)。盐沼分布的纬度范围比红树林要大得多,以草本植物为主,它们能忍受高盐度和潮水淹没。而在热带地区,适合盐沼生长的区域一般被红树林所占据。全球盐沼覆盖面积约为51,000 km2Chmura et al., 2003)。在某种程度上,红树林与海草区域是重叠的。红树林生态系统含有异常丰富的碳,是北方森林、温带森林或高地热带森林的3~4倍(Donato et al., 2011)。据估计,一公顷红树林含467.5 t C。如果这些区域没有受到人类的干扰,每年持续的碳封存将增加约1600t C。盐沼略低一些,约为393 t C/ha,海草为72 t C/haSiikamäki et al., 2013)。

200911月,联合国环境规划署发表了具有里程碑意义的报告《蓝碳:一个快速反应的评估》(Nellemann et al., 2009)。这份报告完成了从IPCC关注大气和陆地生物群落以来的全球碳计量工作,特别是通过强调海洋和海岸带在碳循环和生态系统服务方面的重要作用,引起了大家的普遍关注。鉴于海洋在气候动力学方面的重要意义,以及海洋和沿海生态系统对人类社会和经济机构的重要性,对蓝碳兴趣快速增长是毋庸置疑的。至此,有关蓝碳的讨论在全球如火如荼地开展起来。2010年联合国和非政府伙伴发起了蓝碳倡议Blue Carbon Initiative)项目,旨在通过沿海和海洋生态系统的恢复与可持续利用减缓气候变化。

虽然国际社会在这方面的努力已取得了相当大的进展,但主要挑战依然存在。下面主要从蓝碳生态系统所受到的威胁、动态变化的不确定性以及碳交易中资源拥有国的支配权问题来说明。

首先,蓝碳生态系统在全球范围内仍然是威胁最大,消失最迅速自然环境Pendleton et al., 2012),其生境丧失速率与热带森林相当或更大Valiela et al., 2001.)。所受到的干扰包括转换成农业、水产养殖、住宅和工业用途,其中储存的大部分或全部碳释放出来,还减少了对大气中二氧化碳的进一步封存(Donato et al., 2011)。在20126月里约热内卢举行的联合国环境与发展大会上,国际海洋协会(IOC)发布了《海洋可持续发展蓝图》,强调指出,世界主要海洋生态系统的60%已经退化或正在被以不可持续的方式使用,导致巨大的经济和社会损失。在过去50年中,红树林覆盖面积减少了30%50%,珊瑚礁减少了20%,对一些正受海洋酸化困扰的浮游生物构成进一步威胁,危及整个海洋食物链以及相关的社会经济活动(IOC2011)。过去半个世纪,多达50%的蓝碳生态系统已经消失了,而正在退化和遭受破坏的区域占全球森林砍伐排放量的19%Donato et al., 2011Fourqurean et al., 2012Pendleton et al., 2012)。值得注意的是,与未受干扰的生态系统相比,恢复区的固碳能力并不能提高到之前的水平Matsui et al., 2012)。

其次,蓝碳资源的生物物理动力学存在巨大的不确定性Kauffman and Donato, 2012)。例如,红树林是复杂的非线性系统,它们难于维持均衡态,而是随海岸线和海平面不断变化呈现出巨大的动态性 (Alongi, 2011)。同时,我们对控制海草床碳通量的一些变量的理解是不完整的(Duarte et al ., 2011)。因规划和项目要求建立详细的蓝碳资源所需的技术是存在的,但数据非常有限(Chmura, 2013)。尽管保护蓝碳资源是为了缓解气候变化,但正在发生的气候变化无疑也会影响蓝碳环境,还有河流生态系统上的水利工程、持续的农业扩张与海平面上升,可能会降低碳封存能力并威胁滨海湿地的存在Hopkinson and Cai, 2012Macreadie et al., 2011)。要保证这些资源的持续性,需要确定这些生态系统内陆迁移的潜力(Chmura, 2013)。气候变化的影响,包括空气和海水温度、海平面、海洋化学、海洋环流、气候变率和天气模式等,在沿海和海洋生态系统显得更为错综复杂(Twilley et al., 1996)。例如,海平面上升对红树林的影响,取决于该地区潜在的红树林栖息地变化以及红树林如何有效地适应不断变化的栖息地。红树林取代盐沼,产生了不同的化学通量动态(Bianchi et al., 2013)。如果未来气候变化导致新的生态平衡建立后,一些地区也可能出现蓝碳封存能力的增强。另一方面,新海岸栖息地适宜红树林,并不意味着其他物种同样适应于这些条件。海平面上升对沿海环境影响的复杂性本身就是巨大的,更不用说气候变化背景下的整体影响。

最后,蓝碳资源拥有国的支配问题。不同的国家,在政治、经济和社会风险上有一定的差异,他们对长期保护项目有不同的选择。实现蓝碳保护计划在某些情况下可能需要相当大的管理投资和制度变革,而且要超越于简单从土地转换中获取机会成本的理念。众所周知,森林砍伐是人为二氧化碳排放的第二大来源,历史上对森林砍伐的担忧的促进了保护热带雨林的行动(van der Werf et al., 2010),并成为国际气候政策不可或缺的一部分。REDDReduced Emission from Deforestation and Degradation,减少毁林和森林退化引起的排放)计划提出了鼓励森林砍伐率高的发展中国家减少森林砍伐,并从发达获得补偿Kindermann et al., 2008),而不必在国内采取高成本的减缓行动。发达国家则可以通过融资完成自己的减排承诺,通过补偿发展中国家实现相似的减排活动,成本则更低。因此,一些国际组织和非政府组织提出,应开发一个类似于REDD保护蓝碳生态系统的方法。虽然REDD机制在一定程度上解决了一些矛盾,但也凸显了一些悬而未决的技术壁垒(如对补偿的验证和监控),也缺乏全面的国际气候政策。与此类似,虽然我们有关蓝碳生态系统的总体认识正在提高(Giri et al., 2007),但要对蓝碳抵消碳排的实际份额进行严格评估的可能性仍然是缺乏的,未来的工作应考虑如何配置最有效的蓝碳保护计划。

我国作为世界上二氧化碳排放量第一大国,理应承担起大国应有的责任。仅仅依靠减排可能对经济造成负面影响,这不是一条可持续之路。而蓝碳计划则可以把周边国家团结起来,这是一个以科学问题为主导,涉及全球气候变化的问题,值得共同关注。另外,中国在科技方面有突出优势,因此把先进的理念,好的科学技术与周边国家交流,也助于我国更好的处理与周边国家的关系(中国日报,2015-03-06)。

 

参考文献:

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