文章來(lái)源：觀滄海
9月16日，作為全國(guó)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(chǎng)活動(dòng)，其中直播節(jié)目《濕地“碳”究》格外引人注目。
濱海濕地對(duì)于固碳釋氧、應(yīng)對(duì)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(huì)通過(guò)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(guò)程。那么，這些過(guò)程是如何觀測(cè)？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(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(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(cè)研究站（以下簡(jiǎn)稱濱海濕地野外站）站長(zhǎng)葉思源帶領(lǐng)觀眾走進(jìn)濱海濕地野外站位于江蘇鹽城的觀測(cè)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(tuán)隊(duì)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(duì)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的理解，推廣了關(guān)愛(ài)濕地、保護(hù)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(chǎng)
地上植物能固碳
研究濱海濕地碳匯奧秘，離不開(kāi)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(cè)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?shù)?，葉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(cè)量時(shí)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(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(chǔ)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(chǔ)量。”葉思源介紹，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(zhǎng)狀況，并進(jìn)行生物量的測(cè)算，從而對(duì)濕地的固碳能力作出評(píng)估。
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目前，濱海濕地野外站根據(jù)蘆葦?shù)纳L(zhǎng)特征，設(shè)置了50厘米×50厘米樣方?？蒲腥藛T對(duì)樣方范圍內(nèi)每一株植物進(jìn)行體檢，測(cè)量其身高、體重、“腰圍”等，計(jì)算每個(gè)樣方的生物量，并根據(jù)區(qū)域植被分布面積，評(píng)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(chǔ)量。
地下的巨大碳庫(kù)
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(kù)，而且地下碳的庫(kù)存量遠(yuǎn)大于植被圈層的庫(kù)存量。
直播節(jié)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(qū)河流較多，帶來(lái)的泥沙快速埋藏植物殘骸，形成長(zhǎng)期穩(wěn)定的碳庫(kù)。我們通過(guò)仔細(xì)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?！?/span>
葉思源表示，在鹽沼濕地中，土壤中的碳儲(chǔ)量可占總碳儲(chǔ)量的50%~98%。地上的蘆葦，相當(dāng)于一個(gè)加工廠，把碳生產(chǎn)出來(lái)，最后儲(chǔ)存到土壤中。土壤的碳年復(fù)一年保存在這里，形成了一個(gè)巨大的碳庫(kù)。
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(zhǎng)的各類浮游植物也可以進(jìn)行光合作用。浮游植物將水中游離的碳轉(zhuǎn)化為有機(jī)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(bǔ)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(cè)定浮游植物光合作用能力的實(shí)驗(yàn)裝置。
“我們通過(guò)監(jiān)測(cè)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(jí)生產(chǎn)力高出48倍，因此證明水的懸沙量對(duì)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。”葉思源說(shuō)。
監(jiān)測(cè)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(chǔ)存于植物、土壤和水這3個(gè)圈層的碳并不是完全穩(wěn)定儲(chǔ)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(jiān)測(cè)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(gè)形似黑箱的測(cè)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(cè)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(lái)說(shuō)，濱海濕地吸收的碳量遠(yuǎn)大于排放的碳量，是典型的負(fù)排放系統(tǒng)。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(tǒng)多儲(chǔ)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(shí)，二氧化碳和甲烷基本不排放。當(dāng)鹽度達(dá)到15‰時(shí)，濕地系統(tǒng)固碳能力可達(dá)到最佳狀態(tài)。因此，科研人員可以通過(guò)調(diào)控濕地水的鹽度增強(qiáng)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(gè)用于研究濕地碳匯資源對(duì)全球變暖影響的增溫模擬試驗(yàn)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(jiān)測(cè)46個(gè)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(gè)濕地，覆蓋了2種植被、3個(gè)緯度帶，并與歐美國(guó)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(cè)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(yīng)對(duì)全球變暖提出科學(xué)建議。
“我們初步研究發(fā)現(xiàn)，增溫會(huì)破壞本土植物的固碳器官，但是會(huì)增強(qiáng)互花米草等入侵植物的固碳能力?！比~思源說(shuō)，“當(dāng)前該結(jié)論在學(xué)術(shù)界還存在爭(zhēng)議，主要是增溫的響應(yīng)存在短期效應(yīng)和長(zhǎng)期效應(yīng)的區(qū)別。為了更科學(xué)地認(rèn)識(shí)濕地碳匯功能對(duì)增溫響應(yīng)的規(guī)律，我們必須在觀測(cè)站進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，這也是建設(shè)該觀測(cè)站點(diǎn)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(hù)濕地，關(guān)注全球氣候變化，踐行低碳生活，為實(shí)現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo)作出自己的貢獻(xiàn)?！?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(kù)：巖石圈碳庫(kù)、大氣碳庫(kù)、陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)和海洋碳庫(kù)。其中，海洋是地球上最大的活躍碳庫(kù)，是陸地碳庫(kù)的20倍、大氣碳庫(kù)的50倍。海洋每年吸收約30%的人類活動(dòng)排放到大氣中的二氧化碳。海洋儲(chǔ)碳周期可達(dá)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(shí)現(xiàn)碳達(dá)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(dòng)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(guò)渡地帶，泛指暫時(shí)或長(zhǎng)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(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(shù)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(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(zhǎng)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(jí)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(chǔ)有巨大的碳庫(kù)。該生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)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(kù)。鹽沼濕地碳庫(kù)主要由內(nèi)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(tǒng)，而內(nèi)源碳主要來(lái)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(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵所在。鹽沼中的植物光合作用，又稱初級(jí)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(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(wú)機(jī)態(tài)向有機(jī)態(tài)的轉(zhuǎn)化。
鹽沼中的植物與藻類生長(zhǎng)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(jí)生產(chǎn)者是浮游藻類和底棲藻類。這些藻類在空間上來(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(yùn)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(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(jí)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(jì)，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(cè)量載體，諸如汽車、飛機(jī)、艦船、無(wú)人機(jī)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(guò)多種電子終端進(jìn)行遙控操作。UGGA 可以快速同時(shí)測(cè)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(cè)，空氣質(zhì)量研究和土壤通量研究的理想設(shè)備。
特點(diǎn)：
● 便攜式箱體設(shè)計(jì)
●?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(cè)量
●?內(nèi)置 Wifi，可通過(guò)多種終端設(shè)備遙控操作
性能指標(biāo)：
◆?測(cè)量范圍：
●?CH4：0~100 ppm
●?CH4：0~1％（需增加擴(kuò)展量程選項(xiàng)）
●?CO2：0~20000 ppm
● H2O：0~30000 ppm
三種氣體（CH4, CO2, H2O）同時(shí)測(cè)量
內(nèi)置 Wifi，可通過(guò)多種終端設(shè)備遙控操作
◆ 可選測(cè)量范圍：
●?CH4：0~1000 ppm
●?CH4：0-1%（需增加擴(kuò)展量程選項(xiàng)）
●?CO2：0~3％
●?H2O：＜ 99%RH，無(wú)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(cè)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(wú)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