其他
海洋科普 | 蓝碳生态系统
作者：朱永杰
海洋和陆地森林生态系统是地球生态系统主要的天然碳汇，其中，蓝碳是沿海生态系统捕获的碳。红树林、盐沼、海草等不同类型的生态系统是地球重要的初级生产系统。海洋中的蓝碳主要通过红树林、盐沼、海草和其他藻类的光合作用来捕获碳，以生物量和生物沉积的形式储存在海底。
围海造田
红树林、盐沼和海草占海洋植被栖息地的大部分，但仅相当于陆地上植物生物量的0.05%。尽管它们占地面积小，但它们每年可以储存相当数量的碳，是高效的碳汇。
海草包括约60种水生被子植物，可以在除南极洲以外的各大洲沿岸生长，因光照和水质而有所不同，全世界海草总面积高达432万平方公里。海草草甸的最大深度可达50米。目前世界海草草甸总面积为60万平方公里。
海草生长的区域受到沿海富营养化、海水温度升高、沉积物增加、沿海开发、海平面上升等环境因素变化的威胁，可能会降低光合作用的有机碳转换率。但具体原因目前尚不十分清楚，在过去几十年里，海草损失加速，从1940年前的每年0.9%增加到1990年的7%。有记录的海草调查数据表明，自二战以来，全球海草损失约1/3。目前世界的海洋生态科学研究工作者呼吁，深入进行海草生态系统的研究工作，以保护这个生态系统的服务价值。
分布在世界各地的红树林是蓝碳的重要组成部分，科学研究表明，目前世界浅海的珊瑚礁由于污染严重，普遍面临白化的问题，而红树林下生长的珊瑚就可以减轻污染的危害，这也证明红树林具有一定的海水污染降解作用。
盐沼存在于以草本植被为主的潮间带生态系统中，从北极到亚热带的海岸线上都有分布。在热带地区，沼泽被红树林取代为主要的沿海植被。
红树林是盐生木本植物，红树林潮间带森林，能够提供沿海鱼类和甲壳类动物的育苗场、娱乐、营养过滤和碳封存等多种重要的生态系统服务，还能对海岸进行保护。红树林并不是一个单一的物种，它与陆地的森林生态系统具有同样的含义，是一种生态系统。“红树林”一词涵盖了生长在咸水或半咸水中的70多种灌木或树木物种。
红树林中很多植物的种子，还没有离开母体的时候就已经在果实中开始萌发，长成棒状的胚轴，胚轴发育到一定程度后脱离母树，掉落到海滩的淤泥中，几小时就能在淤泥中扎根生长而成为新的植株。没能及时扎根在淤泥中的胚轴，可随着海流在大海上漂流数个月，能在几千里外的海岸扎根生长。
世界最大的泰国红树林
红树林有密集而发达的支柱根，很多支柱根自树干的基部长出，牢牢扎入淤泥中形成稳固的支架，可以在强大的海浪冲击下屹立不动。红树林的支柱根不仅支持着植物本身，也保护了海岸免受风浪的侵蚀，因此红树林又被称为“海岸卫士”。
红树林经常处于被潮水淹没的状态，空气非常缺乏，因此，许多红树林植物都具有呼吸根。呼吸根外表有粗大的皮孔，内有海绵状的通气组织，满足了红树林植物对空气的需求。每到落潮的时候，各种各样的支柱根和呼吸根露出地面，纵横交错。由于红树林生长在海岸的淤泥中，枝干和根系盘根错节，进入红树林十分困难，这也使得人们对于红树林的了解不多。
红树林在世界105个国家都有分布，它们沿亚热带和热带海岸线生长，随温度、降水、潮汐、波浪和水流而变化。由于它们生长在陆地和海洋的交汇处，它们具有半陆地和海洋成分，生长有气生根，胎生胚胎和高效的养分保留机制，适应了盐、旱、水多种环境的变化。红树林生态系统通常会受到洪水、海啸、飓风和台风等沿海风暴，以及闪电、病虫害、水质或温度变化的干扰。
历史上，生活在长有红树林海岸的人们对于红树林并不重视，在世界上许多地方，人们一直不喜欢它们，通常会认为红树林是肮脏的，是蚊子出没的地方，其黑黑的树根和大片低矮的树木，妨碍了海岸景观。人们通常会为了更好的海景而砍伐红树林，为了开垦海涂也会毁掉红树林。虽然红树林具有强大的再生能力，能在一定程度上抵御那些自然干扰，但它们极易受到包括城市发展、水产养殖、采矿以及贝类、甲壳类动物、鱼类和木材的过度开发等活动的影响。
地球上的蓝碳生态系统在光合作用过程中将碳固定下来，形成蓝色碳汇。虽然海草仅占海底总面积0.1%，但它占海洋碳库总量的约10%-18%，目前，全球海草草甸估计可存储蓝碳多达19.9亿吨。全球范围的红树林在2012年储存了42亿吨有机碳，占全球蓝碳生态系统的14%。
盐沼具有较高的生产力，其中大部分初级生产表现在地下的泥炭地生物量中，在有些地区，这种地下生物量可以形成深达8米的泥炭层。沿海的这种盐沼为植物、鸟类和幼鱼提供了宝贵的栖息地，保护了沿海栖息地免受风暴潮和洪水的侵袭。盐沼在全球范围内覆盖约40万平方公里。
一些专家的研究表明，蓝碳海域的碳汇能力惊人，其平均单位面积的固碳能力甚至超过了陆地森林单位面积的平均固碳能力。因此也就有了“耕海造林”之说，也就是通过营造海岸红树林获得固碳和其他生态环境效益。
世界上的每一种红树林都有其独特、适合的生态位，而在错误的地方，错误的种类就无法生存。东南亚的一些国家都在试图种植和恢复红树林，但很多这样的努力效果不好，关键的问题还是对于红树林的特性没有深入了解。
浅海水族栖息地
几千年以来，农业和工业经济的发展通过多种机制一直在大规模地改变沿海生物沉积的自然循环过程。农业开垦、滩涂开发和港口改造、盐生产蒸发池、水产养殖、潮汐发电和防洪等，往往会大规模地改变浅海生态环境，导致蓝碳生态系统功能的退化和丧失。浅海中的蓝碳生态系统，很容易受到石油、工业化学品的污染以及海水富营养化过程的影响，造成生态系统的退化。
因为浅海的蓝碳生态系统相互连接，污染和生态退化蔓延速度较快，蓝碳生态系统的退化速度远高于地球上任何其他生态系统，据目前的估计，每年损失2%-7%。这不仅损失了碳固存，而且还失去了沿海水生生物的栖息地。
目前蓝碳生态系统遭到破坏的原因很简单，主要是受到了人类社会工业、农业发展的污染影响。因为蓝碳生态系统是海洋中距离人类社会生活圈最近的，蓝碳区域的污染影响相比其他海洋区域更加严重，多种污染源会形成多重叠加的效果，并向深海扩散。
在沿海地区，大量的基础设施建设工程彻底改变了沿海地区的生态环境。2008年2月的《科学》杂志上发表的一项研究报告中，研究人员发现，人类活动从过度捕捞到温室气体排放、全球变暖，再到向环境中引入毒素，已经波及地球上每平方公里的海洋上，并对大约40%的海洋生态系统产生强烈的负面影响。
在工业化发展和污染迅速增长的地区，如美国和现在的亚洲，有毒废物成为世界上严重的污染问题。海洋哺乳动物处于食物链的顶端，它们的食物来源中的毒素会在它们的体内积累，特别是在它们的脂肪组织和母乳中。研究表明，海洋哺乳动物正在遭受毁灭性疾病的威胁，如神经系统和消化系统问题，污染引起的免疫抑制、内分泌系统损害、生殖畸形以及生长和发育问题等。
多溴联苯醚在85%的商业塑料、泡沫和纺织品中作为阻燃剂使用，它们存在于电脑、电视机、汽车、家具织物、泡沫床垫和室内灰尘中。目前，海洋生态系统中的污染物问题日益突出，我们和自然世界已经被它们包围了。即使我们明天完全禁止使用这种材料，它们所造成的健康问题也会持续好几代。
面对气候变暖问题，世界的科学家都在积极研究，试图找到解决问题的途径和方法，除了利用工程技术手段进行碳捕获和碳封存以外，一些专家经过小规模的试验证明，利用生物的光合作用，进行生物能源生产，或许是理论上具有技术可行性的途径之一。其理论依据来自著名的“盖亚假说”。
早在20世纪后期，创造“盖亚假说”的世界著名科学家詹姆斯·洛夫洛克认为，这种与生物炭相关的机理被称为碳储存生物能，每年可固定二氧化碳20亿吨，这样就可以极大地缓解气候变暖。
根据洛夫洛克的理论，浅海中的微藻在“富碳”环境情况下，生长非常快。一些研究资料表明，海洋中的微藻具有高脂肪含量，其生物光合作用的成果，可形成较大的微藻生物量生产量，作为有机碳的短期储存池，也作为未来生物工厂的备选。
理论上，可以通过构建一个厌氧环境生成生物甲烷以作为天然气的替代品。而所谓“富碳”环境就是建设一个封闭的系统，创造二氧化碳富集的环境，让植物或微生物利用“富碳”环境进行光合作用，创造一个人为干预的初级生产过程，获得更高的生物量产出效率，得到生物固碳的减排效果。
经过10多年的试验和研究，“富碳”环境对于提高光合作用的能力值得推敲，因为那是一个被洛夫洛克用亿万数据推理的过程，在短时间内，其效果有限。另外，建造“富碳”环境的成本太高，直接利用烟气所生产的植物富集有毒物质，而提纯二氧化碳的消毒过程成本还是太高。
文章来源：原刊于《中国绿色时报》2019年3月4号期 第03版
作者：朱永杰，北京林业大学经济管理学院，教授