Conceptual Model of Ecosystem Service Flows from Carbon Dioxide to Blue Carbon in Coastal Wetlands: An Empirical Study Based on Yancheng, China

Abstract

Large amounts of blue carbon exist in the ecosystems of coastal wetlands. Accurate calculations of the stocks and economic value of blue carbon in various plant communities can facilitate vegetation rehabilitation. Based on this objective, first, a blue carbon estimation model was constructed by combining a Carnegie-Ames-Stanford Approach (CASA) model, and second, the distribution pattern of blue carbon and flow direction of ecosystem services (carbon sequestration) in a coastal wetland in China was analyzed utilizing a combination of field surveys, remote sensing data, and laboratory analysis techniques. Finally, the wetland carbon sequestration value and its income-expenditure status were measured using the carbon tax method. The results show that the aboveground net primary productivity of coastal wetland vegetation exhibits a non-zonal distribution in the south-north direction, whereas it presented a three-level gradient distribution, characterized as “low (200–300 g/m2∙y)–intermediate (300–400 g/m2∙y)–high (400–500 g/m2∙y)”, in the east-west direction. The accumulation of carbon gradually increased from the ground surface to the underground (litter < underground roots < soil) in Spartina alterniflora and Phragmites australis. On the type scale, Spartina alterniflora and Phragmites australis wetlands were of the “blue carbon” net outflow type (supply type), with mean annual outflow carbon sequestration values of 3272.3 $/ha and 40.9 $/ha, respectively. The Suaeda glauca wetland was of the “blue carbon” net inflow type (benefit type), with a mean annual inflow carbon sequestration value of 190.7 $/ha.

Assessment of the status and capacity of blue carbon in China’s coastal provinces

“…为应对愈发严峻的全球气候变化形势， 国内外 政府、 学界一致号召关注环境碳排放， 支持发展低 碳经济， 因此， 碳汇固存、 温室气体减排等学术议题 备受关注。在地球生态系统各种调节机制的作用 下， 人类活动排放的 "碳" 被陆地植被光合作用捕获 形成 "绿碳" ， 蓝碳则是由海洋生态系统生物通过一 系列海洋活动固定、 储存而形成的碳汇 [1] 。全球蓝 碳生态系统的碳埋藏量占海洋沉积物碳埋藏总量 的 50% [2] ， 在应对全球气候变化、 促进碳循环过程中 起到关键作用。海岸带是重要的陆海相互作用区 域， 海岸带湿地植被有着极高的固碳能力和储碳潜 力， 全年有机碳埋藏量可达 0.08~0.22 Pg C/a [3] 。对 中国来说， 碳达峰和碳中和是未来一段时间的重要 任务， 碳汇核查离不开对海岸带蓝碳的研究。中国 海岸线总长度超过 3.26 万 km， 内海和边海的水域面 积约 470 万 km 2 ， 海岸带不仅是经济社会活动密集分 布区域， 更是生态空间保护与修复的关键地带。有 研究表明， 中国海岸带总碳储量约 13877 万~34895 万 t CO2， 未来增汇量可达 602 万 t CO2 [4] 。对中国沿海 省份蓝碳现状进行系统梳理， 有助于促进生态系统保 护和修复， 挖掘蓝碳资源潜力， 助力国家碳中和战略。 学术界多项报告和研究将蓝碳界定为由红树 林、 海草床和盐沼 3 类湿地生态系统固存的碳 [5,6] 。 国内外关于海岸带蓝碳生态系统的研究集中在研 究不同类型或区域蓝碳的资源本底现状及分布 [7] 、 收稿日期： 2021-09-27； 修订日期： 2022-01-05 基金项目： 关键地球物质循环前沿科学中心科研基金项目 (DLTDPY2101) 。 作者简介： 向爱， 女， 重庆江津人， 硕士研究生， 研究方向为土地利用与环境影响评价。E-mail： xiangai98@126.com 通讯作者： 揣小伟， 男， 河北迁西人， 副教授， 主要研究方向为土地利用与环境影响评价。E-mail： chuaixiaowei@163.com 2022 年 6 月 向 爱等： 中国沿海省份蓝碳现状与能力评估 http://www.resci.cn 植被固碳能力 [8,9] 、 固碳过程及机制 [10,11] 、 碳储量影响因 素 [12,13] 等方面， 提供了相应的参数及方法论基础。 就中国海岸带蓝碳的实证研究而言， 也积累了一定 的成果： ①从固碳量看， 中国海岸带蓝碳生态系统 总面积为 1623~3850 km 2 ， 周晨昊等 [14] 参照全球平均 值， 估算出中国蓝碳生态系统年均固碳量为 0.3490 .835 Tg C/a； Meng 等 [15] 基于已有观测数据及参数， 利用 ArcGIS 软件进行全国尺度的滨海湿地蓝碳制 图及总量核算， 得出总量结果为 0.84 Tg C/a； Wang 等 [16] 在评估全球土壤碳固存的空间模式和驱动因素 的基础上， 利用耦合模型预测出到 21 世纪末， 中国 的蓝碳生态系统年均碳固存能力可由当前的 1. 24 Tg C/a 增至 3.64 Tg C/a。②从研究方法看， 唐剑武 等 [17] 将蓝碳定量研究方法总结为碳通量测量、 碳库 测量、 模拟实验、 模型研究 4 个方面； 李捷等 [4] 基于 IPCC 提供的碳汇计量方法， 根据红树林、 盐沼和海 草床的生态系统特征及结构， 归纳总结出蓝碳计量 方法。以上方法 [4,17] 在广东 [18] 、 海南 [19] 、 广西 [20] 等地开 展的红树林固碳能力及碳汇收支研究中得以体现。 近年来， 随着中国海水养殖规模不断扩张， "双 碳" 目标导向下的产业发展路径更加清晰， 海水养 殖贝类、 藻类的固碳能力及其对蓝碳的贡献得到学 界重视。养殖贝类通过自身钙化过程、 大型养殖藻 类通过光合作用， 吸收水体中的碳元素， 释放出大 量的溶解有机碳和颗粒有机碳， 促进生成沉积碳 库 [21] ， 有研究估算出全球大型海藻对深海长期有机 碳固存的贡献潜力可达 173 Tg C/a [22] 。有学者进行 了关于拓展蓝碳定义的讨论和研究： 张继红等 [23] 提 出海洋养殖生物也是重要蓝碳； 唐剑武等 [17] 将藻类、 贝类转化并埋藏在海底的碳纳入到广义蓝碳定义 中； 沈金生等 [24] 进行海洋牧场蓝碳市场定价研究， 以 期体现海水养殖碳汇的生态服务价值。因而， 深入 研究海水养殖贝藻的固碳能力有利于挖掘新兴海岸 带蓝碳潜力， 提升经济效益 [25] 。同时， 中国学者进行 了一系列沿海省份海水养殖固碳能力估算和时空演 化研究 [26,27] ， 以...…”