【碳减排】气候驱动的景观连通性和沿海碳汇维持之间的权衡

原文信息

题    目： Climate-driven tradeoffs between landscape connectivity and the maintenance of the coastal carbon sink

作    者：Kendall Valentine，Ellen R. Herbert，David C. Walters，Yaping Chen，Alexander J. Smith，Matthew L. Kirwan

期    刊：Nature Communications

时    间：2023.03.13

一作单位：Virginia Institute of Marine Science, College of William and Mary, Gloucester Point, VA, USA.

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-36803-7

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研究背景

生态系统的连通性往往会增加生态系统应对压力的弹性和功能。沿海生态系统封存了大量的碳，但水和营养物质以及沉积物的快速交换使它们容易受到海平面上升和海岸侵蚀的影响。沿海景观的各个组成部分对海平面上升有截然不同的反应，这增加了预测综合沿海碳汇反应的难度。因此该研究将一个空间明确的地貌模型与一个基于点的碳积累模型结合起来，研究结果表明气候变化加强了相邻沿海生态系统之间的连通性，但其代价是沿海生态系统向更脆弱的碳汇、更小的沼泽和森林面积转变。

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研究结果

如图1所示，该研究模拟了沿海景观演变和沿连接三个不同沿海生境的横断面碳传输：海湾、沼泽和高地森林，在这里该研究将多个生境结合起来，同时对一个相连的系统的地貌和碳循环进行建模，分析了海湾地形演变的关键驱动因素：海湾底部、沼泽和森林。海湾的宽度和深度随着风速、水位和水深的变化而变化。该研究将模型置于低和中度的海平面上升的情境中，结果表明该模型准确的捕捉了在实地观察到的加速海平面上升的过程，与历史海平面上升相比，沼泽沉积物坡面更深，沼泽台地更宽，中度的海平面上升反映了垂直增积率增加和沼泽迁移更快，相应的土壤碳累计速率和沼泽生产力也更高。此外该模型也表明了沿海景观的大小和位置随着时间推移而变化，这与海湾底部和沼泽边缘的侵蚀以及沼泽向退缩的森林区域迁移有关，这两者都减少了沿海碳汇。

同时该研究还反应出，在所有情境中，沼泽边缘附近的异源碳质量最高，沼泽内部也主要是异源碳，异源碳激烈的增加是由更大的容纳空间和更厚的沼泽土壤驱动的，也代表了从海湾到沼泽的碳输入的增加。

该研究采用土壤队列方法对沼泽碳积累进行了建模，表现了有机质根据地下有机质生产和分解之间的平衡，以及它们在土壤剖面内的依赖深度随时间的动态演化。并且该研究将沼泽表面产生的和保留的碳（本地碳）与海湾和沼泽之间交换的碳（异源碳）区分开来。同时该研究在更大范围的海平面上升速率情境下进行了第二组实验，在实验中量化了海湾和沼泽之间在交换过程中的碳交换量，在海平面上升速率的相同变化下，沼泽海拔也出现了类似的增加，表明垂直增重速率与海平面上升速率保持同步。因此表明异源碳交换增加是由于沼泽海拔相对于海湾底部更高，以及沼泽土壤在更高海平面上升速率下变有更大碳储量，这两个过程都导致在更高的海平面上升速率下，更多的碳密度物质从沼泽边缘被侵蚀，更大的碳交换跨越沼泽和海湾边界。然而在海平面上升的极端速率下，连通性增加的影响收益是递减的，也说明沿海碳循环受到沼泽和泥滩之间复杂反馈的影响，很难通过单个生态系统数值模型预测。

图3的模型提出了两个重要的见解，首先确定了海平面上升对土壤碳累计速率的积极影响的限制，其次为土壤碳累计速率和海平面上升提供了一个机械性的解释，突出了碳循环的意义。为了测试异源碳在沿海碳生态系统恢复力中的重要性，该研究进行了第三个模拟实验，在该实验中，沉积在沼泽台地上的异源碳瞬间矿化，因此不会对沼泽海拔变化或碳循环作出贡献，此外尽管在很高的海平面上升水平下，异源碳占碳累积量的一半以下，但沼泽宽度和土壤碳累计速率仍由异源碳维持，如果没有异源碳，沼泽宽度和土壤碳累计速率会急剧下降。

图4反映出尽管个别系统内的响应不同，但整个海岸景观宽度的碳储量随着海平面上升的增加而增加，达到海平面上升最佳速率然后以更快的速度下降，而森林碳储量随着海平面上升的增加而减少，这是由于树木生物量的减少。此外模拟的沼泽碳储量更加复杂，因为它随着海平面上升而增加，直到最佳速率然后下降，在沼泽中海平面上升与土壤碳累计速率既有正关系也有负关系。因此有机质循环增加、原位积累速率增加和沼泽规模增加都有助于景观碳储量的增加。沿海景观各组成部分的大小变化在决定总景观尺度海岸碳储量如何相应海平面上升方面起着重要作用。

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编者按

生态系统的连通性往往会增加生态系统对各种陆地和海洋环境中压力源的相应能力和功能，该研究独特地揭示了气候变化（即海平面上升）增加了相邻生态系统之间的连通性，其方式在一定程度上增强了整个沿海景观的功能。但连通性的增加和沿海景观高碳储量的维持是有代价的，甚至超过了沼泽和森林生态系统的损失。因此该研究表明气候变化增强了沿海生态系统之间的连通性，但在海平面加速上升的情况下，这种权衡变得更加消极。

转自：“西农RE学术社”微信公众号

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