【碳减排】景观连通性与沿海碳汇之间的气候驱动权衡

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：2023.02.15

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

研究背景

生态系统连通性往往会增加生态系统应对压力源的弹性和功能。该研究将空间显式地貌模型与基于点的碳积累模型耦合在一起，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，但也有一些权衡，包括向更不稳定的碳转移、更小的沼泽和森林范围，以及更容易受到海平面上升和侵蚀影响的景观部分的碳积累。

研究结果

该建模方法模拟了沿海景观演变和碳运输沿着连接三个不同沿海栖息地的样带：海湾、沼泽和森林高地，如图1。海湾的宽度和深度随着风速、水流和水深的变化而变化，沼泽的增生是矿物沉积物沉积和生物质生产的函数，森林作为高地坡度和海平面上升的函数被动迁移。在一组旨在了解模型基本行为的初始实验中，将该模型置于低和中等海平面上升的情境中。结果表明该模型准确的捕捉了响应加速海平面上升的现场观察到的关键过程，包括沼泽生产力增强、垂直增加速率增加、原位土壤碳累积率增加以及沼泽和富有机质土壤向陆地迁移。与历史海平面上升相比，沼泽沉积物剖面更深，沼泽平台更宽，海平面上升中等，反映了垂直增加的速度和更快的沼泽迁移。相应的，适度海平面上升下的土壤碳积累和沼泽生产力也高于历史海平面上升。该研究还表明随着时间推移，沿海景观的大小和位置会发生变化，这与海湾地底部和沼泽边缘的侵蚀以及沼泽向退缩森林的迁移有关，两者都减少了沿海碳汇。此外沼泽边缘附近的外来碳质量最该，而沼泽内部的外来碳占主导地位。

图2是该研究在更大的海平面上升速率范围下进行的第二组实验，该研究量化了两个过程中海湾和沼泽之间的碳交换量，沼泽边缘侵蚀导致的碳外排随着海平面上升速率增加而增加。相对于海湾底部而言，沼泽的高程越大，沼泽土壤的碳储量越大，在较高的海平面上升率下，沼泽土壤的碳储量也越大，这导致更多的碳密度物质以更高的海平面上升速率从沼泽边缘被侵蚀，淹没在沼泽平台上的异源碳沉积也随着海平面上升的增加而增加。

图3确定了海平面上升对土壤碳累积率影响的极限，当在整个沼泽表面平均时，外来源可以为沼泽土壤贡献沼泽土壤有机碳总量的一半的碳，并且外来碳的沉积随着海平面上升的速率和洪水持续时间的增加而增加。尽管土壤碳累积率仍然升高，但海平面上升下土壤碳累积的下降趋势对应于连通性的下降，这支持了连通性在沼泽恢复力中的重要性。沼泽碳总量对顽固外来碳量敏感，沼泽面积和碳储量在海平面上升的中间速率下达到峰值，与外来碳的不稳定性无关，突出了沼泽的潜在行为及其适应海平面变化的能力。

图4研究证实了之前生态系统特异性发现，表明森林碳储量随着海平面上升的减少而减少，这是由于树木生物量的减少，是由于水深增加带来的容纳空间增加所驱动的。在中等海平面上升速率下，沼泽总碳和景观总碳的峰值是由土壤碳累积率、原生土壤碳累积率和沼泽大小的同步峰值引起的，这表明增加的有机质循环、增加的原位积累率和增加的沼泽面积都有助于增加景观碳储量。沿海景观各组成部分的大小变化是决定景观尺度沿海碳储量对海平面上升响应的主要因素。

编者按

生态系统连通性倾向于增加生态系统在各种陆地和海洋环境中应对压力源的恢复力和功能。该实验独特地揭示了气候变化增加了相邻生态系统之间的连通性，从而在一定程度上增强了整个沿海景观的功能，之后则导致生态系统功能的下降，连通性的增加和高沿海景观碳储量的维持是有代价的。

转自：“西农RE学术社”微信公众号

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