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Nature Climate Change:全球红树林土壤碳储量及其损失

媒体:生态学家  作者:JinTao.Li
发布:红树林基金会 2019/2/11 16:19:48

导读

红树林具有非常高的储碳能力,然而,由于人类活动的干扰,红树林生态系统已经严重衰退和大规模丧失。研究人员收集了尽可能多的红树林土壤碳数据,评估了全球各个国家红树林土壤碳储量,以及砍伐所造成的潜在CO2当量排放,同时也确定了未来全球需要优先保护的红树林碳热点地区。


原文信息:

题目:Global patterns in mangrove soil carbon stocks and losses

期刊:Nature Climate Change

作者:一作&通讯:Trisha B. Atwood【Utah State University(犹他州立大学)】

时间:2017-6-26


 

研究背景

红树林(mangrove)仅占陆地表面的0.1%(约81,485平方公里),但与其它陆地森林不同的是,红树林能够在千年时间尺度内持续将大量碳(C)封存在土壤中,是世界上含C量最高的森林之一。红树林具有复杂的根系结构、高沉积速率、厌氧的水生环境以及缺乏火灾干扰,这一系列特征使得,相比其它陆地森林,红树林土壤的C周转速率要慢一千倍,而C埋藏速率要高一个数量级。

 

然而,由于人类活动的干扰(例如滨海开发、排水、围垦、水产养殖、环境污染等),红树林生态系统已经严重衰退和大规模丧失。在过去的60年里,超过三分之一的红树林已经消失。尽管许多国家都采取了保护措施,但全球红树林还在以每年约0.2%的速度消失。全球红树林的衰减不可避免地引起了人们对其土壤中大量C命运的担忧。相关研究表明,滨海植被的退化和消失有可能扰动到1米深度的土壤C,使其矿化为CO2,释放到大气,加剧温室效应。而且,由于红树林土壤的C沉积需要数千年才能形成,一旦被破坏,就算重建红树林,土壤中的C也无法在人类时间尺度上恢复过来。

 

准确、全面地评估全球红树林土壤C储量,既可以为生境丧失对CO2释放影响研究提供重要参考,而且还可以为未来的滨海蓝碳保护区建设提供科学依据。到目前为止,在评估红树林丧失所造成的温室气体排放的工作和研究中,都是直接将土壤C库平均值和消失面积直接相乘。然而,直接使用平均值是非常粗暴和不可靠的,实际上不同纬度、国家甚至不同物种组成的红树林的土壤C库都有可能存在很大差异。此外,这种按照“平均值”的评估方式也无法指出哪些地区的红树林是更具有保护价值的(指防止温室气体排放方面),因此无法为红树林保护提供有效指导。

 

研究方法

对此,研究人员收集了发表或未发表的文献、研究报告和私人数据中的红树林土壤C储量数据,结合红树林生境的年丧失速率,对全球不同纬度、国家红树林土壤1米深度的C储量及其再矿化风险进行了全面的评估。研究最终所得到的红树林土壤C储量数据涵盖48个国家(世界上有105个国家有红树林)的1230个取样点,所涉及的面积占全球红树林面积的88%。

研究人员首先分析了所获数据的质量(数据质量的评分细节见方法部分及附件)。各国之间的数据质量差异很大。在48个国家中,有22个国家的数据质量得分低于14.7(总分:21)。此外,55%的国家严重依赖传递函数来评估土壤容重,并且50%的国家缺乏50 cm深度以下的土壤C数据。对于缺乏数据的国家,研究人员使用已知国家数据的平均值作为它们的碳储量(单位面积);对于缺乏1m深度的数据,通过已知数据进行拓展。

 

研究结果

北半球和南半球红树林的单位面积土壤C储量方面没有显著差异。不同纬度带的单位面积土壤碳储量存在显著差异(Figure 1),0°–10°S红树林的单位面积土壤C储量最高(351±138 Mg C ha-1),而20°–30°N红树林的最低(222±151 Mg C ha-1)。但是,红树林总的土壤C储量没有纬度分布特征,而红树林地上生物量具有纬度特征(在热带地区最高),这表明红树林土壤的C热点可能与地上生物量的C热点不重叠。

 

Figure 1 | 红树林的单位面积土壤碳储量的纬度分布特征


 

湿地能提供了丰富的生态系统服务,但往往含有较低的植物多样性,一般只包含单型属。然而,研究发现,相比单一林分的红树林,混交红树林的单位面积土壤C储量要高20%(Figure 2a)。在单型属的红树林中,不同属红树林土壤C储量差异明显(Figure 2b),其中最高的是拉关木( Laguncularia)和红树(Rhizophora)属。而在混合红树林中,含有5个属的红树林单位面积的土壤C储量比其他丰富度的红树林高70-90%(Figure 2c)。该分析仅显示了土壤C储量与红树林属丰富度之间的关联,并不一定意味着红树林群落组成与土壤C储量之间存在因果关系。然而,这一全球趋势表明,对红树林群落组成和物种丰富度对土壤C固存影响的研究是有必要的,特别是现在许多红树林造林和恢复计划只种植一个或两个物种(通常属于RhizophoraAvicennia属)。

 

Figure 2 | 红树林群落组成和土壤碳储量之间的关系


 

研究人员评估全球红树林的土壤C储量约2.6 Pg C(相当于约9.5 Pg CO2),要比之前的研究低~54%–78%。这可能由以下几个原因造成的:1、本研究只评估了1米深度的土壤C;2、研究人员使用的红树林面积数据比较保守。不同研究评估的红树林土壤C储量差异巨大,这凸显了开发更加稳健和标准化测量方法的必要性。

 

各国红树林土壤C储量差异很大(Figure 3a),最高的为印度尼西亚(831 Tg C),而最低的为埃及,仅有0.0001 Tg C。红树林面积几乎可以解释所有红树林土壤C储量间的变异(r2=0.972; Figure 4)。而事实上,土壤C储量排名前五的国家中,没有一个是C密度的前五名。这进一步强调有必要改进标准化方法来估算红树林面积。各国红树林单位面积土壤C储量差异也很大(Figure 3b),最高的为刚果民主共和国(936MgC ha-1),而最低的为沙特阿拉伯,仅有72 Mg C ha-1。尽管本研究中收集的数据无法进一步研究这种变异的来源,但是个别研究表明,土壤的物理化学特性(例如,岩溶土壤,距离海边的距离,土壤的盐度、氮和磷含量等)在红树林土壤C储量方面中起主要作用,可能导致是导致单位面积土壤C储量差异的原因。

 

Figure 3 | 红树林土壤碳储量(a, b)和由砍伐造成的CO2排放当量(c)

 

Figure 4 | 不同国家红树林碳储量和面积之间的关系


 

研究明确指出现有全球红树林的土壤C数据的数量和质量有必要进一步地补充和提高 (Figure 3)。例如,有44个国家的红树林土壤C数据无法获得,尤其是红树林面积分别排第8和第14的缅甸和古巴。此外,非洲的17个国家也没有数据。而且,有22个国家的数据质量得分低于总分的70%,因此,本研究评估的全球土壤C储量和CO2e(carbon dioxideequivalent,二氧化碳当量)有很大的不确定性。

 

红树林提供着丰富的生态系统服务,因此它们的衰退导致社会经济效益的丧失。全球范围内,每年约有131-639平方公里红树林丧失,约造成2.0-75 Tg C yr-1损失,相当于7.3-275 Tg CO2e yr-1,是全球陆地森林砍伐造成CO2排放总量的0.2–6%。由红树林砍伐造成的年CO2排放总量最高的前四个国家是印度尼西亚(3,511 Gg CO2e yr-1)、马来西亚(1,288 Gg CO2e yr-1)、美国(206 Gg CO2e yr-1)和巴西(186 Gg CO2e yr-1)(Figure 3c)。这5个国家加起来就占排放总量的~86%,而仅印度尼西亚就占~50%(Figure 5)。红树林单位面积土壤C储量仅解释年CO2e排放变化的9%(r2 = 0.09; Figure 6)。这些结果表明,红树林单位面积土壤C储量高的国家,其森林砍伐水平相对较低,CO2e排放也较少。刚果民主共和国、加蓬、喀麦隆、伯利兹和哥伦比亚的红树林单位面积C储量最高,目前的森林砍伐水平相对较低。研究人员指出,有针对性地对CO2e排放量高且土壤C含量高(> 500MgC ha-1)的红树林进行保护,在未来是最值得做的工作。

 

Figure 5 | 由红树林砍伐造成的累积土壤CO2排放当量

 

Figure 6 | 不同国家红树林单位面积碳储量和CO2e排放量之间的关系


 

研究结论

研究表明,红树林土壤C储量在纬度、国家和植物群落组成方面变化很大。如果为了达到CO2减排的目的,我们应该优先保护面积大的红树林,而不是优先选择土壤C含量高的小区域。首先,减少红树林面积大、单位面积土壤C储量高的国家的砍伐活动。事实上,如果能完全消除马来西亚和印度尼西亚的红树林砍伐活动,这将使CO2排放当量直接下降70%。第二,关注那些面积相对较大、单位面积土壤C储量相对较高的国家,特别是刚果民主共和国,加蓬和喀麦隆,建议这些家维持较低的森林砍伐率。随着全球对食品和生物燃料的需求不断增加,关于红树林未来的社会、生态和经济辩论也将愈演愈烈。因此,对红树林作为C汇的价值以及其他生态系统服务功能进行大规模评估,对于管理者和决策者准确评估红树林管理的经济和生态权衡至关重要。本研究评估了全球红树林土壤C储量,以及由红树林砍伐和退化所造成的潜在CO2当量排放,同时也确定了需要优先保护的红树林C热点地区以及需要紧急解决的数据差距。

湿地志愿者


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