小苏: 我们野外站的简介中写道：“2021年10月，台海站依托海洋科学、生态学等国家‘双一流’学科和海洋科学、环境科学、水生生物学等国家级重点学科，整合了厦门大学在台湾海峡上升流生态系统、红树林等滨海湿地生态系统长期综合观测和定位研究等优势力量，获科技部批准成为国家生态系统野外科学观测研究站”。以红树林为特色的滨海湿地生态系统在野外站建设中具有的重要地位，漳江口实验场的长期观测断面就穿越过著名的漳江口红树林国家级自然保护区，多年来一直支持着厦门大学的生态学家和海洋学家从事野外观测和研究。从已经在国内外专业期刊上发表的一系列研究论文中，应该可以追索到为红树林湿地生态系统几代“量”碳人足迹吧。
老海：滨海蓝碳生态系统主要由植被碳库和沉积物碳库（也叫土壤碳库） 两大部分组成。其中，植物通过光合作用固定二氧化碳形成生物量，并通过根系在厌氧沉积物环境中的分解进一步形成沉积物中的有机碳。沉积物碳库根据来源可分为内源碳和外源碳，内源碳是由植物本身形成并进入沉积物中的碳，而外源碳则是来自于周边邻近的生态系统（如流域和近海）的碳，通过水体中沉积物输运，并被捕获、埋藏后加入沉积物碳库。最早进入生态学家视野的，是红树林的植被碳库。1957年，厦门大学生物系何景先生在《生物学通报》上发表的《红树林的生态学》一文，提出当时九龙江口辽（寮）东村高达10米的秋茄树林，靠的是当地乡民的长年呵护，红树林生态保护十分重要。他那刚毕业留校的学生林鹏，遂毕生投入中国红树林的研究、保护和教育事业之中。
小苏: 四十余年后林鹏教授被评为中国工程院院士，他在中国红树林研究中的代表性贡献是什么？
老海：林鹏教授总结出我国红树林具有的“三高” 特征，即高生产率、高归还率、高分解率。在1997年出版的《中国红树林生态系》一书中，厦门大学林鹏教授根据海南东寨港、广西英罗湾和福建九龙江口等三个红树林的定位研究和为期6、5和11年的连续观测，计算了海莲林、红海榄林和秋茄林的现存量分别为420、290和162 Mg ha-1，生产力分别达到29.5、15.4和23.5 Mg ha-1 a-1, 年凋落物量为12.6、6.3和9.2 Mg ha-1 a-1, 落叶半分解期为20~71 d。据此，林鹏教授提出了我国红树林具有“三高” 特征，也证明了红树林高效的固碳和储碳能力。
小苏: 为期6、5和11年的红树林定位站连续观测！一句高度浓缩的“高生产率、高归还率、高分解率”，包含着多少艰苦的野外观测工作呀。
老海：1980年代，林鹏领衔的红树林课题组有卢昌义、郑文教、郑逢中、连玉武、庄铁城、林光辉等师生。根据卢昌义的回忆，课题组率先对中国六省区（包括台湾省）的红树林进行广泛的调查和研究，在此基础上，选择了福建、海南、广西3个有代表性的红树群落，基于动物、植物、微生物的整体视角，开展历时最长且全方位的生态系统结构与功能的定位研究。他们对多种“标准木”进行包括地上部和地下部“挖地三尺”的生物量皆伐实验和研究高回归率的林木凋落物实验（图1）。 直到1988年发表《两种红树植物落叶分解速率的研究》论文时（图2），终于在前人总结的红树林群落生产力相当高，能产生大量的凋落物具有高归还率等特点之后，再加上课题组长期野外观测研究证明的凋落叶在林地里较快的分解速率，第一次概括出红树林群落具有“高生产力、高归还率、高分解率这种‘三高’的特征”。
图1 林鹏（后排戴帽者）和连玉武（左二）带队在福建九龙江口红树林区进行“挖地三尺”的生物量研究（载于：袁东星，李炎，洪华生．《春潺入海—厦门大学环境科学的成长》．厦门大学出版社，2023版，第251页）
图2 卢昌义、林鹏的《两种红树植物落叶分解速率的研究》论文截图（载于：《厦门大学学报自然科学版》1988年第27卷第6期，第679页）
小苏: 若按50%的生物量含碳率计算，当时九龙江口秋茄林生产力达到11.8 Mg C ha-1 a-1,即1180 g C m-2 a-1, 要比全球红树林湿地的平均值699 g C m-2 a-1高出60-70%。
老海：2008年，厦门大学校长邀请经过“生物圈2号”试验和中国科学院植物研究所历炼的林光辉回母校任教。他一到校就全力推动装备了涡度通量观测塔的新一代红树林湿地定位观测站的建设。野外观测组织经验丰富的他，一方面与漳江口红树林国家级自然保护区管理局签订框架协议，合作建设红树林长期定位研究站，另一方面争取戴民汉主任的支持，将近海海洋环境科学国家重点实验室新采购的涡度通量观测设备，配上标准的观测塔架，就在保护区的样地边，开启了中国红树林湿地碳通量的高频率长期观测进程（图3）。
图3 漳江口红树林湿地长期定位研究站的栈桥和通量塔（摄于2009年）
小苏: 涡度通量观测塔的观测间隔多设在30分钟。十余年下来，漳江口红树林湿地长期定位研究站已经积累了海量的二氧化碳通量可信观测成果。依此统计的滨海生态系统的初级生产力和生态系统呼吸长期平衡结果——净生态系统生产力，也就是这片同样以秋茄林占优势的红树林生态系统光合固碳的贡献究竟是多少呢？
老海：2015年，刚从美国留学归来的朱旭东接手了漳江口滨海湿地涡度通量观测平台，十年如一日，持续开展红树林、盐沼、养殖塘等滨海湿地温室气体通量与遥感光谱长期连续观测（图4）。根据这些涡度通量观测成果，他发表的漳江口红树林湿地净生态系统生产力数据有：2017年的1255 g C m-2 a-1 , 2018年的1211 g C m-2 a-1，2019-2023年的1190 g C m-2 a-1，还有2020年的1075.8 g C m-2 a-1。取前三个数据计算的7年平均值为1202 g C m-2 a-1。
图4 漳江口红树林湿地长期定位研究站通量塔位置及足迹（载于：Zhu, X., Qin, Z., & Song, L. (2021). How land-sea interaction of tidal and sea breeze activity affect mangrove net ecosystem exchange? Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 126: e2020JD034047.）
小苏: 很有意思，多年涡度通量观测的漳江口红树林湿地净生态系统生产力，与当年林鹏根据九龙江口红树林生物量年增量计算的植被净生产力量值相当接近。
老海：不同途径和前提条件下观测的净生产力参数存在一定的差别。但是这个差别的下调，表面上属于滨海蓝碳生态系统碳库分配的内部调整，宏观上可视为生态系统与地球系统共同的，可能具有自适应能力的约束。譬如，当红树林湿地生态系统发育已趋成熟时，植被碳库储量已经达到其最大值，碳交换速率净值恰好维持该系统的新陈代谢，蓝碳储量的增长可能偏向对地球系统调控更为敏感的沉积物碳库积累。
小苏: 红树林湿地沉积物碳库又是怎样观测的？
老海：目前应用最广泛的是地表高程-标志层监测体系（简称SET）。自1993 年起, 美国地质调查局建立了这种可监测年际间地表高程变化和垂直沉积速率的监测系统。近年来, 我国滨海湿地也逐步建立北起辽河口、南到海南文昌, 西达广西北仑河口, 覆盖红树林、盐沼和海草床等三大滨海湿地生态系统的监测网络，厦门大学陈鹭真成为这个网络的积极倡导者（图5）。2022年，她与台湾中兴大学林幸助还共同开展了“两岸共通蓝碳标准体系”研究，借福建布设的约100套，台湾布设的18套SET，组织起两岸蓝碳监测技术和成果的匹配和比较。根据她的报道，漳江口红树林湿地的地表高程变化为19mm a-1，垂直沉积速率为31mm a-1，都是全球同类湿地平均值的5~10倍。
图5 2024年，陈鹭真（左）和同行们在海南样地开展蓝碳监测工作（载自：http://www.chinatoday.com.cn/zw2018/bktg/202407/t20240716_800371950.html）
小苏: 植被碳库的生产力比全球平均值高出60-70%，沉积物碳库的垂直沉积速率却是全球平均值的5-10倍！海峡西岸河口湾红树林湿地应是全球最具沉积物碳库优势的端点类型呀？
老海：我赞成你的说法，中国和印度强烈河口沉积作用影响下的红树林湿地就是分布在全球红树林湿地碳埋藏速率直方图的高端。这些河口湾红树林湿地生物过程与沉积动力学之间的相互作用，拦截了大量红树林生态系统的内源碳，也同时富集了源自海洋方向的，富含海洋来源有机碳的，数倍于内源碳的细颗粒物质，有力地推动沉积物碳库优势的形成。此时的沉积物碳库演变，主要受控于外源碳的侧向交换，包括潮汐条件下的悬浮颗粒物净聚集，还有间隙水中的溶解有机碳和溶解无机碳净排放。这些外源碳交换过程叠加在内源碳埋藏的贡献上，给间隙水系统的碳排放带来了更大的压力。
小苏: 蓝碳侧向交换通量的观测确是场大挑战。2010年代初访问厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室的校友蔡卫君，就与戴民汉一起推动漳江口红树林湿地蓝碳侧向交换通量的观测研究。到了2016-2018年间，黄邦钦终于组织起“滨海湿地-河口系统多界面碳循环过程与通量”蓝碳团队项目，支持蓝碳侧向交换通量的野外观测航次和室内培养，应用水环境观测技术、同位素示踪技术和分子生物学技术，从多学科交叉视角揭示红树林湿地碳、氮等元素的侧向交换主控过程和机理。
老海：项目针对漳江口红树林湿地一个潮沟组织了多次联合观测。关于该潮沟的碳侧向交换通量，我注意到两篇论文。一篇是张娜等2017年在漳江口红树林湿地一个潮沟的24小时时间序列观测，利用Ra同位素、溶解无机碳（DIC）、溶解有机碳（DOC）、总碱度、pH、流速的测定，估算出通过孔隙水从红树林湿地经该潮沟向海洋输送的DIC（4437g C m-2 a-1）和DOC（1454g C m-2 a-1）通量。另一篇是王桂芝团队在同一潮沟于2018年雨季和2019年旱季采用222Rn和228Ra示踪方法，也估算了通过孔隙水从红树林湿地经该潮沟向海洋输送的DIC（8191-10249g C m-2 a-1）和DOC（1040-2365g C m-2 a-1）通量。显然，漳江口红树林湿地与海洋之间存在双向碳交换，包括海洋源有机颗粒物聚集向红树林湿地的负向通量，以及内源及外源有机物在红树林湿地“燃烧”后而返回海洋的DOC及其产物的DIC正向通量，量级上均远大于其净通量。按上述论文成果推算，当赖以形成间隙水潮交换的潮沟面积占到整个红树林湿地面积的10%时，红树林湿地侧向碳交换的均衡方可维持。
小苏: 是呀，航次式的侧向交换通量观测尚可获得概念性的认识，但是要得到像通量塔关于垂向交换通量一样的确定性结论，需要在红树林湿地的潮沟与潮坪两类典型样地，建设聚焦红树林湿地侧向碳交换关键要素的高频率长期观测平台。我们要发扬前辈们的科学精神，发挥国家生态系统野外科学观测研究站的装备优势，创建红树林湿地蓝碳侧向交换的高效可信观测体系，努力开启全球红树林湿地蓝碳通量观测的新纪元。
参考文献
陈一宁、陈鹭真：《滨海蓝碳生态系统的碳库间相互作用研究进展及展望》，载于：《海洋学研究》2023年第41卷第1期，第3-13页。
陈鹭真、杨盛昌、林光辉：《全球变化下的中国红树林》，厦门大学出版社 2021版。
袁东星、李炎、洪华生：《春潺入海—厦门大学环境科学的成长》，厦门大学出版社 2023版。
卢昌义、林鹏：《两种红树植物落叶分解速率的研究》，载于：《厦门大学学报自然科学版》1988年第27卷第6期，第679-683页。
Alongi, D M., 2014. Carbon Cycling and Storage in Mangrove Forests. Annu. Rev. Mar. Sci. 6:195-219.
Zhu, X., Qin, Z., & Song, L., 2021. How land-sea interaction of tidal and sea breeze activity affect mangrove net ecosystem exchange? Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 126: e2020JD034047.
Zhu, X., Chen, J., Li, L., et al., 2024. Asynchronous methane and carbon dioxide fluxes drive temporal variability of mangrove blue carbon sequestration. Geophysical Research Letters, 51: e2023GL107235.
Zhu, X., Sun, C., & Qin, Z., 2021. Drought-induced salinity enhancement weakens mangrove greenhouse gas cycling. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 126: e2021JG006416.
https://cee.xmu.edu.cn/info/1111/35765.htm
Chen, L., Chen, Y., Zhang, Y., et al., 2021. Mangrove carbon sequestration and sediment deposition changes under cordgrass invasion. In: Sidik F, Friess D A, eds. Dynamic Sedimentary Environments of Mangrove Coasts. Amsterdam: Elsevier Press, 473-509.
张娜、王继纲、 高敏学, 等：《福建漳江口红树林湿地溶解无机碳横向输送的研究》，载于：《海洋科学进展》 2023年第41卷第4期，第737-752页。
Jiang, W., Wang, G., Li, Q., et al., 2023. The fate of carbon resulting from pore water exchange in a mangrove and Spartina alterniflora ecozone. Acta Oceanologica Sinica, 42(8): 61-76.
文|李炎
排版|李灿如
