湿地碳汇开发利用的几个热点问题研究｜论文
摘要：湿地碳汇对我国实现“双碳”目标是不可或缺的，我国已将湿地碳汇能力巩固提升作为碳达峰行动方案的重要部分。本文基于对湿地的广泛定义，针对当前湿地碳汇利用的几个热点问题，阐述了水湿条件是湿地碳汇形成的驱动与可持续利用的基础；分析了库差法进行湿地碳汇计量应注意的甲烷排放、碳库测定误差大、水平通量计算等问题；概括了项目级别湿地碳汇利用的独特之处，诸如：基准情景、额外性、GHG泄漏等；也提出了将湿地碳汇纳入自愿减排市场或抵扣强制减排量，仍需制定可执行的政策与技术规范的建议，以及湿地碳汇计量与核查可靠而易行的方法。
关键词：湿地碳汇；库差法；项目碳汇；碳汇交易
人类活动产生的大量温室气体排放引发了全球气候变化，已被大量的事实所证实。为了实现《巴黎协定》所明确的到本世纪末将全球升温控制在工业革命前水平的2℃之内、并努力实现1.5℃的目标，需要在本世纪的中叶到80年代之间，全球实现碳中和（carbonneutrality）,即大幅减少人类活动导致的温室气体排放，并利用碳汇来抵消全部的人为温室气体排放。
湿地是地球生态系统碳汇的重要部分。那么，究竟什么是湿地？据《湿地公约》，湿地（Wetlands）系指不问其为天然或人工、常久或暂时的沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体，包括低潮时水深不超过六米的海洋水域。因而，《湿地公约》所定义的湿地是以水湿为主要特征的一类生态系统，其不仅存在于陆地而作为陆地生态系统的组成部分，也存在于海洋属海洋生态系统的组成部分。无论湿地处于陆地还是海洋，它都与大气发生温室气体交换，即自大气中吸收或向大气排放温室气体。鉴于此，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）在2014年从人类活动所导致的温室气体排放和移除的角度出发，将湿地定义为一种土地类型，其全年或一年部分时间被淹没或水分饱和以至于达到其生物群落，特别是土壤微生物和生根植物，适应厌氧条件并控制年度内温室气体排放或移除的种类和数量。不难看出，IPCC这一定义更注重温室气体的排放与移除，旨在推动实现碳中和的社会变革。IPCC的湿地定义，明显与《湿地公约》给出的定义有差别，其应用会出现跨森林、草原、草甸、湖泊、海洋、滩涂等多个生态系统，但核心仍保持着水湿环境的前提条件。
总的来看，无论如何定义湿地，水湿的环境条件和适应水湿环境的生物，以及密切关联的碳移除或碳储功能与碳排放，是湿地的基本特质。充分利用湿地的基本特质，不仅使湿地在实现碳中和目标中提供有效的助力，而且应当使湿地碳汇成为实现碳中和目标不可或缺的部分。可以充分利用湿地的碳汇功能，特别是可行、有效以及能充分依托湿地自然优势取得多重效益的湿地碳汇开发利用方案、技术与实施，有着广泛的社会需求、价值，也吸引着研究者和学术界的兴趣。
一、湿地碳汇形成的驱动与可持续利用
湿地是否能成为碳的吸收汇或排放源，与湿地是否具备水湿环境条件直接相关。自然状态或保持完整生态特征的湿地，具有独特的水湿环境并支持着茂密的湿地植被和旺盛的植物生长，因而湿地往往有较高的净第一生产力；此外，水湿环境中的厌氧条件，使植物的枯枝落叶、残体、死亡的根系等往往得不到迅速彻底分解，大量呈初分解、半分解的有机质在湿地中积累，形成含有丰富有机质的湿地土壤和泥炭层，使湿地表现为碳的吸收与储藏功能。这是湿地碳汇形成的关键驱动和湿地提供储碳功能的基本特征。因而湿地是地球自然生态系统中碳密度最高的生态系统，成为地球重要的碳库之一。据估测：在陆地区域，湿地仅占陆地面积的2%～5%，却储藏有陆地生态系统20%～30%的有机碳；在海洋区域，海岸带湿地占海洋面积少于2%，却贡献了超过50%的海洋储藏的有机碳。湿地的巨大碳储藏，受到国际组织、各国政府、致力于地球环境保护民间组织等的高度重视。当然，水湿环境也导致了湿地产生甲烷的排放，使其即使在自然状态下也是地球生态系统重要的甲烷排放源。
湿地碳汇与以绿色木本为主的森林碳汇有着明显的差别。其一，水湿条件一旦因排干而丧失，则会导致长期积累的有机质被迅速氧化甚至燃烧,使其由碳汇很快转变为碳源；其二，湿地几乎不存在森林碳汇的平衡期。对于森林碳汇而言，随着森林群落进入成熟期，吸收固定的碳量与分解释放的碳量达到动态平衡，使得森林净固碳量围绕零值上下波动。对于湿地碳汇而言，只要湿地的水湿条件与生物、土壤等其它生态特征不变或基本保持，湿地就会一直保持碳储功能，成为持续的碳汇。
水湿条件驱动着湿地碳汇的形成与持续。对于湿地碳汇的可持续利用，不仅获得了可持续的碳汇，而且也有利于湿地的可持续生物多样性保护、美学价值的保持、下游良好水质的持续保障、流域的水资源可持续管理等多重的生态功能与服务的持续提供。如何保持并扩大湿地持续的碳汇力以及减少碳的分解，成为当今科学研究对湿地碳汇可持续利用的关键所在。
对于保持并尽可能扩大湿地的碳汇力，从而保持或使更多的碳被固定并进入到湿地生态系统中，制止使湿地水湿环境的丧失（如：排水），避免湿地的生物量与有机质被氧化甚至燃烧而导致碳排放，即采取保护措施或提高湿地水位来维持或还原湿地的水湿环境，发挥湿地自身特有的碳汇功能，已成为科学界的共识。这是包括湿地碳汇可持续利用的一切湿地管理措施的基本出发点与首要选择。
减少植物枯落物的分解，从而使更多的生物碳转化为有机碳而积累在湿地中，从理论上讲这是扩大湿地碳汇的另一重要途径。如何达到此目标，需要了解并掌握湿地植物枯落物的分解机制，这是近年来湿地碳汇研究的新热点之一。在探索湿地植物枯落物分解机理方面，已初步认识到：水温、pH值、溶解性氮素含量等环境因素影响着湿地植物枯落物的分解和有机质的转化；对于湿地植物自身而言，木质素含量丰富的植物枯落物有较低的分解率和较高的有机质转化率，也得到了一些研究的证实。
湿地排干（Drainage）是开挖排水沟渠或设置排水泵站等设施，使湿地排水并降低湿地水位，便于采挖湿地泥炭与有机质、放牧等一类的人为干扰（也有人认为是一类湿地管理措施）。湿地排干直接导致湿地水湿环境的改变，从而引起湿地植物群落的改变和碳水过程的改变，导致湿地由碳汇转变为以CO2、CH4、 N2O 排放为主的温室气体排放源。与湿地排干相对的湿地还湿（Rewetting），已被证实是阻断湿地排干并使湿地重新恢复生态功能，是实现湿地碳汇可持续的重要途径。因而，湿地还湿是指人为有意阻断湿地的排水设施并提高水位，使湿地重新恢复到排水前的水湿状态，并开展湿地植被恢复或其它湿地保育措施,如：湿地培育（Paludiculture）等湿地的人工保护实践。在还湿、恢复等湿地保育措施后经过一段时间（往往几年或十几年），湿地会重新表现出对难分解外源碳（RecalcitrantAllochthonousCarbon）的积累，即碳汇功能的恢复。对于湿地，什么样的还湿、恢复、保育措施能够使湿地在尽可能短的时间满足主要功能目标，并最大程度实现对难分解外源碳的累积，是近年来湿地科学研究的核心问题。
二、库差法估算湿地碳汇应注意的问题
湿地是大气二氧化碳（CO2）重要汇，也是重要的甲烷（CH4）排放源，对大气CO2和CH4的动态变化产生着重要影响。
对于碳汇，联合国气候变化框架公约（UNFCCC）定义为：从大气中清除温室气体、气溶胶或温室气体前体的任何过程、活动或机制。这一定义也被IPCC采用。“碳汇”与“碳移除（CarbonRemoval）”的含意基本相同，常常连接使用。国家清单报告（NIR）和两年更新报（BUR）等向UNFCCC秘书处提交的文件，“碳汇”已被明确要求在其前面加负号（-号），表示该碳汇是自大气中移除温室气体。按照碳汇的这个定义，湿地碳汇应当定义为：是在人类活动直接影响下，湿地所产生的对大气二氧化碳的清除。
湿地碳汇尽管有其独特性，但对其测定的要求如同其它碳汇一样，准确性仍然是第一位。类似于其它的土地利用（如：林地、草地），湿地碳汇的估算应当分别估算湿地对含碳温室气体和不含碳温室气体（湿地主要是：氧化亚氮）的移除或排放。当前，湿地氧化亚氮排放仍缺乏国际社会广泛接受的算法指南。因而本文所讨论的湿地碳汇估算，主要针对湿地对含碳温室气体移除或排放量的估算（基于湿地的特点，湿地的温室气体移除或排放仅限于CO2和CH4动态），较少涉及氧化亚氮（N2O）这一非含碳温室气体的排放。
对于我国开展的湿地保护、湿地还湿、湿地恢复、湿地保育等项目，究竟能获得多大的净碳汇，以及这些碳汇是否能成为可证实的标的进行市场交易，都是湿地经营管理者、科研人员、政府部门、碳市场参与者、社会公众所热切关注的问题。针对这一现状，本文依据有关IPCC等国际组织的算法指南与最新的科学文献，就库差法在湿地碳汇估算中的应用进行分析，以便使其不断完善，提高其精确度与便捷性、实用性。
库差法就是计算湿地在没有发生土地利用变化的前提下，各个碳库的一个时段或时间序列的各个始末时间的储量差。也就是说，地上生物量（AbovegroundBiomass）碳库、地下生物量（BelowgroundBiomass）碳库、死有机物（DeadOrganicMatter）碳库、土壤有机碳（SoilOrganicCarbon）库、木质林产品（HarvestedWoodProducts）在估算或考查期始末的差值，即为湿地的碳汇或碳源。正值表示湿地积累碳；负值表示湿地碳丢失，很可能是向大气排放二氧化碳。可用如下公式表示：
其中：
分别代表地上生物量、地下生物量、死有机物、土壤有机碳、收获木质林产品的碳储量。
地上生物量碳库：存在地表上的所有活的生物体储藏的碳量。地下生物量碳库：存在地表下的所有活的生物体储藏的碳量，主要是植物的根系。死有机物碳库：存在于地表上的死生物体、半分解的生物残体所储藏的碳量，在有树木生长的内陆湿地包含有枯立木和枯枝落叶等死的有机体；在草本植物为主的内陆湿地往往是其有机质层。土壤有机碳库：土壤中含碳有机化合物与微生物体所合称的土壤有机碳所储藏的碳量。木质林产品碳库：仅存在于有树木生长的湿地，且有木材收获并形成木质产品所储藏的碳量。
在采用库差法估算或考查湿地碳汇时，特别需要注意如下三点。其一，由于湿地产生 CH4排放，因而在计算出碳库差值后，需要采用二氧化碳等量的途径减去或加上同期的甲烷排放量，得到的结果才是湿地在估算或考查时期的净碳汇量或净碳排放量；其二，需要对库差法的适用性有充分认识，库差法需要对各个碳库进行计算，对于有的湿地因土层深厚也存在着测得的土壤有机碳含量、土壤容重等主要参数的空间变异大，估算期或考查期内的土壤碳库变化量相对于库容量而言，数值太小且未明显超过测定误差。那么，采用库差法进行湿地碳汇估算就严重受限，甚至计算结果偏差较大、难以反映真实情况。此种情况下，就需要采用益损法（Gain-LossMethod）来对湿地碳汇进行计算。其三，湿地的氧化亚氮排放量较小可忽略不计或依据某种规则不需要计算时，库差法才可以使用；否则，仍需按照二氧化碳等量的途径，在库差法计算结果上减去或加上（净碳源情况下）氧化亚氮的排放量，才能得到湿地的二氧化碳当量的净碳汇量或排放量。
需要专门指出的是，湿地碳汇应当视为其净固碳量。由人工污染物或废弃物（如：沥青或生活垃圾等）、或来源于上游的、或其它源的有机碳等在湿地中的堆积，导致湿地的储碳量增大或/和排放量增大（如：甲烷排放量增大），都应当依据这些水平源的输入通量进行相应扣除。依据国际广泛使用的IPCC指南，原则上这些输入项已在其它领域或土地利用类型做过了有关的核算统计。这一点对于一些非源头的河流型湿地、红树林湿地、开放型盐沼等，在估算或统计其碳汇时需格外注意。
三、项目级别的湿地碳汇估算的特殊问题
以恢复水湿环境为主要目标的湿地还湿，以及严禁滥挖、滥采、滥垦和滥捕乱猎等活动的湿地保护，维护湿地生态特征与生态功能为前提生产力的提升、美学价值维护的湿地恢复或保育等等，大多是以项目的形式来实施。此类项目级别的湿地碳汇估算，不同于国家、区域尺度的湿地碳汇计量。而此类项目级别的碳汇，却又是湿地碳汇进入碳市场进行交易的主体与基本标的。因而，项目级别的湿地碳汇估算，急需有科学依据充分、应用便利的方法学指南与技术标准。
无疑，IPCC的《2013湿地增补指南》以及《2019对2006国家温室气体清单指南的精细化》为湿地碳汇的估算提供了基本方法学，并给出了湿地碳汇纳入国家气候变化缓解核算体系、以及项目级别湿地碳汇估算的基本依据。
项目级别的湿地碳量，无论是估算还是计量，都应明确并拥有以下几点:
1.项目区边界（Boundaries）：包括项目的计入期（Creditingperiod）、地理位置界限（Geographicboundaries）等时空边界，以及内部的层级划分（Stratification）、面积等信息与资料，它们都与碳汇量的最终估算结果直接关联。
2.基准情景（Baselinescenario）：也称为基准线（Baseline）或初始条件（Initialcondition），湿地保护、湿地保育、排干湿地还湿等不同的湿地管理状况，选择不同的基准情景，对湿地碳汇的最终估算产生直接的影响。一般情况下，若湿地已经历了相对稳定且已持续实施多年的湿地管理措施，则当前的湿地状况，如当前的净碳储量或无管理措施的湿地净固碳量（自然状况下湿地所具有的净固碳功能），可选择为基准情景。
3.额外性（Additionality）：项目的实施所采取的管理措施，如湿地的保护、还湿、保育等管理实践所带来的湿地碳汇增加的有关信息与资料，如有关各项管理措施的名称、起始时间、实施具体内容等，以及湿地碳库各项的库差变化或垂直与水平净通量的变化等。在采用库差法说明项目的额外性时，需以最小的不确定性计算地上生物量、地下生物量、枯枝落叶层、土壤有机碳、枯立木、收获木质林产品等各个碳库的差值，以及甲烷与氧化亚氮的排放。额外性的材料需要项目方以完整的档案形式提供、保存、备案。
4.GHG泄漏（GHGLeakage）：针对项目的管理措施，需要对项目去除基准情景、项目活动与管理措施等之外的，其它一切引起的湿地碳储量或/与GHG净通量可测度变化的量及因素或活动予以排除或扣除的有关信息与材料，以确保湿地碳汇量完全在额外性框架内并未受到其它因素的干扰而发生变化或改变，以及不存在未纳入基准情景或额外性范围之外的并引起项目区碳储量变化或净通量变化的活动或管理措施。为了防止GHG泄漏的发生，可在项目区周边或临近区域设置缓冲区（Bufferarea）。
上述四方面的内容，无疑是项目级别湿地碳汇估算或交易安排的基本要求和需要满足的前提条件。另外，在湿地碳汇开发政策、碳汇交易制度制定时，应将湿地的污水净化、水资源涵养、生物多样性的保育等方面的生态服务功能的取得，以及在其它湿地管理（如湿地公园等项目设计下持续投入）所得到的碳汇增量，也纳入项目级别湿地碳汇管理的范畴。
到目前为止，将湿地碳汇纳入国家整体的碳收支中，特别是列入UNFCCC缔约方的国家清单报告，已成为各缔约国不约而同的行为。湿地碳汇的开发利用，对我国实现“双碳”目标不可或缺。我国已将湿地碳汇能力巩固提升作为碳达峰行动方案的重要部分。但将湿地碳汇纳入自愿减排市场或用于抵消部分的强制减排量，还需要在湿地碳汇的证实、交易量核定、交易的上限、定价机制形成等诸方面，制定切实的可执行政策与规范。
作者简介
张称意，国家气候中心研究员、理学博士，主要研究成果：温室气体清单编制方法学和地气间温室气体的交换，历任IPCC《湿地增补指南》CLA、《2019对2006国家温室气体清单指南的精细化》，LA和EFDB编委会成员。
文章来源
本篇文章发表于《中国能源》杂志2023年1-2合刊。