自工業(yè)革命以來，大氣中CO2、CH4、N2O等溫室氣體濃度顯著增加，導致全球氣候變化。自20世紀70年代以來，有關(guān)溫室氣體的研究越來越受到世界各國政府和學術(shù)界的關(guān)注。[68]從檢索到的文獻和相關(guān)著作看，目前對濕地碳匯的研究主要集中在濕地固碳與儲碳能力、濕地碳匯計量方法、濕地碳匯潛力的評估、濕地碳匯控制因子的研究等方面。

0.4.2.1 濕地固碳與儲碳能力

濕地植被可以通過光合作用吸收大氣中的CO2，從而發(fā)揮儲碳、固碳的重要生態(tài)服務功能，在全球碳循環(huán)中占有重要地位。[68,69]濕地儲碳固碳研究成為近年來研究熱點。目前對全球濕地碳儲量總量的估計，有眾多研究。DingWX等[70~77]從不同的角度研究了濕地的儲碳固碳功能。Zhang等[79]認為，濕地碳庫儲量占陸地碳庫總儲量的15%～30%。Parish F[80]認為，全球所有濕地面積之和僅占地球陸地面積的4%～6%，但它卻是全球最大的碳庫，碳儲量約為770×108 t，占到陸地生物圈碳素的35%，超過農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)（150×108 t）、溫帶森林（159×108 t）及熱帶雨林（428×108 t）的碳儲量總和。段曉男、王效科等[81]通過分析評價我國沼澤濕地土壤固碳速率，估測了我國各種類型沼澤濕地總的固碳能力為4.91TgC·a-1。劉曉輝、呂憲國[76]通過土壤和植物固碳功能的量化，估測了三江平原沼澤濕地的固碳總量為2.75億t/a。這些學者雖然研究的角度不同，但均認為濕地生態(tài)系統(tǒng)具有很強的固碳能力，能夠作為一個抑制大氣CO2濃度升高的碳匯。[68]

圖0-1　主要生態(tài)系統(tǒng)碳匯研究相關(guān)文獻總數(shù)

圖0-2　2000～2014年濕地碳匯研究相關(guān)文獻總數(shù)

在濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳與儲碳能力的估算方面，國內(nèi)外學者已經(jīng)開展了廣泛而深入的研究。Crill[82]等通過對北方泥炭地濕地植物的研究，得出其固碳能力約為0.31 kg·m-2·a-1；Aselmann[83]等通過研究認為，全球濕地植物的平均固碳能力為0.05～1.35 kg·m-2·a-1；我國學者馬學慧[84]等通過對三江平原沼澤地碳循環(huán)的研究，計算得出濕地植物的固碳能力為0.80～1.20 kg·m-2·a-1；梅雪英[68]等以崇明島東灘蘆葦濕地為例，研究了長江口濕地植被的儲碳固碳能力，得出其植物固碳能力為1.11～2.41 kg·m-2·a-1；李博[74]等在實地調(diào)查和實驗室測定的基礎上，研究了白洋淀濕地蘆葦?shù)膬μ脊烫脊δ埽J為白洋淀濕地蘆葦?shù)奶純α繛?.52～3.44 kg·m-2，其固碳能力為0.82～1.65 kg·m-2·a-1，是全國陸地植被平均固碳能力的1.7～3.4倍、全球植被平均固碳能力的2.0～4.0倍；李孟穎[85]以全球變化為背景分析了天津濕地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯作用，估算了濕地（濱海、河流、湖泊、沼澤、人工濕地）碳匯總量；索安寧[69]等測算了遼河三角洲主要濕地植被的生物量和凈初級生產(chǎn)力，研究了該地區(qū)濕地植被的儲碳和固碳能力，得出該區(qū)植被的平均固碳量達17.68 t/hm2·a，是我國陸地植被平均固碳能力的3.59倍、全球植被平均固碳能力的4.31倍；張桂芹[89]等在采用3S技術(shù)及野外考察法對濟南市濕地資源進行調(diào)查的基礎上，估算了濟南市不同濕地類型（河流、湖泊、沼澤、人工濕地）的碳儲量，發(fā)現(xiàn)沼澤濕地的碳儲量和當年碳增量最大，分別達到541萬t和27萬t；米楠[5]等通過對寧夏旱區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的研究，得出寧夏濕地總碳儲量為1502.80萬t，約占寧夏旱區(qū)5種主要生態(tài)系統(tǒng)（林地、灌木、草地、濕地、特色經(jīng)果林）碳匯的45.03%，比全球濕地總碳儲量占全球陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫的百分比（10%～35%）高出10多個百分點；李鴻鵠[86]根據(jù)當前的氣候環(huán)境情況，從扎龍濕地的土壤和植被入手，研究了扎龍自然保護區(qū)的碳匯功能，并對影響扎龍濕地碳匯功能的因素進行了探討，提出了保護濕地的措施；呂銘志[92]等對比分析了不同氣候條件下紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)碳源、碳匯特征及其影響因素，認為紅樹林濕地在固碳速率和固碳潛力方面都要高于泥潭沼澤和苔蘚泥炭沼澤。

0.4.2.2 濕地碳匯測定方法

濕地碳儲量包括土壤碳儲量、植被碳儲量和水體碳儲量。濕地植被碳儲量包括地上生物量、地下生物量、枯死木生物量、枯落物生物量[88~90]；水體碳庫主要包括水生植物生物量、水體碳和沉積物碳[91，92]。濕地碳儲量估測的理論基礎的研究，是濕地碳儲量的科學計量、精確報告、有效核查的概念框架、方法論和技術(shù)體系建立的重要支撐[50]。關(guān)于濕地碳儲量及碳匯效應的理論基礎的專門研究比較少，學者們主要是針對森林、農(nóng)田、草地等陸地生態(tài)系統(tǒng)的研究開展的。主要理論有生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力理論、生態(tài)系統(tǒng)演替理論、生態(tài)系統(tǒng)管理理論、碳循環(huán)理論、景觀生態(tài)學原理、濕地恢復理論等。于貴瑞等[50]提出了生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力是分析生態(tài)系統(tǒng)固碳量、固碳速率和潛力的理論基礎，固碳速率會因生態(tài)系統(tǒng)類型、區(qū)域性環(huán)境條件以及人為干預措施的影響而改變是定量分析和認證生態(tài)系統(tǒng)固碳能力與固碳速率的生態(tài)學基礎；同時提出生態(tài)演替理論、生態(tài)系統(tǒng)管理理論等是提高碳匯潛力的理論基礎；提出通過生態(tài)系統(tǒng)管理水平的提高增加生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能和增匯潛力必將成為應對氣候變化的重要途徑，是必須給予高度重視的碳匯。濕地碳匯功能研究的這些理論和方法的進一步整合以及新理論和方法的引入及提出，是未來碳匯功能理論研究的一個新趨勢。

濕地碳匯測定與評估方法是碳匯研究中的重要科學問題。崔麗娟等[92]對濕地生態(tài)系統(tǒng)各組成部分碳儲量估測方法進行分析研究，指出濕地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量估測應當充分融合水域和陸域各碳儲存庫的估測方法。目前，學者們運用和探討的固碳量估測方法，主要是針對濕地植被生物量、植被含碳量以及濕地土壤碳儲量的估測。濕地生物量測算方法研究是精確估測濕地生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能的一個支撐，也是學者們討論最為廣泛和深入的。濕地地上生物量的估測方法主要有樣地實測法、非破壞性估算法、基于遙感信息估測法和生物量遙感估測模型等。[5，8]其中，樣地實測法是最基本、最可靠、最成熟的方法，廣泛應用于小尺度生物量估測。[4，92]梅雪英、張修峰等學者[34~36，68，92]開展了深入的討論和研究，采用了傳統(tǒng)的生物量測算法、經(jīng)驗公式法、回歸等式法估測濕地生物量。但這些方法在中到大尺度實施難度較大，且難以形成一個通用的、行之有效的估測方法。而遙感估測植被生物量法在大尺度范圍內(nèi)植被生物量的估算中則顯現(xiàn)出優(yōu)勢[92，93]，主要方法有遙感信息參數(shù)擬合生物量的方法、遙感數(shù)據(jù)與過程模型相結(jié)合的方法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡模型法和基準樣地法等。[93]遙感信息參數(shù)擬合生物量的方法是在分析植被指數(shù)、主成分、紋理特征值等遙感信息參數(shù)與實測植被生物量相關(guān)性的基礎上，通過建立生物量估測模型來反演植被生物量；遙感數(shù)據(jù)與過程模型相結(jié)合的方法是應用遙感數(shù)據(jù)反演過程模型中生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部各種生理生態(tài)參數(shù)，該方法估測結(jié)果更為可靠。[93]樸世龍、方精云[94]基于GIS和遙感技術(shù)，利用CASA模型對濕地生物量進行估測，具有較高的精度，同時克服了地面站點數(shù)據(jù)難獲取的缺點，表明遙感技術(shù)應用于濕地固碳量估測的可行性，為濕地生態(tài)系統(tǒng)生物量和NPP的精確測算提供了新的分析估測方法。同時3S技術(shù)等現(xiàn)代手段逐步應用，提高了濕地生物量測算的精度。目前，使用遙感波段信息和植被指數(shù)與生物量實測數(shù)據(jù)建立一元線性模型是生物量反演的主要方式。將光譜信息、紋理特征、植被指數(shù)、實測數(shù)據(jù)結(jié)合建立生物量估測模型，能夠提高生物量估測精度。濕地植物地下生物量的測定方法主要包括挖掘收獲法、鉆土芯法、內(nèi)生長土芯法、微根區(qū)管法、根冠比法、同位素法、元素平衡法等。[92]其中，鉆土芯法和根冠比法是目前應用較廣的方法，尤其是根冠比法在大、中尺度范圍生物量的估算中得到了更為廣泛的應用，采用與地上生物量的比值來估算地下生物量。[5]利用遙感估測植被碳含量常用的方法是分析植被生物量與植被指數(shù)、葉面積指數(shù)等之間的關(guān)系，建立植被生物量估測模型進而反演出植被生物量，然后乘以碳含量轉(zhuǎn)換系數(shù)[92]。

目前，國內(nèi)對濕地生態(tài)系統(tǒng)碳匯的系統(tǒng)研究較少。在濕地生態(tài)系統(tǒng)碳匯的估算中，主要依據(jù)Whittaker[95]和Schlesinge[96]提出的碳匯估測方法，進而確定相應的估算方法。張桂芹、米楠、米文寶[5]等也采用此方法估算了不同地區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)的碳匯。

土壤有機碳含量的測算也是當前全球碳循環(huán)研究的熱點之一，但不同學者之間的估測值差異較大。從估測方法看，主要有基于土壤剖面的直接估測法和基于生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程模型的間接估測法。這兩種方法各有優(yōu)缺點，將遙感的高時空分辨率特征、反映生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)動態(tài)變化的過程模型、實際測量的土壤有機碳結(jié)合起來，保證了土壤有機碳總量估測的準確性。周濤、史培軍等[97]采用碳循環(huán)過程模型估測了中國典型土壤碳儲量。陳泮勤、王效科等[44]等利用固碳速率、土壤碳密度、土壤有機碳含量、土壤容重等參數(shù)，對中國濕地、三江平原濕地、若爾蓋高寒沼澤濕地儲碳固碳能力進行了研究。模型模擬是預測有機碳長期變化的重要方法，為大量的觀測數(shù)據(jù)、分析和預測大尺度的生態(tài)系統(tǒng)過程提供了有力工具。張文菊[98]等采用濕地觀測和濕地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模擬模型，研究了東北三江平原重點濕地沉積物剖面有機碳的組分與分布特征。喬婷[93]采用遙感反演方法研究了東洞庭湖濕地碳含量。馬瓊芳[99]用實地調(diào)查—實驗室測定—遙感集成的方法研究了若爾蓋高寒沼澤生態(tài)系統(tǒng)碳儲量。苗正紅[100]采用GIS和地統(tǒng)計學方法及遙感集成方法研究了三江平原土壤有機碳儲量動態(tài)變化。

從已有的研究來看，土壤有機碳含量的測算主要有土壤剖面估測法和模型估測法，這兩種方法各有優(yōu)缺點。在土壤碳儲量的估算上確定的公式[95]為Cstock=BD×Corg×D×A，式中，Cstock為碳儲量（t·hm-1），BD為土壤容重（g·cm-3），Corg為土壤有機質(zhì)含量（%），D為圖層厚度（m），A為面積（hm2）。李鴻鵠[86]等在測算扎龍濕地碳儲量時也選用了與此類似的計算模型，即USC=TOC×D×S×104×ρ。式中，USC表示某一深度范圍內(nèi)單位土壤有機碳含量（t），D表示計算深度（m），S為樣品代表的土壤面積（hm2），104為土壤面積換算系數(shù)，ρ為土壤容重（t/m3）。將遙感的高時空分辨率特征、反映生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)動態(tài)變化的過程模型、實際測量的土壤有機碳結(jié)合起來，保證了土壤有機碳總量估測的準確性。模型估測法是通過各種土壤碳估測模型來估測土壤有機碳儲量，主要有相關(guān)關(guān)系模型、機理過程模型和基于實測數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)的模型等[93，97]。目前，基于實測數(shù)據(jù)和遙感數(shù)據(jù)的模型估測方法也取得了很多成果。一些學者發(fā)現(xiàn)TM影像1、2、3、4和5波段與土壤有機質(zhì)相關(guān)性最大，3S技術(shù)和樣地實測數(shù)據(jù)相結(jié)合可以解決由點到區(qū)域的土壤碳儲量估測問題[93，97]。

以上研究工作的開展，從不同角度不同層面研究了我國濕地碳儲量現(xiàn)狀和分布特征，豐富了濕地固碳能力研究的理論和實踐方法，推動了理論的深化和方法的創(chuàng)新。但應該看到，這些研究方法在濕地固碳量測算中各有優(yōu)缺點。因此，采用3S技術(shù)加以典型樣地調(diào)查和非破壞性采樣技術(shù)及濕地遙感—碳估測模型數(shù)據(jù)集成的綜合方法，是濕地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量及碳匯功能研究的新進展。

旱區(qū)濕地碳儲量研究是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究中不可缺少的重要組成部分，但目前尚未引起學術(shù)界的足夠重視。關(guān)于旱區(qū)濕地碳儲量及碳匯能力的系統(tǒng)研究成果比較少，其濕地植被碳儲量和土壤碳儲量及其變化過程仍不明晰。卜曉燕、米文寶等[101]研究了寧夏平原濕地土壤有機碳及其空間分布規(guī)律。張雪妮、呂光輝[102]研究了艾比湖濕地自然保護區(qū)土壤碳庫。這些學者的研究在不同程度上為旱區(qū)濕地碳匯能力的研究提供了科學依據(jù)?？傮w來說，目前學術(shù)界對旱區(qū)濕地碳儲量及碳匯能力的綜合研究還較為薄弱，研究的典型區(qū)見諸刊物的主要有新疆艾比湖、博斯騰湖，中亞干旱區(qū)咸海，研究方法和研究內(nèi)容比較單一，尤其缺乏新技術(shù)、新手段與新方法的集成應用對干旱區(qū)濕地碳儲量及碳匯效應進行綜合分析和評估。

0.4.2.3 濕地碳匯潛力評估

隨著濕地生態(tài)系統(tǒng)碳匯研究的推進，其碳匯潛力的評估也越來越受到眾多學者的重視。2008年，段曉男[81]等通過資料調(diào)研和分析，對中國濕地生態(tài)系統(tǒng)的固碳現(xiàn)狀和潛力進行了評估，得出我國各類濕地生態(tài)系統(tǒng)的總固碳能力為4.91TgC·a-1。2010年，閆明[103]等探討了灘涂蘆葦在固碳減排和構(gòu)建高碳匯生態(tài)系統(tǒng)中的作用與意義。林光輝[104]等通過綜述紅樹林、鹽沼、海草床等濱海濕地碳循環(huán)研究的最新進展，研究了紅樹林等濱海濕地碳庫的現(xiàn)狀及其碳匯潛力。莊洋[105]估算出內(nèi)蒙古濕地有機碳儲量是6.41×1010 t，河流和湖泊濕地的固碳潛力分別為4.02×105 t/a和3.44×105 t/a。李自民[106]以自然濕地（杭州西溪濕地和白洋淀蘆葦濕地）和人工濕地（嘉興稻田濕地生態(tài)系統(tǒng)）為研究對象，分析了其植硅體和植硅體動態(tài)碳含量變化特征，探討了典型生態(tài)系統(tǒng)中植硅體的碳匯潛力。同時，探究濕地植物碳匯經(jīng)濟價值的研究也已經(jīng)開始。如于婷[107]計算了我國典型蘆葦濕地的碳匯經(jīng)濟價值，認為蘆葦碳匯對調(diào)節(jié)溫室效應具有積極作用。

0.4.2.4 實地碳匯控制因子分析

濕地生態(tài)系統(tǒng)因其自身的結(jié)構(gòu)組分特征而成為地球表層系統(tǒng)中最重要的碳匯，但在一定條件作用之下，其碳蓄積能力也會下降甚至轉(zhuǎn)化為碳源。[108、109、110]針對這一問題，先后有學者對其控制因子進行了探討。孟偉慶[111]等從濕地生態(tài)系統(tǒng)的水分、植物類型、土壤厚度、微生物（底物、p H、溫度、氧化還原條件）等方面分析總結(jié)了影響濕地碳源與碳匯過程的控制因子和臨界交替條件，認為水位是影響濕地碳源/匯功能最為主要的因素。李鴻鵠[86]通過對扎龍濕地碳匯功能的分析研究，將影響扎龍濕地碳匯功能的因子總結(jié)為氣溫、地下水位、區(qū)域溫度、水文周期變化、土壤p H值、土地面積變化以及人為因素等。李玉強[49]等通過對陸地生態(tài)系統(tǒng)碳源與碳匯及其影響機制研究，發(fā)現(xiàn)CO2施肥效應、氮沉降增加、污染、全球氣候變化以及土地利用變化等因素是影響陸地生態(tài)系統(tǒng)碳儲量的主要生態(tài)機制，但并不確定哪一種機制起主要作用。

綜上所述，濕地碳儲量及碳匯能力研究經(jīng)過學者的探索，在理論和方法等方面取得了重要進展。但是過去的研究主要通過定位監(jiān)測、樣帶觀測及國家尺度上的分析，定量評估中國濕地生態(tài)系統(tǒng)碳庫及其動態(tài)變化，往往僅針對某個區(qū)域的濕地植被或土壤碳庫及其動態(tài)特征，或評估某個生態(tài)組分的碳庫及其變化（植被或土壤部分）。其固碳量估測方法一般運用生物量法，CASA模型、公式法等進行估測。但不同的固碳量測算方法其應用條件存在差異，有不同的適宜性。因此，到迄今為止對中國濕地生態(tài)系統(tǒng)固碳量及碳匯能力的測算和評估，還沒有一個較為統(tǒng)一的方法體系。目前，遙感技術(shù)在濕地研究中已得到廣泛應用，如在濕地分類、面積分布、分區(qū)劃界、監(jiān)測濕地動態(tài)變化及制圖等方面取得了一些成果，并將遙感和基于TM遙感影像應用于濕地植被生物量的測定之中。