1ARAPIDRESPONSEASSESSMENT蓝碳：健康海洋对碳的固定作用本报告由环境署、粮农组织和教科文组织政府间海洋学委会共同合作，并特别邀请了西班牙地中海高级研究所的CarlosM.Duarte博士参与编写。Nellemann,C.,Corcoran,E.,Duarte,C.M.,Valdés,L.,DeYoung,C.,Fonseca,L.,Grimsditch,G.（编辑）。2009。蓝碳。快速反应评估。联合国环境规划署，全球资源信息数据库挪威阿伦达尔中心，www.grida.no。ISBN:978-82-7701-060-1由挪威BirkelandTrykkeri公司印制。免责声明本报告的内容不代表环境署或参与编写的其他组织的观点或政策。报告中使用的名称和作出的陈述，并不意味着环境署或参与编写的其他组织对任何国家、领土、城市、公司或地区或其主管部门的法律地位或对其边界线的划分表示任何意见。环境署在全球及其各活动中推广环保做法。本报告用100%可回收纸张和植物性油墨打印，并使用了其他环保做法。我们的分发政策旨在减少环境署的碳足迹。蓝碳健康海洋对碳的固定作用快速反应评估ChristianNellemann（总编）EmilyCorcoranCarlosM.DuarteLuisValdésCassandraDeYoungLucianoFonsecaGabrielGrimsditch前言在对抗气候变化中具有举足轻重作用的沿海生态系统正在消失，其速度比陆地上任何事物的消失速度都要快，大部分可能在几十年内就会消失。如果全世界要果断地应对气候变化，那么就必须科学地评价，并提请国际社会注意每一种排放源，以及减少这些排放源的每一种备选方案。化石燃料的燃烧在大气中产生了大量人们所说的“褐”碳和“黑”碳，如果这种排放得不到遏制，全球升温幅度就有可能超过2°C的临界值。加速能效措施的实施、促进清洁能源和可再生能源（如太阳能、风能和地热能源）的推广，都可以大幅减排。在过去的几年，科学一直在阐明其他的排放源，以及采取行动的机会。例如，如今近20%的全球温室气体排放要归咎于森林砍伐。再过几周，各国政府人员将齐聚哥本哈根，他们迫切需要签署一份新的、前瞻性的协议。部分措施要包括“绿”碳——储存在全球森林（尤其是热带森林）及其土壤中的碳。为减少发展中国家毁林和森林退化所致排放量联合国合作方案(REDD)伙伴关系供资将可以发挥重要的作用：不但可以保存森林中的绿碳，而且可以通过赋予这些重要的生态系统服务以经济价值的方式，帮助发展中经济体实现发展目标和就业目标。如今，科学表明我们迫切需要解决蓝碳的问题。大气中约50%的碳都固存或“封存”在自然系统中，并循环进入海洋，这也再次证实了自然界的“碳捕获和储存”能力。然而，我们却在破坏这个最先吸收和储存温室气体的海洋生态系统，将森林中的蓝碳迅速转变成褐碳。这会加速气候变化，各社区（包括沿海社区）、具有重要经济价值的资源（如珊瑚礁）、淡水系统、海洋生物多样性以及从港口到发电站的一系列“硬”件设施都将面临危险。投资于大自然的天然设施——海洋与海岸生态系统的可持续管理，并恢复已遭破坏和退化的生态系统，是明智的抉择，其回报亦是无穷的。本报告由世界知名科学家参与编写，并由粮农组织和教科文组织政府间海洋学委会共同合作完成。报告中指出，在对抗气候变化中具有举足轻重作用的海岸生态系统只覆盖了不到0.5%的海床，但这些生态系统正在消失，其速度比陆地上任何事物的消失速度都要快，大部分可能在几十年内就会消失。这些被红树林、盐沼和海草覆盖的区域捕获和储存了约70%的永久性储存在海洋中的碳。如果要应对气候变化，并转向资源节约型的绿色经济，我们就要认清各种颜色碳的作用。储存在海洋与海岸中的蓝碳如今对我们而言，是在存在各种充满希望的机遇和行动的情况下出现的又一个备选方案，将有助于创造光明的未来，避免出现暗淡凄惨的前景。阿奇姆·施泰纳联合国副秘书长环境署执行主任执行摘要本报告旨在强调海洋和海洋生态系统在维持全球气候、帮助政策制定者将海洋议程纳入国家和国际气候变化倡议主流的重要作用。当前气候变化讨论的焦点是减排，大大忽视了海洋和海洋生态系统的重要作用。世界上捕获的生物碳（或绿碳）中，超过一半（55%）是由海洋生物捕获的，而不是由陆地生物完成的，因此，这种碳被称为蓝碳。二氧化碳和其他温室气体不断增加，导致了气候变化。许多国家，包括那些正处于快速发展期的国家，其经济的快速发展造成褐碳和黑碳（如二氧化碳和烟灰）的排放越来越多。随着排放的增加，自然生态系统不断退化，吸收二氧化碳的能力降低。这部分丧失的吸收能力相当于全球整个运输部门每年排放量的一至两倍。温室气体排放不断增加对全球的气候模式、粮食生产以及人类的生活和生计造成的影响越来越大。在今后的几十年，粮食安全、社会发展、经济发展和人类发展都将受到严重危害。维持或提高森林和海洋对二氧化碳的吸收和埋藏能力是减缓气候变化的重要层面。森林在碳固存方面的功劳众所周知，也得到了相关财务机制的支持。相比之下，人们忽视了海洋的重要作用。本报告旨在强调海洋的重要作用，即海洋可以通过碳固存、降低海洋与海岸生态系统退化速度的方式减少大气中二氧化碳的含量。报告还探讨了制定财政结构的备选方案，这些财政结构旨在管理海洋减少二氧化碳含量的能力，包括监控海洋二氧化碳减少计划的有效性。海洋在全球的碳循环中起着重要的作用。作为一个巨大的碳汇，海洋不仅能长期储存碳，还可以对二氧化碳进行重新分配。地球上约93%（40万亿吨）的二氧化碳储存在海洋中，并在海洋中循环。海洋的植物生境，尤其是红树林、盐沼和海草，覆盖面积不到海床的0.5%。这些生境构成了地球的蓝色碳汇，占海洋沉积物中碳储存量的50%以上，甚至可能高达71%。它们只占陆地植物生物量的0.05%，但每年都储存了大量的碳，因而是地球上最密集的碳汇之一。蓝色碳汇和河口每年捕获并储存235—450万亿克碳，相当于全球整个运输部门排放量（大约为1000万亿克碳/年）的一半。防止这些生态系统的继续消失和退化并促进它们的恢复，就可以在未来二十年抵消目前3—7%的化石燃料排放量（共计7,200万亿克碳/年）——预计其中一半以上的抵消量是通过减少雨林砍伐实现的。效果相当于将大气中二氧化碳的浓度维持在百万分之450以下所需的至少10%的减排量。如果措施得当，蓝色碳汇可因此对缓解气候变化起到重要作用。这些海洋生态系统消失的速度比地球上任何其他生态系统消失的速度要快很多——在某些情况下是雨林消失速度的四倍。目前，平均每年有2—7%的蓝色碳汇消失，是五十年前的七倍。如不采取更多行动维持这些重要的生态系统，大部分可能会在二十年内消失。制止生态系统的退化、恢复消失的海洋碳汇、以及减少陆地上热带森林的采伐，能减少25%的排放量。维持蓝色碳汇对于旨在减少人类沿海各社区受气候变化影响的生态系统适应战略至关重要。制止海洋与海岸生态系统的退化也能创造经济收入、增加粮食安全、以及改善沿海地区的民生，还能为包括极脆弱的小岛屿发展中国家在内的世界各沿海社区提供重大的经济机遇和发展机遇。沿海水域只占海洋总面积的7%。然而，珊瑚礁等生态系统以及蓝色碳汇的生产力意味着，这块小区域构成了世界的主要捕鱼场，其产量估计占世界渔业的50%，为近30亿的人口提供重要的营养，并为世界最不发达国家的4亿人口提供50%的动物蛋白质和矿物质。蓝色汇碳对于沿海地区的生产力至关重要，广泛造福于人类社会：包括过滤水源、减少海岸的污染影响、营养负荷、沉积、保护海岸免受侵蚀以及减轻极端气候事件的影响等作用。沿海生态系统的服务价值估计每年已超过25万亿美元，是最具经济价值的生态系统。大部分生态系统的退化不仅归咎于自然资源的不可持续性利用，也要归咎于流域管理不善、海岸发展措施不当以及废物管理不到位。通过协调的综合管理保护和恢复海岸地区的生态系统，也会给这些区域的人类健康、劳动生产力和粮食安全方面带来多重重大利益。蓝色碳汇对沿海地区的气候、人类健康、粮食安全和经济发展至关重要，因此它们的消失是一个紧迫的威胁。这也是当前缓解气候变化努力中需要弥补的最大缺口。基于生态系统的管理和适应备选方案非常重要，能够减少和缓解气候变化、提高粮食安全、益于人类健康、提高生产力、创造就业和商业机遇。这与将缓解和减排视作成本而非投资的观点是相反的。改善海洋与海岸的综合管理，包括保护和恢复海洋的蓝色碳汇，是当今已知的最具双赢性的缓解举措之一，因为它带来的增值利益会大大超过其成本，但是在全球协议和碳交易系统中尚未认识到这一点。主要备选方案:为了方便实施流程和管理用以保护、管理以及恢复重要的海洋碳汇所必需的基金，提议如下备选方案：1.建立一个全球蓝色碳汇基金，用以保护和管理海洋与沿海的生态系统和海洋碳固存。a.在国际气候变化政策文书中建立机制，有了公认的标准，今后就可以对海洋与海岸生态系统的碳捕获和有效储存使用碳信用额。蓝色碳汇可与雨林等绿碳采用相同的交易和处置方法，并与其他碳固定生态系统一起纳入减排和气候缓解协议；b.为今后环境友好的海洋碳捕获和固存建立基线和标准；c.考虑建立协调性强的机制和供资机制；d.升级和优化可持续的、综合的海岸地区生态系统的规划和管理，尤其是在蓝色碳汇附近的热点地区，以增强这些自然系统的复原能力、维持来自海洋的粮食和生活保障。2.通过有效管理，立即紧急保护至少80％尚存的海草牧场、盐沼和红树林。用于碳固存的未来基金能帮助维持管理并增强碳固存。3.启动各种管理措施，以减少和消除威胁，并支持蓝色碳汇生物群落内在的强大恢复潜力。4.通过实施旨在增强人类和自然系统恢复能力的、全面综合的生态系统办法，维持海洋粮食安全和生活保障。5.在海洋领域实施双赢的缓解战略，其中包括：a.提高海洋运输部门、渔业部门、水产业部门和海洋旅游业部门的能效；b.鼓励可持续的、环境友好的海洋能源生产，包括海藻和海草养殖；c.遏制破坏海洋碳吸收能力的活动；d.确保优先考虑能恢复和保护海洋蓝色碳汇的碳固定能力、提供食物和带来收益的投资，并确保这种优先考虑的安排同时能创造商业、就业和海岸发展机遇；e.通过管理海岸生态系统，让其适宜海草、红树林和盐沼的快速生长，从而促进蓝色碳汇的自然再生能力。9目录5前言6执行摘要11引言15排放和固存——碳的固定23蓝色星球：海洋与气候35蓝碳——海洋的碳汇作用45急剧减少的全球海洋碳汇51海洋蓝色碳汇与人类福祉61基于生态系统的适应与缓解65政策备选方案70术语表72缩写73撰稿人74参考文献引言在世界上每年捕获的绿色碳中，即光合作用捕获的碳，其中一半以上（55%）由海洋生物捕获（Falkowski等人，2004年；Arrigo，2005年；González等人，2008年；Bowler，2009年；Simon等人，2009年）。海洋碳循环主要由小型、微型及超微型浮游生物完成，包括细菌和古生菌（Burkill，2002年）。尽管海洋中的植物生物量只占陆地的0.05%，但每年循环的碳量与陆地上的几乎相同（Bouillon等人，2008年；Houghton，2007年），是最高效的碳汇。然而，虽然在不断加大努力减少陆地上的退化，如通过保护雨林以缓解气候变化，但迄今为止，海洋生态系统的作用基本是被人们忽视的。认识到自然生态系统在二氧化碳捕获方面的作用对制定缓解气候变化的战略越来越重要。自然生态系统的消失和退化至少占总排放的20-30%（环境署，2008a；2009年）。缓解气候变化不仅要大幅降低化石燃料燃烧产生的总排量，还可以通过保护和恢复自然生态系统来实现（Trumper等人，2009年）。即使单从减排的狭隘视角来考虑，自然生态系统的作用也很重要。由于化石燃料的大幅减排可能会影响一些国家的发展潜力，所以必须确定各种备选方案，确保其能够帮助缓解气候变化，同时又不影响发展，或则甚至能积极地推动发展。因此，确定那些能够最大限度固存日益增多的碳或二氧化碳排放的自然生态系统，并提高这种碳固定能力，也是绝对重要的（Trumper等人，2009年）。其中一些是海洋中的生态系统。地球上约93%的二氧化碳(40万亿吨二氧化碳）储存在海洋中。此外，海洋每年循环约900亿吨的二氧化碳（González等人，2008年），并清除30%以上的排放到大气中的碳。复原力强的水生生态系统不仅在碳固定方面起着至关重要的作用，对经济发展、粮食安全和社会福祉也很重要，而且还能起到缓冲污染和极端气候事件等作用。海岸地区尤具重要性，它与渔业、水产业、生计和各人类居住点有明显的重要关系（Kay和Alder，2005年），因为世界上60%的人口居住在海岸地区（环境署，2006年，2008b）。对许多海岸发展中国家而言，海岸地区不仅对其居民的福祉很重要，同时正如本报告中所述，如果给予充分支持，海岸地区还能为缓解气候变化提供非常宝贵的全球资源。本报告探讨了通过管理和保护海洋生态系统，尤其是海洋植物生境，或蓝色碳汇，来缓解气候变化影响的潜力。定义：碳度量碳单位。本报告以“万亿克碳”为单位，但读者也会看到碳和二氧化碳以各种形式表达的数值。请参阅以下信息：系数名系数符号一千103k(Kilo)一百万106M(Mega)十亿109G(Giga)一万亿1012T(Tera)1015P(Peta)1平方公里=100公顷1吨=2,240磅1（公）吨=1,000千克或1x106克蓝色碳汇通过空气和水的光合作用捕获二氧化碳并将其以碳的形式储存。碳和二氧化碳的转换比率是44/12，即1吨碳等于3.67吨二氧化碳。图1：碳循环。海洋在全球的碳循环中非常重要。生命始于海洋，海洋是财富和发展的源泉。一半以上的绿色碳捕获是由海洋中的生物通过光和作用完成。排放和固存——碳的固定人为气候变化是由大气中不断增加的温室气体和颗粒引起的。首先，是燃烧化石燃料所释放的如二氧化碳（“褐碳”）等温室气体和粉尘颗粒（“黑碳”的一部分）；其次，是由于天然植被的毁灭性破坏、森林火灾以及农业（包括畜牧）所产生的排放；最后，是由于自然生态系统通过光合作用固定和储存碳（又称绿碳）的能力有所减弱（Trumper等人，2009年）。由于自然或人为因素，使得二氧化碳在很长时间内（几十年或几百年）被吸收及储存的过程被称为碳固存（Trumper等人，2009年）。概况框1.不同颜色的碳：褐碳、黑碳、蓝碳和绿碳气候变化使大气中的二氧化碳含量普遍增加，成为主要的温室气体，并使能源使用和工业中人为排放的二氧化碳对温度和气候的影响越来越大——我们把这些人为排放的温室气体称为“褐碳”，而燃烧不纯物质所产生的如烟灰和粉尘等颗粒则称为“黑碳”。欧洲联盟排放贸易体系是一个“黑碳-褐碳”体系，因为它并不包括森林信用额。《京都议定书》的清洁发展机制原则上的确包括森林信用额度，但其要求（与欧洲联盟排放贸易体系的指示和要求并没有联系）和价格一直太低，未能促成成功，因此，清洁发展机制实际上也成为了另一个“黑碳”机制。储存在林地、人工林、农业用地和牧场的植物生物量和土壤中的陆地碳通常被称为“绿碳”。通过2009年12月举行的哥本哈根《联合国气候变化框架公约》缔约方大会的预期共识，“绿碳”的重要性得到了公认，其中包括森林碳——通过各种机制，包括REDD和植树造林、REDD+和/或其他机制（例如“森林碳缓解”）。据估计，世界上的海洋生物能够固定碳总量的55%。海洋的蓝色碳汇——特别是红树林、盐沼和海草——能够捕获和储存大部分埋在海洋沉积物里的碳，这就是“蓝碳”。然而，这些生态系统正以比雨林快5-10倍的速度退化和消失。通过防止“绿碳”和“蓝碳”的碳固定生态系统退化，其减排量相当于全球运输部门减排量的1-2倍——或至少占全球所需的碳减排总量的25%，而且还会对生物多样性、粮食安全和生计有所裨益。人们日益清楚地认识到，一项有效的控制排放制度必须控制“光谱”上所有颜色的碳，而不只是一种“颜色”的碳。“绿碳”的缺乏可能会刺激生物燃料作物的种植，如果处理不当会导致碳排放。在巴西、东南亚和美国，人们改造森林、泥炭地、稀树草原和草地来生产以粮食作物为原料的生物燃料，从而导致了生物燃料碳债务，其排放的二氧化碳量是用这些生物燃料取代化石燃料每年所能减少的温室气体排放量的14至420倍。相反，利用废弃生物量以及在退化的农业用地上种植作物来生产生物燃料，并不会导致这种碳债务。褐碳、黑碳、绿碳和蓝碳化石燃料、生物燃料和木材燃烧所产生的褐碳和黑碳排放是造成全球升温的主要原因。黑碳排放直接或间接通过云层对对流层的辐射传播产生很大影响，而且会降低冰雪的反射率。黑碳被认为是继褐碳（温室气体）之后造成全球升温的第二大原因。因此，降低黑碳排放是据我们目前所知缓解全球升温的最有效方法之一。黑碳通过浮质和河流沉积进入海洋。在深海的某些区域，黑碳占沉积有机碳的比例可高达30%（Masiello和Druffel，1998年），并可能导致了在过去一百年中所观察到的25%的全球升温现象。黑碳往往会在大气中停留数天或数周（Hansen和Nazarento，2004年），而二氧化碳则会在大气中停留约100年（管理与可持续发展研究所，2009年）。图2：未来数十年的能源需求增长预测。据估计，二氧化碳总排放量为7,200万亿克碳/年到10,000万亿克碳/年之间（Trumper等人，2009年），大气中的碳含量正在以约2,000万亿克碳/年的速度增加（Houghton，2007年）。绿碳绿碳是指通过光合作用去除并储存在自然生态系统的植物和土壤里的碳，是全球碳循环的重要部分。然而，目前为止它主要只在关于陆地生态系统的气候辩论中得到考虑，尽管海洋碳固存问题为人们所知最少已有30年。汇是指任何把温室气体、浮质或温室气体和浮质的前体从大气中去除的过程、活动或机制。天然的二氧化碳汇包括森林、土壤和海洋等。很多植物和大多数作物的生命周期较短，或会在每个季末释放大量碳，与这些植物和作物不同，森林生物量可以积聚碳长达数十年或数百年。而且，森林可以在相对较短的时间内积聚大量二氧化碳，通常为数十年。植树造林和重新造林是可以用来增强生物碳固存的措施。据气专委计算，一项关于减少毁林、增强热带森林自然更新以及在世界范围内重新造林的全球方案可以在2050年之前固存600—870亿吨的大气碳，约相当于在这段时间内燃烧化石燃料所产生的预计二氧化碳排放量的12—15%（Trumper等人，2009年）。人们越来越意识到，人为气候变化有几个关键界限，超过了这些界限就会超过危险界限（气专委，2007a）。例如，根据气专委的观点，要把平均温度升幅控制在2°C以内，全球排放量必须到2050年时比2000年的水平减少85%，并在2015年之前达到高峰（Trumper等人，2009年）。然而，尽管绿碳生态系统的消失引起了很大关注，例如防止热带雨林的消失，但人们普遍忽视了绿碳总量的近55%并不是被陆地上的生物捕获而是被海洋捕获这一事实，这可能是我们在缓解气候变化过程中的最大不足之处。由海洋生物捕获的碳在此称为“蓝碳”。图3：按部门划分的世界温室气体排放。所有运输部门的排放量约占总排放量的13.5%，毁林约占18%。然而，之前并不包括海洋碳固定生态系统的估计损失。图4：黑碳的燃烧源。（来源：DennisClare，StateoftheWorld2009，www.worldwatch.org）。蓝碳蓝碳是世界上的海洋所捕获的碳，占绿碳总量的55%以上。海洋生物捕获的碳以来自红树林、盐沼和海草的沉积物的形式储存。它的储存时间不是数十年或数百年（如雨林），而是数千年。本报告将探讨在海洋中固定碳的前景和可能性。图5：45%的绿碳储存在自然陆地生态系统中，其余55%被浮游生物等海洋生物和海洋的蓝色碳汇捕获。再看一看这个小星球吧。这里就是我们的家园。每一个你爱的人、相识的人、听说过的人，每一个存在过的人，都在这里度过一生。我们所有的喜怒哀乐，上千种宗教、思想和经济学说，每一个猎手和强盗、英雄和懦夫、文明的创造者和毁灭者、国王和农夫，每一对年轻的情侣，每一对父母和他们充满希望的孩子，每一个发明家和探险家，每一个道德高尚的教师，每一个贪污腐败的政治家，每一个“超级巨星”，每一个“伟大领袖”，人类历史上每一个圣人和罪人都曾经生活在这里——悬浮在阳光之下的一颗小尘埃。CarlSagan，1997年。由旅行者1号太空船（美国国家航空和宇宙航行局/喷气推进实验室）拍摄的太阳系影像。蓝色星球：海洋与气候浩瀚的海洋是我们星球的主要界定特征，地球因此而在太阳系中显得十分独特，成为绝无仅有的一个蓝色星球。虽然水在宇宙中并不罕见，但海洋则很可能十分稀有。证据显示，太阳系的其他星球也有冰、古老的洼地和河谷、甚至地下液态水，但地球是唯一有液态地表水的星球；这可能是由于我们处于一个相对有利的位置：离太阳不太近也不太远，因此水既不会完全蒸发和流失，也不会全部结冰。水还与生命的起源有关，在水里，早期的有机分子不受温度波动以及破坏性的太阳紫外线辐射的侵害，因而能够自由移动，进行结合和进化。水与生命的成功结合释放出氧气和额外的水蒸气，改变了大气的成分，侵蚀、风化和沉积作用以及水在海洋、陆地和大气之间的不断交换改变了我们的景观。这个星球明明是一片汪洋大海，把它称作“地球”可真不合适啊。——ArthurC.Clarke水在一个连续不断的循环中流动，始于海洋，终于海洋。太阳辐射为蒸发作用提供能量，从而推动水循环。然后水通过降水、植物的蒸腾作用、流入河流的径流以及地下储水层的渗透完成了整个循环，当大部分最初被蒸发的水到达海洋时，循环又会重新开始。虽然在循环过程中，水可以呈现不同状态，如冰、液态水或蒸气，但海洋的总水量从最初形成开始就一直保持相当平稳的水平，平均停留时间约为3000年。目前，地球上97.25%的水以海洋液态咸水的形式存在，只有2.05%为冰盖和冰川，0.68%为地下水，0.01%为河水和湖水，还有0.001%存在于大气中（Campy和MaCaire，2003年）。自从地球出现生命开始，海洋就一直影响着这个星球的气候和生态系统。随着时间推移，海洋和生物都对碳循环作出了贡献。海洋生态系统中的浮游生物所产生的有机物质超过了维持食物链所需的有机物质。过量的碳在地质年代慢慢积聚在海床（生物泵）（Longhurst，1991年；Siegenthaler和Sarmiento，1993年；Raven和Falkowski，1999年）。在这个过程中，沉积物和变成化石的浮游生物碳酸盐改变了我们海岸的形状。图6：世界海洋的碳循环。大气海洋界面的二氧化碳流是二氧化碳溶解于海水的一种功能（溶解度泵）。溶解在海水里的二氧化碳量主要受物理化学条件（海水的温度、盐度和总碱度）以及如初级生产等生物过程的影响。溶解度泵和生物泵增强海洋表层对二氧化碳的吸收，影响二氧化碳的溶解值，并把碳转移到深海。所有这些机制都紧密地联系在一起，维持着微妙的平衡，并影响海洋的碳汇能力。生物泵本身的净效应是把大气中的二氧化碳浓度保持在没有该效应情况下的浓度的30%左右（Siegenthaler和Sarmiento，1993年）。海洋从大气中吸收热量和碳，从而减缓全球升温对环境的影响。海洋占地球表面面积的三分之二以上，以热量的形式储存到达地球表面的太阳能量，并把能量从海岸到大洋中部、从浅海到深海、从极地到热带进行重新分配，然后慢慢释放回大气。这些储存和环流的过程能防止温度的突然变化，使海岸天气温和，并使地球上一些高纬度地区适宜人类居住。然而，由于气候变化的出现，这种巨大的热量储存能力可能会导致不好的后果。由于全球升温，海洋不断大量吸收大气中的过量热量（接近90%），导致表层水温度显著上升（最近50年内平均上升了约0.64oC）（Levitus等人，2000年；气专委，2007b）。水由于变暖而膨胀，从而导致海洋表面上升（环境署，2008b）。随着时间推移，这些热量会下降到海洋更深处，从而增加海水的膨胀程度并触发海平面的进一步变化。图7：海洋的碳通量。（来源：改编自Takahashi等人，2009年）。图8：温盐环流是涉及表层海水和深层海水的三维水流，其动力来自水的温差和盐度差。（图片来源：国家海洋和大气管理署/国家气候数据中心）。北极海冰、内陆冰川以及格陵兰和南极大陆冰盖的融化正在改变海水的盐度，并在某种程度上造成了海平面上升（环境署，2008年b）。因此，海冰融化和海水变暖会对海洋环流造成进一步的影响，因为海流的动力来自水团之间为了达到温度和盐度平衡而产生的相互作用，这种相互作用能控制海水的密度。海流的变化会使本地气候出现突然温度变化。较高的水温也会导致蒸发作用增强，从而使大气有更多的能量。这会直接导致极端天气事件，因为变暖的海水温度会加强飓风、台风等的破坏性能量。热带的海面温度只上升了半°C，但是据观察，飓风的能量却增加了40%（Saunders和Lea，2008年）。温度较高、盐度较低的表层水以及每年的季节性升温会扩大和加强水体的季节性分层（分层作用），从而限制水团的垂直运动。这种现象以及风况的变化会影响地球海洋中一些生产力最大的部分（LeQuéré等人，2007年），在这些部分，深层水和营养物质的上升流会加强初级生产，从而大大支持了丰富的表层生态系统。如果上升流出现任何程度的减少，都会对海洋生态系统、渔业和生物群落造成负面影响。必须强调，中纬度温带海洋的分层作用有所加强已是事实，由于表面层的营养物质供应减少，分层作用正使中纬度温带海洋的全年初级生产总量减少（Cushing，1989年；Valdés和Moral，1998年；Valdés等人，2007年）。变暖的温度也会改变海洋物种的地域分布范围。深海正在发生改变，因为物种在水体中向下转移以逃避变暖的表层水。也有证据显示，浮游生物、鱼类和其他海洋动物已向更高纬度转移了数百千米，特别是在北大西洋、北冰洋和太平洋西南部（Cheung等人，2009年）。海洋的另外一个重要作用是储存以及与大气交换二氧化碳，并把它扩散到更深层（溶解度泵）（概况框2）（Siegenthaler和Sarmiento，1993年）。自工业时代以来，海洋吸收的二氧化碳约占人为二氧化碳排放总量的三分之一（Sabine和Feely，2007年）。因此，海洋是地球气候的缓冲器，因为吸收二氧化碳能降低其在大气中的浓度，从而减缓全球升温效应。然而，持续吸收二氧化碳和热量也会改变海洋，可能会给海洋生态系统和生物多样性带来危险后果。溶解在海水里的二氧化碳会降低海洋的pH值水平，造成酸化和改变生物地球化学碳酸盐的平衡（Gattuso和Buddemeier，2000年；Pörtner等人，2004年）。在过去25年中，表层海水的pH值降到前所未有的水平，而且由于人为的二氧化碳源继续增加，pH值将会在本世纪末之前进一步大幅下降（Feely等人，2004年）。概况框2.海洋——巨大的碳泵溶解度泵：二氧化碳可溶于水。通过一个气体交换的过程，二氧化碳会从大气转移到海洋，并在海洋里形成溶解无机碳。这是一个连续不断的过程，因为相对于大气来说，海水的二氧化碳欠饱和。随后二氧化碳由混合流和海流进行分配。这个过程在高纬度地区更为有效，因为二氧化碳在冷水中的溶解度较高，所以吸收二氧化碳而形成的溶解无机碳会增加。在这个过程中，大量二氧化碳从大气中去除并储存起来，从而使它们无法立即导致温室效应。生物泵：浮游植物的生长离不开二氧化碳。过量的初级生产从海洋表层沉到深海。长远来说，一部分的碳会储存在沉积物和岩石中，并被捕集长达几十年到几百年。为了预测未来大气中的二氧化碳浓度，必须理解生物泵在不同的区域和时间会产生何种差异。温度、酸化、营养物质的可获得性、环流以及混合流的变化都有可能改变浮游生物的生产力，并会减少与海床交换的二氧化碳量。由于海洋继续吸收更多的热量和二氧化碳，它对大气变化的缓冲能力会减弱，大气和陆地生态系统会因此面临气候变化的全部后果。在高纬度地区，高密度的水下沉，把碳转移到深海。变暖的海洋表层会抑制这种下沉过程，从而降低二氧化碳运输和储存的效率。而且，当水变暖时二氧化碳的溶解度会下降，因此可以储存在海水中的气体会减少。由于酸化、变暖以及环流和混合流的减少，海洋中的浮游生物生产力发生了显著变化，减少了一部分原本可以运送到深海底并储存在沉积物中的碳预算。因此，海洋系统正受到人为活动的威胁，这些人为活动导致了全球升温和海洋酸化。由于海水变暖以及海洋的化学成分有所变化，维持着海洋生物多样性的脆弱平衡被打乱，给海洋生态系统和地球气候带来严重后果。已有明确的证据显示，全球升温趋势以及二氧化碳和其他温室气体的增加正影响着海洋乃至全球的环境条件和生物群。然而，我们既不充分了解也不明白这些效应对于不久的将来或更遥远的未来是如何的重要。而且，我们不了解把特定物种的个体反应和海洋生态系统功能的改变联系在一起的机制和过程（Valdés等人，2009年）。海洋科学家紧急需要解决气候变化问题，特别是帮助我们了解气候变化对生态系统的结构、功能和生物多样性的影响，以及人类和自然系统应如何适应这些变化。概况框3.海洋病毒和细菌在碳循环中的作用海洋独立生存性微生物（浮游生物、细菌和病毒）肉眼几乎无法可见，但却占海洋生物量的90%（Sogin等人，2006年；Suttle，2007年）。这些微观“工厂”负责95%以上的海洋初级生产量，生产并呼吸大部分的还原碳或有机物（Pomeroy等人，2007年）。浮游生物每年有超过365亿吨的二氧化碳被海洋中的浮游藻类通过光合作用捕获（Gonzalez等人，2008年）。浮游动物动态是开阔洋中碳颗粒沉积的主要控制因素（Bishop和Wood，2009年）。在被捕获的二氧化碳中，估计有5亿吨碳/年被储存在海床（Seiter等人，2005年）。海洋病毒和细菌——在碳预算中的重要性海洋病毒要依靠其他有机生命而存在，但它们自身的生物量相当于7,500万头蓝鲸（112.5亿吨）的生物量。据估计，海洋中有1x1030个病毒，如果将它们首尾相连，其长度将比最近的60个星系还长（Suttle，2007年）。尽管有关海洋病毒的报道仍在不断出现，但日益明显的是，我们需要将病毒和病毒介导过程纳入我们对海洋生物学和生物地球化学的认识中（Suttle，2007年）。病毒和它们的宿主之间的相互作用会影响世界海洋中一些重要的生物过程，包括生物地球化学循环。由于细胞溶解和微生物多样性（通过选择不同的宿主），它们可以控制碳循环（Wiggington，2008年）。海洋中每秒约有1x1023例病毒感染发生，每天引发表层水中20-40%的原核生物感染，从而导致海洋中的生物池每天释放108-109吨的碳（Suttle，2007年）。有人认为海洋中有多达25%的活碳由病毒活动产生（Hoyle和Robinson，2003年）。还有一个关键问题，即病毒是否会阻碍或刺激生物生产（Gobler等人，1997年）。目前的争论包括：病毒是否（1）通过释放元素回到溶解相，从而使生物泵短路（Poorvin等人，2004年），（2）通过加速从光亮区输出宿主来刺激生物泵（Lawrence和Suttle，2004年）或（3）在病毒溶解的过程中通过释放粘性的胶质细胞成分来推动颗粒聚集并将碳转移到深海（Mari等人，2005年）。细菌海洋细菌可以借助阳光和一种独特的捕光色素来吸收二氧化碳，这种色素叫做变形菌视紫质，最早于2000年被发现（Beja等人，2001年）。变形菌视紫质存在于近半数的海洋细菌中。海洋细菌的知识也许非常有助于我们理解二氧化碳排放不断增加所带来的气候变化对海洋的影响。海床深处的生命深海生物圈已证实有生命存在，即使在海底800米以下也存在生命。据估计，有900亿吨的微生物（以碳质量为单位）生活在海床的沉积物和岩石里，其中细菌占据了最上层的10厘米，但超过87%的细菌是由一群被称为古细菌的单细胞微生物组成的。它们的生态功能尚不清楚，甚至也不清楚它们是如何在这种低流量环境下依靠先前被消化的化石遗体生存的（Lipp等人，2008年）。海洋遭受气候变化影响的七种不利情况地球的生态与不同的海洋过程紧密相连，其中大部分海洋过程会直接受到气候变化的影响。图10.海平面异常（见文本）。图11.报告灾害的数量趋势（见文本）。图12.预计到2080年沿海地区将遭受洪灾的人口（见文本）。1.北极海冰融化北极海冰的减少极大地影响了气候、野生生物和生物群落。北冰洋无冰海面的扩大将对大西洋和太平洋的水循环以及物种的重新分布产生不确定的影响。随着海冰覆盖面积减少，反照率降低，海水吸收的辐射量增加，这种反馈过程会加速海洋升温和海冰融化。2.海洋循环和热膨胀海冰融化和海洋升温将对海洋循环产生影响，因为洋流的动力来自水团之间为了达到温度和盐度（也即密度）平衡而产生的相互作用。此外，格陵兰岛和南极的内陆冰川和大陆冰盖的融化，以及海水的热膨胀也导致了海平面上升。3.风暴事件的发生频率和严重程度上升水温升高，导致蒸发加剧，使得大气获得了更多的能量，从而增强了飓风、台风等各种极端天气事件的破坏力。4.水体分层和海岸泵的消失海洋升温和海冰融化正在增强全球范围内，主要在温带海洋的海洋季节性水体分层。一些海岸的“冲洗”机制——被称为高密度陆架水级联——也可能随着气候变化而被削弱，导致受污染的沿海水域的“清洁”速度放缓，藻花和死水区增加，以及对深海和海底生物的食物颗粒运输减少。由此造成的营养流减少将导致初级生产量降低，并可能降低海洋生产力。5.物种分布和迁移路线的改变浮游生物、鱼类和其他海洋动物已向更高纬度转移了数百千米，特别是在北大西洋、北冰洋和太平洋西南部。另外，海洋升温已经对许多物种的迁移路线产生了显著影响。图13.浮游生物的迁移改变。图14.随着大气碳浓度增加，海洋碳浓度也在增加，并引起酸化这一自然的化学过程。6.海洋酸化海洋正从大气中吸收过量的二氧化碳，致使海洋的生物地球化学碳酸盐平衡发生变化，从而造成海水的严重酸化。因此，海洋在某种程度上缓解了全球变暖对生物圈的影响。由于气候变化和海洋酸化，海洋吸收大气中二氧化碳的能力将大幅下降。海洋中pH值和碳酸钙饱和度水平的降低将影响海洋生物中数以千计的物种，这些生物的生长过程以及外壳和骨骼的形成都需要碳酸盐。酸化将严重影响海洋的生态系统结构，并可能导致物种灭绝以及生物多样性和生态系统服务的大规模减少，这主要是因为水化学变化的速度很快。图15.海洋酸化——随着大气碳浓度增加，海洋碳浓度也在增加，并引起酸化。7.珊瑚礁和相关海洋生物多样性的丧失珊瑚褪色的现象主要是由高于常温的水温以及太阳的强烈辐射造成的，这种水温和辐射会对与珊瑚共生并赋予珊瑚斑斓色彩的微藻（“虫黄藻”）施加压力。当这些微藻遭受压力时，珊瑚就会将它们驱赶出去，这样通过珊瑚的透明组织就可以看到白色钙质骨骼——因此称作“褪色”。褪色的珊瑚非常脆弱，如果压力太大或持续时间过长，容易导致疾病、微藻过度生长以及死亡。1998年，大规模的全球珊瑚褪色事件导致世界上约16%的珊瑚礁死亡，不幸的是，由于海水温度不断升高，预计大规模褪色事件发生的频率和强度仍将增加。珊瑚礁的丧失也意味着依赖珊瑚礁的沿海社区将遭受收入和粮食损失。蓝碳——海洋的碳汇作用海岸植物生境（红树林、盐沼和海草牧场）与雨林有许多共同之处：它们都是生物多样性的热点区域；具有重要的、有价值的生态系统功能，包括强大的碳汇能力；正在全球范围内急剧减少（Duarte等人,2008年,Duarte,2009年）。实际上，世界海岸生境的消失速度是雨林的四倍（Duarte等人,2008年,Duarte,2009年），而且消失速度还在加快（Waycott等人,2009年）。然而，社会虽然已熟知有关雨林的益处与威胁，相比之下，却对海岸植物生境的状况和益处缺乏认识。这或许是因为“魅力差距”——海岸生境常常在水下，不为人们所见，因此对公众而言，陆地生境更具吸引力（Duarte等人，2008年）。但由于它们具有的功能以及面临的威胁相似，海岸生境可被视为蓝色碳汇。蓝色碳汇海岸植物生境的一个重要功能是碳汇作用。它们得天独厚的条件非常利于植物生长，是世界生产力最强的生境之一，其产量堪比生产力最强的农作物（表1，Duarte和Chiscano，1999年）。大多数生产用以支持生态系统功能（Duarte和Cebrián，1996年）。但是，蓝色碳汇基本上是自给营养的，也就是说，这些生态系统借助光合作用把生物群呼吸的过量二氧化碳以有机物的形式固存（Duarte和Cebrián，1996年；Gattuso等人，1998年；Duarte等人，2005a），从而去除大气中的二氧化碳。一部分过量的二氧化碳被输送出去为邻近的生态系统所利用，包括开阔洋和海滩生态系统（Duarte和Cebrián，1996年；Heck等人，2008年；Bouillon等人，2008年）。红树林、盐沼和海草牧场富余的产量埋藏在沉积物中，可以储存千年之久（Mateo等人，1997年），是一种最强大的自然碳汇。海草牧场尤为如此，它们积聚的物质多达一定程度，极大地增高了海底海床，形成厚度超过3米的沉积层。图16a-c：世界蓝色碳汇的分布——海草、红树林和盐沼生物群落（来源：环境署——世界养护监测中心）除了埋藏自身产量的一小部分，蓝色碳汇还可以减少水流、改变湍流以及削弱波浪运动（Koch等人，2006年），从而促进沉积作用并减少沉积物再悬浮（例如Gacia和Duarte，2001年）。最近的研究显示，海草牧场的树冠能捕获水流携带的颗粒，减少对叶子的冲击力，从而促使悬浮物质沉积到海底（Hendriks等人，2007年）。对积聚在海岸植物生境沉积物中的有机碳所进行的同位素分析显示，很大一部分有机碳来自浮游生物（Gacia等人，2002年）。在大陆架上以及河口，碳的陆地来源同样非常丰富（Bouillon等人，2008年），增强了蓝色碳汇的碳汇能力。海岸植物生境能将物质积聚在海底的能力使其成为高效的碳汇，为全球埋藏120-329万亿克碳/年，这至少占全球海洋沉积物中碳埋藏量的下界估计值的一半（表1）。因此，蓝色碳汇在海洋碳循环中起着重要的作用（Duarte等人，2005a）。海洋植物生境的碳埋藏能力惊人，是开阔洋平均埋藏率的180倍。海洋的碳埋藏占海洋碳汇能力的比例略高于10%（最大值估算为25%，见下文表1），根据观察和反演模型，估计大约为2,000万亿克碳/年（Sarmiento和Gruber，2002年）。但是，这2,000万亿克的碳是每年从大气转移到海洋的，在海洋中主要以溶解无机碳的形式储存。人为排放的二氧化碳在海洋中的长期埋藏状况尚不确定，因为这种碳在海洋中渗透得不够深，因此埋藏时间不长。实际上，储存在海水中的人为排放的碳有半数储存在海水的上层400米内，这些碳在几十年内就可能循环回大气，而深海中的贮碳量——碳在深海能保持较长时间——则低于监测限值（Sabine等人，2004年）。海底每单位面积的碳埋藏率比蓝色碳汇沉积物的埋藏率低180倍（表1），只有小部分被海洋吸收的碳储存在深海沉积物中（6万亿克碳/年），可有效埋藏很长时间。此外，有人担心海洋水体储存大气中碳的能力今后会减弱，有证据表明这种情况可能已开始出现（Doney等人，2009年）。因此，就蓝色碳汇而言，只有固存在海洋沉积物中的碳才能被视为海洋的长期碳储存。蓝色碳汇的面积不到海底面积的0.2%，却约占海洋沉积物有机碳埋藏总量的50%（最大值估算为71%，见表1），是生物圈中最密集的碳汇之一（Duarte等人，2005a）。但是，在全球碳循环的叙述中以及全球自然碳汇清单中，人们却忽视了海岸植物生境。蓝色碳汇由植物和树木构成（也称被子植物，如红树林、盐沼和海草），但是海岸海洋也包括被藻床覆盖的广阔地区。大部分大型藻床（包括海藻林）由于生长在岩石基层而无法埋藏碳。通过蓝色碳汇储存碳的不确定性和上界估计由于各生态系统面积范围的不确定性和碳埋藏率的可变性，全球的碳埋藏率并不确定，尽管关于某些生态系统（如红树林）的独立估计非常一致（Bouillon等人，2008年）。例如，红树林的估计覆盖面积为11万到24万平方公里，这可能是海岸植物生境中最大约束估计值（Bouillon等人，2008年）。由于印度尼西亚等东南亚群岛可能拥有广袤的、尚未勘测的海草牧场（Duarte等人，2009年），海草牧场覆盖面积的最小约束估计值为从已有记录的12万平方公里（Green和Short，2003年）到上界估计的60万平方公里（Duarte和Chiscano，1999年）不等。实际上，有足够水下辐照可供海草牧场生长的海岸地区面积估计为520万平方公里（Gattuso等人，2006年）。因此，一份全面的蓝色碳汇清单所覆盖的面积可能是当前全球保守性评估（表1）中所认定平均面积的两倍。各蓝色碳汇生态系统的碳埋藏能力也大不相同，已报告的最大埋藏率来自盐沼，为17.2吨碳/公顷/年（表1）。任何生境类型的最大碳埋藏率都是这些生态系统全球平均值的3到10倍（表1），这证明了一些特定的海岸植物生境拥有强大的碳汇能力。实际上，已报告的盐沼、红树林和海草生态系统最大碳汇能力分别是未遭毁坏的亚马逊森林的碳汇能力（估计为1.02吨碳/公顷）的10倍、6倍和2倍（Grace等人，1993年）。例如，盐沼仅占美国大陆的一小部分，其碳埋藏能力估计为美国所有生态系统碳汇总量的21%（Bridgham等人，2006年）。因此，将全球蓝色碳汇覆盖面积的最大估计值与每单位面积碳埋藏量的上界估计相结合，就可算出蓝色碳汇碳捕获能力的上界估计值（表1）。这些计算得出的蓝色碳汇碳捕获能力的上界估计值为329万亿克碳/年，占海洋有机碳埋藏量的71%（表1）。表1.蓝色碳汇覆盖面积的平均估计值和最大估计值（括号内）以及有机碳的年埋藏率。碳埋藏率按每公顷（括号内为各生态系统平均估计值的平均数、范围和置信上限）和全球范围（通过不同方法获得的全球碳埋藏平均率的已报告范围，括号内为使用平均埋藏率的最大面积和置信上限得出的上界估计值）列出。该数据针对海岸植被地区以及它们在海岸及全球海洋地区的碳埋藏贡献百分比（括号内为从上界估计值计算得出的植物生境的埋藏率和贡献百分比）。河口和陆架沉积物以及深海沉积物的有机碳总埋藏率可供比较参考。数据来自Cebrián和Duarte（1996年）、Duarte等人（2005a）以及Bouillon等人（2008年）的考察。组成面积有机碳埋藏百万平方公里吨碳/公顷/年万亿克碳/年植物生境红树林0.17(0.3)1.39,0.20–6.54(1.89)17–23.6(57)盐沼0.4(0.8)1.51,0.18–17.3(2.37)60.4–70(190)海草0.33(0.6)0.83,0.56–1.82(1.37)27.4–44(82)全部植物生境0.9(1.7)1.23,0.18–17.3(1.93)114–131(329)沉积地区河口1.80.581.0大陆架26.60.245.2总沉积面积126.2海岸总埋藏量237.6(454)植物生境百分比46.89(0.72)深海埋藏量330.00.000186.0海洋总埋藏量243.62(460)植物生境百分比45.73(0.71)概况框4.全球循环中的海洋碳？一些研究表明，在过去的20年，海洋已吸收了约2,000-2,200万亿克碳/年（Gurney等人，2002年，Plattner等人，2002年，Sabine等人，2004年，Bender等人，2005年，Miller等人，2005年，Manning和Keeling，2006年）。20世纪80年代的吸收量估计值为1,800万亿克碳/年，到20世纪90年代和21世纪前几年略有增加，达到2,200万亿克碳/年（McNeil等人，2003年，Canadell等人，2007年）。然而，这当中只有一部分碳确实永久地储存在海洋中，大多数碳在几十年内通过循环释放回到大气中。据估计，大气中的碳增长量约为2,000万亿克/年，而海岸生态系统目前的碳储存量相当于大气中碳增长量的25%。目前，化石燃料的排放量估计为7,200万亿克碳/年，导致每年大气中的碳增长量约为2,000万亿克碳/年。海草生物群落、红树林和盐沼的消失速度已从75年前每年的0.9%上升到最近几十年的每年7%。根据目前的设想方案，绝大多数蓝色碳汇会在未来的二十年内消失，并使得每年减少的固碳量相当于人为总排放量的4-8%。因此，为了维持现状，到2030年前必须再减少4-8%的总排放量，或到2050年前减排10%。相比之下，根据气专委员会的观点，如果联合国REDD方案能得到充分执行（包括减缓砍伐和广泛植树造林的方案），估计到2050年前可达到所需减排量的约12-15%。阻止海洋蓝色碳汇消失也能对减缓气候变化作出极大贡献，甚至可以与减缓对热带雨林的砍伐所作出的贡献相提并论。红树林的植树造林方案能作出更大贡献。海洋碳储存的上界估计约为450万亿克碳/年，相当于所需减排量的近10%。因此，将“蓝”碳和“绿”碳加在一起，其固碳量至少可达到预计所需减排量的25%。表2.全球碳预算（万亿克碳/年）——海洋每年捕获的碳约为2,200万亿克，但其中仅有一部分被储存，且主要储存于红树林、盐沼及海草生物群落等海洋蓝色碳汇的沉积物中（Canadell等人，2007年；Houghton，2007年）。20世纪80年代20世纪90年代2000—2005年（万亿克碳/年）（万亿克碳/年）（万亿克碳/年）化石燃料的排放5200±3006400±3007200±300大气增加–2900±100–3200±200–4200±100海洋吸收–1900±600–2200±700–2200±400净陆地通量–400±700–100±800–800±800土地利用变化1500±8001600±8001500±800剩余陆地通量–1900±1100–2600±1100–2300±1100图17：蓝色碳汇概况框5：减少二氧化碳的地球工程提案地球工程可以遏止大气中二氧化碳浓度的不断增长，这是一个技术上可行且具有商业潜力的缓解办法（参见气专委，2005年），人们对此也越来越感兴趣。一些提案意欲增强海洋的碳汇功能，或将二氧化碳储存于海底地质构造中。虽然有些提案可能听上去比较过激甚至异想天开，但若其构想具有充分的科学依据且在技术上可行，那么就不应被忽视。然而，这些创新对生态、经济、政治及道德提出了重大挑战（NatureNews，2009年）并引发了人们的忧虑，因而在多数情况下，评价此类创新的提案并非易事。由于未知变数太多且目前建模限制重重，对此类提案的风险及后果的评估将具有挑战性。主要办法有两种。一种是通过阻止辐射，使其一开始就无法被吸收，从而减少进入地球系统的能量（比如喷气溶胶以增加云量、使用挡阳板及增强城市地区的反射能力）；另一种是通过把二氧化碳转入长期储层，降低大气中二氧化碳的浓度，从而促进地球热量的释放（Lenton和Vaughn，2009年；国际能源机构，2004年）。这些办法的开发程度不同，有的已经试验，有的仍停留在理论阶段。近期研究显示，大多数海洋地球工程构想的负面效应风险高（如加剧海洋酸化）、应用性有限、后果不确定以及可能对海洋环境造成不可逆转的影响。这强调了在研究海洋地球工程干预方案时有必要采取预防办法。表3.主要海洋碳循环地球工程提案、背后的构想及当前研究状况的概览。提案海洋肥化构想一些海洋地区的初级生产力受到宏量营养素和微量营养素（比如铁、硅、磷、氮）的限制。增强这些营养素的可供性可以增强初级生产力，从而加速海洋对二氧化碳的自然吸收率，增加深海中二氧化碳的储存。海洋对二氧化碳的自然吸收率目前为20亿吨碳/年（Huese-mann，2008年）。以这种方式储存的二氧化碳会从全球碳循环中去除长达千年之久。由商业团体及企业（比如Climos公司）推动，并具有在自愿碳市场进行信用额交易的潜力。研究状况自1993年来共进行了约13项小规模的原地实验，但海洋肥化的二氧化碳固存效力尚不确定；为切实帮助降低大气中的二氧化碳浓度，将必须在大范围内实施海洋肥化，并可能要持续千年之久（Lenton和Vaughan，2009年）；国际上表示关切，尤其关注高生态风险。国际机构和专家呼吁要适度、要谨慎。（例如，国际海事组织，2007年；《生物多样性公约》，2008年；Gilbert等人，2008年；Seibel和Walsh，2001年）；《伦敦公约》各缔约方商定，鉴于当前了解的情况，除合法科学研究外，不允许进行海洋肥化活动。关于未来科学研究和原地试验的评估框架正在制定之中（国际海事组织，2008年）。提案改变海洋混合构想使用200米长的海洋管道，以增强富营养水域的混合和上升（例如Lovelock和Rapley，2007年）；使用浮泵冷却海域，形成并加固海冰，以促进水域下降。（Zhou和Flynn,2005年）研究状况从未到达现场试验阶段；计算显示，在任何有意义的时间范围内，可实现的固存通量微不足道，且花费不菲（Lenton和Vaughan，2009年）。提案提高海洋碱度构想通过以下措施提高海洋碱度：加入碳酸盐，从而增强海水吸收二氧化碳的能力（Kheshgi，1995年）。Harvey（2008年）建议使用细磨石灰石粉。有提案预见使用经过热分解的石灰石（Cquestrate，2009年）；通过与天然硅酸盐的风化反应类似的过程增强二氧化碳在海洋中的溶解度。通过电化反应从海洋中去除氯化氢，并通过与硅酸盐岩石的反应将氯化氢中和。通过去除氯化氢使海洋碱度提高，从而使大气中的二氧化碳溶解到海洋里，并主要以碳酸氢根的形式储存。（House等人，2007年）；这些海洋地球工程提案既能从大气中去除二氧化碳，又不会加剧海洋酸化。研究状况研究尚处在纯理论阶段，然而，Cquestrate等人进行了积极研究（这是探究该理念的开源项目），促进了循证辩论和研究（Cquestrate，2009年）；生产碳酸盐物质所产生的二氧化碳排放可能相当于固存的二氧化碳（Lenton和Vaughan，2009年）。提案碳的地质储存构想把二氧化碳注入海底的含盐地层、枯竭的石油和天然气储层等深层地质构造中。研究状况研究始于1996年。国际机构采用了一系列举措和指导方针（比如降低泄露风险）（国际海事组织/《伦敦公约》，《奥斯巴公约》）。开展了各种研究，探讨并模拟此类储存的长期影响及安全程度（例如Gilfillan等人，2009年，Statoil公司斯莱普内尔项目）。提案将二氧化碳注入水体中溶解把二氧化碳注入海底构想用船或海上管道输出二氧化碳，并将其注入深层（深度1000米以下，或更深）的水体，二氧化碳会在其中溶解，并与大气隔绝数百年（联合国教科文组织-政府间海洋学委员会/海洋研究科学委员会，2007年）。将二氧化碳直接注入3000米以下的深海海底。二氧化碳在此会形成能够长期存在的“湖”，其溶解率较低。研究状况两种构想都已经进行了多年的理论研究/建模以及一些小规模的现场试验，但既未投入使用，也未充分测试（联合国教科文组织—政府间海洋学委员会/海洋研究科学委员会,2007年）。研究显示，经过数百年或数千年（视深度和所选地点条件），注入的二氧化碳会逐渐释放回大气中。尚无可知的机制能防止注入的二氧化碳发生灾难性的急剧释放（联合国教科文组织—政府间海洋学委员会/海洋研究科学委员会,2007年）。这些提议的储存方法都有重大的环境风险和影响（气专委，2005年；Sedlacek等人，2009年）。将二氧化碳注入水体或海床，会影响邻近的海洋生物，改变海洋化学成分（比如酸度升高）。鉴于其对环境潜在的严重影响，2007年，《〈伦敦公约〉议定书》修正案以及《奥斯巴公约》下商定的一份具有法律约束力的决定已禁止将二氧化碳注入水体或海床（《奥斯巴公约》，2007年）。急剧减少的全球海洋碳汇海洋、海岸植物生境和蓝色碳汇都是面临最大威胁的海洋生态系统（Duarte等人，2008年；Duarte，2009年）。自20世纪40年代以来，海岸富营养化、填海造陆、海岸工程及海岸城市化致使地球上一大部分蓝色碳汇消失（Duarte等人，2008年；Duarte，2009年）。最近一项评估显示，全球约三分之一的海草区域已消失，且此类消失的速度还在加快，20世纪70年代消失速度还低于每年0.9%，但自2000年以来消失速度超过了每年7%（Waycott等人，2009年）。全球约25%的盐沼区域已不复存在（Bridgham等人，2006年），当前的消失速度约为每年1-2%（Duarte等人，2008年）。Valiela等人（2001年）估计，自20世纪40年代以来，全球约35%的红树林区域已消失，当前的消失速度约为每年1-3%。因此，全球约三分之一的蓝色碳汇区域已消失，尚存区域也正面临严重威胁。海洋植物生境和蓝色碳汇都是生物圈中面临最大威胁的生境，其全球消失速度是热带森林（每年0.5%，Achard等人，2002年）的2-15倍。蓝色碳汇的消失，除了对生物多样性和海岸保护造成了影响，也意味着一种天然碳汇的消失，削弱了生物圈从大气中去除人为二氧化碳排放的能力。图18：南大洋吸收二氧化碳的能力衰退概况框6：南大洋的固碳能力是否也在不断衰退？人们已经认识到南大洋是一个重要的碳汇，目前吸收了约15%的人为二氧化碳排放量（科工研组织，2007年）。模型预测，随着大气中二氧化碳的浓度增加，海洋的吸收能力也应当增加。在大多数地区，情况似乎确实如此，但南大洋则不然（科工研组织，2007年；LeQuéré等人，2007年；Lenton和Metzl，2009年）。尽管科学家认同了数据，但在出现这种状况的原因上却存在争议：或许温室气体增加和臭氧减少会增强风力，因而混合度更高。但不管原因为何，这种趋势对未来大气中二氧化碳的浓度可能有重大的影响。图19a-b：海洋的蓝色碳汇能力海洋蓝色碳汇与人类福祉水生生态系统的服务直接或间接地为人类的福利做出了贡献。它们的直接贡献包括创造就业岗位、增加收入、提高粮食安全以及促进旅游业、科学研究和采矿业等；间接贡献包括气候调解和运输等；内在价值包括养护生物多样性、社会认同以及持续支持人类后代（Kay和Alder，2005年）。据估计，世界海岸生态系统的年均服务价值超过25万亿美元（Martínez等人，2007年）。因此，海岸带在人类历史上一直具有重要的经济价值，今天也是如此。预计气候变化的影响会波及各个生态系统、社会和各经济体，增加对生计和渔业、水产业等部门粮食供给的压力。随着各种资源面临的压力增大，保证粮食质量将起到更关键的作用，比如鱼类供应的可供性和可得性将成为日益重要的发展问题（Cochrane等人，2009年；粮农组织，2008年）。海洋与海岸对粮食安全的影响气候变化使得海洋产生一系列变化，包括水温日益上升、海水酸化和海流变化，最终会影响渔业和水产业。预计鱼类分布将会改变，而且我们已经看到了北海鱼种分布的变化——自1970年以来，近三分之二具有商业重要性的鱼种向平均纬度以北方和/或深海转移（Perry等人，2005年；Dulvey等人，2008年）。基于2050年气候变化设想方案的预测，即亚极地区、热带和半闭海会有无数物种灭绝（Cheung等人，2009年），近期预测显示，1,000多种具有商业重要性的鱼类资源的分布范围会改变。气候变化也会影响入侵性海洋生物，它们常常会破坏商业鱼群资源。研究预测，北极和南大洋将会出现大量物种入侵（Cheung等人，2009年）。事实上，所有这些变化加在一起，将致使目前生物多样性中60%以上的物种发生重大更替。这可能会扰乱包括粮食供应在内的一系列海洋生态系统服务。图20：世界最高产的渔场都集中在约占海洋面积7.5%的主要热点区域，半数以上的鱼类都在此捕获。图21：尽管海岸生态系统已是地球最具价值的生态系统之一，但目前对一些海洋蓝色碳汇经济价值的估计却出乎意料地低。随着我们了解到海岸生态系统对维系海岸与海洋健康的广泛益处，应如何改变人类对这些重要生态系统的看法？气候变化对粮食安全的所有四个层面（可供性、稳定性、可得性及利用性）都会造成影响。水产品的可供性将随着生态系统、生产量、物种分布和生境的变化而改变。由于生态系统和水产业的改变，在区域及地方两级，淡水和海洋系统都将发生改变。水产资源，不论是通过渔业还是通过水产业获得，都可能受到控制时间和空间可得性的管理措施的适应能力的影响。季节性变化、生态系统生产力差异性的增加、供应风险的上升和供应可预测性的降低都会对供应的稳定性造成影响。这些因素也可能对供应链成本及其应对变化的灵活性产生很大的影响。食用鱼类的可得性将既受到鱼种分布变化及人类生计变化的影响，又受到其他部门的转移影响（替代性食品价格上涨）、供应竞争及信息不对称的影响。由于个人对食物权的表达受到限制，应对气候变化影响的政策和措施可能会间接阻碍人们获取食物。图22：小黄鱼（石首鱼科）的(a)当前分布（21世纪初期）和(b)在气候变化影响下的分布。假设全球海洋平均温度上升2.5°C，Cheung等人（2008年）描述的动态生物气候包络模型预测了气候变化影响下的物种分布。专属经济区的边界用虚线表示。图23:物种更替对水产品营养素（即营养价值）的利用会因为供应质量变化和市场链中断而受到影响。在一些情况下，向非传统食用物种的转移需要一段调整时期。对人均水产蛋白消费高的国家而言，这些问题尤为重要。有害藻华不仅影响渔业，有时还会导致贝类海鲜和有鳍鱼类有毒而无法食用。随着气候变化，有害藻华爆发的频率、分布和时间也将发生变化。有害藻华主要由水体中上下游动的鞭毛虫类（单细胞藻类）构成。据预测，当海洋水域分层增加时，这些单细胞藻类将比其它浮游植物更易存活，有害藻华的爆发频率也会因此增加（Moore等人，2008年）。由于气候变化导致海水温度上升，此类事件的范围将会扩展至更高纬度。北海观测到的有害藻华的爆发频率在增加（Tester，1994年）。据预测，由于海水温度会较早地达到最高值且持续时间延长，此类事件的爆发频率和持续时间也会改变，若环境适宜则持续时间也更长（Moore等人，2008年）。由于各种变化的综合影响，来自更多地区的更多人群将更长时间地面临各种毒素的威胁，这些毒素要么来自气溶胶，要么来自贝类海鲜和有鳍鱼类体内积聚的有害藻华（Moore等人，2008年）。海洋因气候变化而改变对谁的影响最大？如前面章节所述，气候日益变化对海洋的影响可能包括海平面上升、酸性增加、渔业衰退以及极端气候事件出现频率更高、强度更大。这些物理改变和生物改变各有不同，其对渔业社区和水产业社区的影响也不尽相同（粮农组织，2008年；Cochrane等人，2009年）。积极影响和负面影响都会有，而影响大小则取决于社区的脆弱程度；综合潜在影响（敏感性和暴露程度）和适应能力。不管是捕获量、生产量、市场成本和销售价格的改变，还是基础设施、捕鱼工具、水产工具和住房遭受毁坏的潜在风险增大，均能反映出这些影响。依赖渔业的社区可能会更加脆弱，比如生计的稳定性降低、可食用鱼类的质量和/或可供性下降以及安全风险增大，比如在离登陆点更远的、气候更恶劣的地方捕鱼。由于水产业所需的自然资源（主要是水域、土地、种子、饲料和能源）所受到的直接影响和间接影响，水产业也面临着积极影响和负面影响。由于渔业提供了大量饲料和种子，气候变化对其带来的影响也将波及水产系统的生产率和利润率，威胁粮食安全（Cochrane等人，2009年）。水产业社区对自然资源的依赖高、受极端气候事件的影响大，因此容易受到影响。气候变化会增加养殖群落的生理应激，这不仅影响生产率，也会使其更易患病，从而增加农民面临的风险，致使其收入减少。渔业和水产业次级部门间的相互作用会造成其他影响，比如极端气候事件会对养殖群落造成影响、导致野生群落基因多样性的减少以及广泛影响海洋多样性和生态系统。这些还影响了其他方面的适应能力，比如日益增加的沿海人口给资源带来的压力增大，政治、体制及管理的僵化对各社区适应战略造成了负面影响，监测系统、预警系统和风险应急计划不完善，以及其他非气候因素，如贫困、不平等、粮食不安全、冲突和疾病等。海洋生态系统的退化是由气候变化、海岸废物管理不善以及底拖网捕捞等不可持续的自然资源开采做法造成的（环境署，2008b），粮食安全和生计保障的各个方面都受其影响。因此，为确保沿海和水产资源管理的整合而进行的适应和缓解措施，对碳汇能力恢复、人类健康、生计、收入及粮食安全都必不可少。图24：各经济体渔业受气候变化影响程度。在气专委B2设想方案（本地发展，降低排放）下的各经济体渔业受潜在气候变化影响的程度（综合了暴露程度、敏感性和适应能力）。认识到多产、健康的沿海生态系统陆正日益受到地污染源、沿海开发和生境破坏的影响，在短期内，这些生态系统对于缓解气候变化对沿海社区和经济的影响发挥着越来越大的作用。我们强调要将红树林、湿地、海草、珊瑚礁等海洋与海岸生态系统作为多产的保护性缓冲区，而进行可持续的管理，这些生态系统将提供宝贵的生态系统产品和服务，这对于应对气候变化的不利影响将具有重大潜力。《万鸦老海洋宣言》（世界海洋大会，2009年）。基于生态系统的适应与缓解人们越来越意识到恢复自然生态系统可作为缓解气候变化、确保生态系统服务持续流动的途径，事实也日益证明了这一点（MA,2005年;Trumper等人,2009年）。生态系统服务包括极端天气和海啸缓冲作用、加强粮食供应、缓解污染和健康问题及其他，主要集中在海洋海岸地区（环境署,2006年;2008b）。事实上，海洋蓝色碳汇、珊瑚礁以及海藻生物群落在海岸地区起着重要的功能作用，同时还创造了就业机会，推动了海岸的经济发展。不幸的是，蓝色碳汇正以惊人的速度消失。人类各种活动，如毁林、农业工业废水中的营养物质和化学品造成的污染、不可持续的海岸发展模式、过度捕捞、入侵物种侵扰、石油泄漏、疏浚、引起沉积物的填地或排水、采矿以及生物多样性减少等，都在影响着全球的沿海生态系统。其影响之大，远远超过了这些生态系统的自然缓冲能力（环境署,2006年;2008b）。蓝色碳汇的管理与恢复蓝色碳汇是海洋碳埋藏的热点区域，在全球海洋中起着重要作用，应纳入当前自然碳汇的清单。从20世纪40年代起，由于海岸植物生境的消失，其碳汇能力也下降了一半。必须将恢复蓝色碳汇能力的工作纳入当前各项缓解气候变化的策略，进而推动恢复工作。恢复蓝色碳汇不仅可帮助各国缓解碳排放，还能恢复有价值的生态系统服务和重要的自然资源。海岸综合管理将是这项工作的重点，以确保碳固定能力，并为粮食安全、海岸生计和海岸的可持续发展提供食品和服务。有充分证据表明，逆转全球海岸植物生境的衰退趋势、恢复蓝色碳汇的消失区域将大大改善全球海岸环境的生态状况。这将帮助恢复重要的服务，如为海岸水域供氧、发挥鱼苗区的作用、恢复全球鱼类资源、使海岸线地带免受风暴和极端气候事件的影响等（Hemminga和Duarte，2000年；Danielsen等人，2005年）。同时，通过遏制生态系统的丧失和退化，我们可以重新构建一种重要的自然碳汇，进而为缓解二氧化碳排放和应对气候变化作出贡献。除南极洲外，所有大陆的海岸线周围都存在蓝色碳汇，因此拥有大片浅水海岸地区的国家（如印度、东南亚、黑海、西非、加勒比、地中海、美国东部、俄罗斯）可发掘下述潜力，即通过保护和恢复蓝色碳汇，减缓二氧化碳排放，并改善海岸资源的潜力。因此，扩大蓝色碳汇是一项双赢的战略（可与目前保护和重建雨林碳汇能力的战略相提并论），可帮助各国履行联合国《生物多样性公约》和《气候变化公约》下的各项承诺。例如，中国正在开展一项全国湿地养护行动计划，预计可增加碳固存65.7亿克/年（Xiaonana等人，2008年)。根据Andrews等人（2008年）的计算结果，若英国将26平方公里的填海土地返还到潮间带环境，那么每年可埋藏约800吨的碳。首先，应保护这些重要的蓝色碳汇生境，很多国家（如欧盟成员国和美国等）已经开始采取行动。要管制导致全球蓝色碳汇消失的各项活动，如海岸带填海、红树林砍伐、陆地作物过量施肥、城镇有机垃圾过量投入、陆地毁林引发的淤泥淤塞、渔业的不可持续性运营、以及通过海岸开发修复海岸线（Duarte，2002年；2009年）。已有蓝色碳汇管理的最佳做法供参考，可帮助维系生态系统的健康状况并保持其各项功能（例如Borum等人，2004年；Hamilton和Snedaker，1984年；Melana等人，2000年）。其次，应大规模恢复消失区域，其面积与当前仍有水生生境覆盖地区的面积大小处于同一数量级（也可能大于后者）（Duarte，2009年；Waycott等人，2009年）。例如，自20世纪40年代以来，东南亚一些国家90%的红树林已消失（Valiela等人，2001年）。大规模的红树林恢复项目已顺利开展。规模最大的当数越南湄公河三角洲的植树造林项目。由于20世纪70年代橘色剂的使用，该地区的红树林几乎完全被毁，后由越南人民重新种植（Arnaud-Haond等人，正在印制）。恢复盐沼项目也同样可行，欧洲和美国已开始大规模实施（如Boorman和Hazelden，1995年）。恢复消失的海草牧场较为复杂，因为在水下插入移植海草所需的劳动力成本较高。因此，海草恢复项目的规模相对有限（几公顷）且数量也较少。但是，如能战略性地利用海草恢复带来的效益，如促进自然恢复的巨大潜力，这会是一个可行的方案。在没有任何援助的情况下，海草恢复将是一个缓慢的过程（Duarte等人,2005b），因此必须加以支持，同时开展行动从源头剔除造成海草损失的因素。这样就能从源头发展起来，而且随着海草根茎的生长，我们可以从海草牧场在海底快速扩张的能力中获益。绿色森林只能向上生长，但海草却能以极快的速度水平扩展。各海洋生态系统的固存能力大不相同（见表1）。蓝色碳汇的效率也高低不一，其中每一单位面积内盐沼的碳埋藏率最高，其次是红树林和海草。目前我们认为，蓝色碳汇生态系统之所以拥有强大的固存能力，是因为其具有非常高的生物量和生产量，植物会生产大量剩余的有机碳（Duarte和Cebrián,1996年），另外它们所处的地区能够截取地面物质，增加自己的剩余量，从而提高了碳埋藏率（Bouillon等人,2008年）。恢复工作应重点恢复固存能力高的蓝色碳汇，充分考虑各驱动因素并促进这些生态系统作为有效碳汇的能力。对形成海岸植物生境高碳汇能力的条件进行额外研究，将帮助各恢复项目取得成功。恢复蓝色碳汇的主要目的是，想借此恢复海岸植物生境对海岸地区的保护，以及它们作为关键物种的生境的价值（Boorman和Hazelden,1995年；Fonseca等人,2000年；Danielsen等人,2005年）。现在就应考虑其作为碳汇的有益角色，并把这一点纳入有关恢复蓝色碳汇的收益的经济评估中。生态系统综合方法提高海洋与沿海社区（人类社区和水生群落）对气候变化影响的复原力，将是维持海洋作为粮食安全和生计保障提供者这一角色的关键所在。针对海岸和海洋管理及水生资源利用的全面且综合的方法是制订各项气候变化适应和缓解战略的基础，因为前者从社会、经济、生态和治理等各个方面来应对气候变化方面的脆弱性。这种综合方法可将依赖海洋与沿海资源的多个部门与承担气候变化和灾难风险管理责任的各组织联系起来，进而帮助制订具体部门应对气候变化的发展战略，并将与水生生态系统相关的部门纳入气候变化战略的主流。海岸碳汇管理——一份即将出版的由自然保护联盟、自然英格兰、环境署共同编制的报告海洋碳固存问题正在全球范围内越来越受关注，一份由国际自然保护联盟和自然英格兰合作编写的名为“海岸碳汇管理”的报告详尽探究了这一问题。该报告介绍了世界顶级科学家对一些海岸生态系统的碳管理潜力的最新看法，这些生态系统包括潮汐盐沼、红树林、海草牧场、海藻森林和珊瑚礁等。报告探讨了每一生态系统的最新科学进展，探讨了其在碳循环中的作用，并概述了可用于维护并增强其碳汇能力的管理方案。报告将于2009年晚些时候公布。与陆地部门相类似，缓解行动和海洋与海岸资源整体开发目标之间存在协同增效和互惠效益。这些收益包括：改善渔业和水产养殖系统；通过增加红树林数量加强生物多样性养护；以及提高航运部门的能源使用效率。采取的行动应有益于改善粮食安全和生计保障，同时促使各部门承担责任，降低并尽量消除排放，同时加强温室气体的自然清除能力。为避免部门内和部门间在适应和缓解措施上出现消极取舍，因此在制订生态系统方法以及在系统范围内评估和设计缓解及适应战略时，必须考虑对其他部门产生的下行影响。该报告明确表示，这些有价值的沿海生态系统的碳汇能力应大幅推动海岸地区的综合管理、保护和恢复。政策备选方案在关于气候变化的讨论中，对缓解和适应均有重要影响的海洋生态系统并未受到人们足够的重视。造成这一状况的主要因素包括海洋生态系统的复杂性、其作为国际和公共财产资源的地位以及缺乏有力的缓解标准。尽管许多技术问题有待达成科学和政治共识，但国际气候变化文书应随着商定机制和措施的发展进行相应调整，这些机制和措施支持海洋生态系统的一致性和复原力，并建立在缓解与适应措施间强大的协同增效的基础上。到目前为止，关于如何缓解和适应气候变化的讨论都严重忽视了海洋生态系统。如今的经济活动主要以燃烧化石燃料为基础。对很多国家而言，在发展工业和扩大交通运输力的同时降低排放量是一个巨大挑战。在实现褐碳和黑碳减排的同时，我们必须维持并加强生物圈，尤其是海洋持续捕获和固定人类所释放的碳的能力，这一点非常重要。目前急需寻找新的途径来降低持续排放影响，仅仅适应是不行的，还需要确保自然系统能吸收并储存尽可能多的碳。海洋一直都是最大的自然碳汇之一，需要加强它们碳汇的能力。但是要注意一点：没有一把万能钥匙可以解决全部问题。新颖的短期解决方案，如海洋肥化或用泵将二氧化碳汲送到深海等地球工程备选方案会带来巨大的生态、经济、政治及道德方面的挑战，并伴有许多未知变数以及潜在副作用的高风险（见概况框5）。这些提议应予保留，但在进行大规模或商业运作前，必须进一步研究并开展细致全面的评估。可降低和缓解气候变化、加强粮食安全、有利于健康、提高生产率、创造就业和商业机会的备选方案非常重要。有人认为缓解或减排是一种支出而非投资，但事实刚好相反。改善海洋与海岸环境的综合管理，包括保护和恢复海洋蓝色碳汇，是目前已知的最有效的双赢缓解战略之一。它创造的附加收益会远远超过支出，但是各项全球议定书和碳交易系统中尚未认识到这一点。蓝色碳汇只是全球海洋的一小部分，但却是目前已知的最关键和最高效的碳汇之一。它们为渔业、旅游业和沿海经济提供有价值的生态系统服务。但它们的消失速度比地球上任何其他生态系统的消失速度都要快。我们还有不到二十年的时间来保护和恢复它们，改善海岸线保护和生态系统服务可直接提高碳固定效果，且渔业也会很快得到收益，人类也将立即获得附加收益。概况框8.绿碳和蓝碳可将排放量减少25%最新的估计显示，目前人类活动导致了约7,000–10,000万亿克/年的碳排放量，其中约1,500万亿克碳或约15%-20%是由于土地用途变更造成的，剩余部分则是由于使用化石燃料和水泥生产造成的（Canadell等人，2007年）。这就致使1995年至2005年间大气中二氧化碳浓度的年增长率为百万分之1–2或2,000万亿克/年，而1960-1995年间的年增长率约为百万分之1.25（气专委，2007b；Houghton，2007年）。绿碳：在2050年之前将毁林率降低50%并将该水平保持至2100年，可在本世纪避免高达500亿吨碳，或约为555万亿克/年的直接释放量，这相当于将大气中二氧化碳浓度降低至百万分之450所需减排量的12–15%（Trumper等人，2009年）。蓝碳：根据这份报告，保护和恢复海洋蓝色碳汇及改善对其的管理可避免高达450万亿克碳/年的年度损失，相当于所需减排量的10%。将蓝碳与绿碳相联合，并通过REDD，至少可实现所需减排量目标的20—25%，这对粮食安全、水资源、生物多样性都大有裨益，还可创造就业机会并增加收入。但这需要像之前为雨林创建方案那样，为海洋也制订一个类似“REDD”的方案——设立一个蓝碳基金。主要备选方案：为了方便实施流程和管理用以保护、管理以及恢复重要的海洋碳汇所必需的基金，提议如下备选方案：1.建立一个全球蓝色碳汇基金，用以保护和管理海洋与沿海的生态系统和海洋碳固存。a.在国际气候变化政策文书中建立机制，有了公认的标准，今后就可以对海洋与海岸生态系统的碳捕获和有效储存使用碳信用额。蓝色碳汇可与雨林等绿碳采用相同的交易和处置方法，并与其他碳固定生态系统一起纳入减排和气候缓解协议；b.为今后环境友好的海洋碳捕获和固存建立基线和标准；c.考虑建立协调性强的机制和供资机制；d.升级和优化可持续的、综合的海岸地区生态系统的规划和管理，尤其是在蓝色碳汇附近的热点地区，以增强这些自然系统的复原能力、维持来自海洋的粮食和生活保障。2.通过有效管理，立即紧急保护至少80％尚存的海草牧场、盐沼和红树林。用于碳固存的未来基金能帮助维持管理并增强碳固存。3.启动各种管理措施，以减少和消除威胁，并支持蓝色碳汇生物群落内在的强大恢复潜力。4.通过实施旨在增强人类和自然系统恢复能力的、全面综合的生态系统办法，维持海洋粮食安全和生活保障。5.在海洋领域实施双赢的缓解战略，其中包括：a.提高海洋运输部门、渔业部门、水产业部门和海洋旅游业部门的能效；b.鼓励可持续的、环境友好的海洋能源生产，包括海藻和海草养殖；c.遏制破坏海洋碳吸收能力的活动；d.确保优先考虑能恢复和保护海洋蓝色碳汇的碳固定能力、提供食物和带来收益的投资，并确保这种优先考虑的安排同时能创造商业、就业和海岸发展机遇；e.通过管理海岸生态系统，让其适宜海草、红树林和盐沼的快速生长，从而促进蓝色碳汇的自然再生能力。术语表酸化见海洋酸化。植树造林《京都议定书》中将植树造林定义为将非林地转化为永久林地（至少50年）的直接人为活动（Angelsen，2008年）。古细菌指基因和新陈代谢不同于细菌的独特的单细胞生物。自养的属于自养生物或与自养生物相关的，自养生物是指能够通过光合作用（需要光能）或化学合成（需要化学能）将无机物质转化为有营养的有机分子的生物。生物燃料指利用植物或动物有机物生产的任何液态、气态或固态燃料，如大豆油、糖分发酵产生的酒精、造纸黑液、木材燃料等。第二代生物燃料如乙醇和生物柴油，是通过化学或生物过程从木质纤维素生物量中获取的（气专委，2007a）。近海指从海滩延伸至大陆架、大陆坡、大陆隆的区域（Brink，1993年）。碳捕获和储存指将二氧化碳从与工业和能源有关的排放源中分离出来，运送到储存地点并将其与大气长期隔离的过程（气专委，2007a）。碳循环指碳（以二氧化碳等各种形式）在大气、海洋、陆地生物圈和岩石圈的流动（气专委，2007c）。碳固存指降低大气中的碳含量，提高储层中的碳含量(Chopra等人，2005年)。碳汇见“汇”。碳源见“源”。清洁发展机制指《京都议定书》下旨在协助发达国家（附件一）实现减排目标的机制。该机制通过在发展中国家（附件二）实施各种项目来减少排放量，附件一国家负责资助和实施这些项目，取得的成果将作为后者的信用额。清洁发展机制不仅旨在减少排放或增加碳汇，同时也旨在推动东道国的可持续发展（Peskett等人，2008年）。温室气体指大气中自然和人为的气体成分，它们吸收并释放来自地表、大气和云层的、波长位于红外辐射光谱内的各种辐射。这种特性会引起温室效应。水蒸汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、氧化亚氮(N2O)、甲烷(CH4)和臭氧(O3)是地球大气中主要的温室气体（气专委，2007a）。《京都议定书》指在《联合国气候变化框架公约》(《气候公约》)下制定的协议。批准《京都议定书》的国家承诺，减少二氧化碳及其他五种温室气体的排放，以及若需维持或增加这些气体的排放则参与排放交易。如今全球已有170多个国家批准并加入了《京都议定书》，但只有60%的国家承诺参与全球温室气体减排。截至2007年12月，签署国中只有美国和哈萨克斯坦没有批准该法案。《京都议定书》第一个承诺期将于2012年结束，已于2007年5月召开国际会议商讨有关第二个承诺期的事宜（Peskett等人，2008年）。土地使用、土地用途变更和林业指温室气体盘存部门，负责处理直接地人为土地使用、土地用途变更和林业活动所产生的温室气体的排放及清除事宜（《气候公约》，2009年）。泄漏在气候变化的背景下，碳泄漏是指，由于某地理区域（国家以下一级或国家级）的减排措施所造成的其他区域排放量的增加。例如，某地制止农田侵占林地的行为会导致另一地区的林地转化为农田，这便是“泄漏”。在REDD的背景下，泄漏也指“排放量转移”（Angelsen，2008年）。缓解指减少温室气体的“源”或加强温室气体的“汇”的人为干预（气候变化司，2008年）。海洋酸化指由于吸收人为排放的二氧化碳而造成海水pH值降低（气专委，2007c）。开阔洋指主要大陆板块边缘水深超过200米的水域。开阔洋包括小岛屿系统周边深浅不一的所有海域，但不包括大陆边缘的内海和半封闭海（环境署和科教文组织政府间海洋学委员会，2009年）。永久性温室气体减排的持续性和不可逆性（Angelsen，2008年)。理论上讲，生态系统中存储和固存的碳在未来不确定的时间点总是存在释放出来的可能性，因此永久性便成为土地使用部门的一个议题。重新造林重新造林指“人类在曾经是林地但已被转化为非林地的土地上，通过种植、播种和/或人为推广自然种子源等活动，将这些非林地转化为林地的行为。”《京都议定书》第一个承诺期将重新造林活动定义为，重新恢复那些在1989年12月31日无森林覆盖，但在过去50年内曾有森林覆盖的土地（Angelsen，2008年）。呼吸作用指生物机体将有机物转化为二氧化碳，同时释放能量并消耗氧分子的过程（气专委，2007c）。。固存指通过生物过程（如植物和树木的光合作用，见生物固存）或地理过程（如地下储层的二氧化碳储存）清除大气中的二氧化碳（气候变化部，2008年）。汇指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（气专委，2007c）。源指向大气中释放温室气体、气溶胶或温室气体前体的任何过程、活动或机制（气专委，2007c）。可持续性指既满足当代及当地人口的需求，又不损害后代或其他地区人口满足需求的能力的一种特性或状态（Chopra等人，2005年）。《联合国气候变化框架公约》（《气候公约》）《联合国气候变化框架公约》（《气候公约》）是第一个国际气候公约。该公约于1994年生效，迄今为止已获得包括美国在内的189个国家的批准。最近，许多国家核准了该公约的一个附加协议：《京都议定书》。《京都议定书》具有更有力（和更具法律约束力）的措施（Kirby，2008年）。《气候公约》见《联合国气候变化框架公约》。缩写C碳CDM清洁发展机制CO2二氧化碳EU-ETS欧洲联盟排放贸易体系FAO联合国粮食及农业组织GEF全球环境基金GHG温室气体GRID全球资源信息数据库HAB有毒藻华HCO3–碳酸氢根离子HCl盐酸MEDEA地中海高级研究所IPCC政府间气候变化专门委员会°C摄氏度ppm百万分之几REDD减少发展中国家毁林和森林退化所致排放量联合国合作方案REDD-Plus减少毁林和森林退化所致排放量，养护现有碳储量及提高碳储量SIDS小岛屿发展中国家SOC沉积有机碳TCyr–1吨碳/年TgCyr–1万亿克碳/年UNEP联合国环境规划署UNEP-WCMC环境署—世界养护监测中心UNESCO联合国教育、科学及文化组织IOC-UNESCO教科文组织政府间海洋学委员会USA美利坚合众国USD美元yr–1每年照片来源1iStockphoto/FelixMöckel1iStockphoto/NicholasMonu4iStockphoto/JanRysavy9iStockphoto/AndriyMyahkov10iStockphoto/JudsonAbts14iStockphoto/SusannaPershern18–19ManuSanFelix20iStockphoto/KeiichiHiki20iS-tockphoto/DavidParsons20iStockphoto/JurgaR20–21iStockphoto/TammyPeluso28iStockphoto/JohnKounadeas29iStockphoto/thp7334iStockphoto/SharonMetson38–39CarlosM.Duarte40iStockphoto/JarosławJuszkiewicz44iStockphoto/HaiderYousuf48iStockphoto/SuzanaProfeta49JacquelineAlder50iStockphoto/brytta53iStock-photo/RainforestAgencies56iStockphoto/ThomasBradford58–59OCEANA/JuanCuetos59OCEANA/MarMas59OCEANA/JuanCuetos60iStockphoto/jacus62iStockphoto/LesleyJacques63iStockphoto/OmarAriff64JenniferWolf/WolfHarttImage/MarinePhotobank66TophamPicturepoint/UNEP/DavidTapiaMunoz66iStockphoto/SergeyDubrovskiy66iStockphoto/AntonioD’Albore67iStockphoto/SerdarYagci67iStockphoto/GalinaBarskaya67iStock-photo/pidjoe68MohNurHarun/MarinePhotobank79iStockphoto/MariaPavlova80iStockphoto/ValentinCasarsa撰稿人和审稿人编辑ChristianNellemann,EmilyCorcoran,CarlosM.Duarte,LuisValdés,CassandraDeYoung,LucianoFonseca,GabrielGrimsditch撰稿人TarubBahri联合国粮食及农业组织VialedelleTermediCaracalla,00153Roma,ItaliaCarlosM.Duarte地中海高级研究所全球变化研究部MiquelMarqués21,Esporles,SpainCassandraDeYoung和DorisSoto联合国粮食及农业组织VialedelleTermediCaracalla,00153Roma,ItaliaChristianNellemann、EmilyCorcoran、RiccardoPravettoni和PetterSevaldsen环境署/全球资源信息数据库挪威阿伦达尔中心Teaterplassen3,4836Arendal,Norway,www.grida.noJacquelineAlder、OleVestergaard和GabrielGrimsditch联合国环境规划署环境政策实施司UnitedNationsAvenue,Gigiri,POBox30552,00100Nairobi,KenyaLuisValdés和LucianoFonseca科教文组织政府间海洋学委员会1rueMiollis,75732ParisCedex15,FranceNicoleGlineur全球环境基金生物多样性和私营部门全环基金秘书处1818HStreet,NW,MSNG6-602,Washington,DC20433,USAPavanSukhdev绿色经济行动倡议（环境署）219HuntingdonRoad,Cambridge,CB30DL,UKStefanHain、CorinnaRavilious和TerriYoung世界养护监测中心（环境署—世界养护监测中心）219HuntingdonRoad,Cambridge,CB30DL,UKWilliamCheung东英吉利大学环境科学学院NR47TJ,UKCarl-GustafLundin国际自然保护联盟（自然保护联盟）全球海洋方案RueMauverney28,CH-1196Gland,Switzerland制图员RiccardoPravettoniGiulioFrigieri（图6和图24）审稿人ElaineBaker、Jean-NicolasPoussart,和MortenSørensen环境署/全球资源信息数据库挪威阿伦达尔中心Teaterplassen3,4836Arendal,Norway,www.grida.noRobKayCoastalZoneManagement(Australia)PtyLtdPOBox436,Claremont,Perth,Australia,6010ChrisTompkins独立顾问RichardKenchingtonRACMarinePtyLtdP.O.Box588,Jamison,ACT2614,AustraliaKieranKelleher世界银行WashingtonD.C.20433,USAFrancineKershaw世界养护监测中心（环境署—世界养护监测中心）219HuntingdonRoad,Cambridge,CB30DL,UKJamesSpurgeon环境资源管理EatonHouse,WallbrookCourt,NorthHinkseyLane,Oxford,OX20QS,UKDavidOsbourne联合国环境规划署环境政策实施司UnitedNationsAvenue,Gigiri,POBox30552,00100Nairobi,KenyaGailM.Chmura麦吉尔大学地理系805SherbrookeStW,Montreal,QCH3A2K6CanadaIngunnVistnesNorutAlta–ÁltáPostboks1463,N-9506Alta,Norway文字编辑AniaNiedzwiadek和CarmenElricknCoastalZoneManagement,PtyLtdPOBox436,Claremont,Perth,Australia,6910HarryForsterInterrelate2,rueSaintLaurent,38000Grenoble,France参考文献Achard,F.,H.D.Eva,H.J.Stibig,P.Ayaux,J.Gallego,T.RichardsandJ.P.Malingreau.2002.DeterminationofDeforestationRatesoftheWorld’sHumidTropicalForests.Science297:999-1002.Allison,E.H.,A.L.Perry,M.C.Badjeck,W.N.Adger,K.Brown,D.Con-way,A.S.Halls,G.M.Pilling,J.D.Reynolds,N.L.AndrewandN.K.Dulvy.2009.Vulnerabilityofnationaleconomiestotheimpactsofclimatechangeonfisheries.FishandFisheries.Andrews,J.E.,G.SamwaysandG.B.Shimmield.2008.Historicalstoragebudgetsoforganiccarbon,nutrientandcontaminantelementsinsaltmarshsediments:Biogeochemicalcontextformanagedrealignment,HumberEstuary,UK.ScienceofTheTotalEnvironment405:1-13Angelsen,A.(Ed.).2008.MovingaheadwithREDD:Issues,optionsandimplications.CIFOR:Bogor,Indonesia.Arnaud-Haond,S.,C.M.Duarte,S.Teixeira,S.I.Massa,J.Terrados,N.HongTri,P.N.Hong,E.A.Serrao.2009.Geneticrecolonizationofmangrove:geneticdiversitystillincreasingintheMekongDelta30yearsafterAgentOrange.MarineEcologyProgressSeries(inpress).Arrigo,K.R.2005.Marinemicro-organismsandglobalnutrientcycles.Nature,437:7057p349.doi:10.1038/nature04159Beja,O.,E.N.Spu-dich,J.L.Spudich,M.Leclerc,andE.F.DeLong.2001.Proteorhodopsinphototrophyintheocean.Nature,411:786-789.Bender,M.L.,D.T.Ho,M.B.Hendricks,R.Mika,M.O.Battle,P.P.Tans,T.J.Conway,B.SturtevantandN.Cassar.2005.AtmosphericO2/N2changes,1993–2002:ImplicationsforthepartitioningoffossilfuelCO2sequestration,GlobalBiogeochem.Cy.,19,GB4017,doi:10.1029/2004GB002410,2005.Bishop,J.K.B.,andT.J.Wood.2009.Year-roundobservationsofcarbonbiomassandfluxvariabilityintheSouthernOcean,GlobalBiogeo-chem.Cycles,23,GB2019,doi:10.1029/2008GB003206Bond,C.,etal.2000.Atechnology-basedglobalinventoryofblackandorganiccarbonemissionsfromcombustion.Boorman,L.andJ.Hazelden,1995.Saltmarshcreationandmanagementforcoastaldefence,in:Healy,M.G.;Doody,J.P.(1995).DirectionsinEuropeancoastalmanagement.pp.175-183Borum,J.,C.M.Duarte,D.Krause-JensenandT.M.Greve.2004.Europeanseagrasses:anintroductiontomonitoringandmanagement.TheM&MSproject,Copenhagen.ISBN:87-89143-21-3,95p.Bouillon,S.,A.V.Borges,E.Castañeda-Moya,K.Diele,T.Dittmar,N.C.Duke,E.Kristensen,S.Y.Lee,C.Marchand,J.J.Middelburg,V.H.Rivera-Monroy,T.J.SmithIII,andR.R.Twilley.2008.Mangroveproductionandcarbonsinks:ArevisionofglobalBudgetestimates.GlobalBiogeochemicalCycles22:GB2013,doi:10.1029/2007GB003052.Bowler,C.,D.M.Karl,R.R.Colwell.2009.Microbialoceanographyinaseaofopportunity.Nature459:180-184Bridgham,S.D.,J.P.Megonigal,J.K.Keller,N.B.Bliss,andC.Trettin.2006.ThecarbonbalanceofNorthAmericanwetlands.Wetlands26:889–916.Brink,K.H.1993.Thecoastaloceanprocesses(CoOP)effort.Oceanus,March22,1993Burkill,P.H.,S.D.Archer,C.Robinson,P.D.Nightingale,S.B.Groom,G.A.TarranandM.V.Zubkov.2002.Dimethylsulphidebiogeochemistrywithinacoccolithophorebloom(DISCO):anoverview.DeepSeaResearchII49(15):2863-2885Campy,MandJ.J.Macaire.2003.GéologiedelaSurface:Érosion,transfertetstockagedanslesenvironnementscontinentaux,Dunod,ParisCanadell,J.G.,C.LeQuéré,M.R.Raupach,C.B.Field,E.T.Buitenhuis,P.Ciais,T.J.Conway,N.P.Gillett,R.A.Houghton,andG.Marland.2007.ContributionstoacceleratingatmosphericCO2growthfromeconomicactivity,carbonintensity,andefficiencyofnaturalsinks.ProceedingsoftheNationalAcademyofSciences104:18866-18870.CBD.2008.DecisionIX16,ResolutionLC-LP.1Cebrian,J.andC.M.Duarte.1996.Plantgrowth-ratedependenceofdetritalcarbonstorageinecosystems.Science268:1606-1608.Chester,R.2003.MarineGeochemistry(SecondEdition)BlackwellScienceLtd,Oxford,2003Cheung,W.W.L.,C.Close,V.Lam,R.WatsonandD.Pauly.2008.Applicationofmacroecologicaltheorytopredicteffectsofclimatechangeonglobalfisheriespotential.MarineEcologyProgressSeries365:187–197,2008Cheung,W.W.L.,V.W.Y.Lam,J.L.Sarmiento,K.Kearney,R.WatsonandD.Pauly.2009.Projectingglobalmarinebiodiversityimpactsunderclimatechangescenarios.FishandFisheries.DOI:10.1111/j.14672979.2008.00315.xChopra,K.,Leemans,R.,Kumar,P.,andSimons,H.2005.EcosystemsandHumanWell-being:Policyresponses,Volume3.FindingsoftheResponsesWorkingGroupoftheMillenniumEcosystemAssessment.IslandPress:Washington,Covelo,London.Clare,D.2008.Reducingblackcarbon.InStateoftheWorld2009.WorldWatch.orghttp://www.worldwatch.org/files/pdf/SOW09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