未来十年蓝碳科学研究的重点问题

《Nature Ecology & Evolution》：Priority questions for the next decade of blue carbon science

　　**摘要**
蓝碳生态系统，传统上定义为红树林、潮汐沼泽和海草，但近年来其范围已扩展到包括潮间带、大型藻类森林和大陆架沉积物等生态系统。这些生态系统在减缓气候变化和维持生物多样性方面发挥着重要作用。在最后一次全球研究优先事项评估七年后，我们进行了优先级设定工作，以识别持续存在的知识空白和实施障碍，并确定在快速变化的政策和金融环境下实现蓝碳生态系统可扩展、高完整性及公平管理所需的战略重点。最高优先级是管理蓝碳生态系统以支持沿海社区，同时整合传统生态知识，强调社会合法性和公平性在实现可持续成果中的关键作用。其他优先事项包括开发具有成本效益的恢复方法、提高温室气体通量估算的准确性、量化人类活动对碳循环的影响，以及将生物多样性和海岸保护等协同效益纳入自然资本框架。遥感、机器学习和数据共享平台等新兴技术也被视为填补知识空白和扩大解决方案规模的变革性工具。总体而言，这些优先事项凸显了蓝碳科学的复杂性，以及需要采取包容性的跨学科方法来支持沿海社区的韧性和生计。

**“蓝碳”一词已从科学概念发展成为气候政策的正式组成部分**。2009年首次提出时，它指的是由根系发达的沿海植被生态系统（如红树林、潮汐沼泽和海草）捕获和储存的碳，这些生态系统以高有机碳积累率和大量的长期土壤碳储量为特征。此后，研究和政策越来越关注这三种蓝碳生态系统的管理潜力，特别是如何通过保护和恢复来增强碳捕获能力、避免其退化或丧失带来的排放，并同时实现海岸保护和生物多样性保护等协同效益。随着数据量的增加，蓝碳科学的研究范围也扩展到了其他具有潜在气候缓解作用的生态系统（如大型藻类森林和潮间带）。最近，全球对碳储量和通量的量化使得这些生态系统能够被纳入气候缓解政策中，包括国家自主贡献、温室气体清单和碳市场。这种政策采纳引发了全球范围内的广泛关注，并加速了相关研究活动，形成了科学、政策与实践之间的动态反馈循环。

2019年，一份基础性路线图确定了十个优先问题，以加强蓝碳生态系统作为基于自然的气候变化缓解方案的科学基础。尽管此后取得了显著的科学进展，但对碳积累驱动因素和干扰后排放等基本过程的理解仍不完整。此外，蓝碳生态系统的退化速度仍快于恢复速度。虽然将蓝碳管理纳入缓解措施的努力复杂性已得到更好理解，但仍需有针对性的研究来最大化效益并解决局限性。政策环境也发生了变化，进一步提升了蓝碳生态系统的地位。国际协议（如《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》）正式将蓝碳捕获视为保护和恢复蓝碳生态系统以促进生物多样性成果的关键协同效益。据估计，在最佳条件下，蓝碳生态系统可抵消全球人为排放量的1-3%。虽然全球脱碳仍至关重要，但在拥有广阔沿海湿地、大量陆地排放和重要恢复潜力的国家，长期保护和恢复蓝碳生态系统可以提供有意义的、国内可控的缓解贡献。

鉴于研究的快速增长、不断变化的政策需求以及实现成果的压力，现在是时候重新审视和调整最初的路线图了。根据既定的视野扫描和优先级设定框架，我们确定、排序并完善了一套新的优先问题。此次重新评估旨在解决最紧迫的科学和实施挑战，以实现蓝碳生态系统的可扩展、可信和公平的保护与恢复，为研究人员、实践者和决策者提供指导，帮助他们充分发挥蓝碳在气候缓解、适应、生物多样性和沿海生计方面的潜力。

**十大优先问题**
由28位全球专家确定和排序的十大优先问题突显了这一领域在技术严谨性与实际应用之间寻求平衡的必要性，以确保蓝碳解决方案的可信性和可扩展性（图1）。从最初的116份提交中，排名最高的问题（Q1）是核心，它阐述了在维持沿海社区生计的同时大规模管理蓝碳生态系统的挑战。其中一半的问题（Q3、Q5、Q6、Q7、Q8）关注提高碳数据的精确性、可比性和可扩展性，强调了可靠证据对政策制定和市场机制的重要性。其余问题（Q2、Q4、Q9、Q10以及Q1）涉及有效蓝碳治理和融资的必要条件，包括恢复方法、自然资本核算、信用标准和科学传播。值得注意的是，大多数问题都被评为高度政策相关（见图1及表1中的各维度和等级定义），并且在3-5年内以中等成本（50万至200万美元）和中等研究复杂度下可实现。

**图1：可扩展、高完整性蓝碳生态系统管理的十大研究优先问题**
表格列出了每个问题及其相关主题：融资、信用机制、社会与政策、预测、测量和协同效益。每个问题根据四个维度（时间尺度、成本、研究复杂性和政策相关性）使用三级分类系统进行评估：低（浅蓝色）、中（蓝色）和高（深蓝色）。颜色表示大多数专家选择的等级。如果不存在单一主导意见（例如介于中和高之间的等级），则同时显示两个等级。

**表1：用于评估十大研究问题的分类系统**
该系统根据四个维度（时间尺度、研究复杂性、成本和政策相关性）对问题进行评估，使用三级分类系统（低、中、高）以指导专家评估的一致性，并为决策者提供实际参考。

**Q1：如何在支持沿海社区生计的同时管理蓝碳生态系统？**
蓝碳生态系统与其管理者之间存在密切联系。结合当地知识的管理策略能够提高效率、确保可持续性并创造互利成果。早期关于海洋保护和生物多样性的研究表明，自上而下的方法存在局限性，强调了社区参与对保护成功的重要性。因此，越来越多地认识到整合基于与蓝碳生态系统世代互动的传统生态知识是改善研究和管理成果的有效途径。斐济的本地管理海洋区域常被作为参与式管理的典范，既实现了保护目标又保障了可持续生计。尽管这些安排增强了社区参与和地方治理，但最新分析表明它们并不一定带来明显的生态或社会经济效益。这突显了将保护干预措施与可衡量成果联系起来的复杂性，以及引入新资源（如“本地生态知识”）的重要性，该资源为将本地和传统生态知识伦理地整合到研究和项目设计中提供了实际指导。

为了确保蓝碳生态系统的长期存在及其支持的生计，未来的保护和管理工作必须将本地和传统生态知识与科学研究相结合。这种融合使最佳实践能够在现代背景下得到完善（图2）。可持续的蓝碳保护依赖于知识共享、能力建设和优先考虑地方需求和参与度的包容性方法。实现这一目标需要摒弃一刀切的管理模式（例如一刀切的禁捕海洋保护区），确保研究和资金为当地社区带来实际利益而非外部利益相关者。

**Q2：如何开发经济可行的高质量恢复方法？**
有效恢复蓝碳生态系统首先需要解决导致生态系统衰退的原因，这应始终先于任何主动恢复措施。一旦恢复的生态条件成熟，有针对性的主动恢复可以加速生态系统的恢复。测试和优化低成本、有效的恢复方法对于提高生态系统结构和功能恢复的可能性至关重要。尽管人们对恢复项目的兴趣日益增加，但其成本、成功率和失败情况往往被低估。恢复成本显著影响项目的可行性和可扩展性，在全球南方（收入和研究能力较低的地区）成本较低。

**Q3：如何开发经济可行的高质量恢复方法？**
有效的蓝碳生态系统恢复首先需要解决导致生态系统衰退的原因。一旦恢复的生态条件成熟，有针对性的主动恢复可以加速生态系统的恢复。测试和优化低成本、有效的恢复方法对于提高生态系统结构和功能的恢复可能性至关重要。尽管恢复项目的成本和成功率经常被低估，但恢复成本在不同国家差异很大，全球南方地区的成本通常较低。

**Q4：如何确保蓝碳项目的透明度和公平性？**
蓝碳项目的设计应充分考虑社区需求和可用资源，以及政府的行动，以确保整体和公平的成果。蓝碳项目的优先领域不应仅由资源（生态系统）的可用性决定。即使资源丰富的地区，如果投资和发展计划不公平或有害，也可能导致保护效果不佳。蓝碳管理的可持续性和公平参与依赖于理解和尊重当地社区和原住民的管理实践，确保保护措施在文化上适当、互利，并有助于长期的环境和社会经济韧性。

**Q5：如何实现可持续的蓝碳生态系统保护？**
可持续的蓝碳保护依赖于知识共享、能力建设和优先考虑地方需求和参与度的包容性方法。实现这一目标需要摆脱一刀切的管理模式，确保研究和资金为当地社区带来实际利益。

**Q6：如何提高蓝碳生态系统的测量和预测能力？**
有效的蓝碳生态系统恢复需要首先解决导致生态系统衰退的原因。一旦恢复的生态条件成熟，有针对性的主动恢复可以加速生态系统的恢复。测试和优化低成本、有效的恢复方法对于提高生态系统结构和功能的恢复可能性至关重要。

**Q7：如何整合本地生态知识以支持蓝碳生态系统的管理？**
早期关于海洋保护和生物多样性的研究表明，自上而下的方法存在局限性，社区参与对于保护成功至关重要。因此，越来越多地认识到整合基于与蓝碳生态系统世代互动的传统生态知识是提高研究和管理效果的有效途径。

**Q8：如何实现蓝碳生态系统的可持续利用？**
蓝碳生态系统的可持续利用因地点而异，因为生态系统服务的相对重要性受海岸地貌和文化习俗等因素影响。蓝碳项目的透明度对于确保支持生态系统健康的同时促进更公平的生计至关重要。设计不佳的项目可能因未能考虑当地社会经济动态而加剧不平等。虽然基于传统生态知识的保护方法本质上采用整体性方法管理整个流域，但这种视角并未始终体现在研究驱动的管理计划或蓝碳项目开发中。

**Q9：如何确保蓝碳项目的成本效益？**
蓝碳项目的投资应与社区优先事项、可用沿海资源和政府行动相一致，以确保整体和公平的成果。

**Q10：如何实现蓝碳生态系统的长期保护？**
蓝碳生态系统的长期保护和它们支持的生计需要将本地和传统生态知识与科学研究相结合。这种融合使最佳实践能够在现代背景下得到完善。可持续的蓝碳保护依赖于知识共享、能力建设和优先考虑地方需求和参与度的方法。结果差异很大，一些地点在5-10年内就恢复了植被和碳埋藏率54，而其他地点则需要几十年的时间，这取决于沉积物供应、潮汐范围和放牧压力55。提供具有成本效益的高质量蓝色碳（BCE）恢复措施取决于当地的经济和物流状况、退化程度以及恢复方法的适用性。通过让当地社区和志愿者参与，并使用当地可获得的材料和物种开发适应性技术，可以降低成本56,57。预先可行性评估可以识别退化的驱动因素，从而指导针对特定地点的恢复行动，同时建立当地的监测、报告和验证（MRV）能力对于长期成功也至关重要。

Q3. 我们能否预测蓝色碳在应对全球变化时的未来温室气体平衡？在变化条件下预测蓝色碳的温室气体平衡对于碳融资和其他依赖于预测碳封存持久性和持续大气二氧化碳去除的活动至关重要。在气候变化等人为压力下，这尤其具有挑战性，因为这些压力会强烈影响温室气体预算。虽然参考地点可以为恢复目标提供隐含的预测，但需要数值模型来表示不同水文地质环境中的关键机制和过程（不同于第4节中评估人类影响温室气体效应的模型）。准确的预测还需要关于有机碳积累（或净二氧化碳交换）、氮循环48以及全球生物地理区域和多样化沿海环境中的温室气体通量49的高质量数据（Q8）。了解碳动态如何响应生物物理、化学和环境驱动因素（例如营养物质/沉积物、盐度、温度、海平面上升导致的适应空间）也很重要，因为碳积累率和温室气体通量受到这些因素的影响。多项综述集中在预测在人为变化和气候变化情景下蓝色碳的空间分布、有机碳积累和储量的变化11,58,59,60,61。例如，预计海平面上升将导致潮汐沼泽和其他沿海湿地的栖息地空间减少，从而限制碳储存和积累潜力62,63。这种日益增长的机制理解提高了有机碳积累和栖息地分布的预测能力，为评估蓝色碳的气候缓解潜力提供了依据64，并为认证的蓝色碳方法提供了信息，其中一些方法还包括对由于项目管理、土地所有权或极端天气事件等因素导致的储量损失的风险评估65。机制理解的进步增强了基于过程的模型，由于这些模型依赖于温室气体通量、有机碳积累和驱动因素之间已明确的关系，因此它们是预测在变化环境条件或修改下的温室气体平衡的宝贵工具。为潮汐沼泽和红树林设计的几种土壤队列模型可以预测有机物和碳积累以及沉积物堆积，其中一些模型明确模拟了对海平面上升的响应66,67,68,69,70。下一步是将这些模型扩展到预测温室气体平衡，包括CH4和N2O通量，以及溶解气体和碳在栖息地之间的横向交换（Q6, Q8）71,72。与陆地湿地不同，用于预测在变化环境条件下的排放的全面基于过程的模型在蓝色碳中仍然不发达。已经取得了一些进展，例如PEPRMT-tidal模型用于沼泽生态系统73，该模型通过结合队列沼泽平衡模型和反硝化-分解模型来预测CO2和CH4排放及碳积累，模拟了红树林和潮汐沼泽中的碳和氮动态74,75，提供了生物量、土壤碳和温室气体通量的估计。然而，仍需要开发能够考虑所有蓝色碳中横向碳交换的模型（Q6），或者能够预测淹没水生植被（例如海草和大型藻类）的温室气体预算的模型（Q6）。将应用范围扩展到传统蓝色碳之外的其他沿海湿地对于推动科学进步也至关重要76。横向碳传输对温室气体平衡很重要，特别是在有淹没水生植被的栖息地中，但气候变化引起的海洋水力结构变化（例如洋流和分层）和空气-水气体重新平衡对温室气体平衡的影响尚不清楚77。

Q4. 我们如何改进对人类活动对蓝色碳碳循环影响的估计？人类在蓝色碳中的活动通常会增加净温室气体排放，从而加剧辐射强迫78（图3）。这些排放既带来了挑战也带来了机会；虽然退化会加速排放，但保护和恢复这些生态系统可以支持气候缓解并带来多重协同效益。实现这些效益需要可靠的数据收集和分析，以量化基线条件并预测温室气体减排量。在必要的空间和时间尺度上，数据、分析工具和测量技术的获取有限，这仍然是推进蓝色碳科学和应用的主要障碍。图3：土地利用变化（LULUC）对沿海湿地温室气体排放的影响。将自然沿海湿地转换为淡水湿地、农田或水产养殖池塘会使温室气体排放分别增加到7、19和25吨二氧化碳当量/公顷/年。通过恢复来逆转这些变化有可能降低温室气体排放。数值代表来自CO2、CH4和N2O的综合净辐射强迫，以自然湿地为基准（净排放量约为0）。数据来自参考文献78中的元分析，这是迄今为止最全面的分析，尽管仍受到样本量有限（关键变量少于12项研究，特别是在转换后的湿地中）的限制。气泡大小仅用于说明，并不按比例显示。尽管过去十年取得了重要进展，但在评估蓝色碳在温室气体缓解方面的有效性方面仍存在关键的知识空白。土壤和生物量碳库是约束最明确的参数之一，已在多个空间尺度上进行了综合，并纳入了连贯的数据库79,80,81,82。然而，覆盖范围仍然不均衡，特别是在全球南部的海草和蓝色碳中79,83。现有的地图将点数据放大到更广泛的海洋景观单元对于红树林相对可靠，但对于其他蓝色碳来说则不够完善或不可用，限制了对其碳积累效果的验证和全球估计的精细化。当前的数据集偏向于完整的生态系统，关于土地利用变化（LULUC）和林业如何影响碳动态的信息有限，特别是在受到干扰或恢复之后。蓝色碳清单中的一个主要挑战是关于碳和温室气体通量（Q8）的数据稀缺，特别是CH4和N2O，它们具有很高的全球变暖潜力，并在LULUC和林业对辐射强迫的影响估计中引入了最大的不确定性84。基于实验室和涡流通量数据的综合提高了大陆和全球尺度上的有机碳预算85,86，但仍不足以量化小项目尺度上的排放，因为在这些尺度上无法进行实地测量。虽然继续研究驱动土壤碳积累的机制至关重要87（Q3, Q8, Q9），但也应优先开发与这些过程相关的通量代理指标，包括局部海平面上升88、地貌环境81、植被结构和生产力89以及悬浮沉积物90。这些过程部分被包含在能够预测潮汐沼泽高度变化的稳健数值模型中，这些模型可以响应海平面上升90、变暖91和二氧化碳浓度升高（参考文献92）。然而，现有的模型主要适用于潮汐沼泽和红树林，无法直接应用于其他具有木质植被的蓝色碳（即潮汐淡水森林湿地）或沿海植物（即海草），限制了它们在预测LULUC和恢复对蓝色碳辐射强迫影响方面的适用性。控制CH4和N2O排放的基本过程是众所周知的，但我们对其空间和时间变异性的建模能力仍然有限。盐度是广泛空间尺度上CH?排放的强预测因子85，但局部变化通常取决于其他因素，如距离潮汐溪流的距离、植物特征和微生物群落组成93,94,95。关于N2O通量驱动因素的数据更加有限，尽管在没有外部硝酸盐输入的情况下排放量通常较低96。随着高强度农业继续扩展到蓝色碳相邻区域，这可能会改变营养输入并可能改变排放动态。最不为人所理解的是控制有机碳和温室气体水文通量的过程、LULUC对这些通量的影响以及这些化合物在相邻海洋生态系统中的命运。量化LULUC对蓝色碳的影响在科学和技术上都具有挑战性，需要持续的投资进行研究。未来的工作应集中在可以通过遥感技术获取的生态系统特征上，并将其与传感器网络的数据、实证测量和适合尺度的模型相结合，以生成高分辨率地图，应用于从站点级别的恢复项目到国家清单的各种应用。通过改进的制图能力和支持MRV的开放访问数据共享平台（例如参考文献79），特别是当来自管理网络的遥感数据与通量相关代理指标和数值模型相结合时，进展将大大加快。数据共享应使信息易于查找、跨系统互操作且可重复使用98，特别是对于代表性不足和新兴的蓝色碳。解决这些挑战对于将蓝色碳完全纳入全球气候策略至关重要。

Q5. 我们如何推进蓝色碳的自然资本核算，以包括更全面的协同效益和权衡？要全面理解蓝色碳的自然资本核算中的协同效益和权衡，需要一个综合框架，该框架整合了生态系统动态、服务估值和长期监测。环境经济核算体系（SEEA）是量化生态系统范围、状况、提供的服务和经济价值之间空间和时间关系的国际标准99。SEEA为经济和环境政策100、企业会计101以及多个全球公约提供信息。它通常关注个别环境组成部分，如碳、水或生物多样性，这些可以从地方到国家和全球的自然资本账户中汇总100。例如，在参考文献102中，作者使用特定国家的社会成本估算蓝色碳每年为全球财富贡献1906.7亿美元。为了全面捕捉蓝色碳的协同效益和权衡，SEEA框架需要协调的评估、利益相关者参与、明确的制度授权以及持续的数据收集和MRV资源。一个关键挑战是从评估个别生态系统服务转向在生态系统层面进行汇总，鉴于这样做所需的复杂评估要求103。需要明确的指导来协调各国之间的数据，同时加强自然资本核算、生态系统估值和可持续管理的技术能力，特别是在全球南部。澳大利亚最近开发了一份将SEEA框架应用于蓝色碳的指南，详细介绍了评估恢复效益的方法104。该指南概述了测量和评估各种生态系统服务的方法，包括碳积累、水质净化、海岸保护和文化服务，并提供了跟踪恢复引起的生态系统变化的SEEA对齐表格示例。其应用在新南威尔士州的Hunter河口和昆士兰州的East Trinity Inlet得到了展示。在前者中，恢复工作改善了潮汐沼泽和潮间带森林生态系统，增加了生物量，带来了渔业和娱乐方面的效益，并通过避免排放和增强积累减少了碳排放105。在后者中，恢复减少了酸性硫酸盐土壤的影响，改善了水质，扩大了红树林和潮汐沼泽面积，并增强了生态系统连通性。Mandingalbay Yidinji人民的文化服务也得到了考虑106。尽管取得了这些实质性进展，但代表性不足和新兴的蓝色碳仍被排除在全球框架、市场和自然资本核算之外107。扩大研究以验证它们在提供广泛生态系统服务方面的有效性对于完善自然资本账户和确保准确反映蓝色碳的协同效益和权衡至关重要。还需要实用的管理技术和框架，以便将其纳入保护和气候策略中。随着对蓝色碳核算的财务兴趣的增长（估计为100亿美元或更多108），将生态系统服务效益与融资机制对齐可能有助于支持有关可持续发展、气候适应和蓝色碳保护的明智、公平和可行的决策。

Q6. 哪些创新技术、分析工具和新数据或代理指标可以提高蓝色碳通量估计的准确性？量化蓝色碳需要一种综合方法，结合遥感、现场测量地上和地下生物量及土壤有机碳，以及机器学习技术，理想情况下包括溶解和颗粒有机碳及无机碳的储存和流动，以及相关的气体通量。这些通量在垂直和水平方向上发生，由沿海生态系统及其相邻环境中的自然生物地球化学过程驱动。尽管在某些蓝色碳中垂直和水平碳通量可能很大，但由于其高度的空间和时间变异性，它们难以量化（参见Q4中的讨论）。传统的估计蓝色碳有机碳密度的方法（即单位面积的土壤有机碳、地下和地上生物量）依赖于基于点的现场采样、沉积物取芯和实验室分析生物量有机碳和土壤有机碳，通常结合沉积物年代测定来评估长期碳积累。尽管这种方法非常准确，但它耗时、成本高昂，并且在空间覆盖范围上有限。为了克服这些限制，将遥感技术与实地测量以及新的机器学习技术相结合，为绘制生物碳库和通量图提供了一种有前景、可扩展且成本效益高的替代方案。然而，仅依靠遥感技术无法估算土壤有机碳的积累速率，而这决定了大气中碳的长期积累量。这些积累速率在空间和时间上的高变异性，即使在同一生物碳库内也是如此，进一步限制了大规模的外推。越来越多的实地传感器和通量网络使得能够连续、多尺度地观测生物碳库中的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O），例如与红外或激光光谱仪耦合的涡度协方差系统。来自大气科学的涡度协方差方法越来越多地被应用于潮汐沼泽和红树林，通过结合塔式通量测量与埋藏和侧向交换，可以闭合净生态系统碳平衡。实际应用指南现在强调选择特定气体的方法、舱室设计及部署频率，以及质量保证和控制程序以减少偏差。对于碳库和排放因子的研究，标准化的现场协议对于不同类型的红树林、潮汐沼泽和海草之间的比较仍然至关重要。关键的是，非二氧化碳气体可以改变净气候效益（例如，海草产生的甲烷可能会减少碳汇，而氧化亚氮的动态可能会增强碳汇），因此需要综合测量温室气体。最近的指南呼吁采用标准化协议、透明的不确定性分析以及长期分布式的观测站，以支持可信的监测、报告和验证（MRV）以及政策的采纳。

尽管遥感技术取得了显著进展，包括多光谱、高光谱和合成孔径雷达成像，这些技术能够生成关于生物碳库的丰富光谱、空间和多时相数据。由于这些传感器能够捕捉生物碳库的互补结构特征，通过数据融合模型整合多模态地球观测的机器学习方法对于碳库和通量的量化变得越来越重要。云计算平台，如Google Earth Engine，进一步支持大规模遥感数据集的可扩展处理，物种级别的分类、基于集合的决策树和深度学习方法已被证明可以有效提高数据检索的准确性并跟踪随时间变化的碳量。遥感和人工智能的持续进步，加上研究人员、政策制定者和利益相关者之间的合作，对于完善全球生物碳库评估和支持蓝色碳项目投资至关重要。通过能力建设和培训确保这些技术的公平获取，特别是在生物碳库丰富的地区，对于减少全球南方和北方之间的数据差异至关重要。

虽然历史上生物碳库的损失率有所下降，但总面积的损失仍然超过了恢复和创建工作的速度。碳融资可以支持生物碳库的保护、恢复和创建，但由于技术、财务和社会障碍，项目采纳率仍然很低。一个主要挑战是量化有机碳库和通量的复杂性，这需要专门的知识和证据支持。虽然存在一些简化碳核算的方法，但大多数方法仍然过于复杂或成本过高，难以在社区中广泛实施。这引发了这样一个问题：是否可以在不损害科学严谨性的前提下进一步简化蓝色碳信用机制。这样的简化可能是可行的，而不会影响项目的完整性和标准。现有的框架，包括Verra和Plan Vivo，可以通过利用更广泛的数据可用性或采用类似于政府间气候变化专门委员会（IPCC）的分层验证程序来简化监测协议。关键在于将有机碳积累的主要驱动因素与温室气体通量的大小联系起来，确保基本假设得到实证数据的充分支持。在特定空间尺度上开发可靠的默认值需要高质量的数据集，这些数据集能够捕捉多样的地貌、水文、水动力和生态条件，包括物种组成和林分结构。对于某些生物碳库，如红树林，现有的关于有机碳库和温室气体通量的数据集可以为国家级、区域级或特定物种的基线评估提供代表性的默认值，并支持在不同管理情景下估算碳库和通量。然而，这些模型可能无法完全捕捉驱动蓝色碳动态的特定地点机制。异质有机碳的处理仍然是评估附加性的一个关键挑战，这突显了需要稳健的观测和实验方法来支持蓝色碳信用机制。最近的进展包括高质量数据集的整合和综合数据库的开发，如Coastal Carbon Library和Atlas以及EURO-CARBON数据库。这些资源提供了基线参考数据，并突出了数据不足的生物碳库和地区。然而，许多地区仍然缺乏生成高质量数据集的能力，这些数据集对于提高碳核算的准确性和包容性至关重要。通过全球和区域培训中心、研究枢纽以及适合具体情况的方法论来建立能力，可以帮助填补这些差距，增强技术专长，促进空间无偏模型的发展，并建立可靠的基线碳库和通量值。这些努力最终将支持蓝色碳信用的更广泛采用，并加强生物碳库在全球碳市场中的代表性。

大多数生物碳库研究集中在量化土壤和生物量中的碳库上，而关于通量的研究相对较少，尽管通量对于理解净碳平衡非常重要。这一差距在恢复的生物碳库中尤为明显，因为与参考地点的碳通量比较有限，从而限制了恢复附加性的评估。长期监测系统整合了地方和国家尺度的数据至关重要，但改进碳通量估计受到长期监测的物流和财务负担的限制，特别是对于高度变化的生态系统尺度上的温室气体通量。涡度协方差通量塔等技术提供了有价值的连续测量数据，但成本高昂，且很少在生物碳库中部署。此外，关于侧向碳交换的数据仍然稀缺，特别是对于颗粒有机碳、溶解有机碳、无机碳和总碱度输出。这些侧向通量，尤其是总碱度输出，可能占红树林和潮汐沼泽碳预算的25-40%。尽管碳通量对于保守估计碳吸收和长期去除是必要的，但它们比碳库更具地点特异性，因此不能很好地代表生物碳库所在地的全球多样的地貌和气候条件。考虑时间尺度也很关键，因为它们影响有机碳保存的估计。解决许多这些数据缺口将受益于新的侧向碳通量估算协议和对全球规模监测网络的持续投资。

图4：红树林、潮汐沼泽和海草的碳通量数据集的全球分布。a) 温室气体排放（GHGs：CO2、CH4和N2O），来自连续涡度协方差和舱室、顶空平衡或海水-空气交换的偶发数据（数据来源参考文献86,116）。b) 生物碳库土壤和红树林木质生物量中的碳积累（数据来源参考文献139,166,167）。c) 溶解无机碳（DIC）和总碱度（TA）的侧向交换（数据来源参考文献72）。

温室气体通量测量的可用性和分布在不同地区和生物碳库之间存在显著差异（图4）。红树林和海草的通量估计主要依赖于偶发测量（例如，舱室、顶空平衡、海水-空气交换），而潮汐沼泽则更频繁地使用涡度协方差通量系统进行监测，这些系统提供了更高的净生态系统交换时间分辨率。然而，监测工作主要集中在全球北方，特别是在亚热带和温带地区，导致热带潮汐沼泽和海草（图4）以及北欧/波罗的海、亚北极和北极生物碳库的监测明显不足。同样，虽然基于210Pb和/或137Cs的土壤有机碳积累率在红树林和海草中相对有较好的记录，但热带潮汐沼泽和新兴生物碳库的数据大多缺失。尽管已经取得了在对比地理环境中表征生物碳库碳动态的生态和地貌驱动因素的进展，但关键差距仍然存在。虽然已经确定了海草中碳库的关键环境驱动因素和红树林中碳积累的关键因素（例如，从河流主导到碳酸盐海岸线），但跨越多个生物碳库的统一分类将提高可比性和预测建模。物种组成强烈影响海草的碳库，全球潮汐沼泽土壤有机碳库的模式正在显现。相比之下，海岸地貌设置对温室气体排放和侧向碳交换的影响仍不甚清楚，有限的观测数据阻碍了明确的全球模式。解决这些数据缺口需要国际协调的努力，在不同气候区和海岸地貌设置中建立长期观测网络，以实现净生态系统碳平衡的保守估计。这样的监测还将改善生物碳服务的规模评估，并预测未来的数据需求，以确保支持保护、恢复和气候缓解策略的稳健、准确、特定地点和全球代表性的蓝色碳评估。改进监测还可以提高区域评估的可靠性，这直接有助于在不同尺度上放大蓝色碳估计。

开发用于收集和合成观测数据的稳健方法提高了全球和国家层面的碳库、温室气体通量及生物碳库分布的评估。然而，由于许多地区和生物碳库的数据仍然有限，需要有效的放大技术将可用观测转化为可靠、可扩展的估计值，同时考虑不同尺度上的空间异质性。一种方法是统计放大，即从地质、水文和生物地球化学参数预测蓝色碳特征。理想情况下，这些模型能够考虑从地方到区域尺度的空间异质性，但识别在多个尺度上保持一致的预测因子仍然具有挑战性。与尺度无关的过程可以通过从测量数据中得出可靠、可推广的预测提供有希望的见解。基于观测的放大方法受益于使用直接的碳库或过程速率测量，然后可以对其进行外推。当蓝色碳特征与多个预测因子呈现非线性关系时，机器学习可能提供更高精度的放大。在这种情况下，模型需要包含完整的蓝色碳特征值和多个预测变量，而这些数据往往不可用。因此，跨地区标准化的数据归档至关重要。另一种方法是首先估计生物碳库的空间范围，然后相应地放大碳库或通量。传统上，大规模估计生物碳库范围依赖于遥感，但对于水下生态系统（如大型藻类森林和海底栖息地）仍存在挑战。扩展高精度观测技术和声学方法可以提高基于遥感的生物碳库估计的准确性。除了遥感之外，数值建模提供了另一种估计生物碳库范围的方法。这些模型分为统计或机制两类。统计模型使用地理参考的物种观测和环境参数来定义适合的环境条件多变量空间，然后用于参数化物种分布。虽然这些模型有用，但它们简化了复杂的生态过程，且难以解释，特别是在检测随时间的变化方面。相比之下，机制模型结合了物种特征（例如，形态、生理、人口统计学）来建立环境条件与物种分布之间的直接联系。通过整合生态理解，机制模型提供了更稳健、长期和大规模的预测，并且现在开始应用于关键生物碳库物种。通过估计生物碳库范围（通过遥感或建模）并将其乘以已知的测量碳库值（例如，碳含量）或过程速率（例如，碳积累速率），可以实现碳库和通量的放大。或者，可以将空间范围与物理模型结合，以估计与生物碳库相关的海洋域中的碳通量。对于经典生物碳库和（在一定程度上）大型藻类森林，已有分布图，但对于代表性不足或新兴的生物碳库，只有从地方到区域的数据。因此，改进所有生物碳库（经典和新兴）的空间覆盖范围并更新地图以考虑土地利用变化（LULUC）是必要的。

“蓝色碳”一词最初作为政策和营销策略引入，旨在促进基于其碳储存和气候变化缓解潜力的沿海植被生态系统的保护、恢复和管理。随着时间的推移，它演变成一个常用的名词，反映了其在科学和政策讨论中的接受度和整合。然而，传达碳储量和通量研究结果并将其纳入政策制定仍面临关键挑战。政策制定者需要可靠且科学可信的指标来支持决策制定，但生物碳汇（BCEs）的复杂性和变异性，加上数据缺口和方法标准化问题，使得科学成果的转化变得困难。蓝碳科学可以从协调的国际研究和标准化监测中受益，以解决数据缺口问题，特别是在全球南方、代表性不足的地区以及新兴的生物碳汇中。国际指南应更新和扩展，以反映最新的高质量数据，并确保所有人都能公平地获取数据和方法。虽然红树林、潮汐沼泽和海草已被纳入IPCC 2014年的指南，但由于缺乏关于碳储存额外性和持久性的充分证据，一些新兴的生物碳汇仍被排除在外（例如潮间带、大型藻类森林）。碳积累率和参考值的不确定性进一步限制了稳健的蓝碳核算框架的发展。因此，应使用通过标准化协议在传统和新兴生物碳汇中生成的新高质量数据定期更新IPCC的指南。修订IPCC的等级标准，以反映过去十年中数据的巨大增长，将进一步提高清单的可靠性，确保在全球气候战略和碳市场中更准确地反映蓝碳的作用。清晰、一致和简洁的沟通策略对于向政策制定者和公众准确传达蓝碳的益处和局限性至关重要。透明的、基于数据的信息传递可以建立公众信任，并减少对生物碳汇在碳积累和排放中作用的误解。同样重要的是要强调除了碳储存之外的协同效益，包括海岸保护、生物多样性增强和养分循环，这些都可以支持将生物碳汇纳入气候适应策略。因此，需要跨学科合作，将协同效益和社会经济因素整合到蓝碳策略中。与政策制定者更紧密的合作将使蓝碳科学能够更直接地影响政策决策、国际协议和国家气候行动计划。诸如联合国生态系统恢复十年（2021-2030年）和昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架等全球倡议，为将蓝碳与国际政策议程对齐提供了机会。然而，需要加强联合国气候变化框架公约、生物多样性公约和拉姆萨尔湿地公约等公约之间的协调，以提高政策的连贯性和实施效果。将蓝碳核算纳入国家气候战略并扩大其在碳市场中的作用，需要共同努力来标准化方法并提高数据可获取性。

展望与结论
蓝碳科学正进入一个新阶段，对证据的需求不断增加，以支持气候缓解、海岸抵御能力和生物多样性目标。政府和私营部门的兴趣，包括新兴的生物多样性和蓝碳信用机制，创造了新的机会，但也提高了对准确性、透明度和社会合法性的期望。满足这些期望需要解决持续的科学和实施挑战。目前量化碳储量和温室气体通量的方法在动态海岸景观中仍面临重大不确定性，这降低了碳核算框架的可靠性和市场工具（如碳信用和国家自主贡献）的可信度。因此，将蓝碳科学转化为实际行动取决于填补地理和生态系统数据缺口、改善技术工具的获取以及加强生物碳汇管理的社会经济维度，包括社区参与和公平的利益共享。将当前的重点问题与2019年出版物《蓝碳科学的未来》中确定的问题进行比较，可以看出连续性和演变（见补充表1）。现在更加重视社区生计、规模化和预测挑战、横向碳通量以及政策所需的碳积累和温室气体通量估算。该领域已经从基础碳指标扩展到对生物碳汇管理干预措施的更批判性评估，认识到保守的、基于证据的估算对于政策相关性至关重要。当前的重点问题还涉及恢复成本、生态系统服务的核算、海洋景观中的有机碳来源以及管理行动在塑造长期碳结果中的作用。优先考虑社会维度，包括对沿海社区的影响、生物多样性支持和海岸保护等协同效益，以及改进数据共享和沟通，反映了对生物碳汇的更全面的理解。该领域还扩展到了其他海洋和海岸生态系统，如潮间带森林、泥滩和大型藻类森林，以及不同生境之间的横向碳通量作用。因此，蓝碳研究越来越多地采用一种更全面和跨学科的方法来理解不同海岸生态系统中的碳动态。

总之，蓝碳科学已经发展成为一个多学科领域，它批判性地评估生物碳汇管理。通过整合协同效益、政策相关性和社区福祉，这一学科越来越符合全球在气候变化缓解和基于生态系统的适应方面的优先事项，将科学严谨性与实际实施路径相结合。

方法
在奥地利维也纳的国际原子能机构总部举行的研讨会上（2023年11月13日至16日），作为全球海洋十年蓝碳计划的一部分，进行了一次优先事项设定活动。研讨会汇集了来自6个全球地区（澳新地区、北美、中美洲和南美洲、欧洲、非洲和亚洲）16个国家的28位生物碳汇专家（详见补充文本1）。参与者在性别代表性、职业阶段和学科背景方面具有多样性，包括政策、社会科学、海洋科学、土壤科学、遥感和湿地生态学等领域。为了确定蓝碳科学和政策的关键研究重点，我们采用了参考文献26中的方法，并结合了类似参考文献27中的开放在线投票方式。参与者被邀请提交最多五个重点问题，这些问题应关注传统和新兴生物碳汇中的可操作挑战。问题需要简洁、注重解决方案，并且与现有成果有所不同，强调新颖性、实际相关性和潜在影响。总共提交了116个问题，经过合并去重后，被组织成9个主题类别，以支持结构化的小组讨论：(a) 边界和定义；(b) 新兴生物碳汇；(c) 预测；(d) 测量；(e) 信用和标准；(f) 协同效益；(g) 沟通；(h) 金融和市场；(i) 社会和政策（详见补充文本2中的主题定义和补充数据1中的问题分类）。然后，参与者被分成六个讨论组（每组4-6名专家），在专业知识、地理、性别和职业阶段方面保持平衡，每个组至少包括一名主题专家和一名非专家。为了平衡工作量，主题(c)、(d)和(e)（占所有提交问题的约65%）被分配给专门的小组，而其余六个主题则分布在三个讨论组中（(a) + (b)；(f) + (g)；(h) + (i)）。每个小组合作筛选出在其分配的主题内的最多五个关键问题，根据重要性、新颖性、可行性和相关性进行评判。最终选出的25个问题（见补充表2）使用Mentimeter互动响应系统（www.mentimeter.com）匿名排名。参与者独立为每个问题分配了优先级分数，范围从1（最低优先级）到100（最高优先级），基于他们对每个问题重要性和推动蓝碳科学和政策进展潜力的专业判断。平均分数用于确定排名前十的问题，结果在投票结束后才公布，以减少偏见。随后举行了一次结构化的全体会议，对排名前十的问题进行了措辞改进，但未改变其原始排名顺序（详见补充文本3中的审查程序）。在适当的情况下，将排名较低问题的相关内容整合到排名较高的问题中，以提高连贯性和广度。没有分配正式的角色（例如批评者与支持者），讨论重点在于措辞的完善，而不是寻求共识。

优先问题特征的确定
为了加强最终成果的相关性和适用性，后续的专家评估从四个实际维度（1）时间尺度、（2）研究复杂性、（3）成本和（4）政策相关性四个方面对前十个研究问题进行了评估。参与者使用预定义的三级系统（低、中、高）独立为每个维度打分（见表1中的每个维度和级别的定义）。每个问题-维度对的众数分数被用作代表分数，当没有单一最高分时保留平局。手稿是通过团队合作撰写的，专家们根据他们的专业知识和兴趣起草了预先分配的部分。所有参与识别、排名和手稿准备的参与者都被列为共同作者。前十个问题在文中按排名顺序引用（例如Q1、Q2），并在审查过程中对措辞进行了完善。尽管这些问题通常相互关联，但每个问题都针对一个特定的挑战，并共同构建了一个推进蓝碳科学和政策的连贯路线图。

报告摘要
有关研究设计的更多信息，请参阅与本文链接的自然组合报告摘要。