海岸带蓝碳生态系统(CBCEs)包括红树林、海草和盐沼,具有高效的生产力,能有效地将大气中的CO2转化为有机生物质,并将碳埋藏在沉积物中。海岸带蓝碳生态系统具有较高的单位面积碳埋藏率,被认为是一种有效海洋CO2去除(CDR)方法。其同时也有重要的生态价值,例如维持丰富的生物多样性,提供洪水和风暴保护,减缓海洋酸化,以及通过光合作用产生有机碳(OC)。最近的研究表明,与沉积物中厌氧呼吸和碳酸钙(CaCO3)溶解速率的增加有关的沉积物总碱度(TA),可能是CBCE中被忽视的一个组成部分。
由于不同的底栖生物特性使碳酸盐化学性质进一步复杂化,TA对海草草甸CO2吸收的贡献仍有待探索。为了解决这一问题,台湾海洋大学联合其他单位的学者比较了两类海草草甸(一类位于富有机碳的珊瑚礁中,另一类位于贫有机碳的陆地沉积物中)的上覆水和孔隙水的碳酸盐化学、沉积物碳含量、矿物组成以及底栖TA和溶解无机碳(DIC)通量。
研究从东沙岛和垦丁的两个海草草甸进行采样,并测量TA、DIC和pH。根据测得的DIC和TA数据计算pCO2和文石饱和度(ΩAr)。孔隙水中的钙离子浓度采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定。沉积物中的总有机碳(TOC)、总无机碳(TIC)和总氮(TN)使用元素分析仪测定。
研究发现,位于东沙岛的海草草甸,其沉积物以高有机碳的珊瑚礁为主,底栖TA通量在干季和湿季分别达到约72.8和75.8 mmol m-2 d-1,这一数值不仅远超垦丁陆源沉积物海草草甸(仅0.53 mmol m-2 d-1),甚至比全球红树林的平均碱度通量(81 mmol m-2 d-1)更为突出。这种差距直接反映在海水碳酸盐化学特征上:东沙岛海域的pH值持续高于南海平均水平,文石饱和度(ΩAr)在0.84-9.16范围内波动,同时海水pCO2显著低于大气水平,总碱度(TA)峰值可达8,339 μmol kg-1,显示出强烈的碳汇效应;而垦丁海域的相应指标则接近或略低于区域背景值,碳汇能力明显偏弱。
研究结果表明,不同地点之间的矿物组成和OC存在显著差异。东沙岛沉积物主要由高OC含量的碳酸盐矿物组成,是海草草甸全球平均水平的6倍。相比之下,垦丁沉积物主要由陆生非生物矿物组成,东沙岛具有较高的CaCO3含量和较高的OC含量,其底栖TA通量显著高于垦丁海岸,后者主要包含低OC含量的陆源沉积物。东沙岛TA产量的升高表明代谢性碳酸盐溶解和硫酸盐还原作用增强。这些研究结果突出了沉积物特性在CBCE的CDR潜力中的重要性。