2. 海南省海洋与渔业科学院, 曲口科研基地, 海南海口 570100;
3. 东寨港海草床资源保护与恢复海南省野外科学观测研究站, 海南海口 570100;
4. 海南省海洋地质调查院, 海南海口 570100
2. Qukou Research Base, Hainan Academy of Ocean and Fisheries Sciences, Haikou, Hainan, 570100, China;
3. Dongzhaigang, Conservation and Restoration of Seagrass Bed Resources, Hainan Observation and Research Station, Haikou, Hainan, 571129, China;
4. Marine Geological Survey of Hainan Province, Haikou, Hainan, 570100, China
在全球气候变化与我国“双碳”战略背景下，以海草床、红树林、盐沼为核心的蓝碳生态系统，凭借其高效的碳封存能力，已成为全球生态环境保护与气候治理领域的关键研究热点[1]。海洋是地球上最大的活跃碳库，储存了全球92%的非地质储库碳，每年吸收约30%的人为排放二氧化碳(CO2)，其有机碳储量与陆地植被相当[2]。海草床作为海洋碳汇的关键组成部分，面积不足海洋的0.2%，却贡献了全球海洋碳封存通量的10%，碳库可存续数千年[3-4]。
海南岛拥有我国最典型的热带海草床资源，现有海草床面积达6 727.73 hm2，记录海草种类12种，以泰来草(Thalassia hemprichii)、海菖蒲(Enhalus acoroides)等热带优势种为核心[5]。泰来草与海菖蒲等大型多年生海草的地下生物量占比较高，根系碳直接埋藏贡献显著[6]；海南岛海草床多发育于珊瑚礁与潟湖复合生境，其碳循环过程受陆源输入与珊瑚礁碳酸盐沉积的影响，形成了有别于温带及其他热带海区的独特碳汇机制[7]。保护与修复海草床碳汇资源，是海南建设国家生态文明试验区、落实“双碳”目标的关键抓手[8]。
自1879年以来全球29%的海草床已经消失。我国近岸海草床的退化趋势也十分显著，与20世纪80年代相比，近80%的海草床已经不复存在，海南岛部分海域的海草床也出现了明显退化[9-12]。针对海草床退化问题，我国科研人员已在海南、广西等南方沿海地区持续开展海草床保护与修复工作，相关技术体系已在海南高隆湾、新村港、黎安港及广西合浦等地实施，成功实现了泰来草、海菖蒲等优势种的规模化移植，为恢复区域海草床碳汇功能提供了关键的技术支撑[12-13]。海南正依托《蓝碳生态系统碳储量调查与评估技术规程海草床》(HY/T 0457—2024)等技术标准，推进蓝碳调查监测体系建设，为海草床碳储量的科学调查与评估提供了技术基础[14]。
目前，虽然海草床碳汇研究已经取得一定的进展，但现有研究仍存在明显短板[15]：全球海草研究存在显著的地理偏差，研究多集中于温带地区，而热带海草床因数据匮乏，其在高温、珊瑚礁底质等特殊环境下的碳循环过程尚未得到充分揭示[16]；并且，现有研究多集中于局部区域碳储量和分布现状调查，缺乏对海南岛海草床碳汇机理、现状特征与增汇潜力的系统性整合分析[6, 13]。尤其是海南岛处于热带季风气候、频繁台风、珊瑚礁与潟湖交织生境，以及高强度开发与养殖活动，使其碳汇形成与维持机制具有显著区域特殊性，急需对“机理—现状—影响因素—增汇路径”进行系统整合[17-18]。基于此，本文围绕该框架，梳理海草床碳汇功能的形成机理，揭示海南岛碳汇现状与评估方法中的不确定性，剖析关键胁迫因素，探讨增汇策略，为海南岛海草床碳汇资源的科学保护与可持续管理提供理论依据。
1 海草床碳汇功能的形成机理海草床碳汇功能是物理、生物与地球化学过程协同作用的体现，其核心在于通过高效固定、长期储存和缓慢释放，实现有机碳在生态系统中的持久留存[19]。相比红树林、盐沼等其他蓝碳生态系统，海草床因沉水型群落结构和持续水下生境，形成了差异化的碳汇机制：除自身光合作用固碳外，其沉水冠层还能通过物理拦截富集水体中的悬浮有机碳，且大部分固存的碳储存于沉积物中，展现出较强的碳封存稳定性[4, 19]。海草床碳汇功能形成机理示意图如图 1所示。
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| 图 1 海草床碳汇功能形成机理示意图 Fig. 1 Schematic diagram of carbon sink formation mechanism in seagrass beds |
海草通过光合作用将溶解无机碳转化为有机碳。一般情况下，其净初级生产力超过呼吸消耗，从而实现碳的持续净积累[4, 19]。海草将超过50%的生物量分配至地下根系与根状茎，直接埋藏于沉积物中参与碳库构建[4, 19]；枯枝落叶等碎屑经微生物分解后，难降解组分沉降进入沉积物[20]。与此同时，密集的叶片冠层可显著降低水流速度，使悬浮颗粒沉降速率较裸底海域提升2—5倍(高密度冠层可达6倍)，有效滞留自生碎屑与外源碳[19-24]；并且，海草床通过叶片冠层消浪促淤以及地下根系固定沉积物，使再悬浮速率比裸沙降低约67%[1, 4, 25-26]。沉积物的厌氧环境会抑制好氧微生物的活性，导致有机碳的分解速率显著降低[8, 27]；海草体内富含纤维素、木质素等难降解物质，海草叶鞘的95%分解时间可达1 577 d[28]。但是，不同物种与生境中各类碳输入路径的相对贡献差异显著，如温带潮间带大叶藻属(Zostera)海草床的外源有机碳贡献占比为75%—88%，而海草自源碳仅为12%—25%[29]。当生态系统功能完整时，有机碳矿化速率极低，仅有微量CO2返回水体或大气；一旦海草床退化、栖息地结构被破坏，则沉积物扰动和氧化条件加剧，矿化速率大幅提升，海草床将从“碳汇”迅速转变为“碳源”。
海南岛热带海草床以泰来草、海菖蒲等为优势种，其碳汇机制呈现区域特殊性。物种组成影响碳分配路径：泰来草地下生物量占比较高，根系碳输入是沉积物碳库的主要来源；海菖蒲植株高大，冠层捕获外源碳的能力更强，二者形成互补的碳输入模式。Jiang等[30]对海南新村港潟湖的研究证实，难降解有机碳是该区域碳长期保存的关键组分，但海水养殖活动引发的富营养化提高了沉积物中易降解有机碳比例，从而削弱了碳封存潜力。此外，海南频受台风侵袭，强风浪可导致海草植株受损、沉积物再悬浮，使已封存的碳重新矿化释放，短期内将海草床从“碳汇”转为“碳源”。
海草床的碳“源—汇”属性处于动态平衡：当有机碳输入(光合固碳+外源输入)大于输出(分解+侵蚀)时为碳汇，反之则为碳源[31]。自然条件下，温度、光照是重要调控因子：适宜温度与充足光照可维持光合作用稳定，而高盐等胁迫条件会抑制光合作用、降低生长速率，间接减少碳输入[32]。人类活动(农业径流、围填海、渔业捕捞、水产养殖)已在全球范围内被证实是削弱海草床碳汇功能的主要驱动因素[33]。生态修复有助于扭转这一趋势，通过提高海草盖度与生物多样性，增强生态系统稳定性，可有效提升有机碳的输入与截留效率。例如，弗吉尼亚海岸修复后的鳗草(Zostera marina)海草床碳封存能力随年限增长而持续提升，并预计12年后碳积累速率可达0.47 t/(hm2·a)，接近自然水平[34]。对海南而言，需特别关注陆源污染控制和台风干扰后的快速评估，以维持碳汇功能的稳定性。
2 海南岛海草床碳汇功能现状评估海南岛是我国热带海草床资源的核心分布区。受热带海洋环境、地貌格局与人类活动干扰的共同影响，其碳汇功能呈现出鲜明的区域特点[5, 8]。要精准评估这一碳汇功能的现状与潜力，需要建立可靠的评估方法，厘清其分布特征与碳汇的时空格局[35]。
2.1 海草床分布海南岛海草床主要分布于港湾、潟湖及近岸浅水区，其分布受水温、盐度、底质类型及水动力条件限制，其核心分布区包括文昌、东寨港、新村港、黎安港、东方近岸及澄迈近岸等地[5, 13]。
2.2 碳储量与碳通量空间格局海草床碳储量与碳通量通常表现出显著的空间异质性，这一格局主要与海草群落组成、水深、底质类型及人类活动干扰强度有关[4-5, 13, 29-30, 33]。上述因子通过改变碳的输入途径、埋藏效率与有机碳稳定性，最终形成区域间碳汇能力的明显差异。群落优势种决定海草生态系统的初级生产力水平，水深通过调控光照强度与沉积物沉积速率发挥作用，底质类型影响碳埋藏的长期稳定性，而人类活动干扰可能直接导致沉积物中已固定的碳重新释放。受这些因素影响，不同海域海草床的碳储量可相差数十倍[4-5, 13, 29-30, 33]。在我国范围内，东部、南部遮蔽条件较好的港湾以及部分温带半封闭海湾，因海草分布集中，水动力环境稳定，细颗粒沉积物易于富集，碳汇能力普遍强于开阔近岸区域[5-6, 13, 30, 36-37]。
2.2.1 植被与沉积物碳储量不同生活史策略的海草其生物量碳储量存在显著差异。以海菖蒲、泰来草等为代表的持久型海草，因植株大型、生命周期长、地下生物量(根茎与根系)较高，单位面积碳储量显著高于以喜盐草属(Halophila)等为代表的定居型或机会型海草[38]。持久型海草群落将碳主要储存在地下部分的特点，为理解海南岛海草床的碳储存潜力提供了重要依据。
沉积物是海草床有机碳的主要储存库。研究显示，海南岛黎安港海草床100 cm深度沉积物碳储量为(7 795.86±2 923.75) Mg C，占该区域海草床总碳储量的97.75%，远高于海草植被碳储量[(179.75±102.28) Mg C]，沉积物碳密度[(69.61±26.11) Mg C/hm2]也显著高于海草植被碳密度[(1.60±0.91) Mg C/hm2][39]。海南岛东部龙湾、会文、东郊3片海湾型海草床的研究结果同样证实，0—20 cm沉积物碳密度分别为3 862.62、1 548.56、1 037.16 g C/m2，占各区域总碳密度的94.41%、73.74%和91.85%，沉积物碳库始终占据绝对主体地位[40]。上述研究表明，在海南岛不同类型的热带海草床中，沉积物碳库均构成了有机碳储量的绝对主体，是碳汇功能的核心组成部分。
水动力情况也显著影响海草床的碳汇功能。美国马萨诸塞州纳汉特港的海草床研究证实，水动力较弱的区域碳积累效率显著更高[41]；黄渤海遮蔽港湾的研究也验证了低水动力环境对碳储存的促进作用[36]。
2.2.2 碳埋藏速率与界面通量海南岛海草床的碳埋藏速率及形成机制受沉积物类型显著调控，碳汇特征因此呈现出明显的空间异质性。海南岛近海受陆源碎屑输入主导，其海草床表层沉积物以有机碳为主。例如，海南岛新村港海草床表层30 cm沉积物有机碳含量在未受干扰区为0.80—1.86 mg/g，而在受大型藻类暴发影响的退化区下降至0.47—1.06 mg/g，碳储量由5.4 Mg C/hm2下降至3.4 Mg C/hm2，表明富营养化引发的大型藻类暴发可通过“激发效应”加速沉积物有机碳的矿化损失[42]。在碳埋藏速率方面，海南岛东部龙湾、会文、东郊3片海草床的沉积物有机碳平均累积速率分别为(18.90±3.87)、(21.62±6.31)、(9.81±0.95) g C/(m2·a)(表 1)，这种差异与海草群落组成、水动力条件及陆源输入强度密切相关[40]。进一步分析表明，沉积物有机碳累积速率与有效磷(Olsen-P)、氧化还原电位(Eh)、悬浮物(SS)、含泥量及平均粒径(Mz)呈正相关，而与酸可提取铁(HCl-Fe)、中值粒径(Md)、酸可挥发性硫化物(AVS)及盐度(Sal)呈负相关，说明沉积物有机碳的埋藏效率受物理捕获、化学保存与微生物代谢的共同调控[40]。从时间动态看，海南岛新村港海草床碳储量由2018年的1 243.20 Mg C下降至2022年的1 027.95 Mg C，年均碳损失量43.05 Mg C，碳损失主要归因于海草床面积缩减(由296 hm2下降至267 hm2)与沉积物有机碳密度下降(由4.20 Mg C/hm2下降至3.85 Mg C/hm2)的双重影响[43]。上述结果表明，海南岛海草床碳埋藏速率受沉积物类型、环境因子及人为干扰的综合调控，其空间异质性与时间动态特征共同决定了区域碳汇功能的现状与演变趋势。
| 区域 Area |
优势种 Dominant species |
底质类型 Sediment type |
沉积物 碳储量/(Mg C/hm2) Sediment carbon stock/(Mg C/hm2) |
沉积物碳埋藏速率/[g C/(m2·a)] Sediment carbon burial rate/[g C/(m2·a)] |
数据来源 Data source |
| Li′an Lagoon | Enhalus acoroides | Coral sand | 69.61±26.11 (0—100 cm) | [39] | |
| Xincun Lagoon (undisturbed area) |
E.acoroides | Sandy | 5.4±0.8 (0—30 cm) | [42] | |
| Xincun Lagoon (degraded area) |
E.acoroides | Sandy | 3.4±0.4 (0—30 cm) | [42] | |
| Longwan | Thalassia hemprichii, E.acoroides | Coral sand | 36.47±1.34 (0—20 cm) | 18.90±3.87 | [40] |
| Huiwen | T.hemprichii, E.acoroides | Sandy | 11.42±0.32 (0—20 cm) | 21.62±6.31 | [40] |
| Dongjiao | T.hemprichii, Cymodocea rotundata, Halophila ovalis | Coral sand | 9.53±0.88 (0—20 cm) | 9.81±0.95 | [40] |
| Note: sediment carbon stocks vary with sampling depth (0—20, 0—30, and 0—100 cm); depth differences should be considered when making comparisons. Sediment carbon burial rates refer to the mean accumulation rates of organic carbon in surface sediments. | |||||
沉积物—水体界面的碳交换通量决定着海草床碳汇功能的动态走向，即整合了表层沉积物碳稳定性、再悬浮与矿化过程的综合效应[6]。在海南岛热带海草床中，该界面通常表现为有机碳的净沉降，尤其是在海草覆盖度高、水动力较弱的区域，海草凋落物与所捕获的悬浮颗粒有机碳共同构成了沉积物碳库的主要来源[6, 39-43]。这一通量的大小与方向随沉积物类型、温度、营养盐、溶解氧及生物扰动等条件变化[6, 40, 44-46]。陆源输入进一步增加了这一过程的复杂性，其携带的有机碳在近岸系统中的矿化与埋藏平衡，深刻影响着沉积物—水体界面的碳交换方向[6, 44-47]。例如，水动力较强的开阔海域会增强底栖生物呼吸作用。从而可能影响沉积物有机碳的分解过程[48]。目前海南岛沉积物—水体界面碳交换的原位观测数据仍有限，后续研究若能聚焦极端天气、富营养化等关键扰动事件前后的通量变化，结合高频原位监测与沉积物年代学分析，将有望厘清有机碳在“沉积—再悬浮—矿化”过程中的最终去向，从而更精准地评估其气候调节效应。
2.2.3 海草床碳汇空间异质性的控制因素海南岛海草床碳汇功能呈现显著的空间异质性，这种差异主要由优势种、底质类型与干扰类型3个控制因子的组合导致。优势种差异决定碳的分配路径：以泰来草、海菖蒲为代表的持久型海草，地下生物量占比较高，碳以根系形式直接埋藏于沉积物中，碳储存稳定性强；而以卵叶喜盐草(Halophila ovalis)、贝克喜盐草(H.beccarii)为代表的机会型海草，生物量主要分布于地上部分，碳周转速率较快。这意味着泰来草-海菖蒲群落的碳埋藏效率高于喜盐草群落，但其恢复周期更长，对干扰的响应也更敏感[30, 49]。底质类型影响碳的保存效率：珊瑚砂底质区域(如新村港、黎安港)沉积物以粗颗粒为主，有机碳吸附能力有限，但水动力相对稳定，有利于碳的持续积累[7, 30, 49]；淤泥质底质区域(如东寨港)受充分的陆源碎屑供给和周期性动荡的潮汐水流控制，沉积物易发生再悬浮和淤积[50-51]。两种底质类型对碳的保存机制可能存在差异，但均以相对稳定的水动力环境和厌氧条件为前提。珊瑚砂底质区域因颗粒较粗、比表面积小，矿物吸附能力有限，其碳保存更依赖于物理稳定性(即水动力稳定对再悬浮和氧气输入的抑制)[7, 30, 39, 52]；而淤泥质底质区域在此基础上，还可能额外借助细颗粒沉积物对有机碳的吸附与保护作用，从而进一步增强碳的保存效率[52-53]。干扰类型决定碳汇的脆弱性：富营养化是海南岛潟湖区域的主要胁迫，新村港的研究表明高营养负荷可提高沉积物中易降解有机碳比例，削弱碳封存潜力[7, 30, 45, 49]；此外，潮汐和波浪等水动力条件也会通过改变底质沉积物的组成，进而影响海草的光合作用[12]。从上述分析可以看出，海南岛海草床碳汇的空间异质性并非随机分布，而是受优势种、底质类型和干扰类型的组合控制，未来需针对不同区域的控制因子制定差异化的碳汇保护与修复策略。
2.3 评估方法及其不确定性目前海草床碳汇评估主要依赖野外采样和室内分析，遥感与模型技术正逐步融入这一领域[1, 38]。但不同评估方法均存在不同程度的局限性。
海草分布与生物量调查中，以现场GPS定点和样方调查为基础，结合Landsat、Sentinel-2等中分辨率影像，基本能实现面积反演和动态监测。近年来，新兴遥感技术为提升监测精度开辟了新路径：无人机搭载高光谱或多光谱传感器，可实现厘米级分辨率的海草识别与扰动检测，其中IR-MAD(Iteratively Reweighted Multivariate Alteration Detection)方法能有效捕捉螺旋桨痕迹、局部退化等细微扰动[54-55]；同时，基于谷歌地球引擎的云端处理与机器学习方法，可支撑大范围、高频次海草分布制图，该方法已在希腊爱琴海等海域成功应用[54]。然而，这些方法在实际应用中仍面临诸多挑战，例如，影像条带效应和波段重采样伪影会干扰分类精度，海草与非海草的光谱特征易重叠导致误判，且高精度训练数据的获取成本高、周期长，限制了这些方法的普适性[54]。
海南岛海草床碳储量与碳通量评估已形成一套相对成熟的技术路线。植被碳储量通常基于实地调查获取生物量，再通过元素分析仪测定各组织碳含量完成换算[6, 30, 39-40, 42-43, 56]。沉积物碳库的测定则需要区分有机碳和无机碳，目前多用酸化熏蒸结合元素分析的方法实现[40, 56]。碳埋藏速率主要依赖210Pb或239+240Pu等同位素定年建立沉积年代序列，部分研究会引入多种同位素进行交叉验证，以提高定年精度[57-60]。界面碳通量的估算方法更为多样，包括原位气体监测、孔隙水交换模型或梯度法，用于量化海—气和沉积物—水体界面的CO2交换特征[57]。然而，这些方法在实际应用中仍面临不少问题。碳库估算方面，不同海草物种和不同生境(潟湖与开阔海岸)的碳含量差异明显，若采用通用系数计算，容易造成植被碳储量的高估或低估；此外，无机碳的生产与溶解过程会缓冲有机碳汇效应，评估时需同步考虑两类碳库的动态变化[56, 61]。定年方法的局限性也不容忽视: 在沉积速率波动大、人为干扰频繁的区域，放射性同位素定年所需的恒定沉积假设往往难以成立，表层扰动会进一步放大碳埋藏速率的估算误差[57, 62-63]。通量测定同样容易受干扰，采样过程中的沉积物扰动、培养箱密封导致的微环境改变，都可能影响CO2交换通量的原位真实性；而孔隙水交换本身受潮汐驱动，也给碳通量的整合计算增加了难度[57, 64-67]。
海南岛海草床碳汇本底调查与评估工作，仍面临空间覆盖不全、方法学不统一的问题。现有工作多集中于陵水新村港、文昌高隆湾等局部港湾或特定斑块，虽然积累了一些碳储量数据，但尚未建立起覆盖全岛主要分布区的系统化、连续性数据库。与此同时，不同研究在采样深度、有机碳测定方法、碳累积速率计算上不尽一致，导致区域碳汇总量估算结果难以直接比对。这种方法学上的不统一，与前述碳库估算、定年、通量测定等环节的不确定性相互叠加，进一步放大了评估结果的波动范围。
针对上述问题，海南自2022年起启动海洋生态系统碳汇试点工作，已将海草床碳汇调查纳入全省生态预警监测体系[68]。相关工作在统一采样规范、优化碳测定方法上积累了一定经验，遥感反演与地面验证网络的融合应用也逐步展开。这些进展有望提升区域尺度海草碳汇评估的准确性和可比性，为后续管理决策提供更扎实的数据基础。
3 影响碳汇功能的关键因素海南岛海草床地处热带季风气候区，同时又处在海陆交互的复杂界面，加上周边长期高强度的近岸开发，其碳汇功能的实现与维持，受到自然本底与人为扰动的共同作用——这些因素既包括区域气候与水文动力条件的差异，也涵盖了日趋频繁的人类活动与气候变化带来的压力。
3.1 自然驱动因子水文动力条件是调控海南岛海草床分布格局与碳汇功能的核心物理基础，季风主导的近岸海流与潮汐节律共同影响海湾水体交换效率、营养盐输运路径及悬浮颗粒物沉降过程，为海草生长与碳埋藏提供关键环境支撑，如黎安港作为半封闭潟湖，其潮汐汊道主导的水动力过程显著影响海草种类分布与沉积物环境健康状况[39, 52, 69]。适度水动力可促进海草植株与水体的气体交换及养分补给，强化光合作用与有机碳生产，但强潮流、热带气旋引发的剧烈扰动会造成海草植株折断、根茎损伤[5, 70-72]，还会导致沉积物再悬浮，破坏厌氧碳埋藏环境，甚至诱发沉积物中历史储存碳的再释放，热带气旋携带的大量悬浮颗粒物覆盖在海草表面，还会阻碍光合作用正常进行[73]。
沉积物特性是调控海草床有机碳长期保存潜力的关键因素。海南陵水新村港海草床的研究表明，沉积物中有机碳含量与粒径组成密切相关，整体呈现随细颗粒组分增加而升高的趋势。该区域沉积物以砂粒为主，占比超过90%，粉砂与黏土合计不足10%，但后者凭借较大的比表面积和吸附能力，对有机碳的截留与积累起到关键作用[30]。与人为干扰较少的西沙群岛相比，海南近岸(如新村港)海草床受鱼养殖等人类活动影响，沉积物有机质来源更为复杂，海草残体、藻类碎屑、悬浮颗粒混在一起[6, 30]。近岸区域的营养富集能显著提高沉积物中易矿化的活性有机碳比例，增强有机质矿化活性，影响有机碳的稳定性，间接削弱了海草床的碳汇功能[30]。
海草床碳汇功能受到生物群落特征及其与周边生态系统相互作用的显著影响。海草物种组成是调控海草床碳储量的关键因子，例如地中海海域以大洋海神草(Posidonia oceanica)为优势种的海草床，凭借更高的生物量与土壤碳储量，加之发达的根茎系统，可实现更稳定的长期碳封存[4]。同时，有研究表明，海草盖度与沉积物有机碳积累呈正相关，高盖度群落往往表现出更高的碳固持潜力；此外，牡蛎礁等邻近生物群落的存在，可通过外源有机碳输入、减缓水动力以强化沉积等途径，与海草床形成协同增汇效应，显著提升海草床生态系统碳储量[74]。因此，在海南岛海草床保护与修复中，应注重维持高盖度、多物种共存的健康海草群落状态，并保护其与周边生态系统的生态连通性，以最大程度发挥海草床的碳汇潜力。
3.2 人为干扰与胁迫人类活动产生的氮、磷污染物通过农业径流、生活污水和工业废水进入近海海域。过量输入会改变海草的资源分配策略，使其将更多能量转向氮的吸收与同化，从而减少结构性碳水化合物(如木质素)的合成[75]。富营养化能直接导致浮游植物和附生藻类大量繁殖，降低水体透明度，进而抑制海草光合作用与生长[5, 10]。而重金属等污染物在沉积物中的积累，会通过毒性效应干扰海草生理及沉积物的微生物碳循环过程，最终影响碳循环[5, 76]。
海岸开发活动是导致海草床栖息地丧失与破碎化的重要诱因，围填海、港口建设、旅游设施开发等工程活动，会永久占用或改变海草床生境，且常伴随水文动力格局改变，如泥沙输运路径变更、水体交换能力减弱等，进而引发海草床退化[5]。这类开发活动还会增加水体悬浮物浓度，削弱光照条件，同时工程施工产生的物理扰动，会直接破坏海草植株与沉积物结构[5, 77]。唐山乐亭—曹妃甸海域的案例显示，沿岸港口建设等工程已对当地海草床分布造成显著负面影响；2008—2016年，广西沿海因围填海改造为港口与房地产用地，导致约354 hm2海草生境永久丧失[5]。近年来，新村港、黎安港等潟湖区域因周边渔排养殖规模扩大和城镇生活污水直排，水体富营养化程度持续升高，附生藻类大量滋生，海草床分布面积大幅度下降，部分物种局部消失[30]。此外，文昌高隆湾海岸工程、三亚铁炉港渔业养殖活动，均致海草生境破碎化，盖度与生物量显著下降[78]。除此之外，码头作业、航道疏浚等活动还会直接清除或掩埋海草，导致海草在局部区域灭绝[5]。全球多项研究证实，海岸城市化与工业化区域的海草床碳储量，显著低于干扰较少的区域[79-80]，这一差异与海草床退化及蓝碳功能受损密切相关。
水产养殖活动，尤其是潮间带池塘养殖与近岸网箱养殖，主要通过两大途径影响海草床碳汇功能。一方面，养殖基础设施修建会直接侵占并破坏海草床栖息地，其中潮间带养殖池塘的建造对海草床的破坏最为显著[5]。另一方面，养殖活动产生的废水含有大量营养盐与有机颗粒物，排放后会导致周边水域富营养化，进而刺激大型藻类或浮游植物暴发，增加水体浊度并减少抵达海草表层的光照，同时附生藻类在海草叶片上滋生，会进一步限制海草光合作用的正常进行[5, 77]。长期受这类养殖活动影响的区域，海草床普遍出现退化、面积萎缩的现象，广东流沙湾便是典型案例，该区域因虾塘养殖、网箱养殖及贝类挖掘活动日益加剧，海草床面积显著减少47.40 hm2[5]。
渔业活动对海草床的破坏，核心是各类直接物理扰动[81-82]。潮间带养殖池塘的修建，直接侵占海草床的生存空间，压缩其生境范围[83-84]；贝类采挖时，铲子、耙子等工具常将海草连根翻起，根茎随之折断，造成植株损伤[5]。与之类似，船只吸沙采贝会剧烈扰动底质，导致沉积物再悬浮、水体浊度骤升，进而影响海草光合作用效率；高压水枪采集沙虫则严重破坏沉积环境的稳定性，刺参采集带来的浊度上升，同样会抑制海草生长。这些渔业活动不仅会直接导致海草生物量下降，还会造成海草床生境破碎化，显著削弱其整体生态功能[5]。长期来看，这种扰动还可能沿着食物网传导，间接改变海草床的碳循环过程，进一步削弱其碳汇能力。
3.3 气候变化的影响全球气候变化导致的海水升温、海洋酸化、海平面上升与极端气候等多种因素，对海草床碳汇功能构成长期的威胁[85-87]。
海水升温是影响海草床碳汇功能的关键胁迫因素之一。热带海草对温度敏感，持续升温可能使其逼近生理耐受极限，进而导致光合作用效率下降、呼吸作用效率增强，净碳固定能力随之降低[85-87]。长期海水升温还会干扰海草物候节律、降低繁殖成功率，改变其物种地理分布格局，可能引发群落结构失衡，削弱生态系统整体功能[85-87]。就碳汇功能而言，升温导致的海草生物量下降和群落退化，将直接减少光合固碳输入，同时削弱冠层对悬浮有机碳的物理捕获能力，使沉积物碳库的外源补充减少。模型预测显示，未来多数区域的海草床适宜生境可能出现明显萎缩[88-90]。
海洋酸化对海草床碳汇的影响较为复杂。海草或许能借助大气CO2浓度升高获得一定益处，即通过碳施肥效应增强光合作用[91]，但酸化同时会改变海草生态系统的生物地球化学环境[92]。从碳汇角度来看，酸化可能抑制钙化附生生物(如部分藻类、贝类)的生长，改变海草与附生生物的竞争关系[93-94]，进而影响海草叶片表面的光环境与气体交换效率，间接调控光合固碳速率；此外，酸化还会改变沉积物中营养盐的形态及可利用性，影响海草生长与碳代谢[95-96]，并可能促进有机碳的微生物分解，削弱沉积物的碳封存稳定性。
海平面上升与极端气候事件对海草床碳汇功能的威胁，正随着气候变化加剧日益凸显。海平面上升可能导致现有海草床因水深增加陷入光照不足的困境，这种负面影响在浊度较高的近岸区域表现得尤为明显[97-98]。台风作为海南常见的极端气候事件，其带来的强风浪会对海草床造成大面积物理损伤，导致海草生物量骤减，同时剧烈扰动沉积物，使海草床在短期内由碳汇转变为碳源[99]。气候变化预计将进一步增加极端天气的强度与发生频率，缩短灾后生态恢复的窗口期，这对海草床碳汇功能的恢复力构成了严峻考验[96-99]。
4 海南岛海草床增汇潜力与实现路径全球“双碳”战略背景下，挖掘海岸带蓝碳生态系统增汇潜力已成为应对气候变化的重要举措[8]。海南岛作为我国海草资源最丰富的省份之一，其热带海草床生态系统在合理管理与修复干预下，具备显著的碳汇提升空间[5, 8]。结合前文对海草床碳汇功能影响因素的分析，本章从潜力评估的理论基础切入，构建生态修复、适应性管理与政策市场机制协同发力的增汇实现体系，为区域蓝碳资源开发提供支撑。
4.1 潜力评估的理论基础海南岛海草床增汇潜力评估主要依托蓝碳生态系统碳循环理论、生态系统服务价值评估框架，并参考生态恢复力相关研究。其中，碳循环理论明确了海草床通过光合作用固定无机碳，并将其以有机碳形态储存于生物量与沉积物中的核心过程——增汇的本质，就是强化这些过程的效率与通量，同时减少碳流失[4, 19]。值得注意的是，海草床单位面积碳埋藏效率显著高于多数陆地生态系统，这为其增汇潜力提供了根本支撑[4]。生态系统服务价值则将海草床碳汇功能界定为重要的调节服务，通过碳汇经济价值核算，可权衡保护修复的成本与效益[100]。生态恢复力相关研究表明，海草床增汇干预措施的成功率存在不确定性，不当的修复方案可能导致修复失败或碳效益低于预期，因此需基于对生态系统恢复力的科学认知来设计干预方案[101-104]。
潜力评估的方法学基础主要依托3类技术手段，并形成“调查—观测—模拟”的完整技术链条：一是碳库本底调查与动态监测，通过系统调查海南岛海草床植被生物量与沉积物有机碳储量，掌握碳库现状空间格局；进一步借助210Pb等同位素定年技术反演历史沉积速率与碳累积过程，既能评估当前固碳能力，也能揭示其长期演变规律，为识别碳汇关键影响因子提供数据支撑[6-7]。二是关键过程通量的原位观测，利用静态箱、沉积物捕获器、微电极阵列等技术，直接测定海草床与大气、上覆水体的CO2交换通量，以及沉积物—水体界面溶解态碳迁移通量、颗粒有机碳沉降通量，这些原位观测数据可定量刻画碳捕获、固定与周转的关键过程速率，是解析碳汇功能机制的核心[48, 105-106]。三是模型模拟与未来情景预测，在实测数据基础上，构建并优化耦合海南岛区域水文、生物及环境参数的生物地球化学模型，并将联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC)代表性浓度路径等气候情景、海草床修复规模及干扰减弱等管理措施纳入模型中，模拟各类情景下海草床碳汇功能长期变化趋势，为增汇潜力评估与管理策略优化提供前瞻性依据[107]。
4.2 基于生态修复的增汇路径生态修复通过主动干预退化海草床的结构与功能来恢复和提升其碳汇能力，是一条有效的增汇路径[104]。直接重建海草群落是碳汇功能恢复的核心环节，主要采用植株移植与种子播种两种技术方式，具体应用需结合区域生境条件适配选择。对于海南岛生境严重退化、种子库基本枯竭的区域(如部分港湾光滩)，通常采用移植本地优势种的方式快速重建海草覆盖，海南本地修复实践已证实物种选择对修复成效的直接影响。例如风浪较大的高隆湾区域，植株高大的海菖蒲移植一年后成活率达88.75%，而较矮小的泰来草因易被碎屑掩埋，成活率仅为56.39%[12]。在生境相对稳定、毗邻健康海草床的区域，可采用种子播种作为辅助恢复手段，在黎安港开展的海菖蒲种子播种试验中，通过优化埋藏深度与播种季节，可获得超过96%的种子萌发率[108]。近年来，海南已在东寨港、新村港、高隆湾等重点区域开展海草床修复项目，结合社区参与管护与长期动态监测，初步形成“修复—管护—评估”的本土化技术模式，为碳汇功能持续恢复奠定了坚实基础。
除群落直接重建外，生境综合改善同样不可或缺，核心是为海草恢复与生长创造适宜环境条件。具体措施包括3方面：一是改善水质与光照条件，通过管控陆源营养盐和泥沙输入，降低水体富营养化程度与浊度，保障海草光合作用所需光照；二是稳定沉积环境，减少船舶抛锚、拖网作业等人为物理扰动，促进沉积物沉降稳定；三是恢复水文连通性，杜绝围填海等工程堵塞潮汐通道，保障水体自然交换与营养盐合理输运[109-111]。
在群落结构与生境条件改善的基础上，生态系统功能整体提升是增汇修复的深层目标。保护与恢复海草床内食草鱼类、底栖无脊椎动物等关键生物类群，可维持健康的食物网结构与营养盐循环等生态过程，间接支撑海草生长与碳循环效率[112]。已有研究证实，生物多样性较高的生态系统，其功能稳定性与恢复力也更强[112]，这也是保障增汇效果可持续性的重要前提。
4.3 基于适应性管理的增汇路径适应性管理强调在不确定性环境下的动态管控，其核心是建立“监测—评估—调整”的循环学习过程[113]。这一方法框架同样可应用于海草床碳汇管理，通过对海草床碳汇功能的精细化调节，提升修复与保护的适应性和有效性。这一思路契合海南岛海草床受人类活动与气候变化双重影响的区域特征。构建动态监测网络是适应性管理的基础前提，需在海南岛清澜港、新村港、黎安港等典型海草床分布区建立长期定位监测站，整合卫星遥感、无人机、水下传感器与传统野外调查等多种手段，持续追踪海草分布面积、群落健康状况、水温、光照、营养盐等关键环境因子，以及碳循环相关参数的动态变化，为管理成效评估与生态风险预警提供常态化数据支撑[113-114]。
实施分区分类精准管控，是提升管理效率的关键。结合海草床生态重要性、现状及受威胁程度，划分严格保护区、恢复修复区、可持续利用区等不同管理功能区，制定差异化管控措施：严格控制保护区内破坏海草床的开发活动，重点保障生态系统完整性；恢复修复区内聚焦生态修复工程实施，同步监控修复效果并及时优化；可持续利用区内可探索发展生态观光、可持续渔业等低干扰生态友好型产业，明确资源利用强度阈值，实现保护与利用协同[16, 113-115]。
增强海草床的气候变化适应能力，是保障增汇效果长期稳定的重要支撑。针对海水升温、海洋酸化、海平面上升及台风等极端天气事件的威胁，管理策略需具备前瞻性与韧性，具体可采取3项措施：一是保护气候避难所，精准识别并优先保护受气候变化影响较小、有望成为未来物种避难所的海草床区域[98, 116]；二是选用适应性较强的物种与基因型，在生态修复中优先考虑耐高温、耐低光强的海草基因型，提升群落抗逆能力[117]；三是保障生境迁移空间，在海平面上升背景下，通过在向陆一侧预留适宜生境，或修复毗邻潜在生境，为海草床自然向陆迁移创造条件[98, 117]。
4.4 政策与市场机制的支持路径将海草床生态价值纳入区域决策与经济体系，是激励保护修复行动、保障增汇路径可持续性的关键支撑[11]。政策引导与市场化激励协同发力，才能推动海草床增汇从理论研究走向实践落地。
在政策法规方面，海南已初步建立了海草床保护修复的制度体系，出台了《海南省生态保护红线管理规定》《海草床生态修复技术规程》等规范标准，但当前蓝碳管控体系仍不够精细，蓝碳资源价值难以充分体现。未来应重点推动以下3点：一是进一步完善省级海草床保护管理规定；二是加快推动海草床植被修复碳汇方法学备案；三是持续强化蓝碳标准体系和交易机制建设，探索跨省协同保护机制，逐步拓展蓝碳价值实现渠道。
生态价值实现机制的创新同样关键。一是推动蓝碳市场交易，将符合条件的海南岛海草床修复项目纳入国家温室气体自愿减排交易机制，使碳汇效益转化为经济收益；二是探索多元生态补偿，建立基于海草床生态服务价值的财政转移支付和横向补偿机制；三是发展蓝色金融，鼓励金融机构开发绿色信贷、蓝色债券等金融产品，为保护与修复项目提供融资支持。
加强跨部门协同与社会参与。建立由自然资源、生态环境、海洋、农业、财政等多部门参与的协调机制，统筹海草床保护与沿海地区发展的关系。加强科学研究与技术推广，支持本土化修复技术的研发与应用。同时，通过宣传教育提升公众认知，鼓励企业、社会组织和社区参与海草床保护与修复，构建政府主导、企业和社会共治的治理格局。
5 展望海南岛海草床作为热带海岸带关键的蓝碳生态系统，深化其碳汇功能认知并持续提升固碳能力，是支撑区域碳中和目标落地的重要生态路径[19]。基于前文对碳汇机理、现状、影响因素及增汇路径的系统梳理，未来研究与管理实践可围绕科学认知、技术方法、管理模式与价值实现4个方向重点突破，推动海草床蓝碳资源的可持续利用与管护。
完善海南岛海草床碳汇数据。目前海南岛海草床碳汇研究已在黎安港、新村港、龙湾、会文、东郊等区域积累了较为系统的碳储量与碳埋藏速率数据，但各区域之间仍缺乏统一的观测标准与对比框架。未来应依托这些已有研究基础，建立覆盖全岛主要海草床分布区的长期定位监测网络，重点对比不同优势种(泰来草vs海菖蒲)、不同底质类型(珊瑚砂vs泥沙)、不同干扰因素(富营养化、台风、海岸工程)下的碳汇响应差异，揭示碳汇功能空间异质性的形成机制，为分区分类管理提供科学依据。
深化长期生态过程观测与机理研究。当前对海南岛海草床碳循环的认知仍主要基于短期或断面研究，缺乏对热带季风、台风等典型环境扰动下碳汇动态的长期、系统性观测[15]。未来急需在清澜港、新村港、黎安港等典型区域建立长期定位观测站，持续监测海草群落动态、碳通量(如海—气CO2交换、沉积物—水体界面碳交换)及关键环境驱动因子，揭示碳汇功能对气候变异和人为干扰的响应与恢复力[15]。同时，应加强海草床碳循环的微生物驱动机制、有机质稳定性(如矿物结合态碳形成)等微观过程研究，从机理上阐明碳长期封存的关键控制因素[15]。
发展融合多源数据的精准监测与评估技术，提升碳汇核算的准确性与标准化水平，是海草床蓝碳科学管理与市场化交易的重要基础[38, 118]。未来需融合卫星遥感(高光谱、合成孔径雷达)、无人机、原位传感器网络与地面调查，构建“天空地海”一体化立体监测体系，实现对海草分布、生物量及环境胁迫的实时精准感知；同时结合海南热带海草(如泰来草、海菖蒲)的本地化参数，研发并验证适配区域特点的碳储量与碳通量估算模型，推动形成地方或行业技术标准，从而降低评估过程中的不确定性[38, 118]。
构建基于生态系统的适应性协同管理框架，海草床的有效管理并非单一物种或生境的孤立保护，而需推行基于生态系统的适应性管理[16]。这就需要建立跨学科(生态、环境、社会经济等)与跨部门(自然资源、生态环境、海洋、农业等)的协同工作机制，将海草床碳汇保护目标有机融入海岸带综合管理、国土空间规划及气候变化应对方案。管理策略需具备灵活性，能够根据长期监测反馈与新的科学认知动态调整，尤其面对气候变化等不确定性因素时，更需强化策略的适应性与韧性[16]。
探索多元化生态产品价值实现机制，推动海草床碳汇等生态效益向经济、社会效益转化，是激励全社会长期参与海草床保护与修复的内在动力。首要举措是积极推动符合额外性、可测量等条件的海南海草床修复项目，纳入国家温室气体自愿减排交易机制，并完善配套计量监测与核证体系；同时探索建立多元化生态补偿机制，综合运用财政转移支付、市场化补偿、蓝色金融等手段，拓宽保护修复资金渠道。此外，还需加强公众宣传教育，提升全社会对海草床生态价值的认知，鼓励企业、社区等多元主体参与共管，凝聚保护合力。
加强生态学、海洋地质学、环境经济学与政策管理等多学科交叉融合，聚焦碳循环过程、影响机制与碳汇计量方法等关键科学问题，形成跨学科研究合力。同时，依托海南自由贸易港地缘优势，联合东盟国家共建南海海草床碳汇监测网络，推动区域蓝碳协同治理与标准互认，提升我国在热带蓝碳领域的国际话语权。
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