为给各方温室气体排放清单的编制提供方法学基础, 政府间气候变化专门委员会(IPCC)自1994年以来提供了多版《IPCC 国家温室气体清单指南》供各国参考。湿地作为陆地生态系统至关重要的土地利用类型, 其温室气体排放的计量及清单编制受到广泛关注。《2006 年 IPCC 国家温室气体清单指南》(以下简称《清单指南》)第四卷第七章为湿地中人为活动下的温室气体排放清单编制提供了方法学指南, 其对湿地的界定包括全年或一年中部分时间被水覆盖或浸透, 且不属于林地、农田、草地类别的任何土地。管理湿地仅限于地下水位经过人为改变(例如排水或抽水)的湿地, 或人类活动(例如, 拦河筑坝)营建的湿地。《清单指南》仅对两种类型湿地的温室气体排放计量给出了指南：①为了特定用途进行泥炭开采而清除和排水的泥炭地, ②为能源生产、灌溉、航行、休闲进行储水或蓄水而转变为永久水淹地的土地中产生的CO₂。然而, 恢复湿地和人造湿地由于人为活动的影响, 仍可能排放或清除大量温室气体, 而这些湿地类型的温室气体清单指南在《清单指南》中未详细体现。《清单指南》的《湿地》部分中“ 未来方法学的发展” 一节也认识到, 由于可获取的文献数据非常有限, 无法开发各种温室气体的排放因子^[1], 因此, 恢复湿地和人工湿地中温室气体排放和清除的估算指南仍是需要进一步发展的领域。2010年10月, IPCC在日内瓦召开了专家年会, 与会专家一致认为, 已有较多科学资料储备可以增加还湿和泥炭恢复、火烧、开沟、水溶碳及用于废水处理的人工湿地的方法指南, 填补《清单指南》对这些排放估算的方法学缺陷。2010年12月, 联合国气候变化框架公约的科学与技术咨询附属机构(SBSTA)在坎昆会议上邀请IPCC准备一份湿地方法指南的增补, 主要目标是填补还湿和泥炭恢复部分的有关方法学不足。作为回应, IPCC在2011年3月30日在日内瓦举行的计划会议上提出了包括章节安排在内的湿地增补编写草案, 并提交IPCC第33次全体会议审议通过^[2]。2011— 2013年, 来自全球的包括协调作者、主笔和贡献作者在内的90位学者参与了湿地增补的编写, 经由专家评审和政府与专家共同评审, 最终, IPCC在2013年10月美国佐治亚州举行的37届年会上审核通过了湿地增补综述章节及整个报告, 并于2014年2月28日向公众正式发布了《IPCC 2006国家温室气体清单指南的增补：2013湿地》(以下简称《湿地增补》)。

《湿地增补》提供了反映湿地科学进展的最新信息, 提供了最好的和适用范围广泛的方法学用于估算湿地和落干湿地的人为温室气体排放和清除。《湿地增补》与《清单指南》相比涉及范围更广, 包括内陆有机土壤、沿海湿地(包括红树林、潮汐湿地、海草地)、湿地矿质土壤及用于处理废水的人工构建湿地。本次增补未对永久淹水地如水库提供指南。基于《湿地增补》, 本研究从排放源确定、计量方法和排放因子选取对不同类别湿地的温室气体计量方法进行了分析与讨论。

根据湿地的定义, 《清单指南》只对泥炭地和永久水淹地的温室气体排放和清除的计量提供了指南^[3]。然而, 对于一些隶属于其他土地利用类型但具有湿地属性和功能的土地利用方式的认识还较为有限。《湿地增补》对湿地的内涵突出了湿地的属性、功能及人为活动的因素, 尤其是人为活动。与《清单指南》中湿地范围相比, 《湿地增补》除了包含指南中规定的泥炭湿地, 还包括排干的内陆有机土、还湿有机土、沿海湿地、内陆矿质土壤湿地及处理废水的人工构建湿地。根据新的湿地涵盖范围, 这些湿地类型可能包括在原《清单指南》的各种土地利用类型和其他类别中。例如, 森林泥炭地可能被划为林地, 泥炭地上种植人工林可能被划为林地或农田, 红树林可能被划为林地或湿地等, 用于处理废水而构建的人工湿地被划分到废弃物类别。《湿地增补》通过重新划分湿地类型, 使研究者对湿地有一个系统的认识, 突出了人为活动对湿地温室气体排放的影响, 更新或提出了温室气体排放计量方法和排放因子, 并对国家和地区温室气体清单编制提供了更高层次的方法学建议, 使各国在制定温室气体排放清单过程中更全面的囊括各种湿地类型, 并降低排放清单制定中的不确定性。鉴于《湿地增补》和《清单指南》在土地利用方式上的交叉, 《湿地增补》还以决策树的形式给出了如何结合《清单指南》正确使用本次增补指南。

《湿地增补》首先对每种湿地类型进行界定, 提出指南的适用范围, 确定温室气体排放源, 并指出增补与《清单指南》的交叉与差别, 然后, 从方法的选择、排放因子的选择、活动数据的选择以及不确定性分析4个方面对每种湿地类别温室气体清单编制提供方法学指南(表1)。其中, 对方法、排放因子和活动数据的选择提供了3个不同层次的方法学建议。具体来说, 方法选择中第一层次(Tier 1)表示默认的方法, 第二层次(Tier 2)表示针对国家的特定的方法, 第三层次(Tier 3)表示分辨率更高的、考虑因子更多的、技术要求更高的特定方法, 如实地监测和模型模拟^[3]。对应于这3个层次的方法, 《湿地增补》还分别给出了采用这3个层次的方法所需的排放因子和活动数据的选择方法^[1]。在实际的温室气体清单编制过程中, 如不能依次满足第三层次、第二层次的方法学需求, 则需采用第一层次即默认的方法学, 但也同时会带来温室气体排放计量更大的不确定性。因此, IPCC鼓励各国政府和学者基于第二层次和第三层次的方法学建议, 开展一系列的科学研究, 建立更能符合各国湿地实际情况的温室气体清单编制排放因子和活动数据的数据库, 降低清单编制的不确定性。

表1

Table 1

表1(Table 1)

表1 《湿地增补》与《清单指南》对比 Table 1 Comparison between “ 2013 Wetlands Supplement” and “ 2006 IPCC Guidelines” 湿地类型 温室气体 2006清单指南 2013湿地增补 内陆排干有机土 CO2 (1) 根据土地利用类别, 气候区, 泥炭地养分情况, 计量地上部, 地下部, 枯死木, 凋落物, 土壤有机质, 木材产品碳库变化; (2)生物质燃烧(除土壤有机碳库) (1)根据土地利用类别、气候区、落干级别、养分情况, 更新了土壤有机碳库变化的排放因子; 新增了由于DOC损失造成的离位CO2排放; (2)新增了生物质燃烧造成的土壤有机碳库变化 CH4 - 根据土地利用类别、气候区、落干级别、养分情况, 新增了落干有机土CH4排放和排水沟的离位CH4排放 N2O 管理土壤的N2O排放 根据土地利用类别、气候区、落干级别、养分情况, 更新了N2O排放因子 还湿有机土 CO2 - 根据气候区和极地区养分状况, 开发了CO2排放/清除和离位DOC排放的计量方法 CH4 - 根据气候区和极地和温带的养分状况, 开发了CH4排放计量方法 N2O - 只在高层次的方法中考虑N2O的排放 沿海湿地 CO2 - 根据气候区、植被类型、盐度和管理活动, 开发了红树林管理、采掘、还湿、植被重建、新建湿地以及红树林和潮泛沼泽落干管理下CO2排放/清除计量方法 CH4 - 根据湿地类别和盐度, 开发了还湿红树林和潮泛沼泽的CH4排放 N2O - 根据鱼类产量, 开发了水产养殖N2O排放的计量方法 内陆湿地矿质土壤 CO2 根据土地利用类别和气候区, 考虑了土壤有机碳库变化 根据气候区和管理活动, 更新了土壤有机碳库参考值; 并根据气候区和湿度情况, 新增了长期耕作和还湿活动下农田碳库变化因子 CH4 - 根据气候区, 开发了还湿和新建湿地的CH4排放计量方法 N2O - - 污水处理人工湿地 CO2 土地利用变化下碳库变化的计量直接参考一般性方法学; 未给出专门的方法学 土地利用变化下碳库变化的计量直接参考IPCC 2006中一般性方法学; 未给出专门的方法学 CH4 根据废水类别、BOD/COD、处理方法, 考虑了CH4和N2O排放 根据废水类别、BOD/COD、人工和半自然湿地处理方法、水流方式, 考虑了人工和半自然湿地的CH4和N2O排放 N2O

表1 《湿地增补》与《清单指南》对比 Table 1 Comparison between “ 2013 Wetlands Supplement” and “ 2006 IPCC Guidelines”

(1)排干的内陆有机土。基于《清单指南》中对有机土的定义, 《湿地增补》中“ 排干” 的有机土指之前已排干并将持续下去的, 或在报告期内新排干的有机土。排干的程度随土地利用目的的不同而有差别, 但在季节性波动的情况下水位平均高度至少应接近于自然水平, 即土壤表面。

《湿地增补》对所有符合排干的内陆有机土定义的土地利用类型提供了估算温室气体排放和消除的方法学指南。排干的内陆有机土的温室气体排放/消除源包括地上部和地下部生物量、枯死木、凋落物、土壤以及收获的木产品碳库, 落干有机土的甲烷排放和氧化亚氮排放, 以及燃烧带来的温室气体排放。与《清单指南》相比, 《湿地增补》新增了异位(off-site)温室气体排放的计量方法和排放因子, 如开沟引起的排干过程中水溶性有机碳(DOC)损失带来的CO₂排放和排水沟渠的CH₄排放^[4], 还新增了焚烧时CO₂、CH₄和CO的排放以及有机土CH₄排放的计量方法学。同时, 还对《清单指南》中一些排放因子进行了更新。如在计算土壤碳库排放时, 更新了不同土地利用方式和气候区的排放因子^[5], 而对于某些土地利用如森林、草地等, 更细化为不同植被类型, 养分状况、排干水平下的排放因子^[6~9]; 该增补还基于2005年后新发表的研究, 更新了不同土地利用类型的N₂O的排放因子, 除考虑土地利用方式和气候区的因素外, 还考虑了富含养分和缺少养分两种状况^{[10, 11]}; 对热带或亚热带地区低地(lowland)水稻种植下土壤CO₂、CH₄和N₂O给出了排放系数^[12], 但CH₄排放系数只适用于无淹水管理数据的情形。

(2)还湿有机土。《清单指南》中未包含还湿有机土的温室气体排放与清除计量方法学, 而湿地还湿活动近年来有显著的增加, 因此, 《湿地增补》新增了针对还湿有机土的温室气体排放清单指南。“ 还湿” 是指有目的地通过在排干土壤上阻碍排水以提高水位而使湿地重新恢复到水分饱和状态的人为活动。还湿的目的主要包括湿地重建或者按需要在饱和土壤中进行活动。有机土还湿后CO₂排放将明显减少, 同时, 由于植被的恢复使得土壤有机碳得以增加; 温带地区的N₂O排放亦随着湿地还湿而迅速接近于0; 然而, 土壤还湿将所创造的还原条件将带来CH₄的排放, 这将抵消一部分还湿带来的碳汇效应; 尽管还湿有机土泥炭燃烧的可能性较小, 但也仍然存在, 这也是本增补考虑的排放源之一。因此, 本次增补主要考虑的排放/清除源包括以还湿有机土CO₂的排放或清除、异位的源于DOC的CO₂排放或清除、有机土CH₄排放和N₂O排放、泥炭土燃烧引起的温室气体排放^[13~16]; 其中, CO₂和CH₄排放的排放因子根据气候区和养分丰缺予以细分, 而N₂O排放被假定为0; 如还湿活动发生在以木本为植被的湿地上, 还应根据《清单指南》中提供的方法学计量生物量碳库和死亡有机质的变化量。

(3)沿海湿地。沿海湿地是指受淡水或海水潮汐影响而形成的湿地类型, 这种湿地可能是有机土也可能是矿质土, 其植被为维管植物, 边界为受潮汐影响的内陆边界和有最大深度维管植物植被的海洋边界之间。地球上沿海湿地分布广泛, 其土壤和植被的碳库非常大, 有研究报道, 全球红树林所含碳库约为8 Pg^[17], 潮泛沼泽所含碳库约为0.8 Pg^[18], 而海草草场为4.2~8.4 Pg^[19]。由于《清单指南》中未给出沿海湿地人为温室气体排放计量方法学, 《湿地增补》对淡水沼泽、海水沼泽、海草草地和红树林4种类别沿海湿地的温室气体计量方法学进行了描述。首先, 本次增补提出了包括森林管理、采掘、排干、还湿、植被建立和创建等可能在沿海湿地上发生的人为管理活动。《湿地增补》所给出的方法学指南包括：①采掘、排干、还湿、植被重建和新建湿地引起的CO₂排放与清除, ②红树林、潮泛沼泽和海草草地土壤人为CO₂排放与清除, ③水产使用下N₂O排放, ④还湿、植被重建、红树林建立、潮泛沼泽和海草草地的CH₄排放。红树林的森林管理带来的生物量碳库和死亡有机碳库的变化直接采用《清单指南》的方法进行计量。特别地, 《湿地增补》在计量采掘过程中红树林土壤碳库变化时, 指出碳库中有一定比例的碳是难以分解的(Refractory carbon), 这个比例平均为4%, 应当在计量CO₂排放时予以考虑; 基于水产养殖数量与N₂O排放的相关关系, 开发了用于计量水产使用下N₂O排放的计量方法和排放因子^[20]; 对于沿海湿地的CH₄排放, 按照不同的水分含盐量给出了CH₄排放的排放因子^[21]。

(4)内陆湿地矿质土壤。《湿地增补》包含了以下几种情况的湿地：①未达到某种土地利用目的而人为排干的湿地, ②已经排干但随后被还湿的湿地, ③人为淹水用以建造新的湿地。内陆湿地矿质土壤的排放/清除源包括生物量和死亡有机质碳库、土壤碳库和甲烷排放。这些排放的计量方法已在《清单指南》各土地利用中给出, 《湿地增补》主要更新了土壤有机碳库参考值和长期耕作土壤有机碳变化系数, 并新增了农田还湿土壤的SOC变化因子、落干的内陆湿地矿质土壤还湿和以新建湿地为目的的还湿活动导致的CH₄排放的排放因子^{[21, 22]}。

(5)污水处理人工湿地。《湿地增补》为用于废水处理的人工湿地和半自然湿地提供了温室气体清单指南, 是对《清单指南》第五卷《废弃物》的补充。半自然湿地是指自然湿地系统经改造后用于处理废水的系统。《湿地增补》给出了废水处理过程中碳氮投入引起的CH₄和N₂O排放的计量方法^{[23, 24]}。其中, CH₄的排放与生活污水中BOD或工业废水中COD相关联; N₂O的排放与经由污水投入到湿地的氮素含量有关^[25], 氮源则通过人类蛋白质消费和工商业的蛋白质输出进行计算。CH₄和N₂O的排放因子均随污水流动方式的不同有所差异。

《湿地增补》是目前IPCC是基于全球有关湿地温室气体排放的最新的研究成果综合而成, 在湿地类型、温室气体排放因子等方面做了不同程度的更新与增补, 同时也指出了目前排放源有关湿地温室气排放带来的不确定性问题, 在未来湿地温室气体排放研究方面加强以下研究：①异位(Off-site) CO₂排放的估算研究, 如有机土排干过程中POC和DIC迁移损失带来的CO₂排放; ②不同湿地类型中与过程有关的温室气体的排放与清除量研究。如泥炭土火烧产生的氧化亚氮排放未有研究; 沿海湿地与潮汐相关的排水过程中可溶性和颗粒态有机碳迁移分解导致的CO₂排放与清除, 灌水中含盐量与CH₄排放的关系, 土地利用变化下碳库变化及CH₄与N₂O排放的等问题。

我国湿地类型多样, 分布广泛, 在2009— 2013年对湿地类型及面积新一轮的调查结果显示总面积约为5360.26万hm^2[26], 但受保护的湿地(设立了自然保护区)不足一半^[27], 与此同时, 自然湿地正面临来自人类活动的巨大威胁：如：湿地污染、火烧、湿地开垦与改造、生物资源的过度利用以及水土流失等, 这些因素将对湿地碳库演变及温室气体排放产生重要影响^[28]。近年来, 我国学者对湿地温室气体排放机理和水循环过程进行了一系列的研究, 为我国编制湿地温室气体排放清单提供了一定的科学基础^{[29, 30]}。

我国现行的湿地分类是依据《国际湿地公约》标准这与IPCC的分类在湿地范围的界定上有较大的差异, 且在气候变化国家信息通报和省级温室气体清单编制指南中, 我国均未计量湿地的温室气体排放与清除量。尽管依据我国现有的湿地面积, 可以采用IPCC默认方法进行计量, 但估算结果将存在很大不确定性。例如, 我国湿地主要分布在温带和亚热带地区, 在编制温室气体排放清单时, 排放因子若采用IPCC统一默认值, 尤其是将对我国湿地温室气体排放清单产生较大确定性, 此外, 我国构建的人工湿地的管理模式与国外模式也不尽相同, 有关温室气体排放因子也亟待解决。因此, 建议我国湿地研究开展首先应将我国湿地类型划分统一于IPCC湿地类型的划分标准, 并针对不同类型湿地重点开展以下工作：

(1)根据气候区、管理模式、土地利用强度、排干特征(水平和强度)、养分状况, 进行温室气体观测研究, 建立相关排放因子数据库。

(2)对IPCC建议的Century、Wetland-DNDC等模型进行本土化验证, 并进一步开发具有自主知识产权、可以反映我国湿地特征的湿地生态系统模型。

(3)开展湿地生态系统温室气体排放过程及其影响因子的基础研究, 如研究物种类型、饲料类型、养殖密度、养殖类别、养殖强度和环境因子对水产养殖N₂O的影响, 沿海湿地中水分盐度对CH₄排放的影响, 土地利用变化过程中温室气体排放的变化特征等。