海－陸交互作用與海岸帶碳中和農業驅動

摘要：海岸帶既是生態脆弱區也是低碳農業發展“前哨”。推動和發展碳中和農業符合時代所需，也符合綠色、可持續發展理念。基于此，本文闡述了在海岸帶區域發展碳中和農業的相關問題和重要性。首先，本文闡釋了海陸交互作用以及海岸帶碳中和農業發展理念；然后，分析了海岸帶碳中和農業驅動中的碳中和農業生物、人工光合作用與農業驅動以及該理念的工程化應用問題；最后，深入剖析了如何識別海岸帶農業核心碳匯，包括原位監測、同位素標記與統計學分析方法，并在此基礎上提出了農業碳匯增強技術，為后續海岸帶碳中和農業的構建、發展和實踐提供參考，同時對促進脆弱的海岸帶生態系統的保護和綠色低碳農業的發展具有重要意義。

關鍵詞：碳中和農業；海岸帶；海陸交互作用；可持續發展；人工光合作用

中圖分類號：F323；X322 文獻標志碼：A 文章編號：1672-2043（2024）01-0001-10 doi：10.11654/jaes.2023-1092

碳中和是當今世界綠色發展和可持續發展的必然趨勢，全世界29.2％（1.49億km2）的陸地面積和70.8％的海洋面積使得海洋與陸地系統之間會沿著漫長海岸線通過海陸交互作用形成廣闊的海岸帶。海岸帶是海洋與陸地交互作用的核心地帶，是一個兼具動態性和復雜性的自然生態系統，也是沿海陸地、河流、近海、大氣、生物圈和人類活動交匯的關鍵地帶，既是發展黃金帶，又是生態脆弱區。由于全球氣候的影響，海岸帶還是地球表層進行物質流、能量流和信息流交換最活躍的區域之一。海岸帶獨特的地理位置和氣候條件，使得這些區域包含了幾乎所有的重要生態系統類型。因此，海岸帶還是世界上人口最密集的區域之一。據估計，在全世界近5X10 km長的海岸帶陸側，在沿海約60 km的范圍內生活著全世界50％以上的人口，人口超過1 000萬的特大城市中有75％位于沿海地帶，而人口在250萬以上的城市有2/3位于潮汐河口附近。雖然海岸帶面積狹小，但這些地方往往地勢平坦、土地肥沃、降雨充足，是重要的農業發展帶。然而，農業的發展又常伴隨著大量的溫室氣體排放，包括稻田甲烷（CH4）排放、農地施加氮肥導致氧化亞氮（N2O）排放、秸稈焚燒或填埋造成二氧化碳（CO2）排放以及農機使用導致化石燃料燃燒。據估計，全球農田生態系統每年排放的CO2當量約為15億t，占全球總溫室氣體排放量的30％；而且，氮肥作為農田生態系統主要使用的化肥，其也是全球N2O排放的重要來源。通過施肥引起的N2O排放約占全球總土地排放的30％。碳中和作為我國新時代的重大發展戰略，如何在高效發展農業的同時減少碳排放甚至增加碳匯成為一個重要的發展議題。因此，了解海陸交互作用機制以及在海岸帶開展碳中和農業顯得至關重要。

1海陸交互作用與海岸帶碳中和農業

1.1海陸交互作用及海岸帶的形成

1.1.1海陸交互作用

海陸交互作用主要是指海域生態系統與陸域生態系統之間發生的一系列互作過程（圖1），主要包括地貌過程（如填海造陸、跨海工程、河口淤積和海岸侵蝕等）、氣候過程（如海陸風、海平面上升與下降以及沿海風暴潮等）、生物學過程（如紅樹林、濱海濕地動植物、鳥類遷徙和底棲生物等）和人類活動過程（如居住、工業、農業、漁業、養殖業、交通和航海等）等多種過程的耦合。在人為干擾和自然因素影響下，海陸交互作用以水循環為主要媒介，不斷與環境進行物質、信息和能量上的交換，并進一步驅動其間的景觀格局演替、物質元素循環、動植物及微生物生長代謝和其他各種生態功能的運行。海域生態系統中的水首先通過蒸發變成水蒸氣上升到大氣層，在洋流的作用下進行水汽輸送，然后通過凝結和降水的方式到達陸域生態系統。這些到達陸域生態系統的水除被生物利用外，部分通過蒸發的方式回到大氣，其余通過地表徑流或地下徑流的方式從海岸帶回到海洋，從而完成水的海陸間循環。在這個過程中，降落到陸地的水會溶解土壤中的各種營養物質、無機鹽或其他各種污染物，同時也會裹挾泥沙等不溶物質到達海岸帶，從而在海岸帶發生一系列交互作用。海陸交互作用使得海岸帶生態系統成為最復雜也是最活躍的生態系統之一。海陸交互作用產生的生態系統主要由多樣的自然資源、復雜的自然環境以及人為活動產生的社會和經濟等子系統構成，其具有多樣性和復雜性。海岸帶生態系統具有豐富的農林資源（如水田、林地和灘涂等）、漁業資源（如魚塘、海產養殖和人工捕魚等）、風能與潮汐資源（如發電）、鹽業資源（如制鹽）以及多種特色生態資源（如紅樹林、鹽堿地、珊瑚礁和河口濕地等）；既包括了地質運動、物理遷移、化學轉化、生物活動和微生物代謝等現象或過程，也有復雜多變的氣候條件和自然災害。海陸交互作用使得該系統中的每一子系統都是開放的，它們之間可以相互進行物質、能量和信息的交流，并可有機協同成為一個整體，從而具有一定強度、韌性和適應力，能對外界的刺激進行很好的自我調節，并在一定程度上保持該生態系統的活力和穩定性。當然，海陸交互作用產生的生態系統也是生態極度敏感脆弱的，這種海陸交互作用可能會受到洋流運動、地質變遷、海平面提升／下降、氣候變暖或人為活動（污染或工農業活動）的極大影響，甚至會使得“滄海變桑田”，海域生態系統或陸域生態系統相互變遷。

1.1.2海岸帶的概念和類型

海陸交互作用的區域稱為海岸帶。海岸帶是基于海岸線而存在的，它是連接陸域生態系統和海域生態系統的中間緩沖區域。從廣義上說，海岸帶指的是向海洋和陸地兩個方向進行擴散的廣闊區域，包括延陸地方向的沿海平原與河口三角洲地區，以及延海洋方向的從淺海大陸架到大陸架邊緣的區域。而狹義的海岸帶特指陸地向海洋的過渡區域，包括潮上帶、潮間帶和水下岸坡，但目前關于海岸帶區域的劃分在世界范圍內并沒有統一的標準。1972年美國頒布的《海岸管理費》中將海岸帶定義為相互間有強烈相互作用的沿海水域和臨海陸地區域（包含島嶼、鹽沼地、濱海濕地、海灘、海岸、過渡帶和潮間帶）。而我國在20世紀80年代進行全國海岸調研時則將海岸帶定義為以潮間帶向陸地延伸10 km、向海洋延伸10-15 km的區域，而對于河口區域來說，海岸帶的邊界則需要向陸地延伸到潮區界、向海洋延伸至渾水線或淡水舍。1995年，國際上提出海岸線新定義為包含大陸架邊坡約100 m等深線和陸地200 m等高線以內的廣大區域，并涉及內陸延伸到河流的區域。這種定義目前并不被廣泛接受，通常情況下研究者還是可以根據其實際的研究需求，選擇合適的海岸帶范圍。侯西勇等利用GIS空間分析技術、條帶分割法以及優勢度和土地利用程度綜合指數分析了21世紀我國海岸帶區域土地利用的數量、結構、空間格局和集約化特征，其設置的海岸帶范圍是全國海岸線向陸地一側30 km的緩沖區域；唐玉芝等通過構建新一代海岸帶與海域生態承載力及可持續性評估框架系統分析了1990-2019年粵港澳大灣區海岸帶與海域空間場景，生態承載力及可持續性變化，其定義的海岸帶為大灣區1990年海岸線向陸延伸10 km和領?；€向海延伸200海里的廣闊范圍?？梢?，海岸帶既是受人類活動強烈干擾和作用的區域，也是受全球氣候變化影響的地區，其具有獨特的自然屬性，是生物地球化學循環最活躍的區域之一，也是全球生態最脆弱的區域之一。海岸帶維系著全球最脆弱和敏感的生態系統，包括林地、河口濕地、海草床、紅樹林、鹽沼地、灘涂地、珊瑚礁和廣袤的大陸架，為許多生活在淡水、咸水和淡咸水交接水域的動植物和微生物等提供了獨特且關鍵的生存棲息地，同時其也擁有多種生態維系功能，如物質轉化、元素循環、有機污染物降解、食物生產、原材料供給、提供生境和防風浪護海堤等。值得一提的是，大量泥沙通過河流沖刷形成的河口平原和濕地具有較高的土壤肥力，是發展農業生產的重要場所，例如黃河河口區、長江河口區和珠江河口區等，這些地區也成為了重要的人類聚集地和文明發源地。因此，研究海岸帶農業生產具有重要的現實意義。

1.2海岸帶碳中和農業

1.2.1碳中和農業理念的提出

大量的農業生產在保證了國家糧食安全的同時，也產生了大量的農業碳排放。這些碳排放與工業制造、能源消耗和交通運輸相比，可能更容易受到直接或間接的氣候、地形等因素影響。農業生產中涉及到的溫室氣體碳排放主要包括種植業（如化肥施加、秸稈焚燒、稻田排放和農用地排放等）、畜牧業（如食草動物腸道發酵、糞便管理）、漁業（如餌料投喂、漁船燃油排放）和農機使用（如化石燃料燃燒）等。農業生產中溫室氣體的排放主要分為兩種形式：厭氧環境下的CH4排放以及氮肥或糞肥輸入導致的N2O排放。在淹水的環境（稻田、濕地）下，土壤中的O2被微生物、動物或植物的根系消耗而產生厭氧環境，使得產甲烷菌利用土壤中的有機物發酵產生CH4氣體[29]。同時，為了提高作物產量，大量的氮肥或農家肥施用于土壤，這些氮肥未被及時利用而引起N2O的直接排放，或通過氮的淋溶進入大氣和水體引起N2O的間接排放。農業生產既是巨大的溫室氣體排放源，又有著巨大的碳匯潛力。有研究表明，通過優化設計可以使我國農業碳排放潛力減少30％-50％。實現“碳減排”作為我國新時代生態文明建設的重要內容，力爭2030年實現“碳達峰”、2060年實現“碳中和”的宏偉目標，我們提出發展“碳中和農業”顯得勢在必行。具體而言，發展碳中和農業就是要擺脫傳統農業高投入、高消耗的模式，轉向低碳農業發展方向，包括科學的化肥施用模式、合理的作物配置、秸稈的回收再利用和新能源技術的使用等，通過減少碳源的排放和增加碳匯的吸收實現碳中和農業理念。

1.2.2海岸帶碳中和農業及其發展模式

海岸帶特別是河口三角洲或河流下游形成的沖擊平原，由于陸地生態系統不斷地通過水流作用輸入各種營養物質和無機鹽離子，這些區域自古以來就是重要的農業發展地區。而且，當代社會的發展模式是要利用更少的土地生產出更高產、更高質量的農產品，同時保證低能耗、低污染和低投入，這就需要發展特色的海岸帶碳中和農業模式。而且，根據海岸帶的特點，其主要土地類型包括丘陵、平原、濕地、灘涂和海床，因此需要利用不同的土地類型發展特色的海岸帶碳中和農業發展模式，包括農業碳中和糧食作物體系、低碳養殖體系、碳中和濕地生態系統、碳中和生物共生或協同體系和基于環境生物修復的碳中和體系。例如，在丘陵地區可以發展傳統林木或經濟類果樹等種植模式，而在平原地區則可以發展糧食或蔬菜類的種植模式，對于濕地則可以進行需水作物種植或耐鹽堿農作物種植，并兼顧養殖業的發展，可以利用灘涂和河床區域發展海產養殖或漁業活動。當然，因為不同物種對鹽堿度適應能力的差異，必須合理進行農業生產區域的劃分和作物的搭配。為了促進農業生產過程中的碳減排，可以合理地將每種農業活動產生的廢物進行回收利用，通過優化設計，將廢物變廢為寶，既減少了廢物處理的碳排放，又增加了農業生產的碳吸收。同時，利用海岸帶豐富的自然資源和富饒且多樣的土地類型，科學且合理地規劃農業布局，利用當地的優勢發展特色低碳農業，既可提高經濟收益又能實現最大的碳中和目標。

2海岸帶碳中和農業驅動

2.1海岸帶碳中和農業生物

2.1.1自然景觀水平

海岸帶的土地類型主要包括海岸帶山區、海岸帶平原區和海岸帶灘涂區，通常從海洋向陸地大致呈現出“淺海水域－濱海濕地－人工濕地－陸域多類型混合區域”的分布格局。更進一步，一些學者將海岸帶自然景觀劃分為建設用地、綠地、林地、耕地、裸地、灘涂、陸地水域和淺海以及海水養殖區域。隨著人口和經濟的增長、城市化建設的加快，建設用地在海岸帶呈現逐年增長的趨勢，且增長幅度逐年增加。而綠地作為海岸帶城市化建設的配套設施，雖然總面積在增大，但整體呈現破碎化，板塊指數也逐年上升。海岸帶林地面積總體呈現減少趨勢，這些減少的面積主要轉向為建設用地，這就使得利用林地作為農業生產的開發和利用將越來越難。對于耕地來說，其面積也呈現出逐年顯著減少的趨勢，同樣其也轉向為建設用地和工業用地，且由于城市化和工業化的發展，耕地被不斷占用、切割，使得耕地的平均斑塊面積逐年變小，破碎化加劇，且耕地間的連通度也逐年下降，空間分布越來越分散。然而，這種分散的耕地面積對于發展低碳農業是極為不利的。裸地的出現主要是受到城市化建設的影響，這種待建設地正成為增長速度最快的景觀類型。灘涂作為海岸帶重要的自然景觀類型，其在城市發展中也呈現逐漸減少的趨勢，其主要轉向為建設用地、養殖用地和耕地。對于陸地水域和淺海來說，其面積早期隨著人口和經濟的發展逐年減少，但隨生態文明建設的推進又逐漸增多。對于海水養殖區域來說，目前其正有逐步擴大的趨勢，主要原因就是近海漁業資源的枯竭迫使水產養殖的擴張。一些研究者將海岸帶自然景觀水平劃分為農用地（如農田、果園等）、海防林、紅樹林、鹽沼、海草床、砂礫質光灘和淤泥質光灘。但整體而言，海岸帶自然景觀水平呈現出一個動態變化過程。

2.1.2人工調節與強化

海岸帶存在著各種碳中和生物，它們都是發展碳中和農業的有效選擇。海岸待林地和綠地可以選擇碳中和植物中固碳能力較強的林木和灌木，如垂柳、榆樹、烏桕、白樺、烏岡櫟、木芙蓉、糙葉樹、銀中楊、麻櫟、旱柳、針葉黃華、紫丁香、連翹、小葉丁香、水蠟、錦帶花和紅瑞木等。通過人工篩選和科學的優化配置，將這些高固碳能力的林木或灌木用于發展低碳農業可以起到固土保濕、增加土壤肥力的作用。從碳中和農業的角度，需要積極培育具有高效碳中和能力的糧食作物（如水稻、玉米、小麥、大麥、蕎麥、青稞、高梁、谷子、番薯、大豆和土豆等高固碳品種）、油料作物（如花生、油菜和黃豆等高固碳品種）、糖料作物（如甘蔗、甜菜等高固碳品種）和經濟作物（如棉花、天然橡膠、蔬菜、水果、茶葉和食用菌菇等高固碳品種）等，并根據不同海岸帶的地域情況、氣候特征和環境條件，通過優化碳中和農作物的搭配、化肥的施用量，顯著提高集約化碳中和農作物種植系統，進而探究不同碳中和農業系統的共性與特性，積極發展具有地方特色的碳中和農業產業，推進海岸帶碳中和農業生態工程建設。

2.2人工光合作用與農業驅動

2.2.1人工光合作用及其應用潛力

除了優化碳中和農業作物配置，通過人工光合作用增強碳的捕集也是發展碳中和農業的有效途徑（圖2）。人工光合作用指的是通過模仿植物光合作用過程將太陽能進行轉化、存儲與利用的過程，通過模擬植物葉綠素的光轉化反應將CO2和水還原為我們需要的有機化合物。在這個工程中，光感材料或其他具有光感效應的特殊材料、半導體材料在光照射情況下其材料中的電子能夠發生躍遷，通過電子的定向移動形成電能或化學能，由此引發系統的氧化一還原反應，從而將CO2和水還原轉化為有機物。更進一步，可通過將人造光合系統與更復雜的微流技術相結合，如將人造光合系統封裝到雙層磷脂中，從而更好地模擬細胞的雙層膜結構，與天然系統中的跨膜信號轉導更有效地結合起來，進而強化人工光合效應。例如，Wan等通過將植物吸收和人工捕獲相結合首次提出了利用具有混合氧化價態面的CU2O納米立方體高效異相光催化還原CO2的方法，實現了在室溫無光照條件下裂解H2以及高效、快速、催化轉化還原CO2，而且這種獨特的表面結構使其具有高效催化活性和長期穩定性。這種利用人工光合作用的方式，可以定向且高效地合成我們所需要的物質，具有巨大的經濟價值，并且以光能作為驅動能源，以環境中CO2和H2O作為原料，在不產生碳排放的同時還能夠吸收大量的環境碳源，不僅具有良好的生態價值，也具有廣闊的工業應用潛力，這對于發展碳中和農業具有重要意義。

2.2.2海岸帶碳中和人工農業生態系統構建與實施

由于海岸帶基本符合“山－城－?！钡乩砀窬?，因此進行人工農業生態系統的構建和實施，應該以不破壞海岸帶地理格局、維護生態健康安全、確立當地自然資源可識別性為基本原則，優先注重保護當地原有的生態系統、構建符合地方氣候特點的人工農業生態系統，并需兼顧土地經濟適用性、生態類型多樣性、濱海地方特色風貌、資源可持續利用、空間優化配置等要求，合理控制土地農業生態開發力度。對于濱海山地區域的開發，首先重點加強縱深防護林建設，構建出由防護山體、水源涵養地構成的生態安全格局，只有這樣才能保證人工農業生態系統的安全。其次，設立中低強度的生態管制區，劃分生態保護區、生態緩沖區和有限開發區，將適合發展林業、農業和旅游業（生態景觀）的區域細分開來，注重土地開發強度，合理規劃土地的使用。對于濱海平原區的開發，由于其地勢平坦、交通便利，是適合農業與工業發展的重要區域，因此首先需要以基礎設施引導開發，通過利用區域內原有的河網水系、綠道、雨水花園等打造合適的農田生態系統、旱地種植系統和?；~塘農業系統的人工農業生態網絡，將原有區域的農業生態單元總體考慮，將農業布局、土地利用、空間優化、功能協調、景觀生態、交通系統等方面與城市功能和社會發展相協調。其次，設立中高強度的城鄉建設管制區，仔細梳理區域生態功能，將發展工業、商業、交通、居住、旅游、農業和養殖業的區域有機協調，在完善城市功能的同時注重區域的合理規劃與有機統一。而對于濱海灘涂區域的開發，需要兼顧其作為生態敏感區、生態脆弱區、生態緩沖區、生態保護區和重要資源儲存區的定位，從環境安全、人體健康、生態修復等多角度進行考慮，包括加強濕地生態安全和健康的保護、修復濕地生態受污染狀態、設立較低強度的岸線管制區以及適度開發濕地農業生態養殖，減少對灘涂的人為破壞。

2.3海岸帶碳中和農業驅動：從理念到工程

2.3.1淹水農業系統

海岸帶淹水農業系統主要指農田生態系統和人工濕地生態系統。對于海岸帶的農田生態系統而言，大量的陸源物質輸入使得農田具有較高的肥力，在農作物生長過程中不需要太多化肥或糞肥的加入，因此適合發展低碳農業。此外，在農作物生長過程中兼顧養殖業可以實現更大的經濟效益，如利用稻田生長過程吸引的昆蟲和產生的稻花進行漁業養殖或家禽養殖，既可以避免農藥的施用又可以肥田，在減少碳排放的同時增加了碳匯，是一種安全、健康和可持續的生態農業發展方式。由此發展的桑基魚塘低碳農業發展模式，利用桑蠶糞便養魚、魚糞肥田和污泥養桑，實現了生態低碳農業上的閉環。因此，在海岸帶應用這種循環、可持續發展碳中和農業，可以極大減少碳源排放和增加碳匯吸收，并可保護海岸帶脆弱且敏感的生態系統。當然，這些農田生態系統一般是淡水種植，而隨著海岸帶面積縮小，或海水倒灌導致土地鹽堿化加劇，新的耐鹽堿作物也被陸續開發，這些新品種的種植也需要兼顧碳捕獲和生態保護。對于人工濕地生態系統，其包括淡水濕地和鹽堿濕地，通常在這些區域進行碳中和農業應用需要兼顧農業種植和養殖業發展，包括水產養殖和家禽養殖。而對于農業中的養殖業而言，餌料投喂和糞便處理是碳排放的重要來源。因此，發展碳中和農業（養殖業）需要協同多種養殖體系，如將家禽養殖剩余的餌料和產生的糞便作為水產養殖的飼料，而水產養殖產生的糞便可以用來養殖食腐動物或作為海草／海藻的養料，從而在實現廢物資源化和無害化處理的同時，也極大減少了碳的排放。

2.3.2旱地農業系統

海岸帶旱地農業系統主要包括山地種植體系和平原種植體系。對于山地農業來說，由于其地勢的起伏并不適合進行需要大型機械化的糧食作物種植，反而適合進行經濟作物種植，如茶葉種植和果樹種植。這種種植方式往往不需要進行大規模的澆水和施肥，同時農藥殘留也較少，這對發展碳中和農業是有利的，因為其既減少了碳源（如化肥、農藥和農機等）投入，又增加了碳匯（果木生長、有機物產出）輸出。與此同時，避免大規模的機械運作也可減少對山地脆弱生態系統的破壞和對土壤有機質層的干擾，有利于農業的可持續發展。對于平原種植體系而言，廣闊且肥沃的海岸帶平原是發展高質量農業的重要區域，大規模的機械化操作有利于減少人力輸出，并提高農作物產量。科學且合理的化肥施用、農作物殘渣的高效收集與資源化處理及噴淋技術的應用可以將物質的投入降到最低，將資源的利用效率顯著提高，同時深耕細作、合理搭配不同農作物既可增加經濟效益也可減少外部資源的投入，不同作物的輪種能夠有效保證土壤的肥力，避免對土地資源過度利用?？偟膩碚f，對于旱地農業系統而言，如何有效減少資源的投入并增加農作物產量是實現碳中和農業的關鍵。

3海岸帶農業核心碳匯的識別及增強技術

3.1海岸帶農業碳匯的識別方式

3.1.1原位監測

識別海岸帶農業碳匯是發展碳中和農業的必要條件，而原位監測則是最常用也最直接的方式（圖3）。碳匯原位監測最常用的方式是設置密閉網箱，通過實時監測網箱里大氣流動過程中CO2流入和流出濃度來計算土壤的碳吸收，同時也可計算出土壤的呼吸速率。當然，通過這種方式監測的土壤碳匯雖然麻煩但較為準確，其缺點是適用的范圍較小。新開發的一些土壤碳匯監測儀也被用于農業碳匯數據的實時監測，這種方式的優勢是監測迅速、操作方便和成本低，但多種環境因素的干擾使得該方式的準確性頗受質疑。例如，胡樂寧等利用美國Li-COR公司生產的L1-8100儀對西南喀斯特地區典型土壤碳通量進行了監測和數據采集。隨著技術的發展，現代利用遙感技術能夠實現對更廣闊區域的碳排放進行監測，如ARGUS實時在線系統、多時相極化SAR影像變化檢測（極化合成孔徑雷達）以及無人機遙感，進而能夠實現對大區域、大尺度和長時段的農業碳匯進行監測。

3.1.2同位素標記

利用同位素標記的方式對海岸帶土壤碳匯進行監測是目前新發展起來的技術，主要是利用同位素的半衰期效應。同位素標記技術作為一種分析和示蹤手段，在農業碳匯監測過程中對穩定同位素的測量可以用于評估土壤呼吸速率、了解土壤中碳的排放與吸收，其中最常用的同位素是14C和13C。劉文景等利用水化學-雙碳同位素（813CDIC-△14CDIC）對怒江流域進行了碳源一匯量化和機制研究，揭示了河流溶質和雙碳同位素組成的時空變化規律。張月明等也利用碳同位素（813CDIC）、氘同位素（8D）和氧同位素（8180）分析了重慶南山8個巖溶泉在不同降水條件下化學性質的變化特征及影響機制。除了碳（813CDIC、814CDIC）、氫（2H、3H）和氧（8180）同位素可用于監測外，隨著同位素標記技術的發展和同位素識別、檢測技術的優化，11B、37Cl、81Br、34S和87Sr等也有望在海岸帶農業碳匯的研究中獲得更廣泛的應用。

3.1.3統計學分析

隨著現代信息技術的不斷發展，利用大數據來進行碳匯分析也逐漸成為一種研究熱點。因為不管是原位監測技術還是同位素示蹤技術，它們均存在最顯著的問題即監測時間較短、監測范圍較小，且不能進行宏觀尺度上的協同比較分析。因此，現在統計學的應用給碳匯在時間大尺度和空間大尺度上的分析提供了可能，這種分析方式可以將某塊區域的碳匯數據從較大的時間跨度上進行比較，并且可以綜合造成這種現象的各種影響因素，對其進行溯源分析，更加深刻地剖析碳匯增減的原因，為后續的減碳施措提供更加科學的建議。例如，鮑麗然等就采用地統計學分析方法剖析了重慶市表層土壤的有機碳密度空間分布，并進一步采用模型法評估了農田土壤固碳減排潛力。而且，現代人工智能的發展也為全球范圍內碳匯的綜合比較分析以及不同區域環境碳匯差異比較分析提供了更多可能，機器學習等新技術甚至可以模擬碳匯在未來的一個變化情況，為后續更好地減少碳排放和增加碳匯提供參考。

3.2農業碳匯增強技術

3.2.1系統篩選與性能強化

增強農業碳匯是發展碳中和農業的關鍵，其中最簡單的方式就是系統性地篩選那些具有強固碳能力的農作物，并對它們的固碳能力進行強化。系統篩選是一項龐大且繁瑣的工程，因為自然環境中存在著各種各樣的固碳生物，包括固碳植物、固碳動物和固碳微生物或者藻類，如何選擇適應于當地氣候發展和經濟需求的物種是一個重點，同時要保證這個物種在具有高固碳能力的同時不會影響其他物種的生存，不會對當地的生態安全造成影響。例如我們對污染物超富集植物進行篩選時，不僅需要考慮它的富集能力，還需要考慮它與其他物種的協調關系和后續的環境安全性。在篩選出合適的物種后，需要對該物種的固碳能力進行強化，包括從育種開始的強化和生長過程的強化，只有通過不斷的馴化作用才能使其在實際應用中產生價值。

3.2.2基因編輯與改造

除了自然的篩選與強化外，基因技術的發展使人們可以通過對功能基因進行編輯和改造從而強化生物的固碳能力，這對于發展碳中和農業也是一條重要途徑。例如，通過基因編輯技術可以將碳中和植物的光合作用基因進行強化，使得植物的光合效率提升，與此同時，抑制其呼吸效率，在減少植物碳排放的同時增加碳的吸收，進而增強碳匯。對于一些光合藻類或光合細菌而言，基因的編輯與改造技術可以人為增強一些碳固定與碳轉化的基因，或引入其他物種的高性能基因，進而構建工程菌或工程藻，用于農業生產來提升農業碳匯潛力。當然，由于目前該技術存在成本較高、操作復雜、不可靠等原因并未受到重視，但隨著技術的不斷發展與改進，基因編輯與改造技術無疑會在未來碳中和農業發展中占據一席之地。

3.2.3共代謝與協同

碳中和農業的發展不只是某一種生物的作用，而是常需要多種生物的協同作用，對于一些碳中和微生物或者藻類來說，它們通常需要一個互利共存的共代謝生存空間。而且，農業生態系統是一個有機整體，需要農業植物進行固碳，同時也需要微生物協同作用為農作物的生長提供一個良好的生存環境。因此，構建農業植物－微生物協同固碳體系對于農業碳匯增強至關重要。在這個過程中，我們需要了解農業體系中微生物類群的共發生模式和相互作用關系，微生物介導的碳中和植物功能強化作用，環境過濾對根際微生物群落時空格局的調控機制，擴散限制對根際微生物群落時空格局的調控機制。正確理解農業植物與微生物之間的協同合作關系，厘清它們相互作用對碳固定和碳減排的作用機理，從而合理進行農業布局，強化農業生產過程中的碳匯潛力。

4展望

海岸帶是生態敏感帶，也是農業發展帶，碳中和農業的發展是順應時代需求和符合人類社會發展的大趨勢。因此，了解海岸帶低碳農業發展理念并發展低碳農業生產方式是推動和實現海岸帶碳中和農業的必然選擇。然而，目前該領域的發展仍然面臨諸多困難。

（1）如何有機協調海岸帶農業發展與城市發展規劃？在保證海岸帶城市經濟和社會發展的同時，兼顧海岸帶敏感且脆弱的生態系統，發展綠色農業、低碳農業和可持續農業。

（2）如何優化海岸帶農業布局模式？不同地形和地域的海岸帶擁有不同的氣候條件，同一區域海岸帶由于海陸距離又劃分出不同的土地類型，在這種多樣化的海岸帶發展碳中和農業需要因地制宜、因時制宜、統籌規劃、合理安排。

（3）如何強化海岸帶農作物的持續固碳能力？選擇高固碳能力的作物是最常見的做法，但農業生態系統是一個復合的整體，提高農業固碳能力需要協同考慮農作物與土壤微生物的作用關系，不僅需要強化農作物固碳還需要促進土壤微生物固碳，兩者缺一不可。

此外，碳中和農業新技術的開發也是未來的重點研究方向。