中國網(wǎng)/中國發(fā)展門戶網(wǎng)訊 全球氣候變化是當今人類社會可持續(xù)發(fā)展所面臨的最嚴峻挑戰(zhàn)之一。二氧化碳（CO₂）等溫室氣體的過度排放加劇了全球氣候變化，致使全球氣溫升高、海平面上升、海洋酸化和極端天氣頻發(fā)等，給人類的生產(chǎn)、生活及生存所帶來的負面影響與日俱增。溫室氣體控制已成為重大國際問題。作為負責(zé)任的大國，2020?年中國作出了?2030?年碳達峰和?2060?年碳中和的承諾。然而，由于中國經(jīng)濟正處于高速增長階段，這使得我國目前已成為全球?CO₂?排放總量最多的國家，僅靠減少排放量難以實現(xiàn)控制?CO₂?排放的目標。因此，在減排的同時加強增匯是實現(xiàn)碳中和目標的必然途徑。

藍碳（blue carbon），也稱海洋碳匯，是利用海洋活動及海洋生物吸收大氣中的?CO₂，并將其固定在海洋中的過程、活動和機制。海岸帶的紅樹林、濱海沼澤、海草床等海洋生態(tài)系統(tǒng)及浮游植物是海岸帶藍碳的主力軍，近海（含海水養(yǎng)殖區(qū)）、開闊大洋及深海中可長久儲存的碳具有更大的藍碳儲量。海洋作為地球上最大的碳庫，碳儲量約為?3.9×10⁵?億噸，每年約吸收排放到大氣中?CO₂?的?30%。海洋的巨大負排放潛力，成為國際研究熱點，同時促進了藍碳研究的發(fā)展。保護國際（CI）、世界自然保護聯(lián)盟（IUCN）、政府間海洋學(xué)委員會（IOC）和聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）等國際組織通過與各級政府的合作，在全球范圍推廣藍碳的政策與科學(xué)研究。隨著海洋藍碳逐漸進入人們的視野，漁業(yè)生物的碳匯功能也受到關(guān)注。“碳匯漁業(yè)”正是在這種背景下提出的發(fā)展?jié)O業(yè)經(jīng)濟的新理念。中國是世界上最大的海水養(yǎng)殖國家，養(yǎng)殖貝類、藻類等帶來的漁業(yè)碳匯的研究已經(jīng)在中國開展了十幾年。雖然從藍碳的廣義概念上，我國將養(yǎng)殖貝藻類列入藍碳范疇，“海洋微生物碳泵”（Microbial Carbon Pump，MCP）理論及養(yǎng)殖區(qū)增匯的潛在路徑于?2019?年納入了聯(lián)合國氣候變化專門委員會（IPCC）《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》的負排放方案。但是，關(guān)于貝藻類養(yǎng)殖的負排放的科學(xué)原理、過程機制、計量方法及增匯途徑等研究目前依然欠缺。

2020?年?12?月召開的中央經(jīng)濟工作會議將“做好碳達峰、碳中和”工作列入?2021?年要抓好的?8?大重點任務(wù)之一。做好碳達峰、碳中和工作，對我國實現(xiàn)經(jīng)濟行穩(wěn)致遠，全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家具有深遠意義。基于此，本文試從海水養(yǎng)殖在“海洋負排放”中的戰(zhàn)略地位作用為視角，闡釋漁業(yè)碳匯的研究進展、存在問題和可能影響，提出踐行“海洋負排放”的技術(shù)途徑和對策建議。希望能為我國踐行碳中和承諾、積極參與全球碳排放治理提供參考和借鑒。

海水養(yǎng)殖在“海洋負排放”中的戰(zhàn)略地位和作用

以非投餌型的貝藻為主是中國海水養(yǎng)殖的特點

中國是海水養(yǎng)殖大國，養(yǎng)殖生物以不投餌、低營養(yǎng)級的大型藻類和濾食性貝類為主，養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。與世界上其他國家相比，中國的海水養(yǎng)殖具有養(yǎng)殖產(chǎn)量高、規(guī)模大、養(yǎng)殖種類繁多、多樣性豐富、營養(yǎng)級低、生態(tài)效率高的特點。例如，2019?年中國海水養(yǎng)殖的產(chǎn)量為?2?065?萬噸，以非投餌型的大型藻類（254?萬噸淡干）和濾食性貝類（1?439?萬噸）為主?，非投餌率占海水養(yǎng)殖總產(chǎn)量的?80%?左右；并且，養(yǎng)殖生物的營養(yǎng)級范圍為?2.24—2.27，遠低于世界發(fā)達國家（如歐洲國家）和其他發(fā)展中國家（如東南亞國家）。聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）2020?年公布的數(shù)據(jù)匯編顯示，2018?年我國的海水貝類、藻類養(yǎng)殖總量和總產(chǎn)值均居世界首位。中國水產(chǎn)養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)特點符合現(xiàn)代發(fā)展的需求，不僅提供了優(yōu)質(zhì)蛋白，還解決了居民吃魚難的問題，更為農(nóng)民增收和漁業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整作出了重要貢獻。同時，這種養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)也對減排?CO₂、緩解海域富營養(yǎng)化發(fā)揮積極作用。

“海洋可移除的碳匯”：海水養(yǎng)殖貝藻生物量碳

海洋初級生產(chǎn)是海洋光合生物利用光能將?CO₂?同化為有機物的過程。作為初級生產(chǎn)者，大型藻類是海洋碳循環(huán)過程的起始環(huán)節(jié)和關(guān)鍵部分。大型藻類通過光合作用將海水中的無機碳轉(zhuǎn)化為有機碳，同時吸收營養(yǎng)鹽以構(gòu)建自身的結(jié)構(gòu)物質(zhì)。海藻對溶解?CO₂?的吸收可以降低?CO₂?分壓，打破水體的碳化學(xué)平衡，加速大氣?CO₂?向海水溶入；再者，海藻生長過程對營養(yǎng)鹽的吸收可以提高養(yǎng)殖海區(qū)表層海水?pH?值，進一步降低?CO₂?分壓，促進并加速了大氣?CO₂?通過碳酸鹽平衡體系向海水中擴散，二者均起到了積極的碳匯作用。

濾食性貝類可通過鈣化和攝食生長利用海洋中的碳，增加生物體中的碳含量；但是，考慮到碳的儲存周期，這部分生物體中的碳無法長久封存。據(jù)統(tǒng)計，我國每年通過收獲貝類可以從海水中移除近?200?萬噸的碳，相當于義務(wù)造林約?50?萬公頃。

“可產(chǎn)業(yè)化的藍碳”：我國未來發(fā)展海洋漁業(yè)碳匯潛力巨大

我國作為海洋大國和海水養(yǎng)殖第一大國，發(fā)展海洋漁業(yè)碳匯潛力巨大。①海洋自然條件優(yōu)越，空間資源優(yōu)渥。我國有近?300?萬平方公里的主張管轄海域，15?米等深線以內(nèi)的淺海灘涂面積約?1?240?萬公頃，20—40?米水深的海域面積約?3?700?萬公頃，而目前我國海水養(yǎng)殖面積僅為?204?萬公頃，未來海水養(yǎng)殖的空間潛力巨大。②海洋生物資源豐富。我國海水養(yǎng)殖種類豐富、營養(yǎng)層次多樣，而且隨著良種培育技術(shù)的提高，每年不斷有新品種問世，這使得篩選高效固碳養(yǎng)殖品種、建立多種形式的增匯模式（如輪養(yǎng)、間養(yǎng)、空間立體養(yǎng)殖、多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖）成為可能。③海水養(yǎng)殖技術(shù)成熟。目前，我國海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)已形成了新品種培育—苗種繁育—增養(yǎng)殖技術(shù)—收獲加工整個產(chǎn)業(yè)鏈。海水養(yǎng)殖既可提供大量優(yōu)質(zhì)藍色海洋食物，又能著力于“海洋負排放”，是雙贏的人類生產(chǎn)活動，未來有望成為發(fā)展?jié)摿薮蟮摹翱僧a(chǎn)業(yè)化的藍碳”。

海水養(yǎng)殖的碳匯效應(yīng)研究進展與問題

養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)的碳匯效應(yīng)

海洋貝類通過濾食、呼吸、鈣化、生物性沉積等過程對浮游植物、顆粒有機碎屑、海水碳酸鹽體系、沉積埋藏等碳的生物地化過程影響很大。養(yǎng)殖貝類主要可通過兩種途徑利用海洋中的碳：一種方式是通過鈣化直接將海水中的碳酸氫根（HCO₃^-）轉(zhuǎn)化形成碳酸鈣（CaCO₃）貝殼，另一種方式是通過濾食水體中的顆粒有機碳（包括浮游植物、微型浮游動物、有機碎屑、微生物等）合成自身物質(zhì)，增加生物體中的碳含量。而未被利用的有機碳則通過糞粒和假糞粒的形式沉降到海底，加速了有機碳向海底輸送。因此，我們不僅可以通過收獲養(yǎng)殖貝類從海水中移除碳，還可以通過養(yǎng)殖貝類的“生物泵”和“鹽酸鹽泵”從海水中移除碳。但是，超負荷的貝類養(yǎng)殖會對浮游植物產(chǎn)生下行控制作用，影響初級生產(chǎn)力；而且，貝類鈣化是個雙向的復(fù)雜過程。因此，關(guān)于養(yǎng)殖貝類的碳匯效應(yīng)需要從整個生態(tài)系統(tǒng)來考量，有待進一步研究以提供充分的科學(xué)證據(jù)。

漁業(yè)碳匯機理研究亟待加強，以科學(xué)考量漁業(yè)碳匯效應(yīng)

碳足跡（carbon footprint）研究亟待加強，以科學(xué)考量漁業(yè)碳匯效應(yīng)。例如，大型藻類光合作用具有很強的吸收固碳能力，但如果不及時收獲，成熟的藻類將會很快腐爛分解，固定的碳又返回海水中，在微生物的進一步作用下甚至重新返回大氣。因此，大型藻類在收獲后可以作為食品、餌料、飼料及工業(yè)原料，延長碳的釋放過程；并且可以作為低碳強度的產(chǎn)品替代高碳強度的產(chǎn)品或者生物質(zhì)能源。

藻類的養(yǎng)殖有可能成為長期的碳匯。在藻類生長過程中產(chǎn)生的碎屑有機碳，可以通過傳統(tǒng)食物鏈成為其他生物的食物來源，或者通過直接的沉降作用最終沉積埋藏于海底^[14]或被輸運到深海中。另外，大型藻類在生長過程中釋放的溶解有機碳（DOC）和顆粒有機碳（POC），可以在微食物環(huán)作用下，進入食物網(wǎng)或形成惰性有機碳（RDOC）而長期駐留在海水中。

當前，基于營養(yǎng)鹽調(diào)控的人工上升流已被納入IPCC報告。可見，以養(yǎng)殖貝藻為主的漁業(yè)碳匯的形成機制，已經(jīng)涉及傳統(tǒng)的“溶解度泵”“碳酸鹽泵”“生物泵”（BP）及近年提出的“微生物碳泵”，是一個極為復(fù)雜的過程。養(yǎng)殖貝藻帶來的漁業(yè)碳匯從最初的“可移除碳匯”到?POC?的沉積埋藏和水體?RDOC?形成等研究的不斷深入（圖?1），使人們認識到只有弄清漁業(yè)碳匯機理、量化過程，才能最終給出科學(xué)的計量方法，從而推動漁業(yè)碳匯的碳補償、碳交易、碳市場。

全球氣候變化對海水養(yǎng)殖的影響

海水養(yǎng)殖具有“海洋負排放”的巨大潛力，同時，全球氣候變化也反作用于海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)。全球氣候變化對海水養(yǎng)殖影響的研究依然存在諸多的未知量和不確定性，表現(xiàn)出?2?個顯著的特征：①全球變暖和極端天氣的頻率和程度增加。全球變暖導(dǎo)致的升溫會改變養(yǎng)殖貝藻生物的代謝過程（如生長、呼吸等），在改變其體內(nèi)物質(zhì)凈累積的同時也改變其品質(zhì)，最終影響其對碳的固定與存儲，以及碳匯功能，而極端天氣（如臺風(fēng)）對海水養(yǎng)殖的破壞效應(yīng)更是難以估計。②海洋酸化。海洋酸化可以影響初級生產(chǎn)者體內(nèi)的生物大分子（如脂肪酸）、次級代謝產(chǎn)物（如苯酚類）、生源要素（如碘）等生化組分的含量和比例，也可以改變初級生產(chǎn)者的群落結(jié)構(gòu)和生物組成，從而影響海洋食物網(wǎng)中物質(zhì)和能量從初級到次級生產(chǎn)者及更高營養(yǎng)級的傳遞，引發(fā)食物鏈效應(yīng)。這種上行效應(yīng)會影響海產(chǎn)品的品質(zhì)，甚至危及人類健康。凈現(xiàn)值估價法分析結(jié)果顯示，海洋酸化對中國貝類產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟的潛在影響巨大，未來?100?年內(nèi)中國貝類產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟將可能面臨?142?億—11?500?億美元的現(xiàn)值損失，損失程度與海洋酸化程度相關(guān)。

踐行“海洋負排放”的技術(shù)途徑

養(yǎng)殖環(huán)境的碳匯途徑主要包括通過生物泵過程形成的?POC?在養(yǎng)殖區(qū)沉積環(huán)境中的埋藏、通過微生物泵過程形成的?RDOC，以及輸入深海的碳封存。在加強養(yǎng)殖固碳機理、計量方法和碳足跡研究的基礎(chǔ)上，增強生物泵和微生物泵的活動，如人工上升流、貝藻綜合養(yǎng)殖、海洋牧場等，將提高近海及河口養(yǎng)殖區(qū)固碳增匯的能力，促進“海洋負排放”。

拓展養(yǎng)殖空間，提高養(yǎng)殖單產(chǎn)。養(yǎng)殖貝藻的可移除碳量與單位面積養(yǎng)殖貝藻的產(chǎn)量和單位生物體內(nèi)的碳含量呈正相關(guān)，因此提高單位面積的產(chǎn)量和篩選個體碳含量更高的貝藻是提高碳匯量的途徑。通過篩選高固碳率的養(yǎng)殖品種、改進養(yǎng)殖技術(shù)和養(yǎng)殖模式等方式，合理高效利用養(yǎng)殖海域，可提高單位面積的產(chǎn)量，進而提高單位面積的可移除碳量。同時，突破貝藻常規(guī)生長環(huán)境（如適溫范圍等），選育適溫范圍更廣的品系、拓寬特定物種的生長空間、增加養(yǎng)殖面積，是實現(xiàn)養(yǎng)殖增匯的另一有效途徑。

完善養(yǎng)殖容量管理制度，促進海水養(yǎng)殖綠色發(fā)展。基于養(yǎng)殖生態(tài)容量進行標準化養(yǎng)殖，以保障貝藻養(yǎng)殖的穩(wěn)產(chǎn)和高產(chǎn)。過去海水養(yǎng)殖規(guī)模盲目擴增，超負荷養(yǎng)殖，嚴重破壞了養(yǎng)殖水環(huán)境，使得病蟲害加劇、赤潮等災(zāi)害事件頻發(fā)。因此，這不能增加養(yǎng)殖產(chǎn)量，還嚴重危及了養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。基于養(yǎng)殖容量管理制度，形成結(jié)構(gòu)優(yōu)化、密度適宜、功能高效的養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)，才能實現(xiàn)海水養(yǎng)殖的綠色發(fā)展。

推廣多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖模式。多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖模式（IMTA）不僅實現(xiàn)了碳的有效循環(huán)利用，加速了生物泵的運轉(zhuǎn)，使各個營養(yǎng)層級生物的碳匯能力得到充分發(fā)揮，進一步提升了養(yǎng)殖系統(tǒng)對?CO₂?的吸收利用能力；此外，通過?IMTA?可以減輕甚至消除養(yǎng)殖過程對環(huán)境的壓力，有利于養(yǎng)殖系統(tǒng)穩(wěn)定地可持續(xù)地產(chǎn)出。在比例合理的貝藻混養(yǎng)體系中，藻類不僅能夠吸收貝類代謝所釋放的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，還可以吸收貝類呼吸釋放出的?CO₂；貝類生長過程中則可以通過濾食浮游植物及藻類碎屑和凋落物等，一方面可以凈化水質(zhì)、增加水體光照，為藻類生長提供更多的能量；另一方面可以防止浮游植物與藻類競爭營養(yǎng)鹽，有利于養(yǎng)殖藻類的生長和碳累積。在貝藻相互作用的過程中，整個綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)中的碳匯功能相比單品種養(yǎng)殖實現(xiàn)了很大程度的提高。

實施人工藍碳“藍碳牧業(yè)”（海洋牧場）工程。通過人工魚礁等工程技術(shù)，復(fù)建原有種群和群落，推動傳統(tǒng)漁場、海洋牧場資源恢復(fù)。以“蠣礁藻林”工程為例：以人工塊體為附著基恢復(fù)淺海活牡蠣礁群，建立以活牡蠣礁為基底的野生海藻場，形成野生貝藻生態(tài)系統(tǒng)，拓展藍碳富集區(qū)，同時為海洋生物提供棲息地，建立穩(wěn)定長效的生態(tài)系統(tǒng)碳匯區(qū)。

實施海洋人工上升流增匯工程。在大型海藻高密度養(yǎng)殖區(qū)，養(yǎng)殖密度過大會造成上層水體內(nèi)營養(yǎng)鹽極度缺乏，無法滿足海藻快速生長的需求，甚至?xí)l(fā)海藻在春季的大量死亡；與此同時，在養(yǎng)殖區(qū)海藻無法生長的底層水體中氮、磷較為豐富，卻得不到有效利用。通過施用人工上升流技術(shù)將深層水體中過剩的營養(yǎng)鹽輸送到上層水體，可以充分滿足海藻等光合固碳、生長對營養(yǎng)鹽的需求。適宜的營養(yǎng)鹽濃度不僅可提高海藻產(chǎn)量，還可提高生物泵與微型生物碳泵的綜合效應(yīng)，從而增加近海碳匯。人工上升流作為一種地球工程系統(tǒng)，可以持續(xù)地將真光層以下的深層高營養(yǎng)鹽海水帶至真光層。這個過程不僅會提升總的上層營養(yǎng)鹽濃度，也會調(diào)整因生物生長利用、釋放所引起的氮、磷、硅、鐵等比例的失衡，有利于藻類及浮游植物光合作用，增大漁獲量和養(yǎng)殖碳匯，還可以增加生物泵效率的方式增加向深海輸出的有機碳量。中國的人工上升流系統(tǒng)研制處于國際先進水平，已設(shè)計并制備了一種利用自給能量、通過注入壓縮空氣來提升海洋深層水到真光層的人工上升流系統(tǒng)，并取得了較好的海試效果。

（作者：張繼紅，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所；劉紀化，山東大學(xué)海洋研究院；張永雨，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所；李剛，中國科學(xué)院南海海洋研究所。《中國科學(xué)院院刊》供稿）

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