劉俊文，劉 晃，莊保陸，曲 蕊

(1 上海海洋大學(xué)工程學(xué)院，上海 201306；2 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092)

近年來大氣中溫室氣體質(zhì)量濃度持續(xù)增長(zhǎng)，其引發(fā)的全球氣候變暖已成為當(dāng)今世界面臨的重要環(huán)境問題之一，受到國(guó)內(nèi)外關(guān)注。淡水池塘養(yǎng)殖作為中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖主要模式之一，在其他淡水類型(湖泊、水庫、河溝等)養(yǎng)殖面積同比下降的背景下逆勢(shì)上升5.50%，2018年總面積達(dá)2666.84千公頃，占淡水養(yǎng)殖總面積的51.82%[1]。為人們提供大量?jī)?yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)的同時(shí)，水產(chǎn)飼料的大量粗放式使用[2]，增加了淡水池塘和鄰近水體的富營(yíng)養(yǎng)化和有機(jī)碳沉積[3- 4]。魚類消耗飼料的氮中，平均只有25% 轉(zhuǎn)化為生物量，其余的以氨氮的形式排到水中[5]。另外，相當(dāng)比例的飼料碳被水中其他動(dòng)物和微生物轉(zhuǎn)化為二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)，或被貯存于池塘底泥中[4]。據(jù)估算，2018年全球4.01×1010kg水產(chǎn)飼料中約有1.095×1010kg碳(C)和1.83×109kg氮(N)被排放到環(huán)境中[6]。此外，淡水池塘養(yǎng)殖中還會(huì)添加肥料以促進(jìn)浮游植物的生長(zhǎng)[7]。大量的碳氮輸入有可能推動(dòng)淡水池塘養(yǎng)殖成為二氧化碳、甲烷和氧化亞氮(N2O)排放的重要人為來源。有研究認(rèn)為總面積僅占陸地水體總面積8.6%的小型池塘其甲烷排放量卻占陸地水體總排放量的40%[8]。因此，總結(jié)溫室氣體排放量的研究方法和結(jié)果，量化淡水池塘養(yǎng)殖過程中的溫室氣體排放，了解影響排放量的環(huán)境因素，將能夠更好地剖析淡水養(yǎng)殖池塘的溫室氣體排放問題。

1 溫室氣體排放量估算方法

1.1 淡水養(yǎng)殖池塘二氧化碳排放量的估算方法

與結(jié)果

早期研究普遍認(rèn)為，導(dǎo)致全球變暖的溫室氣體主要為CO2，因此提出碳足跡(Carbon Footprint)概念，用于標(biāo)示碳耗用量，評(píng)估個(gè)人、組織、活動(dòng)或產(chǎn)品產(chǎn)生的直接與間接的溫室氣體排放總和[9]，以CO2等價(jià)物來表示，是目前計(jì)算各種產(chǎn)業(yè)溫室氣體排放量較好的測(cè)度方法。其基本公式[10]為：

(1)

式中：E—產(chǎn)品的碳足跡；Qi—i物質(zhì)或活動(dòng)的數(shù)量或強(qiáng)度數(shù)據(jù)；Ci—單位碳排放因子(CO2，eq/kg)，排放因子是量化每單位活動(dòng)的不同溫室氣體排放量或清除量的系數(shù)。

對(duì)于淡水池塘養(yǎng)殖而言，大氣中CO2經(jīng)光合作用轉(zhuǎn)化為有機(jī)物被投入到池塘中，在池塘中經(jīng)生物代謝分解后又轉(zhuǎn)化為CO2，這一過程并未產(chǎn)生大氣庫中CO2的“凈”增量；而養(yǎng)殖過程中能源使用產(chǎn)生的間接排放遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于養(yǎng)殖水體的直接排放，因此學(xué)者主要從能耗角度對(duì)排放進(jìn)行研究。徐皓等[12- 13]通過實(shí)地采樣調(diào)研和數(shù)據(jù)分析，推算中國(guó)淡水池塘養(yǎng)殖耗能為1 350.8萬t標(biāo)煤。其后，劉晃等[14]根據(jù)美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室[15]的計(jì)算方法，對(duì)中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖活動(dòng)導(dǎo)致的CO2排放量進(jìn)行了估算，其能源折算公式如下：

E=W×0.356×0.982×0.73257×3.67×83.34%

(2)

式中：E—CO2排放量；W—耗電量(kW·h)；0.356—每度電折算為 0.356 kg標(biāo)煤；0.982—有效氧化分?jǐn)?shù)；0.732 57—每噸標(biāo)準(zhǔn)煤的含碳率；3.67—轉(zhuǎn)換系數(shù)44 (CO2的分子量)/12 (C的分子量)；83.34%—當(dāng)年中國(guó)火電比例。

劉晃等[14]據(jù)式(2)及2007年相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)估算的結(jié)果顯示，該年中國(guó)淡水養(yǎng)殖池塘CO2排放總量為730.1萬t，單位魚產(chǎn)量排放量為0.54 kg (CO2)/kg，占水產(chǎn)養(yǎng)殖總排放量的73.8%。

目前國(guó)際上公認(rèn)和通用的碳排放評(píng)估方法則是聯(lián)合國(guó)氣候變化委員會(huì)(IPCC)編寫的國(guó)家溫室氣體清單指南，即IPCC排放因子法。根據(jù)能源的發(fā)熱量對(duì)能源消耗量做出轉(zhuǎn)換，將質(zhì)量單位轉(zhuǎn)化為能量單位，通過轉(zhuǎn)化因子實(shí)現(xiàn)每種燃料(煤、柴油、天然氣等)的能源單位轉(zhuǎn)化，細(xì)化了對(duì)漁業(yè)生產(chǎn)中的不同能量來源的測(cè)算。公式[11]如下：

(3)

式中：C—CO2排放總量，Ei—不同能源的實(shí)際消耗量，i=1、2、3……，kg；Ti—燃料的平均發(fā)熱量，kJ/kg；CCO2—CO2排放因子，如IPCC建議柴油的CO2排放因子為0.741g/kJ。

王逸清[11]根據(jù)式(3)對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并分析比較，發(fā)現(xiàn)這兩種方法估算結(jié)果差值比例為1.43%(719.63萬t)，考慮到燃料組分的不同，IPCC建議的因子值是否適合中國(guó)實(shí)際情況仍有待商榷。金書秦等[16]進(jìn)一步用標(biāo)桿法對(duì)中國(guó)12個(gè)主要養(yǎng)殖省市的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算以評(píng)價(jià)能源使用效率，其結(jié)果表明，全國(guó)規(guī)模戶(養(yǎng)殖面積大于20 000 m2)精養(yǎng)平均每畝養(yǎng)殖水面的直接能耗導(dǎo)致的溫室氣體(CO2)排放量為294.7 kg，每噸水產(chǎn)品直接能耗導(dǎo)致的CO2排放量為319.71 kg。

已有研究存在幾方面的局限性：計(jì)算公式較為簡(jiǎn)略，只考慮了火電的溫室氣體排放，而太陽能、風(fēng)能、水力等發(fā)電方式同樣有一定的溫室氣體排放[17]；由于數(shù)據(jù)不完備以及相關(guān)參數(shù)不完全，計(jì)算的結(jié)果是直接能耗，并未包含間接能耗和隱含能耗，而這部分占比可能相當(dāng)可觀[15]；由于養(yǎng)殖品種和模式的不同，單位產(chǎn)量的耗能存在差異，未考慮水生生物光合作用產(chǎn)生的碳匯作用和不投飼粗放式池塘的存在，故平均耗能和總產(chǎn)量的簡(jiǎn)單乘積并不能真實(shí)反映水產(chǎn)養(yǎng)殖的總體排放情況。

1.2 淡水養(yǎng)殖池塘N2O排放量的估算方法與結(jié)果

研究發(fā)現(xiàn)，N2O的排放量與溫室效應(yīng)有關(guān)。淡水池塘養(yǎng)殖過程中投入的含氮有機(jī)物未被水生生物吸收利用的部分，經(jīng)過微生物的硝化和反硝化反應(yīng)后部分轉(zhuǎn)化為N2O，研究者常用產(chǎn)量和排放系數(shù)間接推算其含量。估算N2O 排放量至少需要2個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：養(yǎng)殖過程中未被利用的氮量(discharge nitrogen)和硝化及反硝化過程中N2O 的排放系數(shù)。根據(jù)常見養(yǎng)殖魚類的飼料轉(zhuǎn)化率，產(chǎn)出1 kg魚(鮮重)需要1～3 kg飼料(干重)，按照飼料蛋白質(zhì)含量為25%～55%(平均為35%)算，25%飼料氮可轉(zhuǎn)化為魚的生物量，其余部分主要以氨氮形式排放到水體中。Timmons 等[18]認(rèn)為水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中每天產(chǎn)生的總氮(TAN)可用下式來估計(jì)：

PTAN=F×PC×0.092

(4)

式中：PTAN—總氮，kg/d；F—喂養(yǎng)量，kg/d；PC—飼料中蛋白質(zhì)含量；0.092—假設(shè)的轉(zhuǎn)換系數(shù)(蛋白質(zhì)含氮量為16%，其中80%被魚吸收，吸收的氮80%被排出，而其中90%為氨氮形式)。

對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的N2O排放量估算研究極少，針對(duì)淡水池塘的研究則更加缺乏，故僅能對(duì)少數(shù)已有研究作討論。由于相關(guān)數(shù)據(jù)缺乏，而工業(yè)化養(yǎng)殖中廢水處理過程和污水處理廠相似，國(guó)外研究者在考慮N2O排放系數(shù)時(shí)采用了污水處理廠的排放系數(shù)。Williams等[19]、Hu等[20]和UNEP[21]利用水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量來估算未被利用的氮量，分別用2%、1.80%和1%的N2O排放系數(shù)估算其排放量(表1)。

表1 N2O排放的估算結(jié)果 Tab.1 Estimation results of N2O emissions

Williams等[19]估算5.5×107t 魚產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的N2O排放量為1.2×1010g，其研究中使用飼料利用效率FCR 代替飼料中氮的利用效率進(jìn)行計(jì)算,實(shí)際上大大提高了氮的利用效率(提高到71.43%)，因而在N2O排放系數(shù)相仿的情況下，低于Hu等的估算結(jié)果。羅國(guó)芝等[23]分析認(rèn)為水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中N2O排放系數(shù)低于廢水處理過程中的N2O排放系數(shù)，且并非所有的食用魚養(yǎng)殖過程中都會(huì)向環(huán)境排放氮，因此這些估算都不同程度地高估了N2O排放。 Zhen等[19]測(cè)定表明集約化養(yǎng)殖池排放到大氣中的氧化亞氮形式氮(N2O- N)占總氮輸入量的1.3%，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Williams等在估計(jì)N2O排放系數(shù)時(shí)使用的5%。胡志強(qiáng)[22]根據(jù)全年原位觀測(cè)結(jié)果和養(yǎng)殖產(chǎn)量，確定蟹塘和魚塘的N2O轉(zhuǎn)化系數(shù)分別為0.66%和0.35%，與前述比較更低。據(jù)此估算我國(guó)蟹塘和魚塘養(yǎng)殖濕地N2O全年排放量分別為1.2×109g和4.5×109g，世界淡水池塘養(yǎng)殖N2O- N排放總量約為1.3×1010g，分別占全球淡水生態(tài)系統(tǒng)和人為總排放源的1.9%和0.2%。但是該研究基于華東地區(qū)的排放情況估算全國(guó)和全球淡水養(yǎng)殖濕地溫室氣體的排放總量，存在很大的不確定性。

目前研究爭(zhēng)論的焦點(diǎn)在于淡水池塘養(yǎng)殖過程中N2O排放系數(shù)，要獲得全面而準(zhǔn)確的數(shù)值，需要進(jìn)行實(shí)測(cè)性研究，即同時(shí)測(cè)量養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中溫室氣體的排放量和養(yǎng)殖動(dòng)物的產(chǎn)量，從而計(jì)算出N2O排放系數(shù)。然而，實(shí)際水產(chǎn)養(yǎng)殖活動(dòng)中N2O 排放系數(shù)差異極大，不同養(yǎng)殖模式的N2O排放差別明顯，即使是相同的養(yǎng)殖模式,不同實(shí)測(cè)案例間N2O的產(chǎn)生比例差異也較大，故有必要探究對(duì)溫室氣體排放量的影響因素。

2 影響溫室氣體排放量的因素

2.1 水溫

水溫是重要的水環(huán)境因子之一，直接影響?zhàn)B殖動(dòng)物的生長(zhǎng)、繁殖、植物光合作用、水中微生物的活性以及氣體溶解度，進(jìn)而影響溫室氣體的排放。對(duì)于相對(duì)封閉靜止的池塘，較高的水溫會(huì)促使有機(jī)質(zhì)分解，CO2質(zhì)量濃度上升，增加向大氣釋放的量，但如果有水生植物存在，高溫也能促進(jìn)光合作用對(duì)CO2的吸收。研究顯示，溫度升高能夠促進(jìn)沉積物中乙酸發(fā)酵，CH4產(chǎn)生速率隨溫度升高呈指數(shù)增長(zhǎng)[24]，這使得CH4積累在底泥中形成氣泡，而以氣泡途徑排放的CH4比擴(kuò)散途徑更不易被氧化，從而增加排放到大氣中的量[24- 25]。溫度對(duì)N2O的影響要復(fù)雜一些，硝化和反硝化過程的最佳溫度在25 ℃～30 ℃之間，并都在10 ℃或更低溫度下受到抑制。溫度通過影響硝化和反硝化過程而影響N2O的排放。在較低溫度(15 ℃～35 ℃)下N2O通量較高，隨著水溫增加，水體沉積物的硝化和反硝化速度因微生物活性增強(qiáng)而促進(jìn)了水—?dú)饨缑鍺2O的排放速率，但是更高溫度會(huì)導(dǎo)致水體缺氧而抑制硝化作用，進(jìn)而抑制N2O 的產(chǎn)生與釋放[28]。

由于溫度隨晝夜、季節(jié)變化具有規(guī)律性，因而池塘溫室氣體的變化也有規(guī)律可循。CH4冒泡通量的觀測(cè)顯示，白天氣體冒泡速率為62.1 mL/(m2·h)，夜間氣體冒泡速率為37.5 mL/(m2·h)，溫度較高的白天冒泡速率明顯比夜間快[28]。在一個(gè)探究天氣狀況[28]對(duì)CO2通量影響的研究中，晴天時(shí)白天水體吸收CO2，排放量為負(fù)值，溫度低的雨天夜間CO2通量較晴天下降約28.7%，但是夜晚和陰雨天氣CO2排放量與溫度呈負(fù)相關(guān)。張成等[29]對(duì)某一富營(yíng)養(yǎng)化池塘夏季連續(xù)48 h的在線觀測(cè)表明，CO2通量除了因浮游植物光合作用和呼吸作用交替而存在晝夜性的變化規(guī)律外，也與水溫呈負(fù)相關(guān)。高溫水體中O2溶解度較低，將抑制水生生物的呼吸作用，因而并不能簡(jiǎn)單認(rèn)為溫度越高，CO2排放量越大。閩江口魚蝦混養(yǎng)塘[30]水—?dú)饨缑鍯O2和CH4通量月變化范圍分別介于-22.15～74.79 mg(m2·h)和0.08～6.62 mg/(m2·h)之間，平均交換通量分別為21.04 mg/(m2·h)和3.15 mg(m2·h)。與胡志強(qiáng)[21]和朱林等[30- 31]的監(jiān)測(cè)結(jié)果類似，一般呈現(xiàn)為在溫度較高的9—11月份出現(xiàn)CO2和CH4排放通量的高峰期，在溫度較低的12月至次年1月份出現(xiàn)CO2和CH4排放通量的低谷期[30]，春夏季CH4和N2O的排放之和占全年總量的70%以上。這可能是因?yàn)榇合募就段沽看?、氣溫較高，為溫室氣體產(chǎn)生提供了豐富的底物和適宜的水溫。雖然對(duì)于溫度對(duì)溫室氣體排放通量影響的研究較多，但遺憾的是，研究大都停留在對(duì)相關(guān)性和規(guī)律性的定性描述中，尚未見到有定量描述甚至建立預(yù)測(cè)模型的報(bào)道。

2.2 排水活動(dòng)

現(xiàn)有研究較少討論到排水活動(dòng)對(duì)溫室氣體排放量的影響。在池塘養(yǎng)殖過程中，養(yǎng)殖動(dòng)物的糞便、殘餌和生物碎屑等有機(jī)物沉積于池底，可導(dǎo)致水質(zhì)惡化、池底老化[32]。因此，養(yǎng)殖活動(dòng)結(jié)束后會(huì)進(jìn)行排水、曬塘、清淤等活動(dòng)。排水過程中池塘水位下降顯然將影響水體中物質(zhì)循環(huán)、沉積物性質(zhì)和微生物活動(dòng)狀態(tài)。因此，這一活動(dòng)對(duì)淡水池塘溫室氣體產(chǎn)生和排放過程的影響不容忽視。馬煜春等[34]用箱法分別測(cè)定了太湖地區(qū)混養(yǎng)魚塘和蟹塘在淹水期和排水期間的CH4排放通量，兩種池塘的CH4排放通量隨著淹水時(shí)間延長(zhǎng)和溫度上升而逐漸升高，CH4排放主要集中在淹水期間，而排水期間CH4排放極低，僅為0.000 6±0.006 mg/(m2·h)。但是，楊平等[35]的研究發(fā)現(xiàn)，排干后池塘的CH4通量為24.74±2.33 mg/(m2·h)，顯著高于淹水池塘排放通量0.07±0.01 mg/(m2·h)，故其認(rèn)為養(yǎng)殖塘排干活動(dòng)可以顯著增加CH4的釋放強(qiáng)度。研究結(jié)果之間存在很大的差異。一般認(rèn)為排水時(shí)水位下降能增加水體和土壤溶氧，有助于CH4氧化，抑制產(chǎn)甲烷細(xì)菌活性[36]，與前者的結(jié)果一致，但后者測(cè)定的是較為靜止的濕潤(rùn)土壤，沉積物深層可能仍處于厭氧狀態(tài)，同時(shí)其淹水對(duì)照組一直處于增氧狀態(tài)，加大了差異顯著性。此外，楊平等[35]試驗(yàn)中排干后池塘N2O的排放量(1.07±0.15 mg/(m2·h))高出未排干池塘(0.002±0.004 mg/(m2·h))500倍，而比較團(tuán)頭魴池塘夏季淹水階段[31]與冬季曬塘階段[32]溫室氣體排放通量，可發(fā)現(xiàn)夏季淹水時(shí)CO2和CH4明顯高于冬季的排放量，但N2O排放高于淹水期，這表明排水活動(dòng)對(duì)N2O排放的促進(jìn)作用遠(yuǎn)超過低溫對(duì)其的抑制作用。

2.3 養(yǎng)殖品種

不同的養(yǎng)殖品種間可能由于養(yǎng)殖動(dòng)物的行為差異和消化系統(tǒng)差異而引起溫室氣體排放量的差異。據(jù)報(bào)道，鯉[37]、草魚[38- 39]、中國(guó)明對(duì)蝦[39]等底棲動(dòng)物會(huì)對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)鹽流動(dòng)、沉積物-水界面生化反應(yīng)產(chǎn)生干擾。如鯉對(duì)沉積物-水界面的硝化和反硝化作用均有明顯的促進(jìn)作用，放養(yǎng)密度越高，促進(jìn)作用越明顯[41]。河蟹在塘底爬行、取食、掘洞和居穴等日?；顒?dòng)都會(huì)破壞底泥表面的厭氧環(huán)境，不利于CH4產(chǎn)生[42]。當(dāng)水體中存在硝酸鹽時(shí)，細(xì)菌在動(dòng)物腸道厭氧環(huán)境下發(fā)生不完全反硝化，釋放出N2O。Stief等[43]發(fā)現(xiàn)N2O的排放速率與該物種所屬的攝食類型有關(guān)，濾食性和沉積食性動(dòng)物的N2O排放量最高，食肉動(dòng)物最低。這可能是因?yàn)榍皟深悇?dòng)物腸道微生物更多。Heisterkamp等[44]對(duì)19種無脊椎動(dòng)物的N2O排放速率進(jìn)行的研究表明，N2O排放速率為每個(gè)體1.35 nmol/h以下，而凡納濱對(duì)蝦的N2O排放速率為每尾3.57 nmol/h，Hu Zhen[25]據(jù)此及2009年全球蝦的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)推算養(yǎng)殖蝦所產(chǎn)生N2O為1.65×107g，僅占總N2O排放的0.018%。雖然并無更多對(duì)魚類的研究可供參考，但考慮到魚類普遍較短而不發(fā)達(dá)的消化系統(tǒng)，可認(rèn)為由水產(chǎn)動(dòng)物排出的N2O占水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中總N2O排放的比例應(yīng)非常小。淡水池塘養(yǎng)殖實(shí)踐中相當(dāng)一部分是多品種混養(yǎng)，因此相關(guān)研究不僅要評(píng)估某一品種的溫室氣體排放量，也應(yīng)該考慮不同的混養(yǎng)組合間溫室氣體排放的差異。

2.4 養(yǎng)殖模式

大量研究表明，淡水池塘不同養(yǎng)殖模式溫室氣體排放模式迥異，可能是造成評(píng)估不確定性的重要原因。Yuan等[6]將淡水養(yǎng)殖水體分為稻魚共作、粗放型、半集約型和集約型四個(gè)類型，并綜合分析了全球45個(gè)養(yǎng)殖水體和21個(gè)主要生產(chǎn)國(guó)家(地區(qū))的溫室氣體排放數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，稻魚共作的CH4排放通量(12.6±3.9 mg/(m2·h))最高，之后依次是粗放型、半集約型，而集約化型的排放量微不足道；稻魚共作的N2O排放通量也是最高的，其次是半集約型和粗放型。研究中集約型的N2O通量數(shù)據(jù)缺乏，但其N2O排放系數(shù)(1.16 ± 0.18%)和單位產(chǎn)量排放因子(2.48±0.42 g N2O /kg)顯著高于粗放型(0.24± 0.10%和0.66 ±0.22 g(N2O )/ kg)和半集約型系統(tǒng)(0.35±0.16%和0.88±0.41g(N2O)/kg)。不同養(yǎng)殖模式間的重要區(qū)別之一是水生植物，稻魚共作和粗放型養(yǎng)殖池塘中都有豐富的植物。馬煜春等[34]、Liu等[45]和Hu等[46]的研究結(jié)果一致表明，有水生植物覆蓋區(qū)域的CH4排放較無水生植物區(qū)域顯著增加。植物以及植物根系會(huì)分泌出有機(jī)物質(zhì)，為產(chǎn)甲烷菌提供基質(zhì)，植物根系周圍的硝化細(xì)菌和異養(yǎng)生物等會(huì)消耗溶氧，加劇了該區(qū)域的厭氧環(huán)境，從而提高了CH4的產(chǎn)生能力。

養(yǎng)殖密度也是不同養(yǎng)殖模式之間的重要區(qū)別。例如，某一混養(yǎng)魚塘CH4排放總量雖比蟹塘高，但蟹塘單位收入的CH4排放所引起的凈溫室效應(yīng)比前者高了80%[36]。集約型系統(tǒng)由于連續(xù)曝氣、水交換和產(chǎn)甲烷菌棲息地的缺乏而顯示出極低的CH4排放量，考慮到CH4是淡水養(yǎng)殖中全球增溫潛勢(shì)(GWP)的主要貢獻(xiàn)因子(94.6%)，Yuan等[6]認(rèn)為將現(xiàn)有粗放型和半集約型池塘產(chǎn)量的一半以集約型系統(tǒng)生產(chǎn)，全球淡水養(yǎng)殖(不包括稻魚共作)CH4和N2O的總體增溫潛勢(shì)將降低40.1%[6]。這一結(jié)論有待商榷，如前文所述，由能耗產(chǎn)生的間接排放可能遠(yuǎn)大于池塘的直接排放，現(xiàn)有只考慮水體的直接排放而未考慮維持集約型系統(tǒng)高密度養(yǎng)殖所需的能耗，集約化模式總體上是否有優(yōu)勢(shì)還有待進(jìn)一步研究。

3 研究展望

3.1 排放結(jié)構(gòu)有待分析

準(zhǔn)確評(píng)估不同生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放量一直是研究者們的關(guān)注熱點(diǎn)，然而與水產(chǎn)養(yǎng)殖的迅速發(fā)展相比，對(duì)淡水養(yǎng)殖池塘溫室氣體排放的研究非常有限。淡水養(yǎng)殖池塘溫室氣體排放量包括養(yǎng)殖過程中能源消耗造成的間接排放和水體的直接排放，現(xiàn)有研究要么只評(píng)估能耗，要么只評(píng)估直接排放量甚至是單種氣體的排放量，較少有關(guān)于溫室氣體整體組成結(jié)構(gòu)的研究報(bào)道。N2O的GWP是CO2的近300倍，而CO2和CH4的排放總量占比可能很大，并不能簡(jiǎn)單比較溫室氣體間的排放量，對(duì)養(yǎng)殖模式的討論也表明溫室氣體的組成比例很大程度上決定了實(shí)際產(chǎn)生的增溫效應(yīng)。養(yǎng)殖過程中進(jìn)行溫度控制、供氧和提供機(jī)械動(dòng)力消耗的能源是直觀易于統(tǒng)計(jì)測(cè)算的，而使用的物資和器械生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中所產(chǎn)生的間接能耗，飼料肥料本身所隱含的能量，常因邊界界定、不直觀、難于測(cè)算等原因而被忽視，但可能占比例較大。例如，對(duì)全鋼載重子午線輪胎的全耗能核算表明原料隱含能耗占了產(chǎn)品全耗能的83.92%[47]，而對(duì)蝦池塘養(yǎng)殖碳足跡研究顯示，投放飼料產(chǎn)生的CO2排放量遠(yuǎn)高于柴油和耗電量，占總碳足跡的91.93%[48]。未來應(yīng)該全面評(píng)估各個(gè)環(huán)節(jié)的溫室氣體排放組成，以明確“高排放環(huán)節(jié)”和“高排放氣體”，從而為科學(xué)制訂減排措施提供參考。

3.2 估算方法有待規(guī)范

當(dāng)前應(yīng)用于淡水池塘溫室氣體排放量估算的方法主要有基于能耗的計(jì)算和基于產(chǎn)量、排放系數(shù)的計(jì)算，但都是初步的和粗略的，由于缺乏準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)而具有較大的不確定性。當(dāng)前碳足跡已發(fā)展為通過采用生命周期評(píng)估(LCA)這一方法要求對(duì)產(chǎn)品整個(gè)生命周期的所有環(huán)境影響進(jìn)行科學(xué)、全面評(píng)估。在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，即考慮飼料、化肥、漁用機(jī)械等的原料生產(chǎn)、土地利用類型變化；原料加工與運(yùn)輸；生產(chǎn)與運(yùn)輸；漁場(chǎng)中增養(yǎng)殖過程；水產(chǎn)品加工、運(yùn)輸、售出等[49]整個(gè)生命周期過程的資源消耗與溫室氣體排放。然而相關(guān)研究?jī)H散見于少量研究，如吳飛飛等[48]基于LCA方法研究對(duì)蝦池塘養(yǎng)殖階段的碳足跡；李靜[50]以上海海洋大學(xué)循環(huán)水養(yǎng)殖示范平臺(tái)中循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)為案例進(jìn)行LCA評(píng)價(jià)。這些研究?jī)H對(duì)養(yǎng)殖個(gè)例進(jìn)行了探索性研究，并未形成完整研究體系，無法對(duì)宏觀排放情況進(jìn)行闡述?，F(xiàn)有對(duì)N2O排放的實(shí)測(cè)性研究較少，導(dǎo)致對(duì)N2O的排放系數(shù)爭(zhēng)議很大，影響了對(duì)其排放量的準(zhǔn)確、客觀認(rèn)識(shí)。綜上所述，應(yīng)進(jìn)行更多量化研究，規(guī)范評(píng)估方法。

4 小結(jié)

淡水池塘養(yǎng)殖作為中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要模式之一，其溫室氣體排放量不容忽視。為評(píng)估生產(chǎn)活動(dòng)的CO2排放量而提出了碳足跡概念。從能耗角度估算CO2有ORNL法和IPCC排放因子法等，從物質(zhì)轉(zhuǎn)換角度估算N2O則是從飼料投入、飼料轉(zhuǎn)化率結(jié)合排放系數(shù)的方法，但已有研究存在一定的局限性，主要是源于計(jì)算公式的簡(jiǎn)略，參數(shù)選擇存在爭(zhēng)議，可參考的實(shí)測(cè)性實(shí)驗(yàn)缺乏及相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不完備等原因。影響溫室氣體排放量的因素眾多。溫度影響生化反應(yīng)酶的活性從而影響排放量，同時(shí)因溫度隨時(shí)空變化而有規(guī)律性。排水活動(dòng)的影響反映了養(yǎng)殖管理方式不同而造成排放差異，養(yǎng)殖品種的影響需要考慮不同混養(yǎng)組合的優(yōu)化，養(yǎng)殖模式的影響為減排措施提供了思路，也提出了新的問題。未來研究需要進(jìn)一步分析溫室氣體排放量的組成結(jié)構(gòu)，規(guī)范相關(guān)估算方法。