葉旺旺,張麋鳴,孫 恒,高眾勇,張介霞,李玉紅,顏金培, 徐長(zhǎng)安,趙淑惠,吳 曼,許蘇清,詹力揚(yáng) *

(1.自然資源部海洋大氣化學(xué)全球變化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005；2.自然資源部海洋生物資源開發(fā)利用工程技術(shù)創(chuàng)新中心，自然資源部第三海洋研究所，福建 廈門 361005)

大氣二氧化碳(CO2)濃度已從工業(yè)革命前的280 μmol/mol增加到2021年2月的417 μmol/mol[1]，由此引起全球變暖等氣候和環(huán)境問題。目前人類活動(dòng)造成全球氣溫已經(jīng)較工業(yè)化前升高約1.0 ℃。為應(yīng)對(duì)在全球范圍內(nèi)氣候變化帶來的挑戰(zhàn)，政府間氣候變化專門委員會(huì)(lntergovernmental Panel on Climate Change,IPCC)在2018年的特別報(bào)告中指出，為了將全球變暖限制在1.5 ℃內(nèi)，2050年時(shí)工業(yè)排放的CO2要比2010年降低65 %～90 %，而且在“減排”的同時(shí)，需要使CO2移除1 000億至10 000億噸[2]。近年來，我國(guó)積極實(shí)施應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家戰(zhàn)略，鄭重提出了2030年碳達(dá)峰、2060年碳中和的目標(biāo)，彰顯了我國(guó)推進(jìn)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體和世界可持續(xù)發(fā)展的大國(guó)擔(dān)當(dāng)。碳達(dá)峰、碳中和工作已經(jīng)被列為我國(guó)“十四五”期間的重點(diǎn)任務(wù)之一，也納入到了生態(tài)文明建設(shè)的整體布局中。為了達(dá)成碳達(dá)峰、碳中和的宏偉目標(biāo)，在推進(jìn)綠色低碳經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展和盡量減排的同時(shí)，需要大力發(fā)展CO2移除或者增加CO2固存的技術(shù)方法以補(bǔ)償殘余碳排放，從而實(shí)現(xiàn)真正的碳中和。

海洋是重要的碳匯，吸收大氣中約55 %的CO2，成為全球“藍(lán)碳”系統(tǒng)重要的組成部分[3]。隨著人們對(duì)氣候變化和海洋科學(xué)認(rèn)知的深入，“藍(lán)碳”研究成為一個(gè)多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，涵蓋生物、化學(xué)、經(jīng)濟(jì)、政策和法律等內(nèi)容。“藍(lán)碳”的研究工作之所以受到全面的關(guān)注和重視是由于其所具有的碳匯作用與國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化和國(guó)際履約等重大事務(wù)息息相關(guān)。目前，“藍(lán)碳”的界定也比原來的生物過程吸收碳量這一定義更為嚴(yán)格和細(xì)致，其關(guān)鍵指標(biāo)之一為某一海洋生態(tài)系統(tǒng)吸收碳量的貯存時(shí)間。據(jù)此，并非所有生物/非生物通過吸收大氣CO2所產(chǎn)生的碳保存都可以稱為有效“藍(lán)碳”。此外，由甲烷(CH4)和氧化亞氮(N2O)等為代表的非CO2溫室氣體排放可能會(huì)抵消生態(tài)系統(tǒng)的“藍(lán)碳”潛力。因此，為準(zhǔn)確量化海洋的碳匯能力，需考慮多種溫室氣體排放引起的溫室效應(yīng)，即進(jìn)行綜合溫室潛力評(píng)估。

漁業(yè)碳匯是指通過漁業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)促進(jìn)水生生物吸收水體中的CO2，并通過收獲把這些碳移出水體的過程和機(jī)制，也被稱為“可移出的碳匯”[4]。通過這個(gè)過程和機(jī)制，可以更好地發(fā)揮漁業(yè)生物的碳匯功能、提高水體吸收大氣CO2的能力。漁業(yè)碳匯不僅包括藻類和貝類等養(yǎng)殖生物通過光合作用和大量濾食浮游植物從海水中吸收碳元素的過程和生產(chǎn)活動(dòng)，還包括以浮游生物、貝類和大型藻類為食的魚類、頭足類、甲殼類和棘皮動(dòng)物等生物資源種類通過食物網(wǎng)機(jī)制和生長(zhǎng)活動(dòng)所使用的碳。雖然這些較高營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物可能同時(shí)又是碳源，但其以海洋中的天然餌料為食，在食物鏈的較低層次大量消耗和捕食了浮游植物。當(dāng)對(duì)它們進(jìn)行捕撈和收獲時(shí)，實(shí)質(zhì)上是從海洋中凈移出了相當(dāng)量的碳。

中國(guó)是世界上最大的海水養(yǎng)殖國(guó)家，漁業(yè)碳匯的研究已經(jīng)在中國(guó)開展了十多年[5-6]。許多研究者從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、養(yǎng)殖方式、養(yǎng)殖品種等各個(gè)角度對(duì)碳匯漁業(yè)進(jìn)行了分析論證[7-8]。另外，微型生物碳泵可能是重要的還未被發(fā)掘的碳匯[9-10]，具有較大的應(yīng)用前景來實(shí)現(xiàn)海洋碳匯功能。通過實(shí)施養(yǎng)護(hù)、拓展和強(qiáng)化等管理措施，并與養(yǎng)護(hù)、恢復(fù)和提升自然海域藍(lán)色固碳能力相結(jié)合，大力發(fā)展健康、生態(tài)、可持續(xù)的碳匯漁業(yè)新生產(chǎn)模式，中國(guó)的海洋漁業(yè)和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)有望實(shí)現(xiàn)4.6億t/a的藍(lán)色固碳量，約相當(dāng)于每年10 %的碳減排量[11]。然而，漁業(yè)碳匯的過程機(jī)制、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)等研究目前依然欠缺。鑒于海水養(yǎng)殖具有“海洋負(fù)排放”的巨大潛力，可在近海形成產(chǎn)業(yè)化的海洋碳匯，因此，探索發(fā)展新時(shí)代、新技術(shù)條件下的特色漁業(yè)養(yǎng)殖碳匯研究，是發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、解決區(qū)域海洋環(huán)境問題及實(shí)現(xiàn)碳中和的有效途徑。

1 中國(guó)海水養(yǎng)殖碳匯現(xiàn)狀

貝、藻類養(yǎng)殖是中國(guó)海水養(yǎng)殖的主要組成部分，占全國(guó)海水養(yǎng)殖產(chǎn)量的90 %以上。據(jù)統(tǒng)計(jì)，20世紀(jì)80年代初中國(guó)貝、藻養(yǎng)殖每年固碳量為3.8×106t，其中有1.2×106t的碳從近岸生態(tài)系統(tǒng)中通過捕食，消耗等方式被移除[7]，表明近海養(yǎng)殖的貝類可以通過濾食，藻類通過光合作用等吸收海岸帶大量的碳，使之成為有效碳匯，本文主要討論貝、藻類養(yǎng)殖碳匯的情況。

1.1 大型藻類養(yǎng)殖與碳匯

隨著養(yǎng)殖產(chǎn)量的提升，大型藻類養(yǎng)殖的種類也在逐漸增多，從早先的海帶(Laminariajaponica)、紫菜(Porphyra)和裙帶菜(Undariapinnatifida)增加到當(dāng)前的江蘺(Gracilaria)和麒麟菜(Eucheumadenti-culatum)等十多個(gè)品種，不僅帶動(dòng)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，還提升了其他工業(yè)的發(fā)展價(jià)值(如獲取瓊脂、生物燃料等)。大型藻類的固碳能力也會(huì)因種類有所不同，例如通過室內(nèi)培養(yǎng)的方式發(fā)現(xiàn)麒麟菜的固碳速率為16～68 t/(hm2·a)[12]，而海帶、紫菜和龍須菜固碳量分別為7.0、0.2和6.5 t/(hm2·a)[13]。同時(shí)，藻類的固碳能力與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境也有較大的關(guān)系，例如日本大型藻類的平均固碳量為1.3 t/(hm2·a)[14]，澳大利亞海岸帶大型海藻所固定的碳為0.4 t/(hm2·a)[15]。我國(guó)海岸帶的大型藻類碳匯能力也因區(qū)域有所差別。以2014年為例，東海藻類的碳匯量分別是渤海、黃海和南海的2.4、1.2和8.2倍[16]。通過對(duì)不同海藻養(yǎng)殖的比對(duì)研究，于琰(2018)[13]還發(fā)現(xiàn)海帶是最具有生態(tài)修復(fù)潛力的大型養(yǎng)殖海藻，其對(duì)海洋酸化的生態(tài)修復(fù)作用要明顯強(qiáng)于龍須菜(Asparagusschoberioides)和紫菜。同時(shí)，海藻養(yǎng)殖過程中直接觀測(cè)的碳匯通量也值得關(guān)注。例如薛峰等(2019)[17]通過現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)秋冬季紫菜養(yǎng)殖海域表現(xiàn)出強(qiáng)烈的碳匯效應(yīng)，海氣CO2通量為-1.45 μmol/(m2·s)。

1.2 貝類養(yǎng)殖與碳匯

1.3 貝、藻混養(yǎng)養(yǎng)殖與碳匯

2002年，中國(guó)海水養(yǎng)殖貝、藻類混養(yǎng)共固定3.0×106t(碳)，其中從海水中共移除1.2×106t(碳)[5]。2015—2017年，遼寧省貝、藻類混養(yǎng)下移除碳量約為2.8×104t[25]。愛蓮灣貝類和藻類養(yǎng)殖的生物沉積作用對(duì)懸浮顆粒物的貢獻(xiàn)分別為4 %和5 %，桑溝灣中長(zhǎng)牡蠣對(duì)沉積物有機(jī)物的貢獻(xiàn)可達(dá)4 %～28 %[22]。此外，在舟山東極島進(jìn)行的圍隔實(shí)驗(yàn)表明貝、藻混養(yǎng)模式下移除CO2的效果要顯著優(yōu)于貝、藻單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)的去除效果[26]。在黃海桑溝灣構(gòu)建的多營(yíng)養(yǎng)級(jí)綜合養(yǎng)殖模式(包括海帶-鮑綜合養(yǎng)殖和海帶-鮑-海參綜合養(yǎng)殖等)發(fā)現(xiàn)綜合養(yǎng)殖固定和移除的碳量比單一養(yǎng)殖高數(shù)倍，即可增加經(jīng)濟(jì)效益又可高效除碳[27]。這些研究結(jié)果均表明貝、藻混養(yǎng)有更好的碳匯移除效率和對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)作用。

2 養(yǎng)殖碳匯有效性研究和解決方案

2.1 養(yǎng)殖碳匯和碳源

狹義上，沿海的“藍(lán)碳”主要包括紅樹林、海草床和鹽沼(濱海濕地)等生態(tài)系統(tǒng)所固定的碳。然而，近年來隨著越來越多的證據(jù)表明海水養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)(特別是貝、藻養(yǎng)殖)在海洋碳固定中起著重要作用，也被納入到了廣義的“藍(lán)碳”范疇。海水養(yǎng)殖中有效的固定碳，主要包括固定在水產(chǎn)養(yǎng)殖生物體內(nèi)，可從海水中收獲移出的碳(可移出的碳匯)，以顆粒有機(jī)碳(particulate organic carbon,POC)、可溶性有機(jī)碳(dissolved organic carbon,DOC)和惰性溶解有機(jī)碳(refractory dissolved organic carbon,RDOC)等形式儲(chǔ)存在本地或者輸運(yùn)到深海中的碳，以及埋藏在沉積物中的碳[28]。然而并非所有水產(chǎn)養(yǎng)殖都可以成為碳匯，有些反而是碳源。海水養(yǎng)殖生態(tài)系統(tǒng)是否屬于藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)，取決于其固定的碳是否能長(zhǎng)期儲(chǔ)存下來，其凈結(jié)果(如扣除呼吸過程產(chǎn)生的碳和由于擾動(dòng)作用釋放的其他溫室氣體)是屬于碳匯還是碳源。

2.2 養(yǎng)殖碳匯邊界定義及其不確定性

較為成熟的“藍(lán)碳”系統(tǒng)，例如海草床、鹽堿地和紅樹林每年固碳總量約為5.3×106t(全球)，其中固碳量最大的為海草床(49 %)，其次為紅樹林(30 %)和鹽堿地(21 %)[29]。與這些生態(tài)系統(tǒng)相比，海水養(yǎng)殖類的固碳量則有較大的不確定性。例如大型海藻養(yǎng)殖固定的碳并沒有直接進(jìn)入到底部沉積物中被永久埋藏，而是主要用于自身的生長(zhǎng)，這使得這些碳不具備“藍(lán)碳”的屬性——即長(zhǎng)時(shí)間的封存。這些海藻大部分將會(huì)通過捕撈的方式移除出水體，進(jìn)入更加復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)中：人類攝食、分解、排泄等，進(jìn)而重新釋放到大氣中，被稱為從海洋中“移除的碳匯”。這部分碳從大氣被固定下來再循環(huán)回到大氣的周期難以被準(zhǔn)確測(cè)算，因而其碳匯作用和碳匯效率難以被準(zhǔn)確的評(píng)估。另外，海藻在生長(zhǎng)的過程中，也伴隨著呼吸作用，這部分由于自身消耗而產(chǎn)生的碳源應(yīng)當(dāng)在測(cè)算總體碳匯時(shí)被考慮。在大型海藻養(yǎng)殖過程中被認(rèn)為具有唯一“藍(lán)碳”屬性的是那部分沉積到海水底部的難以被再礦化的碳。盡管這部分碳所占的比重較低(如野生海藻碳的埋藏率約為1.3 %[30])，但它能夠較長(zhǎng)時(shí)間的埋藏不被分解，從而形成長(zhǎng)期的有效碳匯。由此可以看出，大型海藻類養(yǎng)殖的碳匯從移除途徑可以大致分為①海水移除碳匯和②海底沉積(包括深海輸送)碳匯。他們的價(jià)值取決于對(duì)有效碳匯循環(huán)周期的定義。

貝類海水養(yǎng)殖與藻類類似，一部分碳通過捕撈、收獲從海水中移除。這部分碳又分為貝殼和軟體組織。其中軟體組織中的碳會(huì)通過復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)重新回到大氣中，而貝殼可以通過工藝品加工、填埋等方式，將其中的碳較為長(zhǎng)時(shí)間的封存起來，達(dá)到有效碳匯的標(biāo)準(zhǔn)。另一分部是在貝類生長(zhǎng)過程中，經(jīng)過攝食分解后回到水體，最后沉降到沉積物中被埋藏的碳?？梢钥闯觯愵惐徽J(rèn)為具有比藻類更加成熟的固碳機(jī)制因?yàn)樨悮な歉臃€(wěn)定的碳匯。但是同時(shí)，貝類生長(zhǎng)過程中呼吸作用所釋放的碳量也存在一定的爭(zhēng)議，例如Morris等(2019)[23]指出，貝類形成過程的呼吸作用和鈣化過程雖然吸收了溶解無機(jī)碳，但是同時(shí)也降低了堿度，且降低堿度對(duì)海水CO2分壓(pCO2)的影響程度要高于減小周邊海水溶解無機(jī)碳的影響程度，由此造成了海水凈的pCO2，即增加了碳源(向大氣的排放)。因此，鈣化過程的碳酸系統(tǒng)變化過程應(yīng)該獲得現(xiàn)場(chǎng)更加詳細(xì)的數(shù)據(jù)和進(jìn)行更加系統(tǒng)性的研究以準(zhǔn)確的界定貝類的碳匯作用和能力。

值得注意的是，不同種類的貝、藻養(yǎng)殖過程，對(duì)碳的移除、儲(chǔ)存、輸運(yùn)和呼吸排放作用等不盡相同，因此其碳匯邊界的界定對(duì)碳匯的計(jì)算至關(guān)重要。例如，若以海水移除碳匯的標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算有效碳匯，則顯然藻類比貝類更加具有碳匯優(yōu)勢(shì)。若以碳封存的較長(zhǎng)周期(如≥2 a)為邊界定義碳匯，則貝類養(yǎng)殖要明顯強(qiáng)于藻類養(yǎng)殖。同時(shí)，不同的品種在生長(zhǎng)過程中的固碳作用、呼吸作用也需要逐步考慮在碳匯的測(cè)算過程中，以增加海水養(yǎng)殖碳匯能力評(píng)估的精度和準(zhǔn)確度。另外，海水養(yǎng)殖過程中所造成的其他氣候相關(guān)效應(yīng)也應(yīng)該統(tǒng)籌考慮到碳匯的有效性中，以評(píng)估該養(yǎng)殖方式的合理性。例如近年來越來越多的學(xué)者對(duì)“藍(lán)碳”生態(tài)系統(tǒng)的凈溫室潛力進(jìn)行了重新評(píng)估，發(fā)現(xiàn)盡管這些生態(tài)系統(tǒng)對(duì)CO2具有較好的吸收能力，但是同時(shí)釋放的CH4和N2O卻在很大程度上抵消了它們的碳匯能力[31-32]，特別是考慮CH4和N2O在百年尺度上具有比CO2高約25和300倍的溫室潛力[33]。在海水養(yǎng)殖方面，研究發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖蝦類能夠顯著提高CH4和N2O排放量[34]，降低碳匯能力，但是對(duì)于大型藻類、貝類養(yǎng)殖過程中溫室氣體的測(cè)算還比較少見，對(duì)于養(yǎng)殖水體凈的溫室潛力評(píng)估還不成熟。因此，在今后的碳匯測(cè)算過程中，應(yīng)同時(shí)關(guān)注這些溫室氣體的通量變化，以真正達(dá)到碳匯評(píng)估的目的。

2.3 養(yǎng)殖碳匯測(cè)算方法

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于漁業(yè)碳匯的測(cè)算方法還處于摸索的階段，因此對(duì)于碳匯能力還有待進(jìn)一步評(píng)估。養(yǎng)殖碳匯的估算主要包括貝類和藻類養(yǎng)殖產(chǎn)生的碳匯，其他養(yǎng)殖類型為投餌類型養(yǎng)殖，不能納入碳匯計(jì)算范疇。

①稱重法。該方法是最常用、操作最簡(jiǎn)便的方法。具體手段為將特定養(yǎng)殖海水區(qū)域中生長(zhǎng)的藻類、貝類通過捕撈、計(jì)數(shù)、干燥、稱重等方式獲得其干質(zhì)量和含碳量，再通過養(yǎng)殖海域的面積、養(yǎng)殖的密度，產(chǎn)品月/季產(chǎn)量等參數(shù)估算出通過養(yǎng)殖-捕撈從海水中移除的碳匯。例如貝、藻類養(yǎng)殖碳匯的估算方法已有相關(guān)研究報(bào)道[5,35-38]，通過養(yǎng)殖的漁獲量來計(jì)算碳匯[6]。大型藻類的碳匯估算公式如下：

A=3.67×Wcw×ΣM

(1)

式(1)中：A表示養(yǎng)殖藻類的CO2吸收量(g)，Wcw表示不同藻類干重狀態(tài)下藻體的碳含量(%)，M表示藻類養(yǎng)殖品種的干質(zhì)量(g)(表1)，3.67為轉(zhuǎn)換系數(shù)，取44(CO2的分子量)/12(C的分子量)。

表1 不同藻類干重狀態(tài)下藻體的碳含量Tab.1 Carbon contents of dried marine seaweeds

養(yǎng)殖貝類碳匯計(jì)算方法參考Tang等(2011)[7]，其計(jì)算公式如下：

CB=CST+CS

(2)

CST=P·RST·WC

(3)

CS=P·RS·WCs

(4)

式(2)至(4)中：CB表示貝類固定的碳(g)，CST表示軟體組織固碳量(g)，CS表示貝殼固碳量(g)，P表示貝類產(chǎn)量(g)，RST表示軟體組織干質(zhì)量比例(%)，WC表示軟體組織碳含量(%)，RS表示貝殼干質(zhì)量比例(%)，WCs表示貝殼碳含量(%)。不同貝類軟體組織、貝殼的干質(zhì)量比例及其碳含量如表2所示。

表2 不同貝類軟體組織、貝殼的干質(zhì)量比例及其碳含量Tab.2 Carbon contents,carbon compositions in dried tissue and shell of shellfishes

然而，這種貝、藻類養(yǎng)殖碳匯估算方法依舊不足，例如未將養(yǎng)殖過程中因使用肥料、船舶燃料動(dòng)力及電力消耗等潛在的碳排放因素納入計(jì)算范疇。另外，養(yǎng)殖水體也會(huì)產(chǎn)生大量的生物碎屑，并在下沉過程中因礦化及再次利用被部分消耗，剩余的碎屑可能在養(yǎng)殖區(qū)海水底部沉積物進(jìn)行埋藏，形成潛在的碳匯。同時(shí)養(yǎng)殖水體也會(huì)產(chǎn)生大量的溶解有機(jī)碳(DOC)，其中部分DOC因難以被微生物利用，形成惰性的溶解有機(jī)碳(RDOC)，并往深遠(yuǎn)海輸送及儲(chǔ)藏[7]。這樣的計(jì)算方式估算的是整個(gè)養(yǎng)殖過程中能夠移除出水體中的凈碳含量，對(duì)于評(píng)估目標(biāo)養(yǎng)殖海域的碳匯能力具有一定的參考價(jià)值。然而，該方法將碳匯漁業(yè)的過程簡(jiǎn)單的處理為投苗-生長(zhǎng)-收獲，忽視了生長(zhǎng)過程中貝、藻類的呼吸作用所釋放的碳量以及由于擾動(dòng)等原因釋放的非CO2溫室氣體(如CH4和N2O)或?qū)夂蛐?yīng)有影響的其他非溫室氣體(如二甲基硫)的量，因而對(duì)養(yǎng)殖體系的凈碳匯量或凈碳匯能力的估算并不準(zhǔn)確。

②室內(nèi)培養(yǎng)法。該方法是將特定種類的貝和藻置于室內(nèi)培養(yǎng)池中進(jìn)行特征性分析的方法，具有較強(qiáng)的針對(duì)性。例如Jiang等(2017)[44]利用箱式培養(yǎng)對(duì)貝類的攝食、排泄和呼吸過程進(jìn)行了追蹤，并通過測(cè)算整個(gè)箱體里面元素的變化(包含碳)來細(xì)化特征貝類的濾食、排泄和呼吸等過程對(duì)碳的移除和釋放作用。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能夠較全面的評(píng)估養(yǎng)殖生物的固碳能力，但缺點(diǎn)是無法準(zhǔn)確模擬現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境，使得由培養(yǎng)結(jié)果推演到現(xiàn)場(chǎng)整體碳匯測(cè)算時(shí)具有較大的誤差。

③海-氣界面CO2通量估算法。該方法通常采用靜態(tài)箱式模型，測(cè)量一定時(shí)間范圍內(nèi)養(yǎng)殖水體上方密閉箱體中的CO2濃度，再通過截面積、時(shí)間梯度變化等估算單位時(shí)間單位面積內(nèi)養(yǎng)殖水體吸收CO2的程度。這種直接測(cè)量的方法簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，但獲得的數(shù)據(jù)分辨率較低，只能以點(diǎn)代面來表示整個(gè)養(yǎng)殖區(qū)域，因此誤差較大。此外，該通量的測(cè)算可能受溫度、光照、浮游植物固碳和呼吸作用時(shí)間差等因素的影響，且該方法只考慮海-氣界面的過程，對(duì)于水體生物化學(xué)過程(如呼吸、降解、埋藏等)無法追蹤，因此僅從海-氣通量推導(dǎo)出的碳源、匯結(jié)果具有較大的誤差。

④碳指紋法。利用生物標(biāo)志物、碳穩(wěn)定同位素等特征指示沉積物中被埋藏的碳的組成和含量，從而推導(dǎo)出養(yǎng)殖環(huán)境碳埋藏速率。該方法可以較好的指示水體中無機(jī)碳的轉(zhuǎn)化過程、有機(jī)碳的沉降過程和再礦化過程，能較為準(zhǔn)確的估算出最終埋藏在沉積物中的有效碳匯的量。如果同時(shí)結(jié)合同位素示蹤技術(shù)和黑白瓶培養(yǎng)則可以估算出凈初級(jí)生產(chǎn)力，對(duì)碳的收支會(huì)有更加清晰的認(rèn)識(shí)。但是該方法的成本較高，采樣數(shù)據(jù)點(diǎn)也需要較強(qiáng)的代表性。綜合上述方法可以看出，養(yǎng)殖碳匯的測(cè)算目前還沒有較為統(tǒng)一的方法，且各自的方法均有一定的局限性。要想準(zhǔn)確的評(píng)估養(yǎng)殖碳匯的能力，未來的測(cè)算需要統(tǒng)籌不同方法的優(yōu)勢(shì)，形成一套較為成熟的觀測(cè)體系，才能在實(shí)際情況中減少誤差，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)溯源示蹤。

2.4 養(yǎng)殖碳匯未來發(fā)展方向

根據(jù)上述的爭(zhēng)議和問題，要想在海水養(yǎng)殖凈碳匯上獲得長(zhǎng)足的認(rèn)識(shí)，需要有更加合理的減排增匯方案。一方面需增加現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)并獲得高質(zhì)量的碳匯測(cè)算數(shù)據(jù)，另一方面需根據(jù)這些數(shù)據(jù)來優(yōu)化養(yǎng)殖方案。目前，由于海水養(yǎng)殖中碳匯邊界的定義較為模糊，因此其碳匯的測(cè)算依然沒有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[7]，這導(dǎo)致目前海水養(yǎng)殖碳匯的測(cè)算不夠準(zhǔn)確。例如大部分的研究選擇稱重的方式來計(jì)算從海水中“移除的碳匯”。然而，在貝、藻類生長(zhǎng)過程中(貝類可達(dá)4～6個(gè)月)，其呼吸作用和其他溫室氣體排放引起的對(duì)碳匯的抵消作用并沒有考慮在內(nèi)，養(yǎng)殖過程中埋藏到沉積物底部或輸送到深海的碳匯也沒有進(jìn)行核算，因此這樣計(jì)算的“移除的碳匯”并不能準(zhǔn)確反應(yīng)該海水養(yǎng)殖中的真實(shí)固碳量。定義邊界和建立統(tǒng)一的測(cè)匯標(biāo)準(zhǔn)將是接下來研發(fā)海水養(yǎng)殖“負(fù)排放”的關(guān)鍵。

首先，在海水養(yǎng)殖碳匯邊界的定義上，建議區(qū)分使用長(zhǎng)、短周期碳匯。長(zhǎng)周期碳匯指通過養(yǎng)殖過程固定或埋藏在沉積物底部、進(jìn)入深層海水在較長(zhǎng)時(shí)間周期內(nèi)(≥2 a)無法進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)再循環(huán)(再礦化)的碳，包括通過收獲進(jìn)行工業(yè)加工后成為藝術(shù)品等長(zhǎng)期持有的碳；短周期碳匯指通過海水養(yǎng)殖獲得的具有較短周轉(zhuǎn)時(shí)間(<2 a)的碳。這部分碳主要是用于食品、肥料等方面，在從海水養(yǎng)殖過程中固定后較快的進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)再循環(huán)。區(qū)分長(zhǎng)、短周期碳匯能夠幫助決策者挖掘養(yǎng)殖碳匯在不同時(shí)間尺度下的碳匯潛力，也易于與其他生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力進(jìn)行比較，從而更加科學(xué)的納入到現(xiàn)有的“藍(lán)碳”生態(tài)系統(tǒng)體系。

在養(yǎng)殖碳匯測(cè)算方面，建議統(tǒng)籌考慮多種溫室氣體的“碳匯”效應(yīng)和養(yǎng)殖過程中源對(duì)匯的抵消作用。非CO2溫室氣體(CH4和N2O等)的碳匯抵消/增強(qiáng)作用可以依據(jù)IPCC發(fā)布的一定時(shí)間周期內(nèi)的(如百年尺度)非CO2溫室氣體溫室潛力與CO2的關(guān)系，換算成等當(dāng)量的CO2排放量，從而估算養(yǎng)殖過程中長(zhǎng)、短周期的真實(shí)碳匯量(即統(tǒng)籌考慮多種溫室氣體的綜合溫室潛力)。同時(shí)，碳源的抵消作用應(yīng)當(dāng)在進(jìn)行碳匯核算時(shí)予以扣除，而不能以單一的收獲量來衡量整個(gè)養(yǎng)殖過程的固碳量。因此，在進(jìn)行養(yǎng)殖碳匯測(cè)算時(shí)碳匯關(guān)系如下：

CNet=CNL+CNS

(5)

CT=CL+CS±Cx-CR

(6)

式(5)、(6)中：CNet表示凈固碳量(g)，CNL表示長(zhǎng)周期凈碳匯量(g)，CNS表示短周期凈碳匯量(g)，CT表示總固碳量(g)，CL表示長(zhǎng)周期碳匯量(g)，CS表示短周期固碳量(含呼吸及其他由養(yǎng)殖造成的碳源，g)，Cx表示非CO2溫室氣體等當(dāng)量CO2的碳匯(+)或源(-)量(g)，CR表示碳源量(g)?？梢钥闯觯M(jìn)行科學(xué)的碳匯測(cè)算需要多學(xué)科交叉進(jìn)行，而非傳統(tǒng)的單一學(xué)科。因此，未來海水養(yǎng)殖碳匯測(cè)算工作可能會(huì)形成新的綜合學(xué)科類型，以滿足國(guó)家碳中和、碳達(dá)峰的遠(yuǎn)景目標(biāo)。

另外，海水養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)的優(yōu)化(如多營(yíng)養(yǎng)級(jí)綜合養(yǎng)殖模式)將會(huì)有效的提升海水養(yǎng)殖碳匯能力[5]。例如貝、藻類混養(yǎng)模式是否可以增加碳匯潛力可能是目前值得探索的海水養(yǎng)殖增匯方案之一。藻類是海水中較大的有機(jī)碳儲(chǔ)庫，它們?cè)谏L(zhǎng)過程中產(chǎn)生的碎屑可以被用來供給貝類的攝食活動(dòng)，從而轉(zhuǎn)化為貝殼和軟體組織中的碳，且貝、藻類混養(yǎng)模式下CO2的移除效果要優(yōu)于貝、藻類單獨(dú)養(yǎng)殖[23]。在貝、藻類混養(yǎng)中，不同種類的混養(yǎng)和不同比例的混養(yǎng)可能對(duì)碳匯的吸收能力也會(huì)有所不同。因此，優(yōu)化海水養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，調(diào)整貝、藻類比例，構(gòu)建不同養(yǎng)殖種類的綜合養(yǎng)殖新模式可能是增加未來海水養(yǎng)殖碳匯的有效途徑之一。

3 結(jié)論與展望

目前，海水養(yǎng)殖有望在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)較大的碳匯移除量。然而，其碳匯邊界的定義、碳匯監(jiān)測(cè)的手段、養(yǎng)殖碳匯的評(píng)估方法等尚未達(dá)成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，使得不同養(yǎng)殖環(huán)境的碳匯潛力無法與其他生態(tài)系統(tǒng)(如濱海濕地、鹽堿地和海草床等)進(jìn)行比較并納入有效碳匯范疇。因此，亟需統(tǒng)一碳匯評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和海水養(yǎng)殖碳匯監(jiān)測(cè)規(guī)程，建立新的較為完善的評(píng)估手段，形成全國(guó)海水養(yǎng)殖碳匯評(píng)價(jià)網(wǎng)絡(luò)。

海水養(yǎng)殖，特別是貝、藻類養(yǎng)殖碳匯的前沿問題依然需要深入的探索。例如目前對(duì)貝類呼吸作用所占碳匯的比例、不同養(yǎng)殖類型貝類的固碳能力、養(yǎng)殖過程中由于擾動(dòng)造成的其他溫室氣體(如CH4、N2O)和非溫室氣體(如二甲基硫)的排放等問題認(rèn)識(shí)還不清楚。因此未來在對(duì)養(yǎng)殖碳匯進(jìn)行測(cè)算評(píng)估時(shí)需要同時(shí)考慮其他溫室氣體所造成的綜合溫室效應(yīng)，以更準(zhǔn)確的評(píng)估其養(yǎng)殖模式的碳匯能力。

海水養(yǎng)殖可能是未來實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰和碳中和目標(biāo)的有效途徑之一。通過建立合理的養(yǎng)殖模式，優(yōu)化養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)，建立有效監(jiān)測(cè)技術(shù)，完善現(xiàn)有碳匯評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，可以實(shí)現(xiàn)“藍(lán)色糧倉(cāng)”、“綠色生態(tài)”和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的平衡發(fā)展。