海洋漁業碳匯及其擴增戰略

唐啟升，劉 慧

（中國水產科學研究院黃海水產研究所，山東青島，266071）

海洋漁業碳匯及其擴增戰略

唐啟升，劉 慧

（中國水產科學研究院黃海水產研究所，山東青島，266071）

本文介紹了海洋漁業碳匯和碳匯漁業的定義、研究現狀、問題及技術需求。與林業碳匯比較結果表明，海洋漁業碳匯不僅有高效的特性，還有擴增的潛質。為此，提出海洋漁業碳匯擴增對策建議，主要包括：查明我國海洋漁業碳匯潛力及動態機制；大力發展以海水養殖為主體的碳匯漁業；加強近海自然碳匯及其環境的養護和管理；實施相應的漁業碳匯擴增工程建設，促進環境友好型水產養殖業發展。

海洋漁業碳匯；碳匯漁業；碳匯擴增；養護和管理；貝藻養殖

DOI 10.15302/J-SSCAE-2016.03.011

一、前言

生物固碳是安全高效、經濟可行的固碳途徑與固碳工程。除森林、草地、沼澤等陸地生態系統外，海洋生物的固碳也已經引起全世界的普遍關注，海洋碳不僅通過調控和吸收直接影響全球碳循環，還以其巨大的碳匯功能吸收了人類排放CO2總量的20 %～35 %，大約為2×109t，有效延緩了溫室氣體

排放對全球氣候的影響[2～4]。根據聯合國環境規劃署《藍碳》報告[5]，海洋生物（包括浮游生物、細菌、海藻、鹽沼和紅樹林等）固定了全球55 %的碳。海洋植物（海草、海藻、紅樹林等）的固碳能力極強、效率極高，其生物量雖然只有陸生植物的0.05 %，但兩者的碳儲量不相上下。海洋生物固碳構成了碳捕集和移出通道，使生物碳可長期儲存、最高達上千年，故海洋生物碳也被稱之為“藍碳”或“藍色碳匯”。

海洋漁業碳匯是海洋生物“藍色碳匯”的重要組成部分。根據碳匯的定義[6]以及生物固碳的特點，可以將漁業碳匯定義為：通過漁業生產活動促進水生生物吸收水體中的CO2，并通過收獲把這些已經轉化為生物產品的碳移出水體的過程和機制[7]。通過這個過程和機制，其結果是更好地發揮了漁業生物的碳匯功能，從而提高了水域生態系統吸收大氣CO2的能力。基于這種考慮，漁業碳匯實質上是海水和淡水生態系統中“可移出的碳匯”和“可產業化的藍碳”。相應的，考慮到部分漁業產業所具有的碳匯功能，我們把具有碳匯功能、可直接或間接降低大氣CO2濃度的漁業生產活動泛稱為“碳匯漁業”，具體包括：藻類養殖、貝類養殖、濾食性魚類養殖、增殖漁業、海洋牧場以及捕撈漁業等生產活動。

因此，海洋碳匯漁業被視為最具擴增潛質的碳匯活動。通過實施養護、拓展和強化等管理措施，并與養護、恢復和提升自然海域藍色固碳能力相結合，大力發展健康、生態、可持續的碳匯漁業新生產模式，中國的海洋漁業和水產養殖業有望實現4.6×108t·a–1的藍色固碳量，約相當于每年10 % 的碳減排量[5,7]。同時，碳匯漁業也是綠色、低碳發展新理念在漁業領域的具體體現，能夠更好地彰顯生態系統的氣候調節、凈化水質和食物供給等服務功能，大力發展碳匯漁業不僅對減緩全球氣候變化做出積極貢獻，同時對于食物安全、水資源和生物多樣性保護、增加就業和漁民增收都具有重要的現實意義。

二、漁業碳匯研究現狀

漁業碳匯既包括養殖貝類通過濾食、藻類通過光合作用從海水中吸收碳元素的“固碳”過程，也包括以浮游生物、藻類和貝類為食的捕撈種類（如魚類、頭足類、甲殼類和棘皮動物等）通過攝食和生長所利用的碳。凡不需投放餌料的漁業生產活動就具有碳匯功能，屬于碳匯漁業。迄今為止，海洋漁業還很少作為碳匯產業而受到關注。

（一） 海水貝藻養殖具有高效“固碳”作用

藻類等海洋植物是公認的高效固碳生物：通過光合作用直接吸收海水中的CO2，從而增加了海洋的碳匯，促進并加速了大氣中的CO2向海水中擴散，有利于減少大氣中的CO2。貝類在養殖生長過程中大量濾食水中浮游植物等，已起到減排作用，貝類在外殼形成過程中，直接吸收海水中的碳酸氫根(HCO3–)形成碳酸鈣(CaCO3)，每形成l mol碳酸鈣即可固定l mol碳[8]。如圖1的研究成果所示，一個扇貝在一個生長周期中所使用的水體中的碳，有30 %通過收獲被移出水體，40 %沉至海底(大部分被封存在海底)。另外，據測算山東桑溝灣養殖扇貝的固碳速率為3.36 t C·(hm2·a)–1[10]，不僅明顯高于自然水域藍碳生物的固碳速率[5]，同時，也高于我國50 年來人工林平均固碳率（1.9 t C·(hm2·a)–1）[11]，達到或略高于歐盟、美國、日本、新西蘭等發達國家單位面積森林生物量中碳儲量的年變化上限(– 0.25～2.60 t C·(hm2·a)–1)[12]。可見，海水貝藻養殖“固碳”作用是高效的，碳匯功能顯著。據計算，1999—2008年我國海水養殖貝藻類的總產量為8.96×106～1.351×107t，平均年固碳量為3.79×106t，其中1.2×106t C從海水中移出（未計海底封存部分）[13]。按照林業碳匯的計量方法[14]，我國海水貝藻養殖對減少大氣CO2的貢獻相當于每年義務造林5×105hm2，10年合計相當于造林5×106hm2。 2014年我國海水養殖貝類和藻類產量分別為1.317×107t和2×106t，貝藻養殖的固碳量約為5.31×106t，移出的碳1.68×106t（貝類1.17×106t、藻類5.1×105t），比2008年增加了約38 %。表1的研究結果表明，不同養殖模式的生態系統服務價值有明顯差異，即碳匯效率是不同的。可見，不論是整體還是單位面積內貝藻養殖碳匯仍有擴增的可能。

（二） 其他具有碳匯功能的漁業產業

如前所述，漁業碳匯不僅包括處于食物網較低營養級的貝藻養殖等使用的碳，同時還包括某些生物資源種類通過攝食和生長活動所使用的碳。這

些較高營養級的海洋動物以天然餌料為食，捕食和利用了較低營養級的浮游植物、貝類和藻類等。通過捕撈和收獲，這些動物被移出水體，實質上是從水域中移出了相當量的碳。Pershing 等認為重建鯨群和大魚的種群應該是提高海洋碳匯功能的有效方法，其效果甚至可以等同于一些為應對氣候變暖采取的措施，如造林以增加初級生產力等；Pershing還建議參考森林碳匯的算法來計算捕撈生物種群的儲碳量，從而實現漁業碳匯的標準計量，以便將捕撈配額作為碳信用出售[16]。因此，捕撈漁業等其他漁業活動的碳匯及擴增也是值得關注的部分。

圖1 櫛孔扇貝一個生長周期的碳收支(單位：mg C·(個·500 d)–1)[9]

表1 不同養殖模式的生態系統服務價值評估比較[15]

三、漁業碳匯擴增面臨的主要問題

（一） 漁業碳匯計量方法有待建立

海洋碳循環是全球碳通量變化的核心，而研究海洋碳循環的基礎是準確測定各項參數。聯合國教科文組織政府間海洋學委員會和國際海洋研究科學委員會專門委員會海洋碳顧問組認為：準確測定四個參數（pH、堿度、溶解有機碳、CO2分壓）是確定海洋碳匯的關鍵，測定海洋碳源匯的物理和生物地球化學常規方法包括：箱式模型法、環流模式（GCMS）、現場溶解有機碳及其13C測量、大氣時間序列O2/N2和13C計算、全球海氣界面碳通量集成等[17]。Chen 等利用碳通量法證明陸架海是巨大的碳匯，且植物群落的固碳作用十分重要[18]。

漁業碳匯的計量和監測目前還處于初步嘗試階段，主要沿用了能量生態學和箱式生態模型等方法[10,19～21]，尚缺乏精準的漁業碳匯計量監測技術。

（二） 過度捕撈與發展碳匯漁業的矛盾

據估算，1980—2000年渤海捕撈業的年固碳量是2.83×106～1.008×107t，黃海捕撈業的年固碳量是3.61×106～2.613×107t[22]。這些碳主要是由浮游植物固定并轉化為捕撈種類的生物量。因此，捕撈產量提高意味著從海洋生態系統移出的碳量增加

了。但是，漁業資源的過度捕撈使漁業碳匯的功能被削弱了；其結果是黃海和渤海捕撈業的年固碳量分別減少了23 %和27 %。與此同時，資源量下降導致封存于水體和海底的碳減少，也不利于捕撈業發揮可持續的碳匯功能。

過度捕撈使海洋生態系統的營養級下降、食物鏈縮短、食物網結構趨于簡單、漁業捕撈種類的個體小型化，從而減少捕撈漁業對海洋碳匯的貢獻。要增加海洋生物碳匯、尤其是捕撈漁業相關的碳匯，就需要嚴格控制過度捕撈。

四、擴增漁業碳匯的關鍵技術需求

要發展和擴增漁業碳匯，首先應從提升漁業的產出效率入手，發展新生產模式，主要的技術需求如下。

（一）多營養層次綜合養殖技術

貝藻養殖和多營養層次的綜合養殖是應對多重壓力脅迫下近海生態系統顯著變化、維護近海漁業碳匯的有效途徑。這些生態友好型養殖方式不僅能促進生態系統的高效產出，而且能最大限度地挖掘生態系統的氣候調節服務。因此，應繼續大力發展健康、生態、多營養層次的綜合養殖等碳匯漁業技術，不斷優化其模式，系統而深入地研究其碳匯功能和機制。

（二）海草床栽培和養護技術

在全球海洋生態系統中，海草以不足0.2 %的分布面積，占到了全球海洋每年碳埋藏總量的10 %～18 %，而海草床又是漁業生物的關鍵生態環境，承載著產卵場、育幼場、索餌場等多重生態功能。因此，海草床在海洋固碳的地位是非常重要的。鑒于目前世界范圍內海草床快速消失的狀況，研發海草床保護、移植、種植和修復技術將對漁業碳匯擴增發揮重要作用。

（三） 陸基和淺海集約化高效養殖技術

發展陸基工廠化循環水和池塘循環水養殖，是我國水產養殖業升級改造的重要發展方向。通過水體循環利用、集約增效和養殖廢物的集中收集和處理，可以促進養殖業節能減排、生態高效，從而進一步推動漁業碳匯擴增。2014年，我國海水養殖總面積2.31×106hm2，其中工廠化養殖面積占0.13 %，而產量則占海水養殖總產量的0.94 %；其中循環水養殖所占比例還不到50 %[23]。這說明循環水養殖有很大的發展空間。

（四）深遠海養殖設施和技術

拓展貝藻等不投餌種類的養殖空間、發展深水養殖是漁業碳匯擴增不可忽視的一個方面，但突破工程裝備與技術是關鍵。以我國深水網箱為例，經過近10年的發展，2014年產量僅占海水養殖總產量的0.62 %，占網箱養殖總產量的17 %[23]。制約深水養殖發展的關鍵仍然是工程裝備不過硬，無法支撐長時間、高海況條件的需要。另外，由于缺少高效、耐用的深水養殖配套裝備，如吊裝機、清洗機、收獲機械等，深水養殖風險高、勞動強度大的問題尚未根本解決。急需發展相關的深水裝備技術以及新生產工藝。

五、對策建議

（一）查明我國海洋漁業碳匯潛力及動態機制

為全面了解我國海洋漁業碳匯潛力，需要建立海洋生物碳匯與漁業碳匯計量和評估技術，建立系統的近海生態系統碳通量與漁業碳匯監測體系和觀測臺站。同時，應加強基礎科學研究，整合生態學和生物地球化學研究手段，完善現有海洋碳通量模型，研究主要海洋生物碳通量和固碳機理，評估我國海洋漁業生物碳源匯特征及其動態，對不同漁業類型碳匯進行比較，建立漁業碳源匯收支模型，減少碳匯估算的不確定性。

（二）不斷探索漁業碳匯擴增的新途徑

（1）大力發展以海水養殖為主體的碳匯漁業。中國的海水養殖業是以貝藻養殖為主體的碳匯型漁業。這種不投餌型、低營養級的漁業不但在水產品供給、食物安全保障等方面具有重要作用，而且在改善水域生態環境、緩解全球溫室效應等方面具有積極意義，其生態、社會和經濟效益非常顯著。為此，國家需從戰略高度規劃和支持海水養殖業發展，擴增漁業碳匯。主要包括：大力發展健康、生態、環境友好型水產養殖，著力推進海洋生態牧場建設，

降低捕撈強度、擴大增殖漁業規模，從而增加海洋漁業碳匯的儲量。

（2）加強近海自然碳匯及其生態環境的養護和管理。紅樹林、珊瑚礁、鹽沼和天然海藻(草)床是海洋碳匯的重要組成部分，應采取有效措施，對現存的海洋植物區系進行養護。開展海藻、海草、珊瑚的移植和種植，仍然是恢復和擴增海洋藍色碳匯的重要手段之一。但是，全世界目前在海藻床移植和重建方面仍有很多技術問題沒有解決。因此，建設人工海藻床，加強養護和管理，恢復海洋生態系統服務功能，擴增藍色碳匯，是十分必要的。

（三）實施漁業碳匯擴增工程建設

（1）碳匯漁業關鍵技術與產業示范工程。需要端正認識，強力推動以海水增養殖為主體的碳匯漁業的發展，充分發揮漁業生物的碳匯功能，為發展綠色、低碳的新興產業提供示范。建議加強五個方面的建設：海水增養殖良種工程，生態健康增養殖工程，安全綠色飼料工程，養殖設施與裝備工程以及產品精深加工技術與裝備等，其中重點是大力發展多營養層次綜合養殖和深水增養殖技術。

（2）規模化海洋“森林草地”工程建設與管理。需要大力開展意在提升我國近海自然碳匯功能的公益性工程建設，包括淺海海藻(草)床建設、深水大型藻類種養殖以及生物質能源新材料開發利用等，進一步加強海洋自然碳匯生物的養護和管理。

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Strategy for Carbon Sink and Its Amplification in Marine Fisheries

Tang Qisheng, Liu Hui
(Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao 266071, Shandong, China)

The concepts of the marine fisheries carbon sink and carbon sink fisheries current state of research, main problems, technological needs are introduced in this paper. Compared to forestry carbon sequestration, marine fisheries carbon sink is characterized by both high efficiency and scale-up potential. Therefore, the strategy and measures for scaling up marine fisheries carbon sink are proposed, including: investigating the potential and mechanisms for marine fisheries carbon sink; vigorously developing carbon sink fisheries of which the principal part is aquaculture; strengthening the conservation and management of natural carbon sink and environment of China's seas; implementing fisheries carbon sink amplification project construction, and promoting the development of environmentally friendly aquaculture industry.

marine fisheries carbon sink; carbon sink fisheries; carbon sink amplification; conservation and management; bivalve and seaweed aquaculture

S931

A

2016-04-21；

2016-05-12

唐啟升，中國水產科學研究院黃海水產研究所，研究員，中國工程院院士，研究方向為海洋漁業與生態；E-mail: tangqs@public.qd.sd.cn

中國工程院重點咨詢項目 “水產養殖業十三五規劃戰略研究”(2014-XZ-19-3)

本文由《生物碳匯擴增戰略研究：海洋生物碳匯擴增》改寫[1]，聯系人：劉慧

本刊網址：www.enginsci.cn