福建省貝藻類養(yǎng)殖碳匯及其潛力評估

張麋鳴，顏金培，葉旺旺，張 超，高眾勇，徐長安，李玉紅，張介霞，趙淑惠，孫 恒，詹力揚

(自然資源部海洋-大氣化學與全球變化重點實驗室，海洋可持續(xù)發(fā)展研究中心，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)

自工業(yè)革命以來，二氧化碳(CO2)排放的劇增，被認為是引起全球氣候變暖的元兇，而減少溫室氣體排放和發(fā)展低碳經(jīng)濟成為應對全球氣候變暖的重要手段。中國是一個碳排放大國，面臨國家經(jīng)濟下行和節(jié)能減排雙重壓力。中國政府在2020年度聯(lián)合國生物多樣性峰會上承諾，中國將在碳減排方面采取更加有力的政策和措施，并將力爭于2030年前達到CO2排放峰值，在2060年前實現(xiàn)碳中和。而開展CO2的減排增匯，是我國實現(xiàn)碳中和目標的必然途徑。

海洋是地球上最大的碳儲庫，每年約吸收排放到大氣中CO2的30%。焦念志院士等(2021)[1-2]指出研究和實施海洋“負排放”是實現(xiàn)碳中和的重要途徑，并提出海洋“負排放”相關(guān)的八個基本途徑。張繼紅等(2021)[3]指出，漁業(yè)生物的碳匯功能也應受到關(guān)注，尤其是中國作為世界上最大的海水養(yǎng)殖國家，以非投餌料的貝藻類養(yǎng)殖為主，擁有巨大的海洋“負排放”潛力。通過提高貝藻類等的養(yǎng)殖產(chǎn)量，可增加可移出的碳匯[4-5]，是近海的藍碳開發(fā)及貢獻的重要組成[6]。其中，大型藻類的養(yǎng)殖具有成本低、產(chǎn)量高、碳匯可計量、栽培可控性強等優(yōu)勢，是發(fā)展低碳經(jīng)濟、海洋碳匯漁業(yè)及實現(xiàn)碳中和的有效途徑，同時藻類養(yǎng)殖可以改善區(qū)域海洋環(huán)境，如緩解海洋酸化和低氧、減少海洋富營養(yǎng)化和有害藻華等[7]。因此，開展養(yǎng)殖區(qū)貝藻類碳匯的評估[8-13]，是踐行海洋養(yǎng)殖碳匯服務碳中和目標的有效方法。

福建省的海水養(yǎng)殖規(guī)模和產(chǎn)量居于全國前列，其中海水養(yǎng)殖主要以貝藻類為主[14]。評估福建省海水養(yǎng)殖貝藻類碳匯情況及其發(fā)展趨勢，對了解福建省海水貝藻類養(yǎng)殖對漁業(yè)碳匯的貢獻有重要的意義。本研究依據(jù)農(nóng)業(yè)部漁業(yè)局發(fā)布的2015年至2020年《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》[15]，分析了2014年至2019年福建省海水貝藻類養(yǎng)殖數(shù)據(jù)，估算了碳匯強度，并評估了其碳匯發(fā)展?jié)摿?，為未來福建省開展海水養(yǎng)殖增匯，服務國家碳中和需求提供數(shù)據(jù)支撐。

1 研究方法

1.1 藻類養(yǎng)殖碳匯估算方法

海水養(yǎng)殖的大型藻類，如海帶(Laminariajaponica)、紫菜(Porphyra)、裙帶菜(Undariapinnatifida)、江蘺(Gracilaria)等，可通過光合作用，將海水中的溶解無機碳轉(zhuǎn)化為有機碳。同時，由于其生長過程中吸收了海水中的營養(yǎng)鹽，使海水中的堿度和pH升高，促進大氣中的CO2向海水擴散。大型藻類的碳匯估算公式如下：

ACO2= 3.67∑(M·WCW)

(1)

式(1)中：ACO2養(yǎng)殖藻類的CO2吸收量，M為藻類養(yǎng)殖品種產(chǎn)量(干重)，WCW為不同藻類干重狀態(tài)下藻體的碳含量(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 content of marine seaweeds in dry weight

1.2 貝類養(yǎng)殖碳匯估算方法

CB=CST+CS

(2)

式(2)中：CB為貝類固定的碳(g)，CST為軟體組織固碳量(g)，Cs為貝殼固碳量(g)。CST及Cs的計算式如下：

CST=Ms·RST·WC

(3)

CS=Ms·RS·WCs

(4)

式(2)至(4)中：Ms代表貝類產(chǎn)量(g)，RST為軟體組織干質(zhì)量比例(%)，WC軟體組織碳含量(g)，RS為貝殼干質(zhì)量比例(%)，WCs為貝殼碳含量(g)。不同貝類RST、WC、RS和WCs的參考數(shù)據(jù)如表2、3所示。且在估算貝類養(yǎng)殖碳匯時，未將鮑魚(Abalone)納入碳匯計算，原因是鮑魚的餌料多為海帶、龍須菜(Asparagusschoberioides)，且在藻類碳匯中已經(jīng)計算海帶等藻類碳匯。

表2 不同貝類軟體組織和貝殼的干質(zhì)量比例Tab. 2 Dry weight proportion in tissues and shells of shellfish

表3 不同貝類軟體組織和貝殼的碳含量Tab. 3 Carbon content of tissues and shells of dry shellfish

續(xù)表

2 結(jié)果與討論

2.1 福建省貝類養(yǎng)殖現(xiàn)狀

如圖1 (a)所示，全國海水養(yǎng)殖貝類總產(chǎn)量由2014年的1 228.0萬噸增長至2019年的1 358.4萬噸，其中2015、2016年有較高的增長速率，分別為3.9%、4.5%，而在2017—2019年產(chǎn)量變化不大。2019年的總產(chǎn)量較2010年產(chǎn)量(1 108.2萬噸)[8]，增加了近22.6%。總體來說，全國貝類養(yǎng)殖主要為牡蠣、扇貝和蛤為主，這三種貝類的年均產(chǎn)量占比可達約74%，且在2014年至2019年養(yǎng)殖產(chǎn)量占比變化并不顯著。

福建省的貝類養(yǎng)殖產(chǎn)量總體逐年增加，由2014年的242.6萬噸增至2019年的312.3萬噸 [圖1 (b)]。與全國貝類養(yǎng)殖產(chǎn)量相比，其年產(chǎn)量年增長速率較全國產(chǎn)量增長速率高，在2018年甚至高達7.5%，在2014年至2019年期間年均增長率約為5.2%，高于同期全國年均增長率(約2.1%)。福建貝類養(yǎng)殖主要以牡蠣為主，其年均產(chǎn)量占比約為65.4%；其次為蛤，年均產(chǎn)量占比達14.3%。此外，福建省的貝類養(yǎng)殖在全國養(yǎng)殖產(chǎn)量比重較高，且其貢獻比例在逐年增加，由2014年的19.76%增長至2019年的22.99%。由此可知，在全國范圍內(nèi)，福建省的貝類養(yǎng)殖仍在以一個較高的速率增長，也表明近些年福建省在海水貝類養(yǎng)殖方面的投入力度在不斷加大。

圖1 2014年至2019年海水養(yǎng)殖貝類產(chǎn)量Fig. 1 Production of marine shellfish culture from 2014 to 2019(b)中百分含量為福建省貝類養(yǎng)殖產(chǎn)量占全國產(chǎn)量比重。

2.2 福建省藻類養(yǎng)殖現(xiàn)狀

如圖2所示，2014年至2019年全國海水養(yǎng)殖藻類產(chǎn)量由196.2萬噸增長至241.4萬噸，其產(chǎn)量年增長率逐年遞增，由2015年的2.6%增長至2019年的7.1%，年均增長速率為4.2%。與同期全國海水貝類養(yǎng)殖產(chǎn)量相比，海水藻類養(yǎng)殖產(chǎn)量保持較高的增長速率。另外，海帶養(yǎng)殖在總產(chǎn)量中占據(jù)主導地位，其產(chǎn)量年均占比可達68.9%，但是其在總產(chǎn)量中的占比逐年略微降低，由2015年的70.0%降至2019年的67.3%。值得一提的是，江蘺的養(yǎng)殖占比在逐年略微增加，由2014年的13.4%增長至2019年的14.4%，其年均增長速率可達5.8%。

在2014年至2019年，福建省海水藻類養(yǎng)殖產(chǎn)量保持較高的增長速度 [圖2(b)]，由79.6萬噸增長至113.5萬噸，年均增長速率為7.3%，在2016年甚至達到9.7%，明顯高于同期全國海水藻類養(yǎng)殖增長水平。與全國海水藻類養(yǎng)殖相似，海帶養(yǎng)殖在福建省海水藻類養(yǎng)殖中也占主導地位，其年均產(chǎn)量占比約為福建省海水藻類養(yǎng)殖總產(chǎn)量的73.3%。并且海帶養(yǎng)殖產(chǎn)量在逐年增加，由2014年的60.0萬噸增長至2019年的80.3萬噸，年均增長速率為6.0%。此外，福建省海水藻類養(yǎng)殖在全國養(yǎng)殖總產(chǎn)量占比高達40%以上，表明福建省海水藻類養(yǎng)殖貢獻在我國明顯處于優(yōu)勢地位。而且，福建省海水藻類養(yǎng)殖在全國總產(chǎn)量的占比逐年增加，由2014年的40.56%增長至2019年的47.02%，表明福建省的海水藻類養(yǎng)殖在快速的發(fā)展。

圖2 2014年至2019年海水養(yǎng)殖藻類產(chǎn)量Fig. 2 Productions of marine seaweed culture from 2014 to 2019(b)中百分含量為福建省藻類養(yǎng)殖產(chǎn)量占全國產(chǎn)量比重。

2.3 福建省貝藻類養(yǎng)殖碳匯估算結(jié)果

如圖3(a)所示，在2014年至2019年期間，計算的全國貝藻類養(yǎng)殖碳匯強度的年均值約為640.0萬噸，且逐年增加，由592.6萬噸增長至678.1萬噸，以2.7%的年均速率增長。與郭波[13]預測的2025年我國貝藻類養(yǎng)殖碳匯強度可達606.1萬噸結(jié)果相比，2019年度全國貝藻類養(yǎng)殖碳匯估算結(jié)果已經(jīng)提前超出這一預期值。其中，貝類的碳匯估算占比年均達63.9%，但是其碳匯占比在2014年至2019年間呈現(xiàn)遞減趨勢，并在2019年降至61.8%。反之，藻類的碳匯占比在2014年至2019年期間呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。在貝類碳匯估算占比中，與產(chǎn)量占比一致，牡蠣、扇貝及蛤是主要貢獻種類。在藻類估算碳匯占比中，海帶明顯是主要貢獻者，其年均貢獻率達73.3%，但是其貢獻占比在2014年至2019年期間呈現(xiàn)下降趨勢。

在2014年至2019年期間，福建省的貝藻類養(yǎng)殖碳匯估算強度年均值約為182.8萬噸，由157.1萬噸增加至211.3萬噸[圖3(b)]。估算的貝藻類碳匯強度年均增長率約為6.1%，這一數(shù)值是同期全國水平的2倍。另外，福建省估算的碳匯強度在全國估算值的占比逐年遞增，由2014年的26.52%增長至2019年的31.16%，表明福建省的海水養(yǎng)殖貝藻碳匯強度在全國占主導地位。與全國估算結(jié)果不同的是，福建省海水藻類養(yǎng)殖碳匯估算結(jié)果明顯高于貝類。其估算值占碳匯估算總量的50%以上，均值為56.1%，并且與藻類的產(chǎn)量變化一致逐年增加，在2019年度其占比高達56.4%。

圖3 2014年至2019年估算的海水貝藻類養(yǎng)殖碳匯強度Fig. 3 Estimation of carbon sequestration of marine shellfish and seaweed cultures in 2014-2019 (b)中百分含量為福建省貝藻類養(yǎng)殖碳匯占全國的比重。

2.4 福建省貝藻類養(yǎng)殖碳匯潛力評估

為了評估未來福建省貝藻類養(yǎng)殖碳匯潛力，將貝藻類養(yǎng)殖碳匯估算結(jié)果與年份做線性關(guān)系圖(如圖4)?？梢悦黠@的發(fā)現(xiàn)，貝藻類養(yǎng)殖碳匯強度隨年份具有很明顯的線性變化規(guī)律。從線性斜率可以看出，全國貝藻類養(yǎng)殖碳匯增速約為17.3萬噸/年；福建省貝藻類養(yǎng)殖碳匯增速約為10.7萬噸/年，其中藻類和貝類分別為6.9萬噸/年和3.8萬噸/年。假定在未來幾十年，我國及福建省的貝藻類養(yǎng)殖產(chǎn)量增速穩(wěn)定。那么在2030年，到碳達峰期間，全國及福建省貝藻類養(yǎng)殖碳匯估算強度分別約為903.6萬噸和313.9萬噸，分別較2019年度增加33.3%和48.5%。在2060年碳中和期間，全國及福建省貝藻類養(yǎng)殖碳匯強度分別約為1 422.6萬噸和634.9萬噸，分別較2030年度增加57.4%和102.2%。根據(jù)《聯(lián)合國氣候變化框架公約的京都協(xié)議書》中預計的CO2減排開支150 ～ 600美元/噸計算，于2030年碳達峰期間，預期全國及福建省貝藻類碳匯創(chuàng)造的減排經(jīng)濟價值分別相當于13.5～54.2億美元和4.7～18.8億美元；于2060年碳中和期間，預期全國及福建省貝藻類碳匯創(chuàng)造的減排經(jīng)濟價值分別相當于21.3～85.4億美元和9.5～38.81億美元。因此，可以預期的是，福建省貝藻類養(yǎng)殖碳匯潛力巨大，并可帶來可觀的經(jīng)濟效益，可為我國實現(xiàn)碳中和這一宏偉目標做出重要貢獻。

圖4 全國與福建省海水貝藻類養(yǎng)殖碳匯強度增加與年份關(guān)系圖Fig. 4 Yearly changes of carbon sequestration of marine shellfish and seaweed cultures in China and Fujian Province

然而，雖然貝藻類養(yǎng)殖碳匯的預期較為樂觀，但是不可否認的是貝藻類的養(yǎng)殖規(guī)模受到氣候、空間及消費需求等諸多因素的限制，會導致未來的碳匯強度達不到預期。尤其是福建省這樣的沿海省份，如海洋濕地生態(tài)修復建設(shè)及其他海水養(yǎng)殖的產(chǎn)業(yè)空間需求，會限制福建省貝藻類養(yǎng)殖規(guī)模的發(fā)展，進而影響未來海水貝藻類養(yǎng)殖碳匯強度變化。因此，就提高貝藻類養(yǎng)殖碳匯強度而言，也需要從其他方面入手，例如研發(fā)提高養(yǎng)殖單產(chǎn)技術(shù)、完善研制容量管理制度、推廣多營養(yǎng)層次的綜合養(yǎng)殖模式、推動海洋牧場工程[3]及減低養(yǎng)殖區(qū)CO2排放能耗技術(shù)等[2. 7]。在政策方面，應加大扶持力度，引導市場主體擴大貝藻類養(yǎng)殖規(guī)模、創(chuàng)新養(yǎng)殖模式、提高養(yǎng)殖集約化程度，并積極探索貝藻類的加工、儲存與消費方式的多元化，培育、壯大貝藻類精深加工產(chǎn)品消費市場；同時開展?jié)O業(yè)碳匯定價機制研究和標準制定，探索建立漁業(yè)碳匯上市交易制度，以促進養(yǎng)殖漁業(yè)碳匯生態(tài)服務的有償化，實現(xiàn)海洋漁業(yè)的碳匯價值。

3 結(jié)論

本研究根據(jù)2015至2020年《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》中海水貝藻類養(yǎng)殖數(shù)據(jù)[15]，估算了2014年至2019年全國及福建省海水貝藻類養(yǎng)殖碳匯強度，并評估了福建省貝藻類養(yǎng)殖碳匯潛力。結(jié)果表明，福建省在全國貝藻類養(yǎng)殖碳匯強度占比較大，且逐年遞增，在2019年估算的碳匯強度高達211.3萬噸(占全國估算總值的31.16%)。另外，福建省具有較強的養(yǎng)殖碳匯潛力，并可帶來可觀的減排經(jīng)濟效益，為我國實現(xiàn)碳中和這一宏偉目標做出重要貢獻。