發(fā)揮海洋碳匯在碳中和目標實現(xiàn)中的巨大作用

文｜ 周宏春

占地球表面71%的海洋，與濕地、森林一起構成地球三大生態(tài)系統(tǒng)。每個人印象中的海洋都不同，生活在渤海、黃海沿海地區(qū)的居民見到的海洋是黃色的，還有淤泥質海灘；生活在海南三亞、青島等沿海地區(qū)的居民見到的海洋是藍色的；而生活在遼寧盤錦沿海地區(qū)的居民還能見到紅色海灘，這一處處自然景觀無一不是自然環(huán)境與人文景觀的完美結合。海洋碳匯對于碳中和極為重要，尊重自然規(guī)律，發(fā)展碳循環(huán)經(jīng)濟，可以開辟一條新的碳中和路徑。

生態(tài)系統(tǒng)對人類生存和發(fā)展的意義重大

地球生態(tài)系統(tǒng)，由地球表面生物及其生存環(huán)境構成，是人類生存和發(fā)展的前提。2022年3月30日，習近平總書記指出，森林是水庫、錢庫、糧庫，還應加上一個“碳庫”。森林和草原對國家生態(tài)安全具有基礎性、戰(zhàn)略性作用，林草興則生態(tài)興。我們要堅定不移貫徹新發(fā)展理念，堅定不移走生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展之路，統(tǒng)籌推進山水林田湖草沙一體化保護和系統(tǒng)治理，科學開展國土綠化，提升林草資源總量和質量，鞏固和提高生態(tài)系統(tǒng)碳匯能力，為推動全球環(huán)境和氣候治理、建設人與自然和諧共生的現(xiàn)代化作出更大貢獻。

地球生態(tài)系統(tǒng)極為重要，因為“只有一個地球”，“生物圈2號”計劃驗證了這一點。美國一些學者出于對太空旅行和人類移居地球之外生存的極大興趣，1984年開始設計并建造了“生物圈2號”計劃。“生物圈2號”是相對于“生物圈1號”——地球而言的，由億萬富翁艾德·巴斯出資2億美元建設，建在美國亞利桑那州圖森附近的沙漠中部，占地13000平方米，高91英尺（27.7米），是一個形狀類似金字塔的巨大的建筑，其中含有6000多個完全密封、與世隔絕的玻璃房空間，其中的布局完全模擬自然界，包括人工降雨、人造太陽，有沙漠、雨林、草原、沼澤、海洋，有農作物生產區(qū)，有人的居住區(qū)，還有3000多種動物和植物。原計劃安排8個人在“生物圈2號”中做兩年試驗，但在1993年9月26日8位生物圈居民走出了試驗室，試驗失敗了?！吧锶?號”計劃的失敗揭示了一個深刻的道理：在現(xiàn)有技術及經(jīng)濟條件下，人類無法再造一個適合人類生存的地球，我們必須保護地球——我們的唯一家園。

發(fā)展海洋碳匯及新能源產業(yè)以降低二氧化碳排放

海洋碳匯是碳中和的重要途徑。實現(xiàn)碳中和有減排和增匯兩條途徑，減排是要減少向大氣排放CO2，增匯是增加對大氣中CO2的吸收。海洋是巨大的碳庫，儲存40萬億噸CO2，約占地球上CO2的93%，是大氣碳庫的50倍。

海洋碳匯形成機制與主要途徑

提高增匯能力以降低大氣CO2水平，可減緩因二氧化碳濃度升高引發(fā)的氣候變化。海洋捕獲CO2的“獵手”是海岸帶生態(tài)系統(tǒng)，如紅樹林、海草床和鹽沼等，這三類生態(tài)系統(tǒng)的面積雖不到海床的0.5%，植物生物量也僅占陸地的0.05%，但它們的碳儲量卻占海洋碳儲量的50%以上。以紅樹林為例，全球紅樹林總面積占全球近海面積的0.5%，但儲藏在沉積物中的碳卻占10%至15%。濱海生態(tài)系統(tǒng)不僅能固碳，有效防止海岸侵蝕，為海洋生物提供產卵場和棲息地，還能消波減浪，減輕海洋災害性天氣事件的影響。

海洋吸收二氧化碳的主要機制包括碳酸鹽泵、生物泵及微型生物碳泵等。

溶解度泵，利用大氣二氧化碳分壓高于海洋的條件，使二氧化碳溶于海水，在高密度海水重力作用下將二氧化碳“拖拽”到深海中。碳酸鹽泵是通過碳酸鹽沉積將二氧化碳儲存于海底，而化學反應過程中還釋放出等量二氧化碳，存在“碳酸鹽泵”的反作用。

生物碳泵，通過有機物生產、消費、傳遞等生物學過程形成顆粒有機碳，在重力作用下由海洋表層向深海乃至海底遷移和埋藏。據(jù)估算，通過生物泵遷移和埋藏到海底的二氧化碳約為海洋初級生產力的1%，絕大多數(shù)顆粒有機碳在沉降中被“分解”了。

微型生物碳泵，利用海洋中微生物、浮游生物等生理活動吸收活性有機碳，再將活性有機碳轉化為惰性有機碳儲存在海水中。微型生物碳泵是焦念志院士提出的海洋儲碳機制，引領了該領域的國際前沿發(fā)展趨勢。形象地說，各種海洋生物、微生物，吸收二氧化碳形成顆粒有機碳，在沉降到海底的過程中，被海洋微生物、細菌不斷“啃食”，到達海底就剩下很少的數(shù)量了。如果有機碳顆粒在沉降過程中不斷與惰性有機碳分子碰撞結合，相當于給顆粒有機碳包上了一層蠟，得以沉至海底長期保存。

科學界對海洋碳匯形成機制的研究

全球科學家都在探索增加海洋碳匯、應對氣候變化的理論和技術途徑。2013年，國內30多個涉?？蒲性盒！⑾嚓P部委和企業(yè)成立以基礎研究為主，涵蓋政產學研用的全國海洋碳匯聯(lián)盟（以下簡稱COCA）。2014年，COCA推出“中國藍碳計劃”。2015年，“海洋碳匯”納入《生態(tài)文明體制改革總體方案》。2019年，我國提出“海洋負排放國際大科學計劃（ONCE）”，以便在國家和地區(qū)建立海洋環(huán)境的負排放生態(tài)示范工程。2020年11月，在海洋生態(tài)經(jīng)濟國際論壇上，COCA發(fā)布《實施海洋負排放，踐行碳中和戰(zhàn)略倡議書》；同年12月，召開“海洋負排放支撐碳中和”專題研討會；我國相關涉海大學還在有關部門支持下成立了“海洋負排放研究中心”“碳中和創(chuàng)新研究中心”等機構，有望為全球實現(xiàn)碳中和提供中國方案。

10年前，中科院院士焦念志教授提出微生物碳泵概念，在經(jīng)過若干大型生態(tài)系統(tǒng)模擬實驗驗證后，得到國內外科學界的認可，并被寫入《世界銀行2022碳定價狀況和趨勢報告》（以下簡稱IPCC報告）。實際上，在地球演化歷史上發(fā)生過多次因微生物的作用導致大規(guī)模碳酸鹽沉積的實例，以厭氧、有氧微生物作為反應介質，實現(xiàn)了碳沉降。例如，在英國英吉利海峽比奇角有一片高100多米、長5公里的白色懸崖，即丹福白崖（The White Cliffs of Dover），是碳酸鹽沉積的自然景觀，丹福白崖就是在微型生物（20微米，0.02毫米）作用下沉積而成的。美國科學家稱，盡管這個巨大的惰性有機碳庫形成原因仍然是個謎，但對調節(jié)氣候變化的作用巨大，而且在地球歷史進程中，曾經(jīng)的惰性有機碳庫比現(xiàn)在至少大500倍。

在地球形成的歷史過程中，全球各地廣泛分布的海相碳酸鹽巖，也就是人們所熟悉的燒石灰的石灰?guī)r石，其化學成分是碳酸鈣。換言之，形成當今廣泛分布的石灰?guī)r，肯定吸收了當時大氣中的二氧化碳。當然，海洋自然負排放過程緩慢，受海洋環(huán)境、人為活動等影響較為明顯。科學家在研究如何調控碳酸鹽泵、生物泵和微生物泵三者之間的反應條件，以實現(xiàn)三泵協(xié)同增匯。此外，科學家還在研究盡可能采取措施，調控反應條件，使“反泵”變?yōu)椤罢谩保诟咝Ю米匀唤缰卸趸嫉耐瑫r，也實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

海洋固碳能力受到氣候變化的威脅

中國有約300萬平方公里的主張管轄海域和1.8萬公里的大陸岸線，是世界上少數(shù)幾個同時擁有海草床、紅樹林、鹽沼三大生態(tài)系統(tǒng)的國家之一，670萬公頃的濱海濕地為碳匯發(fā)展提供了廣闊空間。按全球平均值估算，我國三大濱海生態(tài)系統(tǒng)的碳匯年產生量約為126.88萬噸至307.74萬噸。其中，紅樹林每年可埋藏27.16萬噸二氧化碳，海草床每年可埋藏3.2萬噸至5.7萬噸二氧化碳，濱海鹽沼每年可埋藏96.52萬噸至274.88萬噸二氧化碳，紅樹林、海草床以及濱海鹽沼均具有巨大的固碳儲碳潛力。

另一方面，作為陸地和海洋生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡生態(tài)系統(tǒng)，濱海濕地受到氣候變化和人類活動的雙重威脅，碳匯能力有下降趨勢。據(jù)粗略估計，由于灘涂圍墾、資源過度利用、水體污染等原因，海岸帶生態(tài)系統(tǒng)退化，全球67%的紅樹林、35%的濱海鹽沼和29%的海草床遭到破壞，面積減少，不僅失去碳匯功能，還可能從碳“匯”變成碳“源”。

我國的藍碳潛力及其對策建議

海洋可再生能源在碳中和中的作用巨大

海洋蘊藏著豐富的可再生能源資源。風能、波浪能、溫差能等，是海上常見的可再生能源。風能是重要的可再生能源。海上風速比陸地上快約20%，發(fā)電量多約70%。風力發(fā)電以固定式海上風機為主，但漂浮式海上風機逐步發(fā)展起來并有望成為主流，海上風電成本也在不斷下降。海上風電不占用寶貴的土地資源，受自然環(huán)境因素的影響較小，發(fā)電價格也非常低廉。波浪能是海水波浪式前進形成的能量，擁有極為豐富的儲量，能量密度較大，時空分布合理，海洋波浪能被譽為“藍色石油”。利用波浪能發(fā)電，需要提高發(fā)電裝置的適應能力和發(fā)電穩(wěn)定性，發(fā)電裝置進入深沿海是必然趨勢。溫差能是表層海水與深層海水的溫度差所含有的能量，最大特點是發(fā)電非常穩(wěn)定，一旦開機循環(huán)就可以穩(wěn)定地輸出電能，還可以產生淡水等附加產品。溫差能發(fā)電系統(tǒng)循環(huán)的效率有待進一步提高，包括朗肯循環(huán)的優(yōu)化。

海洋可再生能源，可以在碳減排和增匯兩端發(fā)力，因而具有巨大碳中和潛力。減少碳排放方面，對比火力發(fā)電，海洋可再生能源沒有二氧化碳排放，灘涂還可用來海水養(yǎng)殖，這也是增匯的一種重要形式。

不斷提高我國海洋碳匯能力的原則考慮

海洋在碳捕捉封存方面有著重要作用，要珍視并利用好海洋提供的巨大服務功能。近年來，我國沿海各地各部門針對海岸帶生態(tài)系統(tǒng)采取了多項保護措施，如在濱海濕地建立了數(shù)十個紅樹林保護區(qū)、數(shù)個海草床保護區(qū)和鹽沼濕地保護區(qū)。雖然這些措施是以保護生物多樣性為目的，通過生態(tài)系統(tǒng)的恢復也有助于增匯減排，助力我國實現(xiàn)碳達峰碳中和目標。

提高我國海洋碳匯能力，原則上可考慮以下幾個方面：一要有雄心勃勃的目標，盡快提供更好更可持續(xù)的減排效果。要加強能力建設，更加合理地使用海洋資源和生態(tài)系統(tǒng)功能。這樣海洋保護區(qū)網(wǎng)絡保護范圍之內的海洋棲息地，也能得到很好利用。二要把自然當作解決方案中的一部分。要更好地加強海岸和海洋生態(tài)系統(tǒng)管理，以發(fā)揮海洋碳匯功能。要以系統(tǒng)思路和方式來更好地適應氣候變化，并進一步應用基于自然的解決方案。三要堅持以人為本，應當加強氣候變化的全球合作，建立共建共享的協(xié)同解決關聯(lián)問題機制，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。要促進利益攸關方以一種透明、包容性方式參與這個過程。四要提倡并推動海洋和氣候項目融資。要充分認識海洋和海岸線基礎設施的經(jīng)濟社會價值以及相關風險，運用ESG投資原則，促進ESG信息披露，以降低海洋碳匯投融資的風險。

提高我國海洋碳匯的對策建議

我們不僅要對海岸帶生態(tài)系統(tǒng)進行保護和管理，對受損區(qū)域的海洋生態(tài)系統(tǒng)進行最大限度的恢復或修復，還要建立生態(tài)補償機制，利用經(jīng)濟手段，發(fā)展碳循環(huán)經(jīng)濟，利用自然循環(huán)的二氧化碳發(fā)展海洋經(jīng)濟，提升濱海生態(tài)系統(tǒng)的碳匯潛力，避免過度開發(fā)，避免氣候變化對濱海碳匯產生負面影響，發(fā)揮海洋碳匯在實現(xiàn)碳達峰碳中和目標中的重要作用。

一是減少近海營養(yǎng)物輸入，陸海統(tǒng)籌減排增匯。陸源營養(yǎng)物質過量輸入將影響河口和近海儲碳，盡管初級生產力在一定程度上會隨營養(yǎng)鹽增加而增加，但由于光合作用產物主要是活性有機碳，進入環(huán)境后會成為滋生異養(yǎng)細菌的溫床。部分陸源有機碳在河口和近海被轉化成CO2排放到大氣中，使高生產力的河口和近海反而成為排放CO2之源。因此，要加強陸海統(tǒng)籌，在大力發(fā)展海洋經(jīng)濟的過程中科學施肥，減少向近海的營養(yǎng)輸入，以便將碳“源”變?yōu)樘肌皡R”，提高河口、近海的綜合儲碳能力和生態(tài)服務功能。

二是采取技術措施，促進碳酸鹽沉淀。例如，施加橄欖石粉和黏土礦物，微生物誘導碳酸鹽沉積。橄欖石粉和黏土礦物能將光合藻類產生的有機質由生物泵（BP）快速傳輸?shù)胶５壮练e物上，在厭氧條件下，利用微生物碳泵（MCP）和碳酸鹽泵（CP）的協(xié)同作用，產生大量惰性有機質和固體碳酸鹽礦物，達到大氣CO2被長期甚至永久封存的目的。此方法不僅可以用于缺氧和酸化的海洋環(huán)境，還能有效抑制赤潮發(fā)生，在增匯的同時解決海洋環(huán)境問題。

三是加快海洋生態(tài)修復和綜合養(yǎng)殖，促進人工上升流。通過人工上升流等海洋工程，改善海岸帶環(huán)境，是海洋生態(tài)修復、增強海洋負排放的重要途徑。良好的海洋生態(tài)環(huán)境，有利于發(fā)展海水養(yǎng)殖，通過開發(fā)貝藻魚等海洋立體生態(tài)養(yǎng)殖體系增強海洋負排放。海藻養(yǎng)殖過程可高效利用海水中的營養(yǎng)元素，并提高固碳能力，養(yǎng)殖過程中產生的有機碎屑被立體養(yǎng)殖底棲貝類、海參消化或埋葬；通過清潔能源（太陽能、風能、波浪能等）驅動人工上升流，促進營養(yǎng)鹽循環(huán)以提升碳匯能力，這一生態(tài)系統(tǒng)內部調節(jié)舉措可以改變以往簡單認為海水養(yǎng)殖是增加環(huán)境負荷和有機污染的認識，并實現(xiàn)由“污染源”到“增匯場”的轉變。