遼寧省2010-2019年海水養(yǎng)殖貝藻類碳匯能力評估

尹鈺文,車鑒,魏海峰,羅傳輝

(1.大連海洋大學(xué)海洋科技與環(huán)境學(xué)院 大連 116023;2.遼寧省近岸海洋環(huán)境科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 大連 116023;3.大連鑫玉龍海洋生物種業(yè)科技股份有限公司 大連 116222)

0 引言

海洋封存了20%～35%的二氧化碳人為排放量[1],基于這個數(shù)據(jù),研究者們在減排溫室氣體的過程中發(fā)現(xiàn)了漁業(yè)碳匯的固碳能力。唐啟升等[2]在第四屆中國生物產(chǎn)業(yè)大會上第一次較為系統(tǒng)地闡述了漁業(yè)碳匯的概念,漁業(yè)碳匯是指漁業(yè)生產(chǎn)活動促進(jìn)水生生物吸收水體中的CO2,并通過收獲水生生物產(chǎn)品,把這些碳移出水體的過程和機(jī)制。漁業(yè)碳匯逐漸趨向于貝藻類養(yǎng)殖碳匯潛力探究的方向,藻類的栽培具有可控性、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn),且收獲的藻可以生產(chǎn)瓊膠或制成餌料,還可用于藥品和食品等原料中[3]。貝類碳匯主要通過攝食活動,大量去除海水中的顆粒有機(jī)碳(POC),并且通過生物礦化形成貝殼[4-5]。

張繼紅等[3]探討了漁業(yè)碳匯中貝藻類養(yǎng)殖對海洋碳循環(huán)的貢獻(xiàn),有效證明了貝藻類養(yǎng)殖使用了大量的海洋碳,提高了淺海生態(tài)系統(tǒng)吸收大氣CO2的能力。自唐啟升提出漁業(yè)碳匯的理念之后,齊占會等[6]基于廣東省2009年貝藻類海水養(yǎng)殖的碳匯量進(jìn)行估算,有效證明漁業(yè)碳匯的巨大經(jīng)濟(jì)效益。李昂等[7]整理相關(guān)文獻(xiàn)及數(shù)據(jù),采用系統(tǒng)綜合法對河北省2010年養(yǎng)殖貝藻類碳匯能力進(jìn)行一系列估算。可見海水養(yǎng)殖貝藻類碳匯的發(fā)展前景十分樂觀。

遼寧省地處我國東北地區(qū)南部,漁業(yè)資源豐富且海水養(yǎng)殖的綜合水質(zhì)環(huán)境達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)水平。遼寧省作為中國海洋漁業(yè)大省,在海水養(yǎng)殖占有較大比重,研究中對遼寧省海水養(yǎng)殖藻類碳匯能力進(jìn)行了評估,以遼寧省海水養(yǎng)殖貝藻類主要品種(海帶、裙帶菜、牡蠣、貽貝、扇貝、蛤、蟶和蚶)作為漁業(yè)碳匯能力研究對象。旨在科學(xué)評價(jià)碳匯漁業(yè)發(fā)展空間及發(fā)展方向,為遼寧省大力發(fā)展碳匯漁業(yè)奠定理論基礎(chǔ)。

1 海水養(yǎng)殖貝類與藻類產(chǎn)量

1.1 數(shù)據(jù)來源

筆者在《中國漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》[8-17]中查找,對海洋漁業(yè)產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行了初步整理,藻類及貝類的碳匯計(jì)算公式從不同文獻(xiàn)中查找。

1.2 全國海水養(yǎng)殖藻類及貝類產(chǎn)量

2010—2019年我國海水養(yǎng)殖藻類及貝類的總產(chǎn)量整體呈上升趨勢(圖1),可以看出我國海水養(yǎng)殖業(yè)一直在穩(wěn)步發(fā)展。2010年全國藻類產(chǎn)量最低,為154.13萬t;2019年全國藻類產(chǎn)量達(dá)到峰值,為253.84萬t。經(jīng)過計(jì)算,我國年均海水養(yǎng)殖藻類產(chǎn)量為201.38萬t。而我國2010—2019年海水養(yǎng)殖貝類的產(chǎn)量則在2010年出現(xiàn)最低值,為1 108.23萬t;2019年出現(xiàn)產(chǎn)量峰值,為1 443.93萬t,年均海水養(yǎng)殖貝類產(chǎn)量為1 315.95萬t,10年間海水養(yǎng)殖貝類同藻類產(chǎn)量變化趨勢一致。

圖1 全國2010—2019年海水養(yǎng)殖藻類及貝類總產(chǎn)量變化趨勢

1.3 遼寧省藻類及貝類養(yǎng)殖總產(chǎn)量

2010—2019年遼寧省海水養(yǎng)殖藻類和貝類的產(chǎn)量整體均呈現(xiàn)上升趨勢(圖2和圖3)。2018—2019年,藻類產(chǎn)量極速攀升,表明遼寧省近年來海藻養(yǎng)殖業(yè)處于飛速發(fā)展階段。2010年遼寧省養(yǎng)殖藻類產(chǎn)量最低,為26.49萬t;2019年遼寧省養(yǎng)殖藻類產(chǎn)量達(dá)到峰值,為46.75萬t;經(jīng)計(jì)算,2010—2019年遼寧省海水養(yǎng)殖藻類年均產(chǎn)量約為33.86萬t。而遼寧省海水養(yǎng)殖貝類產(chǎn)量一直保持緩慢且平穩(wěn)的上升趨勢,其在2010年產(chǎn)量最低,為178.50萬t;在2016年 達(dá) 到 產(chǎn) 量 峰 值,為251.91萬t;經(jīng)計(jì)算,遼寧海水養(yǎng)殖貝類年均產(chǎn)量約為223.12萬t。

圖2 遼寧省2010—2019年海水養(yǎng)殖藻類總產(chǎn)量

圖3 遼寧省2010—2019年海水養(yǎng)殖貝類總產(chǎn)量

1.4 遼寧省貝類與藻類產(chǎn)量占全國比例

基于以上數(shù)據(jù),可以計(jì)算出遼寧省海水養(yǎng)殖貝藻類產(chǎn)量占全國海水養(yǎng)殖藻類產(chǎn)量的百分比(圖4和圖5)。

圖4 遼寧省2010—2019年海水養(yǎng)殖藻類總產(chǎn)量占全國比值

圖5 遼寧省2010—2019年海水養(yǎng)殖貝類總產(chǎn)量占全國比值

遼寧省養(yǎng)殖海藻產(chǎn)量在全國范圍內(nèi)占比很高,雖然近10年的占比有下降趨勢,但基本維持在14%以上。其中,2018年所占份額最低,為14.57%;2011年所占份額最高,達(dá)19.44%;期間,年均占比約為16.93%。

此外,遼寧省海水養(yǎng)殖貝類產(chǎn)量占全國海水養(yǎng)殖貝類比例很大,10年間一直保持平穩(wěn)的趨勢。其中,2019年所占份額最低,為15.56%;2013年所占份額最高,達(dá)17.94%;期間,年均占比約為16.96%,與養(yǎng)殖藻類年均占比幾乎相同。

數(shù)據(jù)表明,遼寧在全國漁業(yè)大省中,海水養(yǎng)殖貝藻類的產(chǎn)量較為突出,為遼寧省漁業(yè)碳匯能力奠定深厚基礎(chǔ)。

1.5 遼寧省貝類與藻類養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)

遼寧省擁有眾多沿海城市,漁業(yè)資源與沿海省(自治區(qū)、直轄市)相比較為發(fā)達(dá),其海水養(yǎng)殖海藻主要品種分為2類,分別是海帶與裙帶菜;海水養(yǎng)殖貝類主要品種分為6類,分別是牡蠣、扇貝、貽貝、蛤、蟶及蚶。

2010—2019年,遼寧省海水養(yǎng)殖貝類與藻類的產(chǎn)量整體呈遞增趨勢(表1),養(yǎng)殖海帶、裙帶菜、牡蠣、扇貝、貽貝、蛤、蟶及蚶的產(chǎn)量峰值分別出現(xiàn)在2019年、2014年、2019年、2017年、2016年、2016年、2017年、2019年。按上述順序,經(jīng)計(jì)算,各類養(yǎng)殖品種的年均產(chǎn)量約為21.09萬t、12.59萬t、19.91萬t、40.26萬t、4.65萬t、119.38萬t、3.84萬t、4.64萬t。

根據(jù)(表1)數(shù)據(jù)可計(jì)算得出,2010-2019年遼寧省海水養(yǎng)殖貝藻類各品種產(chǎn)量年均占養(yǎng)殖總量的比例(表2):海帶(62.22%)、裙帶菜(37.14%)、牡蠣(8.72%)、扇貝(18.07%)、貽貝(2.09%)、蛤(53.80%)、蟶(1.70%)、蚶(2.13%)。

表1 遼寧省2010—2019年貝類與藻類主要養(yǎng)殖品種產(chǎn)量 萬t

表2 2010—2019年遼寧省海水養(yǎng)殖貝類與藻類產(chǎn)量占養(yǎng)殖總量的比例 %

1.6 遼寧省貝類與藻類養(yǎng)殖碳匯能力與其他沿海省(自治區(qū)、直轄市)比較分析

碳匯漁業(yè)是每個漁業(yè)大省減排的優(yōu)選,利用漁業(yè)碳匯可以節(jié)省大量減排成本。邵桂蘭等[18]計(jì)算了2010年、2012年、2014年我國主要沿海省(自治區(qū)、直轄市)海水養(yǎng)殖貝藻類碳匯能力,碳匯能力由大到小排序依次為:山東省、福建省、遼寧省、廣東省。遼寧省海水養(yǎng)殖貝藻類碳匯能力在所有地區(qū)碳匯平均值之上,但碳匯效率較低。2015年我國海水養(yǎng)殖碳匯總量約143萬t,其中山東、福建、廣東、遼寧的年碳匯量達(dá)到20萬t以上,是我國海水養(yǎng)殖碳匯能力貢獻(xiàn)較大的4個沿海省份。

2 海水養(yǎng)殖貝類與藻類碳匯量估算

2.1 藻類碳匯量計(jì)算方式

基于以上數(shù)據(jù),遼寧省2010—2019年海水養(yǎng)殖海帶和裙帶菜的碳匯總量可以通過式(1)[5]估算。

式中:C藻類固碳為海水養(yǎng)殖藻類的全部固碳量;Wi為不同海水養(yǎng)殖藻類的產(chǎn)量;λci為該種藻體內(nèi)的碳含量,其參數(shù)見表3[3]。

表3 不同藻類碳含量 %

2.2 貝類碳匯量計(jì)算方式

根據(jù)查閱文獻(xiàn)得知,海水養(yǎng)殖貝類的碳匯計(jì)算公式(2),由此可計(jì)算出海水養(yǎng)殖牡蠣、扇貝、貽貝及蛤的碳匯量[5]。

式中:C貝類固碳量為海水養(yǎng)殖藻類的全部固碳量;Qt為海水養(yǎng)殖貝類總產(chǎn)量;Rst為貝類軟組織干質(zhì)量在貝類總質(zhì)量中的比例;ωst為碳在貝類軟組織干質(zhì)量中的占比;Rs為貝類貝殼干質(zhì)量在貝類總質(zhì)量中的比例;ωs為碳在貝類貝殼的干質(zhì)量中的占比,具體參數(shù)見表4[19-22]。

表4 不同品種貝類相關(guān)參數(shù) %

2.3 養(yǎng)殖貝類及藻類總碳匯量

通過以上數(shù)據(jù)及參數(shù),可計(jì)算出2010—2019年遼寧省海水養(yǎng)殖貝類與藻類的碳移出量,如表5所示。

表5 2010—2019年遼寧省不同品種海水養(yǎng)殖貝類與藻類碳匯量 萬t

2010—2019年,養(yǎng)殖海帶的碳匯量穩(wěn)步上升,2019年出現(xiàn)碳匯量峰值,為9.81萬t;養(yǎng)殖裙帶菜的碳匯量雖有波動,但依然能看出增長的趨勢,2014年出現(xiàn)碳匯量峰值,為4.52萬t;養(yǎng)殖牡蠣在2019年碳匯能力達(dá)到峰值,碳匯量為2.17萬t;養(yǎng)殖貽貝在2016年碳匯量達(dá)到峰值,為0.74萬t;養(yǎng)殖扇貝在2017年碳匯量達(dá)到峰值,為4.56萬t;養(yǎng)殖蛤在2016年達(dá)到碳匯量峰值,為10.78萬t;養(yǎng)殖蟶在2017年碳匯量達(dá)到峰值,為0.59萬t;養(yǎng)殖蚶在2010年及2019年碳匯量達(dá)到峰值,為0.39萬t。

通過各個品種碳匯量的加和可以計(jì)算出遼寧省海水養(yǎng)殖貝藻類每年的碳匯量,通過表5可以看出遼寧省2010—2019年海水養(yǎng)殖貝類與藻類的碳匯能力正在穩(wěn)步上升。

根據(jù)以上遼寧省貝類與藻類的主要品種計(jì)算出的碳匯量可得知,貝類中屬海水養(yǎng)殖蛤的碳匯能力較強(qiáng),藻類中屬養(yǎng)殖海帶碳匯能力較強(qiáng)?；跀?shù)據(jù)推測出,海水養(yǎng)殖貝類與藻類的碳匯量與產(chǎn)量之間有著密切的關(guān)系。

將表5逐年的碳匯量進(jìn)行加和可計(jì)算出遼寧省近10年海水養(yǎng)殖貝類與藻類的碳匯總量,約為267.74萬t。遼寧省海水養(yǎng)殖海帶在10年內(nèi)總計(jì)碳移出量約為65.82萬t;其中,海水養(yǎng)殖裙帶菜在10年內(nèi)總計(jì)碳移出量約為35.11萬t;遼寧省海水養(yǎng)殖藻類10年間總計(jì)碳移出量約為100.93萬t,年均匯碳量約為10.10萬t。遼寧省海水養(yǎng)殖牡蠣、貽貝、扇貝、蛤、蟶及蚶10年內(nèi)碳移出總量分別約為:15.77萬t、5.15萬t、38.91萬t、99.94萬t、4.44萬t、2.60萬t。遼寧省海水養(yǎng)殖貝類在近10年總計(jì)碳移出量約為166.81萬t,年均碳移出量約為16.68萬t。

基于上述數(shù)據(jù)可計(jì)算出,遼寧省海水養(yǎng)殖藻類10年內(nèi)移出100.93萬t的碳相當(dāng)于370.38萬t CO2;同理,遼寧省海水養(yǎng)殖貝類近10年移出166.81萬t的碳相當(dāng)于612.19萬t CO2。根據(jù)文獻(xiàn)中提供的數(shù)據(jù)可知,遼寧省每減排1t的CO2就需要花費(fèi)157元[23],由此可見漁業(yè)碳匯對遼寧省具有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 海水養(yǎng)殖貝類碳匯相關(guān)爭議

海水養(yǎng)殖貝類主要通過直接與海水中的HCO-3反應(yīng)形成CaCO3(即貝殼的主要成分)來進(jìn)行碳匯,而貝類的軟體組織是通過濾食海水中的微藻及有機(jī)物顆粒來滿足自身生長,該過程有固碳的效果,通過收獲養(yǎng)殖貝類直接大量移出海水中的碳。在上述反應(yīng)中,貝類的呼吸和鈣化會釋放CO2,這使其遭到質(zhì)疑,認(rèn)為養(yǎng)殖貝類不應(yīng)該納入海洋碳匯范圍內(nèi)。但在研究進(jìn)展中,諸多學(xué)者認(rèn)為貝類是可以進(jìn)行碳匯的,需要從貝類整個生命過程來看待其在生態(tài)系統(tǒng)中的碳匯功能,國內(nèi)研究者也相繼對貝類碳匯的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。研究表明,一個貝類在其生長周期內(nèi)釋放的CO2僅占30%,其余70%中有30%被移出海水,40%被封存在海水中[24],從宏觀來看并不影響它的碳匯能力。

3 結(jié)論

濾食性貝類固碳通過攝食活動大量去除海水中的顆粒有機(jī)碳,并且通過生物礦化形成貝殼[4-5]。2010—2019年遼寧省海水養(yǎng)殖貝類固碳量約為1.67×106t,其中貝殼的固碳量占大部分。在養(yǎng)殖條件下,貝類的產(chǎn)量與貝類實(shí)際利用的顆粒有機(jī)碳的比例約為25%,據(jù)此可推算出遼寧省2010—2019年養(yǎng)殖貝類攝食的顆粒有機(jī)碳,約為7.71×107t。

因貝殼固定的碳通過生物地球化學(xué)循環(huán)才會再回到大氣中,但其過程需要很長時(shí)間,所以貝類的碳匯優(yōu)勢顯而易見,不僅可以將其從海水中移出,還能長久儲存。同時(shí),海水養(yǎng)殖藻類碳匯優(yōu)勢也極為明顯。其研究價(jià)值具有廣闊的前景,并且收獲的藻類可以生產(chǎn)瓊膠或制成餌料,還可用于藥品、化工、食品等原料中。海水養(yǎng)殖藻類固碳原理是通過光合作用將海水中的溶解無機(jī)碳(DIC)和CO2轉(zhuǎn)化為溶解有機(jī)碳(DOC)[25],同時(shí)還能溶解海水中的硝酸鹽、磷酸鹽等營養(yǎng)物質(zhì),使海水p H值上升,降低了海水中CO2分壓,進(jìn)而促進(jìn)海水對空氣中CO2的吸收,對擴(kuò)增海洋碳匯效應(yīng)以及減緩全球變暖趨勢都有重要意義。

貝類與藻類是遼寧省海水養(yǎng)殖的主要品種,二者中貝類的產(chǎn)量較為突出,其中,貝類作為經(jīng)濟(jì)型水產(chǎn)品,蛤的產(chǎn)量每年占比最高。為研究貝類碳匯能力,在產(chǎn)量相同的情況下選取貝類6個品種進(jìn)行碳匯量計(jì)算。結(jié)果表明,碳匯能力由大到小排序依

次為:蟶、貽貝、扇貝、蛤、牡蠣和蚶,而遼寧省2010—2019年的貝類產(chǎn)量由高到低排序依次為:蛤、扇貝、牡蠣、貽貝、蚶和蟶。所以若想快速提升遼寧省漁業(yè)碳匯水平,首先需要適當(dāng)調(diào)整貝類養(yǎng)殖結(jié)構(gòu);藻類的碳匯能力與產(chǎn)量高低一致,無須調(diào)整。本研究遼寧省海水養(yǎng)殖貝類與藻類碳匯能力,計(jì)算了8個貝類與藻類海水養(yǎng)殖品種在2010—2019年期間的碳移出量,約為267.74萬t,通過直觀的數(shù)據(jù)來展示遼寧省海水養(yǎng)殖貝藻類的碳匯能力,提高人們對養(yǎng)殖貝藻的重視度,將對海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,也能夠有效地緩解溫室氣體排放危機(jī),同時(shí)會對今后碳匯漁業(yè)理論以及國內(nèi)碳交易機(jī)制的建立和發(fā)展具有一定的理論意義。數(shù)據(jù)有助于遼寧省大力發(fā)展碳匯漁業(yè)奠定基礎(chǔ),相關(guān)結(jié)果可為遼寧省的養(yǎng)殖行業(yè)提供一定的參考。