海洋漁業(yè)碳匯計量與評估方法研究進展

謝宇陽 蘇潔 邵魁雙 樊景鳳

摘 要：綜述了國內外漁業(yè)碳匯相關研究現狀，比較分析了漁業(yè)碳匯的計量與評估方法，介紹了碳匯計算方法的應用案例，最后對其計量與評估方法提出了建議。

關鍵詞：漁業(yè)碳匯；計量與評估；海水養(yǎng)殖

早在1997年日本簽訂《京都議定書》后，國際上就逐漸對碳循環(huán)和碳平衡的問題重視起來。自工業(yè)革命以來二氧化碳的排放量不斷上升，所帶來的全球變暖及其他氣候與環(huán)境問題也已成為全球性熱點，因此，減少碳排放、增加碳匯迫在眉睫。20世紀90年代國內外都普遍認為森林生態(tài)系統具有強大的碳匯功能[1-2]，而海洋及海洋生物對二氧化碳吸收、固定的作用與貢獻，并沒有像森林那樣受到重視。直到21世紀初，聯合國環(huán)境規(guī)劃署等多家機構聯合發(fā)布了《藍碳：健康海洋對碳的固定作用——快速反應評估》[3]，此后，海洋的固碳功能逐漸得到了學術界的廣泛關注。

海洋生態(tài)系統每年從大氣中吸收CO2占全球排放量的20%～35%，海洋的固碳能力遠遠大于其他生態(tài)系統，海洋碳庫固定的碳是大氣的50倍，是陸地生態(tài)系統的20倍[4]。一些近海的漁業(yè)活動，如人工養(yǎng)殖經濟藻類或貝類通過捕撈收獲能夠較好地固定和移出碳[5]。漁業(yè)碳匯是海洋碳匯的重要組成部分，最早由我國唐啟升院士提出，是指通過漁業(yè)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，也被稱為“可移出的碳匯”，這個過程和機制，實際上提高了水體吸收大氣CO2的能力[6]。海洋漁業(yè)碳匯不僅包括藻類和貝類等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，還包括以浮游生物、貝類和藻類為食的魚類、頭足類、甲殼類和棘皮動物等生物類別通過生長活動所儲存的碳[7]。我國是世界上最大的海水養(yǎng)殖國家，養(yǎng)殖面積和產量位居世界首位[8]，且大部分沿海地區(qū)多以海水養(yǎng)殖貝藻類為主。

大力發(fā)展海洋漁業(yè)碳匯能夠促進我國碳匯經濟發(fā)展，解決區(qū)域海洋環(huán)境問題，有效實現碳中和，并且還在食物安全、水資源及生物多樣性保護，增加就業(yè)、漁民增收等方面有實際意義。準確的固碳計量是碳匯價格核算的重要前提條件，但目前養(yǎng)殖貝藻類固碳基礎計量與評估方法相對薄弱，固碳計量方法還存在數據指標不完善的問題，這也限制了養(yǎng)殖貝藻類碳匯定價研究的發(fā)展[9]。碳匯的計量能更好地推動中國漁業(yè)碳匯發(fā)展，促進國際碳匯交易市場的建立，助力碳達峰、碳中和目標的實現[10]。因此，本文通過對漁業(yè)碳匯評估與計量方法的總結，為我國漁業(yè)碳匯價值核算提供理論方法，以便能夠更好地估算碳匯強度、評估碳匯發(fā)展?jié)摿Γ从仇B(yǎng)殖貝藻類碳匯的經濟價值，使養(yǎng)殖貝藻類碳匯有價可循。

1 漁業(yè)碳匯概念以及形成原理

海洋在全球碳循環(huán)中發(fā)揮著重要作用，地球上超過一半（55%）的生物碳或是綠色碳捕獲是由海洋生物完成的，這些海洋生物包括浮游植物、細菌、海岸帶植物群落、貝類等[11]。浮游植物通過光合作用將海水中的二氧化碳固定成為有機碳，并通過攝食在海洋食物鏈上傳遞形成一系列生物泵過程[12]。但人類進行的漁業(yè)活動部分截斷海洋生態(tài)系統中食物鏈，將浮游植物形成的海洋生態(tài)系統碳匯直接移出，形成一種新的生物碳匯形式，又稱為漁業(yè)碳匯[13]。貝藻養(yǎng)殖是我國近海主要的漁業(yè)活動，因此下面介紹人工養(yǎng)殖經濟藻類和貝類這兩類漁業(yè)碳匯生物。

我國海水養(yǎng)殖業(yè)中，人工養(yǎng)殖的經濟海藻多以海帶、裙帶菜、紫菜、江蘺等為主，這些海藻經過大面積栽培和收割能夠從海洋中移除大量含碳有機物，具有較好的碳匯能力。曹萬云等[14]計算了黃渤海近海以及全國近海大型經濟海藻的固碳能力，研究結果表明2011—2016年我國通過養(yǎng)殖海帶、裙帶菜、紫菜、江蘺等經濟海藻平均每年能夠固碳29.14萬噸。權偉等[15]對浙江近海藻類養(yǎng)殖的固碳強度進行了估算，結果顯示浙江省養(yǎng)殖的海帶、紫菜、羊棲菜、苔菜等具有一定的固碳能力，且紫菜的固碳能力在各類海藻中是最強的，其次是海帶，羊棲菜和苔菜的固碳能力相對較弱。國際上，許多學者也通過研究證實了藻類的固碳潛力。韓國 Ik Kyo Chung 等[16]通過分析商業(yè)種植和野生生長的大型藻類的收獲率以及它們光合作用驅動的二氧化碳吸收和生長能力論證了捕撈收獲和適當利用大型藻類的初級生產力可以在碳固存和溫室氣體排放方面發(fā)揮著重要作用。Alvera 等[17]以葡萄牙Tagus河口為研究對象，發(fā)現潮間帶大型海藻在一年中固定了大量的碳，研究表明大型海藻在碳吸收過程中發(fā)揮著重要作用。邵魁雙等[18]報道了大連海域潮間帶底棲海藻群落的固碳和儲碳規(guī)律，不僅如此，一部分海岸帶高等植物、近海浮游植物和藻類轉化、釋放的有機碳，能在微生物作用下進一步被轉化為惰性可溶性有機碳（RDOC），長期留存在海洋中，即通過微型生物碳泵機制進行儲碳[19-20]。John[21]分析了過去、現在以及將來大型海藻在固碳方面的作用，認為原來只有巖岸上的單生植物和多生植物大型藻類有助于有機碳的長期儲存，而現在越來越多的證據表明，大型藻類生態(tài)系統在海洋碳固存方面發(fā)揮作用，他還預測到未來幾十年海洋大型藻類的分布將發(fā)生重大變化，可能對長期有機碳埋藏的貢獻也會發(fā)生變化。Sarban等[22]也表示藻類具有高效的碳濃縮機制，因此具有較高的光合速率，這使它們成為二氧化碳“生物碳封存”的合適候選者。

貝類有兩種方法在海洋中儲存碳，一種是吸收海水中的 HCO- 3（碳酸氫根）形成 CaCO3碳酸鹽（貝殼成分）；另一種方法是過濾水中的微粒有機碳（包括浮游植物和微粒有機碎屑），促進貝類軟組織的生長[23]。扇貝、貽貝、牡蠣、蛤仔、泥蚶等是主要的貝類養(yǎng)殖產品，養(yǎng)殖產量在我國貝類養(yǎng)殖總量中占比較大。張繼紅等[24]于2007年以及翌年逐月測定了桑溝灣深水區(qū)和淺水區(qū)養(yǎng)殖的櫛孔扇貝固碳量，測算結果論證了櫛孔扇貝的固碳能力，同時也分析了影響櫛孔扇貝固碳速率的因素。柯愛英等[25]計算了溫州市近海養(yǎng)殖的泥蚶、縊蟶、牡蠣、青蛤和厚殼貽貝5種貝類的碳含量，結果顯示了這些貝類對海水中碳的移出具有較大潛力。Mauro[26]對意大利拉羅亞環(huán)礁養(yǎng)殖的珍珠貝碳匯進行了計算，研究結果顯示珍珠貝類有較強的固碳功能，并表示可以通過貝類養(yǎng)殖來除去碳。

國際上對于貝類是否能產生凈碳匯這一問題雖然存在爭議，但由于我國貝類養(yǎng)殖絕大多數不投放餌料，且根據貝殼形成的化學反應式可以證明形成貝殼（CaCO3）過程中碳的移出多于碳的釋放，所以養(yǎng)殖貝類產生的碳匯是漁業(yè)碳匯的一部分[27]。

2 漁業(yè)碳匯評估與計量方法

有關養(yǎng)殖貝藻固碳估算方法和固碳量的研究雖在國外相對較少，但卻得到國內學者的高度重視。海洋漁業(yè)碳匯主要包括四種固碳形式：固定在可從海水中去除的養(yǎng)殖生物體內的固定碳（亦稱為可移動碳匯）；儲存在海水中的顆粒有機碳（POC）和溶解有機碳（DOC），以及埋藏在海水中的碳或碳沉積物[28]。目前，國內外對后三種固碳形式的計算方法還沒有統一的標準，因此，本文主要總結了漁業(yè)碳匯第一種形式固碳量的計量與評估方法。

2.1 碳含量計量法

在“碳匯漁業(yè)”這一理念還沒提出前，張繼紅等[29]就于2005年根據我國大型藻類養(yǎng)殖的年產量和藻類體內的碳含量來大致計算我國人工養(yǎng)殖的海藻每年從海水中的移出碳量；并根據能量收支模型：C=F+U+R+G（其中C=攝取總能，F=糞便能，U=排泄能，R=呼吸能，G=生長能，貝類實際利用的顆粒有機碳等于C，貝類產量約等于G），再按照G在C中的比例以及養(yǎng)殖貝類的產量來概算2002年中國淺海生態(tài)系統養(yǎng)殖貝類的固碳量。宋金明等[30]提取了海帶、紫菜等主要經濟藻類養(yǎng)殖產量后換算為含碳量，計算人為大型經濟藻類養(yǎng)殖的固碳量。嚴立文等[31]認為藻體重量并不能充分表征其光合生產力，有一部分光合生產力會通過復雜的生物化學過程以顆粒有機碳（POC）和可溶性有機碳（DOC）的形式遷移進水體或沉積物中，因此其在計算2009年海水養(yǎng)殖藻類的年光合固碳總量大型藻類固碳強度時包含了DOC和POC（含生物碎屑）向水體和沉積物的輸送部分。 Fakhraini 等[32]從印度尼西亞幾個海底的海藻養(yǎng)殖系統中隨機采集海藻樣品，也采用碳含量計量法來估算不同年齡（25日齡和60日齡）大型海藻紋卡帕藻的碳固存潛力，其研究結果表明成年、幼年海藻都具有較大的碳匯能力，且成年海藻的固碳潛力比幼年海藻高。

隨著漁業(yè)碳匯概念的提出，近些年我國學者基于此能量收支模型，進一步優(yōu)化完善了碳含量的計算方法[33-34]，采用稱重法來測算海水養(yǎng)殖的貝藻類的固碳量。轉換成的具體測算公式如下：

2.3 生命周期評估法

生命周期評估（LCA）是用于評估與某一產品（或服務）相關的環(huán)境因素和潛在影響的方法，該方法被廣泛接受，從1990年代中期就開始應用于糧食系統和農業(yè)生產，但直到最近十年才應用于漁業(yè)和水產養(yǎng)殖研究[38]。LCA包括了目標和范圍定義、清單分析、影響評價和結果解釋4部分，因此最近有研究者使用LCA作為工具，在影響評價部分，分析了蛤蜊生長過程中釋放與固定二氧化碳的量，并對蛤蜊養(yǎng)殖對環(huán)境的影響進行評估。

碳營養(yǎng)元素能通過碳酸鈣沉淀儲存在貝類的外殼中，并可在收獲貝類時從海洋生態(tài)系統中移除，Edoardo等[39]估算了意大利薩卡迪戈羅瀉湖養(yǎng)殖的蛤蜊通過鈣化釋放的二氧化碳量，并采用生命周期評估法研究該瀉湖養(yǎng)殖蛤蜊對整體碳平衡的影響，以此分析文蛤作為碳匯的養(yǎng)殖潛力。此研究結果證明了文蛤養(yǎng)殖不僅能夠為大眾提供食物，還能產生凈碳匯，有助于沿海生態(tài)系統發(fā)揮重要的碳匯作用。Elena[40]也是采用生命周期評估法了解軟體動物在總體碳平衡中發(fā)揮的有效作用，以及雙殼類養(yǎng)殖是否具有海洋二氧化碳凈封存潛力，結果顯示，蛤蜊和貽貝養(yǎng)殖對環(huán)境影響最低，特別是在GWP（全球變暖潛能值）方面，所有其他養(yǎng)殖魚類或甲殼類動物都比雙殼類的影響大。

3 碳含量計量法應用案例

近些年來，我國學者普遍應用上述碳含量計量法來測算海水養(yǎng)殖貝藻類的固碳量，并根據計算出的數據來評估其碳匯潛力，如表1所示。

Tang等[41]用上述的碳含量測算公式計算了2007年我國海域通過收獲海水養(yǎng)殖貝類的可移出碳量。齊占會等[42]根據養(yǎng)殖的總產量利用公式對2009年廣東省海水養(yǎng)殖濾食性貝類和大型藻類的固碳量進行定量評估，計算結果表明：僅2009年一年廣東省通過收獲貝類產品可以從海水中移出碳106 371.44 t；通過養(yǎng)殖與收獲江蘺、紫菜和海帶等3種大型藻類，可以從海水中移出碳1 618.48 t；貝類和藻類總的碳匯量大約為11萬噸，相當于減少了約39.6萬噸的二氧化碳。

在計算出碳匯量基礎上，測算其單位減排的價值量也是評估碳匯能力的方法之一。《聯合國氣候變化框架公約的京都議定書》（也稱為《京都議定書》）中預計的工業(yè)化國家減排CO2的成本為150～600 美元/t，參考近期美元兌人民幣的匯率（1美元 ≈ 6.7元），折合人民幣 1 005～4 020 元/t；據此可以估算漁業(yè)碳匯的價值量：碳匯價值量 = 碳匯能力×單位碳減排經濟成本[43]。

李昂等[44]以《2010年中國漁業(yè)年鑒》上2010年河北省海水養(yǎng)殖的產量數據為基礎對2010年河北省海水養(yǎng)殖貝類與藻類的碳匯能力進行評估：通過收獲海水養(yǎng)殖貝類與藻類可實現碳匯作用約2.75×104 t，其中貝類軟體組織中9 259.35 t、貝殼中18 152.57 t、大型藻類藻體中33.76 t，相當于減排CO2 1.01×105 t，折合人民幣6 038萬元。郭波[45]根據2007年我國海水養(yǎng)殖藻類和貝類的年產量來估算它們的碳匯作用，經計算，藻類從海水中移出碳總量33.80萬噸，CO2吸收量124.05萬噸，貝類從海水中移出碳總量86.14萬噸，CO2吸收量316.14萬噸，2007我國貝藻類從海水中年移出碳量總計約120萬噸，CO2年吸收量約440萬噸。于佐安等[46]對2015—2017年遼寧省貝藻類養(yǎng)殖的碳匯能力進行定量評估，結果表明：2015、2016、2017年遼寧省海水養(yǎng)殖貝藻類通過收獲可以從海水中分別移除碳約27.95萬噸、27.51萬噸和27.86萬噸，平均每年移除碳約27.77萬噸，相當于101.82萬噸二氧化碳，減排這些CO2所需費用約1.60億元。

近期，顧波軍[47]等基于貝藻產量的物質量以及碳含量參數等測算了2005—2019年浙江省海水貝藻養(yǎng)殖碳匯量。張麋鳴等[48]也是使用碳含量公式估算了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，計算結果顯示2014—2019年全國貝藻類養(yǎng)殖碳匯強度的年均值約為640萬噸，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，而福建省2014—2019年貝藻類養(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，同時福建省估算的碳匯強度在全國估算值的占比逐年遞增且占據主導地位，可見福建省具有較強的海水貝藻類養(yǎng)殖碳匯潛力。Lai等[49]采用物質質量評價方法，對貝類和藻類的碳匯容量進行了評價，結果顯示2003—2019年，中國海水貝類和藻類養(yǎng)殖累計產量超過2.3億噸，年均產量1 378萬噸，比2003年（1 124萬噸）增長50.65%。

但碳含量計量法只是針對可從海水中去除的養(yǎng)殖生物體內固碳量的計算方法，忽視了海藻種植過程中丟失的顆粒有機碳和惰性溶解有機碳在碳封存中的作用，也即在海洋沉積物和水中的長期碳儲存。認識到這一問題，許多研究者都對計量方法或者測算模型進行了改進。Gao等[52]使用了新的計算方法，將海水養(yǎng)殖藻類產生的POC和DOC兩部分的碳封存量也計算在內。楊林等人以及Li等人在經典的“可移出碳匯”模型基礎上，剔除其中部分不具有碳匯功能的碳，把貝藻通過釋放POC和DOC形成的碳匯納入測算模型[53-54]。

4 總結與展望

二氧化碳排放量不斷上升導致的全球變暖已成為全球性問題，并且嚴重威脅著人類的生存環(huán)境和健康。作為世界上碳排放量最多的國家，我國在減少二氧化碳排放、增強碳匯等方面做出了許多努力，也取得了一定成就。隨著漁業(yè)碳匯這一概念的提出，我國學者逐漸致力于對海洋漁業(yè)碳匯的研究，且主要集中于對海水養(yǎng)殖貝藻類碳匯的研究。我國雖然海水養(yǎng)殖業(yè)高度發(fā)達，養(yǎng)殖面積和年產量都比較高且在不斷增加，但目前，我國海洋漁業(yè)碳匯的發(fā)展還處于初級階段，在理論基礎研究方面還存在很多不足。

在漁業(yè)碳匯的計量與評估方面，目前只有針對可從海水中去除的養(yǎng)殖生物體內固碳量的計算方法，并且測算的方法較少也不統一。而對于另外兩種形式的漁業(yè)碳匯的計量方法研究比較匱乏。另外，現在普遍使用的碳含量計量法選取的指標、具體的計算的方式以及側重點有所不同。因此，為了對漁業(yè)碳匯量進行具體且精確評估，今后的測算或計量還需協調不同計量與評估方法優(yōu)缺點、考慮實際計算時的誤差等問題，形成相對成熟完善且統一的計量與評估方法。現針對在查閱文獻過程中發(fā)現的一些問題進行總結并提出建議。

一是使用統一的碳匯評估標準和計量方法，建立較為完善的計量與評估體系。

通過前文對漁業(yè)碳匯計量與評估方法應用實例總結來看，我國研究者大部分使用的碳含量計量法，也即根據生物體內碳含量來計算貝藻等通過收獲產生的直接固碳量，但這只是對貝藻體內儲碳的評估，不能客觀反映海水養(yǎng)殖貝藻的固碳強度，還有一部分因為捕食、代謝等產生的間接碳匯無法計量。可見，此前我國對于漁業(yè)碳匯的測算缺少計算、評估的標準方法與框架體系，應使用全面且統一的測算方法，如采用《海洋碳匯核算方法》（HY/T 0305-2021）等行業(yè)標準，并通過養(yǎng)殖貝藻類的有機碳釋放率等相關數據，豐富核算所需的相關參數，逐步建立一套科學可行的測量方法和完善的數據庫。以便全面具體地測算出我國海洋漁業(yè)碳匯能力，從而為我國海水漁業(yè)碳匯的發(fā)展提供科學準確的數據支撐。

二是根據養(yǎng)殖海域環(huán)境質量、養(yǎng)殖模式等情況選取合適的參數指標進行漁業(yè)碳匯測算。

雖然眾多研究者大都是根據碳匯生物體碳含量進行估算，但是在進行碳匯計量時選取的的參數、指標等不完全統一。例如，有些研究者對于藻類干濕重轉換系數、藻類生物體碳含量等參數的選取有所不同；針對貝類的碳匯量測算有的學者只計算養(yǎng)殖貝類的貝殼固碳，而有的學者則對養(yǎng)殖貝類的貝殼與軟體兩部分進行固碳計量。因此，應該根據不同海域的環(huán)境狀況以及不同養(yǎng)殖模式選取合適該區(qū)域碳匯計量指標進行測算。

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Abstract：The current status of research related to fisheries carbon sinks at home and abroad was reviewed， the measurement and assessment methods of fisheries carbon sinks were compareed and analyzed，and the application cases of carbon sink calculation methods were introduced.At last，suggestions were made for its measurement and assessment methods.

Key words：fishery carbon sink；measurement and assessment；mariculture

（收稿日期：2023-03-29）