內陸大水面水域碳匯形式、強度估算及增匯路徑

中圖分類號：S9-9;F326 文獻標志碼：A

“碳匯”出自《京都議定書》中對清除空氣中二氧化碳過程、活動和機制的解釋，是全球碳循環的重要一環，主要分為陸地生態系統碳匯和海洋生態系統碳匯兩大部分[]。海洋碳匯又稱“藍碳”，是指通過海洋中的浮游植物或大型植物光合作用吸收固定 CO₂ 為有機質，再通過食物鏈將有機質傳遞至其他海洋生物，這一過程對全球氣候變化有著積極影響[2]。而陸地生態系統同樣是重要的碳匯場所，森林碳匯承擔著全球碳循環的重要作用，而內陸水域生態系統輸出的有機碳甚至和埋藏于森林土壤中的相當[3，是不可忽視的一環。

唐啟升院士2011年提出“碳匯漁業”以來[4]，水產養殖捕撈行業更加關注如何實現碳匯。得益于遼闊的海洋面積與發達的養殖捕撈行業，目前關于海洋碳匯漁業的報道居多[5-6]。大水面（水庫、湖泊和外蕩等）是內陸通過增殖放流再捕撈的重要天然水域，水體深、面積大，是更理想的碳匯場所[7]不同于養殖漁業，內陸大水面的捕撈漁業的碳匯均來自天然餌料，在估算碳移出量時，可以使用捕撈水產品的平均碳含量[8]。2023年中國淡水捕撈超116萬t，其中捕撈量最高的兩個省分別是江蘇與浙江兩省，捕撈量占全國總量的近 30%^[9] 。目前有研究通過估算得出了部分省份淡水捕撈所帶來的碳匯價值，如李大命等[10估算出2014—2023年間江蘇省通過淡水捕撈移出碳總量為34.67萬 ρ_t ；岳冬冬等[11-12]采用營養級法評估了福建水庫一年捕撈漁業碳匯量為 859.7t ：浙江省平湖市、富陽區、吳興區的30艘淡水捕撈船捕撈碳匯量 909.82t_? 。

內陸大水面水域碳移出量的計算方法：碳移出量 Σ=Σ 捕撈量 × 含碳量（解綬啟）[13]。文章將結合內陸大水面增殖的水域特征和參考近海養殖水域碳匯情況，綜述內陸大水面增殖水域幾種主要碳匯類型，估算2020—2023年中國內陸大水面水域碳匯強度，并提出合理的增匯措施，為大水面淡水漁業充分發揮其碳匯功能提供科學參考。

1大水面增殖漁業主要碳匯形式

1.1 內陸大水面水域碳的存在形式

內陸大水面水域固定的碳的主要存在形式可以參考海洋養殖活動，主要以四種形式存在：水體中魚類、藻類等動植物固定；以顆粒有機碳（particulateorganicCarbon，POC）和可溶性有機碳（dis-solvedorganiccarbon，DOC）等形式留存在水中的碳[14]，以及埋藏在底部的沉積物（圖1）。

1.1. 1 生物體內的碳

內陸大水面生態系統通過浮游植物的光合作用固定大氣中溶解在水中的 CO₂ ，目前大量研究表明在水庫湖泊中由浮游植物主導的光合作用是重要的碳匯方式[15-16]。浮游動物作為更高一級的消費者同樣也是固定碳的重要生物體。在我國，內陸大水面水域中常以濾食性鰱鳙增殖為主，通過食物鏈傳遞，將浮游動植物或其他外源碳固定為動物蛋白，在凈化水質和實現水庫“碳匯”方面有著良好的效果。有研究統計鰱鳙體質量每增加 1kg ，可分別從水中吸收碳 121.5g 和 115.7g^[17] 。此外，水庫、湖泊中的蝦蟹等其他水生動物也是生物固碳中不可忽視的一環。

1.1.2顆粒有機碳（POC）與可溶性有機碳（DOC）

DOC和POC是水體固定有機碳的主要存在形式，無論在近海養殖水體或是內陸大水面增殖水域的能量代謝和物質循環中發揮著重要作用[18]。光合自養生物通過光合作用固定溶解的 CO₂ 以產生顆粒有機碳（POC），這種固碳機制使得溶解在水中的無機碳被大量固定成顆粒形式的有機碳[19]。被固定下來的有機碳一部分被浮游生物利用并通過食物鏈逐級傳遞，絕大一部分則被微生物驅動重新分解成DOC 進人水體[20-21]，這也是可溶性有機碳（DOC）的主要來源。因此POC在內陸大水面生態系統中承擔著有機碳與無機碳平衡轉換的重要功能[22]。而DOC除了來自微生物活動，水庫、湖泊中的上層藻類在光合作用吸收水中的 CO₂ 合成自身物質后，在生長過程中也會釋放大量DOC[23]。DOC實際上是支撐大量異養原核生物重要的一種有機物基質，但是這些有機質存在的時間很短，很快就會被呼吸作用重新利用產生 CO₂ 。但是未來得及被礦化被轉化為惰性物質，阻止被進一步礦化并逐步積累，形成的可溶性有機碳DOC堆積。這種積累的DOC可長期儲存，最高可達幾千年。有科學家將其命名為惰性溶解有機碳（refractorydissolvedorganiccarbon，RDOC），是水體DOC 的重要組成部分[24]

1.1.3沉積物的埋藏碳

沉積物具有巨大的固碳儲碳潛力[25]。有機碳（organiccarbon，OC）是沉積物中主要的主要儲碳方式，根據其來源可分為內源和外源有機碳。內源有機碳包括水庫湖泊藻類和水生植物分泌物或其分解后釋放的有機碳（POC、DOC）等；外源有機碳包括由水動力作用輸送至沉積物的陸源植物殘體和土壤有機碳等[26]。從陸地進入內陸水生態系統的碳約有 10% 被永久封存[27]，這一比例甚至高于海洋沉積物和陸地土壤的碳封存率[28]。盡管沉積物儲碳能力很強，但由于沉積物中微生物礦化和產甲烷菌作用，這些封存的有機碳相當一部分會以氣體（ CH₄、CO₂ ）的形式逃脫[29]（見圖1），因此沉積物對水生態系統的碳收支平衡起關鍵性作用。

1.2 碳匯方式

目前關于生物驅動的碳泵研究主要集中在海洋，生物泵（Biologicalcarbonpump，BCP）與微型生物碳泵（Microbialcarbonpump，MCP）是目前已知的兩種重要的生物儲碳機制[21]（圖1）。BCP是通過生物過程將含碳化合物從表面輸送到沉積物底部的機制[30]，是水生態系統中封存 CO₂ 的主要途徑。在表層水體中，光合作用固定 CO₂ 為顆粒有機碳，除了被呼吸作用重新利用，另一小部分的顆粒有機物通過重力、浮游動物的垂直遷移，這些遷移將有機質轉移到更深的水域并不斷積累進入沉積物中。雖然許多形式的垂直輸出都與BCP有關，但它主要側重于通過物理和生物力（即重力和垂直遷移的浮游動物的運輸）向下移動的顆粒[31]。MCP則為水生態系統碳封存提供了另一條途徑，是一種不依賴于顆粒碳沉降的儲碳機制，通過微型生物新陳代謝活動將活性有機碳轉化為惰性有機碳（RDOC），以溶解態的形式長久地將碳封存[18.，32]這一過程由眾多的水生生物驅動和微生物代謝循環共同完成，受限于微生物的復雜性和DOM化合物的大量未解決的化學結構，這一詳細過程目前并不清楚。目前有學者通過模型分析發現微生物與浮游植物生長活動在調節碳匯方面起重要作用[33]，即在浮游植物占主導地位時，BCP是主要的碳封存機制；當未出現浮游植物主導時，而是以能進行光合作用的微生物如原綠球藻主導，則MCP是碳固存的主要機制。

海洋中的藍碳是指海洋生物固定下來的移出或可以長期儲存的碳，而生物存儲碳的過程稱之為“藍色碳匯”[34]。無論是海洋漁業還是內陸漁業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都能稱為碳匯漁業[35]。增殖放流的魚類或其他水生動物固碳是目前能移出碳的重要方式，固碳的方式途徑也并非食物鏈的單一傳遞。例如通過貝類形成一定的碳匯目前已頗具成效[36-37] 。

貝類是濾食效率極高，能高效地濾食周圍的浮游植物或有機顆粒供給自身生長，將水體中的碳轉化到體內，這是貝類最常見的固碳方式。同時碳酸鈣（ CaCO₃ ）是貝殼的主要成分，在貝類生長過程中，可以利用周圍水體的中溶解碳（ HCO₃^- ）形成 CaCO₃ 每形成 1moL 碳酸鈣，即固定 1moL 碳[38]。而內陸大水面增殖放流的鰱、鳙的主要碳匯形式也同樣是食物鏈傳遞，鰱、鳙主要以浮游植物與浮游動物為食。在食物充足的情況下，鰱、鳙通常以浮游動物作為主要攝食來源；在食物匱乏時多以浮游植物為食[39]。浮游植物與浮游動物同樣是生產者與消費者的營養級關系，消費者將生產者或低營養級生物作為養分供給生長發育的同時，呼吸作用以及糞便等使得一部分碳通過重新進入食物鏈或 CO₂ 的形式揮發；另一部分通過沉降或微生物作用進入沉積物封存（見圖1）。此外，之前一些研究發現海洋中的許多硬骨魚類的腸道可分泌形態、大小各異的高鎂碳酸鹽微晶體[40-41]。海洋水環境中金屬離子含量較高，是形成結晶的基本組成成分，這種特殊的化合物也會被排出體外并沉積在底泥中，形成新的固碳途徑[42]。目前這類特殊碳匯形式在內陸淡水養殖中鮮有報道，但要揭曉內陸增殖放流魚類的固碳作用與機制，需要對這些特殊碳匯形式進行深入探究。

圖1內陸大水面水域碳循環

Fig.1Carbon cycling processes in large inland aquatic ecosystems

2 2020—2023年內陸大水面水域碳移出量

捕撈，是內陸大水面增殖水域實現碳移出的重要途徑。中國2020—2023年間內陸大水面水域移出碳量如表1所示，捕撈量數據來自中國漁業統計年鑒[8，43-44]，捕撈魚類的碳含量（ 13.9% 參考解綬啟等2013年的研究[13]。2020 年中國內陸大水面水域碳移出量相比較高，初步估算約20.26萬 t ;其次2021年16.65萬t；2023年16.24萬t；2022年16.21萬t。其中江蘇省的碳移出量最高，在2020—2023年間均占到了全國總量的 1/4 。與之前的研究結果相比，2020年后碳移出量有所下降[8]。造成這一結果的主要因素是為了保護長江流域生態環境和漁業資源，2020年中國實施的長江10年禁漁政策。通過分析數據得知（見圖2），盡管沒有天然水域的過度捕撈，捕撈量和碳移出量有所下降，近幾年中國天然水域碳移出量呈現穩定趨勢。

圖2禁漁前后內陸大水面水域捕撈量變化趨勢 Fig.2Temporal trends in fishery landings from large inland waterspre-and post-fishing ban

表12020一2023年各地區淡水捕撈碳移出量

Tab.1Freshwater fisherycarbonremoval byregion，2020-2023

續表1

注：港澳臺除外。 Note：HongKong，Macao and Taiwan are excluded.

3 增匯措施

目前人類能干預到的內陸水庫、湖泊碳匯方式極其匱乏。修建水庫本質上就是建立了一個巨大的儲碳庫，相關研究表明，在湖泊水域沉積物的有機碳埋藏速率隨著時間呈現增長趨勢[45]。從碳排放的方式看，沉積物中微生物活動和呼吸作用是碳排放的重要途徑，但人工干預沉積物在內陸大水面水域是非常困難的；從碳的存在形式上看，合理的魚類投放比例是有益于內陸大水面水域實現增匯的。內陸大水面水域富營養化程度高是常見的水體問題，不僅達不到碳匯、增匯的目的，還可能增加溫室氣體排放水平。因此，合理的增殖放流控制水體富營養化是固碳、增匯的重要措施。適當投放濾食性鰱鳙可以減輕水體負擔，同時要禁放草食性魚類，以免對水體現有水生植物造成破壞[32]。有學者研究發現，水庫中增殖放流的鰱比例達到 4：1 時，能有效控制水體藻類爆發式增長，降低富營養化程度[46]。鰱鳙的規格選擇要考慮移出碳的周期和經濟效益。選擇大規格的魚苗（不低于 200g 并在第二年捕撈，從而縮短增殖放流的周期，最大程度提高水體生產效率，將空氣中 CO₂ 盡可能轉化為魚體蛋白，從而達到增匯的目的，高效益的同時也能實現定期碳移出[47]

4 不足與展望

淡水天然水域碳匯漁業的捕撈碳移除，本質上是通過人為干預優化水生生態系統的碳循環效率，但目前存在諸多不足。捕撈活動可能擾動底泥，導致封存碳的再懸浮和釋放，抵消移除效益。現有研究多聚焦于海洋漁業和淡水漁業生產（如養殖）的碳匯貢獻，而對淡水大水面水域的碳匯和捕撈環節的碳移出量缺乏精準評估標準。

未來，不僅要建立精準的碳匯和碳移出的評估標準，同時建立捕撈碳匯的生態價值核算標準，推動其納入全國碳市場。在天然水域實施合理的禁漁，防范過度捕撈破壞食物網平衡，濾食性魚類（如鰱、）數量的較少會削弱其對浮游植物的控制作用，可能引發藻類暴發，反而降低碳匯能力。將傳統漁業升級為“藍色碳匯基礎設施”。這不僅是應對氣候變化的重要補充策略，更是推動漁業經濟綠色轉型的核心抓手。

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Carbon sink forms of inland large water bodies and estimation of carbon sink intensity

ZHANG Zheng'，LIU Mei ¹ ，LIAN Qingping1，GUO Aihuan1， ZHOU Dan ¹ ，CHEN Guangmei ² ， YUAN Julin'

（1.ZhejiangIstuteofFreshaterFsheres/KeyLboratoryofFreshaterFsheryHalthquculture，inistryofAgcuturendRu ralAffairs/KeyLaboratoryofFreshuaterAquacultureGeneticsandBreding，Huzhou313Ol，ZhejiangChina；2.ZhejingFenghe FreshwaterFisheries Co.，Ltd，Lishui 3230OO，Zhejiang China）

Abstract：Building on the framework of marine carbon sequestration fisheries，this study reviews the primary forms of carbon storage in inland large water bodies—including reservoirs，lakes，and overflow areas—and examines the associated carbon sequestration mechanisms.Based on fisheries statistical data from 2O21 to 2O24，the study estimates the annual total carbon export from these water bodies in various regions of China since the commencement of the10-year fishing ban in theYangtze River（beginning in 2O2O）.Finally，the study proposes feasible methods for enhancing the carbon sequestration capacity of large water bodies.The research results show that thecarbon n the inland large water surface proliferation waters is retained in the form of carbon fixed byanimalsand plants，particulate organic carbon（POC），disolved organic carbon（DOC），and sediment buried at the bottom．Two important biological carbon storage mechanisms have been identified：the Biological Carbon Pump（BCP）and the Microbial Carbon Pump（MCP）.Preliminary estimates of annual carbon export from China’s inland water bodies for the years 2020 to 2023are approximately 202，600 tons，166，500 tons，162，100 tons，and 162，400 tons.Inland waterbodies serve as vital carbon sinks. Investigating the storage forms and sequestration mechanisms，along with exploring enhancement strategies，can foster the development of carbon sequestration within China's freshwater fisheries.This research supports eforts in the freshwater aquaculture industry toward achieving carbon peak and carbon neutrality goals.

Keywords：inland water bodies； carbon sequestration capacity；carbon export； freshwater fisheries