大型海藻养殖碳汇功能研究新进展

海洋作为地球系统中最大的活跃碳库，在调节气候变化方面发挥着重要作用。长期以来，“蓝碳”特指那些固定在红树林、盐沼和海草床等海洋生态系统中的碳，而大型海藻作为近海初级生产者的重要组成部分，被排除在蓝碳范畴之外。最近，越来越多的研究显示，大型海藻能长期储碳，具有碳汇功能。但对于大型海藻养殖在缓解气候变化方面能发挥多大作用还存在诸多争议。

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$ Y4 q: H0 j6 y( M3 \厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室高光及其研究团队对以往研究进展进行综述与分析，发现海洋初级生产者（包括红树林、盐沼、海草床、大型海藻和浮游植物）的固碳储碳能力在人类世整体存在下降趋势（图1），这要求我们必须进行人为干预来增加海洋碳汇功能。比较并剖析上述几种海洋初级生产者固碳储碳能力与潜力，结果显示大型海藻养殖在可利用面积及可操作性方面具有一定优势。以每年需要扣押4 Gt CO2（基于RCP2.6本世纪末升温不超过2℃）计算，所需大型海藻养殖面积在全球可利用适宜养殖面积之内(48×108 ha)。


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图1 气候变化背景下海洋初级生产者固碳储碳能力变化。CO2、SST、 pH、SLR等数字代表本世纪末的变化量（括号内外分别基于RCP2.6和8.5）；蓝色箭头表示上升趋势，红色箭头表示下降趋势
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我国是第一海藻养殖大国，但在大型海藻养殖碳汇估算方面还存在一定误区。本研究结合已有科研基础，构建了养殖大型海藻碳路径模型（图2），基于近五年海藻产量对我国养殖的大型海藻碳流向进行了估算，结果显示我国大型海藻养殖每年能从海水中移除约605,830吨碳，能长期储碳约344,128吨。通过比较几种主要养殖大型海藻发现，龙须菜和海带具有较强的固碳和储碳能力，以每年需要吸收2.5 Gt CO2计算（我国2060年达到碳中和需要扣押的碳量），所需最小养殖面积（收获的海藻也用于储碳）为45.4百万公顷。大型海藻在固碳储碳的同时，每年能吸收70,615吨氮和8,515吨磷，同时释放2,533,221吨氧气，因此在缓解近海富营养化及低氧（海洋动物养殖造成）方面也发挥重要作用。龙须菜具有最高的氮吸收能力，海带具有最高的磷吸收能力。
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图2  远海大型海藻养殖的碳路径模式（红色部分表示长期储碳）


针对大规模养殖大型海藻可能面临的问题，作者也提出了相应解决方案，例如利用多营养层次综合养殖（IMTA）解决营养盐限制问题，结合小体量高价值的食品市场和大体量低价值的生物能源市场，解决大型海藻的市场消费问题等。综上，本研究发现大型海藻养殖在实现碳中和、缓解气候变化方面能够发挥较为重要的作用，但同时也存在相当的挑战，后续研究需要关注以下几个方面：（1）挑选/培育能够适应远海环境的大型海藻；（2）研发与提升远海养殖技术；（3）估算大规模养殖大型海藻的碳足迹并尽可能减少养殖过程中的碳排放；（4）进一步评估大型海藻养殖对生态系统和大气潜在的负面效应，例如破坏臭氧物质的释放等。
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以上研究发表在Journal of Applied Ecology和Environmental Research Letters上，文章通讯作者为高光副教授，共同作者包括我实验室高坤山教授、2020级硕士研究生高林、蒋美佳、谢姝妤，澳大利亚莫纳什大学John Beardall教授，广州大学金鹏副教授以及海南大学何林文副研究员等。该研究得到了国家重点研发计划“蓝色粮仓”专项（2018YFD0900703）、国家自然科学基金面上项目（42076154）、MEL自主研究课题（MELRI2004）等资助。

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- V5 ~7 Q% o5 \' [! N: Y! \论文来源
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Gao G*, Beardall J, Jin P, Gao L, Xie S, Gao K. A review of existing and potential blue carbon contributions to climate change mitigation in the Anthropocene. Journal of Applied Ecology, 2022, https://doi.org/10.1111/1365-2664.14173.

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Gao G*, Gao L, Jiang M, Jian A, He L. The potential of seaweed cultivation to achieve carbon neutrality and mitigate deoxygenation and eutrophication. Environmental Research Letters, 2021, https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac3fd9.

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