海洋渔业碳汇计量与评估方法研究进展

摘 要：综述了国内外渔业碳汇相关研究现状，比较分析了渔业碳汇的计量与评估方法，介绍了碳汇计算方法的应用案例，最后对其计量与评估方法提出了建议。

关键词：渔业碳汇；计量与评估；海水养殖

早在1997年日本签订《京都议定书》后，国际上就逐渐对碳循环和碳平衡的问题重视起来。自工业革命以来二氧化碳的排放量不断上升，所带来的全球变暖及其他气候与环境问题也已成为全球性热点，因此，减少碳排放、增加碳汇迫在眉睫。20世纪90年代国内外都普遍认为森林生态系统具有强大的碳汇功能[1-2]，而海洋及海洋生物对二氧化碳吸收、固定的作用与贡献，并没有像森林那样受到重视。直到21世纪初，联合国环境规划署等多家机构联合发布了《蓝碳：健康海洋对碳的固定作用——快速反应评估》[3]，此后，海洋的固碳功能逐渐得到了学术界的广泛关注。

海洋生态系统每年从大气中吸收CO2占全球排放量的20%～35%，海洋的固碳能力远远大于其他生态系统，海洋碳库固定的碳是大气的50倍，是陆地生态系统的20倍[4]。一些近海的渔业活动，如人工养殖经济藻类或贝类通过捕捞收获能够较好地固定和移出碳[5]。渔业碳汇是海洋碳汇的重要组成部分，最早由我国唐启升院士提出，是指通过渔业生产活动促进水生生物吸收水体中的CO2，并通过收获把这些已经转化为生物产品的碳移出水体的过程和机制，也被称为“可移出的碳汇”，这个过程和机制，实际上提高了水体吸收大气CO2的能力[6]。海洋渔业碳汇不仅包括藻类和贝类等生物通过光合作用和大量滤食浮游植物从海水中吸收碳元素的过程，还包括以浮游生物、贝类和藻类为食的鱼类、头足类、甲壳类和棘皮动物等生物类别通过生长活动所储存的碳[7]。我国是世界上最大的海水养殖国家，养殖面积和产量位居世界首位[8]，且大部分沿海地区多以海水养殖贝藻类为主。

大力发展海洋渔业碳汇能够促进我国碳汇经济发展，解决区域海洋环境问题，有效实现碳中和，并且还在食物安全、水资源及生物多样性保护，增加就业、渔民增收等方面有实际意义。准确的固碳计量是碳汇价格核算的重要前提条件，但目前养殖贝藻类固碳基础计量与评估方法相对薄弱，固碳计量方法还存在数据指标不完善的问题，这也限制了养殖贝藻类碳汇定价研究的发展[9]。碳汇的计量能更好地推动中国渔业碳汇发展，促进国际碳汇交易市场的建立，助力碳达峰、碳中和目标的实现[10]。因此，本文通过对渔业碳汇评估与计量方法的总结，为我国渔业碳汇价值核算提供理论方法，以便能够更好地估算碳汇强度、评估碳汇发展潜力，反映养殖贝藻类碳汇的经济价值，使养殖贝藻类碳汇有价可循。

1 渔业碳汇概念以及形成原理

海洋在全球碳循环中发挥着重要作用，地球上超过一半（55%）的生物碳或是绿色碳捕获是由海洋生物完成的，这些海洋生物包括浮游植物、细菌、海岸带植物群落、贝类等[11]。浮游植物通过光合作用将海水中的二氧化碳固定成为有机碳，并通过摄食在海洋食物链上传递形成一系列生物泵过程[12]。但人类进行的渔业活动部分截断海洋生态系统中食物链，将浮游植物形成的海洋生态系统碳汇直接移出，形成一种新的生物碳汇形式，又称为渔业碳汇[13]。贝藻养殖是我国近海主要的渔业活动，因此下面介绍人工养殖经济藻类和贝类这两类渔业碳汇生物。

我国海水养殖业中，人工养殖的经济海藻多以海带、裙带菜、紫菜、江蓠等为主，这些海藻经过大面积栽培和收割能够从海洋中移除大量含碳有机物，具有较好的碳汇能力。曹万云等[14]计算了黄渤海近海以及全国近海大型经济海藻的固碳能力，研究结果表明2011—2016年我国通过养殖海带、裙带菜、紫菜、江蓠等经济海藻平均每年能够固碳29.14万吨。权伟等[15]对浙江近海藻类养殖的固碳强度进行了估算，结果显示浙江省养殖的海带、紫菜、羊栖菜、苔菜等具有一定的固碳能力，且紫菜的固碳能力在各类海藻中是最强的，其次是海带，羊栖菜和苔菜的固碳能力相对较弱。国际上，许多学者也通过研究证实了藻类的固碳潜力。韩国 Ik Kyo Chung 等[16]通过分析商业种植和野生生长的大型藻类的收获率以及它们光合作用驱动的二氧化碳吸收和生长能力论证了捕捞收获和适当利用大型藻类的初级生产力可以在碳固存和温室气体排放方面发挥着重要作用。Alvera 等[17]以葡萄牙Tagus河口为研究对象，发现潮间带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过程中发挥着重要作用。邵魁双等[18]报道了大连海域潮间带底栖海藻群落的固碳和储碳规律，不仅如此，一部分海岸带高等植物、近海浮游植物和藻类转化、释放的有机碳，能在微生物作用下进一步被转化为惰性可溶性有机碳（RDOC），长期留存在海洋中，即通过微型生物碳泵机制进行储碳[19-20]。John[21]分析了过去、现在以及将来大型海藻在固碳方面的作用，认为原来只有岩岸上的单生植物和多生植物大型藻类有助于有机碳的长期储存，而现在越来越多的证据表明，大型藻类生态系统在海洋碳固存方面发挥作用，他还预测到未来几十年海洋大型藻类的分布将发生重大变化，可能对长期有机碳埋藏的贡献也会发生变化。Sarban等[22]也表示藻类具有高效的碳浓缩机制，因此具有较高的光合速率，这使它们成为二氧化碳“生物碳封存”的合适候选者。

贝类有两种方法在海洋中储存碳，一种是吸收海水中的 HCO- 3（碳酸氢根）形成 CaCO3碳酸盐（贝壳成分）；另一种方法是过滤水中的微粒有机碳（包括浮游植物和微粒有机碎屑），促进贝类软组织的生长[23]。扇贝、贻贝、牡蛎、蛤仔、泥蚶等是主要的贝类养殖产品，养殖产量在我国贝类养殖总量中占比较大。张继红等[24]于2007年以及翌年逐月测定了桑沟湾深水区和浅水区养殖的栉孔扇贝固碳量，测算结果论证了栉孔扇贝的固碳能力，同时也分析了影响栉孔扇贝固碳速率的因素。柯爱英等[25]计算了温州市近海养殖的泥蚶、缢蛏、牡蛎、青蛤和厚壳贻贝5种贝类的碳含量，结果显示了这些贝类对海水中碳的移出具有较大潜力。Mauro[26]对意大利拉罗亚环礁养殖的珍珠贝碳汇进行了计算，研究结果显示珍珠贝类有较强的固碳功能，并表示可以通过贝类养殖来除去碳。

国际上对于贝类是否能产生净碳汇这一问题虽然存在争议，但由于我国贝类养殖绝大多数不投放饵料，且根据贝壳形成的化学反应式可以证明形成贝壳（CaCO3）过程中碳的移出多于碳的释放，所以养殖贝类产生的碳汇是渔业碳汇的一部分[27]。

2 渔业碳汇评估与计量方法

有关养殖贝藻固碳估算方法和固碳量的研究虽在国外相对较少，但却得到国内学者的高度重视。海洋渔业碳汇主要包括四种固碳形式：固定在可从海水中去除的养殖生物体内的固定碳（亦称为可移动碳汇）；储存在海水中的颗粒有机碳（POC）和溶解有机碳（DOC），以及埋藏在海水中的碳或碳沉积物[28]。目前，国内外对后三种固碳形式的计算方法还没有统一的标准，因此，本文主要总结了渔业碳汇第一种形式固碳量的计量与评估方法。

2.1 碳含量计量法

在“碳汇渔业”这一理念还没提出前，张继红等[29]就于2005年根据我国大型藻类养殖的年产量和藻类体内的碳含量来大致计算我国人工养殖的海藻每年从海水中的移出碳量；并根据能量收支模型：C=F+U+R+G（其中C=摄取总能，F=粪便能，U=排泄能，R=呼吸能，G=生长能，贝类实际利用的颗粒有机碳等于C，贝类产量约等于G），再按照G在C中的比例以及养殖贝类的产量来概算2002年中国浅海生态系统养殖贝类的固碳量。宋金明等[30]提取了海带、紫菜等主要经济藻类养殖产量后换算为含碳量，计算人为大型经济藻类养殖的固碳量。严立文等[31]认为藻体重量并不能充分表征其光合生产力，有一部分光合生产力会通过复杂的生物化学过程以颗粒有机碳（POC）和可溶性有机碳（DOC）的形式迁移进水体或沉积物中，因此其在计算2009年海水养殖藻类的年光合固碳总量大型藻类固碳强度时包含了DOC和POC（含生物碎屑）向水体和沉积物的输送部分。 Fakhraini 等[32]从印度尼西亚几个海底的海藻养殖系统中随机采集海藻样品，也采用碳含量计量法来估算不同年龄（25日龄和60日龄）大型海藻纹卡帕藻的碳固存潜力，其研究结果表明成年、幼年海藻都具有较大的碳汇能力，且成年海藻的固碳潜力比幼年海藻高。

随着渔业碳汇概念的提出，近些年我国学者基于此能量收支模型，进一步优化完善了碳含量的计算方法[33-34]，采用称重法来测算海水养殖的贝藻类的固碳量。转换成的具体测算公式如下：

2.3 生命周期评估法

生命周期评估（LCA）是用于评估与某一产品（或服务）相关的环境因素和潜在影响的方法，该方法被广泛接受，从1990年代中期就开始应用于粮食系统和农业生产，但直到最近十年才应用于渔业和水产养殖研究[38]。LCA包括了目标和范围定义、清单分析、影响评价和结果解释4部分，因此最近有研究者使用LCA作为工具，在影响评价部分，分析了蛤蜊生长过程中释放与固定二氧化碳的量，并对蛤蜊养殖对环境的影响进行评估。

碳营养元素能通过碳酸钙沉淀储存在贝类的外壳中，并可在收获贝类时从海洋生态系统中移除，Edoardo等[39]估算了意大利萨卡迪戈罗泻湖养殖的蛤蜊通过钙化释放的二氧化碳量，并采用生命周期评估法研究该泻湖养殖蛤蜊对整体碳平衡的影响，以此分析文蛤作为碳汇的养殖潜力。此研究结果证明了文蛤养殖不仅能够为大众提供食物，还能产生净碳汇，有助于沿海生态系统发挥重要的碳汇作用。Elena[40]也是采用生命周期评估法了解软体动物在总体碳平衡中发挥的有效作用，以及双壳类养殖是否具有海洋二氧化碳净封存潜力，结果显示，蛤蜊和贻贝养殖对环境影响最低，特别是在GWP（全球变暖潜能值）方面，所有其他养殖鱼类或甲壳类动物都比双壳类的影响大。

3 碳含量计量法应用案例

近些年来，我国学者普遍应用上述碳含量计量法来测算海水养殖贝藻类的固碳量，并根据计算出的数据来评估其碳汇潜力，如表1所示。

Tang等[41]用上述的碳含量测算公式计算了2007年我国海域通过收获海水养殖贝类的可移出碳量。齐占会等[42]根据养殖的总产量利用公式对2009年广东省海水养殖滤食性贝类和大型藻类的固碳量进行定量评估，计算结果表明：仅2009年一年广东省通过收获贝类产品可以从海水中移出碳106 371.44 t；通过养殖与收获江蓠、紫菜和海带等3种大型藻类，可以从海水中移出碳1 618.48 t；贝类和藻类总的碳汇量大约为11万吨，相当于减少了约39.6万吨的二氧化碳。

在计算出碳汇量基础上，测算其单位减排的价值量也是评估碳汇能力的方法之一。《联合国气候变化框架公约的京都议定书》（也称为《京都议定书》）中预计的工业化国家减排CO2的成本为150～600 美元/t，参考近期美元兑人民币的汇率（1美元 ≈ 6.7元），折合人民币 1 005～4 020 元/t；据此可以估算渔业碳汇的价值量：碳汇价值量 = 碳汇能力×单位碳减排经济成本[43]。

李昂等[44]以《2010年中国渔业年鉴》上2010年河北省海水养殖的产量数据为基础对2010年河北省海水养殖贝类与藻类的碳汇能力进行评估：通过收获海水养殖贝类与藻类可实现碳汇作用约2.75×104 t，其中贝类软体组织中9 259.35 t、贝壳中18 152.57 t、大型藻类藻体中33.76 t，相当于减排CO2 1.01×105 t，折合人民币6 038万元。郭波[45]根据2007年我国海水养殖藻类和贝类的年产量来估算它们的碳汇作用，经计算，藻类从海水中移出碳总量33.80万吨，CO2吸收量124.05万吨，贝类从海水中移出碳总量86.14万吨，CO2吸收量316.14万吨，2007我国贝藻类从海水中年移出碳量总计约120万吨，CO2年吸收量约440万吨。于佐安等[46]对2015—2017年辽宁省贝藻类养殖的碳汇能力进行定量评估，结果表明：2015、2016、2017年辽宁省海水养殖贝藻类通过收获可以从海水中分别移除碳约27.95万吨、27.51万吨和27.86万吨，平均每年移除碳约27.77万吨，相当于101.82万吨二氧化碳，减排这些CO2所需费用约1.60亿元。