海洋碳汇研究进展及南海碳汇渔业发展方向探讨

二氧化碳（CO2）是温室气体的主要成分,近代工业化的迅速发展导致碳的排放量不断增长,自2005年2月16日《京都议定书》正式生效以来,节能减排、碳＂源＂、碳＂汇＂等概念越来越受到关注。海洋占地球面积的70%以上,是最大的＂碳库＂,约占全球碳总量的93%,约为大气的50倍。海洋的固碳机制主要包括碳酸盐体系驱动的＂溶解度泵＂和浮游生物驱动的＂生物泵＂过程,这些过程对大气CO2的浓度和全球碳循环的系统过程都有重要的影响。同时,近海由于受人类活动的显著影响,尤其是近岸的渔业活动,对碳循环和海洋增汇有着重要的影响。文章对主要的碳源和碳汇以及海洋固碳机制研究进展进行了综述,并探讨了南海碳汇渔业发展的重点研究方向。     

海洋牧场渔业碳汇研究进展

海洋通过“溶解度泵”和“生物泵”完成碳汇过程，且具有碳固存容量大、储存时间长的显著优势，可有效缓解CO2排放产生的温室效应，在应对全球气候变化中发挥着不可替代的作用。渔业是人类利用海洋的基础生产活动，对近海碳循环过程具有重要的影响，渔业碳汇是海洋碳汇不可或缺的组成部分。海洋牧场作为一种以水域栖息地修复、水生生物资源养护为主旨的新型渔业模式，通过增殖水生生物资源量，提升生物固碳量，实现渔业对海洋碳汇的扩增。本文针对我国对海洋牧场的界定，梳理了国内外对海洋牧场关键碳汇因子固碳机理及其过程和潜能等方面的研究现状，浅析了海草床、牡蛎礁等典型海洋牧场生态系统在近海碳汇扩增中的重要作用。建议在海洋牧场固碳机理与碳循环过程、海洋牧场碳汇扩增技术和海洋牧场碳汇计量方法等方面开展重点研究，以期为渔业绿色发展，扩增海洋碳汇和服务“双碳”战略提供科学参考。     

碳汇渔业的研究进展

<正>海洋碳汇，是指一定时间周期内，海洋储碳的能力或容量。按照碳汇和碳源的定义，以及海洋生物固碳的特点，碳汇渔业是指通过渔业生产活动，促进水生生物吸收水体中的二氧化碳(CO₂)，并通过收获，将这些碳移出水体的过程和机制，也被称为“可移出的碳汇”。碳汇渔业是能够充分发挥碳汇功能，直接或间接吸收并储存水体中的CO₂，降低大气中的CO₂浓度，进而减缓水体酸度和气候变暖的渔业生产活动的泛称。     

中国近海生态系统碳循环与生物固碳

本文系统总结了近几年来中国近海海-气界面碳通量及控制因素、近海碳循环的关键过程以及近海生物固碳强度的研究进展,提出了中国近海渔业碳汇过程研究应关注的主要科学问题.近海海-气界面碳通量过程、生物泵过程、颗粒物沉降与释放以及捕捞/养殖碳转移过程是中国近海生态系统碳循环的主要控制过程.中国近海在总体上是大气二氧化碳的汇,年吸收3 000万～5 000万t碳,但在部分浅海海域如胶州湾、长江口等是大气二氧化碳的源:中国近海浮游植物的年固碳量可达6.39亿t,春季和夏季浮游植物固碳占全年的65.3%.南海浮游植物固碳达4.16亿t,为渤海、黄海和东海的2倍.渔业捕捞与海水养殖可明显增加海洋碳汇,仅就近几年大型藻养殖而言,每年可多固定40万t碳,如果每年的养殖量增加5%,到2020年大型藻养殖可固定碳93万t/年,所以,为增加渔业捕捞与海水养殖碳汇,必须加强揭示渔业碳汇海域生态环境、建立渔业碳增汇强度评估方法以及明确渔业资源利用碳再生循环周期等研究.     

内陆渔业生态系统的碳循环特征及碳汇机制

渔业是水体生态系统中惟一可控的有效增汇产业, 碳汇渔业是水体生态系统中惟一的“碳汇产业”。为了更好地把握内陆渔业生态系统碳循环及碳汇机制的特征, 目前的重点研究应包括内陆渔业水域生态环境(包括自然水域和池塘)中碳循环的规律, 碳赋存形态的归转, 各类水产品生物对碳汇的贡献途径和份额以及相应的计量体系和评价模型等; 同时, 希望合理地估算及测定内陆渔业水体、水–气界面间CO2通量, 把握内陆渔业水域生态系统碳源/碳汇的动态, 进而构建内陆渔业水域生态系统的环境碳/生物碳/碳通量时空变化的信息库。     

渔业碳汇与碳汇渔业定义及其相关问题的辨析

本文基于联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)关于碳汇和碳源的解释和水生植物固碳特点,对2010年提出的渔业碳汇和碳汇渔业的定义进行修订,强调了渔业碳汇功能和增汇的基本表达方式和水生植物在渔业碳汇中的重要作用,进一步解释了通过水生藻类养殖、滤食性贝类和鱼类等养殖、渔业生物群体捕捞和增殖等渔业生产活动促进水生生物“移出和储存”CO2等温室气体的过程和机制。分析了贝类养殖在不需要投放饵料的前提下,通过滤食浮游植物及有机碎屑等颗粒有机物大量使用水体中CO2的过程及机制,从能量收支层面论述了使用碳、移出碳、储存碳和释放碳4个碳库的特征及其数量关系,进而证实贝类养殖提升了水域生态系统碳汇能力,是碳汇而不是碳源。贝藻养殖碳汇评估结果表明,随着海水养殖生产持续发展,近20年我国近海贝藻养殖碳汇有较大幅度的增加,总碳汇量从2001年394万t增加到2020年659万t,其中近三年(2018—2020)平均总碳汇量为648万t (相当于每年义务造林87万hm2);净碳汇量从2001年255万t增加到2020年430万t,近三年(2018—2020)平均净碳汇量为422万t (相当于每年义务造林56万hm2)。最后,提出了健康持续、深入发展碳汇渔业的相关建议。     

大型海藻碳汇效应研究进展

大型海藻光合作用是海域初级生产力的来源之一,是海洋碳循环中关键的一环。大型海藻可通过光合作用有效地吸收海水中溶解的无机碳以及大气中的CO2,将其转化为有机碳并释放O2,光合作用的产物除支持生态系统外,还以有机物的形式埋藏在沉积物中,进而形成碳的汇。大型海藻的养殖和增殖对CO2的减排、减缓海洋酸化、扩增海洋碳汇效应以及缓解气候变化都有重要意义。本文就大型海藻碳汇机理、潜力以及大型海藻碳汇能力的扩增途径进行了综述,为大型海藻碳汇效应研究的发展提供了依据。     

人工鱼礁材料添加物碳封存能力及其对褶牡蛎(Ostrea plicatula)固碳量的影响

本研究将农渔废弃物(花生秸秆和海湾扇贝壳)作为鱼礁材料添加物,利用礁体自身碳封存增加人工鱼礁碳汇潜能的可行性,并通过研究礁体附着生物的变化特征,探讨礁体材料添加物对人工鱼礁生态系统生物固碳的影响。结果显示,实验海区礁体附着生物的优势种为褶牡蛎(Ostrea plicatula Gmelin),添加了花生秸秆和海湾扇贝壳的人工鱼礁并未显著增加褶牡蛎的附着量(P0.05)。通过对添加物礁体自身碳封存量的计算,海湾扇贝壳添加物单位实验礁的最小碳封存量为104.13 kg,最大碳封存量为260.32 kg;花生秸秆添加物单位实验礁的最小碳封存量为296.28 kg,最大碳封存量为740.70 kg;实验礁体添加物的总碳封存量达2802.87 kg。以此估算,如将实验所在的66.67 hm2礁区已投放的圆管型混凝土礁材料加入添加物,以海湾扇贝壳替代率为10%计算,至少可完成52040.00 kg碳的封存,以花生秸秆替代率为25%计算,礁体自身的碳封存量可达370350.00 kg。     

人工鱼礁材料添加物碳封存能力及其对褶牡蛎(Ostrea plicatula)固碳量的影响

本研究将农渔废弃物(花生秸秆和海湾扇贝壳)作为鱼礁材料添加物,利用礁体自身碳封存增加人工鱼礁碳汇潜能的可行性,并通过研究礁体附着生物的变化特征,探讨礁体材料添加物对人工鱼礁生态系统生物固碳的影响.结果显示,实验海区礁体附着生物的优势种为褶牡蛎(Ostrea plicatula Gmelin),添加了花生秸秆和海湾扇贝壳的人工鱼礁并未显著增加褶牡蛎的附着量(P＞0.05).通过对添加物礁体自身碳封存量的计算,海湾扇贝壳添加物单位实验礁的最小碳封存量为104.13kg,最大碳封存量为260.32kg;花生秸秆添加物单位实验礁的最小碳封存量为296.28kg,最大碳封存量为740.70 kg;实验礁体添加物的总碳封存量达2802.87 kg.以此估算,如将实验所在的66.67 hm2礁区已投放的圆管型混凝土礁材料加入添加物,以海湾扇贝壳替代率为10％计算,至少可完成52040.00 kg碳的封存,以花生秸秆替代率为25％计算,礁体自身的碳封存量可达370350.00kg.     

国际海洋生物碳汇研究进展

海洋是地球上最大的碳库.整个海洋中蓄积的碳总量达到39×1012t,占全球碳总量的93%,约为大气的53倍.这些碳或重新进入生物地球化学循环,或被长期储存起来;而其中一部分被永久地储存在海底.根据联合国<蓝碳>报告,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生物、细菌、海藻、盐沼植物和红树林.本文综述了近年国际上对海洋生物碳汇的研究结果,阐述了海洋生物固碳的机制、海洋生物碳汇的现状及其修复措施,同时评价和论述了海水贝藻养殖作为渔业碳汇的地位与作用.     

滤食性贝类养殖碳汇功能研究进展及未来值得关注的科学问题

我国是世界海水滤食性贝类养殖第一大国，滤食性贝类及其所处的近海生态系统与碳的生物地球化学过程关系密切。本文概述了滤食性贝类养殖碳汇研究进展，分析了目前在支撑数据的科学性和系统性、对关键过程和机理认知等方面存在的问题，提出了后续在碳汇形成过程和机制的基础研究、方法学研发和交易体系建设、碳汇扩增模式构建和产业化应用等亟需持续深入的方向。研究结果将为深入认识和科学评估滤食性贝类养殖生态系统的碳汇效应及其服务国家“双碳”战略目标的潜力提供科学依据。     

浒苔碳汇功能评估及其扩增途径

浒苔(Ulva prolifera)不仅是绿潮暴发的主要生物种类,也是海洋中重要的碳汇生物。浒苔生长速度快、繁殖方式多样、抗逆能力强,能够在短时间内形成大规模生物量,本文在此基础上评述了中国近海浒苔生物在生长和漂移过程中的固碳特点：浒苔具有独特的高pH诱导HCO3–利用机制,可提高HCO3–的吸收效率,并促进漂浮浒苔对空气中CO2的吸收,同时,C4固碳途径增强了漂浮浒苔在高光辐射时的碳固定效率,这种多样化的碳吸收和碳固定模式,使漂浮浒苔光合固碳能力增强,漂浮状态下可以快速积累生物量。以上特点使得浒苔的固碳效率显著高于主要养殖藻类,如海带、裙带菜和紫菜等。2007年以来,黄海海域连续15年暴发世界上最大规模浒苔绿潮,最大分布面积年均在3万km2以上,最大覆盖面积年均超过500 km2,浒苔生物量年均在150万t以上,据此估算,2008―2020年净碳汇量为2.5~27.5万t,年均超过7.8万t,高于主要养殖藻类,如江蓠、紫菜和裙带菜的年均固碳量,仅次于海带的年均固碳量。浒苔巨大的生物量和强大的碳固定能力使其成为一个潜在的、不可忽视的海洋碳汇和碳储途径,建议浒苔绿潮暴发时,进一步加强浒苔打捞力度和资源化利用程度,实现碳利用和去富营养化的双赢,推动浒苔碳汇产业早日加入碳市场,使其成为一个新的低碳经济增长点。     

高密度循环海水养殖系统CO2的积累和去除效果分析

研究了中国海洋大学通用海水素厂的高密度闭路循环海水养殖真鲷(Pagrosomus major)体系CO2的积累规律及水处理各环节溶氧、CO2分压、pH、碱度、磷酸盐的变化规律，估算了水处理各环节对CO2的去除效果和换水频率，探讨了高密度循环海水养殖真鲷在高pCO2、高ALK条件下仍然具有较好养殖效果的原因。     

三疣梭子蟹幼蟹的摄食和碳收支

20 0 2年 6～ 9月 ,在自然水温 (2 4 0、2 4 9和 2 6 3℃ )和投喂鹰爪虾虾仁的条件下测定了 3个体重组 (0 73± 0 15 g、1 5 5± 35 g和 3 75± 0 5 2g)三疣梭子蟹幼蟹的摄食和碳收支。结果表明 ,温度和体重对三疣梭子蟹幼蟹的摄食量均有明显影响 ,其中体重的影响更为显著。以湿重和干重(比能值 )计算得到三疣梭子蟹幼蟹的特定生长率 (SGR)和生态转换效率 (Eg)分别为 2 5± 1 33～3 0± 0 95和 19 4± 4 8～ 5 9 4± 2 2 9,2 8± 0 73～ 4 3± 2 2 8和 10 1± 2 3～ 2 9 1± 12 4。在三疣梭子蟹幼蟹的C收支模式中 ,代谢C所占的比例最大 ,占总摄食C的 5 0 %以上 ,其次是生长C ,约占总摄食C的 2 8% ,蜕壳和排粪消耗的C的比例较小 ,一般少于 5 %。三疣梭子蟹幼蟹的个体大小和水温是影响C收支的重要因素 ,其中温度是主要因子。随个体的增大和试验水温的升高 ,三疣梭子蟹生长C占总摄食C的比例减少 ,代谢C的比例增加 ,蜕壳C和排粪C所占的波动较小。     

不同有机碳源及C/N对生物滤池净化效果的影响

利用生物滤池模拟装置,以实际养殖废水为处理对象,探讨了4种常见有机碳源(葡萄糖、乙醇、红糖和淀粉)及不同碳氮比对有机物去除、硝化反应和异养反硝化作用等生物滤池主要净化过程的影响.碳源初选结果显示,同种碳源下,当C/N从0升高至6过程中,生物滤池对TAN(总氨氮)的去除率呈先升高后降低趋势;当C/N较小时,各组对NO2--N的去除率差异性不显著(P＞0.05),随着C/N继续升高,NO2-N去除率则显著降低(P＜0.05);乙醇组除外,其他3组随着C/N升高,CODMn去除率先迅速增大然后趋于稳定;各组NO3-N和TN去除率呈先升高后降低趋势,且变化显著(P＜0.05),当C/N=4时,分别达到最高值.碳源复选结果显示,在C/N=4条件下,分别添加有机碳源(乙醇、淀粉、红糖和葡萄糖)的4组对TAN、NO3--N、TN和CODM的去除率显著高于对照组(P＜0.05);而对照组NO2--N的去除率最高,达到93.59％;添加乙醇,生物滤池对水体中TAN、NO2-N、NO3-N和TN的去除效果优于其他3种碳源.研究表明,当C/N=4时,乙醇作为外加碳源能很好地提高生物滤池的净化效率.     

基于碳、氮稳定同位素研究黄海及东海北部主要鱼类的营养级和食性

本研究通过对2011~2014年间在黄海及东海北部采集的36种海洋鱼类进行碳、氮稳定同位素测定，利用碳稳定同位素比值(δ13C)计算底层饵料贡献比(Bp)来确定鱼类的食性，利用氮稳定同位素比值(δ15N)计算其营养级(TL)。结果显示，这36种鱼类的营养级范围为2.75~4.34，平均值为3.47。其中，4种为完全浮游生物食性，8种为底栖生物食性，完全底栖生物食性为12种，混合食性为12种。中(TL=3.5~4)、低(TL<3.5)营养级的种类占大多数(91.67%)，而高营养级(TL>4)种类较少，仅为3种，且全部为混合食性。营养级的研究结果与1986、1992和2004年的研究对比发现，个别种类发生了改变。如蓝点马鲛(Scomberomorus niphonius)营养级有不同程度的下降；而黄鲫(Setipinna taty)却有不同程度的上升。食性的研究结果与2004、2009和2011年的研究对比发现，有些种类食性发生了较大变化，如白姑鱼(Argyrosomus argentatus)；有些种类食性几乎没有变化，如小黄鱼(Larimichthys polyactis)。     

庙岛群岛毗邻海域秋季底栖食物网潜在碳来源贡献及对碳汇渔业的思考

陆架边缘海是全球海洋重要的碳汇区域,而近岸岛屿毗邻海域作为最具代表性的边缘海域,具有来自海洋与陆地的不同碳来源,在碳循环和海洋碳汇中发挥着重要作用。本研究基于碳氮稳定同位素方法,利用贝叶斯混合模型,分析2020年秋季庙岛群岛毗邻海域底栖食物网中不同碳来源(浮游植物、大型藻类、悬浮颗粒有机物和底质有机物)对主要消费者类群(水生底栖无脊椎动物、杂食性鱼类、底栖食性鱼类和肉食性鱼类)的相对贡献,并以此对海洋碳汇和碳汇渔业展开了讨论。结果显示,庙岛群岛毗邻海域秋季底栖食物网生物类群的潜在碳来源主要为藻类(包括浮游植物和大型藻类)和海底底质有机质(SOM),但悬浮颗粒有机物(POM)的贡献较低。碳来源主要以内源性碳(海源)为主。由于大型藻类对水生底栖无脊椎动物的贡献明显高于鱼类,在碳汇渔业的指导下,合理科学地进行藻类增养殖,并通过贝类或以贝藻为食的鱼类混和养殖可能增加碳汇能力,从而促进碳汇渔业的发展。     

碳氮营养和培养条件对芽孢杆菌(Bacillus sp.) A4生长的影响

芽孢杆菌(Bacillus sp.) A4是一株具有溶甲藻能力的菌株，为探究营养条件与培养条件对A4生长的影响，明确在多因素共同作用下菌株的生长特性，先以单因素方法比较不同碳、氮营养因子对其生长的影响，再以Plackett-Burman方法综合比较碳源、氮源、pH、接种菌量、温度、转速、装液量等因子对其生长的协同影响效应。结果显示，A4菌对有机碳源玉米浆和有机氮源大豆蛋白利用效果最好，培养24 h后菌量分别达到3.58×108、3.19×108 CFU/ml。各因子的重要性排序依次为大豆蛋白、温度、玉米浆、转速、接种菌量、pH、装液量，且大豆蛋白和温度对A4菌的生长影响显著(P<0.05)。研究表明，培养条件对菌株生长调控也有重要意义，在评估相关因素对菌株生长或生态功能的影响时，须将营养条件和培养条件协同分析。     

Fuel consumption of global fishing fleets: current understanding and knowledge gaps

Compared to a century ago, the world's fishing fleets are larger and more powerful, are travelling further and are producing higher quality products. These developments come largely at a cost of high‐fossil fuel energy inputs. Rising energy prices, climate change and consumer demand for ‘green’ products have placed energy use and emissions among the sustainability criteria of food production systems. We have compiled all available published and unpublished fuel use data for fisheries targeting all species, employing all gears and fishing in all regions of the world into a Fisheries and Energy Use Database (FEUD). Here, we present results of our analysis of the relative energy performance of fisheries since 1990 and provide an overview of the current state of knowledge on fuel inputs to diverse fishing fleets. The median fuel use intensity of global fishery records since 1990 is 639 litres per tonne. Fuel inputs to fisheries vary by several orders of magnitude, with small pelagic fisheries ranking among the world's most efficient forms of animal protein production and crustaceans ranking among the least efficient. Trends in Europe and Australia since the beginning of the 21st century suggest fuel use efficiency is improving, although this has been countered by a more rapid increase in oil prices. Management decisions, technological improvements and behavioural changes can further reduce fuel consumption in the short term, although the most effective improvement to fisheries energy performance will come as a result of rebuilding stocks where they are depressed and reducing over‐capacity.