我國海水養(yǎng)殖藻類碳匯能力及影響因素研究

紀(jì)建悅 王萍萍

(中國海洋大學(xué) 經(jīng)濟(jì)學(xué)院，山東 青島 266100)

一、引言

海洋作為地球上最大的單個碳吸收體，每年大約能吸收人類所排放碳總量的三分之一，[1]同時，海洋中也蘊(yùn)藏著豐富的碳，大約為3.8×105億噸，是大氣中所含碳量的五十多倍，[2]因此，海洋巨大的碳吸收能力對減少大氣中的二氧化碳含量以及減少全球性的氣候變暖起著重要的作用。藻類作為我國海水養(yǎng)殖的重要品種，在生長過程中能夠通過其正常的光合作用吸收海水中所溶解的二氧化碳，減少海水中二氧化碳的含量，降低海水中二氧化碳的分壓，從而更加促進(jìn)海水吸收大氣中二氧化碳，起到降低大氣中二氧化碳含量的作用，而且這種作用是巨大的。因此通過研究不斷提升海水養(yǎng)殖藻類的碳匯能力對于減少碳排放、減輕氣候變暖具有重要的意義。

藻類碳匯作為緩解全球性氣候變暖、降低大氣中二氧化碳含量的一個新途徑，國內(nèi)外學(xué)者對其做了大量研究。S.B. Alpert，D.F. Spencer，G. Hidy對全球范圍內(nèi)生長在大陸架的大型藻類的固碳能力進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)如果在300$t-1C·a-1固定的養(yǎng)殖成本下，全球范圍內(nèi)生長在大陸架的大型藻類的固碳能力為0.7Gt C·a-1，相當(dāng)于全球海洋固碳總量的35%。[3]James C. Orr，Jorge L. Sarmiento通過3-D模型對藻類的碳匯能力進(jìn)行了測算，研究表明在人工養(yǎng)殖、保證營養(yǎng)的情況下，藻類的碳匯能力是自然生長條件下碳匯能力的2.2倍，如果再加上人為的對藻類進(jìn)行收獲將碳移出水體的過程，那么藻類的碳匯能力則能達(dá)到0.72Gt·a-1。[4]Packer，Mike意識到藻類通過光合作用所產(chǎn)生的巨大碳匯能力，于是設(shè)計(jì)了一套切實(shí)可行的科學(xué)、技術(shù)政策，希望通過藻類的碳匯功能來促進(jìn)新西蘭環(huán)境的改善。[5]國內(nèi)對于藻類碳匯能力的研究主要有：虞寶存、梁君對貝藻類所具有的碳匯功能進(jìn)行了預(yù)測，并對貝藻類的碳匯能力在海洋牧場建設(shè)中的應(yīng)用模式進(jìn)行了初步的探討，研究表明，以現(xiàn)有的產(chǎn)量來算，預(yù)計(jì)到2050年，每年通過海水養(yǎng)殖藻類能實(shí)現(xiàn)固碳量235萬噸。[6]齊占會等對廣東省2009年的海水養(yǎng)殖貝類、藻類的碳匯能力進(jìn)行了評價，計(jì)算結(jié)果表明，僅2009年一年廣東省通過海水養(yǎng)殖貝類、藻類并將其收獲移出水面，這一過程大約能移出11萬噸的碳，相當(dāng)于減少了近40萬噸的二氧化碳，最少節(jié)約了5900萬美元的費(fèi)用來固定這些二氧化碳。[7]岳冬冬研究了目前我國海水養(yǎng)殖藻類中產(chǎn)量最大的海帶的養(yǎng)殖產(chǎn)量與碳匯量變動的關(guān)系，全文設(shè)計(jì)了海帶基準(zhǔn)型、積極型和消極型三種情景，通過數(shù)據(jù)分析得出提高海帶在藻類養(yǎng)殖中的比重有利于海水養(yǎng)殖藻類整體碳匯量的增加。[8]

綜上所述，國內(nèi)外對藻類碳匯的研究大都集中在碳匯量的測算方面，對于影響藻類碳匯因素分解的研究還沒有，本文首先對我國2007-2012年海水養(yǎng)殖藻類的碳匯量進(jìn)行估算，然后運(yùn)用LMDI模型對2007-2012年各年的碳匯量差異的原因進(jìn)行了因素分解研究，得出影響我國藻類碳匯量的主要因素，為以后提高海水養(yǎng)殖藻類的碳匯量提供一定的依據(jù)。

二、我國海水養(yǎng)殖藻類碳匯及碳匯量估算

(一)海水養(yǎng)殖藻類碳匯的作用機(jī)理

目前我國對漁業(yè)碳匯研究比較深入的學(xué)者是唐啟生院士，他于2011年首次提出了漁業(yè)碳匯的概念，認(rèn)為通過一系列的漁業(yè)生產(chǎn)活動來促進(jìn)水生生物吸收溶解在海水中的二氧化碳，并通過收獲水產(chǎn)品把這些已經(jīng)轉(zhuǎn)化在水產(chǎn)品中的碳移出水體的過程或機(jī)制即漁業(yè)碳匯。[9]藻類作為我國海水養(yǎng)殖的重要品種，早在20世紀(jì)90年代，我國海水養(yǎng)殖藻類的產(chǎn)量就占到了全球海水養(yǎng)殖藻類產(chǎn)量的五分之一，[10]近年來由于養(yǎng)殖技術(shù)的不斷創(chuàng)新、養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴(kuò)大，我國海水養(yǎng)殖藻類的產(chǎn)量占全球海水養(yǎng)殖藻類產(chǎn)量的比重更是不斷上升，巨大的養(yǎng)殖規(guī)模和養(yǎng)殖產(chǎn)量所能帶來的碳匯量是巨大的。

海水養(yǎng)殖藻類之所以能形成碳匯，主要是通過兩種途徑來實(shí)現(xiàn)的：一是藻類通過正常的光合作用能夠吸收海水中所溶解的二氧化碳；二是在藻類的生長過程中還需要吸收溶解在海水中的硝酸鹽、磷酸鹽等營養(yǎng)物質(zhì)，這使得海水的表層水的堿度不斷升高，降低了海水中二氧化碳的分壓，進(jìn)而促進(jìn)了海水對二氧化碳的吸收。這兩種途徑都降低了大氣中二氧化碳的含量，起到了固碳的作用。

(二)我國海水養(yǎng)殖藻類碳匯量的估算

目前我國海水養(yǎng)殖的藻類品種有海帶、裙帶菜、紫菜、江蘺、麒麟菜、石花菜、羊棲菜和苔菜，其中海帶、裙帶菜、紫菜和江蘺為主要的養(yǎng)殖品種，這四類的產(chǎn)量能占到海水養(yǎng)殖藻類總產(chǎn)量的97%以上，因此在下面的研究中將我國現(xiàn)有的海水養(yǎng)殖的藻類分為海帶、裙帶菜、紫菜、江蘺和其他共五類，其中其他類為麒麟菜、石花菜、羊棲菜和苔菜的總稱。由于統(tǒng)計(jì)年鑒中的數(shù)據(jù)為各種藻類的濕重，這里我們采用Kunshan Gao和Kelton R. Mckinley將干濕比重設(shè)定為1:5，[11]由此計(jì)算出各種藻類的干重，各種藻類的含碳量我們參照張繼紅的部分?jǐn)?shù)據(jù)，[2]其中裙帶菜的含碳量在其文章中沒有涉及，由于裙帶菜與海帶、紫菜、江蘺等同屬大型藻類，因此這里我們將海帶、紫菜、江蘺的平均含碳量設(shè)為裙帶菜的含碳量，剩下麒麟菜、石花菜、羊棲菜和苔菜的含碳量的平均值來設(shè)為其他類的含碳量，這樣就可對我國2007-2012年各年的藻類碳匯量進(jìn)行評估，計(jì)算結(jié)果見表1。

表1 我國2007-2012年歷年藻類產(chǎn)量及碳匯量

注：數(shù)據(jù)來源于《中國漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》(2008-2013年)。

由表1可以看出，在2007-2012年間，我國海水養(yǎng)殖藻類所形成的碳匯量呈遞增的趨勢，年均增長率為5.4%，且碳匯量主要是由海帶養(yǎng)殖過程中所形成的，海帶養(yǎng)殖所形成的碳匯量能占到海水養(yǎng)殖藻類所形成碳匯總量的73%左右，其次是裙帶菜所形成的碳匯量，其形成的碳匯量約占藻類碳匯總量的10%。

三、我國海水養(yǎng)殖藻類碳匯量影響因素分析

(一)我國海水養(yǎng)殖藻類碳匯量影響因素分析模型

本文通過LMDI方法對影響我國海水養(yǎng)殖藻類碳匯量的因素進(jìn)行分解，構(gòu)建模型如下：

其中，CQ為藻類的總碳匯量，CAi為不同藻類的碳匯量，AQi為不同藻類的產(chǎn)量，AQ為藻類的總產(chǎn)量。

上式進(jìn)一步表示為：

其中，CACi為不同藻類碳含量比重因素，ASFi為藻類結(jié)構(gòu)因素，AQF為藻類總產(chǎn)量因素。

第t期相對于基期的碳匯變化量可表示為：

ΔCQ=CQt-CQ0

=ΔCQCAC+ΔCQASF+ΔCQAQF

根據(jù)LMDI方法，可將各因素分解為如下形式：

RCAC=exp(θ×ΔCQCAC)

RASF=exp(θ×ΔCQASF)

RAQF=exp(θ×ΔCSAQF)

(二)我國海水養(yǎng)殖藻類碳匯量影響因素效果分析

我國2007-2012年歷年海水養(yǎng)殖藻類的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)見表2，經(jīng)LMDI方法分解后各因素對藻類碳匯量的變化作用情況見表3。

表2 我國2007-2012年海水養(yǎng)殖藻類的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

注：數(shù)據(jù)來源于《中國漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》(2008-2013年)。

表3 我國海水養(yǎng)殖藻類碳匯量影響因素效果表

由表2和表3分析可知，總體來看，2008-2012年，藻類的結(jié)構(gòu)因素和產(chǎn)量因素變動對碳匯量的貢獻(xiàn)值都為正，對碳匯量的貢獻(xiàn)率也都大于等于1，藻類的結(jié)構(gòu)因素和產(chǎn)量因素在對碳匯總量的增加方面都起到了一定的拉動作用；藻類結(jié)構(gòu)因素不管在對碳匯量的貢獻(xiàn)值方面還是對碳匯量的貢獻(xiàn)率方面所起的作用都明顯大于藻類產(chǎn)量因素所起的作用，這是因?yàn)槊磕暝孱惍a(chǎn)量增加的幅度與所帶來的碳匯量的增加的幅度大體一致，所以導(dǎo)致藻類產(chǎn)量因素對碳匯量增加的作用不太明顯。

四、結(jié)論與建議

海水養(yǎng)殖藻類碳匯作為減少二氧化碳排放量的一個重要途徑，對減緩全球性氣候變暖的進(jìn)程起到了巨大的作用。本文以我國海水養(yǎng)殖藻類的碳匯為例進(jìn)行研究，分析了我國目前海水養(yǎng)殖藻類對碳匯的影響、藻類的碳匯能力、以及影響海水養(yǎng)殖藻類碳匯的影響因素。結(jié)果表明，海水養(yǎng)殖藻類的碳匯能力是巨大的，在對影響碳匯量的因素分析中結(jié)構(gòu)因素所起的作用較大，總量因素對碳匯量的影響要小于結(jié)構(gòu)因素對其的影響。因此，在我國未來海水養(yǎng)殖藻類的發(fā)展中，在保證經(jīng)濟(jì)利益的前提下，可通過有效的結(jié)構(gòu)調(diào)整最大化的實(shí)現(xiàn)藻類的碳匯能力，與此同時，要擴(kuò)大藻類養(yǎng)殖的規(guī)模，通過藻類養(yǎng)殖規(guī)模的增加來實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的碳匯。

參考文獻(xiàn)：

[1] 氣象科普園地.新研究發(fā)現(xiàn)氣候變化會降低海洋對二氧化碳的吸收[EB].http://www.cma.gov.cn/kppd/kppdkjzg/201211/t20121128_193020.html.2013-07-09/2013-09-20.

[2] 張繼紅.濾食性貝類養(yǎng)殖活動隊(duì)海域生態(tài)系統(tǒng)的影響及生態(tài)容量評估[D].北京:中國科學(xué)院研究生院,2008.

[3] S.B. Alpert, D.F. Spencer, G. Hidy. Biospheric options for mitigating atmospheric carbon dioxide levels[J].Energy conversion and Management,1992,33(5-8):729-736.

[4] James C. Orr, Jorge L. Sarmiento. Potential of marine macroalgae as a sink for CO2: constraint from a 3-D general circulation model of the global ocean[J]. Water Air and Soil Pollution, 1992, 64 ( 1-2) : 405-421.

[5] Packer, Mike. Algal capture of carbon dioxide: biomass generation as a tool for greenhouse gas mitigation with reference to New Zealand energy strategy and policy[J]. Energy Policy, 2009, 37(9): 3428-3437.

[6] 虞寶存,梁君.貝藻類碳匯功能及其在海洋牧場建設(shè)中的應(yīng)用模式[J].福建水產(chǎn),2012,34(4):339-343.

[7] 齊占會,王君,黃洪輝等.廣東省海水養(yǎng)殖貝藻類碳匯潛力評估[J].南方水產(chǎn)科學(xué),2012,8(1):30-35.

[8] 岳冬冬.海帶養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)變動與海藻養(yǎng)殖碳匯量核算的情景分析[J].福建農(nóng)業(yè)學(xué)報,2012,27(4):432-436.

[9] 唐啟生.碳匯漁業(yè)與又快又好的發(fā)展現(xiàn)代漁業(yè)[C].北京:中國工程院,2011.

[10] 張繼紅,方建光,唐啟升.中國淺海貝藻養(yǎng)殖對海洋碳循環(huán)的貢獻(xiàn)[J].地球科學(xué)進(jìn)展.2005,20(3):359-365.

[11] Kunshan Gao, Kelton R. McKinley. Use of macroalgae for marine biomass production and CO2remediation: a review[J]. Journal of Applied Phycology, 1994, (6):45-60.