我国海水养殖藻类碳汇能力及影响因素研究

纪建悦 王萍萍

(中国海洋大学 经济学院，山东 青岛 266100)

一、引言

海洋作为地球上最大的单个碳吸收体，每年大约能吸收人类所排放碳总量的三分之一，[1]同时，海洋中也蕴藏着丰富的碳，大约为3.8×105亿吨，是大气中所含碳量的五十多倍，[2]因此，海洋巨大的碳吸收能力对减少大气中的二氧化碳含量以及减少全球性的气候变暖起着重要的作用。藻类作为我国海水养殖的重要品种，在生长过程中能够通过其正常的光合作用吸收海水中所溶解的二氧化碳，减少海水中二氧化碳的含量，降低海水中二氧化碳的分压，从而更加促进海水吸收大气中二氧化碳，起到降低大气中二氧化碳含量的作用，而且这种作用是巨大的。因此通过研究不断提升海水养殖藻类的碳汇能力对于减少碳排放、减轻气候变暖具有重要的意义。

藻类碳汇作为缓解全球性气候变暖、降低大气中二氧化碳含量的一个新途径，国内外学者对其做了大量研究。S.B. Alpert，D.F. Spencer，G. Hidy对全球范围内生长在大陆架的大型藻类的固碳能力进行了研究，研究发现如果在300$t-1C·a-1固定的养殖成本下，全球范围内生长在大陆架的大型藻类的固碳能力为0.7Gt C·a-1，相当于全球海洋固碳总量的35%。[3]James C. Orr，Jorge L. Sarmiento通过3-D模型对藻类的碳汇能力进行了测算，研究表明在人工养殖、保证营养的情况下，藻类的碳汇能力是自然生长条件下碳汇能力的2.2倍，如果再加上人为的对藻类进行收获将碳移出水体的过程，那么藻类的碳汇能力则能达到0.72Gt·a-1。[4]Packer，Mike意识到藻类通过光合作用所产生的巨大碳汇能力，于是设计了一套切实可行的科学、技术政策，希望通过藻类的碳汇功能来促进新西兰环境的改善。[5]国内对于藻类碳汇能力的研究主要有：虞宝存、梁君对贝藻类所具有的碳汇功能进行了预测，并对贝藻类的碳汇能力在海洋牧场建设中的应用模式进行了初步的探讨，研究表明，以现有的产量来算，预计到2050年，每年通过海水养殖藻类能实现固碳量235万吨。[6]齐占会等对广东省2009年的海水养殖贝类、藻类的碳汇能力进行了评价，计算结果表明，仅2009年一年广东省通过海水养殖贝类、藻类并将其收获移出水面，这一过程大约能移出11万吨的碳，相当于减少了近40万吨的二氧化碳，最少节约了5900万美元的费用来固定这些二氧化碳。[7]岳冬冬研究了目前我国海水养殖藻类中产量最大的海带的养殖产量与碳汇量变动的关系，全文设计了海带基准型、积极型和消极型三种情景，通过数据分析得出提高海带在藻类养殖中的比重有利于海水养殖藻类整体碳汇量的增加。[8]

综上所述，国内外对藻类碳汇的研究大都集中在碳汇量的测算方面，对于影响藻类碳汇因素分解的研究还没有，本文首先对我国2007-2012年海水养殖藻类的碳汇量进行估算，然后运用LMDI模型对2007-2012年各年的碳汇量差异的原因进行了因素分解研究，得出影响我国藻类碳汇量的主要因素，为以后提高海水养殖藻类的碳汇量提供一定的依据。

二、我国海水养殖藻类碳汇及碳汇量估算

(一)海水养殖藻类碳汇的作用机理

目前我国对渔业碳汇研究比较深入的学者是唐启生院士，他于2011年首次提出了渔业碳汇的概念，认为通过一系列的渔业生产活动来促进水生生物吸收溶解在海水中的二氧化碳，并通过收获水产品把这些已经转化在水产品中的碳移出水体的过程或机制即渔业碳汇。[9]藻类作为我国海水养殖的重要品种，早在20世纪90年代，我国海水养殖藻类的产量就占到了全球海水养殖藻类产量的五分之一，[10]近年来由于养殖技术的不断创新、养殖规模的不断扩大，我国海水养殖藻类的产量占全球海水养殖藻类产量的比重更是不断上升，巨大的养殖规模和养殖产量所能带来的碳汇量是巨大的。

海水养殖藻类之所以能形成碳汇，主要是通过两种途径来实现的：一是藻类通过正常的光合作用能够吸收海水中所溶解的二氧化碳；二是在藻类的生长过程中还需要吸收溶解在海水中的硝酸盐、磷酸盐等营养物质，这使得海水的表层水的碱度不断升高，降低了海水中二氧化碳的分压，进而促进了海水对二氧化碳的吸收。这两种途径都降低了大气中二氧化碳的含量，起到了固碳的作用。

(二)我国海水养殖藻类碳汇量的估算

目前我国海水养殖的藻类品种有海带、裙带菜、紫菜、江蓠、麒麟菜、石花菜、羊栖菜和苔菜，其中海带、裙带菜、紫菜和江蓠为主要的养殖品种，这四类的产量能占到海水养殖藻类总产量的97%以上，因此在下面的研究中将我国现有的海水养殖的藻类分为海带、裙带菜、紫菜、江蓠和其他共五类，其中其他类为麒麟菜、石花菜、羊栖菜和苔菜的总称。由于统计年鉴中的数据为各种藻类的湿重，这里我们采用Kunshan Gao和Kelton R. Mckinley将干湿比重设定为1:5，[11]由此计算出各种藻类的干重，各种藻类的含碳量我们参照张继红的部分数据，[2]其中裙带菜的含碳量在其文章中没有涉及，由于裙带菜与海带、紫菜、江蓠等同属大型藻类，因此这里我们将海带、紫菜、江蓠的平均含碳量设为裙带菜的含碳量，剩下麒麟菜、石花菜、羊栖菜和苔菜的含碳量的平均值来设为其他类的含碳量，这样就可对我国2007-2012年各年的藻类碳汇量进行评估，计算结果见表1。

表1 我国2007-2012年历年藻类产量及碳汇量

注：数据来源于《中国渔业统计年鉴》(2008-2013年)。

由表1可以看出，在2007-2012年间，我国海水养殖藻类所形成的碳汇量呈递增的趋势，年均增长率为5.4%，且碳汇量主要是由海带养殖过程中所形成的，海带养殖所形成的碳汇量能占到海水养殖藻类所形成碳汇总量的73%左右，其次是裙带菜所形成的碳汇量，其形成的碳汇量约占藻类碳汇总量的10%。

三、我国海水养殖藻类碳汇量影响因素分析

(一)我国海水养殖藻类碳汇量影响因素分析模型

本文通过LMDI方法对影响我国海水养殖藻类碳汇量的因素进行分解，构建模型如下：

其中，CQ为藻类的总碳汇量，CAi为不同藻类的碳汇量，AQi为不同藻类的产量，AQ为藻类的总产量。

上式进一步表示为：

其中，CACi为不同藻类碳含量比重因素，ASFi为藻类结构因素，AQF为藻类总产量因素。

第t期相对于基期的碳汇变化量可表示为：

ΔCQ=CQt-CQ0

=ΔCQCAC+ΔCQASF+ΔCQAQF

根据LMDI方法，可将各因素分解为如下形式：

RCAC=exp(θ×ΔCQCAC)

RASF=exp(θ×ΔCQASF)

RAQF=exp(θ×ΔCSAQF)

(二)我国海水养殖藻类碳汇量影响因素效果分析

我国2007-2012年历年海水养殖藻类的基础数据见表2，经LMDI方法分解后各因素对藻类碳汇量的变化作用情况见表3。

表2 我国2007-2012年海水养殖藻类的基础数据

注：数据来源于《中国渔业统计年鉴》(2008-2013年)。

表3 我国海水养殖藻类碳汇量影响因素效果表

由表2和表3分析可知，总体来看，2008-2012年，藻类的结构因素和产量因素变动对碳汇量的贡献值都为正，对碳汇量的贡献率也都大于等于1，藻类的结构因素和产量因素在对碳汇总量的增加方面都起到了一定的拉动作用；藻类结构因素不管在对碳汇量的贡献值方面还是对碳汇量的贡献率方面所起的作用都明显大于藻类产量因素所起的作用，这是因为每年藻类产量增加的幅度与所带来的碳汇量的增加的幅度大体一致，所以导致藻类产量因素对碳汇量增加的作用不太明显。

四、结论与建议

海水养殖藻类碳汇作为减少二氧化碳排放量的一个重要途径，对减缓全球性气候变暖的进程起到了巨大的作用。本文以我国海水养殖藻类的碳汇为例进行研究，分析了我国目前海水养殖藻类对碳汇的影响、藻类的碳汇能力、以及影响海水养殖藻类碳汇的影响因素。结果表明，海水养殖藻类的碳汇能力是巨大的，在对影响碳汇量的因素分析中结构因素所起的作用较大，总量因素对碳汇量的影响要小于结构因素对其的影响。因此，在我国未来海水养殖藻类的发展中，在保证经济利益的前提下，可通过有效的结构调整最大化的实现藻类的碳汇能力，与此同时，要扩大藻类养殖的规模，通过藻类养殖规模的增加来实现更大规模的碳汇。

参考文献：

[1] 气象科普园地.新研究发现气候变化会降低海洋对二氧化碳的吸收[EB].http://www.cma.gov.cn/kppd/kppdkjzg/201211/t20121128_193020.html.2013-07-09/2013-09-20.

[2] 张继红.滤食性贝类养殖活动队海域生态系统的影响及生态容量评估[D].北京:中国科学院研究生院,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] 虞宝存,梁君.贝藻类碳汇功能及其在海洋牧场建设中的应用模式[J].福建水产,2012,34(4):339-343.

[7] 齐占会,王君,黄洪辉等.广东省海水养殖贝藻类碳汇潜力评估[J].南方水产科学,2012,8(1):30-35.

[8] 岳冬冬.海带养殖结构变动与海藻养殖碳汇量核算的情景分析[J].福建农业学报,2012,27(4):432-436.

[9] 唐启生.碳汇渔业与又快又好的发展现代渔业[C].北京:中国工程院,2011.

[10] 张继红,方建光,唐启升.中国浅海贝藻养殖对海洋碳循环的贡献[J].地球科学进展.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.