福建省贝藻类养殖碳汇及其潜力评估

张麋鸣，颜金培，叶旺旺，张 超，高众勇，徐长安，李玉红，张介霞，赵淑惠，孙 恒，詹力扬

(自然资源部海洋-大气化学与全球变化重点实验室，海洋可持续发展研究中心，海洋生物资源开发利用工程技术创新中心，自然资源部第三海洋研究所，福建 厦门 361005)

自工业革命以来，二氧化碳(CO2)排放的剧增，被认为是引起全球气候变暖的元凶，而减少温室气体排放和发展低碳经济成为应对全球气候变暖的重要手段。中国是一个碳排放大国，面临国家经济下行和节能减排双重压力。中国政府在2020年度联合国生物多样性峰会上承诺，中国将在碳减排方面采取更加有力的政策和措施，并将力争于2030年前达到CO2排放峰值，在2060年前实现碳中和。而开展CO2的减排增汇，是我国实现碳中和目标的必然途径。

海洋是地球上最大的碳储库，每年约吸收排放到大气中CO2的30%。焦念志院士等(2021)[1-2]指出研究和实施海洋“负排放”是实现碳中和的重要途径，并提出海洋“负排放”相关的八个基本途径。张继红等(2021)[3]指出，渔业生物的碳汇功能也应受到关注，尤其是中国作为世界上最大的海水养殖国家，以非投饵料的贝藻类养殖为主，拥有巨大的海洋“负排放”潜力。通过提高贝藻类等的养殖产量，可增加可移出的碳汇[4-5]，是近海的蓝碳开发及贡献的重要组成[6]。其中，大型藻类的养殖具有成本低、产量高、碳汇可计量、栽培可控性强等优势，是发展低碳经济、海洋碳汇渔业及实现碳中和的有效途径，同时藻类养殖可以改善区域海洋环境，如缓解海洋酸化和低氧、减少海洋富营养化和有害藻华等[7]。因此，开展养殖区贝藻类碳汇的评估[8-13]，是践行海洋养殖碳汇服务碳中和目标的有效方法。

福建省的海水养殖规模和产量居于全国前列，其中海水养殖主要以贝藻类为主[14]。评估福建省海水养殖贝藻类碳汇情况及其发展趋势，对了解福建省海水贝藻类养殖对渔业碳汇的贡献有重要的意义。本研究依据农业部渔业局发布的2015年至2020年《中国渔业统计年鉴》[15]，分析了2014年至2019年福建省海水贝藻类养殖数据，估算了碳汇强度，并评估了其碳汇发展潜力，为未来福建省开展海水养殖增汇，服务国家碳中和需求提供数据支撑。

1 研究方法

1.1 藻类养殖碳汇估算方法

海水养殖的大型藻类，如海带(Laminariajaponica)、紫菜(Porphyra)、裙带菜(Undariapinnatifida)、江蓠(Gracilaria)等，可通过光合作用，将海水中的溶解无机碳转化为有机碳。同时，由于其生长过程中吸收了海水中的营养盐，使海水中的碱度和pH升高，促进大气中的CO2向海水扩散。大型藻类的碳汇估算公式如下：

ACO2= 3.67∑(M·WCW)

(1)

式(1)中：ACO2养殖藻类的CO2吸收量，M为藻类养殖品种产量(干重)，WCW为不同藻类干重状态下藻体的碳含量(表1)，3.67为转换系数，取44(CO2的分子量)/12(C的分子量)。

表1 不同藻类干重状态下藻体的碳含量Tab. 1 Carbon content of marine seaweeds in dry weight

1.2 贝类养殖碳汇估算方法

CB=CST+CS

(2)

式(2)中：CB为贝类固定的碳(g)，CST为软体组织固碳量(g)，Cs为贝壳固碳量(g)。CST及Cs的计算式如下：

CST=Ms·RST·WC

(3)

CS=Ms·RS·WCs

(4)

式(2)至(4)中：Ms代表贝类产量(g)，RST为软体组织干质量比例(%)，WC软体组织碳含量(g)，RS为贝壳干质量比例(%)，WCs为贝壳碳含量(g)。不同贝类RST、WC、RS和WCs的参考数据如表2、3所示。且在估算贝类养殖碳汇时，未将鲍鱼(Abalone)纳入碳汇计算，原因是鲍鱼的饵料多为海带、龙须菜(Asparagusschoberioides)，且在藻类碳汇中已经计算海带等藻类碳汇。

表2 不同贝类软体组织和贝壳的干质量比例Tab. 2 Dry weight proportion in tissues and shells of shellfish

表3 不同贝类软体组织和贝壳的碳含量Tab. 3 Carbon content of tissues and shells of dry shellfish

续表

2 结果与讨论

2.1 福建省贝类养殖现状

如图1 (a)所示，全国海水养殖贝类总产量由2014年的1 228.0万吨增长至2019年的1 358.4万吨，其中2015、2016年有较高的增长速率，分别为3.9%、4.5%，而在2017—2019年产量变化不大。2019年的总产量较2010年产量(1 108.2万吨)[8]，增加了近22.6%。总体来说，全国贝类养殖主要为牡蛎、扇贝和蛤为主，这三种贝类的年均产量占比可达约74%，且在2014年至2019年养殖产量占比变化并不显著。

福建省的贝类养殖产量总体逐年增加，由2014年的242.6万吨增至2019年的312.3万吨 [图1 (b)]。与全国贝类养殖产量相比，其年产量年增长速率较全国产量增长速率高，在2018年甚至高达7.5%，在2014年至2019年期间年均增长率约为5.2%，高于同期全国年均增长率(约2.1%)。福建贝类养殖主要以牡蛎为主，其年均产量占比约为65.4%；其次为蛤，年均产量占比达14.3%。此外，福建省的贝类养殖在全国养殖产量比重较高，且其贡献比例在逐年增加，由2014年的19.76%增长至2019年的22.99%。由此可知，在全国范围内，福建省的贝类养殖仍在以一个较高的速率增长，也表明近些年福建省在海水贝类养殖方面的投入力度在不断加大。

图1 2014年至2019年海水养殖贝类产量Fig. 1 Production of marine shellfish culture from 2014 to 2019(b)中百分含量为福建省贝类养殖产量占全国产量比重。

2.2 福建省藻类养殖现状

如图2所示，2014年至2019年全国海水养殖藻类产量由196.2万吨增长至241.4万吨，其产量年增长率逐年递增，由2015年的2.6%增长至2019年的7.1%，年均增长速率为4.2%。与同期全国海水贝类养殖产量相比，海水藻类养殖产量保持较高的增长速率。另外，海带养殖在总产量中占据主导地位，其产量年均占比可达68.9%，但是其在总产量中的占比逐年略微降低，由2015年的70.0%降至2019年的67.3%。值得一提的是，江蓠的养殖占比在逐年略微增加，由2014年的13.4%增长至2019年的14.4%，其年均增长速率可达5.8%。

在2014年至2019年，福建省海水藻类养殖产量保持较高的增长速度 [图2(b)]，由79.6万吨增长至113.5万吨，年均增长速率为7.3%，在2016年甚至达到9.7%，明显高于同期全国海水藻类养殖增长水平。与全国海水藻类养殖相似，海带养殖在福建省海水藻类养殖中也占主导地位，其年均产量占比约为福建省海水藻类养殖总产量的73.3%。并且海带养殖产量在逐年增加，由2014年的60.0万吨增长至2019年的80.3万吨，年均增长速率为6.0%。此外，福建省海水藻类养殖在全国养殖总产量占比高达40%以上，表明福建省海水藻类养殖贡献在我国明显处于优势地位。而且，福建省海水藻类养殖在全国总产量的占比逐年增加，由2014年的40.56%增长至2019年的47.02%，表明福建省的海水藻类养殖在快速的发展。

图2 2014年至2019年海水养殖藻类产量Fig. 2 Productions of marine seaweed culture from 2014 to 2019(b)中百分含量为福建省藻类养殖产量占全国产量比重。

2.3 福建省贝藻类养殖碳汇估算结果

如图3(a)所示，在2014年至2019年期间，计算的全国贝藻类养殖碳汇强度的年均值约为640.0万吨，且逐年增加，由592.6万吨增长至678.1万吨，以2.7%的年均速率增长。与郭波[13]预测的2025年我国贝藻类养殖碳汇强度可达606.1万吨结果相比，2019年度全国贝藻类养殖碳汇估算结果已经提前超出这一预期值。其中，贝类的碳汇估算占比年均达63.9%，但是其碳汇占比在2014年至2019年间呈现递减趋势，并在2019年降至61.8%。反之，藻类的碳汇占比在2014年至2019年期间呈现逐年递增的趋势。在贝类碳汇估算占比中，与产量占比一致，牡蛎、扇贝及蛤是主要贡献种类。在藻类估算碳汇占比中，海带明显是主要贡献者，其年均贡献率达73.3%，但是其贡献占比在2014年至2019年期间呈现下降趋势。

在2014年至2019年期间，福建省的贝藻类养殖碳汇估算强度年均值约为182.8万吨，由157.1万吨增加至211.3万吨[图3(b)]。估算的贝藻类碳汇强度年均增长率约为6.1%，这一数值是同期全国水平的2倍。另外，福建省估算的碳汇强度在全国估算值的占比逐年递增，由2014年的26.52%增长至2019年的31.16%，表明福建省的海水养殖贝藻碳汇强度在全国占主导地位。与全国估算结果不同的是，福建省海水藻类养殖碳汇估算结果明显高于贝类。其估算值占碳汇估算总量的50%以上，均值为56.1%，并且与藻类的产量变化一致逐年增加，在2019年度其占比高达56.4%。

图3 2014年至2019年估算的海水贝藻类养殖碳汇强度Fig. 3 Estimation of carbon sequestration of marine shellfish and seaweed cultures in 2014-2019 (b)中百分含量为福建省贝藻类养殖碳汇占全国的比重。

2.4 福建省贝藻类养殖碳汇潜力评估

为了评估未来福建省贝藻类养殖碳汇潜力，将贝藻类养殖碳汇估算结果与年份做线性关系图(如图4)。可以明显的发现，贝藻类养殖碳汇强度随年份具有很明显的线性变化规律。从线性斜率可以看出，全国贝藻类养殖碳汇增速约为17.3万吨/年；福建省贝藻类养殖碳汇增速约为10.7万吨/年，其中藻类和贝类分别为6.9万吨/年和3.8万吨/年。假定在未来几十年，我国及福建省的贝藻类养殖产量增速稳定。那么在2030年，到碳达峰期间，全国及福建省贝藻类养殖碳汇估算强度分别约为903.6万吨和313.9万吨，分别较2019年度增加33.3%和48.5%。在2060年碳中和期间，全国及福建省贝藻类养殖碳汇强度分别约为1 422.6万吨和634.9万吨，分别较2030年度增加57.4%和102.2%。根据《联合国气候变化框架公约的京都协议书》中预计的CO2减排开支150 ～ 600美元/吨计算，于2030年碳达峰期间，预期全国及福建省贝藻类碳汇创造的减排经济价值分别相当于13.5～54.2亿美元和4.7～18.8亿美元；于2060年碳中和期间，预期全国及福建省贝藻类碳汇创造的减排经济价值分别相当于21.3～85.4亿美元和9.5～38.81亿美元。因此，可以预期的是，福建省贝藻类养殖碳汇潜力巨大，并可带来可观的经济效益，可为我国实现碳中和这一宏伟目标做出重要贡献。

图4 全国与福建省海水贝藻类养殖碳汇强度增加与年份关系图Fig. 4 Yearly changes of carbon sequestration of marine shellfish and seaweed cultures in China and Fujian Province

然而，虽然贝藻类养殖碳汇的预期较为乐观，但是不可否认的是贝藻类的养殖规模受到气候、空间及消费需求等诸多因素的限制，会导致未来的碳汇强度达不到预期。尤其是福建省这样的沿海省份，如海洋湿地生态修复建设及其他海水养殖的产业空间需求，会限制福建省贝藻类养殖规模的发展，进而影响未来海水贝藻类养殖碳汇强度变化。因此，就提高贝藻类养殖碳汇强度而言，也需要从其他方面入手，例如研发提高养殖单产技术、完善研制容量管理制度、推广多营养层次的综合养殖模式、推动海洋牧场工程[3]及减低养殖区CO2排放能耗技术等[2. 7]。在政策方面，应加大扶持力度，引导市场主体扩大贝藻类养殖规模、创新养殖模式、提高养殖集约化程度，并积极探索贝藻类的加工、储存与消费方式的多元化，培育、壮大贝藻类精深加工产品消费市场；同时开展渔业碳汇定价机制研究和标准制定，探索建立渔业碳汇上市交易制度，以促进养殖渔业碳汇生态服务的有偿化，实现海洋渔业的碳汇价值。

3 结论

本研究根据2015至2020年《中国渔业统计年鉴》中海水贝藻类养殖数据[15]，估算了2014年至2019年全国及福建省海水贝藻类养殖碳汇强度，并评估了福建省贝藻类养殖碳汇潜力。结果表明，福建省在全国贝藻类养殖碳汇强度占比较大，且逐年递增，在2019年估算的碳汇强度高达211.3万吨(占全国估算总值的31.16%)。另外，福建省具有较强的养殖碳汇潜力，并可带来可观的减排经济效益，为我国实现碳中和这一宏伟目标做出重要贡献。