遼寧省2010-2019年海水養(yǎng)殖貝藻類碳匯能力評估

尹鈺文,車鑒,魏海峰,羅傳輝

(1.大連海洋大學(xué)海洋科技與環(huán)境學(xué)院 大連 116023;2.遼寧省近岸海洋環(huán)境科學(xué)與技術(shù)重點實驗室 大連 116023;3.大連鑫玉龍海洋生物種業(yè)科技股份有限公司 大連 116222)

0 引言

海洋封存了20%～35%的二氧化碳人為排放量[1],基于這個數(shù)據(jù),研究者們在減排溫室氣體的過程中發(fā)現(xiàn)了漁業(yè)碳匯的固碳能力。唐啟升等[2]在第四屆中國生物產(chǎn)業(yè)大會上第一次較為系統(tǒng)地闡述了漁業(yè)碳匯的概念,漁業(yè)碳匯是指漁業(yè)生產(chǎn)活動促進水生生物吸收水體中的CO2,并通過收獲水生生物產(chǎn)品,把這些碳移出水體的過程和機制。漁業(yè)碳匯逐漸趨向于貝藻類養(yǎng)殖碳匯潛力探究的方向,藻類的栽培具有可控性、產(chǎn)量高等優(yōu)點,且收獲的藻可以生產(chǎn)瓊膠或制成餌料,還可用于藥品和食品等原料中[3]。貝類碳匯主要通過攝食活動,大量去除海水中的顆粒有機碳(POC),并且通過生物礦化形成貝殼[4-5]。

張繼紅等[3]探討了漁業(yè)碳匯中貝藻類養(yǎng)殖對海洋碳循環(huán)的貢獻,有效證明了貝藻類養(yǎng)殖使用了大量的海洋碳,提高了淺海生態(tài)系統(tǒng)吸收大氣CO2的能力。自唐啟升提出漁業(yè)碳匯的理念之后,齊占會等[6]基于廣東省2009年貝藻類海水養(yǎng)殖的碳匯量進行估算,有效證明漁業(yè)碳匯的巨大經(jīng)濟效益。李昂等[7]整理相關(guān)文獻及數(shù)據(jù),采用系統(tǒng)綜合法對河北省2010年養(yǎng)殖貝藻類碳匯能力進行一系列估算?？梢姾ＫB(yǎng)殖貝藻類碳匯的發(fā)展前景十分樂觀。

遼寧省地處我國東北地區(qū)南部,漁業(yè)資源豐富且海水養(yǎng)殖的綜合水質(zhì)環(huán)境達到了標準水平。遼寧省作為中國海洋漁業(yè)大省,在海水養(yǎng)殖占有較大比重,研究中對遼寧省海水養(yǎng)殖藻類碳匯能力進行了評估,以遼寧省海水養(yǎng)殖貝藻類主要品種(海帶、裙帶菜、牡蠣、貽貝、扇貝、蛤、蟶和蚶)作為漁業(yè)碳匯能力研究對象。旨在科學(xué)評價碳匯漁業(yè)發(fā)展空間及發(fā)展方向,為遼寧省大力發(fā)展碳匯漁業(yè)奠定理論基礎(chǔ)。

1 海水養(yǎng)殖貝類與藻類產(chǎn)量

1.1 數(shù)據(jù)來源

筆者在《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》[8-17]中查找,對海洋漁業(yè)產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行了初步整理,藻類及貝類的碳匯計算公式從不同文獻中查找。

1.2 全國海水養(yǎng)殖藻類及貝類產(chǎn)量

2010—2019年我國海水養(yǎng)殖藻類及貝類的總產(chǎn)量整體呈上升趨勢(圖1),可以看出我國海水養(yǎng)殖業(yè)一直在穩(wěn)步發(fā)展。2010年全國藻類產(chǎn)量最低,為154.13萬t;2019年全國藻類產(chǎn)量達到峰值,為253.84萬t。經(jīng)過計算,我國年均海水養(yǎng)殖藻類產(chǎn)量為201.38萬t。而我國2010—2019年海水養(yǎng)殖貝類的產(chǎn)量則在2010年出現(xiàn)最低值,為1 108.23萬t;2019年出現(xiàn)產(chǎn)量峰值,為1 443.93萬t,年均海水養(yǎng)殖貝類產(chǎn)量為1 315.95萬t,10年間海水養(yǎng)殖貝類同藻類產(chǎn)量變化趨勢一致。

圖1 全國2010—2019年海水養(yǎng)殖藻類及貝類總產(chǎn)量變化趨勢

1.3 遼寧省藻類及貝類養(yǎng)殖總產(chǎn)量

2010—2019年遼寧省海水養(yǎng)殖藻類和貝類的產(chǎn)量整體均呈現(xiàn)上升趨勢(圖2和圖3)。2018—2019年,藻類產(chǎn)量極速攀升,表明遼寧省近年來海藻養(yǎng)殖業(yè)處于飛速發(fā)展階段。2010年遼寧省養(yǎng)殖藻類產(chǎn)量最低,為26.49萬t;2019年遼寧省養(yǎng)殖藻類產(chǎn)量達到峰值,為46.75萬t;經(jīng)計算,2010—2019年遼寧省海水養(yǎng)殖藻類年均產(chǎn)量約為33.86萬t。而遼寧省海水養(yǎng)殖貝類產(chǎn)量一直保持緩慢且平穩(wěn)的上升趨勢,其在2010年產(chǎn)量最低,為178.50萬t;在2016年 達 到 產(chǎn) 量 峰 值,為251.91萬t;經(jīng)計算,遼寧海水養(yǎng)殖貝類年均產(chǎn)量約為223.12萬t。

圖2 遼寧省2010—2019年海水養(yǎng)殖藻類總產(chǎn)量

圖3 遼寧省2010—2019年海水養(yǎng)殖貝類總產(chǎn)量

1.4 遼寧省貝類與藻類產(chǎn)量占全國比例

基于以上數(shù)據(jù),可以計算出遼寧省海水養(yǎng)殖貝藻類產(chǎn)量占全國海水養(yǎng)殖藻類產(chǎn)量的百分比(圖4和圖5)。

圖4 遼寧省2010—2019年海水養(yǎng)殖藻類總產(chǎn)量占全國比值

圖5 遼寧省2010—2019年海水養(yǎng)殖貝類總產(chǎn)量占全國比值

遼寧省養(yǎng)殖海藻產(chǎn)量在全國范圍內(nèi)占比很高,雖然近10年的占比有下降趨勢,但基本維持在14%以上。其中,2018年所占份額最低,為14.57%;2011年所占份額最高,達19.44%;期間,年均占比約為16.93%。

此外,遼寧省海水養(yǎng)殖貝類產(chǎn)量占全國海水養(yǎng)殖貝類比例很大,10年間一直保持平穩(wěn)的趨勢。其中,2019年所占份額最低,為15.56%;2013年所占份額最高,達17.94%;期間,年均占比約為16.96%,與養(yǎng)殖藻類年均占比幾乎相同。

數(shù)據(jù)表明,遼寧在全國漁業(yè)大省中,海水養(yǎng)殖貝藻類的產(chǎn)量較為突出,為遼寧省漁業(yè)碳匯能力奠定深厚基礎(chǔ)。

1.5 遼寧省貝類與藻類養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)

遼寧省擁有眾多沿海城市,漁業(yè)資源與沿海省(自治區(qū)、直轄市)相比較為發(fā)達,其海水養(yǎng)殖海藻主要品種分為2類,分別是海帶與裙帶菜;海水養(yǎng)殖貝類主要品種分為6類,分別是牡蠣、扇貝、貽貝、蛤、蟶及蚶。

2010—2019年,遼寧省海水養(yǎng)殖貝類與藻類的產(chǎn)量整體呈遞增趨勢(表1),養(yǎng)殖海帶、裙帶菜、牡蠣、扇貝、貽貝、蛤、蟶及蚶的產(chǎn)量峰值分別出現(xiàn)在2019年、2014年、2019年、2017年、2016年、2016年、2017年、2019年。按上述順序,經(jīng)計算,各類養(yǎng)殖品種的年均產(chǎn)量約為21.09萬t、12.59萬t、19.91萬t、40.26萬t、4.65萬t、119.38萬t、3.84萬t、4.64萬t。

根據(jù)(表1)數(shù)據(jù)可計算得出,2010-2019年遼寧省海水養(yǎng)殖貝藻類各品種產(chǎn)量年均占養(yǎng)殖總量的比例(表2):海帶(62.22%)、裙帶菜(37.14%)、牡蠣(8.72%)、扇貝(18.07%)、貽貝(2.09%)、蛤(53.80%)、蟶(1.70%)、蚶(2.13%)。

表1 遼寧省2010—2019年貝類與藻類主要養(yǎng)殖品種產(chǎn)量 萬t

表2 2010—2019年遼寧省海水養(yǎng)殖貝類與藻類產(chǎn)量占養(yǎng)殖總量的比例 %

1.6 遼寧省貝類與藻類養(yǎng)殖碳匯能力與其他沿海省(自治區(qū)、直轄市)比較分析

碳匯漁業(yè)是每個漁業(yè)大省減排的優(yōu)選,利用漁業(yè)碳匯可以節(jié)省大量減排成本。邵桂蘭等[18]計算了2010年、2012年、2014年我國主要沿海省(自治區(qū)、直轄市)海水養(yǎng)殖貝藻類碳匯能力,碳匯能力由大到小排序依次為:山東省、福建省、遼寧省、廣東省。遼寧省海水養(yǎng)殖貝藻類碳匯能力在所有地區(qū)碳匯平均值之上,但碳匯效率較低。2015年我國海水養(yǎng)殖碳匯總量約143萬t,其中山東、福建、廣東、遼寧的年碳匯量達到20萬t以上,是我國海水養(yǎng)殖碳匯能力貢獻較大的4個沿海省份。

2 海水養(yǎng)殖貝類與藻類碳匯量估算

2.1 藻類碳匯量計算方式

基于以上數(shù)據(jù),遼寧省2010—2019年海水養(yǎng)殖海帶和裙帶菜的碳匯總量可以通過式(1)[5]估算。

式中:C藻類固碳為海水養(yǎng)殖藻類的全部固碳量;Wi為不同海水養(yǎng)殖藻類的產(chǎn)量;λci為該種藻體內(nèi)的碳含量,其參數(shù)見表3[3]。

表3 不同藻類碳含量 %

2.2 貝類碳匯量計算方式

根據(jù)查閱文獻得知,海水養(yǎng)殖貝類的碳匯計算公式(2),由此可計算出海水養(yǎng)殖牡蠣、扇貝、貽貝及蛤的碳匯量[5]。

式中:C貝類固碳量為海水養(yǎng)殖藻類的全部固碳量;Qt為海水養(yǎng)殖貝類總產(chǎn)量;Rst為貝類軟組織干質(zhì)量在貝類總質(zhì)量中的比例;ωst為碳在貝類軟組織干質(zhì)量中的占比;Rs為貝類貝殼干質(zhì)量在貝類總質(zhì)量中的比例;ωs為碳在貝類貝殼的干質(zhì)量中的占比,具體參數(shù)見表4[19-22]。

表4 不同品種貝類相關(guān)參數(shù) %

2.3 養(yǎng)殖貝類及藻類總碳匯量

通過以上數(shù)據(jù)及參數(shù),可計算出2010—2019年遼寧省海水養(yǎng)殖貝類與藻類的碳移出量,如表5所示。

表5 2010—2019年遼寧省不同品種海水養(yǎng)殖貝類與藻類碳匯量 萬t

2010—2019年,養(yǎng)殖海帶的碳匯量穩(wěn)步上升,2019年出現(xiàn)碳匯量峰值,為9.81萬t;養(yǎng)殖裙帶菜的碳匯量雖有波動,但依然能看出增長的趨勢,2014年出現(xiàn)碳匯量峰值,為4.52萬t;養(yǎng)殖牡蠣在2019年碳匯能力達到峰值,碳匯量為2.17萬t;養(yǎng)殖貽貝在2016年碳匯量達到峰值,為0.74萬t;養(yǎng)殖扇貝在2017年碳匯量達到峰值,為4.56萬t;養(yǎng)殖蛤在2016年達到碳匯量峰值,為10.78萬t;養(yǎng)殖蟶在2017年碳匯量達到峰值,為0.59萬t;養(yǎng)殖蚶在2010年及2019年碳匯量達到峰值,為0.39萬t。

通過各個品種碳匯量的加和可以計算出遼寧省海水養(yǎng)殖貝藻類每年的碳匯量,通過表5可以看出遼寧省2010—2019年海水養(yǎng)殖貝類與藻類的碳匯能力正在穩(wěn)步上升。

根據(jù)以上遼寧省貝類與藻類的主要品種計算出的碳匯量可得知,貝類中屬海水養(yǎng)殖蛤的碳匯能力較強,藻類中屬養(yǎng)殖海帶碳匯能力較強?；跀?shù)據(jù)推測出,海水養(yǎng)殖貝類與藻類的碳匯量與產(chǎn)量之間有著密切的關(guān)系。

將表5逐年的碳匯量進行加和可計算出遼寧省近10年海水養(yǎng)殖貝類與藻類的碳匯總量,約為267.74萬t。遼寧省海水養(yǎng)殖海帶在10年內(nèi)總計碳移出量約為65.82萬t;其中,海水養(yǎng)殖裙帶菜在10年內(nèi)總計碳移出量約為35.11萬t;遼寧省海水養(yǎng)殖藻類10年間總計碳移出量約為100.93萬t,年均匯碳量約為10.10萬t。遼寧省海水養(yǎng)殖牡蠣、貽貝、扇貝、蛤、蟶及蚶10年內(nèi)碳移出總量分別約為:15.77萬t、5.15萬t、38.91萬t、99.94萬t、4.44萬t、2.60萬t。遼寧省海水養(yǎng)殖貝類在近10年總計碳移出量約為166.81萬t,年均碳移出量約為16.68萬t。

基于上述數(shù)據(jù)可計算出,遼寧省海水養(yǎng)殖藻類10年內(nèi)移出100.93萬t的碳相當(dāng)于370.38萬t CO2;同理,遼寧省海水養(yǎng)殖貝類近10年移出166.81萬t的碳相當(dāng)于612.19萬t CO2。根據(jù)文獻中提供的數(shù)據(jù)可知,遼寧省每減排1t的CO2就需要花費157元[23],由此可見漁業(yè)碳匯對遼寧省具有相當(dāng)可觀的經(jīng)濟效益。

2.4 海水養(yǎng)殖貝類碳匯相關(guān)爭議

海水養(yǎng)殖貝類主要通過直接與海水中的HCO-3反應(yīng)形成CaCO3(即貝殼的主要成分)來進行碳匯,而貝類的軟體組織是通過濾食海水中的微藻及有機物顆粒來滿足自身生長,該過程有固碳的效果,通過收獲養(yǎng)殖貝類直接大量移出海水中的碳。在上述反應(yīng)中,貝類的呼吸和鈣化會釋放CO2,這使其遭到質(zhì)疑,認為養(yǎng)殖貝類不應(yīng)該納入海洋碳匯范圍內(nèi)。但在研究進展中,諸多學(xué)者認為貝類是可以進行碳匯的,需要從貝類整個生命過程來看待其在生態(tài)系統(tǒng)中的碳匯功能,國內(nèi)研究者也相繼對貝類碳匯的數(shù)據(jù)進行計算。研究表明,一個貝類在其生長周期內(nèi)釋放的CO2僅占30%,其余70%中有30%被移出海水,40%被封存在海水中[24],從宏觀來看并不影響它的碳匯能力。

3 結(jié)論

濾食性貝類固碳通過攝食活動大量去除海水中的顆粒有機碳,并且通過生物礦化形成貝殼[4-5]。2010—2019年遼寧省海水養(yǎng)殖貝類固碳量約為1.67×106t,其中貝殼的固碳量占大部分。在養(yǎng)殖條件下,貝類的產(chǎn)量與貝類實際利用的顆粒有機碳的比例約為25%,據(jù)此可推算出遼寧省2010—2019年養(yǎng)殖貝類攝食的顆粒有機碳,約為7.71×107t。

因貝殼固定的碳通過生物地球化學(xué)循環(huán)才會再回到大氣中,但其過程需要很長時間,所以貝類的碳匯優(yōu)勢顯而易見,不僅可以將其從海水中移出,還能長久儲存。同時,海水養(yǎng)殖藻類碳匯優(yōu)勢也極為明顯。其研究價值具有廣闊的前景,并且收獲的藻類可以生產(chǎn)瓊膠或制成餌料,還可用于藥品、化工、食品等原料中。海水養(yǎng)殖藻類固碳原理是通過光合作用將海水中的溶解無機碳(DIC)和CO2轉(zhuǎn)化為溶解有機碳(DOC)[25],同時還能溶解海水中的硝酸鹽、磷酸鹽等營養(yǎng)物質(zhì),使海水p H值上升,降低了海水中CO2分壓,進而促進海水對空氣中CO2的吸收,對擴增海洋碳匯效應(yīng)以及減緩全球變暖趨勢都有重要意義。

貝類與藻類是遼寧省海水養(yǎng)殖的主要品種,二者中貝類的產(chǎn)量較為突出,其中,貝類作為經(jīng)濟型水產(chǎn)品,蛤的產(chǎn)量每年占比最高。為研究貝類碳匯能力,在產(chǎn)量相同的情況下選取貝類6個品種進行碳匯量計算。結(jié)果表明,碳匯能力由大到小排序依

次為:蟶、貽貝、扇貝、蛤、牡蠣和蚶,而遼寧省2010—2019年的貝類產(chǎn)量由高到低排序依次為:蛤、扇貝、牡蠣、貽貝、蚶和蟶。所以若想快速提升遼寧省漁業(yè)碳匯水平,首先需要適當(dāng)調(diào)整貝類養(yǎng)殖結(jié)構(gòu);藻類的碳匯能力與產(chǎn)量高低一致,無須調(diào)整。本研究遼寧省海水養(yǎng)殖貝類與藻類碳匯能力,計算了8個貝類與藻類海水養(yǎng)殖品種在2010—2019年期間的碳移出量,約為267.74萬t,通過直觀的數(shù)據(jù)來展示遼寧省海水養(yǎng)殖貝藻類的碳匯能力,提高人們對養(yǎng)殖貝藻的重視度,將對海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響,也能夠有效地緩解溫室氣體排放危機,同時會對今后碳匯漁業(yè)理論以及國內(nèi)碳交易機制的建立和發(fā)展具有一定的理論意義。數(shù)據(jù)有助于遼寧省大力發(fā)展碳匯漁業(yè)奠定基礎(chǔ),相關(guān)結(jié)果可為遼寧省的養(yǎng)殖行業(yè)提供一定的參考。