海洋牧場作為一種資源養(yǎng)護(hù)、環(huán)境友好型漁業(yè)方式，首要環(huán)節(jié)是修復(fù)生態(tài)環(huán)境、保護(hù)海洋生境，在此基礎(chǔ)上開展生物資源增殖，且海洋牧場內(nèi)水生生物以天然餌料為食，無須人工投餌，是碳匯漁業(yè)的典型代表，是保障漁業(yè)水域生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)發(fā)揮碳匯效應(yīng)的有效模式。目前，對于海洋牧場擴(kuò)增海洋碳匯的研究比較少。為此，本文綜述了國內(nèi)外關(guān)于海洋牧場碳匯的研究成果，概述了海洋牧場的碳匯過程及固碳機(jī)理，以期為擴(kuò)增海洋碳匯，服務(wù)“雙碳”戰(zhàn)略提供科學(xué)參考。
1 海洋牧場碳匯基礎(chǔ)
1.1 漁業(yè)碳匯
唐啟升(2011)首次提出碳匯漁業(yè)，并將其定義為通過漁業(yè)生產(chǎn)活動促進(jìn)水生生物吸收水體中的CO2，并通過收獲把這些已經(jīng)轉(zhuǎn)化為生物產(chǎn)品的碳移出水體的過程或機(jī)制。藻類的光合作用、貝類的濾食行為，魚類、甲殼類等生長所固定的碳直接或間接促進(jìn)大氣中CO2向水體中傳輸，降低了大氣中CO2的濃度，并通過水產(chǎn)品的采捕完成“碳移出”。碳匯漁業(yè)不僅推動漁業(yè)的綠色高質(zhì)量發(fā)展，更是“可產(chǎn)業(yè)化的藍(lán)碳”(唐啟升等，2016)。根據(jù)碳匯漁業(yè)的定義，不需投餌的漁業(yè)生產(chǎn)活動都能形成生物碳匯，如藻類養(yǎng)殖、貝類底播、海洋牧場、增殖放流以及捕撈漁業(yè)等。
1.2 海洋牧場
國際《海洋科學(xué)百科全書》中界定，海洋牧場通常是指資源增殖，主要操作方式包括人工魚礁和增殖放流，即通過保護(hù)和修復(fù)棲息地，人為投放水生生物，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的修復(fù)和漁業(yè)資源的養(yǎng)護(hù)增殖。我國將海洋牧場定義為基于海洋生態(tài)系統(tǒng)原理，在特定海域通過人工魚礁、增殖放流等措施，構(gòu)建或修復(fù)海洋生物繁殖、生長、索餌或避敵所需的場所，增殖養(yǎng)護(hù)漁業(yè)資源，改善海域生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)漁業(yè)資源可持續(xù)利用的漁業(yè)模式(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部,2017)。海洋牧場作為一種新型的漁業(yè)生產(chǎn)模式，利用人工魚礁、海藻場、海草床等修復(fù)水生棲息地，營造適宜生境，通過底播、放流等措施補(bǔ)充水生生物資源，是碳匯漁業(yè)的典型模式之一，對擴(kuò)增海洋碳匯具有重要作用。
2 海洋牧場碳匯機(jī)理
海洋牧場通過投放人工礁體等工程設(shè)施，或修復(fù)牡蠣礁、海草床等天然生境為水生生物營造棲息場所，并通過增殖放流補(bǔ)充生物資源，形成近海典型受人為調(diào)控的開放式漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。海洋牧場基礎(chǔ)設(shè)施可以改變周圍的非生物環(huán)境，進(jìn)而引起生物環(huán)境的變化，人工魚礁等工程設(shè)施的流場效應(yīng)可改變周圍的流體流態(tài)，產(chǎn)生的上升流將底層營養(yǎng)元素輸送到中上層水體，促進(jìn)浮游植物的生長，豐富海洋牧場生物餌料，進(jìn)而發(fā)揮餌料誘集并吸引更多的海洋生物在牧場區(qū)聚集，提高海區(qū)生物多樣性和生物量。海洋牧場及毗鄰海域理化環(huán)境的改善可增加初級生產(chǎn)力，進(jìn)而提升光合作用對CO2轉(zhuǎn)化量，礁體上附著的濾食性貝類在一定時間內(nèi)發(fā)揮碳封存的作用，人工魚礁的投放顯著提高海洋牧場及輻射海域的漁業(yè)資源生物量和密度。
2.1 浮游植物固碳
浮游植物僅占地球生物圈初級生產(chǎn)者生物量的0.2%，卻提供了地球近50%的初級生產(chǎn)量，作為海洋食物網(wǎng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)影響著生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動，其光合作用對CO2的轉(zhuǎn)化在全球碳循環(huán)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。
2.2 海草床固碳機(jī)制
海草床是海洋牧場典型生境之一。目前，在山東榮成天鵝湖海域、河北唐山祥云灣海域已建成多個以海草床為主要生境類型的海洋牧場示范區(qū)，并實(shí)現(xiàn)海草的規(guī)?；鲋?。海草床不僅為其他海洋生物提供棲息地，保護(hù)近海生態(tài)環(huán)境，其自身更具有強(qiáng)大的固碳功能，在全球氣候調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。全球海草的分布面積不足海洋總面積的0.2%，碳埋藏量卻占到了海洋總量的10%以上，碳固定速率達(dá)到83gC/(m2·yr)，約為熱帶雨林的21倍，全球海草床沉積物有機(jī)碳的儲量在9.8~19.8PgC，相當(dāng)于全球紅樹林與潮間帶鹽沼植物沉積物碳儲量總和。
2.3 牡蠣礁固碳機(jī)制
牡蠣礁是由大量牡蠣固著生長于硬底物表面所形成的一種生物礁系統(tǒng)。是我國海洋牧場典型生境之一，在萊州灣、渤海灣近海和長江口海洋牧場內(nèi)，牡蠣是礁體附著生物優(yōu)勢種，在海洋牧場生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)發(fā)揮著重要的調(diào)節(jié)作用。
牡蠣通過生長完成直接固碳的同時，利用生理過程的生物泵功能加速了有機(jī)碳的沉降和埋藏，通過攝食活動將水體中較小的顆粒物轉(zhuǎn)變成體積較大的糞便顆粒，從而能不斷把水中懸浮顆粒有機(jī)物以糞便形式輸入到水底底層，加快顆粒有機(jī)物沉積過程，同時，把部分有機(jī)或無機(jī)碳封存于沉積物中，間接起到生物碳匯的作用。與此同時，牡蠣在生長和繁殖過程中大量固著，不斷堆積而形成牡蠣礁棲息地，為其他水生生物提供適宜生境。牡蠣礁生態(tài)系統(tǒng)中的生物資源得到改善，資源量的增加進(jìn)一步提高水生生物體固碳。
2.4 海洋牧場增殖魚類固碳機(jī)理
增殖放流是補(bǔ)充海洋牧場漁業(yè)資源種群數(shù)量的重要措施，因高經(jīng)濟(jì)價值而被過度捕撈的魚類、海參、鮑等名貴水產(chǎn)品是海洋牧場海域主要的增殖生物，其增殖放流不僅可以帶來巨大的經(jīng)濟(jì)收益，還具有顯著的生態(tài)功能。增殖生物攝食海洋牧場內(nèi)豐富的附著生物、浮游生物、底棲生物等，其生長過程無需人工投喂，在完成機(jī)體生長固碳的同時，通過“生物泵”將浮游植物等轉(zhuǎn)化的CO2向海底輸送，促進(jìn)海洋碳循環(huán)和碳埋藏。
3 建議和展望
海洋牧場對生態(tài)環(huán)境的改善作用和漁業(yè)資源的養(yǎng)護(hù)功能已得到廣泛的印證，是碳匯漁業(yè)的總要途徑之一，但海洋牧場碳匯方面的研究仍處于初步探索階段，僅有少量學(xué)者在對海洋牧場工程技術(shù)和生態(tài)效應(yīng)研究中進(jìn)行了簡單的固碳量估算，尚未系統(tǒng)地開展海洋牧場碳匯機(jī)理和增匯技術(shù)方面的研究。針對海洋碳匯的發(fā)展現(xiàn)狀和我國海洋牧場的功能定位，本文提出未來海洋牧場碳匯研究的幾個重點(diǎn)內(nèi)容：
3.1 海洋牧場生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過程及固碳機(jī)理
我國海域遼闊，漫長的海岸線南北跨越了熱帶、亞熱帶和溫帶，蘊(yùn)藏豐富的生物資源，且很多物種具有顯著的地域特征，也造就了不同海域海洋牧場生態(tài)系統(tǒng)的特殊性，按照基礎(chǔ)生境的不同可分為人工魚礁海洋牧場生態(tài)系統(tǒng)、牡蠣礁海洋牧場生態(tài)系統(tǒng)、海草場海洋牧場系統(tǒng)和珊瑚礁海洋牧場生態(tài)系統(tǒng)等，不同生境海洋牧場的理化環(huán)境、生物群落具有其特質(zhì)性，也決定了海洋牧場內(nèi)碳循環(huán)過程和固碳機(jī)理及碳匯強(qiáng)度的差異。因此，海洋牧場生態(tài)系統(tǒng)碳匯機(jī)理研究更具有復(fù)雜性和多變性，需針對特定海洋牧場，從海洋牧場生態(tài)系統(tǒng)組成、生物群落結(jié)構(gòu)和食物網(wǎng)關(guān)系角度研究碳在海洋牧場海域的轉(zhuǎn)化、遷移和固定過程；查明海洋牧場關(guān)鍵碳匯因子，解析其固碳機(jī)理及對海洋牧場碳匯的貢獻(xiàn)方式和效率；探索基于海域自然特征的海洋牧場構(gòu)建技術(shù)和多種方式的海洋牧場生態(tài)保護(hù)技術(shù)，結(jié)合生態(tài)、物理、化學(xué)等多學(xué)科調(diào)查方式，開展海洋牧場海域碳通量、碳循環(huán)監(jiān)測和評估。
3.2 海洋牧場碳匯擴(kuò)增技術(shù)與途徑
海草床、珊瑚礁與紅樹林并稱為近海典型3種生態(tài)系統(tǒng)，是近海重要的產(chǎn)卵場、育幼場、索餌場和庇護(hù)場，更是典型的高生產(chǎn)力海洋生態(tài)系統(tǒng)。目前，我國漁業(yè)主管部門已將海草床和珊瑚礁海域納入了海洋牧場范圍內(nèi)，并設(shè)立相應(yīng)的國家級海洋牧場示范區(qū)。海草床重建、珊瑚礁保育是海洋牧場技術(shù)體系的重要組成部分，更是海洋牧場生境首要的碳匯因素。由于氣候變化和人為破壞，全球海草床分布大量縮減，珊瑚礁大面積退化，我國海藻場面積的急劇萎縮影響到海草物種的多樣性。保護(hù)和重建海草床已成為海洋牧場建設(shè)中刻不容緩的重要任務(wù)，研究海草床、珊瑚礁的保護(hù)、培育及移植技術(shù)是擴(kuò)增海洋牧場碳匯最基本的途徑。
據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球85%的牡蠣棲息地已經(jīng)消失，剩余的天然牡蠣種群大部分處于較差的狀態(tài)，在我國渤海灣、萊州灣、長江口等海域，牡蠣是近海礁石附著生物的優(yōu)勢種，形成典型的牡蠣礁海洋牧場，發(fā)揮著凈化水質(zhì)、提供棲息地、保護(hù)生物多樣性、加速碳沉降速率和固定無機(jī)碳等生態(tài)功能，因此，研究人工牡蠣礁修復(fù)技術(shù)，研建近海牡蠣礁海洋牧場是擴(kuò)增海洋牧場碳匯的重要手段。
針對不同類型的海洋牧場，研究基于海洋牧場生態(tài)容納量和食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)的多營養(yǎng)層級綜合增殖技術(shù)，構(gòu)建海洋牧場多元生境，提升海洋牧場生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性，增殖生物資源是擴(kuò)增海洋牧場生物體固碳的基礎(chǔ)方法；開發(fā)生態(tài)型海洋牧場基礎(chǔ)設(shè)施，提升基礎(chǔ)設(shè)施自身的固碳量，實(shí)現(xiàn)長期碳封存。
3.3 海洋牧場碳匯計(jì)量和交易模式
目前，關(guān)于海洋牧場生物固碳潛力估算的研究仍比較薄弱，主要原因是計(jì)量方法不明確，且海洋牧場碳計(jì)量公式大都是針對某一單一對象來計(jì)量的(如單獨(dú)計(jì)算藻類、貝類、刺參等的固碳量)，把海洋牧場生態(tài)系統(tǒng)作為一個整體計(jì)算碳匯總量的研究幾乎沒有，因而建立海洋牧場整體的碳儲量計(jì)算方法是今后的重點(diǎn)研究方向，也是海洋牧場碳匯進(jìn)入碳排放交易市場的敲門磚。由于海洋生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性、隱蔽性，其碳匯計(jì)量的難度遠(yuǎn)高于森林碳匯，探索海洋牧場碳匯生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，建立定向補(bǔ)償與排放權(quán)置換交易相協(xié)同的海洋牧場碳匯發(fā)展，是構(gòu)建海洋牧場碳匯交易模式的一項(xiàng)重要方式。
海洋是地球上最大的碳庫，存儲了地球上93%的CO2，海洋強(qiáng)大的碳匯作用對緩解全球氣候變化，保障糧食安全、人類健康和沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有至關(guān)重要的作用。雖然藍(lán)色碳匯已經(jīng)受到聯(lián)合國相關(guān)組織和沿海國家的重視，但目前僅有《紅樹林碳匯計(jì)量方法》被清潔發(fā)展機(jī)制(CDM)所認(rèn)可，海草床、珊瑚礁、濱海濕地和海洋漁業(yè)等典型海洋生物，特殊生態(tài)系統(tǒng)和特定用海模式的碳匯功能在國際社會和學(xué)術(shù)界仍存在爭議，闡明碳元素在各類典型海洋生物及其所屬生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的轉(zhuǎn)化、循環(huán)過程是藍(lán)碳研究的基本任務(wù)。漁業(yè)水域作為近海典型的特殊生態(tài)系統(tǒng)，對近海碳匯效應(yīng)的發(fā)揮具有顯著的影響，大力發(fā)展海洋牧場等環(huán)境友好及資源養(yǎng)護(hù)型漁業(yè)模式，是提升近海海洋固碳的必然選擇。研究海洋牧場碳匯機(jī)理，研發(fā)海洋牧場固碳技術(shù)，建立海洋牧場碳匯計(jì)量方法，為海洋碳匯和漁業(yè)綠色發(fā)展提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐，更好的服務(wù)國家雙碳戰(zhàn)略。
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