三沙灣海水養殖固碳潛力評估與空間格局分析

張智　雷靈逸　王飛鵬　李榮茂　李聰　黃亞玲　穆景利

摘要：文章以福建省典型養殖海灣三沙灣為研究區域，對區域內養殖現狀開展調查，并對三沙灣養殖固碳量及價值量進行核算。結果顯示，2022年三沙灣養殖總產量66.47萬t，其中貝藻養殖產量26.67萬t;優勢經濟物種包括大黃魚、鮑魚、海帶、江蘺和牡蠣。測定不同養殖生物含碳率存在時空差異，其中養殖生物軟組織含碳率為23.67%～43.89%，養殖貝類貝殼含碳率為11.12%～15.05%;海帶含碳率隨生長周期降低，而貝類含碳率在生長過程無顯著差異。經核算，2022年三沙灣海水養殖牡蠣、海帶、江蘺等不投餌貝藻類養殖可從水體中移出碳約2.91萬t，相當于減排二氧化碳10.67萬t，可創造經濟價值161.74萬元，具有良好的固碳潛力與經濟效益。鮑魚、大黃魚、海參等投餌型養殖生物在養殖過程中引入外來碳源約92.55萬t，餌料的投入和養殖結構不合理是導致投餌型養殖碳固存能力弱的重要因素。文章聚焦典型養殖海灣的漁業固碳能力核算，并針對投餌型養殖生物的碳固存能力進行探討，研究結果能夠為該區域養殖規劃和水產養殖行業的綠色升級轉型提供科學支持。

關鍵詞：漁業碳匯;水產養殖;固碳潛力;空間分布格局;三沙灣

中圖分類號：P74;X145;S967 文獻標志碼：A 文章編號：1005-9857（2024）02-0028-10

0 引言

隨著全球氣候變化問題日益嚴峻，減少溫室氣體排放和發展低碳經濟成為應對全球變暖的重要舉措，增匯是實現“雙碳”目標的必要途徑之一[1]。海洋是地球上最大的活性碳庫，每年吸收地球近30%的碳排放量，其中有55% 通過海洋生物捕獲[2]。焦念志[3]指出實施海洋“負排放”是實現碳中和的重要途徑，以海洋生物為核心的生物泵對海洋碳循環貢獻的報道也日益增多[4]。因此，服務“雙碳”目標以及探尋碳達峰路徑，可以向海洋生物尋求碳匯解決方案。

大型藻類和濾食性貝類對海洋碳循環有明顯影響[5-6]。藻類是海洋碳循環的初始階段，通過光合作用將大氣中的碳向海底或深海輸送，海洋初級生產者貢獻世界上至少50%的碳固定以及71% 的碳封存[7];濾食性貝類通過攝食生長與鈣化作用，利用海洋中的無機碳形成可移出的碳酸鈣，具有極大的固碳潛力，每年可減少大氣中約0.012%的大氣二氧化碳增量[8]。我國水產養殖產量和面積居世界首位，貝類和大型藻類是我國海水養殖的“主力軍”[9]。基于此，唐啟升[10]提出漁業碳匯的概念，即通過漁業生產活動促進水生生物吸收或使用水體中的二氧化碳等溫室氣體，并通過捕獲把這些已經轉化為生物產品的碳移出水體或通過生物沉積作用將其沉降于水底的過程和機制。據估算，我國貝藻養殖年均可移出碳匯達92.7萬t，并呈上升趨勢[11]。以海水養殖為主體的碳匯漁業為海洋增匯提供新動能[12-14]。

自漁業碳匯概念提出尤其是“雙碳”目標提出后，我國沿海地區相繼開展對漁業養殖產品的碳匯能力核算，遼寧[15]、河北[16-17]、山東[18]、江蘇[19]、浙江[20]、福建[21]和廣東[22]基于漁業統計年鑒的數據及主要養殖品種的含碳率經驗系數，初步估算養殖貝藻類可移出的碳匯，貝藻類養殖平均每年可實現固碳量2.75萬～200萬t。然而上述結果差異較大，且均采用經驗系數法對固碳量進行核算，未考慮養殖水域環境差異對生物固碳能力的影響，結果可能存在較大偏差。此外，目前的漁業碳匯核算數據完全來源于漁業統計年鑒，也多以省級行政區為分區進行比較，所反映的結果無法支撐產業升級轉型。因此，有必要針對重點養殖水域開展養殖現狀調查和含碳率等參數的本地化測定修正，以獲取更為精確的漁業碳匯數據，服務地區碳匯漁業發展。

福建是水產養殖大省，海水養殖面積與產量多年居于全國前列[23]。尤其是具有碳匯潛力的貝藻類養殖，福建海帶養殖產量超過全國海帶養殖總產量的50%，江蘺養殖占比達75%，且貝藻類養殖產量占比逐年提高[21]。三沙灣位于福建東北部，是典型的近封閉型海灣，并有多條水系匯入;海水和淡水在灣內交匯，具有豐富的營養鹽與生物多樣性，理想的養殖條件使其成為福建最大的海水網箱養殖基地[24-26]。以往研究僅為非投餌型貝藻類養殖碳匯核算，缺少對投餌型養殖碳匯潛力的分析。本研究對三沙灣漁業養殖現狀進行調查，獲得養殖品種和養殖模式等基礎信息;對主要養殖品種進行采樣和含碳率分析，獲取本地化含碳率參數;結合《養殖大型藻類和雙殼貝類碳匯計量方法碳儲量變化法》（HY/T0305-2021）和《海洋碳匯核算方法》（HY/T0349-2022）等標準，對三沙灣漁業養殖的固碳能力、碳匯經濟價值進行核算，以期為三沙灣優化養殖布局、促進碳匯漁業發展提供科學的數據支撐。

1 材料與方法

1.1 養殖現狀調查

本研究采用定性與定量相結合的方法，于2022年11月至2023年4月對三沙灣漁業養殖現狀開展調查。定性方法包括實地調查、走訪、收集資料等，獲取養殖品種、養殖時序、養殖產量等定性信息;定量方法主要運用地理信息系統和遙感技術方法，獲取各調查單元的養殖位置、養殖面積等定量信息。遙感解譯結果經當地漁業部門的統計數據相互驗證，最終確定養殖面積、養殖產量和空間分布等三沙灣漁業養殖現狀。

1.2 含碳率測定

對各養殖品種進行現場調查采樣后，帶回實驗室刷洗去除表面附著物，在55℃下烘干至恒重后研磨成細粉末。稱取（100±1）mg待測樣品細粉末，放入錫紙包埋，利用VarioMACROcube元素分析儀（Elementar，德國）測定含碳率，具體分析方法參考Westbrook等[27]的研究。對于無法獲取的數據，參考張繼紅等[5]、孫康等[28]整理的生物體相關參數。此外，對于鮑魚和大黃魚等投餌型生物，還應測定餌料含碳率。同時，通過走訪詢問獲取投餌頻率、投餌量比等信息。

1.3 碳匯物質量和價值量核算

1.3.1 碳匯物質量

對于大型藻類和不投餌貝類養殖碳匯物，其質量核算參考《養殖大型藻類和雙殼貝類碳匯計量方法碳儲量變化法》（HY/T0305-2021）和主要參考文獻[5，21，23，28]，計算公式為：

CSalg =Walg，i ×Kmi ×CFmi

式中：CSalg為第i 種大型藻類的可移出碳匯物質量，以碳計;Walg，i 為第i 種大型藻類的生物量（濕重）;Kmi為第i 種大型藻類濕重與干重之間的轉化系數;CFmi為第i 種大型藻類干質量下的含碳率。

CSsh =CSsh1 +CSsh2

CSsh1 =Wsh，j ×Ksh ×Rsh1 ×CFsh1

CSsh2 =Wsh，j ×Ksh ×Rsh2 ×CFsh2

式中：CSsh為第j 種貝類的可移出碳匯物質量，以碳計;CSsh1為第j 種貝類貝殼干質量的可移出碳匯物質量;CSsh2為第j 種貝類軟組織干質量的可移出碳匯物質量;Wsh，j 為第j 種貝類的生物量（濕重）;Ksh為第j 種貝類濕重與干重之間的轉換系數;Rsh1為第j 種貝類干重狀態下的貝殼干質量占比;CFsh1為第j 種貝類貝殼干質量下的含碳率;Rsh2為第j 種貝類干重狀態下的軟組織干質量占比;CFsh2為第j種貝類軟組織干質量下的含碳率。

對于投餌型貝類及魚類養殖碳匯物質量，由于投餌型貝類及魚類不屬于漁業碳匯生物范疇，為綜合評價研究區域的養殖碳匯貢獻，采用碳儲量變化法中養殖生物體碳匯物質量核算結果減去養殖餌料碳投入量，計算其碳固存能力：

CSaqua =CSsh' +CSfish -Cbait

式中：CSaqua為投餌型貝類和魚類碳固存量;CSsh'為投餌型貝類碳匯物質量;CSfish為魚類本身的可移出碳匯物質量;Cbait為投放餌料的含碳率，通過投放比例及含碳率測定結果計算，以碳計。

CSfish =Wfish，i ×Ci ×Cbait

式中：Wfish，i為第i 種魚類的生物量（濕重）;Ci為第i種魚類的含碳率。

1.3.2 碳匯價值量

根據2023年7月全國碳市場履約使用中國核證自愿減排量買入價格預期55.56元/t，計算三沙灣養殖碳匯價值量。

2 研究結果

2.1 三沙灣養殖結構與空間分布

2022年三沙灣養殖結構如圖1所示。

據調查，2022年三沙灣養殖面積1.14萬hm2，占三沙灣海域面積的15.83%。其中以筏式為主，達0.93萬hm2;網箱養殖次之，約0.21萬hm2。養殖品種方面，江蘺養殖面積占比達60.36%，海帶和大黃魚次之，分別占比17.73%和13.15%，牡蠣、鮑魚、海參養殖面積占比也較高。2022年三沙灣海水養殖總產量為66.47萬t。其中大黃魚產量最高，達22.85萬t，占比34.37%;貝類產量為11.41萬t，主要為牡蠣和鮑魚;大型藻類產量15.26萬t，主要為江蘺和海帶，分別占比19.32%和3.64%。三沙灣海水養殖產量占2022 年福建海水養殖產量的12.22%，其中貝、藻養殖產量分別占全省貝、藻養殖產量的3.33%和11.99%。

2.2 養殖生物含碳率測定

對養殖生物不同發育階段的含碳率分析結果顯示，不同物種之間存在較大差異。藻類的含碳率為25.53%～33.78%，其中江蘺較高、海帶較低;貝類軟組織的含碳率為34.95%～41.03%，鮑魚和牡蠣貝殼的含碳率分別為15.05%和11.12%（表1）。

本研究對三沙灣主要養殖生物在不同養殖階段的含碳參數進行比較分析。其中，牡蠣等物種在不同生長階段的含碳率無顯著差異，而海帶、江蘺、鮑魚等物種在不同生長階段的含碳率呈顯著差異，具體均表現為藻類成體含碳率顯著低于幼體，鮑魚在不同生長階段的含碳率波動較大（圖2）。

據調查，鮑魚養殖主要以江蘺為餌料，每產出1kg鮑魚（濕重），投入江蘺約16kg（濕重）;大黃魚、鱸魚養殖主要以鮮雜魚或復合飼料為餌料，每產出1kg大黃魚或鱸魚（濕重），投入鮮雜魚或復合飼料約8kg，本研究以投入復合飼料計算。經測定，大黃魚復合飼料含碳率為43.89%±0.22%。

2.3 碳匯物質量和價值量核算

經計算，2022年三沙灣海水養殖牡蠣、海帶、江蘺等不投餌型貝藻類養殖可從水體中移出碳約2.91萬t，相當于減排二氧化碳10.67萬t。其中，牡蠣可移出碳量最高，為2.22萬t;江蘺和海帶次之，分別為0.62萬t和0.07萬t。此外，投餌型養殖生物本身同樣具有碳匯潛力，可從水體中移出碳約4.75萬t。其中，大黃魚可移出碳量最高，為4.08萬t;鮑魚次之，為0.45萬t。然而綜合投餌型養殖生物的餌料投入，鮑魚、大黃魚、鱸魚等投餌型養殖生物的碳固存量約為-97.30萬t，餌料等外來碳源輸入是投餌型養殖生物碳固存能力弱的重要因素。

根據2023年7月全國碳市場履約使用中國核證自愿減排量買入價格預期55.56元/t，2022年不投餌型貝藻類養殖碳匯創造的減排經濟價值相當于161.74萬元。因此，三沙灣貝藻類養殖具有巨大的經濟效益潛力，能夠為實現“雙碳”目標貢獻重要力量。

2.4 固碳潛力的空間分布

三沙灣養殖結構呈現一定的空間分布格局，具體表現為灣東北部的東吾洋多為海帶養殖區，灣中部河道兩側以大黃魚網箱養殖為主，灣西北部鹽度較低水域以牡蠣養殖為主，而灣南部近岸則以鮑魚、海參等網箱養殖為主（圖1）。根據上述碳匯物質量核算，結合養殖結構空間分布，三沙灣水產養殖固碳潛力的空間分布如圖3所示。其中，東吾洋海域海水養殖的固碳潛力較高，而河道兩側以及灣口近岸海域由于網箱養殖投餌型生物，固碳潛力較低。

3 討論

3.1 三沙灣養殖結構的時空分布

三沙灣作為福建典型養殖海灣，既是全國聞名的大黃魚主產區，也是海帶、紫菜、鮑魚的重要產區，其中大型藻類幾乎覆蓋整個海灣，養殖強度較高（圖1）。規模化養殖大型藻類能夠吸收氮磷，可有效抑制污染物的擴散[25]，還可加強近岸固碳和儲碳的能力[29]，對維持三沙灣高密度養殖且水體營養未達高位做出重要貢獻。魚類網箱養殖面積不大，但貢獻極高比例的養殖產量，其養殖過程的外來營養輸入仍須加強關注。魚類養殖餌料投入的氮磷負荷分別為12000t/年和2400t/年，分別占三沙灣人為負荷總量的90%和86%，是三沙灣營養物質和有機物的主要來源[24]。根據水動力分析，三沙灣網箱養殖在一定程度上削弱灣內與灣外的水體交換，進一步加劇水體富營養化的可能[30]。因此，在拓展集約化養殖、合理高效利用資源、改善養殖餌料投入的基礎上，應從水動力條件等多個維度調整養殖格局，從而實現三沙灣的綠色發展。

有學者利用Landsat多時相遙感影像提取2003—2018年三沙灣海水養殖區的空間信息，結果顯示三沙灣海水養殖區2016年前呈迅速擴張趨勢，而2018年后擴張趨勢有所放緩[31-32]。從不同養殖方式來看，網箱養殖區由大陸、島嶼沿岸向深水區發展，而藻類養殖區則擴張到整個海域。本研究結果表明三沙灣養殖面積仍在逐步減少，由2016年的160km2減少至如今的132km2，主要原因為管理需求和橋梁建設等涉海工程，但三沙灣養殖密度仍較高（18.49%）。經走訪調查，由于近年來鮑魚餌料等需求旺盛，海帶、江蘺收購價格走高，2022年許多清退的養殖區重新出現海帶、江蘺養殖。

3.2 監測方法與碳匯系數優化

目前所有報道均根據《養殖大型藻類和雙殼貝類碳匯計量方法碳儲量變化法》（HY/T0305-2021）和《海洋碳匯核算方法》（HY/T0349-2022）等標準附件中的參考值進行碳匯評價，已有文獻也僅限于數項元素分析結果[33-37]。本研究測定采自三沙灣的主要養殖生物，與其他研究相比存在一定差異，如現有標準對于海帶等大型藻類的含碳率直接以20%計，而本研究測定的海帶和江蘺的含碳率分別為25.53%和33.78%，這就導致根據標準方法可能低估可移出碳匯，且部分生物的含碳率可能由于養殖環境等因素出現環境異質性。此外，海水養殖區的現場監測實驗也揭示不同養殖區的碳固存量存在時空差異，其影響因素既包括水溫、營養鹽，也包括水動力和養殖密度等[38-39]，這也提示在未來評估中應關注含碳參數的屬地化測定。

本研究對三沙灣養殖生物不同生長階段的含碳率進行測定，結果顯示海帶和鮑魚軟組織在不同發育期的含碳率存在動態變化，因此漁業碳匯監測與計量應在養殖生物的全生命周期開展含碳率的全時段監測。盡管碳儲量變化法能夠快速計算貝藻類養殖碳匯量，但仍須更多機制的研究，以獲取更全面、更準確的結果，從而輔助碳匯量以及價值量的估算和未來的交易。

在完善漁業碳匯監測與評估體系的同時，還應更加重視漁業碳匯概念辨析及其在固碳、儲碳過程中的作用機制。漁業活動在海洋碳循環中發揮重要作用，漁業生物通過直接或間接吸收或使用水體中的二氧化碳，促進碳移出和碳儲存功能的發揮，提升水域生態系統的碳匯能力[40]。但固碳不等于儲碳，如果碳在較短時間內釋放則不能稱之為碳匯。因此，海水養殖可提供經濟支撐和人類所需蛋白質，還可通過監測對環境的壓力而發揮稀釋二氧化碳而不是釋放二氧化碳的作用[3，41]。此外，海水養殖活動能夠通過生物泵和微生物泵促進近海碳循環，發揮海洋“負排放”功能。因此，在未來漁業碳匯監測方法優化中，應考慮儲碳周期來定義碳匯量，并將海水養殖和陸地經濟相結合，從而發揮其碳匯的作用。

3.3 三沙灣漁業碳匯能力比較和碳中和發展路徑

三沙灣作為福建的重點養殖海灣，貝藻類養殖極為繁盛，尤其是2022 年大型藻類養殖產量達11.04萬t，占當年全國藻類海水養殖產量的5.62%。據估算，2022年三沙灣不投餌型貝藻類養殖可從水體中移出碳約2.97 萬t，相當于減排二氧化碳10.67萬t，年固碳量達福建貝藻類養殖固碳總量的5.05%[28]。三沙灣貢獻較高的養殖碳匯，在未來的碳中和升級之路將帶來更多的綠色收入。

根據沉積物總有機碳和總氮的穩定同位素測定結果，藻類養殖區對固碳的貢獻重大[29]。因此，應大力發展大型藻類規模化養殖，培育高效固碳物種，加強水體CNP監測，提供優質養殖環境。同時，藻類養殖過程中產生的顆粒有機碳和溶解有機碳能夠通過生物泵和微生物泵發揮海洋“負排放”功能[6，42]，未來可進一步通過驅動人工流等手段促進營養鹽循環，從而實現增匯[43]。

三沙灣水產養殖全生命周期評價（LCA）結果表明，飼料仍是投餌型養殖生物資源利用的主要貢獻者，占養殖過程對環境影響的45%～90%[44]。以食物網為基礎營養層級的養殖結構單一，即僅有少數魚貝藻類養殖，集約化養殖同時影響上行效應，造成營養“瓶頸”，導致灣內生態系統多樣性的喪失[45]。因此，應進一步規范海水養殖行為、科學合理布局養殖品種、控制養殖密度，如調整餌料類型以及餌料加工、投放方式[46-47]，以期實現三沙灣海水養殖的綠色低碳發展。此外，漁業碳匯評價方法應趨于多元化：①從單位養殖面積、生產單位蛋白質的碳匯量等角度綜合評價不同海水養殖生物的碳匯能力及其與其他農業產品的碳匯潛力比較;②綜合碳匯價值量與水產品經濟價值、生態服務價值等多角度，構建水產品綜合價值評價體系。

4 結論

本研究首次聚焦福建典型養殖海灣———三沙灣，通過養殖現狀調查、養殖生物含碳參數測定、養殖生物碳匯物質量和價值量核算，全面了解三沙灣海水養殖狀況和固碳潛力空間分布。三沙灣海水養殖總產量66.47 萬t，其中貝藻類養殖產量26.67萬t。牡蠣、海帶、江蘺等不投餌型貝藻類養殖可從水體中移出碳約2.97萬t，相當于減排二氧化碳10.67萬t，可創造經濟價值161.74萬元，具有良好的固碳能力與經濟效益;鮑魚、大黃魚、海參等投餌型養殖的碳固存量約為-97.30萬t，餌料投入仍是主要輸入碳源。未來應大力發展大型藻類規模化養殖，培育高效固碳物種;加強水體CNP監測，提供優質養殖環境;科學合理布局養殖品種，控制養殖密度和養殖行為。同時，構建全時段監測、屬地化計量、多元化方法、多尺度結合的漁業碳匯評估體系，助力海水養殖的綠色低碳發展。

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