导读

由广东工业大学与南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）共建的滨海与深海生态环境研究中心团队在Journal of Cleaner Production上发表了标题为“Co-benefits of carbon sink and low carbon food supply via shellfish and algae farming in China from 2003 to 2020”的研究论文。气候变化是当前人类社会面临的严峻挑战。控制温室气体的浓度是应对气候变化的关键，仅依靠二氧化碳减排技术难以实现巴黎协定制定的升温控制目标。已有研究表明，海洋贝藻养殖是有效的碳汇活动。但是，目前有关于中国贝藻养殖的长周期减排增汇效益研究方面的认识尚缺乏系统认识。本研究以全球贝藻养殖产量最多的国家——中国为研究区域，基于模型分析和实验检测研究了中国沿海省份不同贝藻的减排增汇效益。作者测定了5类主要养殖贝类的碳含量数据，核算了2003-2020年中国及其各沿海省份的海水贝藻养殖碳汇渔业的碳汇量，进一步分析探究了中国的碳汇驱动因素及发展情况，并基于一定膳食选择估算了中国贝藻养殖的减排效益。

✦摘要✦

负碳排技术在有效减缓温室气体效应，将全球变暖限制在1.5℃以下方面起着重要作用。海水养殖中的贝类和藻类在自然生长过程中便具有获得低碳足迹的食物和封存碳的双重益处。本研究估算了中国通过贝类和藻类养殖对低碳食物供应和碳封存的共同效益。综合分析了2003-2020年贝类和藻类养殖的碳汇时空演化、驱动因素和解耦状况。结果表明，2003-2020年，中国通过贝类和藻类养殖隔离了约6.0 Mt CO2-eq/年。与牛肉生产相比，贝类养殖可以通过提供0.39 Mt/年的优质蛋白质，减少31.7 Mt CO2-eq/年的碳排放。此外，与甜菜生产相比，藻类养殖可以通过提供1.6Mt/年食用食品（蔬菜）减少0.7 Mt CO2-eq/年的碳排放。海洋渔业经济和养殖能力的提高是贝类和藻类碳封存能力不断提高的主要驱动因素。从2003年到2020年，这两个驱动因素使贝藻养殖碳汇增加了10.35 Mt CO2-eq。与此同时，养殖面积效率对其碳汇增长起抑制作用，这导致研究期间总共抑制了6.94 Mt CO2-eq封存。总体而言，中国的贝类和藻类养殖产值只占海洋渔业价值的一小部分，需要政府补贴和蓝碳交易等有力的激励策略，以提高未来中国的贝藻养殖的产量进而提升其碳汇量。

✦引言✦

贝藻养殖是大自然赋予的基于自然的过程，进行生物固碳的绿色固碳方法。我国是贝藻养殖大国，养殖面积高达120万公顷，产量占全球80%以上。已有研究表明，海水贝藻养殖可有效促进海水中的碳封存。在自然生长过程中，贝类通过滤食水体中的浮游生物和吸收水体有机碳、无机碳来形成含有丰富蛋白质的软体组织和长期稳定储碳的贝壳。藻类通过吸收睡衣和空气中的无机碳进行光合作用来将环境中的碳固定在机体内。同时，贝藻养殖的碳足迹较低，以贝藻食品替代传统肉类和蔬菜可有效减少食物生产行业的温室气体（GHG）排放。此外，贝藻养殖还具有多种环境和社会效益：（1）贝藻在海域养殖过程中几乎不消耗抗生素及化学制剂且几乎不产生CH4和N2O等温室气体，对环境危害小；（2）贝藻养殖过程几乎不消耗非可再生资源；（3）在养殖过程中贝藻可以过滤和净化水质、减少水体富营养化等，合理地养殖可起到保护海域生态环境的作用。

成果简介

01 中国贝藻养殖碳汇核算及时空演化差异情况分析

图1显示了2003-2020年中国各沿海省份贝藻养殖碳汇演化情况和2020年贝藻养殖的产量时空分布图。图2显示了中国各沿海省份的贝藻养殖单位面积碳汇能力差异情况。贝藻产量的增长推动了各省碳汇量的提高。2003-2020年，中国贝类和藻类产量排名前三的省份（山东、福建和辽宁）固碳总量占中国总量的近67%。然而，单位面积碳汇强度前三的省份为广西（每公顷14.5 t CO2-eq /年），福建（每公顷13.3 t CO2-eq/年），和广东（每公顷12.4 t CO2-eq/年）。这是因为，相同的产量情况下，不同的贝藻养殖品类固碳效率不同而导致碳汇量不同。一般来说，由于物种的适应性、经济价值和碳汇能力的不同，应根据区域特性和物种特征，分省份制定提高海水贝藻养殖碳汇的策略。

Fig 1. Carbon sinks and production evolution of shellfish and algae farming. Spatiotemporal evolution of CO2 sequestration in different provinces from 2003 to 2020 (histogram), and the spatial differences of annual average production during 2003–2020 (map in the middle).

Fig 2. Carbon sink capacity per unit area in different provinces. Mean CO2 sequestration per hectare of shellfish and algae farming in different provinces per year, during 2003–2020. HB, LN, JS, ZJ, FJ, SD, GD, GX, and HN represent Hebei, Liaoning, Jiangsu, Zhejiang, Fujian, Shandong, Guangdong, Guangxi, and Hainan provinces, respectively.

02 中国贝藻养殖的驱动因素和发展现状探究

图3解析了中国贝藻养殖碳汇的各驱动因素贡献情况。结果显示2003-2015年间中国贝藻养殖碳汇的主要驱动因素为海水养殖经济价值，在近年来（2015-2020年）由该因子转变为因子贝藻养殖能力驱动。这一情况说明近年来贝藻养殖的产量提升幅度大于海水养殖经济的增长幅度。与此同时，海水养殖面积效率因子是研究期内贝藻养殖碳汇的主要抑制因子。这是由于贝藻养殖面积的增幅远不及海水养殖经济的增幅。

图4探究了中国贝藻养殖碳汇与海水养殖经济的耦合情况。结果显示贝藻养殖碳汇与海水养殖整体上呈现弱脱钩状态，说明贝藻养殖碳汇的增长与海水养殖经济的关联不大。由于中国目前的贝藻养殖主要为食品用途的经济驱动，故该情况很好的说明了，目前中国海水贝藻养殖的经济价值在整个海水养殖产业来说占比还较小，需要未来进一步的提升。

Fig 3. Drivers of changes in CO2 sequestration via shellfish and algae farming from 2003 to 2020. The values above the red arrow line indicate the increase of CO2 sequestration embodied in shellfish and algae farming between two years. Values shown in the deep grey bars are the total CO2 sequestration via shellfish and algae farming each year (Mt). (For interpretation of the references to color in this figure legend, the reader is referred to the Web version of this article.)

Fig 4. Spatiotemporal evolution of decoupling status of carbon sinks from marine fisheries economy. Decoupling status of carbon sink capacity via shellfish and algae farming from the marine fisheries economy in different provinces during studied periods. HB, LN, JS, ZJ, FJ, SD, GD, GX, and HN represent Hebei, Liaoning, Jiangsu, Zhejiang, Fujian, Shandong, Guangdong, Guangxi, and Hainan provinces, respectively.

03 中国贝藻减排效益评估

图5显示了与常见肉类蔬菜食品相比，贝藻的减排效益。粮食生产部门的温室气体排放量占全球总排放量的三分之一，而由于人口的持续增长，食品系统的碳排放量将持续增加。相较于高碳排的牛肉和碳足迹较低的海产品金枪鱼，贝类的碳足迹都是十分低的。本研究中，我们选定蛋白质这一肉类常用指标的碳足迹作为衡量肉类食品碳足迹的关键因素。结果显示，与牛肉相比，食用贝类养殖的蛋白质足迹将减少约97%，而与金枪鱼相比将减少约64%。因此，2003-2020年，由于中国通过贝类养殖供应了每年0.39 Mt的蛋白，与牛肉产品相比，减少了约31.7 Mt CO2-eq/年的排放。与金枪鱼相比，贝类可以减少2.4 Mt CO2-eq/年。蔬菜方面，与甜菜相比，海带可减少碳排放431.5 kg CO2-eq/ t。以海带的碳足迹作为所有藻类的碳足迹时，中国的藻类养殖（1.6 Mt/年）与甜菜相比，可以减少食物系统中0.70 MtCO2-eq/年的排放。

Fig 5. CPW in algae and vegetable product, and CFP in shellfish and meat products. Shellfish (blue bars) are compared with beef and tuna (grey bars), while algae (green bars) are compared with beet (orange bars).

结论与展望

在这项研究中，我们核算了中国的贝藻养殖碳汇量，并在此基础上进一步分析探究了贝藻碳汇的驱动因素及发现情况，并从食品角度评估了贝藻养殖的减排效益。从研究的结果来看，贝藻养殖是缓解温室效应的重要方法。而未来需要进一步增强贝藻养殖的经济效益和推广贝藻食品的普及从而能进一 步的增加贝藻的减排增汇效益。

原文信息

Chen-Yao Le, Jing-Chun Feng, Liwei Sun, Weiyu Yuan, Guozhong Wu, Si Zhang, Zhifeng Yang. Co-benefits of carbon sink and low carbon food supply via shellfish and algae farming in China from 2003 to 2020. Journal of Cleaner Production, 2023, 08(414),