近日，我院高光副教授課題組先后在國際期刊Environmental Research Letters與Journal of Applied Ecology上發表論文，報道了其在大型海藻養殖碳匯功能研究方面的新進展。該研究通過構建養殖大型海藻碳路徑模型，評估了其在海洋增匯和應對氣候變化等方面的潛在優勢，為實現國家“雙碳”目標提供了新思路。
海洋作為地球系統中最大的活躍碳庫，在調節氣候變化方面發揮著重要作用。長期以來，“藍碳”特指那些固定在紅樹林、鹽沼和海草床等海洋生態系統中的碳，而大型海藻作為近海初級生產者的重要組成部分，卻被排除在藍碳范疇之外。近來，越來越多的研究表明，大型海藻能長期儲碳，具有碳匯功能。但大型海藻養殖在應對氣候變化方面能發揮多大作用，還有待研究。
我院高光副教授課題組對該領域研究進展進行了綜述與分析，發現海洋初級生產者（包括紅樹林、鹽沼、海草床、大型海藻和浮游植物等）的固碳儲碳能力在人類世整體存在下降趨勢（圖1），這要求人們必須進行人為干預來增強海洋碳匯功能。通過比較與剖析上述幾種海洋初級生產者固碳儲碳能力與潛力，發現大型海藻養殖在可利用面積及可操作性方面具有一定優勢。以每年需要扣押4Gt CO2（基于RCP2.6本世紀末升溫不超過2oC）計算，所需大型海藻養殖面積在其可利用適宜養殖面積之內(48×108 ha)。
我國是世界第一大型海藻養殖大國，但目前學界對大型海藻養殖碳匯估算方面還存在一定誤區。本研究結合已有研究與自身研究，構建了養殖大型海藻碳路徑模型（圖2），基于近五年海藻產量，對我國養殖的大型海藻碳流向進行了估算。結果表明，我國大型海藻養殖每年能從海水中移除約605,830噸碳，能長期儲碳約344,128噸。通過比較幾種主要養殖大型海藻發現，龍須菜和海帶具有較強的固碳和儲碳能力，以每年需要吸收2.5 Gt CO2計算（我國2060年達到碳中和需要的負碳量），所需要最小養殖面積（收獲的海藻也用于儲碳）為 45.4百萬公頃。大型海藻在固碳儲碳的同時，每年能吸收70,615噸氮和8,515噸磷，同時釋放2,533,221噸氧氣，因此在緩解近海富營養化及低氧（海洋動物養殖造成）方面也將發揮重要作用。龍須菜具有最高的氮吸收能力，海帶具有最高的磷吸收能力。
綜上，本研究發現大型海藻養殖在實現碳中和與應對氣候變化方面能夠發揮較為重要的作用，但同時也存在一定挑戰。針對大規模養殖大型海藻可能遇到的問題，作者提出了相應解決方案，例如利用多營養層次綜合養殖（IMTA）解決營養鹽限制的問題，結合小體量高價值的食品市場和大體量低價值的生物能源市場，解決大型海藻市場消費的問題等。今后的研究需要關注以下幾個方面：（1）挑選/培育能夠適應遠海環境的大型海藻；（2）遠海養殖技術研發與提升；（3）估算大規模養殖大型海藻的碳足跡并盡可能減少養殖過程中的碳排放；（4）大型海藻養殖對生態系統和大氣潛在的負面效應需要進一步評估，例如破壞臭氧的物質的釋放等。
圖1 氣候變化背景下海洋初級生產者固碳儲碳能力變化。CO2、SST、 pH、 SLR等數字代表本世紀末的變化量（括號內外分別基于RCP2.6和8.5）；藍色箭頭表示上升趨勢，紅色箭頭表示下降趨勢
圖2 遠海大型海藻養殖的碳路徑模式（紅色部分表示長期儲碳）
以上研究論文第一及通訊作者為高光副教授，共同作者包括我院高坤山教授、2020級碩士研究生高林、蔣美佳、謝姝妤，澳大利亞莫納什大學John Beardall教授，廣州大學金鵬副教授以及海南大學何林文副研究員等。該研究得到了國家重點研發計劃“藍色糧倉”專項（2018YFD0900703）、國家自然科學基金面上項目（42076154）和近海海洋環境科學國家重點實驗室自主研究課題（MELRI2004）等資助。
論文來源：
Gao G*, Beardall J, Jin P, Gao L, Xie S, Gao K. A review of existing and potential blue carbon contributions to climate change mitigation in the Anthropocene. Journal of Applied Ecology, 2022, https://doi.org/10.1111/1365-2664.14173
Gao G*, Gao L, Jiang M, Jian A, He L. The potential of seaweed cultivation to achieve carbon neutrality and mitigate deoxygenation and eutrophication. Environmental Research Letters, 2021, https://doi.org/10.1088/1748-9326/ac3fd9
