大型海藻養(yǎng)殖碳匯研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展

在國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助下，南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室（廣州）（以下簡(jiǎn)稱廣州海洋實(shí)驗(yàn)室）楊志峰院士團(tuán)隊(duì)攜手汕頭大學(xué)、廣東工業(yè)大學(xué)、廣州大學(xué)及中山大學(xué)等科研人員，在大型海藻養(yǎng)殖碳匯研究領(lǐng)域取得新進(jìn)展。近日，相關(guān)成果發(fā)表于《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》（Environmental Science & Technology）。

 

紫菜養(yǎng)殖中碳庫(kù)動(dòng)態(tài)與主要驅(qū)動(dòng)因子階段依賴性轉(zhuǎn)變的概念示意圖。研究團(tuán)隊(duì)供圖，下同
 

論文第一作者、廣州海洋實(shí)驗(yàn)室博士后林佳介紹，除紅樹(shù)林、海草床和鹽沼外，大型海藻被認(rèn)定為第四類海岸帶藍(lán)碳來(lái)源。大型海藻養(yǎng)殖具備成本低、產(chǎn)量高、養(yǎng)殖可控性強(qiáng)等顯著優(yōu)勢(shì)，是可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的海岸帶藍(lán)碳資源。正因如此，眾多國(guó)家積極投身大型海藻養(yǎng)殖，將其作為增加碳匯的有效手段。然而，大型海藻養(yǎng)殖過(guò)程中碳匯潛力如何動(dòng)態(tài)變化，以及其對(duì)氣候變暖的響應(yīng)機(jī)制，是當(dāng)前發(fā)展大型海藻養(yǎng)殖碳匯亟待攻克的關(guān)鍵科學(xué)難題。

 

該研究以廣東汕頭南澳島現(xiàn)代海洋牧場(chǎng)中的紫菜養(yǎng)殖系統(tǒng)為研究對(duì)象，開(kāi)展全面且深入的調(diào)查。科研人員對(duì)不同養(yǎng)殖階段水體、沉積物、大氣及生物體中的多種碳庫(kù)進(jìn)行綜合分析，精準(zhǔn)揭示了各養(yǎng)殖階段碳匯潛力的變化規(guī)律及內(nèi)在機(jī)制差異。同時(shí)，運(yùn)用多統(tǒng)計(jì)分析方法，成功識(shí)別出不同養(yǎng)殖階段碳匯過(guò)程的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因子。此外，基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，進(jìn)一步預(yù)測(cè)了多種變暖情景下紫菜養(yǎng)殖的碳封存潛力響應(yīng)情況。

 

不同養(yǎng)殖階段碳匯指標(biāo)的UMAP降維分析及碳相關(guān)變量與環(huán)境因子的冗余分析結(jié)果。

本@文$內(nèi).容.來(lái).自：中`國(guó)`碳`排*放^交*易^網(wǎng) t a np ai fan g.c om

 

研究結(jié)果顯示，紫菜養(yǎng)殖通過(guò)顯著增強(qiáng)大氣二氧化碳吸收、促進(jìn)有機(jī)碳埋藏以及持續(xù)釋放溶解有機(jī)碳并推動(dòng)惰性溶解有機(jī)碳形成，產(chǎn)生了顯著的碳封存效益。聚類分析表明，各養(yǎng)殖階段的碳庫(kù)組成呈現(xiàn)出高度異質(zhì)性。具體而言，在生長(zhǎng)早期，碳封存主要由無(wú)機(jī)碳動(dòng)態(tài)主導(dǎo)；頭水成熟期逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕾嚾芙庥袡C(jī)碳釋放及頑固性溶解有機(jī)碳形成；二水收獲期則主要依靠有機(jī)碳的積累和輸送。

 

通過(guò)冗余分析和結(jié)構(gòu)方程模型深入研究發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)碳庫(kù)組成變化的主導(dǎo)因子隨養(yǎng)殖進(jìn)程呈現(xiàn)階段性轉(zhuǎn)換特征。在養(yǎng)殖初期，主要由水文動(dòng)力和碳酸鹽平衡體系控制；到了生長(zhǎng)后期，則轉(zhuǎn)變?yōu)樯镞^(guò)程與水文動(dòng)力共同主導(dǎo)。明確這些驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)于在實(shí)踐中實(shí)施針對(duì)性干預(yù)措施以增強(qiáng)凈碳封存至關(guān)重要。例如，在生長(zhǎng)早期，需維持適度的水體交換和溫度，確保充足的溶解無(wú)機(jī)碳供應(yīng)并防止酸化；頭水收獲階段應(yīng)盡量減少高強(qiáng)度擾動(dòng)，促進(jìn)顆粒有機(jī)碳沉降，利于溶解有機(jī)碳和頑固性溶解有機(jī)碳積累；二水收獲階段則要合理管理養(yǎng)殖密度，保持頑固性溶解有機(jī)碳占比。

 

基于隨機(jī)森林模型與SSP情景溫升數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的紫菜養(yǎng)殖碳匯指標(biāo)預(yù)測(cè)。 本*文`內(nèi)/容/來(lái)/自:中-國(guó)-碳^排-放“交|易^網(wǎng)-tan pai fang . c o m
 

機(jī)器學(xué)習(xí)模型預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，紫菜養(yǎng)殖的無(wú)機(jī)碳系統(tǒng)對(duì)溫度的敏感性顯著高于有機(jī)碳庫(kù)。在未來(lái)變暖情景下，無(wú)機(jī)碳庫(kù)在1.7-2°C的溫度閾值附近呈現(xiàn)非線性響應(yīng)，這反映了溫度依賴性生物吸收與溫度控制的碳酸鹽平衡共同作用的結(jié)果。將同一隨機(jī)森林模型框架外推至中國(guó)沿海的紫菜養(yǎng)殖進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，即使在高排放情景下，紫菜養(yǎng)殖產(chǎn)生的有機(jī)碳封存僅輕微減少，下降幅度小于5%。

 

論文通訊作者、廣州海洋實(shí)驗(yàn)室研究員歐陽(yáng)曉光表示，該研究結(jié)果充分強(qiáng)調(diào)，紫菜養(yǎng)殖不僅能產(chǎn)生顯著的碳封存效益，其碳匯功能面對(duì)氣候變化還具備較高韌性。這些重要發(fā)現(xiàn)為將大型藻類養(yǎng)殖納入藍(lán)碳行動(dòng)計(jì)劃和碳抵消倡議提供了堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)。