辽宁省海水养殖贝藻类碳汇能力评估

于佐安，谢玺，朱守维，杜尚昆，李晓东，李大成，周遵春，王庆志*

(1.辽宁省海洋水产科学研究院 大连市海产贝类种质资源创新利用重点实验室，辽宁 大连 116023；2. 锦州市科学技术研究院，辽宁 锦州 121000；3.沈阳农业大学 畜牧兽医学院, 辽宁 沈阳 110866)

碳汇渔业，也被称为“可移出的碳汇”或“可产业化的蓝碳”，是指通过渔业生产活动促进水生生物吸收水体中的CO2，并通过收获水生生物产品，把这些碳移出水体的过程和机制，其结果是更好地发挥了渔业生物的碳汇能力，提高了水体吸收大气CO2的能力[1]。大型藻类通过光合作用将海水中溶解无机碳转化为有机碳；滤食性贝类通过摄食活动大量去除海水中的颗粒有机碳，并且通过生物矿化形成贝壳(主要成分碳酸钙)实现对海水中碳的吸收和固定[2-3]。尤其重要的是，伴随着贝藻类养殖的收获，大量碳能够直接从海水中移除，对近岸海水养殖区及其毗邻海域的碳循环产生重要影响[4]。因此，海水贝藻类养殖的固碳作用显著，是碳汇渔业的重要组成部分，可以促进浅海生态系统高效吸收CO2，间接减少CO2排放，实现中国海水养殖绿色、低碳、可持续发展。

海洋是地球上最大的“碳库”，参与全球碳循环。早在2003年，Alvera-Azcárate等[5]对葡萄牙Tagus河口大型海藻的固碳量进行了计算和分析；此后，Sabine等[6]初步核实了海洋的固碳量，认为过去400年间人类在生产和生活中所释放的碳接近一半被海洋吸收。宋金明等[7]研究了中国近海生物浮游植物和大型经济藻类的固碳强度与潜力，估算中国大型经济藻类每年固碳量达到36万t～45万t；Tang等[8]根据1999—2008年中国海水养殖贝藻类的总产量(8.96×106～1.351×107t)和平均固碳量(3.79×106t)，估算了浅海贝藻类养殖可移出碳约为1.2×106t(未计海底封存碳)；2014年贝藻类养殖移出的碳约为1.68×106t(贝类1.17×106t、藻类5.1×105t)，同比2008年可移出碳增加了约40%[1]。自从“碳汇渔业”的概念由唐启升院士正式提出后，一些学者针对中国发展低碳渔业需要采取和实行的经济政策与措施、中国南海碳汇渔业发展的重点研究方向及碳汇渔业与低碳渔业之间的联系等方面进行了相关阐述和探讨[9-11]，也有学者评估了广东省、河北省海水贝藻类养殖碳汇潜力和浙江省近海贝类养殖碳汇强度[12-14]。辽宁省作为中国海洋渔业大省，贝类养殖和藻类养殖在海水养殖产业中占有较大比重，但目前尚未有针对辽宁省海水养殖贝藻类碳汇能力或潜力进行评估的报道。鉴于此，本研究中对辽宁省海水养殖贝藻类碳汇能力进行了评估，旨在为科学评价碳汇渔业发展空间及发展方向，为辽宁省大力发展碳汇渔业奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本试验中，辽宁省2015—2017年海水养殖规模及贝藻类产量参考2016—2018年《辽宁省渔业统计年鉴》数据。

1.2 方法

1.2.1 贝藻类碳汇物质量评估 贝类和大型藻类利用海洋中的碳进行呼吸、生长和代谢，呼吸代谢等过程所利用的碳将重新进入海洋系统，贝藻类组织和贝壳生长所利用的碳则随着收获移出海洋，从而实现碳汇。辽宁省海水养殖贝类与藻类碳汇物质量评估参考齐占会等[12]和李昂等[13]的方法，计算公式为

贝类固碳量(CB)=软体组织固碳量(CST)+贝壳固碳量(CS)，

CST= 贝类产量×软体组织干质量比例(RST)×软体组织碳含量(wCST)，

CS= 贝类产量×贝壳干质量比例(RS)×贝壳碳含量(wCS)，

藻类 固碳量(CW)=藻类产量×藻体碳含量(wCW)，

碳汇能力(Ct)=CB+CW。

其中：RST和RS分别为软体组织干质量和贝壳干质量在贝类总质量中所占比例(%)；wCST、wCS和wCW分别为碳在贝类软体组织干质量、贝壳干质量和藻体干质量中所占比例(%)。虾夷扇贝Patinopectenyessoensis、海湾扇贝Argopectenirradians和栉孔扇贝Chlamysfarreri的RST和RS分别参考王远隆等[15]、张继红等[16]和毛玉泽[17]的试验数据；菲律宾蛤仔Ruditapesphlippinarum、长牡蛎Crassostreagigas、紫贻贝Mytilusedulis、毛蚶Scapharcasubcrenata、缢蛏Sinonovaculaconstricta等贝类的RST和RS参考Tang等[8]、周毅等[18]、吕昊泽等[19]的试验数据。虾夷扇贝与海湾扇贝的wCST和wCS参考滤食性贝类的平均值，分别为44%和12%[12]；其他贝类的wCST和wCS参考周毅等[18]和柯爱英等[20]的试验数据。在参考相关文章和论文数据时，海带和裙带菜藻体含碳量基本一致，均设置为31.2%[4, 21]。

1.2.2 贝藻类碳汇价值量评估 根据李昂等[13]对贝藻类碳汇价值量的评估方法，即

碳汇价值量(Vc)=碳汇能力(Ct)×单位碳

减排经济成本(Cc)。

辽宁省Cc参考曹庆仁等[22]报道的值，为157元/t。

2 结果与分析

2.1 辽宁省海水养殖贝藻类碳汇物质量评估

根据《辽宁省渔业统计年鉴》数据，2015、2016、2017年，辽宁省海水养殖总产量分别为294.19万t、310.27万t和308.14万t，其中，海水养殖贝类产量分别为236.45万t、251.91万t和248.48万t，藻类养殖产量分别为34.83万t、32.55万t和33.02万t，养殖贝类年平均产量占辽宁省海水养殖总产量的80.74%，养殖贝藻类年平均产量占辽宁省海水养殖总产量的91.74%。2015—2017年辽宁省主要养殖贝藻类产量如表1所示，其中菲律宾蛤仔、扇贝和牡蛎是辽宁省贝类养殖主要品种。

表1 2015—2017年辽宁省海水养殖贝藻类主要品种与产量

Tab.1 Production and main species of marine bivalves and seaweeds in mariculture in Liaoning province from 2015 to 2017

种类species产量 production/万t2015年2016年2017年虾夷扇贝 Patinopecten yessoensis22.2323.4124.04栉孔扇贝 Chlamys farreri6.357.808.73海湾扇贝 Argopecten irradians12.9412.7014.45菲律宾蛤仔 Ruditapes phlippina-rum123.22127.17127.06长牡蛎 Crassostrea gigas18.5022.3522.61紫贻贝 Mytilus edulis4.686.666.40毛蚶 Scapharca subcrenata4.644.573.70缢蛏Sinonovacula constricta4.904.845.09文蛤 Meretrix meretrix1.361.621.61皱纹盘鲍 Haliotis discus hannai0.310.240.23海带 Laminaria japonica19.6121.8721.40裙带菜 Undaria pinnatifida15.2210.6911.62

注：海带和裙带菜产量均为干质量

Note：Production of kelp and sea musturd is described by dry weight

主要贝类的软体组织干质量占比和贝壳干质量占比如表2所示，主要贝类的软体组织碳含量和贝壳碳含量如表3所示。在进行具体换算时，毛蚶和缢蛏代表辽宁省蚶类和蛏类养殖产量；海湾扇贝、缢蛏壳干质量根据湿质量和软体质量换算；虾夷扇贝与海湾扇贝软体组织碳含量和贝壳碳含量参考滤食性贝类的软体组织和壳中含碳量平均值；而裙带菜和海带藻体中含碳量比较接近，均设置为31.2%。

经计算得出：2015、2016、2017年辽宁省通过收获海水养殖贝藻类移除的碳量约为27.95万t、27.51万t和27.86万t，其中，通过收获养殖贝类可移出碳量分别约为17.08万t、17.35万t和17.56万t，通过收获养殖藻类可移出碳量分别约为10.87万t、10.16万t 和10.30万t；在养殖贝类中，通过收获菲律宾蛤仔可移出碳量最多；若各品种产量相同，则藻类移除碳量最大，贝类中缢蛏移除碳量最大(表4)。

表2 主要贝类软体干质量和贝壳干质量占比Tab.2 Proportions of dry soft tissue weight and dry shell weight in main bivalves

表3 主要贝类软体组织和贝壳中含碳量Tab.3 Carbon contents of soft tissue and shell in main bivalves

表4 2015—2017年辽宁省海水养殖贝藻类通过收获从海水中移出的碳Tab.4 Carbon removal by harvesting marine bivalves and seaweeds in Liaoning Province from 2015 to 2017 万t

2.2 辽宁省海水养殖贝藻类碳汇价值量评估

2015—2017年辽宁省海水养殖贝藻类年均移除碳量约为27.77万t，相当于减排CO2101.82万t。根据辽宁省CO2减排相当于创造等量价值成本为157元/t[22]，计算辽宁省通过贝藻类养殖收获年平均节约减排CO2成本约为1.60亿元。因此，辽宁省贝藻类养殖在碳汇方面具有明显的经济效益和社会效益。

3 讨论

3.1 辽宁省贝藻类养殖结构

贝类是辽宁省海水养殖的主要品种，养殖总面积和总产量均居于首位，其中菲律宾蛤仔、虾夷扇贝和牡蛎的养殖产量位列前三位。藻类主要养殖品种为海带和裙带菜，海带产量高于裙带菜。2015—2017年连续3年间，藻类养殖产量2015年最高，贝类养殖产量2016年最高，辽宁省海水养殖贝藻类年平均总产量占海水养殖总产量超过90%。国内学者在进行碳汇潜力评估时，往往将栉孔扇贝、海湾扇贝和虾夷扇贝统一用栉孔扇贝相关参数代替，虽然贝类软体组织中含碳量和贝壳中含碳量差异不大[18]，但贝类中软体组织质量和贝壳质量占比却有所差异。本研究在查阅相关文献基础上，将辽宁省海水养殖贝类主要品种的碳汇潜力做了进一步评估，结果表明，在产量相同条件下，贝类养殖品种中的缢蛏通过养殖收获移除碳能力最大，其次为紫贻贝，菲律宾蛤仔、虾夷扇贝和栉孔扇贝差异不明显，通过养殖收获海湾扇贝和毛蚶可移除碳的能力最低，而通过藻类收获可移除碳的能力超过所有贝类。因此，从碳汇潜力而言，适当调整辽宁省养殖种类与比例，开展可移除碳能力较高的缢蛏和藻类增养殖更为有益。

3.2 辽宁省贝藻类养殖碳汇能力纵向和横向比较

张继红等[4]指出，大型藻类通过光合作用将海水中溶解无机碳转化为有机碳，使水体中的CO2分压降低。在其初级生产过程中，由于生长需要利用硝酸盐、磷酸盐等营养盐使表层水碱度提高，进一步降低了水体中CO2分压，促进了大气CO2向海水中扩散。当大型藻类将无机碳转化为有机碳后，通过收获能够从海水中移除碳；而贝类一般利用无机碳形成贝壳和促进软组织生长两种方式进行固碳，通过收获同样能够从海水中移除碳。齐占会等[12]统计2009年广东省贝藻类产量总计约为172.3万t，通过收获移除碳物质量约为11万t；李昂等[13]统计2010年河北省贝藻类养殖通过收获可移除碳物质量约为2.75万t。辽宁省作为中国海洋大省，水产养殖主要种类为贝类和藻类，2009年贝藻类养殖产量约为155.04万t，根据本研究测算方法，收获时估计可移除碳物质量约为18.56万t。高于同期广东省和2010年河北省贝藻类碳汇能力。这与辽宁省藻类产量较高且藻类碳含量高于贝类软体组织及贝壳，通过藻类养殖收获移除碳的能力高于贝类，碳汇能力较强有一定关系。

2009年，辽宁省贝藻类养殖收获移除碳物质量约为18.56万t，2015—2017年，辽宁省贝藻类养殖通过收获移除碳物质量年平均为27.77万t，表明近年来辽宁省贝藻类碳汇能力有了显著提升。辽宁省贝类养殖面积由2015年的45.78万hm2增长至2016年的57.68万hm2，2017年又降到51.55万hm2，说明辽宁省贝类养殖产业在不同年份会受到自然环境变化、病害、养殖规模等因素影响，但养殖产量总体波动不大；而辽宁省藻类养殖区域集中在大连金州、长海和旅顺口区等地，受海区条件限制养殖规模难以扩大，连续三年来的养殖产量也较为稳定。因此，预计未来辽宁省养殖贝藻类年移除碳物质量可能在28万t～30万t之间波动。

3.3 辽宁省海水养殖贝藻类碳汇价值量评估方法

联合国1997年气候变化框架公约的《京都议定书》中预计工业化国家减排CO2的开支为150～600美元/t，换算成人民币为1028～4110元/t。国内学者在评估海水养殖贝藻类碳汇价值量时多参考采用这一数值[23]。然而，1997—2017年的20年间，由于科技进步、GDP指标、能源消费结构、人口规模等变化，CO2减排成本发生了较大变化，继续使用这一指标进行碳汇价值评估已经不大适合。为此，一些学者从不同角度对CO2减排成本评估模型进行了研究。Hsu等[24]在2000年采用多目标规划方法，结合Leontief产业模型，评估了不同节能政策对台湾地区降低CO2排放对产业调整成本的影响，结果发现，政策案例二(人均CO2排放量为9.97 t)、政策案例三(节能减排)和政策案例四(节能减排与提高用电效率)的CO2减排成本分别为404、376、345美元/t。韩一杰等[25]根据中国在不同的减排目标和不同GDP增长率的情景假设下，测算了实现减排目标所需的增量成本，结果发现，要实现到2020年单位GDP碳密度比2005年降低40%的减排目标，每年所需的增量成本约为104亿美元；而当减排目标提高到45%时，每年所需的增量成本则迅速增加到318亿美元左右。2019年，曹庆仁等[22]基于中国投入产出、能源消耗等数据，实证研究了包括辽宁省在内的30个省域的CO2减排目标及其成本分担问题，认为CO2排放量和消费量较大的省域应该承担较大或较多的CO2减排目标量与减排成本。计算结果显示，山东省的CO2排放量最高，在全国占比9.38%，其CO2消费量第二，在全国占比8.66%，仅次于广东省(全国占比11.10%)；辽宁省CO2排放量和消费量均低于山东省，分别在全国占比为6.49%和3.85%，其2020年应该承担的减排责任和减排成本亦低于山东省，分别为2.35亿t、159.4亿元。

在参考众多学者对碳汇价值量评估方法基础上，本研究中采用了曹庆仁等[22]通过实证研究获得的相对较新的辽宁省CO2减排成本估算值计算，有助于对辽宁省海水养殖贝藻类碳汇价值量进行准确评估，相关结果可为辽宁省碳汇渔业发展提供参考。