陳燕珊, 萬萌萌, 林錕, 于貞貞, 王睿, 譚麗菊, 王江濤

渤海灣漁業(yè)碳匯分析與預測初探

陳燕珊1, 萬萌萌1, 林錕1, 于貞貞2, 王睿1, 譚麗菊1, 王江濤1

(1. 中國海洋大學化學化工學院, 山東 青島 266100; 2. 東營市海洋發(fā)展與漁業(yè)局, 山東 東營 257091)

為了解渤海灣近10 a來漁業(yè)碳匯能力, 本研究匯總了渤海灣地區(qū)2010—2020年海水養(yǎng)殖的品種和產量。通過建立不同養(yǎng)殖品種固碳能力評估體系, 計算了不同養(yǎng)殖品種對漁業(yè)碳匯的貢獻和渤海灣近10 a海水養(yǎng)殖固碳總量。結果表明, 2010—2020年渤海灣海水養(yǎng)殖以池塘養(yǎng)殖為主要養(yǎng)殖模式, 年固碳量從2010年的5.79萬噸增至2020年的11.04萬噸, 10 a內共計固碳96.0萬噸, 平均碳轉化比為12.5%, 其中山東省貢獻超過65%。該探索對建立“漁業(yè)碳匯”計算的指標體系、科學發(fā)展碳匯漁業(yè)、提升海洋碳匯生態(tài)價值具有一定的指導意義。

渤海灣; 海水養(yǎng)殖; 漁業(yè)碳匯

為了應對全球性氣候變化, 我國于2020年9月在第七十五屆聯(lián)合國大會上提出在2020年前做到碳達峰, 2060年做到碳中和。碳達峰是指二氧化碳的排放不再增長, 達到峰值之后逐步降低。碳中和是指企業(yè)、團體或個人在一定時間內直接或間接產生的溫室氣體排放總量, 通過植樹造林、節(jié)能減排等方式加以抵消, 從而實現(xiàn)二氧化碳的“零排放”[1-2]。為實現(xiàn)減碳, 不僅要減小“碳源”, 增強“碳匯”也是一種有效手段。海洋存儲了地球上93%的二氧化碳, 儲存著約3.8× 1013t溶解無機碳[3], 其容量是陸地碳庫的20倍、大氣碳庫的50倍[4], 是地球上最大的吸碳主體[1]。Sabine等[5]認為海洋吸收了過去 400 a間人類在生產和生活中所釋放的接近一半的碳。海洋漁業(yè)作為現(xiàn)代海洋經濟的重要組成部分, 是海洋碳庫的“源”與“匯”。海洋捕撈漁船的燃油消耗[3]、不合理的捕魚作業(yè)方式等是海洋漁業(yè)的主要“碳源”[5]。無機碳被海洋生物通過生物作用等轉化為有機碳固定在體內或加速沉降, 從而移出海洋的過程稱為“碳匯”。2010年唐啟升院士首次提出“漁業(yè)碳匯”概念以來, 越來越多的研究強調海水養(yǎng)殖在海洋碳匯中的重要作用[1, 6]。通過養(yǎng)殖手段固碳, 不僅技術可行、成本低, 而且可以產生多種效益[7]。2010年至2020年我國海水養(yǎng)殖產量從1.48×107t增至2.14×107t (圖1a), 海水養(yǎng)殖儲碳能力不斷增強, 逐漸形成了以泛環(huán)渤海經濟區(qū)、泛長三角經濟區(qū)、泛珠三角經濟區(qū)三足鼎立的中國海水養(yǎng)殖分布。在綜合多種海洋漁業(yè)碳排放量評估方法的基礎上, 我們評估了環(huán)渤海灣地區(qū)海水養(yǎng)殖“碳匯”能力[8], 對建立“漁業(yè)碳匯”計算的指標體系、科學發(fā)展碳匯漁業(yè)具有一定的指導意義。

1 研究內容

1.1 數(shù)據來源

參考2010年至2020年《中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》《山東省漁業(yè)統(tǒng)計數(shù)據》《河北省漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》《天津市漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》《海洋生態(tài)環(huán)境公報》等公開文件, 并通過實地走訪, 收集匯總了2010—2020年環(huán)渤海灣地區(qū)海水養(yǎng)殖的品種、產量、養(yǎng)殖模式、面積等信息。

1.2 計算方法

海洋中的貝類、藻類、硬骨魚類等利用海洋中的碳進行呼吸、生長和代謝作用, 海蜇、海參攝食和利用水體和底泥中的顆粒有機物, 加快顆粒碳和溶解碳的沉降, 使得碳移出海洋[9], 可視為“碳匯”過程[8-10]。目前有很多方法用來計算海洋漁業(yè)碳排放量, 如LMDI分解法[11]、IPCC 碳排放評估法[12]、Laspeyres指數(shù)分解法[13]等, 但這些方法復雜, 數(shù)據需求量大、計算量大并可能會引起較大的誤差。本文選用海水養(yǎng)殖實地調查和產量估算相結合計算海水養(yǎng)殖碳匯量, 簡單直觀。

1.2.1 貝藻類

參考孫康等[6]、于佐安等[14]、徐敬俊等[15]人的方法, 貝藻類碳匯量測算方法與核算系數(shù)為:

貝類碳匯量=軟組織碳匯量+貝殼碳匯量, (1)

軟組織碳匯量=貝類產量×干濕系數(shù)×

軟組織占比×軟組織含碳量, (2)

貝殼碳匯量=貝類產量×干濕系數(shù)×貝殼占比×

貝殼含碳量, (3)

藻類碳匯量=藻類產量×干濕系數(shù)×含碳量. (4)

表1列出了計算所用的相應的干濕系數(shù)、質量占比及相應的碳含量。

表1 海水養(yǎng)殖碳匯能力核算系數(shù)[14]

1.2.2 魚類

基于鱸魚碳收支實驗中發(fā)現(xiàn)鱸魚體重對碳收支無顯著影響[16], 各種海洋魚類成分分析中發(fā)現(xiàn)魚類各組分含量相當, 且魚類含水率約80%～82%[17-18], 參考封閉養(yǎng)殖系統(tǒng)中鲆魚的碳收支測算和鯛魚能量收支實驗[19]測算數(shù)據得到, 海洋硬骨魚類生長碳約占24%, 排糞碳占比5%, 呼吸及代謝碳大于等于70%, 得出每千克魚固碳230 g。

1.2.3 蝦類

對比對蝦不同養(yǎng)殖品種和不同養(yǎng)殖模式, 發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖期間對蝦含碳率一直保持在43.0%左右[20], 即每千克對蝦固碳430 g。

1.2.4 蟹類

梭子蟹攝食和碳收支實驗中, 測算得到幼蟹生長碳占比平均30.38%, 蛻殼碳占比4.47%, 排糞碳占比3.50%, 代謝碳占比61.65%[21], 利用產量與生長碳占比換算可得蟹類每千克固碳1.26 kg。

1.2.5 海參、海蜇

根據圍堰養(yǎng)殖試驗[22]中測算的海參、海蜇養(yǎng)殖產量和總有機碳(TOC)收支情況, 海參的產量為125 kg時, 相當于生產30.52 kg TOC。海蜇獲量為1 033 kg, 相當于生產5.86 kg TOC。即每千克海參固碳0.244 kg, 每千克海蜇固碳0.005 67 kg。

1.3 海水養(yǎng)殖固碳量方法對照

由于對貝藻類固碳量研究較多, 魚、蝦、蟹類等養(yǎng)殖固碳計算研究較少, 且缺少歷史數(shù)據, 無法準確比較, 故參考張繼紅等[23]和宋金明[24]分別對 2002年貝類養(yǎng)殖以及我國近海大型經濟藻類固碳能力的測度, 對貝藻類碳匯量進行重新估計。以2018— 2020年渤海灣海水養(yǎng)殖產量為例計算, 貝類碳匯轉化系數(shù)約為0.088 8 t C/t, 藻類碳匯轉化系數(shù)約為0.341 3 t C/t, 所得數(shù)據采用配對樣本t檢驗法(SPSS 17.0)分析, 以評估2種方法的相關性, 結果顯示2組結果沒有顯著性差異(>0.05), 可知2種方法皆可以準確估算貝藻類碳匯。對于海水養(yǎng)殖而言, 除貝類(濾食性動物)和藻類外, 其他品種在養(yǎng)殖過程中都會投餌。相關研究表明, 所投入飼料并不能完全被攝食, 其中至少有10%轉化為殘餌, 餌料系數(shù)為1.55～4[25],殘餌、糞便與殘骸等大多沉積到養(yǎng)殖池塘底部[26], 構成了碳匯的一部分。鑒于現(xiàn)有的研究與數(shù)據, 對于魚類和蟹類, 采用碳收支方法計算, 將排糞碳算入碳匯。由于缺少相應的研究和數(shù)據, 貝類、蝦類和海參、海蜇則根據生物體本身的含碳量計算其碳匯, 沒有算及排糞碳的碳匯部分。鑒于魚類和蟹類的排糞碳占比均不超過5%, 我們預計采用該方法計算的漁業(yè)碳匯誤差不會超過10%。

2 結果與討論

2.1 渤海灣地區(qū)海水養(yǎng)殖業(yè)現(xiàn)狀

渤海灣位于渤海西部, 被唐山市、天津市、滄州市、濱州市、東營市5個城市包圍, 日本暖流(黑潮)分支匯入其中, 使得渤海灣經濟生物資源豐富, 海洋漁業(yè)開發(fā)條件優(yōu)越[27-28]。據統(tǒng)計, 2010—2020年間, 環(huán)渤海灣地區(qū)海水養(yǎng)殖產量從5.36×105t增至8.25×105t(圖1b), 一直維持在全國海水養(yǎng)殖總產量的4.0%±0.2%左右(圖1c)。由于地理條件不同, 渤海灣沿海各地區(qū)養(yǎng)殖模式和養(yǎng)殖品種差異顯著。養(yǎng)殖模式主要有工廠化養(yǎng)殖、海水網箱養(yǎng)殖、海水池塘養(yǎng)殖、淺海筏式養(yǎng)殖、淺海底播養(yǎng)殖, 總體以海水池塘養(yǎng)殖為主。養(yǎng)殖品種主要有貝類(牡蠣、螺、蚶、貽貝、扇貝、蛤、蟶)、藻類(海帶)、魚類(鯛魚、美國紅魚、鱸魚、鲆魚、河鲀、石斑魚、半滑舌鰨、鰈魚)、蝦類(南美白對蝦、斑節(jié)對蝦、中國對蝦、日本對蝦)、蟹類(梭子蟹、青蟹)、海參和海蜇。

2010—2020年渤海灣海水養(yǎng)殖貝類年均產量59.6×104t、蝦類年均產量8.34×104t, 均增產趨勢顯著。渤海灣地區(qū)貝類養(yǎng)殖主要分布在山東省東營市、濱州市和河北省唐山市的近海地區(qū)。由于山東、河北兩省海岸線狹長, 淺海海域與灘涂面積廣闊, 為貝類養(yǎng)殖提供了良好的生長環(huán)境, 故渤海灣貝類養(yǎng)殖具有種類多、規(guī)模大、產量大、產值高、營養(yǎng)級低、生態(tài)效率高等特點[29], 2010—2020年貝類養(yǎng)殖總產量約占海水養(yǎng)殖總產量80%～85%, 與我國海水貝類養(yǎng)殖情況一致[30]。2010—2020年間貝類養(yǎng)殖以5.0%的增幅穩(wěn)定增長, 其中蛤類產量增幅最大、增長最快。至2020年貝類年產量達到6.59×105t, 預計到2030年, 環(huán)渤海灣貝類海水養(yǎng)殖產量可達8.00×105t。蝦類養(yǎng)殖中, 南美白對蝦因生長速度快、生態(tài)位較寬、餌料需求寬松、鹽度適應性強等優(yōu)點使其養(yǎng)殖規(guī)模不斷遞增。參考《2019年全國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》, 全國海水養(yǎng)殖南美白對蝦產量占海水養(yǎng)殖蝦類總產量的79.3%[31]。據統(tǒng)計, 2010—2020年渤海灣地區(qū)南美白對蝦產量以年平均12.6%的增幅從3.81×104t增至1.19×105t, 從該地區(qū)海水養(yǎng)殖蝦類總產量的79%增至92%, 預計到2030年渤海灣地區(qū)南美白對蝦年產量可達2.00×105t。

渤海灣海水養(yǎng)殖魚類、蟹類、海蜇、藻類產量低且略有波動。我國海水魚類一直以傳統(tǒng)、粗放、低效能的養(yǎng)殖方式為主, 由于種苗產業(yè)鏈分工和定價隨機性強, 魚卵價格經常性短期波動, 產業(yè)技術進步貢獻度不足, 海水養(yǎng)殖業(yè)資源配置效率較低, 減產風險高, 使得我國海水魚類養(yǎng)殖地區(qū)發(fā)展不平衡, 呈現(xiàn)出品種多、產量低、高價值魚類大量依賴進口的現(xiàn)狀[32]。渤海灣海洋魚類近10 a養(yǎng)殖總產量在1.25×104t上下浮動, 并呈波動性逐年下降的趨勢。蟹類養(yǎng)殖品種少, 主要以梭子蟹為主, 主產于山東省東營市、濱州市、河北省滄州市, 近十年產量波動小, 平均產量為4 402 t。海蜇具有生長迅速、養(yǎng)殖周期短、成本低、收益高等特點, 自2006年遼寧省養(yǎng)殖成功后向全國推廣養(yǎng)殖[33], 渤海灣地區(qū)年平均產量約5 445 t。我國近海海藻養(yǎng)殖以海帶、裙帶菜、紫菜、江蘺等為主[34], 其中海帶年產量占60.29%以上[35], 但由于近年來全球氣溫變化以及水體污染等原因, 年產量大幅度下降, 據統(tǒng)計, 2010—2020年渤海灣地區(qū)海帶年平均產量約318 t。

2003—2014 年全國五大類海水養(yǎng)殖水產品產量比例分別為貝類72.6%～78.6%、藻類10.3%～11.1%、甲殼類5.3%～7.9%、魚類4.1%～6.6%和其他類0.9%～2.2%[36], 渤海灣2010—2020年5大類產量比例分別為貝類75.5%～89.9%、藻類0～0.14%、甲殼類7.29%～16.7%、魚類1.31%～2.59%和其他類1.15%～3.95%, 除藻類外, 其他養(yǎng)殖種類占比相當。渤海灣地區(qū)養(yǎng)殖產業(yè)總體呈現(xiàn)出養(yǎng)殖產量同比增長的同時, 各養(yǎng)殖模式養(yǎng)殖面積同比下降, 其中天津下降幅度最大, 但單位產量不斷增高。這對發(fā)展綠色漁業(yè), 提高產業(yè)技術, 實現(xiàn)海水養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展, 減少生態(tài)環(huán)境污染產生了積極意義。

2.2 渤海灣海水養(yǎng)殖固碳量及固碳能力分析

根據國家海洋局的監(jiān)測報告, 渤海區(qū)域的二氧化碳物理化學作用表現(xiàn)為, 冬春季從大氣中吸收二氧化碳, 夏秋季節(jié)向大氣釋放二氧化碳, 夏秋季高頻率海水養(yǎng)殖漁業(yè)活動碳匯對減少海水二氧化碳的釋放具有積極作用[36]。如圖2所示, 2010—2020年渤海灣海水養(yǎng)殖固碳總量呈逐年上升的趨勢, 貝類年固碳總量最高, 占41.87%～55.07%, 其次是蝦類(32.13%～50.70%)、蟹類(3.82%～9.52%)、海參(1.16%～9.06%)、魚類(2.25%～5.04%)、海蜇(0.04%)和藻類(0.06%), 這是養(yǎng)殖產量和不同養(yǎng)殖品類碳轉化效率(該地區(qū)海水養(yǎng)殖產量轉化為碳匯的能力, 即海水養(yǎng)殖碳匯量與總產量的比值[37]雙重作用的結果, 而產量占據主導因素。蟹類、蝦類、貝類由于貝類貝殼部分、甲殼類硬殼部分相較于軟組織干重比大、含碳量高[38], 故碳轉化效率高。加之貝類、蝦類產量大, 為渤海灣海水養(yǎng)殖業(yè)碳匯貢獻率達86%以上, 使得渤海灣近十年海水養(yǎng)殖業(yè)平均碳匯轉化效率約為12.5%, 比我國海水養(yǎng)殖業(yè)平均碳匯轉化比(9.2%)略高[38]。由于貝類殼肉比高, 且為濾食性動物, 不投餌率高(98%～100%)[39], 這也使得貝類成為我國海水養(yǎng)殖業(yè)碳匯能力最強、潛力最大的產業(yè)[38]。

據統(tǒng)計, 2010、2012、2014年渤海海水養(yǎng)殖業(yè)碳匯總量分別為216 551 t、255 413 t、289 361 t[37], 其中渤海灣碳匯總量分別為60 665.7 t、68 559.4 t、94 367.0 t, 分別占渤?？偺紖R的28.0%、26.8%、32.6%。2005年到2012年, 環(huán)渤海沿海各地市之間低碳經濟發(fā)展不均衡[39]。就地區(qū)而言, 山東省海水養(yǎng)殖碳匯量較多, 產生的經濟價值也大于其他各省(區(qū)),在沿海九省(區(qū))中一直處于領先位置[40]。2010—2020年間山東省東營、濱州兩市海水養(yǎng)殖年固碳量自3.6× 104t增至7.8×104t, 共計6.48×105t, 約占渤海灣海水養(yǎng)殖固碳總量的65.6%。兩市養(yǎng)殖品種多, 產量大, 南美白對蝦、蛤為優(yōu)勢養(yǎng)殖品種, 2020年產量分別約為9.20×104t、4.59×105t。但東營、濱州兩市占山東省海水養(yǎng)殖總碳匯量低, 在2010、2012、2014年僅占7.24%、7.78%、10.63%, 這是由于黃海沿岸的青島、煙臺、日照、威海作為山東省海水養(yǎng)殖主要貢獻城市, 年貢獻率高達55%以上[40]。河北省海洋漁業(yè)碳匯貢獻量次于山東省, 2010—2020年河北省唐山、滄州兩市年固碳量從1.82×104t增至2.85×104t, 共計2.58×105t, 約占渤海灣海水養(yǎng)殖固碳總量的26.1%。兩市養(yǎng)殖品種和總產量略少于東營、濱州兩市, 但魚蝦類產量占比高, 2020年產鮃魚3 987 t、河鲀2 167 t、對蝦2.58×104t。唐山、滄州兩市在2010、2012、2014年分別占河北省海水養(yǎng)殖總碳匯量的31.8%、24.1%、26.5%。天津市海水養(yǎng)殖品種少, 無貝藻類養(yǎng)殖, 且產量低, 減產顯著, 南美白對蝦養(yǎng)殖產量自2010年11 162 t下降至2020年8 733 t, 海水養(yǎng)殖固碳量自2010年5 118 t下降至2020年3 786 t。由于天津市海岸線曲折, 沿岸多港口、臨海工業(yè)、旅游基礎設施, 漁業(yè)用海僅占0.05%[41], 海水養(yǎng)殖可利用面積小, 使得天津抵消碳匯量后仍產生額外碳排放的可能性增強[5]。

海水養(yǎng)殖業(yè)與海洋捕撈業(yè)作為海洋漁業(yè)的重要組成部分, 在產生巨大經濟價值的同時, 對海洋碳庫做出了不同程度的貢獻。在整理并計算了2016— 2020年渤海灣海洋捕撈漁業(yè)的產量及固碳量后發(fā)現(xiàn), 2016—2020年間, 海洋捕撈業(yè)與海水養(yǎng)殖業(yè)在品種及產量上相互補充。渤海灣海洋捕撈魚類、蟹類、海蜇、頭足類分別以年均產量181 390.8 t、14 316.6 t、14 171.2 t、1 269.4 t遠超海水養(yǎng)殖魚類、蟹類、海蜇和頭足類產量(12 164.8 t、3 802 t、5 506.6 t、0 t), 而海水養(yǎng)殖品類中蝦類、海參、貝類、藻類分別以年均產量108 418.6 t、15 774 t、633 368.8 t、596.4 t遠超海洋捕撈蝦類、海參、貝類、藻類產量(69 630.6 t、0 t、45 803.4 t、0 t)。由于近幾年魚、蝦、蟹類捕撈產量均逐年下降, 2016—2020年渤海灣海洋捕撈固碳量自109 343.9 t下降至82 062.2 t。結合海水養(yǎng)殖固碳量可知, 2016—2020年渤海灣海洋漁業(yè)固碳量約為2.0×105t, 其中海水養(yǎng)殖固碳量占比47%～57%。

重視以海水養(yǎng)殖業(yè)為主的海洋漁業(yè), 可采用人為干預的方式, 提高碳轉化能力強的經濟養(yǎng)殖品類的質量和數(shù)量, 如加強貝類養(yǎng)殖, 采用蝦蟹混養(yǎng)、貝藻比例混養(yǎng)[10]、魚藻混養(yǎng)[42]等, 增強海水中有機碳利用率, 提升綜合效益。隨著集約化養(yǎng)殖模式的發(fā)展, 促進海洋高新技術發(fā)展成為海水養(yǎng)殖業(yè)的必然趨勢, 預計到2030年, 渤海灣海水養(yǎng)殖年產量可超1.055×106t, 渤海灣養(yǎng)殖年碳匯量可超1.64×105t。但海洋酸化、近海生態(tài)污染等問題使海水養(yǎng)殖在海洋碳循環(huán)及碳匯漁業(yè)中的地位正受到前所未有的威脅[31]。

3 結論

本研究估算了2010—2020年渤海灣地區(qū)海水養(yǎng)殖漁業(yè)固碳量, 發(fā)現(xiàn)渤海灣地區(qū)貝類、蝦類養(yǎng)殖在海洋碳匯中具有突出作用。對比養(yǎng)殖品種、養(yǎng)殖產量、養(yǎng)殖方式、碳轉化率等不同因素的影響, 評估了渤海灣地區(qū)海水養(yǎng)殖碳匯的發(fā)展?jié)摿?。研究結果對評估渤海灣碳匯能力生態(tài)價值具有一定的指導作用。

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Analysis and prediction of the fishery carbon sink in Bohai Bay

CHEN Yan-shan1, WAN Meng-meng1, LIN Kun1, YU Zhen-zhen2, WANG Rui1, TAN Li-ju1, WANG Jiang-tao1

(1. College of Chemistry and Chemical Engineering, Ocean University of China, Qingdao 266100, China; 2. Dong-ying Research Institude for Oceanography Development, Dongying 257091, China)

To understand the carbon sink capacity of fisheries in Bohai Bay in the recent decade, the varieties and yields of mariculture in Bohai Bay from 2010 to 2020 were collected. A carbon sequestration capacity assessment system of mariculture was established to calculate the contribution of different species to the fishery carbon sink and the total carbon sequestration of marine aquaculture in Bohai Bay in a recent decade. The results showed that pond aquaculture was the main aquaculture mode in Bohai Bay from 2010 to 2020. Annual carbon sequestration amounts increased from 57 900 tons to 110 400 million tons, and the average carbon conversion ratio was 12.5%. A total of 960 000 tons of carbon were sequestered, of which Shandong Province contributed >65%. The results have a certain guiding significance for establishing a “fishery carbon sink” calculation system, transforming China’s offshore marine carbon sink economy, the scientific development of the fishery carbon sink, and promoting marine carbon sink ecological value.

Bohai Bay; mariculture; fishery carbon sink

Feb. 24, 2022

X145

A

1000-3096(2022)09-0077-08

10.11759/hykx20220224001

2022-02-24;

2022-04-28

國家重點研發(fā)計劃項目(2019YFC1407802); 國家自然科學基金(41876078)

[National Key Research and Development Project of China, No. 2019YFC1407802; National Natural Science Foundation of China, No. 41876078]

陳燕珊(1998—), 女, 山東省泰安市人, 主要從事海洋污染生態(tài)化學研究, E-mail: chenyansahn123cys@163.com; 王江濤(1967—),通信作者, 男, 教授, 主要從事海洋化學和生態(tài)學研究, E-mail: jtwang@ouc.edu.cn

(本文編輯: 趙衛(wèi)紅)