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研究 | 【“碳中和”系列之三】固碳增汇的下一个“风口”在哪? 海洋碳库不容小觑!发布时间: 2021-02-04

固碳增汇的下一个“风口”在哪? 海洋碳库不容小觑!

前两期我们介绍了“碳中和”目标愿景和基于排放“控制”和“移除”的两种路径选择,充分认识到基于自然的负排放技术发展潜力。在此基础上了解到国内林业碳汇的开发现状与瓶颈,呼吁更多的碳汇形式能够得到政策的支持和引导,充分挖掘以自然为基础的负排放潜力,为能源系统改革、交通系统电气化等去碳化转型保有更多灵活性的同时,提高经济社会的气候韧性,释放更多生态-经济-社会综合效益,助力碳中和目标的实现。


而作为地球生态系统中最大的碳库,以海洋为基础的减缓行动为限制全球变暖和实现温控目标提供了巨大的动能。尽管这些行动在科学认知、技术方法、制度体系等方面仍存一系列的挑战,但可以预见的是,在碳中和目标背景下,挖掘海洋碳库的固碳增汇潜力势必将成为基于自然的负排放技术以及碳汇市场资本追逐的下一个“风口”!


1、海洋碳库的固碳增汇机制


碳库是指在碳循环过程中地球系统存储碳的各个部分,海洋作为地球生态系统中最大的碳库,是维持全球碳收支平衡及物质能量循环的关键,每年可吸收全球排放量的近30%,固定全球近55 %的碳。相较于森林、草地、农业等陆地生态系统参与碳循环形成的“绿色碳库”,海洋碳库又被形象地称作“蓝色碳库”(Blue carbon pool)。


蓝色碳库的形成主要依赖海-气界面交换、沉积作用、陆源输入和与邻近大洋的碳迁移等重要过程,碳库中的碳元素主要以溶解无机碳(DIC)、溶解有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)、生物量等多种形态存在。但并非所有参与海洋碳循环,被吸收转化的碳元素都能长久封存在碳库中,形成海洋碳汇。学界普遍接受的海洋固碳增汇机制包括:水体溶解泵(Solubility Pump,SP)、碳酸盐泵(Carbonate Pump,CP)、生物碳泵(Biological Pump, BP)和微型生物碳泵(Microbial Carbon Pump, MCP)(Jiao等, 2010; Legendre等,2015)。


具体而言,当大气中CO2的分压大于海水的CO2分压时,CO2将通过物理溶解泵(SP)被动的从大气中进入海洋,并以溶解无机碳(DIC)的形式从海洋表层传输到海洋体系中,直到海水的分压大于大气时,海洋会再次向大气释放CO2;海洋中的浮游生物通过光合作用消耗海水表层的DIC,利用生物碳泵(BP)形成有机碳,这部分有机碳多以溶解有机碳(DOC)的形式存在,部分被细菌滤食再次转化为CO2释放,部分以颗粒有机碳(POC)形式通过浮游动物的排泄物、死掉的浮游动植物残体等从上层海水向下沉降封存,这个过程会造成海水的CO2分压减小,从而使CO2继续从大气转移到海水;贝类、珊瑚礁等海洋生物则会通过海洋碳酸盐泵(CP)将海水中的碳元素吸收、转化并固定;水体中的DOC还可以通过海洋微生物碳泵(MCP)从可被利用的活性态转化为不可利用的惰性溶解有机碳(recalcitrant DOC,RDOC),从而长期封存。可见,被吸收溶解于水体的无机碳、被部分细菌滤食再次转化为CO2的那部分溶解有机碳都无法看作海洋的碳汇。也就是说,只有那些能够以某种稳定态长久存储于碳库,或者以生物体形式移除海洋的那部分才真正实现了“海洋碳汇”。


2、海洋碳库的固碳增汇潜力

碳汇的开发实际上就是通过人为干预的方式提升碳库固碳能力的过程。利用森林竹林等储碳功能,通过植树造林、加强经营管理、减少毁林、保护和恢复植被等人为活动,吸收和固定大气中CO2的过程叫做林业碳汇(又叫做绿色碳汇)。随着人们对地球碳库及其固碳机制认知的增加,又衍生出草原碳汇、湿地碳汇、土壤碳汇、海洋碳汇等概念。


海洋碳汇又称蓝碳(Blue Carbon),根据联合国环境规划署、粮农组织和教科文组织、政府间海洋学委员会联合发布的《蓝碳:健康海洋固碳作用的评估报告》,海洋固碳增汇能力和效率远高于其他生态系统,仅以滨海蓝碳生态系统为例,已探明的红树林、滨海盐沼、海草床覆盖面积虽然仅有陆地生态系统的1.5%,但其固碳增汇能力和效率却是陆地生态系统的10倍以上,而这一比例将随着大型藻类和珊瑚礁等碳汇潜力相关研究的深入进一步扩大(WRI,2018)。


除了海洋碳库的固碳增汇外,以海洋为基础的其他减缓行动也为限制全球变暖和实现温控目标提供了巨大的动能。据IPCC预测,到2050年,包括海洋可再生能源、海运交通、蓝碳生态系统、可持续渔业、海底碳封存等多个应用场景的减排行动将为缩减2℃温升减排差距贡献超25%的减排量,为限制全球变暖和实现《巴黎协定》的目标提供超110亿吨的减排贡献。


3、基于海洋碳库的气候行动方案与中国实践

基于海洋碳库的气候应对行动与方案的底层逻辑应该遵循两条基本路径:一是增加海洋“汇”的能力,二是降低海洋“源”的风险。


对于前者,一个思路是利用微生物泵的原理,通过向既定海域添加矿物,促进浮游动植物的生长,用以提升海洋对大气二氧化碳的吸收能力;第二个思路是充分利用海洋生态系统内部调节功能,通过改变不同海水层营养盐、无机碳、溶解氧供需错位问题,延长进入海洋碳循环的生命周期,提高海洋碳库自身的生产力。目前,国际上已经先后多次在不同海域进行了加铁实验,实验表明海洋加铁只是在短期内提升海洋对大气二氧化碳的吸收能力,随着加铁实验的结束,实验海区的碳吸收情况又恢复原平衡状态,有限的加铁实验并不能持久地增加海洋固碳的能力。而我国科学家在此基础上提出了通过建立基于微生物碳泵、生物泵和碳酸盐泵原理的综合负排放途径,其主要原理是在缺氧、酸化的环境里,通过施加矿物、增加碱度,提高自生碳酸盐产量,并与有机碳一起埋葬,实现综合储碳增量的效果,可望在实现增汇的同时,缓解环境问题。由我国科学家提出的人工上升流解决措施也已被纳入IPCC 最近发布的《气候变化中的海洋与冰冻圈特别报告》中。其原理主要通过太阳能等清洁能源驱动的人工上升流可把养殖海区底部富营养盐的水带到上层水体,供给养殖海藻光合作用所需营养盐,从而提高海洋碳库的固碳增汇能力。


随着人类对海洋资源的掠夺式开发与抢占式利用,全球约60%的海洋生态系统遭到破坏或正在退化,不仅造成了可预见的经济、环境和生态损失,更重要的是使得海洋的碳汇能力持续衰退,甚至开始出现向碳源转化的风险,这也给全球气候治理带来难以预估的挑战。因此,相较于“增汇”的思路,降低海洋“源”风险的行动基本上围绕如何改善和修复人类活动对海洋生态环境的破坏展开。一是通过减少陆地施肥及营养盐入海,阻止近海水体富营养化导致的呼吸作用加剧,减少陆源输入,防止营养盐刺激海洋微生物降解更多有机质,转化为二氧化碳重新释放到大气。二是禁止破坏现存的蓝碳生态系统,针对已遭破坏的蓝碳生态系统开展有效的保护和修复工作,包括土壤和相关生物的恢复,从而恢复他们的固碳能力。有研究表明,全球20%-50%的蓝碳生态系统已经遭到破坏或正在退化,而恢复这些蓝碳生态系统可以为控制2℃温升提供约14%的减排潜力。


4、未来研究展望

蓝碳生态系统的保护和修复除了增加海洋碳库的固碳增汇能力外,还能够提供资源养护、灾害防范、发展生态产业以及改善人居环境等重要生态服务价值,而且相较于绿碳的开发利用,具有周期合理、安全高效、经济可行和额外收益显著等开发优势。因而以蓝碳生态系统为代表的海洋碳库也被认为是有助于实现气候变化应对、生物多样性保护和可持续发展等多目标,最值得挖掘的生态资源之一。


目前,我国正积极参与国际蓝碳议程,扎实推进自然科学领域有关蓝碳固碳机制、生物量监测、碳汇方法学等方面的科研攻关,已将蓝碳纳入应对气候变化及经济社会发展政策规划体系,并在国内开展“蓝色海湾”整治、渤海综合治理生态修复、“南红北柳”湿地保护恢复、红树林保护修复等专项行动计划。在实践的过程中,蓝碳保护和修复领域也遭遇包括资源产权、生计冲突、过度开发和投资不足等一系列制约因素和现实瓶颈。因而,接下来有必要在社会科学领域针对蓝碳生态系统价值核算、产权确权、人地关系、融资渠道、经济社会效益等多个层面深入探讨。并尝试通过开发适当的金融和监管工具、创新融资方式(保险、债务互换、税收和信贷)和可持续经营等公私伙伴关系,增加对蓝碳生态系统保护和恢复领域的投资,激发更为切实有效的行动积极性,并取得更为显著的综合效益。


相信有关全球气候变化应对的中国雄心、全球经济发展与环境治理的中国贡献、疫情后的绿色复苏以及“一带一路”倡议的中国引领,都将为实现包含海陆统筹、减排增汇、沿海经济和社会可持续发展的“中国蓝碳计划”提供了强劲的国力支持和国际合作基础。


参考文献

[1] 王秀君,章海波,韩广轩.中国海岸带及近海碳循环与蓝碳潜力[J].中国科学院院刊,2016,31(10):1218-1225.

[2] 唐剑武,叶属峰,陈雪初,杨华蕾,孙晓红,王法明,温泉,陈少波.海岸带蓝碳的科学概念、研究方法以及在生态恢复中的应用[J].中国科学:地球科学,2018,48(06):661-670.

[3] 周晨昊,毛覃愉,徐晓,方长明,骆永明,李博.中国海岸带蓝碳生态系统碳汇潜力的初步分析[J].中国科学:生命科学,2016,46(04):475-486.

[4] 焦念志.研发海洋“负排放”技术支撑国家“碳中和”需求[J/OL].中国科学院院刊:1-9[2021-01-27].https://doi.org/10.16418/j.issn.1000-3045.20210123001.

[5] Hoegh-Guldberg. O., et al. 2019. The Ocean as a Solution to Climate Change: Five Opportunities for Action. Report. Washington, DC: World Resources Institute. Available online athttp://www.oceanpanel.org/climate

[6] Coastal Blue Carbon approved as new International Carbon Trading Category, See:https://www.open-channels/org/news/news/coastal-blue-carbon-ap-proved-new-international-carbon-trading-category.


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