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在國家自然科學基金等項目資助下，南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）（以下簡稱廣州海洋實驗室）楊志峰院士團隊攜手汕頭大學、廣東工業(yè)大學、廣州大學及中山大學等科研人員，在大型海藻養(yǎng)殖碳匯研究領(lǐng)域取得新進展。近日，相關(guān)成果發(fā)表于《環(huán)境科學與技術(shù)》（Environmental Science & Technology）。

紫菜養(yǎng)殖中碳庫動態(tài)與主要驅(qū)動因子階段依賴性轉(zhuǎn)變的概念示意圖。研究團隊供圖，下同

論文第一作者、廣州海洋實驗室博士后林佳介紹，除紅樹林、海草床和鹽沼外，大型海藻被認定為第四類海岸帶藍碳來源。大型海藻養(yǎng)殖具備成本低、產(chǎn)量高、養(yǎng)殖可控性強等顯著優(yōu)勢，是可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的海岸帶藍碳資源。正因如此，眾多國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)殖過程中碳匯潛力如何動態(tài)變化，以及其對氣候變暖的響應機制，是當前發(fā)展大型海藻養(yǎng)殖碳匯亟待攻克的關(guān)鍵科學難題。

該研究以廣東汕頭南澳島現(xiàn)代海洋牧場中的紫菜養(yǎng)殖系統(tǒng)為研究對象，開展全面且深入的調(diào)查?？蒲腥藛T對不同養(yǎng)殖階段水體、沉積物、大氣及生物體中的多種碳庫進行綜合分析，精準揭示了各養(yǎng)殖階段碳匯潛力的變化規(guī)律及內(nèi)在機制差異。同時，運用多統(tǒng)計分析方法，成功識別出不同養(yǎng)殖階段碳匯過程的關(guān)鍵驅(qū)動因子。此外，基于實測數(shù)據(jù)訓練機器學習模型，進一步預測了多種變暖情景下紫菜養(yǎng)殖的碳封存潛力響應情況。

不同養(yǎng)殖階段碳匯指標的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.自：中`國`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)殖通過顯著增強大氣二氧化碳吸收、促進有機碳埋藏以及持續(xù)釋放溶解有機碳并推動惰性溶解有機碳形成，產(chǎn)生了顯著的碳封存效益。聚類分析表明，各養(yǎng)殖階段的碳庫組成呈現(xiàn)出高度異質(zhì)性。具體而言，在生長早期，碳封存主要由無機碳動態(tài)主導；頭水成熟期逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐蕾嚾芙庥袡C碳釋放及頑固性溶解有機碳形成；二水收獲期則主要依靠有機碳的積累和輸送。

通過冗余分析和結(jié)構(gòu)方程模型深入研究發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動碳庫組成變化的主導因子隨養(yǎng)殖進程呈現(xiàn)階段性轉(zhuǎn)換特征。在養(yǎng)殖初期，主要由水文動力和碳酸鹽平衡體系控制；到了生長后期，則轉(zhuǎn)變?yōu)樯镞^程與水文動力共同主導。明確這些驅(qū)動因素，對于在實踐中實施針對性干預措施以增強凈碳封存至關(guān)重要。例如，在生長早期，需維持適度的水體交換和溫度，確保充足的溶解無機碳供應并防止酸化；頭水收獲階段應盡量減少高強度擾動，促進顆粒有機碳沉降，利于溶解有機碳和頑固性溶解有機碳積累；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碳占比。

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

機器學習模型預測結(jié)果顯示，紫菜養(yǎng)殖的無機碳系統(tǒng)對溫度的敏感性顯著高于有機碳庫。在未來變暖情景下，無機碳庫在1.7-2°C的溫度閾值附近呈現(xiàn)非線性響應，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。將同一隨機森林模型框架外推至中國沿海的紫菜養(yǎng)殖進行分析發(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、廣州海洋實驗室研究員歐陽曉光表示，該研究結(jié)果充分強調(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)殖納入藍碳行動計劃和碳抵消倡議提供了堅實的科學依據(jù)。