目前，國際上海洋碳匯研發(fā)最多的是海岸帶藍(lán)碳，即紅樹林、海草、鹽沼等類似陸地植被的碳匯形式。然而，我國海岸帶藍(lán)碳總量有限，無法形成碳中和所需的巨大碳匯量，因此必須開發(fā)其他負(fù)排放途徑。

陸源營養(yǎng)鹽大量輸入近海，不僅導(dǎo)致近海環(huán)境富營養(yǎng)化、引發(fā)赤潮等生態(tài)災(zāi)害，而且使得海水中有機(jī)碳難以保存。尤其是陸源輸入有機(jī)碳（約占陸地凈固碳量的?1/4，約?0.5 Gt）大部分都在河口和近海被轉(zhuǎn)化成?CO2?釋放到大氣，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)力最高的這類海區(qū)反而成為排放?CO2?的源。如何將其恢復(fù)到匯，是一項艱巨的任務(wù)，必須陸海統(tǒng)籌。

基于?MCP?理論，針對中國近海富營養(yǎng)化情況，在陸海統(tǒng)籌理念指導(dǎo)下，合理減少農(nóng)田的氮、磷等無機(jī)化肥用量（目前我國農(nóng)田施肥過量、流失嚴(yán)重），從而減少河流營養(yǎng)鹽排放量，緩解近海富營養(yǎng)化。在固碳量保持較高水平的同時減少有機(jī)碳的呼吸消耗，提高惰性轉(zhuǎn)化效率，使得總儲碳量達(dá)到最大化。即，謀求生物泵（BP）與MCP總量最大化?。

相應(yīng)地，建立和完善對近海儲碳的評價體系，尤其是在儲碳指標(biāo)中不僅要考慮沉積埋葬的有機(jī)碳，而且要納入以往漏掉的?MCP?產(chǎn)物——惰性溶解有機(jī)碳（RDOC）。RDOC?不僅增加近海碳匯，而且可隨海流輸出到外海。如果到達(dá)深海則可實現(xiàn)長期儲碳——深海?RDOC?年齡達(dá)?4000—6000?年。

對自然環(huán)境中無機(jī)氮與有機(jī)碳相關(guān)性的統(tǒng)計分析表明，在包括土壤、河流、湖泊、水庫、河口、近海、陸架海和大洋在內(nèi)的各種環(huán)境中兩者之間都呈負(fù)相關(guān)趨勢。這表明，如果環(huán)境中有過的營養(yǎng)鹽，有機(jī)碳就難以儲存。在河流、近海及外海的營養(yǎng)鹽添加實驗也證實了這一結(jié)論?。

據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，過去?50?年里我國化肥施用量增加了近?30?倍。尤其是改革開放初期，化肥產(chǎn)能大增，化肥施用量從?20?世紀(jì)?50?年代初的每年不足百萬噸爆發(fā)式地增長到?70?年代末的每年?1?億噸，增長了近?100?倍。此后進(jìn)入穩(wěn)定增長期，從?1980?年的?1.2?億噸增長至?2015?年達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的?6?億噸，增長了近?8?倍?。由于農(nóng)業(yè)施肥量普遍高于農(nóng)作物的實際需要，過量的肥料隨雨水沖刷進(jìn)入河流，最后輸入近海，這是目前我國河口近岸海洋富營養(yǎng)化的主要原因。而富營養(yǎng)化的后果除了眾所周知的“赤潮”之外，近?10?年來我國近海還發(fā)生了“綠潮”，其規(guī)模達(dá)到了驚人的程度（圖?1a），所造成的環(huán)境壓力和經(jīng)濟(jì)損失可想而知。一個鮮明的對比是加拿大東北部某森林河口的情景（圖?1b）。

單從水色看，后者水質(zhì)似乎很差，若按我國化學(xué)需氧量（COD）國家標(biāo)準(zhǔn)判斷應(yīng)屬超?V?類水；然而，這是一個誤區(qū)。事實上，這種森林河流水質(zhì)并不差，營養(yǎng)鹽含量很低，溶解氧充足，鰻魚生活得很好（圖?1c）。看上去似乎有害的顏色實際上是富含有機(jī)質(zhì)的表象，就像人們?nèi)粘：鹊牟杷粯?。在環(huán)境條件不變的情況下這些有機(jī)質(zhì)可以長期保存、形成碳匯，其濃度超過?1000 μmol/L，儲碳量是我國海區(qū)海水有機(jī)碳濃度的?10?倍以上。顯然，陸海統(tǒng)籌減排增匯是一項成本低效益高的海洋負(fù)排放途徑。

圖1a

圖1b

圖1c

圖 1 中國和加拿大近海環(huán)境條件與水質(zhì)比較（兩個極端案例）——（a）中國近海富營養(yǎng)化誘發(fā)的“綠潮”造成一系列生態(tài)環(huán)境問題；（b）加拿大東北部近河口的褐色水貌似污染，其實是儲存了大量有機(jī)碳；（c）鰻魚在加拿大東北部富有機(jī)質(zhì)的河口褐色水中正常生活

在新認(rèn)識、新理論指導(dǎo)下，以大江大河為主線，結(jié)合本地實際情況因地制宜采取有效措施，量化生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，可望一舉多得。通過制定有關(guān)的方法、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，科學(xué)量化生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，促成驅(qū)動經(jīng)濟(jì)與社會可持續(xù)發(fā)展的“國內(nèi)大循環(huán)”新模式。

海水缺氧、酸化已經(jīng)成為全球近海普遍存在的嚴(yán)重環(huán)境問題，直接導(dǎo)致漁業(yè)資源退化、生物多樣性下降，生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性發(fā)展面臨風(fēng)險。

針對這些問題，我國科學(xué)家提出了利用厭氧條件實施負(fù)排放的原理和技術(shù)方案，通過建立基于微生物碳泵、生物泵和碳酸鹽泵原理的綜合負(fù)排放途徑，可望在實現(xiàn)增匯的同時，緩解環(huán)境問題。其主要原理是在缺氧、酸化的環(huán)境里，通過施加礦物、增加堿度，提高自生碳酸鹽產(chǎn)量，并與有機(jī)碳一起埋葬，實現(xiàn)綜合儲碳增量的效果。

這其中的一個關(guān)鍵調(diào)節(jié)機(jī)制是堿度，堿度可緩沖海洋碳酸鹽平衡體系在自然或人為擾動下的變化，特別是海洋酸化。增強(qiáng)海洋堿化的方法有多種。例如?1 mol?的橄欖石可螯合?4 mol?的?CO2。微生物厭氧代謝與碳氮硫循環(huán)耦聯(lián)互饋作用是海洋生態(tài)系統(tǒng)中大量碳沉積的重要機(jī)制，可望再現(xiàn)地球歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過的大規(guī)模海洋儲碳。

我國擁有世界上最大的海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，是海洋經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。為了減少對自然資源的捕撈壓力，保障人民群眾所需的動植物蛋白和食品，今后還要進(jìn)一步發(fā)展海水養(yǎng)殖業(yè)。不僅我國是這樣，隨著全球人口的增長和資源的進(jìn)一步匱乏，全球?qū)λa(chǎn)品的需求也在不斷增長。我國的成功經(jīng)驗可以向世界各國推廣。然而，由大規(guī)模養(yǎng)殖帶來的生態(tài)負(fù)荷和環(huán)境壓力，特別是養(yǎng)殖區(qū)海底有機(jī)物污染，以及由此帶來的氮磷營養(yǎng)鹽、無機(jī)碳、溶解氧供需錯位，構(gòu)成生態(tài)風(fēng)險，引發(fā)的富營養(yǎng)化、缺氧、酸化問題亟待解決。

IPCC?最近發(fā)布的《氣候變化中的海洋與冰凍圈特別報告》中，納入了我國科學(xué)家建議的“基于生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)節(jié)理念的人工上升流舉措”，可望應(yīng)對大規(guī)模養(yǎng)殖帶來的生態(tài)負(fù)荷和環(huán)境壓力，解決營養(yǎng)鹽、無機(jī)碳、溶解氧供需錯位問題。也就是，通過太陽能等清潔能源驅(qū)動的人工上升流可把養(yǎng)殖海區(qū)底部富營養(yǎng)鹽的水帶到上層水體，供給養(yǎng)殖海藻光合作用所需營養(yǎng)鹽。與此同時，這個過程把底部高濃度營養(yǎng)鹽緩慢釋放出來，可避免風(fēng)暴潮等突然擾動引發(fā)的赤潮等生態(tài)災(zāi)害。

此外，補(bǔ)償性水體混合把表層富含氧氣的水帶到深層，可緩解底部缺氧的問題。在科學(xué)評估、統(tǒng)籌海水養(yǎng)殖容量及其對海洋碳匯貢獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，研發(fā)兼顧環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化養(yǎng)殖增匯模式，可望打造可持續(xù)發(fā)展的健康養(yǎng)殖模式和海洋負(fù)排放綜合工程樣板（圖?2?中的“養(yǎng)殖區(qū)上升流增匯生態(tài)工程”）。

圖 2 海洋負(fù)排放生態(tài)工程案例示意圖

AT，堿度；BP，生物泵；MCP，微生物碳泵；CP，碳酸鹽泵；RDOC，惰性溶解有機(jī)碳

國際上研究最多的海洋碳匯組分是看得見、摸得著的紅樹林等海岸帶藍(lán)碳，但由于其總量有限，除了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能之外，難以起到應(yīng)對氣候變化的作用。真正能影響氣候變化的其他海洋碳匯成分，因為涉及地球系統(tǒng)各圈層之間碳量傳輸，包括大氣層、水圈、生物圈、巖石圈等，需要不同學(xué)科之間的整合研究，才能建立起行之有效的監(jiān)測技術(shù)、評估方法和標(biāo)準(zhǔn)體系。

迄今，國際上尚無對海洋碳匯計量的統(tǒng)一規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。制定海洋碳匯標(biāo)準(zhǔn)體系是擺在我們面前的一個重要任務(wù)。

中國碳市場是全球配額成交量第二大的市場，但海洋碳匯標(biāo)準(zhǔn)體系仍是空白。因此，需要組織整合海洋負(fù)排放相關(guān)的不同學(xué)科交叉融合，加快海洋碳中和核算機(jī)制與方法學(xué)研究，建立海洋碳指紋、碳足跡、碳標(biāo)識相應(yīng)的方法與技術(shù)、計量步驟與操作規(guī)范、評價標(biāo)準(zhǔn)，建立健全海洋碳匯交易體系。

中國科學(xué)家發(fā)起的海洋負(fù)排放國際大科學(xué)計劃（ONCE）得到國際同行積極響應(yīng)和國際科學(xué)組織（ICES-PICES）批準(zhǔn)。截至?2019?年，已有?14?個國家的代表科學(xué)家簽約實施?ONCE。2020?年已有若干?ONCE?同行獲得所在國/所在地區(qū)資助。歐盟已經(jīng)資助了德國科學(xué)家領(lǐng)銜的?716?萬歐元的研究項目。中國應(yīng)盡快實施?ONCE?大科學(xué)計劃、建立和完善應(yīng)對氣候變化的海洋負(fù)排放科學(xué)規(guī)劃和工程技術(shù)體系，通過?ONCE?推出中國領(lǐng)銜制定的海洋碳匯/負(fù)排放有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，為全球治理提供中國方案。