中國網/中國發(fā)展門戶網訊 工業(yè)革命以來，人類活動大量排放?CO₂，導致氣候變化加劇，引發(fā)一系列環(huán)境和社會問題，威脅著人類社會可持續(xù)發(fā)展。應對氣候變化已超越科技領域，成為國際政治和經濟中的熱點問題。2020?年?9?月?22?日，國家主席習近平在第?75?屆聯(lián)合國大會一般性辯論上提出中國“努力爭取?2060?年前實現(xiàn)碳中和”的宏偉目標。這是中國向全世界的鄭重承諾，彰顯了大國責任，提升了我國的國際影響力。據氣候行動追蹤組織（CAT）預測，中國碳中和目標將使全球在?21?世紀的升溫減少?0.2℃—0.3℃。中國碳中和戰(zhàn)略關乎全球氣候變化，舉世矚目。然而，中國從碳排放峰值到碳中和的過渡期只有?30?年時間，短時間內實現(xiàn)碳中和目標需要犧牲傳統(tǒng)經濟和付出巨大的代價。美國波士頓咨詢公司估計，中國需要在傳統(tǒng)行業(yè)上投入?90?萬億—100?萬億元人民幣才能實現(xiàn)“2060?年碳中和”的目標。對于碳中和而言，減排（減少向大氣中排放?CO₂）和增匯（增加對大氣?CO₂的吸收）是兩條根本路徑，但當前世界各國的關注點集中在減排措施，而對增匯手段重視不足。作為碳排放大國和發(fā)展中國家，中國在盡可能減排的同時必須想方設法增匯來減輕減排的壓力，也即研發(fā)負排放的方法與途徑。其實，負排放在發(fā)達國家也已成為必要的行動，2019?年美國國家科學院、美國國家工程院和美國國家醫(yī)學科學院聯(lián)合發(fā)表了《負排放技術與可靠的碳封存：研究議程》（Negative Emissions Technologies and Reliable Sequestration: A Research Agenda）報告。顯然，負排放是實現(xiàn)碳中和的必由之路。

全球碳中和日程及對海洋碳匯的認識

目前，全世界已有?85?個國家提出碳中和目標，包括?27?個歐盟國家、58?個非歐盟國家。這些國家的碳排放占全球排放超過?40%。其中，有?29?個國家明確了碳中和時間表。不丹已經實現(xiàn)碳中和；挪威、烏拉圭將在?2030?年實現(xiàn)碳中和；芬蘭、奧地利、冰島、瑞典分別將在?2035?年、2040?年、2045?年實現(xiàn)碳中和。還有?20?多個國家計劃?2050?年實現(xiàn)碳中和；其中，英國、德國、法國、西班牙、丹麥、匈牙利、新西蘭等國家以法律形式加以保障。在中國、美國、印度、俄羅斯?4?個最大碳排放國當中，中國是第一個提出碳中和日程的國家。中國的這一重大舉措無疑會帶動其他碳排放大國加快減排進程。在不斷向碳中和目標邁進的過程中，中國將有機會增進與其他國家的相關交流與對話，進一步提升國際影響力；同時，在中國領先的減排和增匯領域與其他發(fā)展中國家展開經濟技術合作，將實現(xiàn)互惠互利、合作共贏，推動人類命運共同體的構建。

早在?2014?年，《聯(lián)合國氣候變化框架公約》第20?輪締約方會議（COP20）上，中國政府首次表示CO₂?排放量在?2016—2020?年間將控制在每年?100?億噸以下，并將在?2030?年左右達到峰值。按當時的排放走勢，達峰時中國的?CO₂?排放量最高可達?150?億噸/年；而就當前的走勢看，達峰時將約為?113?億噸/年。即便是以達峰時排放為?113?億噸/年為依據，如果要在達峰后“保持排放穩(wěn)中有降”，可考慮保持目前?2/3—1/3?的排放量，意味著中國每年還有約?40?億—80?億噸的?CO₂?當量需要依靠替代能源或者負排放來中和。據美國科學家估計，即便充分利用了替代能源，中國達峰后每年仍有?25?億噸的負排放缺口?。因此，要實現(xiàn)碳中和目標，必須同時采取減排和增匯措施。

以往的增匯主要靠陸地的植樹造林。由于農田稀缺和未來人口增長對糧食的需求矛盾不斷凸顯，單靠陸地植被增匯已無法滿足全球碳中和需求。海洋是地球上最大的活躍碳庫，海洋碳庫是陸地碳庫的?20?倍、大氣碳庫的?50?倍。海洋每年吸收約?30%?的人類活動排放到大氣中的?CO₂，并且海洋儲碳周期可達數千年，從而在氣候變化中發(fā)揮著不可替代的作用?。因此，海洋負排放潛力巨大，是當前緩解氣候變暖最具雙贏性、最符合成本-效益原則的途徑。

國際社會日益認識到海洋碳匯的價值和潛力。過去幾年里，保護國際（CI）和政府間海洋學委員會（IOC）等聯(lián)合啟動了“藍碳動議”（The Blue Carbon Initiative），成立了碳匯政策工作組和科學工作組，發(fā)布了《政策框架》《行動國家指南》《行動倡議報告》等一系列海洋碳匯報告。美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）從市場機會、認可和能力建設、科學發(fā)展?3?個方面提出了國家海洋碳匯工作建議。印度尼西亞在全球環(huán)境基金（GEF）的支持下實施了為期?4?年的“藍色森林項目”（Blue Forest Project），建立了國家海洋碳匯中心，編制了《印尼海洋碳匯研究戰(zhàn)略規(guī)劃》。此外，肯尼亞、印度、越南和馬達加斯加等國已啟動鹽沼、海草床和紅樹林的海洋碳匯項目，開展實踐自愿碳市場和自我融資機制的試點示范。

中國海域自然碳匯潛力

中國領海面積約?300?萬平方公里，縱跨熱帶、亞熱帶、溫帶、北溫帶等多個氣候帶。其中，南海毗鄰“全球氣候引擎”西太平洋暖池；東海跨陸架物質運輸顯著；黃海是冷暖流交匯區(qū)域；渤海則是受人類活動高度影響的內灣淺海。中國海域內有長江、黃河、珠江等大河輸入，外鄰全球兩大西邊界流之一的黑潮。這些自然條件不僅賦予了中國海域巨大碳匯潛力，也給我們提供了實施多種負排放的空間。

中國海岸帶藍碳的碳匯總量相對較小；其中，紅樹林、鹽沼濕地、海草床有機碳埋藏通量為?0.36 Tg C·a^?1，海草床溶解有機碳（DOC）輸出通量?0.59 Tg C·a^?1 。相比之下，開闊海域碳匯量要大得多。據初步估算：中國陸架邊緣海的沉積有機碳通量為?20.49 Tg C·a^?1（陸源有機質向中國陸架邊緣海輸入的碳匯為?17.8 Tg C·a^?1）；東海和南海向鄰近大洋輸送有機碳通量分別為?15.25—36.70 Tg C·a^?1?和?43.39 Tg C·a^?1；中國大型養(yǎng)殖藻類的初級生產力（即固碳量）約?3.52 Tg C·a^?1，移出碳通量?0.68 Tg C·a^?1，沉積和?DOC?釋放通量分別為?0.14 Tg C·a^?1?和?0.82 Tg C·a^?1 ；此外，通過實施人工上升流工程可以使得養(yǎng)殖區(qū)域增加固碳?0.09 Tg C·a^?1，結合海藻養(yǎng)殖區(qū)實施可獲碳匯量在?3.61 Tg C·a^?1?以上。

綜上，中國海域儲存及向大洋輸出碳量約為?100 Tg C·a^?1，相當于每年?342 Tg CO₂。顯然，單靠自然海洋碳匯不足以實現(xiàn)碳中和，必須研發(fā)海洋負排放方法技術。如果得以實施，則可成倍增加海洋碳匯儲量。

中國海洋負排放研發(fā)的基礎與儲備

中國科學家提出的“海洋微生物碳泵”（MCP）理論闡釋了微生物轉化有機碳、生成惰性溶解有機碳（RDOC）的儲碳機制。MCP?突破了經典理論中依賴顆粒有機碳沉降和埋藏的經典理論，解開了儲存于海洋水體中巨大溶解有機碳庫的成因之謎，被?Science?評論為“巨大碳庫的幕后推手”^[10]。2008年，國際海洋科學研究委員會（SCOR）專門設立了MCP?科學工作組。2015?年，北太平洋海洋科學組織（PICES）和國際海洋考察理事會（ICES）再設?MCP?聯(lián)合工作組以促進科學與政策的連接。2016年，中國科學家在著名國際學術品牌——美國“戈登研究論壇”領銜發(fā)起創(chuàng)建海洋碳匯永久論壇。2019年，在聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）發(fā)布的《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》（SROCCC）中納入了?MCP?理論，以及相關的陸海統(tǒng)籌減排增匯和海水養(yǎng)殖區(qū)人工上升流增匯等“中國方案”。

在國內，早在?2011?年筆者提出的《研發(fā)海洋碳匯保障經濟發(fā)展》建議就獲得國家發(fā)展和改革委員會“十二五建言獻策表彰大會優(yōu)秀提案一等獎”。2013年，首屆中國科學院“跨學部科學與技術前沿論壇”就以“陸海統(tǒng)籌研發(fā)海洋碳匯”為主題。同年，國內?30?多個涉海科研院校及相關部委和企業(yè)成立了以基礎研究引領、涵蓋政、產、學、研、用的全國海洋碳匯聯(lián)盟（COCA）。2014?年，COCA?推出“中國藍碳計劃”。2015?年，“海洋碳匯”被納入黨中央、國務院印發(fā)的《生態(tài)文明體制改革總體方案》。2017?年，“海洋碳匯”被遴選為中國科學院旨在打造國際學術品牌的首屆“雁棲湖會議”的主題。2020?年?11?月，在海洋生態(tài)經濟國際論壇上，COCA?發(fā)布了《實施海洋負排放，踐行碳中和戰(zhàn)略倡議書》；12?月，召開“海洋負排放支撐碳中和”專題研討會；同月，我國相關涉海大學在政府有關部門支持下成立了“海洋負排放研究中心”“碳中和創(chuàng)新研究中心”等機構。至此，我國開展海洋負排放技術研發(fā)的條件已經具備。

中國海洋負排放研發(fā)的對策與建議

目前，國際上海洋碳匯研發(fā)最多的是海岸帶藍碳，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)其他負排放途徑。

實施陸海統(tǒng)籌負排放生態(tài)工程

陸源營養(yǎng)鹽大量輸入近海，不僅導致近海環(huán)境富營養(yǎng)化、引發(fā)赤潮等生態(tài)災害，而且使得海水中有機碳難以保存。尤其是陸源輸入有機碳（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化成?CO₂?釋放到大氣，導致生態(tài)系統(tǒng)中生產力最高的這類海區(qū)反而成為排放?CO₂?的源。如何將其恢復到匯，是一項艱巨的任務，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)籌理念指導下，合理減少農田的氮、磷等無機化肥用量（目前我國農田施肥過量、流失嚴重），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碳的呼吸消耗，提高惰性轉化效率，使得總儲碳量達到最大化。即，謀求生物泵（BP）與MCP總量最大化?。相應地，建立和完善對近海儲碳的評價體系，尤其是在儲碳指標中不僅要考慮沉積埋葬的有機碳，而且要納入以往漏掉的?MCP?產物——惰性溶解有機碳（RDOC）。RDOC?不僅增加近海碳匯，而且可隨海流輸出到外海。如果到達深海則可實現(xiàn)長期儲碳——深海?RDOC?年齡達?4?000—6?000?年。對自然環(huán)境中無機氮與有機碳相關性的統(tǒng)計分析表明，在包括土壤、河流、湖泊、水庫、河口、近海、陸架海和大洋在內的各種環(huán)境中兩者之間都呈負相關趨勢。這表明，如果環(huán)境中有過的營養(yǎng)鹽，有機碳就難以儲存。在河流、近海及外海的營養(yǎng)鹽添加實驗也證實了這一結論?。

據國家統(tǒng)計局數據，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，化肥產能大增，化肥施用量從?20?世紀?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。此后進入穩(wěn)定增長期，從?1980?年的?1.2?億噸增長至?2015?年創(chuàng)紀錄的?6?億噸，增長了近?8?倍?。由于農業(yè)施肥量普遍高于農作物的實際需要，過量的肥料隨雨水沖刷進入河流，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)模達到了驚人的程度（圖?1a），所造成的環(huán)境壓力和經濟損失可想而知?。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，后者水質似乎很差，若按我國化學需氧量（COD）國家標準判斷應屬超?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質的表象，就像人們日常喝的茶水一樣。在環(huán)境條件不變的情況下這些有機質可以長期保存、形成碳匯，其濃度超過?1?000μmol/L，儲碳量是我國海區(qū)海水有機碳濃度的?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排放途徑。

在新認識、新理論指導下，以大江大河為主線，結合本地實際情況因地制宜采取有效措施，量化生態(tài)補償機制，可望一舉多得。通過制定有關的方法、技術、標準、規(guī)范，科學量化生態(tài)補償機制，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念，促成驅動經濟與社會可持續(xù)發(fā)展的“國內大循環(huán)”新模式。

研發(fā)缺氧/酸化海區(qū)的負排放技術

海水缺氧、酸化已經成為全球近海普遍存在的嚴重環(huán)境問題，直接導致漁業(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)展面臨風險。針對這些問題，我國科學家提出了利用厭氧條件實施負排放的原理和技術方案，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，提高自生碳酸鹽產量，并與有機碳一起埋葬，實現(xiàn)綜合儲碳增量的效果。這其中的一個關鍵調節(jié)機制是堿度，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制，可望再現(xiàn)地球歷史上曾經出現(xiàn)過的大規(guī)模海洋儲碳。

實施海水養(yǎng)殖區(qū)綜合負排放工程

我國擁有世界上最大的海水養(yǎng)殖產業(yè)，是海洋經濟的重要組成部分^⑧。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一步匱乏，全球對水產品的需求也在不斷增長。我國的成功經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)負荷和環(huán)境壓力，特別是養(yǎng)殖區(qū)海底有機物污染，以及由此帶來的氮磷營養(yǎng)鹽、無機碳、溶解氧供需錯位，構成生態(tài)風險，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，納入了我國科學家建議的“基于生態(tài)系統(tǒng)內部調節(jié)理念的人工上升流舉措”，可望應對大規(guī)模養(yǎng)殖帶來的生態(tài)負荷和環(huán)境壓力，解決營養(yǎng)鹽、無機碳、溶解氧供需錯位問題。也就是，通過太陽能等清潔能源驅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，可避免風暴潮等突然擾動引發(fā)的赤潮等生態(tài)災害。此外，補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。在科學評估、統(tǒng)籌海水養(yǎng)殖容量及其對海洋碳匯貢獻的基礎上，研發(fā)兼顧環(huán)境與經濟的優(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)殖模式和海洋負排放綜合工程樣板（圖?2?中的“③ 養(yǎng)殖區(qū)上升流增匯生態(tài)工程”）。

研制海洋碳匯標準體系

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碳，但由于其總量有限，除了生態(tài)系統(tǒng)服務功能之外，難以起到應對氣候變化的作用。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，需要不同學科之間的整合研究，才能建立起行之有效的監(jiān)測技術、評估方法和標準體系。迄今，國際上尚無對海洋碳匯計量的統(tǒng)一規(guī)范和標準。制定海洋碳匯標準體系是擺在我們面前的一個重要任務。

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

引領海洋負排放國際大科學計劃

中國科學家發(fā)起的海洋負排放國際大科學計劃（ONCE）得到國際同行積極響應和國際科學組織（ICES-PICES）批準^⑨。截至?2019?年，已有?14?個國家的代表科學家簽約實施?ONCE。2020?年已有若干?ONCE?同行獲得所在國/所在地區(qū)資助。歐盟已經資助了德國科學家領銜的?716?萬歐元的研究項目。中國應盡快實施?ONCE?大科學計劃、建立和完善應對氣候變化的海洋負排放科學規(guī)劃和工程技術體系，通過?ONCE?推出中國領銜制定的海洋碳匯/負排放有關標準體系，為全球治理提供中國方案。

（作者：焦念志，中國科學院院士 廈門大學海洋與地球學院。《中國科學院院刊》供稿）。

相關文章