促進藍碳增匯 給海洋牧場裝上巨型“氣泵”

 

山東青島鰲山灣海域的人工上升流增匯示范工程受訪者供圖

 

　　490萬噸以上

 

　　若在我國14萬公頃海藻養殖區推廣實施人工上升流增匯示范工程，每年可獲增碳匯總量（按二氧化碳計）490萬噸以上，同時移除氮元素1.39萬噸以上，移除磷元素2130噸以上。

 

　　湛藍的海面上，數千只聚乙烯（PE）塑料浮球如稻田中的秧苗般整齊排列，將載有控制中心的供能浮臺圍在中間；海面下，一臺巨型“氣泵”將海底富營養鹽的海水輸送到海面，輔助浮球下的海帶生長……

 

　　截至1月底，位于山東青島的鰲山灣海域，國內首個人工上升流增匯示范工程（以下簡稱上升流工程）已運行41個月，該工程通過提升上升流涌升效率，使海帶等海藻類養殖增產，同時有效修復海洋生態環境并提高海洋吸收二氧化碳的能力，促進藍碳增匯。

 

　　上升流工程項目團隊根據國際通用計算方法估測，若在我國14萬公頃海藻養殖區推廣實施上升流工程，每年可獲增碳匯總量（按二氧化碳計）490萬噸以上，同時移除氮元素1.39萬噸以上，移除磷元素2130噸以上。

 

　　上升流工程應用了由多所高?？蒲袌F隊和海水養殖企業合作完成的“人工上升流技術與應用”成果，不久前，該成果通過了中國科學院院士陳大可擔任鑒定委員會主任，由自然資源部第二海洋研究所、中國科學院海洋研究所、浙江海洋大學、中國地質大學等單位專家組成的鑒定委員會的鑒定。鑒定委員會對該成果在促進海洋生境改善、生產力提升和碳增匯等方面的應用前景給予了充分肯定。同時，該成果已被聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）列入海洋增匯方案，面向全球推廣。

 

　　技術集成，提升人工上升流效率

 

　　溫室氣體濃度的逐年增加，引發了全球氣候變暖問題。世界氣象組織（WMO）2021年發布的《溫室氣體公報》數據顯示，二氧化碳的全球平均濃度從工業革命前的280ppm（百萬分比濃度）增長到了2020年的413.2ppm。

 

　　針對經濟發展現狀與國情，我國已提出碳達峰、碳中和目標。此前，《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》等，也將“增加生態系統碳匯”作為低碳產業體系的重要組成部分，提出要探索開展海洋等生態系統碳匯試點。

 

　　“人工上升流增匯”這一概念，最早由中國科學院院士、廈門大學焦念志教授和浙江大學海洋學院陳鷹教授于2015年提出。

 

　　上升流是指海水從底層至表層的涌升現象。自然上升流區占全球海洋面積的0.1%，常伴有低溫、高鹽等特征。上升流會把海洋深層富含營養的物質帶至海洋表層或近表層，促進餌料生物繁殖，有利于形成漁場。記者了解到，上升流工程應用的人工上升流技術是通過海洋能自供給，將壓縮空氣均勻注入海底，形成大面積氣泡幕，將深層營養鹽海水帶到海洋表層，并在海流的作用下覆蓋整個養殖海區。

 

　　“人工形成的上升流持續時間更長、效率更高，但是實現‘人工上升流增匯 ’，存在工程選址、保證技術裝備效率和可靠性等問題。”浙江大學海洋學院教授樊煒說。

 

　　據了解，上升流工程項目團隊研發的淺層注氣式氣力提升技術有效提高了系統可靠性。“此外，針對潮流過大，導致氣泡和營養鹽羽流過早分離、無法確保營養鹽羽流被有效提升至海洋表層的難題，團隊研發出了羽流軌跡控制及智能注氣策略。”樊煒介紹，集成系列技術，團隊通過控制最優注氣量，將注氣式人工上升流效率提升了12.38%。

 

　　減污降碳，加大藻類營養供給

 

　　“上升流工程項目團隊在鰲山灣海域搭建的示范工程，包含人工上升流、海洋環境與碳匯監測和大型海藻養殖等復合系統，占海域面積500畝。”樊煒介紹，實踐表明，其中的人工上升流系統可在潮流作用下有效提升至少5000畝海域的表層營養鹽濃度，并調整氮磷比，使之有利于大型藻類的光合作用。

 

　　截至2021年11月底，通過實施上升流工程，區域范圍內海帶每株平均增產了36.1克，每畝增加碳匯1.6噸。

 

　　另外，由于近岸工農業發展與人口高密度增長，造成我國近海存在富營養化現象，由此引發的赤潮、綠潮、海水缺氧與酸化等問題同樣亟待解決。

 

　　“獲得上升流供給的營養鹽后，浮游植物和藻類可通過光合作用將海水中的營養鹽和溶解二氧化碳轉換為有機質。”樊煒表示，這在一定程度上可減少海藻養殖中的肥料使用，緩解近海富營養化問題。

 

　　2019年9月，IPCC發布的《氣候變化中的海洋與冰凍圈特別報告》中也倡導：用人工上升流替代傳統的掛袋施肥用于筏式海藻養殖，避免向海洋生態系統添加任何外源物質，通過調節生態系統內部不同時空中的物質余缺達到增加碳匯、降低人類活動對自然生態系統不利影響的目的。

 

　　調節生態，刺激地球自愈能力

 

　　“世界著名漁場基本上都分布在自然上升流區。”樊煒說，海洋表層浮游植物的增加，能夠為魚類提供大量的食物，海洋中的自然上升流區雖僅占全球海洋面積的0.1%，卻能提供44%的漁獲量。

 

　　記者了解到，通過應用上升流工程項目團隊研發的海洋大型人工上升流裝置，青島悅海藍天水產有限公司開拓了5000畝養殖海域，2020年增加效益3500萬元。

 

　　“現有的研究已經表明，人工上升流技術在增加海洋碳匯、漁業產值方面極具潛力。已有若干沿海城市的相關部門同我們聯系，嘗試推廣該系列技術。”樊煒說，不止于此，在海洋生態調節上，它還有更多的應用場景，是可以用于刺激地球自愈能力的地球工程手段。

 

　　比如，當海水溫度升高時珊瑚就會產生白化現象，進而導致珊瑚排斥體內共生的藻類。樊煒表示，人工上升流可以將海洋深層冷水提上來，冷卻珊瑚群落周圍水體溫度，從而減輕珊瑚的熱應力。類似的應用場景，還有待于科研人員持續挖掘。

 

　　“下一步，我們準備從氣幕式人工上升流系統的小型化、智能化、一體化著手研究，提高涌升的效率并壓縮成本。” 樊煒表示，如利用海洋地形、洋流等條件，嘗試達到“四兩撥千斤”的效果，這也是今后要深入研究的方向。