廣州海洋實驗室楊志峰院士團隊在大型海藻養殖碳匯研究中取得進展！

廣州海洋實驗室楊志峰院士團隊在大型海藻養殖碳匯研究中取得進展，相關成果以“Stage-Specific Drivers of Carbon-Sequestration Dynamics in Porphyra Mariculture and Responses to Global Warming”為題發表在中科院一區top期刊

Environmental Science & Technology

大型海藻被列為除紅樹林、海草床和鹽沼之外的第四類海岸帶藍碳來源，其養殖具有成本低、產量高、養殖可控性強等特點，是可形成產業化的海岸帶藍碳。因此，許多國家將積極發展大型海藻養殖作為碳增匯的有效途徑。然而，大型海藻養殖過程的碳匯潛力如何變化，及其面對氣候變暖如何響應，都是現實中發展大型海藻養殖碳匯亟待解決的科學問題。本研究以汕頭南澳島現代海洋牧場中的紫菜養殖系統為研究對象（圖1），綜合調查了不同養殖階段水體、沉積物、大氣及生物體中的多種碳庫，揭示不同養殖階段中碳匯潛力的變化和機制差異；采用多統計分析方法，識別不同養殖階段碳匯過程的關鍵驅動因子；最后，基于實測數據訓練機器學習模型，進一步預測了紫菜養殖的碳封存潛力在多種變暖情景下的響應。

圖1 中國汕頭市南澳島紫菜養殖場位置和采樣點分布

結果表明，紫菜養殖能通過顯著提升大氣二氧化碳吸收、有機碳的埋藏和持續釋放溶解有機碳促進惰性溶解有機碳的形成（圖2），從而產生顯著的碳封存效益?；诰垲惙治霭l現，各養殖階段的碳庫組成具有高度異質性（圖3?4）。具體而言，碳封存在生長早期主要由無機碳動態主導，頭水成熟期則逐漸轉為依靠溶解有機碳釋放及頑固性溶解有機碳的形成，二水收獲期主要依賴于有機碳的積累和輸送。基于冗余分析和結構方程模型進一步發現，驅動碳庫組成變化的主導因子隨養殖進程發生階段性轉換：在養殖初期主要由水文動力和碳酸鹽平衡體系控制，生長后期轉變為以生物過程和水文動力共同主導（圖5）。認識這些驅動因素對于實踐中實施針對性的干預措施以增強凈碳封存至關重要：（1）在生長早期維持適度的水體交換和溫度，以確保充足的溶解無機碳供給并防止酸化；（2）在頭水收獲階段盡量減少高強度擾動，以促進顆粒有機碳沉降并有利于溶解有機碳/頑固性溶解有機碳積累；（3）在二水收獲階段管理養殖密度，以保持頑固性溶解有機碳占比。

圖2 紫菜養殖區與非養殖區海水pCO2、水-氣CO2通量及沉積物有機指標

圖3 三個紫菜養殖階段水體碳匯指標的24小時連續變化

圖4 不同養殖階段碳匯指標的UMAP降維分析及碳相關變量與環境因子的冗余分析結果

圖5 分階段PLS-PM路徑分析結果(a?c)與效應分解(d?f)

機器學習模型預測結果表明，紫菜養殖的無機碳系統對溫度的敏感性顯著高于有機碳庫（圖6）。在未來變暖情景下，無機碳庫在1.7~2°C的溫度閾值附近表現出非線性響應，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果。將同一隨機森林模型框架外推至中國沿海的紫菜養殖，分析表明，即使在高排放情景下，紫菜養殖產生的有機碳封存僅輕微減少，下降幅度< 5%。綜上，我們的結果表明，紫菜養殖不僅能產生顯著的碳封存效益，其碳匯功能面對氣候變化具有較高韌性（圖7）。這些發現為將大型藻類養殖納入藍碳行動計劃和碳抵消倡議提供了重要的科學依據。

圖6 基于隨機森林模型與SSP情景溫升數據驅動的紫菜養殖碳匯指標預測

圖7. 紫菜養殖中碳庫動態與主要驅動因子階段依賴性轉變的概念示意圖

該研究工作得到了國家自然科學基金基礎科學研究中心、重點項目和面上項目、廣東省廣州市南沙區重點科技項目、廣州市引進領軍人才計劃、中國博士后科學基金和南方海洋科學與工程廣東實驗室（廣州）PI項目等資助。

論文全文：Lin, J., Ouyang, X., Chen, W., Xing, W., Xu, W., Huang, Q., Zhan, Z., Yang, Z. (2026) Stage-Specific Drivers of Carbon-Sequestration Dynamics in Porphyra Mariculture and Responses to Global Warming. Environmental Science & Technology, DOI: 10.1021/acs.est.5c15527

• 信息來源：廣州海洋實驗室。

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