藻类如何助力“双碳”目标的实现？

出品：科普中国

作者：刘雅丹（中国水产学会原秘书长助理/研究员，全国首席科学传播专家）

监制：中国科普博览

藻类是地球最古老的光合生物类群之一。藻类形成了所有水生生物食物网的能量基础，在水生生态系统中发挥着至关重要的作用。海藻是海洋藻类的总称，是水生生物，但与植物相似，有叶绿素，主要包括海洋大型藻类和微藻。

在今年联合国粮食与农业组织最新发表的一份题为《关于海藻和微藻在全球水产养殖发展中释放潜能的综述》的关于藻类行业探论性文件中，我们看到了藻类为人类带来的各种贡献，特别是在当代全球关注双碳的背景下，藻类环境效益和生态系统服务功能的重要性正在显现，例如减轻富营养化、碳捕获或封存、改善海洋酸化、提供栖息地和海岸线保护等。

一、藻类在“双碳”中能发挥什么作用？

要说藻类在“双碳”中发挥的作用，我们先看看海藻场这个生态系统。这个系统是指沿岸潮间带下区和潮下带30米浅水区大型底栖藻类与其他海洋生物群落共同构成的一种典型近岸海洋生态系统。广泛分布于冷温带的大陆沿岸以及部分热带和亚热带海岸。

（图片来源：章守宇等，2019）

形成海藻场的大型藻类主要有马尾藻属、巨藻属、昆布属、裙带菜属、海带属和鹿角藻属等。

这个系统可以直接或间接发挥环境效益和生态系统服务功能。这些功能主要包括：

1）为鱼类和其他海洋生物提供栖息地；

2）作为海浪拍岸的缓冲物，以保护海岸线；

3）通过向渔业社区提供替代生计，减少水生生物资源的过度捕捞；

4）通过生产海藻基生物肥料或生物刺激剂，以改善土壤条件并可能减少农业杀虫剂的使用；

5）利用藻类生产易于生物降解的产品和包装，以减少塑料垃圾。

海藻场

（视频来源：大连海洋牧场研究院）

因此，世界上有不少国家在鼓励沿海地区发展藻类养殖业，并强调藻类养殖业助力实现“蓝碳”，其在应对气候变化的功能不断显现，主要有以下几个方面：

一是减少资源的使用。海藻养殖不需要直接使用陆地、淡水、饲料或肥料。微藻可以在淡水或海洋环境中生长，也可以在沙漠和干旱地区的低值土地上养殖。

二是净化水域环境。藻类通过从周围水域汲取营养物质并吸收二氧化碳，在光合过程可以减轻水体富营养化、处理废水、减少海洋酸化并捕获/封存碳。

三是提供碳足迹相对较低的产品。这些产品包括人类食品、动物饲料和肥料，如某些海藻可作为饲料补充以减少养牛场的甲烷排放。

海藻与微藻

（图片来源：大连海洋牧场研究院）

二、藻类带来了哪些社会经济效益？

藻类，特别是海藻，是全球水产养殖的重要组成部分。据联合国粮食及农业组织（FAO）统计，2019年，藻类养殖（以湿重计）占世界水产养殖产量1.2亿吨的近30%。这么大的产量，那它们的第一大贡献就是：对保障粮食、人类健康和营养的贡献。

因为大多数海藻没有内在毒素，是可食用的。人类对海藻的消费可追溯到数百年前，曾经记录的食用海藻有约700种，包括约195种褐藻、345种红藻和125种绿藻。许多国家的沿海地区都有吃海藻的文化传统。海带、紫菜和裙带菜已成为东亚地区的常见食品，广泛且频繁地用作汤料、沙拉、寿司包裹和零食等。它们作为亚洲美食的一部分被引入其他国家，并在全球范围内越来越受欢迎。海藻是营养丰富的水产食品，通常富含膳食纤维、微量营养素和生物活性化合物。食用藻类可作为蛋白质和微量营养素的来源，有助于改善内陆低收入国家人民的营养状况。

其次是对消除贫困和社会安定的贡献。据统计，2019年，用于各种食品和非食品用途的世界海藻养殖产量高达3 470万吨，产生了147亿美元的首次销售价值。例如，在菲律宾，据估计，海藻产业为10-15万名海藻养殖户、3-5万名当地批发商和2万多名小商贩提供了就业。

三是海藻业对保障妇女权益的贡献。海藻养殖对渔业社区凝聚力和保障妇女权益做出了重大贡献。由于海藻养殖具有劳动密集型、资本投资低和农作技术简单的特点，女性通常在海藻养殖和价值链中发挥重要或主导作用。在印度、菲律宾、坦桑尼亚联合共和国，包括我国的一些沿海地区，妇女是海藻养殖的首选和主要的劳动者，海藻养殖为她们提供了一份安全环境下的收入。特别是在菲律宾，妇女约占常规海藻养殖劳动力的44%。

（图片来源：联合国粮食及农业组织）

将海藻晒干，并从海藻壁中提取琼脂（一种胶冻类物质）来制作肥皂和化妆品。

（图片来源：联合国粮食及农业组织）

**四是对水产养殖发展的贡献。**藻类除了其生产的直接贡献外，还有助于促进其他水产养殖活动。海藻可以代谢二氧化碳并从周围水域汲取无机营养，如氮和磷，使海藻养殖与其他水生动物养殖相结合，成为一个充满活力的生产系统，能够进行更好的养分循环来增加环境和经济效益。

池塘养殖管理的一个重要部分是监测和培养微藻，以保持良好的水质，并为目标物种提供天然食物。海藻可作为鲍鱼、海胆和海参的主要饲料原料，可用作补充鱼类饲料成分；高脂含量的微藻还可用于生产海藻油，作为鱼油的独特替代品；许多孵化场依靠微藻的培养，直接或间接地培养浮游动物，以提供活的饵料生物，作为喂养鱼类、软体动物、甲壳动物或其他水生动物幼体的开口饵料。

三、我国对藻类与气候变化的研究有什么新进展？

我国对藻类与气候变化的研究有很多，在这里举一个具体的例子。

黄海水产研究所海洋藻类种质创制与利用创新团队首次从鞭毛运动和再生能力角度，解析了水体酸化对微藻运动能力的负面影响及机制，从而解析了气候变化条件下鞭毛藻类运动能力变化趋势及机制。

可能多数人不知道什么是鞭毛（dinoflagellate）藻类。这是一种很特殊的微藻，既不属动物，也不属植物，是水下磷火微生物，因为当它受到外界骚扰时，就会像萤火虫一样释放出光亮，夜晚萤火清晰可见，这种光能释放是鞭毛藻的自卫防御功能。

此项研究阐述了运动能力改变对微藻群体演变的潜在影响，为系统研究气候变化条件下水域生态系统生物多样性格局变迁提供了新的研究思路和重要的理论依据。相关研究成果发表在《自然气候变化（Nature Climate Change）》上。

评估和预测气候变化对水生生物群体及其生态系统的影响是极具挑战性的国际前沿科学问题。该研究通过对极地冰藻、广盐性盐藻和淡水莱茵衣藻等种类进行了长达6年的室内传代培养，并在野外进行中尺度实验。

实验发现，二氧化碳引起的水体酸化显著降低了三种鞭毛微藻的运动速率，并影响鞭毛藻的再生能力。气候变化导致极地海冰的覆盖面积和平均厚度逐年降低，海冰对光照的调控能力日趋减弱，生活在冰下的微藻为寻找合适的光强水层，需要更长距离的垂直运动来应对日夜间光照强度变化，而鞭毛运动能力损伤则加剧了对微藻生存的威胁。由此可见，酸化对极地鞭毛微藻的负面影响更为严峻。

藻类健康与人类健康息息相关，其环境效益和生态系统服务功能已越来越引起国际社会的关注。海藻养殖的发展潜力巨大，要认识到藻类行业的现有和潜在贡献和优势，也必须重视在可持续发展中面临的各种制约因素和挑战。在推动全球、区域和国家层面的藻业发展中，做出以科学依据的决策和行业管理。

目前，国内外科研机构和一些国际组织持续对藻类在双碳中的作用进行研究和探索，一些政府和企业也都持续关注微藻固碳技术的应用，并对此进行了较大的投入，虽然多数应用仍处于中试阶段，随着研发的深入和技术不断地提高，可以预见，海藻的生物固碳具有广阔的发展前景。

参考文献：

1.《关于海藻和微藻在全球水产养殖发展中释放潜能的综述》FAO

2.《探析藻类在助力实现"双碳"目标中的贡献》代国庆、刘雅丹