导 读
应对气候变化是国际共识，实现碳中和是根本出路。然而，CO2减排与发展经济存在矛盾，通过负排放技术吸收并封存大气 CO2则是两全其美之策。海洋作为地球上最大的活跃碳库，拥有巨大的负排放潜力。但目前海洋已储存了地球上 93%的 CO2，如何安全、有效地实施海洋负排放是摆在科学家面前的重大命题。本文对此提出了合理、合法并且可验证的海洋负排放生态工程新范式路线图。
图1 四泵联合的海洋负排放生态工程方法。（POC：颗粒有机碳， RDOC：惰性溶解有机碳， N, P：氮和磷）
海洋是气候变化的调节器，海洋负排放作为应对气候变化的有效解决方案近年来备受全球关注。然而，实施海洋负排放任重道远，不仅需要坚实的理论基础和可行且系统的工程技术，而且还要在高效增加碳汇的同时减少环境污染。此外，实施海域条件、政策限制以及是否符合国际海洋法公约亦是重要的考量因素。直面挑战，海洋负排放国际大科学计划（ONCE）应运而生。在全面考量现有气候变化应对措施的基础上，结合我国实际情况，提出了在海水养殖区/海上牧场开展基于生物泵（BCP）、碳酸盐泵（CCP）、微型生物碳泵（MCP）和溶解度泵（SCP）“四泵集成”的海洋负排放生态工程新范式路线图（图1）：
Step 1，智能人工上升流，优化营养和无机碳供需平衡，增强固碳
通过人工上升流将养殖区深部富含营养盐的海水输送至表层，促进初级生产者的光合作用。与此同时，下降流将富氧的表层海水向下输送，缓解海洋酸化和缺氧。理想模式是采用太阳能智能化驱动人工上升流调控营养盐和无机碳的供需平衡，即在白天与光合作用同步，促进初级生产者生长，夜间停止运行以避免将富含无机碳的底层海水带到海洋表面，从而防止 CO2释放到大气中。
Step 2，综合运用生物与理化手段，有效控制和利用藻华，增加碳封存
当浮游植物受营养盐调控大量繁殖时，采用生物与理化手段提高 BCP和 MCP的效率。例如，利用羟基自由基灭活技术仅破坏微藻 DNA但仍保持其细胞完整性，避免细胞有机质释放到海水中。必要时，利用原位漂浮反应器高密度养殖有益微藻（如小球藻）制造“绿水”，抑制有害藻华，并为贝类等养殖动物提供食物和氧气。采用改性黏土高效絮凝微藻，促使其沉降至海底，提高 BCP效率，并抑制沉积物中无机磷释放，提高碳磷比，协同提高 MCP效率。
Step 3，四泵集成，实现海洋负排放效应最大化
应用橄榄石等碱性矿物提高海水碱度，增强对大气中 CO2的吸收能力，从而驱动 SCP。SCP供给的充足碳源和橄榄石等矿物为藻类提供的硅酸盐和铁等营养盐，增强光合作用，提升综合固碳能力。海藻养殖区增强的光合作用可维持高pH值环境，加之MCP产物可成为碳酸盐凝结核，这些有利因素，使不可控的 SCP转变为可操纵的海洋负排放技术，将 CCP从“反泵”转变为 “正泵”。这种效应在海底得到进一步强化。沉积物中厌氧甲烷氧化古菌、氮还原菌和硫酸盐还原菌的代谢活动不仅有助于强化 MCP，而且还提高了碳酸氢盐碱度，从而促进微生物与 Mg2+、Ca2+结合诱导碳酸盐沉积。此过程与上述 BCP沉降作用的增加，将进一步强化“生物-非生物”过程耦合介导“无机碳-有机碳”的综合储碳能力，可望实现基于“四泵集成”的海洋负排放最大化。
总结与展望
应对气候变化、保障可持续发展是全球共识。本文提出的 BCP-CCP-MCP-SCP“四泵集成”的综合性海洋负排放生态工程方法，应用于海水养殖区/海上牧场（我国是全球最大的海水养殖国家），实施海洋负排放和环境修复并重，合情（我国国情）、合理（碳泵理论）、合法（国际海洋法、伦敦公约），可望成为符合“三可”（可测量、可报告、可验证）的地球生态工程最佳实践（Best practice）。
原文链接：https://www.the-innovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-geo.2023.100029
