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促进蓝碳增汇 给海洋牧场装上巨型“气泵”

来源:科技日报 作者:洪恒飞 高楚清 江耘 人气: 发布时间:2022-02-08 08:46:06

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山东青岛鳌山湾海域的人工上升流增汇示范工程受访者供图

若在我国14万公顷海藻养殖区推广实施人工上升流增汇示范工程,每年可获增碳汇总量(按二氧化碳计)490万吨以上,同时移除氮元素1.39万吨以上,移除磷元素2130吨以上。

湛蓝的海面上,数千只聚乙烯(PE)塑料浮球如稻田中的秧苗般整齐排列,将载有控制中心的供能浮台围在中间;海面下,一台巨型“气泵”将海底富营养盐的海水输送到海面,辅助浮球下的海带生长……

截至1月底,位于山东青岛的鳌山湾海域,国内首个人工上升流增汇示范工程(以下简称上升流工程)已运行41个月,该工程通过提升上升流涌升效率,使海带等海藻类养殖增产,同时有效修复海洋生态环境并提高海洋吸收二氧化碳的能力,促进蓝碳增汇。

上升流工程项目团队根据国际通用计算方法估测,若在我国14万公顷海藻养殖区推广实施上升流工程,每年可获增碳汇总量(按二氧化碳计)490万吨以上,同时移除氮元素1.39万吨以上,移除磷元素2130吨以上。

上升流工程应用了由多所高校科研团队和海水养殖企业合作完成的“人工上升流技术与应用”成果,不久前,该成果通过了中国科学院院士陈大可担任鉴定委员会主任,由自然资源部第二海洋研究所、中国科学院海洋研究所、浙江海洋大学、中国地质大学等单位专家组成的鉴定委员会的鉴定。鉴定委员会对该成果在促进海洋生境改善、生产力提升和碳增汇等方面的应用前景给予了充分肯定。同时,该成果已被联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)列入海洋增汇方案,面向全球推广。

技术集成,提升人工上升流效率

温室气体浓度的逐年增加,引发了全球气候变暖问题。世界气象组织(WMO)2021年发布的《温室气体公报》数据显示,二氧化碳的全球平均浓度从工业革命前的280ppm(百万分比浓度)增长到了2020年的413.2ppm。

针对经济发展现状与国情,我国已提出碳达峰、碳中和目标。此前,《“十二五”控制温室气体排放工作方案》《“十三五”控制温室气体排放工作方案》等,也将“增加生态系统碳汇”作为低碳产业体系的重要组成部分,提出要探索开展海洋等生态系统碳汇试点。

“人工上升流增汇”这一概念,最早由中国科学院院士、厦门大学焦念志教授和浙江大学海洋学院陈鹰教授于2015年提出。

上升流是指海水从底层至表层的涌升现象。自然上升流区占全球海洋面积的0.1%,常伴有低温、高盐等特征。上升流会把海洋深层富含营养的物质带至海洋表层或近表层,促进饵料生物繁殖,有利于形成渔场。记者了解到,上升流工程应用的人工上升流技术是通过海洋能自供给,将压缩空气均匀注入海底,形成大面积气泡幕,将深层营养盐海水带到海洋表层,并在海流的作用下覆盖整个养殖海区。

“人工形成的上升流持续时间更长、效率更高,但是实现‘人工上升流增汇 ’,存在工程选址、保证技术装备效率和可靠性等问题。”浙江大学海洋学院教授樊炜说。

据了解,上升流工程项目团队研发的浅层注气式气力提升技术有效提高了系统可靠性。“此外,针对潮流过大,导致气泡和营养盐羽流过早分离、无法确保营养盐羽流被有效提升至海洋表层的难题,团队研发出了羽流轨迹控制及智能注气策略。”樊炜介绍,集成系列技术,团队通过控制最优注气量,将注气式人工上升流效率提升了12.38%。

减污降碳,加大藻类营养供给

“上升流工程项目团队在鳌山湾海域搭建的示范工程,包含人工上升流、海洋环境与碳汇监测和大型海藻养殖等复合系统,占海域面积500亩。”樊炜介绍,实践表明,其中的人工上升流系统可在潮流作用下有效提升至少5000亩海域的表层营养盐浓度,并调整氮磷比,使之有利于大型藻类的光合作用。

截至2021年11月底,通过实施上升流工程,区域范围内海带每株平均增产了36.1克,每亩增加碳汇1.6吨。

另外,由于近岸工农业发展与人口高密度增长,造成我国近海存在富营养化现象,由此引发的赤潮、绿潮、海水缺氧与酸化等问题同样亟待解决。

“获得上升流供给的营养盐后,浮游植物和藻类可通过光合作用将海水中的营养盐和溶解二氧化碳转换为有机质。”樊炜表示,这在一定程度上可减少海藻养殖中的肥料使用,缓解近海富营养化问题。

2019年9月,IPCC发布的《气候变化中的海洋与冰冻圈特别报告》中也倡导:用人工上升流替代传统的挂袋施肥用于筏式海藻养殖,避免向海洋生态系统添加任何外源物质,通过调节生态系统内部不同时空中的物质余缺达到增加碳汇、降低人类活动对自然生态系统不利影响的目的。

调节生态,刺激地球自愈能力

“世界著名渔场基本上都分布在自然上升流区。”樊炜说,海洋表层浮游植物的增加,能够为鱼类提供大量的食物,海洋中的自然上升流区虽仅占全球海洋面积的0.1%,却能提供44%的渔获量。

记者了解到,通过应用上升流工程项目团队研发的海洋大型人工上升流装置,青岛悦海蓝天水产有限公司开拓了5000亩养殖海域,2020年增加效益3500万元。

“现有的研究已经表明,人工上升流技术在增加海洋碳汇、渔业产值方面极具潜力。已有若干沿海城市的相关部门同我们联系,尝试推广该系列技术。”樊炜说,不止于此,在海洋生态调节上,它还有更多的应用场景,是可以用于刺激地球自愈能力的地球工程手段。

比如,当海水温度升高时珊瑚就会产生白化现象,进而导致珊瑚排斥体内共生的藻类。樊炜表示,人工上升流可以将海洋深层冷水提上来,冷却珊瑚群落周围水体温度,从而减轻珊瑚的热应力。类似的应用场景,还有待于科研人员持续挖掘。

“下一步,我们准备从气幕式人工上升流系统的小型化、智能化、一体化着手研究,提高涌升的效率并压缩成本。” 樊炜表示,如利用海洋地形、洋流等条件,尝试达到“四两拨千斤”的效果,这也是今后要深入研究的方向。

(编辑:逍遥客)

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