發布時間：2020-04-15所屬分類：農業論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：底棲海藻是海洋生態系統中重要的初級生產力，開展其固碳和儲碳機制研究，有利于提高對我國海域海洋固碳和儲碳潛力的認識。本文基于海區條件的模擬，開展了大連海域潮間帶優勢海藻的日固碳量、日呼吸量和日有機碳釋放量的測定，結合海區生物量的調查，
摘要：底棲海藻是海洋生態系統中重要的初級生產力，開展其固碳和儲碳機制研究，有利于提高對我國海域海洋固碳和儲碳潛力的認識。本文基于海區條件的模擬，開展了大連海域潮間帶優勢海藻的日固碳量、日呼吸量和日有機碳釋放量的測定，結合海區生物量的調查，闡述了3個海藻床潮間帶海藻固碳和儲碳的季節變化規律。結果顯示：在海藻固碳能力方面，綠藻類的固碳能力最強，褐藻類次之，紅藻類最低。大連海域潮間帶海藻的固碳量、儲碳量和有機碳釋放量在12月至5月處于較高水平，6月至11月較低，平均每個海藻床潮間帶區域年固碳量和年有機碳釋放量分別為1.72×105g/a和2.1×104g/a。潮間帶海藻月固碳量是儲碳量的1.7倍。
關鍵詞：底棲海藻;固碳;儲碳
1 引言工業革命以來，人類經濟活動的高速發展，促進了溫室氣體(以CO2為主)濃度的顯著升高，引發了地球表面冰雪覆蓋面積減小、海平面上升等一系列全球性變化[1–3]。發展低碳經濟，減少溫室氣體的排放已經逐步為國際社會認同。為了最大限度降低減排義務，維護本國利益，各國政府都在尋求各自的CO2減排與增匯對策技術[4]。
減少溫室氣體排放，除改變現有能源消費結構、減少對化石燃料的依賴外，利用生物固碳是目前比較經濟可靠的一條途徑。生物固碳，又稱生物碳匯，即通過植物的光合作用，將大氣中的CO2轉化為有機碳儲存在生物體內，并通過食物鏈傳遞在生態系統內部流轉。目前生物碳匯主要包括森林碳匯和海洋碳匯(又稱藍碳)[5]。海洋是地球表面最大的碳庫，其在調節全球氣候方面，特別是在減緩CO2等溫室氣體效應方面作用巨大，據估算，海洋每年大約可吸收人類排放CO2的1/3，近22×108t碳[6–8]，其中，海洋生物捕獲了地球上約55%的生物碳或綠色碳，海洋碳匯已成為緩解氣候變暖的重要途徑[5]。
陸岸線和眾多島嶼，基巖海岸占主岸線的15.2%[9]，分布著大量以底棲海藻群落為主導結構的海藻床生態系統。底棲海藻是淺海生態系統中重要的植物類群和初級生產者，具有很高的初級生產力，在不到海洋總面積1%的沿岸帶構成海洋總初級生產力的10%[10]。
中國是海藻養殖大國，因此，有關養殖海藻固碳估算方法和固碳量的研究得到國內學者的高度重視[11–17]。盡管計算方法不同，但這些研究大都基于海藻體內碳含量的統計，而未考慮到海藻在日常代謝中固定的總碳量，以及排出的碳量，因此，基于現存量的估算方法不能客觀反映海藻的固碳強度，而只是對海藻體內儲碳的評估，有關海藻的固碳潛力亟需重新認識。盡管有些學者認為藻類碳匯強度除了現存量外，還應包括溶解有機碳(DOC)和顆粒有機碳(POC，含生物碎屑)向水體和沉積物的輸送部分，但卻沒有實測數據，基本上是沿用經驗數據[16]。
相關期刊推薦：《海洋學報》中文版(月刊)創刊于1979年，是由中國海洋學會主辦、中國科學技術協會主管、海洋出版社出版的海洋科學技術綜合性學術期刊。期刊緊密結合我國海洋科研事業的需要，主要刊登海洋物理、海洋化學、海洋地質、海洋生物四大學科及海洋交叉學科和海洋工程環境等基礎研究和應用基礎研究方面具有創造性、代表我國海洋科學技術高水平的原創文章。核心期刊，大16開版本，向國內外公開發行。
與熱帶海域相比，溫帶海域分布的底棲海藻通常個體大、世代周期長，呈優勢分布，尤其是在潮下帶區域，優勢分布的海帶、裙帶菜等大型褐藻藻體長度可達2～10m(最長可達到100m以上)，常常構成茂密的海底森林，因此，溫帶海域的海藻固碳潛力巨大。潮下帶區域海藻分布范圍廣，是固碳的主力軍，但開展研究需要專門的潛水和測量設備，操作難度大;潮間帶是陸地和海洋的過渡區域，是人類最容易接近的海洋棲息地，可以在低潮期間通過調查掌握海藻的生消分布，結合海藻自身固碳特性的分析，獲得固碳的相關數據。因此，本文期望通過對大連海域潮間帶自然分布海藻的年固碳強度和儲碳規律的研究，建立底棲海藻固碳和儲碳研究的新方法和新思路，以期為客觀評估我國溫帶海域海藻的固碳潛力提供依據
2 材料與方法
2.1潮間帶優勢海藻的固碳速率測定
2.1.1試驗材料的選取選取了大連海域各季節優勢分布的潮間帶海藻，分別為綠藻門中的孔石莼(Ulvapertusa)、緣管滸苔(Ulvalinza)、盤苔(Blidingiaminima)、袋礁膜(Monostromaangicava)，褐藻門中的萱藻(Scytosiphonlomentarius)、鼠尾藻(Sargassumthunbergii)，紅藻門中的馬澤藻(Mazzaellajaponica)、楔基角叉菜(Chondrusnipponicus)、單條膠粘藻(Dumontiasimplex)、鴨毛藻(Symphyocladialatiuscula)、松節藻(Rhodomelaconfervoides)。材料低溫運回實驗室后，用清潔海水和毛筆刷洗，去除藻體表面的浮泥和動物，然后用清潔海水培養，弱光保存2天，水溫同現場。
2.1.2各供試海藻固碳速率的測定和計算
固碳速率測定：稱取各供試藻體(0.5±0.1)g，用清潔海水反復沖洗數次后，放入裝有PES培養液的60mL自制密閉反應瓶(見光部位采用石英玻璃，以增加透光度)中，培養液的初始pH值統一調整為(8.15±0.05)，同時以磁力攪拌器攪拌(300r/min)，采用SartoriusPP-15(精度0.001)監測密閉系統pH值變化，反應過程中溫度同采集水溫，變化控制在±0.5℃內，光源為白色高亮LED光源，各組光強如下所述，反應時間為20min。通過自編的總無機碳(DIC)計算軟件計算水體里DIC的變化速率。每組實驗設3次重復。
固碳速率計算：vi=ΔDIC/(w·t)，式中：vi為固碳速率(單位：g/(g·h))，ΔDIC為反應前后溶解無機碳差值，w為藻體重量(濕重)，t為反應時間。
日固碳量的計算：大連海域潮汐屬于典型的半日潮，即每天2次漲潮，2次退潮，每次漲落潮間隔6h，在大潮退潮期間用自容式水下光量子計(型號ALW-CMP，日本)采集水下光強數據，獲得供試海藻所處潮位的光照幅度范圍，確定每種海藻測試的光照強度及每個周期內的持續時間，其中，孔石莼、緣管滸苔的光強分別為：18.4μmol/(m2·s)、92μmol/(m2·s)、184μmol/(m2·s)、276μmol/(m2·s)、368μmol/(m2·s)，持續時間各為1.2h;袋礁膜的光強分別為：18.4μmol/(m2·s)、92μmol/(m2·s)、184μmol/(m2·s)、276μmol/(m2·s)，持續時間各為1.5h;盤苔的光強分別為：18.4μmol/(m2·s)、92μmol/(m2·s)、184μmol/(m2·s)、276μmol/(m2·s)、368μmol/(m2·s)、460μmol/(m2·s)，持續時間為1h;萱藻、鼠尾藻、馬澤藻、松節藻、楔基角叉菜、單條膠粘藻、鴨毛藻的光強分別為：18.4μmol/(m2·s)、92μmol/(m2·s)、184μmol/(m2·s)，持續時間各為2h(表1)。
2.2供試海藻溶解有機碳和顆粒有機碳釋放速率的測定
實驗容器為250mL密閉三角燒瓶，稱取藻(0.5±0.1)g，實驗材料在光照培養箱中培養24h，光周期為12∶12，實驗水溫與采集水溫相同。在光周期中，光照強度梯度設置同上，6h為1個周期，一共2個周期。實驗前后，分別量取各組試驗容器中的海水培養液，測定海水中的DOC和POC。根據實驗前后DOC和POC的差值，計算單位重量藻體DOC和POC的日釋放速率，每組實驗設3次重復。
培養液中總有機碳(TOC)的測定按照海洋監測規范(GB17378.4–2007)第4部分總有機碳儀器法進行測定。DOC含量：量取一定量培養液，用WhatmanGF/C玻璃纖維濾膜過濾至采樣瓶中，然后按照總有機碳方法測試分析。POC含量：根據公式POC=TOC−DOC，先測出海水中的TOC和DOC含量后，二者之差即為POC含量。
單位藻體TOC月釋放量的計算：TOCm=TOCd×t，式中：TOCm為月釋放量[g/(g·m)]，TOCd為TOC日釋放量，t為該藻在海區存在的時間，簡化為30d/月，個別種的固碳時間不滿足整月要求的，則以實際調查為準。
2.3各優勢海藻含碳率
各優勢海藻含碳量分析：將野外采集的藻體去除表面附著物，吸干表面水分后，稱量獲取濕重;然后在恒溫烘干箱中經55℃24h烘干至恒重以后，計算干濕比。取少量烘干藻體用研缽研碎，稱取0.1g左右粉末樣品經元素分析儀(ElematarAnalysesystemeGmbHHanau,德國)測定后，算出每種海藻含碳率。
2.4大連海域潮間帶優勢海藻的生物量
優勢海藻生物量的測量：選取大連旅順子彈庫海域、黑石礁海域(附近有城市排污口)、付家莊海域海藻床的潮間帶為調查地點(圖1)，每月開展潮間帶優勢海藻的空間分布面積和單位生物量調查，以獲取不同季節各海藻床潮間帶優勢海藻的總生物量。
其中，優勢海藻分布面積的調查：在各海藻床，用博世激光測距儀對各優勢種集中分布的巖礁進行測量，并利用機器本身自帶的面積計算功能計算各優勢種分布面積。
不同月份優勢種單位面積生物量調查：在各海藻床優勢種集中的區域設置樣方，每個優勢種集中區域測量5個樣方，取平均值，樣方面積為(25×25)cm2，將樣方內的海藻收集起來，低溫運回實驗室后，去除泥沙和藻體表面附著物，經上述條件恒溫烘干后，測量藻體干重，根據干濕比，算出藻體濕重。
不同月份各海藻床優勢海藻總生物量=各優勢種單位面積生物量×各優勢種分布總面積。
2.5各海藻床潮間帶海藻不同月份凈固碳量、儲碳量的估算
2.5.1各海藻床潮間帶底棲海藻凈固碳量估算
優勢海藻月凈固碳量=各優勢種的月凈固碳量(單位濕重藻體)×月生物量(濕重)。
各海藻床海藻月凈固碳量=各優勢海藻凈固碳量總和。
2.5.2各海藻床潮間帶海藻儲碳量(現存量)的估算
優勢海藻月儲碳量=各優勢種的含碳率×海區生物量(干重)。
各海藻床海藻體內儲碳量=各優勢海藻體內儲碳量總和。
2.5.3各海藻床潮間帶海藻有機碳釋放量估算
優勢海藻有機碳月釋放量=各優勢種月釋放量(單位濕重藻體)×月生物量(濕重)。
各海藻床海藻有機碳月釋放量=各優勢海藻有機碳月釋放量總和。2.6數據統計與處理數據統計和圖表制作使用Excel2013軟件。每組數據用平均值±標準差或平均值表示。
3 結果
3.1各優勢海藻日固碳量、有機碳日釋放量和含碳率
在測試的3類海藻中，綠藻的固碳能力最強，日凈固碳量在(2.52±0.53)～(7.07±1.71)mg/(d·g)，其中緣管滸苔的固碳能力最強，其次為袋礁膜;褐藻的固碳能力處于中等水平，日固碳量在(1.68±0.28)～(2.51±0.46)mg/(d·g);紅藻的固碳能力普遍較低，日固碳量在(0.24±0.06)～(1.08±0.11)mg/(d·g)(表2)。各海藻溶解有機碳的日釋放量普遍遠高于顆粒有機碳的日釋放量，在綠藻中，DOC的日釋放量約為POC日釋放量的3～5倍;在紅藻中，DOC的日釋放量約為POC日釋放量的1～9倍。綠藻的DOC日釋放量約為紅藻的3～50倍，褐藻的1.5～13倍;綠藻的POC日釋放量約為紅藻的2～21倍，略高于褐藻。綜合來看，綠藻的總有機碳日釋放量最高，其次為褐藻，紅藻則最低(表2)。
在3類海藻中，褐藻的含碳率最高，平均為35.28%，變化范圍在33.49%～37.06%;綠藻的平均含碳率為27.52%，變化范圍在22.75%～30.68%;紅藻的平均含碳率為26.87%，變化范圍在22.39%～32.06%(表2)。
3.2調查海域潮間帶海藻固碳量的月際變化
在大連海域，12月至翌年5月是1年中潮間帶底棲海藻固碳量較高的時期，月固碳量(3個海藻床合計，下同)為3.99×104～10.25×104g，平均為7.15×104g，其中固碳量最高的月份為4月份，達到10.25×104g，其次為12月份和5月份，月固碳量分別為8.71×104g和7.56×104g(圖2)。在這段時期內，對固碳量貢獻最大的為綠藻緣管滸苔，其生物量變化對潮間帶底棲海藻固碳總量產生顯著影響。9−11月次之，月固碳量僅為1.32×104～1.85×104g，平均為1.64×104g。6−8月是1年中固碳量最低的時期，月固碳量僅為0.86×104～1.99×104g，平均為1.24×104g(圖2)。
3個海藻床潮間帶海藻合計的年固碳量為5.16×105g/a，平均每個海藻床的年固碳量為1.72×105g/a。其中綠藻對固碳的貢獻最大，為3.42×105g/a，其次為紅藻，為1.55×105g/a，褐藻的貢獻最小，僅0.19×105g/a(圖2)。
3.3調查海域潮間帶底棲海藻儲碳量的月際變化
在大連海域，冬季(12月至翌年2月)是潮間帶底棲海藻儲碳量最高的季節，月儲碳量(3個海藻床合計，下同)在4.67×104～5.32×104g，平均為5.09×104g，其中，紅藻馬澤藻的貢獻最大，其次為綠藻的緣管滸苔(圖3)。與冬季相比，在3–5月期間，潮間帶底棲海藻儲碳量顯著下降，月儲碳量降為2.48×104～3.33×104g，平均為3.16×104g，但仍遠高于夏季和秋季(圖3)。在此期間，隨著馬澤藻生物量的逐漸減小，紅藻儲碳比例明顯降低，綠藻儲碳占據優勢地位。隨著鼠尾藻生物量的增加，褐藻儲碳比例也有所增加(圖3)。
6–8月是1年中潮間帶底棲海藻儲碳量最低的時期，月儲碳量僅為0.62×104～0.98×104g，平均為0.68×104g。隨著5月份紅藻儲碳比例持續降低，褐藻儲碳比例顯著上升，在6月份達到最高，隨后急劇降低，這段時間，綠藻儲碳比例相對穩定(圖3)。進入9月至11月，潮間帶底棲海藻的儲碳量逐漸增加，月儲碳量升至1.08×104～1.69×104g，平均為1.35×104g，隨著馬澤藻生物量增加，紅藻儲碳比例也開始逐漸增加(圖3)。
3.4調查海域底棲海藻的有機碳釋放情況
調查海區底棲海藻有機碳月釋放量變化趨勢與海藻固碳量變化趨勢一致，也表現為12至翌年5月份釋放量較高，有機碳月釋放量(3個海藻床合計，下同)為0.65×104～1.27×104g，平均為0.87×104g，4月份釋放量最高，達到1.27×104g，在這段時期內，對有機碳釋放貢獻最大的為綠藻緣管滸苔。6–11月，由于海藻(尤其是綠藻)生物量較低，有機碳月釋放量也較低，僅為0.11×104～0.26×104g，平均為0.18×104g(圖4)。綠藻釋放的DOC占TOC的比重較大，平均為80.3%，紅藻次之，為76.5%，褐藻最低，為61.8%。
3個調查區域海藻合計的有機碳年釋放量為6.30×104g/a，平均每個區域的年有機碳釋放量為2.1×104g/a。
SCISSCIAHCI
