双壳贝类的养殖究竟是碳源还是碳汇？

前不久，水产类顶尖杂志Reviews in Aquaculture官方微信公众号以“打破神话：双壳贝类养殖不是一种碳汇过程”为题介绍了该期刊上的一篇最新综述论文：Cracking the myth: Bivalve farming is not a CO₂ sink. 引起了读者朋友们的广泛兴趣，同时也使感兴趣的朋友们不得不对“双壳贝类的养殖，到底是一种碳源、还是碳汇”的问题进行了再次的思考。在此，我们也就该问题提出一些粗浅的看法，借此与同行朋友们交流和探讨。

Reviews in Aquaculture官方公众号推文“打破神话：双壳贝类养殖不是一种碳汇过程”（左图）和Reviews in Aquaculture上的论文（右图）。

1. 减少大气中二氧化碳的重要性

立秋已过，天气依然炎热，今年高温持续的时间之长可能又要创下历史记录，让我们每个人都更真切地感受了全球气候变化（温室效应）所带来的对我们生活的影响。因此，减少CO₂排放，遏制温室效应，应该不只是各国政府首脑们进行政治交易、谈判的筹码，更不是科学们研究的理论问题，而是一个实实在在摆在我们面前、可以说与我们每个人都息息相关的现实问题。

关于温室气体减排、遏制温室效应的努力，在国际上也由来已久。早在1992年5月9日的联合国大会上就通过了联合国气候变化框架公约，随后（同年6月）在巴西里约热内卢召开的由世界各国政府首脑参加的联合国环境与发展会议期间，该联合国气候框架协议就开放由各国签署。1994年3月，公约生效。1997年12月11日在日本京都，世界各国再次签署了《联合国气候变化框架-京都议定书》，进一步明确了温室气体减排的具体目标。从此，温室气体减排成为每年一届的联合国气候大会的必然主题。2018年4月30日，《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC）框架下的新一轮气候谈判在德国波恩开幕。截至2023年10月，全球已有198个缔约方。，政府间气候变化专门委员会（IPCC）（小编注：IPCC是由世界气象组织WMO和联合国环境规划署UNEP于1988年联合建立、旨在为决策者提供关于气候变化的科学基础、影响和未来风险的评估，以及适应和减缓气候变化的可选方案。）在2023年的一份最新报告中已明确提出了这样的信息：各国应采取紧急行动来减少CO2排放，减缓气候变化，以确保我们所居住的这个星球在未来仍适合我们的居住。可见温室气体减排，是一个需要全球共同努力才能实现的目标。

2. 我国的碳达峰和碳中和战略

在2020年的联合国大会上，我国政府向全世界正式提出了：我国的二氧化碳排放力争在2030年前达到峰值（碳达峰），力争在2060年前实现碳中和。为了实现这样的目标，我国各行各业都在进行能源结构的转型，各种低碳技术在被不断研究出来，以促进碳排放的减量，为确保实现我国的“双碳”战略目标作出应有贡献。

3. 双壳贝类的碳源/碳汇之争

言归正传，我们还是回到本文的主题：双壳贝类的养殖到底是一种碳源还是碳汇过程？

这本来不是一个问题，因为在西方国家的科学家眼里，双壳类的养殖历来被认为是一种碳源，他们所依据的理论是：双壳类是一种动物，在养殖过程中会因为呼吸排出CO₂，其次，贝壳的形成过程，也是一个CO₂的排放过程。即

    Ca²⁺ + 2 HCO₃^- = CaCO₃ + CO₂ +H₂O

所以在西方科学家们看来，双壳类的呼吸和贝类生物合成两个过程都是排放CO₂的，因此认为双壳贝类的养殖就是一种碳源（即贝类养殖是一种向空气中净输入CO₂的过程）。

然而在我国，以中国工程院院士唐启升研究员为代表的许多科学家则认为，双壳贝类是一种碳汇过程，能将C通过固定在贝壳中离开物质循环达到对碳的封存。唐启升院士是国内最早提出“碳汇渔业”概念的学者，也是最早提出贝类碳汇概念的科学家。目前，国内很多学者都持有类似的观点，即认为双壳贝类的养殖能把碳封存于贝壳中，起到碳汇的作用。他们依据我国贝类的养殖规模，对我国通过双壳类养殖能达到的碳封存情况进行了科学评估，并发表了相关论文（Tang et al., 2011; Feng et al., 2023)。

Reveiws in Aquaculture 的这篇综述论文的作者们正是针对这些论文的结果，再次就这一问题开展了综合论述，对双壳贝类的养殖到底是碳源还是碳汇进行了重新的审视（Pernet et al., 2024)。

Reviews in Aquaculture上的这篇综述论文的主要观点如下：

研究背景方面，由于呼吸和钙化过程，双壳类养殖传统上被视为二氧化碳（CO₂）的来源。然而，近期一些研究提出双壳类可能作为CO₂汇，有助于对抗气候变化。

研究目的：文章旨在评估双壳类养殖是否真的能够作为CO₂汇，并在碳市场中占有一席之地。

论文的主要观点：作者们通过回顾科学研究基础，发现双壳类养殖作为CO₂汇的观点没有得到观测和实验研究的支持。这种观点源于基于理论误解的碳预算模型，特别是错误地认为贝壳中的碳主要来自大气中的CO₂，而实际上大部分来自（生物）碳酸氢根离子。

碳循环理解：海洋中的碳酸氢根离子主要来源于岩石的长期化学风化过程，而非直接来自大气中的CO₂。贝壳的形成过程中，钙化作用实际上会释放CO₂到海水中，限制甚至阻止大气中CO₂的吸收。

生态系统角度：一些研究提出考虑整个双壳类养殖生态系统可能改变对源/汇问题的看法，但目前没有证据支持这一点。大多数基于生态系统的碳预算模型依赖于几个未经验证的假设和估计。

该论文的结论：尽管双壳类养殖提供了许多环境效益，并对可持续水产养殖至关重要，但目前没有证据表明它有助于CO₂的捕获。作者呼吁进行更多的基于观测的CO₂通量研究，并促进跨学科合作，以达成科学共识。

作者们的建议：为了在碳市场中获得碳信用，需要进行现场测量以监测、报告和验证大气CO₂的吸收。

他们的其他观点：文章还讨论了双壳类养殖对海洋酸化的影响、贝壳的最终命运（如被焚烧或沉积在海底）以及如何更准确地评估双壳类养殖在碳预算中的作用。

（该项目的资金信息：该研究由欧洲海事和渔业基金资助，时间为2020-2023年）。

尽管Reviews in Aquaculture上的这篇综述论文在结论部分认为：双壳类养殖是碳汇还是碳源，尚需要得到更多的科学研究来予以确认，但其标题和论据都认为：双壳类养殖是一种碳源。他们认为没有现场的观察和试验能验证这是一种碳汇，否定了双壳类养殖的碳汇作用。

但是，有关双壳贝类养殖到底是碳源、还是碳汇，仍需要一种科学的评估方法。

就像研究某个基因的功能，通常有两种方法研究一样，一种是直接研究该基因编码的蛋白质，还有一种方法则是将该基因敲除后，看这个生物的哪些过程受到了影响。本人认为第二种方法的评估得出的结论可能更可靠。这种方法理应被生态学研究所采纳。

例如在研究鲢鳙养殖对水环境的影响的评估过程中，绝大部分的研究是将鲢鳙放在一个人工构建的试验系统（如围隔、水族箱或其他试验系统）中，然后根据其排放的氮磷、试验系统中的藻类情况来评价鲢鳙的影响。表面看，这样的研究似乎没有问题：实验可以设置至少3个重复实验组，似乎非常符合科学规范。然而，由这样的试验系统得到的结果，是否能代表鲢鳙在真实的生态系统中的作用呢？答案是明确的：不能。因为该试验系统与鲢鳙在湖库等生态系统中所处的生态位是完全不同的，因此试验不具有代表性。相反，可以通过类似基因敲除的方法来研究，研究缺失了鲢鳙以后生态系统的功能变化，才能更准确地了解鲢鳙在系统中的作用，显而易见，当鲢鳙的作用被屏蔽后的生态系统，氮磷经藻类固定，就会被浮游动物摄食，因此可以看到，鲢鳙在生态系统中的作用，实际上是应该要与浮游动物作比较的，但在很多用围隔、水槽等试验系统研究鲢鳙作用的研究中，鲢鳙是单独被评价的，结果鲢鳙的排泄必然是增加了氮磷的再循环，而在实际的系统里，氮磷被鲢鳙利用后，反而其再循环速率被大大减缓了，因为如果藻类不被鲢鳙摄食，就会被浮游动物摄食，浮游动物的生命周期远远短于鲢鳙，因此浮游动物才是加快了氮磷的再循环速率。

如果你明白了上述案例的意思，我们再来看双壳贝类养殖究竟是一个碳汇还是碳源的过程，你可能就会更加清楚了。

我们还是从两个方面来对双壳类养殖对碳循环的影响进行分析。

首先，从化学过程来分析。

综述文章认为，双壳贝类的呼吸会释放出CO₂，这个是必然的，本身没有问题。但如果我们从系统的角度来思考的话，我们就可以这样去理解，在藻类光合作用固定了CO₂以后，无机的C就转化为藻类体内的有机碳，但是这些有机碳在水体中必然会：一随藻类的呼吸直接排出体外（这部分数量较少）；二是藻类死亡分解；三是随着食物链被迁移转化，通常是被浮游动物摄食，部分被转化为浮游动物体内的蛋白质等，部分被浮游动物呼吸排出，还有部分以粪便、排泄物形式进入水体。在生态系统中，我们不能孤立地看待藻类光合作用这一过程，而是应该从生态系统层面去进行综合考虑，如果要评价双壳贝类的养殖，那么至少应该包括从藻类到贝类的完整过程。因此可以看出，在生态系统层面，由于双壳贝类替代了浮游动物对藻类的牧食，因此碳循环的格局才被改变了。因此，我们需要比较浮游动物对碳循环、双壳贝类对碳循环的影响，才能更科学合理的评估双壳贝类养殖是增加了碳排放还是减少了碳排放的过程。

其次，从贝壳的生物合成角度来看，确实从钙离子与碳酸氢根合成碳酸钙的过程中，似乎有一摩尔的CO₂生成。那我们能否据此就认为碳酸钙的生成是一个排碳过程呢？本人认为，我们也不能孤立地拿一个方程说事。就像我们都知道瞎子摸象的不可靠一样，对于水体中的化学过程，我们同样不能“瞎子摸象”。也即是说，上述碳酸钙生成的完整化学式应该是这样的：

2CO₂ + 2H₂O = 2H₂CO₃ = 2H⁺ + 2HCO₃^-

2HCO₃^- + Ca²⁺ = CaCO₃ + CO₂ + H₂O

因此，从上述反应过程可以清晰地看出，尽管在CaCO₃的生物合成过程中有1mol的CO₂生成，但这是消耗了2molCO₂换来的，换言之，碳酸钙的生物合成过程还是净消化了1mol的CO₂的。

在综述论文中还有一个观点认为，海洋中的HCO₃^-中的C并非来自CO₂，而是来自于岩石的风化。对于该观点，本人认为简直不值得一驳：众所周知，双壳贝类贝壳的生物合成，一定来自于它们从食物中获得的碳，这些有机碳一定来自于藻类的光合作用。而熟悉藻类光合作用过程的人都知道，藻类确实是利用HCO₃^-作为碳源，但这个碳酸氢根离子，却并非如这些作者们所认为的是矿化形成的，而是由藻类的碳酸酐酶将CO₂转化而来，这是藻类光合作用所证实的。

综上所述，小编认为，双壳贝类的养殖，因为消耗了大量藻类，用于合成贝类的软体部和合成贝壳，从而有效地延缓了藻类固定的CO₂更快地进入大气，因此从这个角度而言，双壳贝类的养殖应该被认为为是一个碳汇过程。

以上观点，不当之处，欢迎批评指正。