综述：海洋碳汇的科学进展与未来趋势：一项跨学科综述

本综述系统回顾了海洋碳汇（OCS）这一新兴跨学科领域的科学进展，聚焦于CO2捕获、利用与封存机制，及其在气候变化减缓与适应中的关键作用。通过CiteSpace文献计量分析，揭示了OCS研究的热点演变与多学科融合特性，强调需协调科学与社会维度，倡导多利益相关方参与、预防性治理及政策化金融体系，以支撑气候韧性与海洋可持续发展。

　　

1 引言

海洋是全球碳循环中巨大而动态的长期碳汇，通过捕获、利用和封存大气CO₂，调节大气、陆地和海洋之间的碳交换。与陆地碳汇相比，海洋碳汇（OCS）更为稳定，未来有望成为主导的自然碳汇。然而，其容量受海表温度、风速、洋流和生物生产力等多因素影响，对气候变化高度敏感，且易受火山爆发等自然扰动干扰，可能加速海洋碳吸收能力饱和。若海洋碳封存能力下降，将导致更多CO₂滞留大气，加剧全球变暖趋势。

国际社会已认识到海洋在减缓与适应气候变化中的巨大潜力，学术界日益关注海洋生态系统作为温室气体汇与库的功能。历史研究多基于模型模拟区域或全球洋流以评估海洋碳浓度与OCS的年代际变化，分析海洋与气候变化的相互作用。尽管海洋覆盖广阔，数据稀疏性仍是量化OCS的根本限制，卫星观测的重要性在相关文献中被强调，为理解OCS变化提供更多数据支持。

除模型分析外，文献还探讨海洋生物在碳循环中的作用、OCS核算及碳汇市场交易。蓝碳概念在这些讨论中频繁出现，但当前研究对OCS与蓝碳的概念存在混淆：部分文献将两者直接等同，其他则区分沿海蓝碳与开阔海洋碳汇。蓝碳最初于2009年《蓝碳：健康海洋在固碳中的作用》中提出，强调海洋生物捕获的生物碳，尤其突出三大沿海生态系统的碳封存能力。后续研究大多认同蓝碳是海洋碳循环的关键组成部分。蓝碳管理目前以陆基方法为主导，便于量化碳储量，增强保护或恢复行动的可行性。OCS基于“碳封存过程”，涵盖海洋碳循环所有方面，而非特定生态系统类型。除植被光合作用的生物过程外，OCS还包括海水循环的物理过程及海水与CO₂反应的化学过程。由于多数OCS过程难以 containment 与控制，其治理侧重于基于地貌的技术创新，通过技术干预间接增强海洋碳封存能力。总体而言，蓝碳是功能概念，而OCS是科学概念，蓝碳生态系统是OCS循环的一部分。

OCS研究涵盖海洋生态学、生物地球化学、地质学、海洋学、法律与经济学等多学科，体现其跨学科本质。全面理解OCS需审视自然科学与社会科学的相互作用。当前OCS研究主要集中在自然科学领域，基于技术解读；社会科学与政策研究相对有限，但近年呈现稳定增长。

因此，本文基于OCS科学主题，借助CiteSpace进行文献计量分析，评估OCS的研究主题与演变趋势，为系统回顾OCS文献的科学进展奠定基础，评估重大风险，拓展碳汇政策研究，增强政策的社会与伦理维度。我们强调有效且适应性的治理框架，综合考虑科学、经济和社会措施，为未来OCS研究进展提供建议，以恢复海洋的减排增汇能力及长期可持续发展。

2 材料与方法

2.1 材料

通过Web of Science（WoS）和Scopus数据库检索与收集OCS相关研究。WoS核心合辑覆盖自然科学、社会科学和艺术人文领域的高质量期刊、书籍和会议录，结构平衡；Scopus则具有更高的社会科学覆盖率和全球期刊代表性。本文综合两数据库进行文献计量分析，确保数据分析的全面性。

2.2 研究方法

仅考虑研究文章和综述文章。检索截止日期为2024年12月31日。WoS检索式包含OCS相关术语及科学进展、技术创新等关键词，获262条结果，去重及筛选后保留131篇可用文献。Scopus检索式类似，获214条结果，去除与WoS重叠文献后得30篇新文献（图1）。最终样本为161篇文献，用于文献计量分析。CiteSpace作为Java应用，有效检测与可视化科学出版物中的关键点与新兴趋势，评估潜在偏差。

3 文献计量结果

3.1 研究景观探索

OCS科学进展的出版物数量呈上升趋势，分为三个阶段：

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  阶段I（1994-2007）：出版物稀少，聚焦气候变化背景下海洋吸收CO₂的偶然提及，系统性讨论缺乏。
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  阶段II（2008-2019）：出版物呈上升趋势但增长温和，时有周期性下降。蓝碳概念提出后，海洋碳汇功能受国际关注，出现关于海洋碳库、蓝碳、海洋观测技术及相关社会问题的文献，强调海陆整体性。海洋减缓与适应气候变化的功能被纳入更多国际文件与政策。
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  阶段III（2020-2024）：出版物数量显著增加，研究更全面，涵盖海洋探索方法设备多样化、碳捕获利用与封存技术发展、气候-海洋预测模型等。大气、海洋与生物多样性的科学关联得到更广泛研究，OCS在促进蓝色经济、碳中和及生态文明实现中的社会功能受到更多关注。

3.2 研究中的全球合作网络分析

3.2.1 国家研究的全球合作分析

国家合作网络基于文献中国家间合作绘制。中国、美国、英国、德国、澳大利亚、法国、意大利、印度等科技水平较高的国家发表了较多OCS相关科研。瑞士、比利时和奥地利等国家虽文章数量较少，但具有较高中介中心性，在整体网络中影响力显著。欧美国家在OCS前沿科技研究与参与仍处高水平，与多国保持直接或间接合作关系，表明全球北方主要国家仍主导OCS科研，全球南方多数国家在此领域存在知识差距。OCS技术研发需大量投入与人力资本优势，与国家经济发展紧密相关，未来OCS发展仍依赖国际合作，主要通过全球北方发达国家及一些国际非政府组织提供资金、技术培训和技术转让，增强发展中国家OCS研究与利用能力。

3.2.2 期刊共被引分析

期刊在传播专业学术知识中起关键作用，期刊间共被引表明其定位、目标范围与首选学科的联系。最高被引频次期刊包括Science、Nature、PNAS、Nature Geoscience等，均来自环境科学、生物化学、海洋学和能源科学等领域。Nature和Science被引频次最高，影响力广泛，是OCS科学进展研究的关键平台。尽管PNAS、PLOS One等期刊影响因子相对较低，仍从多学科视角补充OCS研究。共被引显示OCS科学进展与气候变化、环境资源、生物多样性探索密切相关，证实OCS的科学本质与跨学科广度。未来全球OCS科研合作应整合多技术，结合环境科学与社会治理协作，释放OCS潜力，加强学科间合作与融合。

3.3 关键词共现分析

关键词共现分析是研究相关领域前沿发展的核心视角。关键词共现网络显示OCS与气候变化密切关联，“气候变化”、“蓝碳”、“碳封存”、“CO₂”、“有机碳”等关键词高频次与高中心性表明海洋碳汇功能与气候变化存在紧密互动。

3.3.1 关键词聚类分析

聚类分析将连接强的节点分组。通过LLR算法获取聚类标签，更好总结聚类属性。当前OCS科研主要分为三类：

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  OCS的社会价值：聚焦碳汇、经济增长与能源的相互作用，与陆地治理协同，促进可持续发展实现（聚类#0、#1、#4、#8）。
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  OCS的生态价值：海水与海洋生物在封存CO₂、减缓与适应气候变化中起重要作用（聚类#2、#3、#5、#7）。
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  OCS的科学价值：涉及传感器、测试床系泊站点等海洋技术发展及其在观测与评估OCS中的效用（主要对应聚类#6）。

最高被引关键词表明OCS的生态价值仍是当前研究核心问题。

3.3.2 关键词突现分析

突现检测识别短时期内信息或文档主题特征的突变。突现关键词代表特定时期的研究前沿与热点。γ值设为0.4时，出现11个突现关键词。“二氧化碳”与“碳汇”分别于2002和2008年出现，至今仍是科学 inquiry 中心，未来将继续作为关键研究热点。最强突现关键词是“碳封存”，最长持续时间是“生态系统服务”（7年），表明海洋储存CO₂是相关科研的重要议题，国际社会持续关注OCS在调节全球生态系统中的重要作用。 accordingly，科学实现OCS潜力需基于生态系统的保护方法。

海洋酸化作为气候变化的显著不利影响，在增强OCS方面一定程度 exhibit 积极作用，因此至今保持 visibility，即使在2014-2016研究高峰后。“有机碳”与“空气污染”近期成为突出关键词。对有机碳在碳封存中功能的日益重视推动有关海洋生物泵基本机制的研究，促进对物理与碳酸盐泵的更深刻理解。同时，CO₂是否为污染物的问题逐渐发展成为科研话题，OCS方向愈发多元化。

4 主要发现

文献计量分析提供各指标的定量测量。在此定量框架内，定性方法（尤其是细读文本）实现更深理论探究，促进对科研 landscape 的更全面理解。通过全面分析CiteSpace生成的知识图谱，发现现有OCS科学进展研究涵盖广泛学科，强调跨学科研究方法的必要性。OCS的固有复杂性使单一学科无法充分应对其核心问题。自然科学展示了支配OCS运作的基本机制，阐明OCS功能性，通过模型及一系列监测与恢复技术增强增汇成效。同时，社会科学建立OCS科学价值与人类社会的关联， thereby 提供价值评估、激励机