在不同管理方式下，亚热带水产养殖池塘的二氧化碳（CO?）和甲烷（CH?）排放情况

《Aquacultural Engineering》：CO 2 and CH 4 emissions from subtropical aquaculture ponds under different management practices

水产养殖池碳排放受管理实践影响显著，香港两个池塘（低干扰鱼塘P1和半密集虾塘P2）全年观测显示：P1因生态系统稳定光合作用增强成为CO?汇（-42.33±18.91 mmol·m?2·d?1），但厚泥层导致CH?排放高（29.41±27.53 mmol·m?2·d?1）；P2通过排水干燥显著降低CH?排放，但高人工管理使其CO?排放达62.89±106.61 mmol·m?2·d?1，总排放量较P1低62%。人类干扰（如排水-干燥-注水）重塑碳循环，需纳入全球碳估算。

　　本研究聚焦于水产养殖池塘这一快速扩张的内陆水体，探讨其在不同管理方式下对碳排放的影响。随着全球对可持续发展和气候变化问题的关注不断加深，了解这些水体在碳循环中的作用变得尤为重要。研究表明，尽管水产养殖池塘在全球内陆水体中所占比例较小，但其在碳排放中的贡献却远高于自然湖泊。特别是，水产养殖池塘因其浅水、丰富的碳基质以及高营养负荷，成为温室气体排放的重要来源。本研究通过在亚热带地区的香港进行全年每月的实地观测，分析了两个具有相似自然环境但管理方式不同的水产养殖池塘（P1 和 P2）的碳排放特征及其影响因素。

P1 是一个运行良好的传统鱼塘，而 P2 是一个最近经历排水、晾晒和重新注水的半集约化虾塘。研究发现，P1 的碳排放主要受到温度的影响。在较低的人为干扰条件下，P1 的生态系统较为稳定，其碳排放表现出较强的季节性变化。温度的升高不仅通过增强光合作用间接降低了二氧化碳的排放，还通过促进甲烷的产生直接增加了甲烷的排放。然而，由于 P1 没有经历频繁的排水和晾晒，其底泥层较厚，这导致了甲烷排放的增加。相比之下，P2 的管理方式更为密集，包括定期的排水、晾晒和注水，这显著扰乱了其生态系统，使其从原本的碳汇转变为碳源。同时，P2 的甲烷排放也明显减少，尤其是在甲烷气泡释放方面。总体而言，P2 的二氧化碳当量排放通量比 P1 低约 62%，这表明管理方式对碳排放的影响是显著的。

研究还指出，人类活动对碳排放的影响具有高度的异质性。在传统的水产养殖系统中，由于人为干扰较少，生态系统相对稳定，碳排放主要受自然因素的驱动。而在集约化系统中，由于高密度养殖和大量投喂，水体中的呼吸作用增强，从而提高了整体的碳排放量。此外，水体的搅动和曝气等操作，也对碳排放产生重要影响。例如，曝气能够增加溶解氧的含量，抑制甲烷生成并促进甲烷氧化，从而降低甲烷的排放。然而，过度的水体扰动也可能增强二氧化碳和甲烷的扩散通量。因此，管理方式的差异对碳排放的调控具有复杂的影响机制。

研究区域位于香港新界，P1 和 P2 的地理位置相近，但其管理方式截然不同。P1 是一个常年运行的鱼塘，最后一次排水和晾晒是在 2020 年初进行的，主要养殖物种为某种鱼类，每日投喂面包和花生饼。P2 是一个虾塘，最近经历了排水、晾晒和重新注水的过程。这种管理方式的差异导致了两个池塘在水深、温度、光照强度等方面的显著不同。P1 的平均水深为 0.80 米，而 P2 的水深变化较大，从 0.13 米到 1.73 米不等。温度方面，P1 的水温范围为 21.90°C 到 34.63°C，而 P2 的水温则在 23.34°C 到 34.37°C 之间波动。光照强度（PAR）在 P1 中为 32.5 到 310.44 μmol·m?2·s?1，而在 P2 中则更高，达到 74.61 到 429.38 μmol·m?2·s?1。这些物理化学参数的差异进一步揭示了两个池塘在碳排放上的不同表现。

研究还强调了排水、晾晒和重新注水这一常见管理方式对碳排放的影响。这些操作不仅改变了水体的物理状态，还对底泥中的有机物分解过程产生深远影响。在排水和晾晒期间，池塘底部的土壤暴露于空气中，这一过程加速了未被消耗的饲料和粪便的氧化分解，从而显著影响了碳循环的动态。而在重新注水后，池塘生态系统会逐渐恢复到适宜的条件，以满足水产养殖的需求。这种恢复过程可能使重新注水后的池塘在碳排放特征上与原始状态有所不同。因此，了解不同管理方式下的碳排放机制，对于全面评估水产养殖池塘对全球碳循环的影响具有重要意义。

本研究的发现对于制定有效的碳减排政策具有重要指导意义。通过比较传统鱼塘和半集约化虾塘在碳排放上的差异，研究揭示了人为管理方式对碳循环的深远影响。特别是在集约化系统中，频繁的排水和重新注水不仅改变了水体的物理和化学环境，还对碳排放的模式产生了显著影响。相比之下，传统鱼塘由于较少的人为干预，其碳排放更多地受到自然因素的调控。因此，政策制定者在设计减排措施时，需要充分考虑不同管理方式对碳排放的影响，并据此制定更具针对性的策略。

此外，研究还指出，尽管已有大量关于碳排放的研究，但大多数集中在养殖期间（5–6 个月），而忽略了排水、晾晒和重新注水等其他关键时期。这些时期对碳排放的影响可能与养殖期间截然不同，因此需要更全面地进行研究。例如，在排水和晾晒期间，水体中的碳排放可能会因底泥中有机物的分解而显著增加，而在重新注水后，水体中的碳排放可能会因氧气的增加而减少。因此，为了更准确地评估全球碳循环，需要对水产养殖池塘在不同管理方式下的碳排放进行全面研究，并考虑其整个生命周期中的变化。

研究还提到，近年来，一些学者尝试分析排水和短期重新注水对碳排放的影响。这些操作可能会导致碳排放的突然增加或减少，因为它们改变了底泥中的厌氧条件和水分含量。例如，在间歇性河流中，重新注水可能会导致二氧化碳排放量增加 60 倍。然而，对于水产养殖池塘而言，由于其底泥中富含有机物，这种管理方式是否会导致更高的碳排放仍不清楚。因此，需要进一步研究不同管理方式下的碳排放特征，以揭示其对全球碳循环的具体影响。

本研究的结果表明，水产养殖池塘的碳排放受到多种因素的综合影响，包括温度、水深、光照强度、有机物含量、溶解氧水平以及人为管理方式等。在 P1 中，温度是调节碳排放的主要因素，而 P2 的碳排放则更多地受到水深和施肥量的调控。这种差异表明，不同管理方式下的碳排放机制是不同的，因此需要根据具体的管理方式来制定相应的碳排放估算方法。同时，研究还强调了人为干预在碳循环中的重要作用，特别是在排水、晾晒和重新注水等操作中，这些干预可能会显著改变池塘的碳排放模式。

综上所述，本研究通过实地观测和分析，揭示了水产养殖池塘在不同管理方式下的碳排放特征及其影响因素。研究结果表明，传统鱼塘由于较少的人为干扰，其碳排放更多地受到自然因素的调控，而半集约化虾塘则因频繁的管理操作，其碳排放受到更多人为因素的影响。因此，为了更准确地评估全球碳循环，需要对水产养殖池塘在不同管理方式下的碳排放进行全面研究，并充分考虑其整个生命周期中的变化。此外，研究还强调了政策制定者在制定减排策略时，应充分了解不同管理方式对碳排放的影响，以制定更具针对性和可行性的措施。