中国沿海人工上升流优化海域区划与大型藻类碳汇潜力评估

为突破近海养殖空间限制并提升大型藻类碳汇能力，中国研究人员通过构建人工上升流(AU)综合评估框架(KAU)，量化了沿海3591 km2/yr的藻类养殖扩展潜力，证实AU可使碳汇能力提升至2022年的199.3%（861 656吨/年），其中浙江省贡献超半数增量，为海洋负排放技术提供量化支撑。

　　

随着全球气候变化加剧，海洋碳汇成为缓解温室效应的关键途径。大型藻类通过光合作用将海水中的CO₂和溶解无机碳(DIC)转化为有机碳，其沉积过程每年向深海输送约17.3亿吨碳，占全球藻类产量的11.4%。中国作为全球最大的藻类养殖国，2023年养殖面积达1495.71 km²，年固碳量达60.6万吨。然而，近海富营养化加剧和养殖空间不足严重制约了藻类碳汇潜力。人工上升流(AU)技术通过气泡羽流(BEP)将底层富营养盐水提升至表层，可有效刺激初级生产力并强化生物碳泵(BCP)效应，但此前缺乏系统性评估其规模化应用潜力的研究。

针对这一科学问题，来自三亚崖州湾科技城的研究团队开发了首个整合工程参数与碳汇核算的AU评估框架。研究通过构建复合适宜性系数K_AU（包含表层营养盐N_surface、底层富集度N_bottom和沉积物粒径S_grain三项指标），结合中国海洋碳汇核算标准(HY/T 0349-2022)，系统量化了AU技术在中国沿海的碳汇增强潜力。

关键技术方法包括：1) 基于TOPSIS模型和核密度估计(KDE)的表层营养盐适宜性评价；2) 利用空气提升式AU系统的工程参数建立空间扩展模型；3) 整合1988-2021年历史养殖数据构建面积-产量转换方程；4) 采用省级尺度验证框架稳健性。

研究结果

AU选址评估
通过K_AU系数识别出中国沿海5省8市11县区为最优AU实施区域。渤海海域N_surface呈单峰分布，90%区域适宜性评分>0.6，而东海陆架区因黑潮影响呈现双峰特征。底层富集度分析显示长江口邻近海域N_bottom值最高(0.87±0.12)，显著优于南海北部(0.41±0.09)。

碳汇增量预测
模型预测2022-2027年AU可支持藻类养殖面积年均扩展3591 km²，较2022年基线增长2.5倍。其中浙江省贡献53.7%的增量面积，主要得益于舟山群岛周边优异的N_bottom条件(0.79±0.08)。紫菜(Porphyra)品类贡献最大碳汇量(4.32×10⁵吨/年)，占总量的50.1%。

碳汇效能验证
AU扩展区年碳汇能力达861656吨，相当于2022年全国藻类碳汇总量的99.3%。敏感性分析表明，当N_bottom阈值提升10%时，适宜面积减少23.8%，但单位面积碳汇效率提升17.6%，证实底层营养盐是AU效能的核心控制因子。

结论与意义
该研究首次建立了从工程参数到碳汇核算的完整评估链条，揭示AU技术可使中国藻类碳汇规模近翻倍。通过量化省级行政单元的贡献差异，为《全国海洋经济发展"十四五"规划》提供了空间优化依据。空气提升式AU系统在长江口和浙江近海的突出表现，为后续兆瓦级示范工程选址提供了科学支撑。研究提出的K_AU系数框架可推广至全球上升流边缘海区评估，对实现"碳中和"目标下的海洋负排放技术规模化应用具有里程碑意义。