评估阿拉伯海中基于马尾藻（Sargassum polycystum）的海洋碳去除方法的潜在效益及生态影响

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Evaluating the potential and ecological trade-offs of Sargassum polycystum based ocean carbon removal in the Arabian Sea

　　

摘要

基于海藻的碳去除是一种有前景的天然方法，可用于减少大气中的二氧化碳（CO?），但其对海水化学成分和海洋生态系统的影响尚未完全了解。本研究使用了三种受控的中观实验，以Sargassum polycystum和阿拉伯海的水为对象，评估了短期二氧化碳吸收、养分循环以及浮游植物的反应。S. polycystum迅速将海水中的二氧化碳分压（pCO?）从449 ± 20 μatm降低到124 ± 32 μatm（最大降低幅度为323 ± 23 μatm），同时pH值（pH?）也有所上升。在生长活跃期间，硝酸盐和磷酸盐被迅速消耗，而老化的生物量将可利用的氮释放回水中。随着S. polycystum的加入，浮游植物的物种多样性增加，在大多数实验中硅藻的数量增加或保持稳定，而甲藻的数量减少，这反映了养分可用性的变化。然而，观察到添加S. polycystum并未增加皮科浮游植物的多样性。尽管研究结果表明S. polycystum可以增强沿海地区的二氧化碳吸收并减缓局部海洋酸化，但其大规模应用的长期成功将取决于碳储存、生物量的命运以及生态影响。本研究为未来评估阿拉伯海中的基于海藻的碳缓解策略提供了实验依据。

引言

最近，基于海洋的解决方案比传统的陆地解决方案（如植树造林）更受关注，用于减少二氧化碳。研究表明，将碳储存在红树林、海草床和盐沼中的方法比陆地解决方案能储存更多的碳（Mcleod等人，2011年；Macreadie等人，2019年）。最近有报告指出，海藻在二氧化碳封存中起着关键作用（Filbee-Dexter等人，2023年；Li等人，2024年；Zhao等人，2025年），大约占全球海洋年净碳封存量的35%（Froehlich等人，2019年）。海藻在实现碳中和、缓解脱氧和富营养化以及增加渔业资源方面可能发挥重要作用（Gao等人，2022年）。仅Sargassum属海藻的碳储量就占全球总量的13.1 Pg C（Gouvea等人，2020年），并且广泛分布于热带和亚热带地区（de Széchy等人，2012年）。Sargassum属海藻对全球碳储量的贡献具有重要意义，因此它作为二氧化碳清除者的作用也很重要，其作用与其他关键海洋生态系统相当（Gouvea等人，2020年）。据报道，Sargassum属海藻床可以降低海水中的二氧化碳分压约41 μatm（Sun等人，2025年）。然而，Sargassum属海藻降低二氧化碳分压的效率可能受到附生生物的钙化和养分再分配的影响（Bach等人，2021年）。Sargassum属海藻能在贫营养水中茁壮生长，由于其较高的碳氮比，相比浮游植物能够每单位氮固定更多的碳，使其成为营养限制环境中高效的碳封存候选者，并在海洋碳循环中发挥重要作用（Alpert和Spencer 1992年；Martiny等人，2013年；Paraguay-Delgado等人，2020年；Bach等人，2021年；Hu等人，2021年；Pessarrodona等人，2023年；Alevizos和Barille 2023年；Filbee-Dexter等人，2024年；Yu等人，2025年）。浮游的Sargassum属海藻为多样化的海洋生物群落提供了栖息地，其中包括与周围开阔水域不同的浮游植物物种（Sissini等人，2017年；Zhang等人，2022年；Alleyne等人，2023a，2023b；van Tussenbroek等人，2024a）。然而，过多的Sargassum属海藻爆发可能对底栖和浮游生物、珊瑚幼虫、食物网以及浮游植物产生负面影响（van Tussenbroek等人，2017年；Cabanillas-Terán等人，2019年；Antonio-Martínez等人，2020年；Ross等人，2022年；Boyd等人，2022年；Wu等人，2023年；van Tussenbroek等人，2024b；Theirlynck等人，2025年；Claquin等人，2025年）。密集的Sargassum属海藻床通过减少光照来限制浮游植物的光合作用生产力（van Tussenbroek等人，2017年）。Claquin等人（2025年）报告称，Sargassum属海藻首先释放化学物质，这些物质会暂时损害浮游植物，随后随着海藻分解，会释放出养分，触发浮游植物的大量生长。因此，了解使用海藻进行海洋“造林”相关的整个过程至关重要（Wang等人，2023年）。例如大西洋Sargassum属海藻带等地区由于其广泛的覆盖范围，为研究这一生态系统提供了机会（Wang等人，2019年；Bach等人，2021年）。然而，需要在区域层面上进行实验，以在不同的生物地球化学条件下了解其封存潜力和生态响应。

章节摘录

实验详情

为了实现研究目标，在阿拉伯海的不同地点进行了三项中观实验，这些地点的环境条件各不相同。实验设计和相应细节总结在表1中。实验1（Exp-1）是在春季季风期间的阿拉伯海沿海水域进行的，此时海表温度较高。

实验海水采集点的物理化学特征

用于三项中观实验的海水的物理化学特征显示，不同采样地点之间的环境条件存在差异（图2）。对于实验1（Exp-1），从Grand Island采集的海水面温度为29.4 °C，盐度为34.9，溶解氧（DO）为4.3 mL/L，荧光强度为1.1 mg/m3。

S. polycystum用于二氧化碳封存

三项中观实验一致表明，S. polycystum通过光合作用吸收二氧化碳，能够迅速降低海水中的二氧化碳分压（pCO?）并提高pH值（pH?）。在所有实验中，添加S. polycystum后几天内，二氧化碳分压显著下降，显示出该物种作为生物碳汇的高效率。初始降低幅度分别为323 ± 23 μatm（实验1）、293 μatm（实验2）和239 μatm（实验3），尽管存在差异，但其二氧化碳吸收能力始终很高。

结论

本研究表明，S. polycystum可以迅速降低海水中的二氧化碳分压（pCO?），提高pH值，并影响养分动态和浮游植物群落结构，凸显了其作为增强海洋碳吸收的自然方法的潜力。这项研究的重要性不仅在于其结果，还在于它是在阿拉伯海进行的，这是一个与海洋碳去除研究高度相关的地区，但在相关文献中目前关注较少。更大的二氧化碳分压降低效果...

CRediT作者贡献声明

Mayuri Raut：研究工作、数据分析。 Anoop Babu：研究工作、数据分析。 Saidatta Parab：数据分析。 suhas shetye：初稿撰写、资金申请、数据分析、概念构思。 Nikhil Bhujbal：数据分析。 Siby Kurian：数据分析。 Ravi Baghel：研究工作、数据分析。 Rounak Thakur：研究工作、数据分析。 Sarvesh Vaigankar：研究工作、数据分析。 Sunanda Sahu：数据分析。 Mangesh Gauns：审稿与编辑。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的潜在利益冲突或个人关系，这些关系可能会影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢Jose Pedru Almeida在中小型实验中的协助。同时感谢科学与工业研究委员会对这项项目的资助。还要感谢Research Vessel Sindhu Sankalp和Sindhu Sadhana号上的船员在SKS179和SSD 90号航次中的支持。感谢Anil Pratihary博士在养分分析方面的帮助。这项工作是在HCP0048项目下完成的。这是NIO的贡献编号：xxxx。

Suhas Shetye | Anoop Babu | Mayuri Raut | Sarvesh Vaigankar | Rounak Thakur | Ravi Baghel | Siby Kurian | Damodar Shenoy | Mangesh Gauns | Sunanda Sahu | Nikhil Bhujbal | Saidatta Parab CSIR-国家海洋学研究所，印度果阿Dona Paula- 403 004