若在我國14萬公頃海藻養(yǎng)殖區(qū)推廣實施人工上升流增匯示范工程，每年可獲增碳匯總量(按二氧化碳計)490萬噸以上，同時移除氮元素1.39萬噸以上，移除磷元素2130噸以上。

湛藍(lán)的海面上，數(shù)千只聚乙烯(PE)塑料浮球如稻田中的秧苗般整齊排列，將載有控制中心的供能浮臺圍在中間;海面下，一臺巨型“氣泵”將海底富營養(yǎng)鹽的海水輸送到海面，輔助浮球下的海帶生長……

截至1月底，位于山東青島的鰲山灣海域，國內(nèi)首個人工上升流增匯示范工程(以下簡稱上升流工程)已運(yùn)行41個月，該工程通過提升上升流涌升效率，使海帶等海藻類養(yǎng)殖增產(chǎn)，同時有效修復(fù)海洋生態(tài)環(huán)境并提高海洋吸收二氧化碳的能力，促進(jìn)藍(lán)碳增匯。

上升流工程項目團(tuán)隊根據(jù)國際通用計算方法估測，若在我國14萬公頃海藻養(yǎng)殖區(qū)推廣實施上升流工程，每年可獲增碳匯總量(按二氧化碳計)490萬噸以上，同時移除氮元素1.39萬噸以上，移除磷元素2130噸以上。

上升流工程應(yīng)用了由多所高校科研團(tuán)隊和海水養(yǎng)殖企業(yè)合作完成的“人工上升流技術(shù)與應(yīng)用”成果，不久前，該成果通過了中國科學(xué)院院士陳大可擔(dān)任鑒定委員會主任，由自然資源部第二海洋研究所、中國科學(xué)院海洋研究所、浙江海洋大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)等單位專家組成的鑒定委員會的鑒定。鑒定委員會對該成果在促進(jìn)海洋生境改善、生產(chǎn)力提升和碳增匯等方面的應(yīng)用前景給予了充分肯定。同時，該成果已被聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)列入海洋增匯方案，面向全球推廣。

技術(shù)集成，提升人工上升流效率

溫室氣體濃度的逐年增加，引發(fā)了全球氣候變暖問題。世界氣象組織(WMO)2021年發(fā)布的《溫室氣體公報》數(shù)據(jù)顯示，二氧化碳的全球平均濃度從工業(yè)革命前的280ppm(百萬分比濃度)增長到了2020年的413.2ppm。

針對經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀與國情，我國已提出碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)。此前，《“十二五”控制溫室氣體排放工作方案》《“十三五”控制溫室氣體排放工作方案》等，也將“增加生態(tài)系統(tǒng)碳匯”作為低碳產(chǎn)業(yè)體系的重要組成部分，提出要探索開展海洋等生態(tài)系統(tǒng)碳匯試點。

“人工上升流增匯”這一概念，最早由中國科學(xué)院院士、廈門大學(xué)焦念志教授和浙江大學(xué)海洋學(xué)院陳鷹教授于2015年提出。

上升流是指海水從底層至表層的涌升現(xiàn)象。自然上升流區(qū)占全球海洋面積的0.1%，常伴有低溫、高鹽等特征。上升流會把海洋深層富含營養(yǎng)的物質(zhì)帶至海洋表層或近表層，促進(jìn)餌料生物繁殖，有利于形成漁場。記者了解到，上升流工程應(yīng)用的人工上升流技術(shù)是通過海洋能自供給，將壓縮空氣均勻注入海底，形成大面積氣泡幕，將深層營養(yǎng)鹽海水帶到海洋表層，并在海流的作用下覆蓋整個養(yǎng)殖海區(qū)。

“人工形成的上升流持續(xù)時間更長、效率更高，但是實現(xiàn)‘人工上升流增匯’，存在工程選址、保證技術(shù)裝備效率和可靠性等問題。”浙江大學(xué)海洋學(xué)院教授樊煒說。

據(jù)了解，上升流工程項目團(tuán)隊研發(fā)的淺層注氣式氣力提升技術(shù)有效提高了系統(tǒng)可靠性。“此外，針對潮流過大，導(dǎo)致氣泡和營養(yǎng)鹽羽流過早分離、無法確保營養(yǎng)鹽羽流被有效提升至海洋表層的難題，團(tuán)隊研發(fā)出了羽流軌跡控制及智能注氣策略。”樊煒介紹，集成系列技術(shù)，團(tuán)隊通過控制最優(yōu)注氣量，將注氣式人工上升流效率提升了12.38%。

減污降碳，加大藻類營養(yǎng)供給

“上升流工程項目團(tuán)隊在鰲山灣海域搭建的示范工程，包含人工上升流、海洋環(huán)境與碳匯監(jiān)測和大型海藻養(yǎng)殖等復(fù)合系統(tǒng)，占海域面積500畝。”樊煒介紹，實踐表明，其中的人工上升流系統(tǒng)可在潮流作用下有效提升至少5000畝海域的表層營養(yǎng)鹽濃度，并調(diào)整氮磷比，使之有利于大型藻類的光合作用。

截至2021年11月底，通過實施上升流工程，區(qū)域范圍內(nèi)海帶每株平均增產(chǎn)了36.1克，每畝增加碳匯1.6噸。

另外，由于近岸工農(nóng)業(yè)發(fā)展與人口高密度增長，造成我國近海存在富營養(yǎng)化現(xiàn)象，由此引發(fā)的赤潮、綠潮、海水缺氧與酸化等問題同樣亟待解決。

“獲得上升流供給的營養(yǎng)鹽后，浮游植物和藻類可通過光合作用將海水中的營養(yǎng)鹽和溶解二氧化碳轉(zhuǎn)換為有機(jī)質(zhì)。”樊煒表示，這在一定程度上可減少海藻養(yǎng)殖中的肥料使用，緩解近海富營養(yǎng)化問題。

2019年9月，IPCC發(fā)布的《氣候變化中的海洋與冰凍圈特別報告》中也倡導(dǎo)：用人工上升流替代傳統(tǒng)的掛袋施肥用于筏式海藻養(yǎng)殖，避免向海洋生態(tài)系統(tǒng)添加任何外源物質(zhì)，通過調(diào)節(jié)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部不同時空中的物質(zhì)余缺達(dá)到增加碳匯、降低人類活動對自然生態(tài)系統(tǒng)不利影響的目的。

調(diào)節(jié)生態(tài)，刺激地球自愈能力

“世界著名漁場基本上都分布在自然上升流區(qū)。”樊煒說，海洋表層浮游植物的增加，能夠為魚類提供大量的食物，海洋中的自然上升流區(qū)雖僅占全球海洋面積的0.1%，卻能提供44%的漁獲量。

記者了解到，通過應(yīng)用上升流工程項目團(tuán)隊研發(fā)的海洋大型人工上升流裝置，青島悅海藍(lán)天水產(chǎn)有限公司開拓了5000畝養(yǎng)殖海域，2020年增加效益3500萬元。

“現(xiàn)有的研究已經(jīng)表明，人工上升流技術(shù)在增加海洋碳匯、漁業(yè)產(chǎn)值方面極具潛力。已有若干沿海城市的相關(guān)部門同我們聯(lián)系，嘗試推廣該系列技術(shù)。”樊煒說，不止于此，在海洋生態(tài)調(diào)節(jié)上，它還有更多的應(yīng)用場景，是可以用于刺激地球自愈能力的地球工程手段。

比如，當(dāng)海水溫度升高時珊瑚就會產(chǎn)生白化現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致珊瑚排斥體內(nèi)共生的藻類。樊煒表示，人工上升流可以將海洋深層冷水提上來，冷卻珊瑚群落周圍水體溫度，從而減輕珊瑚的熱應(yīng)力。類似的應(yīng)用場景，還有待于科研人員持續(xù)挖掘。

“下一步，我們準(zhǔn)備從氣幕式人工上升流系統(tǒng)的小型化、智能化、一體化著手研究，提高涌升的效率并壓縮成本。”樊煒表示，如利用海洋地形、洋流等條件，嘗試達(dá)到“四兩撥千斤”的效果，這也是今后要深入研究的方向。