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2024 , Vol. 43 >Issue 6: 1611 - 1626

DOI: https://doi.org/10.11821/dlyj020230930

海洋渔业碳汇估算方法与应用研究——以环渤海地区为例

  • 焦琦斐 , 1, 2 ,
  • 李鹏 , 1, 2 ,
  • 吴昕浩 1 ,
  • 盖美 1 ,
  • 张鹏 3
展开
  • 1.教育部人文社会科学重点研究基地 辽宁师范大学海洋可持续发展研究院，大连 116029
  • 2.辽宁师范大学地理科学学院，大连 116029
  • 3.中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101
李鹏（1987-），男，辽宁大连人，博士，讲师，主要从事海洋地理空间大数据挖掘与分析、海洋遥感等研究。E-mail:

焦琦斐（2000-），女，山东即墨人，硕士，主要研究方向为海洋地理空间大数据挖掘与分析、海洋渔业碳汇等。E-mail:

收稿日期: 2023-10-24

  录用日期: 2024-04-26

  网络出版日期: 2024-06-06

基金资助

国家自然科学基金项目(42276231)

国家自然科学基金项目(42101170)

收起

Search on the estimation method and applications of carbon sink in marine fisheries: Take the Bohai Rim Region as an example

  • JIAO Qifei , 1, 2 ,
  • LI Peng , 1, 2 ,
  • WU Xinhao 1 ,
  • GAI Mei 1 ,
  • ZHANG Peng 3
Expand
  • 1. Key Research Base of Humanities and Social Sciences of Ministry of Education, Institute of Marine Sustainable Development, Liaoning Normal University, Dalian 116029, China
  • 2. School of Geography Liaoning Normal University, Dalian 116029, China
  • 3. Institute of Geographic Sciences and Natural Resources Research, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100101, China

Received date: 2023-10-24

  Accepted date: 2024-04-26

  Online published: 2024-06-06

Fold

摘要

科学评估海洋渔业的碳汇能力，是在碳中和目标下促进中国海洋经济绿色、高效发展的基础。本文基于Sentinel-2遥感影像，利用支持向量机（Support Vector Machine，SVM）分类法对环渤海地区的浮筏、网箱、滩涂、池塘四类近海养殖区进行分类提取，结合提取结果创新一种海洋养殖渔业的碳汇核算模型，并测算环渤海地区近海养殖渔业的固碳潜力和不同类型养殖区对环渤海渔业碳汇的贡献。结果表明：① 环渤海地区近海养殖渔业的年碳汇潜力约134万~168万t。其中，滩涂养殖区的总体碳汇潜力最大，约占环渤海地区的42%，浮筏养殖区、池塘养殖区、网箱养殖区则分别占比29%、28%、1%；从养殖区的单位面积固碳能力来看，浮筏养殖区能力最强，约是其他三类养殖区的1.4~1.7倍。② 环渤海地区的近海渔业养殖主要集中于胶东、辽南、黄河口周边地区，其中胶东一带的碳汇潜力最大，约占整个环渤海地区的28%，可作为环渤海地区碳汇渔业的重点发展地区。本研究也可为中国海洋养殖渔业的碳汇核算提供技术支撑，为碳汇渔业的发展提供新参考。

关键词： 海洋渔业碳汇; 海水养殖; 遥感解译; 碳汇潜力; 环渤海地区

本文引用格式

焦琦斐 , 李鹏 , 吴昕浩 , 盖美 , 张鹏 . 海洋渔业碳汇估算方法与应用研究——以环渤海地区为例[J]. 地理研究, 2024 , 43(6) : 1611 -1626 . DOI: 10.11821/dlyj020230930

Abstract

Scientific assessment of the carbon sequestration capacity of marine fisheries is the basis for promoting the green and efficient development of marine economy under the goal of carbon neutrality. Based on Sentinel-2 remote sensing images, we used the Support Vector Machine classification method to classify and extract the floating raft culture area, cage culture area, tidal flat culture area and pond culture area of the Bohai Rim Region (BRR). Based on the results of the extraction, we developed a new model for assessing the carbon sink of mariculture fisheries, and measured the carbon sequestration potential of culture and the contribution of different types of culture zones to the fisheries carbon sink in the study area. The results are as follows: (1) The carbon sequestration potential of inshore aquaculture can reach up to 1.34·106-1.68·106 tons per year. The total carbon sequestration potential of tidal flat aquaculture is the largest, accounting for about 42% of the BRR's total, the floating raft culture area, pond culture area and cage culture area accounted for 29%, 28% and 1% respectively; In terms of carbon sequestration potential per unit area, the floating raft culture zone has the strongest potential, which is about 1.4-1.7 times of the other three types of culture zones. (2) The coastal fisheries are mainly concentrated in the eastern part of Shandong, southern Liaoning and the mouth of the Yellow River. Eastern Shandong has the largest carbon sequestration potential, accounting for about 28% of the BRR's total, could be a key area for the development of carbon sequestration fisheries around the Bohai Sea. This study can also provide technical support for the carbon sequestration accounting of marine industry in China, and for the development of carbon sequestration fisheries in the country.

Key words： carbon sequestration in marine fisheries; seawater aquaculture; remote sensing interpretation; carbon sequestration potential; Bohai Rim Region

1 引言

为应对全球性气候变化，在2020年9月第七十五届联合国大会上中国宣布将采取更加有力的措施，二氧化碳排放量力争于2030年前达到峰值，2060年前实现碳中和。渔业碳汇指通过渔业生产活动促进水生生物吸收或使用水体中CO2等温室气体，并通过收获将已经转化为生物产品的碳移出水体的过程和机制[1]。海洋中的贝类、藻类、硬骨鱼类等利用海洋中的碳进行呼吸、生长和代谢作用，海参、蟹摄食和利用水体和底泥中的颗粒有机物，使碳移出海洋的过程，都可视为“碳汇”过程[2]。相关研究指出，海洋生态系统的固碳能力是大气的50倍、陆地的20倍[3]，海洋养殖是一种很有前景的减碳方式，中国是海水养殖第一强国，养殖产量占世界总产量的70%以上[4]，海洋碳汇潜力巨大。
海洋养殖渔业兼有碳源和碳汇功能，与贝藻类养殖相比，其他海产品的养殖具有较高的碳排放，其中投苗、投饵、采收等过程中机械、渔船的使用是其主要碳排放源[5]。海洋捕捞和贝藻类养殖是当前渔业碳排放的热点[6]，研究方向多集中于渔业碳排放量的测算[7,8]和渔业碳排放效率等[9,10]，但关于整体养殖渔业碳排放的研究尚较少。在海洋渔业碳汇方面，国外的研究热点有海洋生物固碳、可移动碳汇等。如Turolla等利用生命周期评估方法估算出1t蛤蜊可以产生54.50 kg的净碳汇[11]；Hamilton等对不同水域的贻贝及蓝藻的碳汇作用进行研究，认为贻贝可以促进水域中的碳循环[12]；Raquel等从海洋沉积物中的“核糖体活跃”真核生物角度切入，分析了真核微生物在海洋碳汇中的关键作用并认为海洋沉积物是地球上最大的碳汇来源之一[13]。自中国水产科学研究院黄海水产研究所提出“碳汇渔业”理念以来[1]，全国渔业碳汇方面的研究与日俱增且主要集中于以下方面：① 渔业碳汇的固碳机理研究。如张永雨等将近海养殖环境的碳汇机制从贝藻类养殖的可移出碳汇过程延伸至溶解有机碳库、微型生物储碳等环节，关注了被遗漏的碳[14]；石拓等则分别分析了珊瑚礁生态系统和红树林渔业生态系统的碳循环特征和碳汇机制[15,16]。② 渔业碳汇的影响因素及效应研究。权伟等通过分析浙江省海洋养殖藻类的碳汇能力，验证了藻类养殖渔业对周围海域碳循环的重要影响[17]；孙康等从贝藻类海水养殖的结构、规模效应和经济价值计算模式角度，对中国沿海城市碳汇能力区域差异的主要影响因素进行了探讨[4,18]。③ 渔业碳汇评估方法研究。徐敬俊等将贝藻类生长过程中释放的颗粒有机碳（POC）、溶解有机碳（DOC）纳入碳汇体系，构建了更加精确的碳汇核算模型[19]；张麋鸣等以福建省渔业产量统计数据为支撑，采用物质质量评估法对福建省海水贝藻类养殖碳汇强度、碳汇潜力进行了测算[20]；杨林等则通过基于平均营养级视角构建的海洋渔业碳汇核算体系，分析了中国海洋渔业碳汇的时空演变特征及发展态势[21]。此外，部分学者对除贝藻类以外其他海珍品的固碳能力展开了探讨，如吕为群等通过鱼类排泄率对海洋鱼类每年的碳酸钙产值进行估算，论述了海水鱼类固碳的优势和潜力[22]；陈燕珊等将鱼类、虾类、海参等纳入碳汇养殖体系，采用碳含量法构建了不同养殖品种固碳能力评估体系并对不同养殖品种对渔业碳汇的贡献进行了评估[23]。
综上所述，目前关于海洋养殖渔业碳汇的研究多围绕统计数据展开，以遥感技术为支撑的研究较少；研究内容多集中于贝藻类，对于整体海洋养殖渔业的固碳潜力和测度方法的探讨尚少。鉴于此，本文基于高分辨率遥感影像，结合支持向量机分类方法（Support Vector Machine，SVM）与碳含量碳汇评估法构建了一系列海洋渔业碳汇评估模型，并对环渤海地区近海养殖渔业的碳汇能力进行评估，以期为环渤海地区碳汇渔业的发展提供参考。

2 研究区概况与数据处理

2.1 研究区概况

渤海是近乎封闭的内海，地处中国大陆东部北端（117°35′E~122°15′E、37°07′N~41°00′N），主要包括辽宁、河北、山东和天津等三省一市（图1）。近海养殖通常分布在距离海岸线10~20 km以内区域。根据国家渔业渔政管理局官网数据（http://www.yyj.moa.gov.cn/），环渤海各地的海洋养殖方式和养殖品种有所差异，养殖方式有网箱养殖、池塘养殖、浮筏养殖、滩涂养殖、底播养殖等，养殖产品主要有贝类（扇贝、贻贝、牡蛎、蛤等）、藻类（海带、裙带菜等）、鱼类（鲷鱼、鲈鱼、鲆鱼、石斑鱼等）、虾类（斑节对虾、中国对虾等）、蟹类（飞蟹、青蟹）、海参和海蜇。
图1 环渤海地区行政区划图

注：卫星底图来自天地图：国家地理信息公共服务平台（https://www.tianditu.gov.cn/），获取时间为2023年5月14日。

Fig. 1 Administrative divisions of the Bohai Rim Region

2.2 数据来源与处理方法

2.2.1 数据来源

本文以Sentinel-2高分辨率卫星影像为基础数据，数据来自ESA欧洲航空局官网。该卫星的传感器为MIS多光谱成像仪，所用波段有地面分辨率为10 m的蓝光、绿光、红光和近红外波段。为反映环渤海地区近海养殖区的真实状况，通过对哨兵二号影像数据进行逐月对比，选取2022—2023年水产养殖旺盛期的影像14景，覆盖整个渤海及山东半岛南部海域。

2.2.2 基于SVM分类法的渔业养殖区遥感解译

目前，国内外众多学者通过遥感技术对海洋展开了广泛研究。在海藻养殖区的提取方法上，主要有人工目视解译、归一化植被指数、最大似然分类法、支持向量机等[24,25]。考虑环渤海海域水色背景较为复杂且受悬浮泥沙影响较大，经实验对比SVM分类法在近海养殖区的提取中较其他方法有更高的监测精度，且在样本数量较少情况下该方法的分类效果与实际地物契合度更高、边界更清晰，所以本文采用SVM分类法进行分类。
数据预处理利用SNAP软件，将数据按最近邻法重采样后导入ENVI5.3软件中进行波段合并、裁剪、影像融合等处理。针对四类养殖区分别建立样本集进行训练和测试，利用建立好的样本集通过支持向量机（SVM）分类法对遥感影像数据进行信息分类，其中SVM的核函数为线性核函数，四类养殖区的样本与海水样本的分离度均大于1.8。最后，结合目视解译与人工修正的方式提取环渤海地区四类养殖区。SVM是一种基于统计学习理论的机器学习算法，其分类器结构简单、容易训练、收敛速度快、具有很高的分类精度[26]。该方法的原理是使用分离平面作为分离训练数据的线性函数，解决线性或非线性问题的分类，定义如下：
f x = ∑ i = 1 n λ i - 1 2 ∑ i , j = 1 n λ i λ j γ i γ j x i x j
式中：x代表样本；n代表本量；y代表类别量；λi(i=1，2…n)为拉格朗日系数，具体技术路线如图2。
图2 技术路线

Fig. 2 Technology roadmap

2.3 海洋渔业碳汇估算方法

环渤海地区渔业碳汇潜力测算方法主要依据《养殖大型藻类和双壳贝类碳汇计量方法——碳储量变化法》（HY/T0305-2021）[27]。另外，参考陈燕珊等对渤海湾地区渔业碳汇的探讨[23]，将海参、鱼类、虾类、蟹类等纳入环渤海地区海水养殖渔业碳汇范畴。养殖产量数据由实际调研获得，考虑到同类产品的产量受不同品种影响而存在差异，因此对产量进行均值处理，最后得到环渤海地区主要的近海养殖产品产量数据（表1）。
表1 环渤海地区不同种类养殖产品的单位产量

Tab. 1 Production of different offshore aquaculture products in the Bohai Rim Region （单位: t/km2）

名称 海带 裙带菜 贻贝 扇贝 牡蛎 海参 鱼类 蛤 蚶 蛏 蟹 虾
一般产量 4500 3750 1250 2350 1275 150 700 3250 750 1100 135 275
高水平产量 5250 4950 2250 3000 2475 205 1000 4050 925 1500 185 360

2.3.1 双壳贝类成体碳汇估算方法

贝类由贝壳和软体组织共同构成碳汇，同种贝类个体的软组织和贝壳中的碳含量占比基本不会随海域与环境的改变发生明显差异[28]，参考现有的贝类碳汇评估方法[29]，改进贝类碳汇核算模型如下：
S k = Y k A k R d M r t c M r t + M s c M t
式中：Sk表示浮筏养殖区养殖第k种贝类的碳汇值；Yk表示单位面积下第k种贝类的产量；Ak表示养殖第k种贝类的面积；Rd表示贝类成体的干湿比；Mrt代表软体组织的比例；CMrt表示贝类软体组织的碳含量；Ms表示贝壳的比例；cMt表示贝壳的碳含量。常见贝类的干湿系数、质量占比及相应的碳含量见表2。
表2 海洋贝类碳汇能力核算系数

Tab. 2 Accounting coefficient of carbon sequestration capacity of marine shellfish

种类 干湿系数(%) 质量占比（%） 碳含量（%）
软组织 贝壳 软组织 贝壳
蛤 52.55 1.98 98.02 44.90 11.52
扇贝 63.89 14.35 85.65 42.84 11.40
牡蛎 65.10 6.14 93.86 45.98 12.68
贻贝 75.28 8.47 91.53 44.40 11.76
蚶 37.99 9.63 90.37 45.86 11.29
蛏 70.48 3.26 96.74 42.24 13.24
其他贝类 64.21 11.41 88.59 43.87 11.44

2.3.2 大型成藻类碳汇估算方法

藻类所固定的碳为其自身碳含量。海水养殖的大型藻类通过光合作用将海水中的无机碳转化为有机碳的过程能够形成碳汇[20]。参考目前藻类碳汇评估方法[30,31]，建立大型藻类碳汇核算的改进模型如下：
S i = ∑ i = 1 n Y i A i R s W c i
式中：Si表示浮筏养殖区养殖第i种藻类贡献的渔业碳汇；Y为单位面积下第i种藻类成藻产量；Ai表示养殖第i种藻类的面积；Rs表示收获时大型藻类成藻干湿比；Wci表示该藻类自身的含碳比（表3）。
表3 大型藻类碳含量

Tab. 3 Carbon content of large seaweed

种类 干湿转换系数（%） 碳含量（%）
海带 20 31.20
条斑紫菜 20 41.96
裙带菜 20 26.40
石莼 20 27.10
其他藻类 20 30.36

2.3.3 其他近海养殖产品固碳量估算方法

目前有关贝藻类以外养殖产品的固碳研究较少，根据现有方法，利用碳收支法计算鱼类、蟹类的碳汇，虾类和海参按其自身的碳含量评估。
海参：参考李俊伟等的刺参养殖实验测得数据：125 kg ⋅hm-2的海参相当于30.52 kg ⋅hm-2 TOC[32]，构建海参固碳模型：
S q = 0.244 A q Y q
鱼类：陈燕珊等根据鲆鱼碳收支实验中各项指标比值[23]，得出每千克鱼固碳约230 g，据此构建鱼类固碳模型：
S f = 0.23 A f Y f
虾类：苏跃朋等对虾池生态系统的氮、磷和碳收支展开研究，分析得每千克虾固碳约430g[33]，根据此固碳比得出虾类碳汇核算模型：
S y = 0.43 A y Y y
蟹类：在梭子蟹摄食和碳收支实验中，幼蟹生长碳、蜕壳碳、排粪碳分别平均占比30.38%、4.47%、3.50%，即蟹类每千克固碳1.26 kg[23]，据此构建蟹类固碳模型：
S x = 1.26 · A x Y x
式中：Sq、Sf、Sy、Sx分别表示养殖海参、鱼类、虾类、蟹类的渔业碳汇；常数D为每千克产品的固碳量；A表示养殖面积；Y表示产品的单位产量。

3 环渤海地区渔业养殖区遥感解译与分布特征

根据四类近海养殖区在Sentinel-2遥感影像中的主要光谱特征、纹理特征和空间位置特征，建立如下解释标志：浮筏养殖区由浮球、绳索组成，在遥感影像中呈规则的黑灰色条带状分布；网箱养殖区组成材料有塑料、木材等，在影像中表现为灰白色、灰蓝色规则的矩形，边界清楚；池塘是人工建造的养殖池，一般由石头堆砌而成，边缘呈白色或灰白色，内部呈深蓝色，大多呈连片矩形网格阵列分布于岸边；滩涂养殖结构细致，颜色比较单一，一般呈大面积的深褐色。结合上述特征，利用ENVI 5.3软件对研究区的海水养殖区进行分类提取，并采用Kappa系数，OA精度进行模型的精度验证。Kappa系数是一种评估分类模型性能的统计指标，它考虑了分类的准确性与随机分类之间的差异，值越接近1表示模型的分类性能越好，OA精度是指模型在整体样本上的分类准确度[34]，提取结果如图3所示：浮筏、网箱养殖区的OA值分别为0.94、0.96，Kappa系数均大于0.85；滩涂和池塘养殖区的OA值分别为0.83、0.88，Kappa系数均大于0.8。
图3 不同类型养殖区示意图

注：卫星图片来自ESA欧洲航空局官网（https://scihub.copernicus.eu/），拍摄时间为2023年1月。

Fig. 3 Different types of mariculture zones in Bohai Rim Region

受地物特征相近、地物类型间重叠等因素影响，分类提取后仍存在一些错分的小斑块以及围海养殖区域内部被漏分现象，因此在完成提取后采取过滤剔除、区域填充等处理以进一步提高结果准确性。此外，为方便后续渔业碳汇的计算，对养殖区完全提取后按集散程度进行聚集区划分得到网箱养殖、浮筏养殖、滩涂养殖、池塘养殖等聚集区（图4）。
图4 环渤海地区海洋养殖区空间分布图

注：卫星底图来自天地图: 国家地理信息公共服务平台（https://www.tianditu.gov.cn/），获取时间为2023年5月18日。

Fig. 4 The spatial distribution of Bohai Rim Region mariculture zones

近海养殖聚集区的划分如下：① 将50 km内养殖面积大于500 km2的聚集区划分为一级聚集区，包括莱州湾聚集区、荣威聚集区、徒骇河口聚集区；② 把50 km内养殖面积小于500 km2、40 km内大于300 km2的划分为二级聚集区，包括鞍子河口聚集区、辽河口聚集区；③ 将30 km内小于300 km2、20 km内大于180 km2的聚集区划分为三级聚集区，包括丁字湾聚集区、琵琶岛聚集区。鉴于岛群养殖的相似性，将长海诸岛和长岛岛群各分为一个区，按照面积分别归类到二级和三级聚集区中，共计9个聚集区。由于所划聚集区的近海养殖面积并未覆盖整个环渤海地区，因此结合上述聚集区的分布和行政区划进行近海养殖带划分，以在探求聚集区渔业碳汇潜力的同时评估整个环渤海地区的海洋养殖渔业碳汇潜力，具体6个近海养殖带如下：丹大养殖带包含丹东到大连的所有近海养殖区，其中包括长海聚集区、鞍子河口聚集区；胶南养殖带贯穿青岛和日照两市；辽东湾养殖带包括辽宁营口市到葫芦岛市沿线海域，主要有辽河口聚集区；津冀养殖带从北到南依次为秦皇岛市、唐山市、天津市、沧州市；黄河口养殖带包括山东省滨州市、东营市、潍坊市所属海域，主要有徒骇河口和莱州湾两大聚集区；胶东养殖带指烟威地区沿线海域，养殖聚集区主要有长岛聚集区、荣威聚集区、琵琶岛聚集区和丁字湾聚集区（表4）。
表4 环渤海地区渔业养殖空间划分

Tab. 4 Spatial division of mariculture zones in the Bohai Rim Region

区域 各类养殖面积（km2）
浮筏养殖区 网箱养殖区 池塘养殖区 滩涂养殖区 合计
莱州湾聚集区 0 0 352.33 791.22 1143.55
荣威聚集区 654.10 10.20 95.94 199.53 959.77
徒骇河口聚集区 0 0 427.66 115.41 543.07
鞍子河口聚集区 0 54.19 199.64 149.65 403.48
辽河口聚集区 0 0 153.29 228.27 381.56
丁字湾聚集区 0 12.20 54.14 169.33 235.67
琵琶岛聚集区 40.39 0 36.56 108.87 185.82
长海聚集区 336.54 6.31 2.77 0 345.62
长岛聚集区 298.87 0 0 0 298.87
合计 1329.90 82.90 1323.33 1762.28 4498.41
丹大养殖带 440.81 60.50 420.81 483.75 1405.87
辽东湾养殖带 0 3.35 369.24 437.68 810.27
津冀养殖带 0 0 222.50 285.26 507.76
黄河口养殖带 0 0 731.63 906.63 1638.26
胶东养殖带 1003.25 24.70 160.88 329.05 1517.88
胶南养殖带 50.28 0 120.99 282.46 453.73
合计 1494.34 88.55 2026.05 2724.83 6333.77

4 环渤海地区海水养殖渔业碳汇评估

根据提取的四类养殖区面积和养殖产量数据，按照不同的碳汇核算模型对相应的养殖产品进行碳汇评估，结果如下：环渤海地区近海养殖渔业的总碳汇潜力介于134万~168万t之间。由海洋渔业碳汇计算方法可知，养殖区面积和养殖产品自身碳含量是影响不同类型的养殖区碳汇量的直接因素。环渤海地区的各类养殖区中，滩涂养殖区的总面积最大，渔业碳汇潜力最大，约56.3万~69.3万t，平均206.43~254.44 t/km2；浮筏养殖区次之，约42万~49万t，平均280.79~327.57 t/km2；池塘养殖区约34.5万~47.2万t，平均170.08~233.11 t/km2；网箱养殖约2.04万~2.65万t，平均172.78~264.25 t/km2。可见浮筏养殖的单位面积碳汇能力远高于其他类型养殖区，碳汇能力最强。各近海养殖带中，胶东养殖带在所有养殖带中的渔业碳汇潜力最大，约38.1万~45.6万t；黄河口养殖带次之，约3.12万~40.1万t；胶南养殖带渔业碳汇潜力最小，约9.3万~11.7万t。从养殖聚集区来看，环渤海地区所有养殖聚集区的总碳汇潜力达97.7万~121万t，约占整个研究区的72.76%左右，其中，一级养殖聚集区的碳汇能力约56.3万~70.3万t，约占环渤海地区总渔业碳汇的42%，对环渤海地区的渔业碳汇贡献非常大；二级养殖聚集区的渔业碳汇潜力约24.3万~30.5万t，占比18.1%；三级养殖聚集区约17万~20.6万t，约占比12.5%。可见近海渔业碳汇与近海养殖面积成正比，聚集区等级越高，养殖面积越大，渔业碳汇能力越强（表5）。
表5 环渤海地区渔业养殖总碳汇评估

Tab. 5 Mariculture carbon sink in the Bohai Rim Region （单位：万t）

名称 浮筏养殖区 网箱养殖区 滩涂养殖区 池塘养殖区 合计
莱州湾聚集区 0 0 16.33~20.13 5.99~8.21 22.33~28.34
荣威聚集区 18.37~21.43 0.18~0.27 4.12~5.08 1.63~2.24 24.29~29.01
徒骇河口聚集区 0 0 2.38~2.94 7.27~9.97 9.66~12.91
鞍子河口聚集区 0 0.93~1.43 3.09~3.81 3.4~4.65 7.42~9.89
辽河口聚集区 0 0 4.71~5.81 2.61~3.57 7.32~9.38
丁字湾聚集区 0 0.21~0.32 3.50~4.31 0.92~1.26 4.63~5.89
琵琶岛聚集区 1.13~1.32 0 2.25~2.77 0.62~0.85 4.00~4.95
长海聚集区 9.45~11.03 0.11~0.17 0 0.05~0.06 9.61~11.26
长岛聚集区 8.39~9.79 0 0 0 8.39~9.79
合计 37.34~43.57 1.43~2.19 36.38~44.84 22.49~30.82 97.65~121.42
丹大养殖带 12.38~14.44 1.04~1.6 9.99~12.31 7.16~9.81 30.57~38.16
辽东湾养殖带 0 0.06~0.09 9.04~11.14 6.28~8.61 15.37~19.83
津冀养殖带 0 0 5.89~7.26 3.78~5.19 9.67~12.44
黄河口养殖带 0 0 18.72~23.07 12.45~17.05 31.16~40.12
胶东养殖带 28.17~32.87 0.43~0.65 6.79~8.37 2.74~3.75 38.13~45.64
胶南养殖带 1.41~1.65 0 5.83~7.19 2.06~2.82 9.30~11.65
合计 41.96~48.95 1.53~2.34 56.25~69.33 34.46~47.23 134.2~167.86

4.1 环渤海地区浮筏养殖区渔业碳汇评估

海上浮筏是海藻和固着动物的主要养殖方式，选择环渤海海域常见的浮筏养殖产品（海带、牡蛎、裙带菜、贻贝、扇贝）作为模拟养殖对象，分别从近几年的平均产量、最高产量角度对浮筏养殖区的渔业碳汇进行测算。结果表示，当养殖海带时，浮筏养殖区的渔业碳汇潜力最大，整个环渤海地区可达42万~48万t。各养殖带中，胶东养殖带的浮筏养殖碳汇潜力最强，约为28.2万~32.9万t；其次是丹大养殖带，约12.4万~14.4万t。从养殖聚集区的渔业碳汇潜力来看，荣威聚集区、琵琶岛聚集区、长海聚集区和长岛聚集区共37.3万~43.6万t，约占总体的88%左右，特别是荣威聚集区，其浮筏养殖碳汇能力最高可达18.4万~21.4万t，可作为将来碳汇渔业重点发展地区（表6）。
表6 浮筏养殖渔业碳汇评估

Tab. 6 Assessment of carbon sink in floating raft aquaculture fisheries （单位：万t）

名称 海带 裙带菜 牡蛎 贻贝 扇贝
荣威聚集区 18.37~21.43 12.95~17.1 7.99~15.52 13.18~16.03 15.63~19.95
琵琶岛聚集区 1.13~1.32 0.80~1.06 0.49~0.96 0.81~0.99 0.96~1.23
长海聚集区 9.45~11.03 6.66~8.8 4.11~7.98 6.78~8.25 8.04~10.26
长岛聚集区 8.39~9.79 5.92~7.81 3.65~7.09 6.02~7.33 7.14~9.11
合计 37.34~43.57 26.33~34.76 16.25~31.55 26.8~32.6 31.77~40.56
丹大养殖带 12.38~14.44 8.73~11.52 5.39~10.46 8.88~10.8 10.53~13.44
胶东养殖带 28.17~32.87 19.86~26.22 12.26~23.8 20.22~24.59 23.97~30.6
胶南养殖带 1.41~1.65 1.00~1.31 0.61~1.19 1.01~1.23 1.20~1.53
合计 41.96~48.95 29.59~39.06 18.26~35.45 30.12~36.63 35.70~45.57

4.2 环渤海地区网箱养殖区固碳量评估

网箱养殖业在中国渔业生产中占据重要地位，同传统的养殖技术相比，海水网箱养殖更为集约化。因其具有养殖容量大、不受休渔期时间限制、产量高等明显优势，在环渤海海域主要用于养殖大黄鱼、鲈鱼、石斑鱼、海参等。因此，将网箱养殖内容模拟为经济鱼类和海参，根据常见网箱规格的平均和最高产量来探求网箱养殖下碳汇潜力区间。结果表示：网箱养殖鱼类时产生的碳汇最大，约1.53万~2.34万t，其中，丹大养殖带的网箱养殖碳汇最高，约1.04万~1.6万t，胶东养殖带次之，约430万~650t。各近海养殖聚集区中，鞍子河口是环渤海地区主要网箱养殖地区，网箱渔业碳汇潜力可达0.93万~1.43万t，约占整个研究区网箱养殖渔业碳汇的61.3%，碳汇能力极强（表7）。
表7 网箱养殖渔业碳汇评估

Tab. 7 Assessment of carbon sink in cage aquaculture fisheries （单位：万t）

名称 海参 鱼类
荣威聚集区 0.04~0.05 0.17~0.27
鞍子河口聚集区 0.70~0.27 0.93~1.43
丁字湾聚集区 0.05~0.06 0.21~0.32
长海聚集区 0.02~0.03 0.11~0.17
合计 0.31~0.42 1.43~2.19
丹大养殖带 0.22~0.30 1.04~1.60
辽东湾养殖带 0.01~0.02 0.06~0.09
胶东养殖带 0.09~0.12 0.43~0.65
合计 0.33~0.45 1.53~2.34

4.3 环渤海地区池塘养殖区渔业碳汇评估

海水池塘是环渤海地区养殖虾、蟹、刺参等海产品的主要方式。经测算：当池塘养殖蟹类时，产生的碳汇最大，最高渔业碳汇能力介于34.5万~47.2万t之间。各近海养殖带中，黄河口养殖带的池塘渔业碳汇潜力最大，可达12.5万~17.1万t，其次是丹大养殖带，约7.16万~9.81万t，胶南养殖带最小，约为黄河口养殖带的16.5%。从养殖聚集区来看，所有聚集区的总池塘渔业碳汇潜力约22.5万~30.8万t，约占整个研究区池塘渔业碳汇的65%，其中，徒骇河口聚集区、莱州湾聚集区、鞍子河口聚集区和辽河口聚集区是环渤海海域主要池塘渔业养殖地区，池塘渔业碳汇潜力分别占总研究区的21%、17%、9%、7.6%（表8）。
表8 池塘养殖渔业碳汇评估

Tab. 8 Assessment of carbon sink in pond aquaculture fisheries （单位：万t）

名称 鱼 海参 虾 蟹
莱州湾聚集区 5.67~8.10 1.29~1.76 4.36~5.45 5.99~8.21
荣威聚集区 1.54~2.21 0.35~0.48 1.19~1.49 1.63~2.34
徒骇河口聚集区 6.89~9.84 1.57~2.14 5.29~6.62 7.27~9.97
鞍子河口聚集区 3.21~4.59 0.73~1.00 2.47~3.01 3.40~4.65
辽河口聚集区 2.47~3.53 0.56~0.77 1.89~2.37 2.61~3.57
丁字湾聚集区 0.87~1.25 0.2~0.27 0.67~0.84 0.92~1.26
琵琶岛聚集区 0.59~0.84 0.18~0.18 0.45~0.57 0.62~0.85
长海聚集区 0.04~0.06 0.01~0.014 0.03~0.04 0.05~0.06
合计 21.29~30.4 4.84~6.61 16.36~20.47 22.49~30.82
丹大养殖带 6.78~9.68 1.54~2.10 5.21~6.51 7.16~9.81
辽东湾养殖带 5.94~8.49 1.35~1.85 4.57~5.72 6.28~8.61
津冀养殖带 3.58~5.12 0.81~1.11 2.75~3.44 3.78~5.19
黄河口养殖带 11.78~16.83 2.68~3.66 9.05~11.33 12.45~17.05
胶东养殖带 2.59~3.70 0.59~0.80 1.99~2.49 2.75~3.75
胶南养殖带 1.95~2.78 0.44~0.61 1.50~1.87 2.06~2.82
合计 32.62~46.6 7.42~10.13 25.07~31.36 34.46~47.23

4.4 环渤海地区滩涂养殖渔业碳汇评估

海洋滩涂作为海洋资源的重要组成部分，承接陆地生态系统与海洋生态系统[35]。中国海洋滩涂养殖种类主要以滩涂贝类为主，鉴于各品种滩涂贝类的贝壳碳含量相近，选择常见贝类蛤、蚶、蛏、螺作为研究对象展开测算。结果表明，当养殖蛤类时，环渤海地区滩涂养殖区的渔业碳汇最高，可达56.3万~69.3万t，约是蛏类的2倍、蚶类的5倍。各近海养殖带的滩涂渔业碳汇比例如下：黄河口养殖带的滩涂渔业碳汇占整个研究区的33.28%，潜力最大；丹大养殖带占比17.76%，辽东湾养殖带、津冀养殖带、胶南养殖带、胶东养殖带分别占比为16.07%、10.47%、10.36%、12.07%。各养殖聚集区的总滩涂渔业碳汇潜力达36.4万~44.8万t，约占整个环渤海地区滩涂渔业碳汇的65%，其中，莱州湾聚集区的滩涂养殖渔业碳汇潜力最大，约16.3万~20.1万t，占比29.03%（表9）。
表9 滩涂养殖渔业碳汇评估

Tab. 9 Assessment of carbon sink in tidal flats aquaculture fisheries （单位：万t）

名称 蛤类 蚶类 蛏类
莱州湾聚集区 16.33~20.13 3.30~4.28 7.98~10.77
荣威聚集区 4.12~5.08 0.83~1.08 2.01~2.72
徒骇河口聚集区 2.38~2.94 0.48~0.62 1.16~1.57
鞍子河口聚集区 3.09~3.81 0.62~0.81 1.51~2.04
辽河口聚集区 4.71~5.81 0.95~1.24 2.30~3.11
丁字湾聚集区 3.50~4.31 0.71~0.92 1.71~2.30
琵琶岛聚集区 2.25~2.77 0.45~0.59 1.10~1.48
合计 36.38~44.84 7.34~9.54 17.77~23.98
丹大养殖带 9.99~12.31 2.01~2.62 4.88~6.58
辽东湾养殖带 9.04~11.14 1.82~2.37 4.41~5.96
津冀养殖带 5.89~7.26 1.19~1.54 2.88~3.88
黄河口养殖带 18.72~23.07 3.78~4.91 9.14~12.34
胶东养殖带 6.79~8.37 1.37~1.78 2.85~3.84
胶南养殖带 5.83~7.19 1.18~1.53 3.32~4.48
合计 56.25~69.33 11.35~14.75 27.47~37.08

5 海洋养殖渔业碳汇能力影响因素讨论

目前关于海洋养殖渔业碳汇的研究主要围绕贝藻类展开。田昊东等在中国海洋渔业碳平衡影响因素的研究中测得2022年环渤海三省的海洋养殖贝藻类碳汇约96.94万t，其中山东省、辽宁省、河北省分别为58.02万t、34.63万t、4.29万t[36]，分别占比环渤海地区总养殖贝藻类碳汇的60%、36%、4%。浮筏养殖和滩涂养殖是海洋贝藻类的主要养殖方式。根据本文评估结果，环渤海地区浮筏养殖区和滩涂养殖区的碳汇潜力约98.21万~118.28万t，其中山东省碳汇潜力最大，约60.92万~73.15万t，占比62%；其次是辽宁省，约32.41万~37.89万t，占比32%；河北省碳汇潜力最小，约5.98万~7.26万t，占比6%。从上述分析来看，三省在环渤海地区的碳汇潜力占比与实际碳汇能力占比大致相同，山东省、河北省的碳汇潜力评估区间略高于实际值，辽宁省碳汇实际值则介于潜力区间内，但总体评估结果误差小于2%。因此，该研究可以为全国海洋养殖渔业碳汇核算提供方法支撑。此外，本章节进一步对海洋养殖渔业碳汇的影响因素展开了讨论，认为除了养殖产量和养殖面积等直接因素外，以下因素也对海洋渔业碳汇有着重要影响。
（1）海洋本底因素。海岸类型影响养殖方式，使得不同养殖区的固碳能力存在差异。环渤海地区包含三种自然海岸：基岩海岸、沙质海岸和淤泥质海岸。基岩海岸适于发展浮筏和网箱养殖，在研究区中的荣威聚集区、长海聚集区、长岛聚集区分布集中；淤泥质海岸一般用于滩涂和池塘养殖，主要分布于徒骇河口聚集区、莱州湾聚集区、鞍子河口聚集区和辽河口聚集区；砂质海岸稳定性较差，养殖难度大，但通常具有较高的旅游价值，多用于旅游开发，在丹大养殖带东部、津冀养殖带北部和胶南养殖带分布较广。不同海岸地区的碳汇能力差异较大，其中基岩海岸地区的碳汇能力远高于淤泥质海岸，如荣威聚集区和徒骇河口聚集区，二者的主要海岸类型分别为基岩海岸和淤泥质海岸，荣威聚集区的养殖面积约占环渤海地区总养殖面积的15.2%，碳汇占比约18.1%，徒骇河口聚集区的养殖面积约占环渤海地区总养殖面积的8.6%，碳汇占比约7.2%，即在相同面积下，基岩海岸养殖区的碳汇能力比淤泥质海岸地区高0.36%左右。
（2）空间区位因素。根据离岸距离，可将环渤海地区的海水养殖区分为近岸养殖区和离岸养殖区。近岸养殖区指在近陆侧浅水区域开展渔业养殖的地区，典型养殖区有莱州湾聚集区、徒骇河口聚集区、鞍子河口聚集区、丁字湾聚集区和琵琶岛聚集区；离岸养殖区主要位于海岸线以外的海域，包括荣威聚集区、长海聚集区和长岛聚集区。相较于近岸养殖区，离岸养殖区受人类活动影响较小，可利用海域开阔，碳汇能力更强，平均每平方千米固碳285 t，约是同面积下近岸养殖区碳汇能力的1.3倍。近岸养殖区受人类活动影响较大，平均固碳能力约220 t/km2，其中工业生产对渔业碳汇的影响最显著，生产过程中产生大量的污染物通常以直排入海、河流携带入海等方式直接或间接地对海洋环境产生破坏，进而抑制着渔业的发展。研究区中的津冀养殖带受工业影响最明显，其中唐山市、沧州市、天津市的海岸大多被用于工业发展，特别是石油化工、机械制造等重工业较多，适合开展渔业养殖的海岸占比不足10%，总体上海洋渔业发展空间受限。
（3）地方经济发展因素。在实际生产中，除胶东和辽东地区以外，环渤海其他地区的海洋渔业发展相对滞后。盖美等认为产业结构、科技水平等地方经济因素对海洋生态环境呈显著正相关[37]。在本研究中，经济发展对海洋渔业的影响如下：① 产业结构影响：海洋渔业的上游产业有育苗和饲料生产等，中游产业主要指海水养殖，下游则包括水产品销售、加工和餐饮消费等环节。从海洋渔业发展现状来看，研究区中的东营市、滨州市、潍坊市、锦州市、营口市等地区的上、中游产业占比大，下游产业发展缓慢，主要以初级加工为主，缺乏深加工技术和设备，限制了当地海产品附加值的提升，渔业产业发展动力不足。相比之下，大连市、烟台市、威海市、青岛市、秦皇岛市等地区已经形成了从育苗、养殖、海产品深加工到餐饮服务等一系列较为完善的渔业产业链和产业集群，生产效率高，海洋渔业规模大。② 市场影响：市场需求对渔业发展起到促进作用，研究区中渤海湾、莱州湾、辽东湾等地区养殖的海产品大多以本地销售为主，由于缺乏大型渔企和知名品牌的引领，在全国市场中的竞争力弱，整体的需求量小。而胶东、胶南和辽东地区海产品的品牌影响力高，不仅在京津冀都市圈有强烈的市场需求，而且在全国海鲜市场中也有一定的占有率，如辽东地区除了满足当地所需之外，主要辐射东三省地区；胶东、胶南地区位于环渤海地区南部节点，交通便利，在江浙沪一带形成了广阔的市场腹地。除此之外，辽东、胶东和胶南地区临近大连港和青岛港两大国际港口，海产品出口量大，其中日韩、欧美、东南亚地区是其主要出口市场，年出口贸易额超60亿美元，国际市场的需求也促进了三地海洋渔业的发展。③ 从业人员数量影响：有研究指出，海洋渔业从业人员的数量与渔业碳平衡呈显著正相关，环渤海三省的海洋渔业碳平衡与从业人员数量关联度均大于0.76[36]。在本文的评估结果中，山东省、辽宁省、河北省的胶东养殖带、丹大养殖带和津冀养殖带的碳汇能力在环渤海地区占比分别为28%、23%、7%，海洋养殖专业人员数量分别约占环渤海地区总从业人数的20%、13%、8%，分析得海洋渔业从业人员数量与海洋渔业碳汇量成正比，即从业人员数量越多，海洋渔业碳汇能力越大。
（4）政策因素。国家海洋政策方针的调整是海洋渔业碳汇总量的变化的重要影响因素，海洋养殖政策数量对海水产养殖业发展具有驱动作用[38]。近年来，中国高度重视蓝碳经济的发展。如2017年中华人民共和国农业部印发的《国家级海洋牧场示范区建设规划（2017—2025年）》文件中提出中国规划到2025年在全国建设178个国家级海洋牧场示范区，其中在黄渤海海域建设113个，形成示范海域面积1200多平方千米。2022年，生态环境部、农业农村部印发的《关于加强海水养殖生态环境调控的意见》指出，要规范部分近岸海域的海水养殖活动，进一步优化海水养殖空间布局，推进海水养殖业绿色发展。此外，地方政府的相关政策推进了当地海洋固碳增汇事业的发展。如威海市、烟台市和大连市都是高海洋碳汇城市，近五年期间，三市有关海洋渔业发展的政策数量均大于6个，而同期内天津市、沧州市、秦皇岛市的相关政策均不足3个，可见政府的发展规划和政策制定对海洋渔业碳汇的发展起着至关重要的作用。

6 结论及建议

6.1 结论

（1）利用Sentinel-2影像结合目前较常用的支持向量机（SVM）分类法创新了一种海洋渔业碳汇核算方法，并评估了环渤海地区的近海养殖渔业碳汇潜能。相较于传统评估方法，该方法结合了遥感时效性强、范围广的特点，解决了数据获取周期长的问题，使大面积海洋渔业碳汇的核算变得更直观、更高效，可以为评估中国海洋碳汇能力生态价值提供新参考。
（2）对比研究区养殖产品类型、养殖产量等不同因素的影响，测算出环渤海地区在现有养殖面积基础上的渔业碳汇能力约134万~168万t。通过划分近海养殖带和养殖聚集区，分析得出胶东养殖带的碳汇潜力最大，荣威聚集区、莱州湾聚集区、徒骇河口聚集区、长海聚集区、长岛聚集区可作为环渤海一带的碳汇渔业重点发展地区。
（3）本文以环渤海地区为例，初步探讨了中国近海养殖渔业碳汇能力的测算方法，但在未来的研究中，仍需要在以下方面进行改进。一是借助遥感手段提取海洋渔业养殖面积的过程中并不能完全排除已经退养或者处于轮休期的区域，导致测算值与实际碳汇值可能存在一定出入，但综合此前学者依据统计数据测算的结果，考虑到统计值与实际产量之间也难免存在差异，认为环渤海地区的近海养殖渔业碳汇潜力与该评估结果之间的偏差不超过10%，未来需要进一步探索区分养殖区生产状态的方法。二是受篇幅所限，本文仅对环渤海地区近海养殖渔业的固碳能力进行了初探，在未来的研究中，作者将把海产品养殖过程中产生的碳排放量纳入碳汇体系，进一步对近海养殖渔业所能贡献的“净碳汇”展开研究，以期为全国海洋低碳渔业的发展提供参考。

6.2 发展建议

渔业碳汇是海洋碳汇的重要组成，通过渔业固碳增汇是实现“碳中和”的重要路径。根据本文研究结果及环渤海地区渔业发展现状，对全国海洋渔业碳汇发展提出如下建议。
（1）完善海洋渔业碳汇核算体系。目前中国海水养殖碳汇的发展还处于初级阶段，基础理论研究还存在诸多不足，除贝藻类外的其他养殖产品固碳没有标准的评估计算方法。因此，应加大对碳汇研究的投入，深入研究海洋渔业碳汇计量方法。通过建立一套科学可行的测算方法以了解中国海水养殖碳汇的具体情况，从而为全国海水养殖碳汇的发展提出更有针对性的政策建议。
（2）从增汇的角度出发，建议调整近海渔业养殖结构，探索科学的碳汇渔业发展模式。如在长岛、长海、荣威聚集区积极推广贝藻兼养、轮养及综合养殖，同时增大浮筏藻类养殖比例，通过加大藻类养殖规模以达到增汇的目的。此外，合理增加网箱养殖数量，充分利用深海资源，开发不同深度、不同层次的海水养殖，实现深海生产多元化、空间层次化。对于滩涂贝类养殖区，建议探讨放苗规格、放苗密度、放苗的不同潮带对其生长的影响，根据不同地区的养殖环境合理规划放养密度，充分利用海洋初级生产力建立高效养殖模式，促进贝类资源可持续发展。
（3）推动海洋渔业碳交易市场的建设，健全碳交易市场奖惩机制。没有市场就没有碳汇交易，发展海洋碳汇交易不仅有利于实现互利共赢，而且是推进中国发展生物碳增汇战略的重要措施。福建省海洋渔业碳汇交易的签约完成，为中国海洋渔业碳汇交易市场的建立提供了具体经验和示范路径。通过建立长期监测平台和蓝色碳汇渔业交易中心，积极推进碳汇渔业市场化，让中国海洋渔业碳汇产业逐渐成为实现“碳中和”目标的中坚力量。
（4）发挥政府主导作用，推进碳汇渔业理论在实践中的应用。政府可以制定相关政策和法规促进海洋渔业碳汇的发展。例如青岛市政府出台了《关于加快打造引领型现代海洋城市助力海洋强国建设的意见》和《引领型现代海洋城市建设三年行动计划（2021—2023年）》，明确支持涉海科研单位联合开展“海洋负排放科学与技术”研发，探索建设海洋碳汇计量与交易平台，积极争创海洋碳汇国家重点实验室。其次，政府可以通过提供公共服务和产品来支持海洋渔业碳汇的发展。例如，提供海洋渔业碳汇技术研发和推广服务，提高海洋渔业碳汇的科技水平；建设海洋渔业碳汇信息平台，提供相关信息和服务，促进海洋渔业碳汇的发展。

真诚感谢匿名评审专家在论文评审中所付出的时间和精力，专家对本研究中文献综述、理论阐述、文章逻辑关系、影响因素分析等方面提出的针对性修改意见，使本文获益匪浅。

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