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本研究在浙江象山港西湖湾的贝类、藻类、鱼类养殖区和对照组中，分析了CO2通量和溶解CO2浓度季节变化，发现所有区域均为大气CO2源，其中贝类区通量最高，藻类区生长季通量降低但全年仍为源，叶绿素a、pH和温度分别解释了70.5%、18.5%和7.1%的变异，温度通过影响叶绿素a间接调控通量，表明生物泵是主导因素。
张东旭|陈玉鹏|姚赛南|陈龙|李双|何杰|徐文军
浙江省海洋渔业研究院，农业农村部舟山野外综合科学观测与研究站，中国舟山316021
摘要
沿海海水养殖业正在迅速发展，对确保全球粮食安全至关重要；然而，在气候变化背景下，其环境足迹，特别是相关的二氧化碳（CO2）排放问题，正受到越来越多的关注。本研究考察了中国浙江省东部西湖港三个水产养殖区（双壳类养殖区、海藻养殖区和鱼类养殖区）以及一个对照区的水-气界面的季节性CO2通量动态和溶解CO2浓度。全年而言，所有区域均为净CO2来源，平均通量范围为57.71至153.68?μmol?m?2?h?1。双壳类养殖区的通量始终最高；由于营养物质促进了浮游植物的光合作用，鱼类养殖区在夏季暂时成为CO2汇；海藻养殖区在生长季节CO2通量显著减少，但全年仍为净来源。海水的叶绿素-a含量、pH值和温度分别解释了观测变异的70.5%、18.5%和7.1%。偏最小二乘结构方程模型进一步表明，温度主要通过影响叶绿素-a间接调节CO2通量。这些结果表明，西湖港的CO2通量主要由浮游植物光合作用驱动的生物泵作用调节，其影响超过了物理泵的直接热力学效应。本研究为理解沿海海水养殖生态系统中的CO2动态提供了新的见解，并支持采取适应性管理策略，包括鱼类-双壳类-海藻混合养殖和优化养殖强度，以减少碳排放并增强海水养殖在蓝碳核算中的作用。
引言
二氧化碳（CO2）是一种长期存在的温室气体，是全球气候变暖的主要驱动力。到2023年，全球大气中的CO2浓度升至约420.0?ppm的历史高位，是工业化前水平的151%，占长期温室气体引起的辐射强迫的约66%（WMO，2024年）。过去几十年中，大气中CO2浓度的持续增加引起了国际社会的广泛关注。为此，中国政府制定了“双碳”目标，计划在2030年前限制碳排放，并在2060年实现碳中和。实现这些雄心勃勃的目标需要明确了解CO2的来源及其在不同生态系统（包括海洋、淡水和陆地系统）中的贡献（Borges等，2005年；Cole等，2007年；Raymond等，2013年）。
全球海洋通过物理和生物过程的共同作用成为主要的碳汇，每年吸收2.9?±?0.4?Gt C的二氧化碳，约占全球人为CO2排放量的26%，从而为减缓气候变化做出了重要贡献（Friedlingstein等，2024年）。尽管沿海海洋生态系统仅占整个海洋表面的相对较小部分，但由于其较高的初级生产力、沉积速率和强烈的陆海相互作用，其生物地球化学循环速率异常高（Howarth等，2011年；Bauer等，2013年）。近年来，沿海海水养殖业在全球范围内迅速发展，提供了全球大部分的海产品供应（FAO，2024年）。然而，这种快速增长也给沿海生态系统的碳动态带来了额外的复杂性（Zhang等，2017年）。集约化水产养殖方式通过改变营养输入、初级生产、有机物分解和沉积物碳埋藏过程，深刻影响了碳通量（Mahmood等，2016年；Han等，2021年；Pan等，2021年；Xu等，2025年）。这些影响可能来自水产养殖管理活动（如废物排放和饲料投入）以及养殖生物的生物活动（如滤食、光合作用和排泄），这些活动推动了生物地球化学转化（Holmer等，2002年；Nizzoli等，2005年；Yang等，2020年；Li等，2024a）。值得注意的是，不同养殖物种由于代谢、生态和功能特征的差异，可能对碳循环产生不同的影响。沿海海水养殖的生态足迹及其对从区域到全球尺度碳动态的潜在影响，强调了解决这些生态系统中CO2排放及其驱动因素问题的必要性。这些努力对于准确评估沿海生态系统的碳平衡以及促进水产养殖领域的气候适应性和环境可持续发展至关重要。
西湖港位于中国浙江省宁波市，是中国东海的一个半封闭的袋状海湾。该港的水产养殖历史可追溯到20世纪70年代，随着时间的推移，养殖活动逐渐 intensify。然而，过度养殖导致了严重的环境退化和经济效益下降（Jiang等，2020年）。最近，由于政府政策的加强和水产养殖从业者生态意识的提高，环境状况得到了显著改善。重要措施包括合理规划养殖物种及其放养密度、用配方颗粒饲料替代杂鱼饲料，以及加强对工业和农业废水排放的监管。在全球气候变化的背景下，人们越来越关注通过优化结构和管理实践来发展低碳水产养殖，以减少碳排放（Cao等，2024年；Zhang等，2025年）。然而，关于西湖港水产养殖系统中的碳排放和碳循环的研究仍然有限，这对该地区的低碳水产养殖发展构成了挑战。
本研究探讨了西湖港四个代表性区域（双壳类养殖区、海藻养殖区和鱼类养殖区以及一个对照区）水-气界面的季节性CO2通量变化以及表层水中溶解CO2浓度的变化。具体目标是：（1）量化这些养殖区的季节性CO2动态模式；（2）确定影响CO2通量和浓度的重要环境因素；（3）研究水产养殖实践和不同养殖生物的生理活动对CO2动态的生态影响。这些发现有望增进我们对沿海海水养殖系统中碳循环过程的理解，并为制定旨在减少碳排放和提高环境可持续性的养殖策略奠定基础。
研究区域和采样点
研究区域和采样点
西湖港（北纬29°28′–32′，东经121°44′–51′）位于中国浙江省宁波市象山湾中部东南侧，是一个半封闭的袋状海湾。该港面积约为50?km2，属于亚热带季风气候区。根据宁波生态环境气象中心的数据，该地区的年平均气温为17.5?°C，年平均降水量为1524.8?mm。西湖港的淡水输入有限
表层水的基本物理化学变量变化
B、S、F和C区域的平均水深分别为4.23、5.32、10.54和6.31?m（表S1）。四个区域的盐度范围为26.2至26.4（图S1，表S1），各区域之间没有显著差异（P?>?0.05，重复测量方差分析）。如图2所示，WT和DO在各季节之间没有显著差异（P?>?0.05，图2a，c）。B区域的平均水pH值为7.93，显著低于S（7.99）、F（8.00）和C（7.98）
CO2动态的驱动因素
研究表明，季节性变化对CO2通量和溶解CO2浓度的影响大于养殖区的存在（表2）。从定量上看，所有区域间CO2通量的最大季节性差异平均为156.52?μmol?m?2?h?1，而区域间最大差异平均为117.73?μmol?m?2?h?1
结论
本研究首次尝试描述了中国东部西湖港不同养殖区季节性CO2通量及其环境驱动因素。总体而言，所有区域都是大气中的净CO2来源，但存在明显的季节性和结构差异。双壳类养殖区始终表现出最高的CO2通量，这归因于呼吸作用和钙化的增强以及浮游植物吸收的有限。海藻养殖可以
作者贡献声明
张东旭：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，软件使用，方法论，调查，资金获取，概念构思。陈玉鹏：撰写 – 原稿，软件使用，方法论，调查。姚赛南：调查。陈龙：调查。李双：撰写 – 审稿与编辑，可视化。何杰：撰写 – 审稿与编辑，监督。徐文军：撰写 – 审稿与编辑，项目管理。
未引用的参考文献
GB 17378.4–2007a, 2007
GB/T 12763.6–2007b, 2007
Holmer等，2005
江和方，2021
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了宁波市重大科技攻关项目（项目编号：2022Z172）的资助。
