海洋负排放“蓝色引擎”驱动生产力绿色发展

　　焦念志

　　当前，国际形势发生复杂深刻变化，不确定和不稳定性增多；地球环境不断演化、气候变化持续加剧，人类社会未来发展面临严峻挑战。面对世界百年未有之大变局，习近平总书记创造性提出构建人类命运共同体理念，为国际社会有序演进、人类未来可持续发展指明了方向。海洋对于人类社会生存和发展具有重要意义，它孕育了生命、联通了世界、促进了发展。2019年4月，习近平总书记指出，“我们人类居住的这个蓝色星球，不是被海洋分割成了各个孤岛，而是被海洋连结成了命运共同体，各国人民安危与共”，描绘出共筑海洋秩序、共促全球繁荣的宏伟蓝图，彰显了中国智慧、大国胸怀和历史担当。

　　党的十八大以来，以习近平同志为核心的党中央深入推动实施创新驱动发展战略，提出加快建设创新型国家的战略任务，主动发起国际科技合作倡议，牵头组织国际大科学计划。当前，我国正处于由海洋大国迈向海洋强国的关键时期，海洋已成为我国走向世界舞台中央的重要通道。在此关键时期，我们基于微型生物碳泵（MCP）原创理论，发起了海洋负排放（ONCE）国际大科学计划（简称ONCE计划），吸引了全球33个国家和地区的79所高校及科研机构参与。ONCE计划直面全球气候变化挑战，通过多学科交叉融合，深入研究海洋负排放过程机制，谋求海洋综合储碳理论创新和技术突破，致力于提供基于中国实践并能够向全球推广的海洋负排放方案。例如，陆海统筹减排增汇、受损海区修复增汇、海水养殖区综合增汇、污水处理厂尾水碱化排海增汇等方案。这些ONCE方案既可实施负排放应对气候变化，又可改善海洋环境、促进生态系统持续发展，为落实党的二十大关于“发展海洋经济，保护海洋生态环境，加快建设海洋强国”的战略部署和党的二十届三中全会关于“健全因地制宜发展新质生产力体制机制”“完善促进海洋经济发展体制机制”的明确要求提供蓝色驱动力，是贯彻习近平总书记“进一步关心海洋、认识海洋、经略海洋”“坚持走依海富国、以海强国、人海和谐、合作共赢的发展道路”重要指示精神的科技实践。

　　一、构建陆海统筹大格局，开创减排增汇新路径

　　习近平总书记强调，“构建从山顶到海洋的保护治理大格局”“要发展海洋科学技术，着力推动海洋科技向创新引领型转变”“不断塑造发展的新动能、新优势，着力构建绿色低碳循环经济体系”。

　　针对河口海区作为高生产力区域却是排放二氧化碳的“源”而不是储碳的“汇”这一难题，ONCE计划开展了陆海统筹协同研究。通过深入分析陆海碳汇的形成过程及其调控机制，发现富营养化表观上会增加固碳量，但实际上会减少储碳量，指出“固碳不等于储碳”，提出“减少陆地施肥、增加近海碳汇”的策略。该ONCE方案基于MCP原创理论，指出富营养化条件下固碳性质发生变化，所固定的有机碳更易被降解，固碳越多异养细菌繁殖越快、分解有机碳消耗氧气越多、呼吸释放二氧化碳越多、内源性海水酸化越严重。只有减少氮磷输入，避免富营养化、提高惰性溶解有机碳的保持率，才能实现总储碳量的最大化。该ONCE方案的实施，不仅可以减少陆地施肥成本、缓解近海富营养化程度、降低赤潮灾害的发生频率，还可以增加近海储碳容量，把河口海区变“源”为“汇”，是把“绿水青山”转化为“金山银山”的有效路径。我国提出的这一低成本、高效益的陆海统筹减排增汇方案，已被纳入联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）特别报告。

　　习近平总书记强调，“努力找到生态保护修复的最佳解决方案”“着力推动海洋开发方式向循环利用型转变”“加快构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局”。

　　甲烷是仅次于二氧化碳的第二大温室气体，其短期温室效应可高达二氧化碳的80倍，自工业革命以来，已导致全球温度上升0.5℃，对全球变暖的贡献率超过30%。目前，全球约20%的甲烷排放来自反刍动物。针对畜牧业甲烷排放问题，探索“东部海区养藻、西部牧场喂牛”的国内大循环模式，将海藻养殖与畜牧业结合，通过喂食反刍动物特定的大型海藻或制剂，降低反刍动物甲烷排放。在降本增效创造直接经济价值的同时，有望减少植被啃食，实现“环境—经济”良性循环，为东西部资源优势互补、区域经济协同发展、畅通国民经济循环开辟新路径。

　　二、修复受损海区环境，提升海洋负排放能力

　　习近平总书记强调，“我们要把自然恢复和人工修复有机统一起来，因地因时制宜、分区分类施策”。这指引我们要从海洋生态系统演替规律和内在机理出发，科学运用修复方法，着力提升生态系统的稳定性和生态系统服务功能。

　　由于全球变暖和人类活动的双重压力，近些年来，世界各地近海区域都出现了缺氧酸化现象，并且面积正在不断扩大。海水缺氧、酸化不仅改变了生物多样性和食物网的结构、影响渔业资源，还对海洋生态系统的整体健康和可持续发展构成威胁。

　　针对海水缺氧与酸化在全球范围日趋严峻这个突出问题，ONCE计划提出了“受损海区生态修复增汇”方案，基于微型生物碳泵和碳酸盐泵的基本原理，创造性地把二者有机结合，提升无机碳与有机碳综合负排放能力，通过向缺氧酸化海区施放橄榄石等碱性矿物，形成高碱度沉积环境，提升反硝化细菌、硫酸盐还原菌等微生物的代谢活动、促进海底自生碳酸盐的沉积，将碳酸盐“反泵”变为“正泵”。与此同时，有机碳的保存量可显著增加，实现无机碳有机碳综合增汇，从而使受损海区变“源”为“汇”。这一ONCE方案可望为全球同类受损海区树立修复增汇典范。

　　三、破解海水养殖环境痼疾，创建两全其美增汇范式

　　习近平总书记强调，“我国生态环境保护结构性、根源性、趋势性压力尚未根本缓解”“要依靠科技进步和创新，努力突破制约海洋经济发展和海洋生态保护的科技瓶颈”“构建绿色低碳循环经济体系”，指出“要树立大食物观，既向陆地要食物，也向海洋要食物，耕海牧渔，建设海上牧场、‘蓝色粮仓’”。发展海洋渔业，是确保粮食安全的重要措施，也是建设海洋强国的重要一环。

　　我国拥有世界上最大的海水养殖产业，海水养殖提供了重要的食物蛋白来源，但传统的养殖模式也伴生着富营养化、缺氧、酸化等环境问题。针对这一挑战，ONCE计划提出基于“生物泵（BCP）—碳酸盐泵（CCP）—微型生物碳泵（MCP）—溶解度泵（SCP）”四泵联合（BCMS）的海洋负排放综合储碳技术路线，正像BCMS的内涵（业务连续性管理体系）一样，在海水养殖区实施综合负排放方案，打造可持续发展的海水养殖新业态，实现渔业升级与碳汇经济双赢。BCMS基于生态系统内部调节理念，通过清洁能源驱动的人工上升流把养殖海区底部富营养水体带到上层，为养殖海藻提供营养盐，不仅解决了营养盐、无机碳、溶解氧供需错位问题，而且把养殖场下部“污染区”变成负排放“增汇场”。当前我国已建成169个国家级海洋牧场，但多数设施生态效应有待提升，BCMS综合增汇方案尤其适合“海洋牧场示范区”，它突破传统思维和技术瓶颈，在大幅提高碳汇增量的同时，有效解决环境压力问题，促进海洋产业升级，成为基于中国实践、可向世界推广的两全其美之策。

　　此外，传统筏架养殖历史悠久，国外也有海上养牛的案例。海上牧场作为现代耕海渔业，将集约式养殖与开放式牧场相结合，可望将陆地畜牧业延伸至海洋，将海藻喂牛方案和移动网箱养殖有机结合，实现链条闭环。我国的大型养殖平台还能抵御自然灾害，适应恶劣气候条件，通过清洁能源和技术手段实现高效负排放，形成海上牧场新模式。在此基础上延长产业链、发展生态旅游和游钓渔业，培育海洋经济新业态，打造碳汇、环保与经济发展的新名片。

　　四、优化水质评价指标，挖掘水体碳汇潜力

　　习近平总书记强调，“加强重点领域、重点流域、重点海域综合治理，扩大生态环境容量”。我国经济社会发展已进入绿色化、低碳化的高质量发展阶段，生态文明建设尚处于压力叠加、负重前行的关键期。必须以更高站位、更宽视野、更大力度来谋划和推进新征程生态环境保护工作。水环境综合治理是其中的重要一环。

　　化学需氧量（COD）是世界各国沿用了上百年的水质指标，可用于评估水体有机污染程度。天然水体流域（森林、湖泊、河流、海洋等）中含有大量的惰性溶解有机碳，是微型生物碳泵的产物，也是可以长期储存的碳汇。现有的COD国际标准方法推广最为普遍，具有一定应用价值，但在测定过程中使用了高浓度的强氧化剂进行氧化反应，该条件与自然环境中的实际情况存在差异，导致COD用于自然水体水质评估时可能出现偏差，将自然水体部分碳汇视为污染。ONCE计划联合世界各国专家分析全球代表性自然水体水质数据，针对上述问题，建议根据流域自然环境类型，分门别类实施水质指标。 

　　在污水处理行业，为了满足目前的排放标准，污水处理厂现行操作规范实际上去除了部分水体碳汇，并释放出大量温室气体，导致污水处理行业成为二氧化碳的十大排放源之一。把水体碳汇从环境污染物中区分剥离出来，对于加强流域综合治理，扩大生态环境容量具有重要意义。尤其是我国付出巨大人力建造的大量人工林，其衍生至水体的碳汇效应不可低估，这是我国对全球应对气候变化的重要贡献，应该予以充分挖掘，并纳入全球碳交易清单，既增加经济效益，又展现国际责任。

　　五、改进污水处理厂工艺流程，培育实实在在新质生产力

　　习近平总书记要求，“坚持精准治污、科学治污、依法治污，保持力度、延伸深度、拓展广度”“要加快推动发展方式绿色低碳转型，坚持把绿色低碳发展作为解决生态环境问题的治本之策”。

　　污水处理行业是十大温室气体排放行业之一。针对污水处理后尾水的低碱性、高二氧化碳分压和高有机酸含量等问题，ONCE计划提出了基于MCP和尾水碱化的负排放方案，通过向尾水添加碱性物质，提升海水pH值，持续吸收大气中的二氧化碳，使传统污水处理工艺向绿色低碳转型，实现节能降污、减排增汇。

　　污水处理厂尾水排海后，还可进一步在海面部署漂浮式微藻光生物反应器，持续向碱化海域补充有益微藻，经光合作用固定二氧化碳，维持较高海水pH值，在可控条件下将微藻培养为贝类生长所需食物，并消耗贝类钙化过程中释放的二氧化碳，使生态系统处于良性循环状态。

　　如此，ONCE方案可让污水处理厂变“源”为“汇”，使其从“投入大户”华丽转身为“盈利大户”，培育实实在在的新质生产力，推动环境治理与经济发展的深度融合，把应对气候变化与经济发展融为一体，引领新业态。

　　六、面向国际科技前沿，发展战略性新兴产业

　　习近平总书记强调，“要加强海洋产业规划和指导，优化海洋产业结构，提高海洋经济增长质量，培育壮大海洋战略性新兴产业”。

　　《联合国气候变化框架公约》第二十九次缔约方大会（COP29）上形成了标志性成果——建立联合国监管下的全球碳交易机制。这是我们秉持“四个面向”，对内支撑国家战略、对外践行全球共识的重大机遇。ONCE计划作为联合国教科文组织（UNESCO）政府间海洋委员会（IOC）批准设立的国际大科学计划，有条件、有基础走在国际前沿、发挥引领作用。自2023年党中央、国务院批复ONCE计划正式立项以来，我们在理论创新方面不断取得进展，在MCP原创理论基础上，进一步深化“MCP是气候变化的双向调节器”理论框架；在方法技术方面不断取得突破，提出了BCMS四泵联合综合储碳最大化技术路线；在国际标准化组织（ISO）设立了“海洋负排放与碳中和”国际工作组（ISO-TC8-WG15），并成功立项海洋碳中和领域首个国际标准《海洋负排放与碳中和——总则和要求》（ISO/NP 25283-1），为构建海洋负排放与碳中和领域的技术规程、数据管理、基准线设定等国际统一标准夯实了基础，也必将为全球碳交易这个巨大市场的有效运行提供有力支撑。

　　下一步，ONCE计划将构建“科学发现—技术创新—产业转化”的全链条体系。在MCP原创理论基石上发展BCMS四泵联合的负排放理论和技术，创建合情、合理、合法的负排放实施方案，使之成为“蓝色引擎”，加快培育新质生产力，形成系统性突破与多维度协同推进的格局，引领海洋经济新业态，为全球气候治理贡献中国智慧。

　　尽管ONCE计划已取得若干创新性突破，形成了一系列里程碑式成果，但仍然面临着许多挑战，包括国际形势发生深刻复杂变化、国内对外开放及跨国协作的有关体制机制尚待完善、全球治理框架下各国在碳汇计量及权益分配等方面存在制度性壁垒等，都制约着碳中和全球协同创新效能。放眼未来，ONCE计划将进一步深化基础研究、加强技术攻关、注重国际标准制定、引领产业新业态，打造“基础研究—技术攻关—标准制定—产业应用”全链条创新生态，建立常态化跨国协作机制，持续为构建人类命运共同体注入蓝色动能。

　　作者：中国科学院院士，海洋负排放国际大科学计划首席科学家，厦门大学碳中和创新研究中心首席科学家