التقييم الكمي لإمكانات إزالة الكربون من الطحالب الكبرى: بروتوكول موحد لتقدير الكتلة الحيوية وحساب إزالة الكربون

Zhimin Song; Jiping Zheng; Yanlan Peng; Zepan Chen; Weizhou Chen

doi:10.3791/70068

Method Article

التقييم الكمي لإمكانات إزالة الكربون من الطحالب الكبرى: بروتوكول موحد لتقدير الكتلة الحيوية وحساب إزالة الكربون

DOI:

10.3791/70068

⸱

April 3rd, 2026

Zhimin Song¹^,² , Jiping Zheng¹ , Yanlan Peng¹ , Zepan Chen²^,³ , Weizhou Chen²^,³

¹Zhuhai Marine Center, Ministry of Natural Resources, ²Guangdong Provincial Key Laboratory of Marine Biotechnology, Shantou University, ³Marine Science Institute, Shantou University

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تقدم هذه الدراسة بروتوكولا موحدا وقابلا للتكرار لتقدير الكتلة الحيوية للطحالب الكبيرة وحساب إمكانات إزالة الكربون فيها. يدمج سير العمل بين أخذ العينات، والحساب، والتقارير لتحسين قابلية المقارنة بين الدراسات، ويظهر ذلك في مجتمعات الأعشاب البحرية والسارغاسوم الممثلة في شمال وجنوب الصين.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الطحالب الكبيرة هي مكون مهم في أنظمة الكربون الأزرق. ومع ذلك، يظل من الصعب مقارنة إمكانات إزالة الكربون عبر الدراسات لأن تصاميم أخذ العينات الميدانية، ونماذج تقدير الكتلة الحيوية، وسير العمل المحاسبي تختلف بشكل كبير. تقدم هذه الدراسة بروتوكولا موحدا وقابلا للتكرار لتقدير الكتلة الحيوية للطحالب الكبيرة وقياس كمية إزالة الكربون، مع دمج الصفات البيولوجية للطحالب الكبيرة، وطرق المسح البيئي البحري، ومبادئ محاسبة دورة الكربون في سير عمل موحد. يحدد البروتوكول معايير أخذ عينات متسقة، وخطوات حسابية موحدة، وتسجيل وتقارير موحدة للبيانات لتحسين قابلية المقارنة بين الدراسات وتسهيل التوليف الإقليمي. نثبت تطبيق البروتوكول باستخدام دراسات حالة تمثيلية من مجتمع أعشاب البحرية البحرية في شمال الصين ومجتمع سارغاسوم في الخليج في جنوب الصين، حيث يمثلون تصنيفات متباينة وموائل ساحلية ضحلة نموذجية. باستخدام هذا السير العملي، بقيت التقلبات النسبية داخل الفريق أقل من 10٪، وبقي الخطأ النسبي بين الفرق أقل من 15٪، متوافقة مع عتبات التباين المحددة. بشكل عام، يوفر البروتوكول إطارا شفافا تشغيليا لإنشاء مجموعات بيانات كربون أزرق من الطحالب الكبيرة مماثلة عبر المواقع وفرق البحث، داعما لمسح الموارد وتقييمات إزالة الكربون.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يشير الكربون الأزرق إلى الكربون الذي يتم احتسازه وتخزينه في النظم البيئية البحرية. يتميز بتخزينه طويل الأمد وكفاءة عالية في التخزين، مما يجعله مكونا مهما في دورة الكربون العالمية وآلية طبيعية حاسمة للتخفيف من تغير المناخ¹. داخل أنظمة الكربون الأزرق، تنتشر الطحالب الكبيرة على نطاق واسع عبر المناطق الساحلية وبين المد والجزر وتحت المد وتثبت ثاني أكسيد الكربون الجوي_{الثاني في} الكربون العضوي عبر التمثيل الضوئي. يمكن تصدير جزء من هذا الإنتاج إلى المياه العميقة أو البحرية، حيث قد يساهم في تخزين الكربون على المدى الطويل، بينما يبقى جزء آخر في الكتلة الحيوية^{الثابتة 2}.

ومع ذلك، لا تزال التقييمات الحالية لإمكانات إزالة الكربون من الطحالب الكبيرة مقيدة بمعايير منهجية^{محدودة 3}. تنعكس هذه القيود بشكل رئيسي في ثلاثة جوانب. أولا، تختلف طرق تقدير الكتلة الحيوية بشكل كبير بين الدراسات. على سبيل المثال، يتراوح حجم الربع وجهود أخذ العينات بشكل واسع (مثل 0.25 م² إلى 4 م²)، وفي بعض الحالات، لا يتم تنفيذ التكرار، مما يؤدي إلى تقلبات كبيرة في تقديرات الكتلة الحيوية القائمة على المساحة. ثانيا، غالبا ما يكون سير عمل حساب الكربون الأزرق (أو إزالة الكربون) واختيار المعلمات غير متسقين، مما يؤدي إلى مخرجات محاسبية متباينة حتى في ظل ظروف بيئية متشابهة. ثالثا، لا يوجد بروتوكول موحد لتسجيل البيانات وتقاريرها، مما يقلل من قابلية المقارنة عبر نتائج البحث ويحد من التوليف الإقليمي⁴.

هناك حاجة إلى نهج موحد للطحالب الكبيرة لأن مسار إزالة الكربون لديها يختلف عن مسار النباتات الساحلية المتجذرة مثل المانغروف والأعشاب البحرية. بدلا من الاعتماد بشكل أساسي على دفن الرواسب في موقع النمو، يرتبط إزالة الكربون بواسطة الطحالب الكبيرة بشكل أوثق بتراكم الكتلة الحيوية السريع وتصدير المواد العضوية من البحر. هذه الآلية، إلى جانب الإنتاجية العالية والدوران السريع، تجعل الاتساق المنهجي مهما بشكل خاص عند مقارنة المواقع والأنواع عبر المناطق⁵.

لسد هذه الفجوة، نطور بروتوكولا موحدا كاملا يدمج الخصائص البيولوجية للطحالب الكبيرة، وطرق المسح البيئي البحري، ومحاسبة دورة الكربون في سير عمل موحد. ينظم البروتوكول إلى خمس وحدات: (1) مبادئ التصميم ونطاق التطبيق، (2) تقدير الكتلة الحيوية الموحد، (3) حساب الكربون الأزرق الموحد، (4) مراقبة الجودة وإدارة البيانات، و(5) التحقق من البروتوكولات. نتحقق من قابلية التطبيق باستخدام دراسات حالة تمثيلية من مجتمع أعشاب البحرية الشمالية ومجتمع سارجاسوم في الخليج الجنوبي، موضحا الاستخدام عبر الأنواع، وتاريخ الحياة، والموائل الساحلية الضحلة⁶.

في هذه الدراسة، يشار إلى امتصاص الكربون من الطحالب الكبيرة باسم إزالة الكربون وليس احتجاز الكربون طويل الأمد. نظرا لأن الطحالب الكبيرة تنمو عادة على ركائز صلبة دون دفن مباشر للرواسب في الموقع، فهي لا تستوفي بطبيعتها معيار التخزين >100 سنة. فقط جزء صغير من الكربون المستخرج من الطحالب الكبيرة قد يحقق احتفالا على نطاق مئوي من خلال تصدير الحطام ودفنه لاحقا.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

استخدم هذا البروتوكول لتوليد تقديرات مماثلة للكتلة الحيوية للطحالب الكبيرة وتقديرات إزالة الكربون عبر المواقع وفرق البحث. يظهر الشكل 1 نظرة عامة على سير العمل الكامل.

1. أساسيات تصميم البروتوكول

مبادئ التصميم
1. مواءمة أخذ العينات وتقدير الكتلة الحيوية مع الصفات البيولوجية للطحالب الكبيرة والسياق البيئي المحلي (مثل شكل النمو، بنية المجتمع، وديناميكيات المغذيات/الموسم) لضمان أن تعكس القياسات التقلبات الطبيعية.
2. اختر نافذة العينة لتتناسب مع فترة النمو النشطة المحلية للطحالب الكبيرة المستهدفة وتجنب أخذ العينة خلال فترات السكون أو التحلل.
3. تحديد محتوى الكربون باستخدام طرق تحليل العناصر المعتمدة. وثق تحضير العينات، والإعدادات التحليلية، وإجراءات المعايرة، وطبق نفس الطريقة بشكل متسق عبر جميع العينات⁷.
4. تقدير معدل إزالة الكربون باستخدام إطار حساب محدد مسبقا. قم بتحليل مصطلحات متعلقة بالتمثيل الضوئي باستخدام مدخلات بيئية مناسبة محليا (مثل مدة الضوء ودرجة حرارة الماء) ومصادر البيانات الفسيولوجية عند الاقتضاء.
5. اكتب كل خطوة كتعليمات تشغيلية واضحة وحدد معايير القبول (عتبات مراقبة الجودة) للقياسات الميدانية والمختبرية لضمان قابلية التكرار عبر المناطق والفرق⁸.
6. استخدم معدات مختبرية وميدانية متوفرة شائعة (مثل الموازن، فرن التجفيف، محلل العناصر، شريط القياس) وقدم تقريرا عن المواصفات الرئيسية (مثل دقة التوازن، درجة حرارة التجفيف).
7. تبسيط الإجراءات دون إزالة متطلبات مراقبة الجودة وإعطاء الأولوية للخطوات التي تؤثر بشكل جوهري على الكتلة الحيوية ومحتوى الكربون ومخرجات الحسابات.
نطاق التطبيق
1. طبق هذا البروتوكول على الطحالب الكبيرة الملتصقة والطحالب العائمة (مثل الأعشاب البحرية والسارغاسوم).
2. لا تطبق هذا البروتوكول على الطحالب الدقيقة أو الطحالب العوالقية.
3. تقييد التطبيق على المياه الساحلية الضحلة (مثل المناطق البحرية القريبة من الشاطئ، الخلجان، والمناطق المدية) حيث يكون أخذ العينات ممكنا عمليا. حدد حد عمق مستهدف ب <20 متر لعمليات أخذ العينات الروتينية.
4. لا تطبق هذا البروتوكول على مجتمعات الطحالب الكبيرة في أعماق البحار حيث تتجاوز ظروف أخذ العينات ومتطلبات المعدات القدرة التقليدية للمسح⁹.

2. العملية الموحدة لتقدير الكتلة الحيوية

التحضير الأولي
1. حدد فترات أخذ العينات بناء على الظروف البيئية المحلية والفينولوجيا الخاصة بالنوع بدلا من الأشهر التقويمية.
2. عرف "فترة النمو القوي" بأنها فترة أقصى تراكم للكتلة الحيوية ونشاط التمثيل الضوئي، بناء على الملاحظات المحلية أو الأدلة الإقليمية.
3. اختر توقيت أخذ العينات باستخدام معلومات الفينولوجيا الخاصة بالموقع في أنظمة خطوط العرض المنخفضة والعالية. توثيق أساس اختيار التوقيت (مثل سجلات المراقبة المحلية أو الدراسات الإقليمية)¹⁰.
إعداد الربع وأخذ العينات
1. ضع إطار الربع الكهربائي بشكل ثابت على الركيزة عند كل نقطة أخذ عينات (الشكل 2). تأكد من أن فرق الارتفاع الرأسي داخل الإطار هو <5 سم (تحقق باستخدام مسطرة أو مرجع ثابت).
2. اختر مواقع أخذ عينات لتمثيل التباين المكاني لمجتمع الطحالب الكبيرة داخل منطقة الدراسة. بالنسبة لمناطق المد والجزر، ضع مربعات خلال ساعة واحدة بعد انخفاض المد لتقليل الجفاف والتأثيرات المرتبطة بالتعرض للهواء على قياسات الكتلة الحيوية والكربون.
3. قم بإنشاء ما لا يقل عن 3-5 مواقع (أو كتل) لكل منطقة دراسة، حسب مدى الموطن وتنوعه. في كل موقع، يتم تكرار 3 مربعات (الحد الأدنى الإجمالي: 9-15 كودرات لكل منطقة دراسة).
4. حدد مساحة الربع حسب شكل الأنواع وشكل النمو (مثلا، 1 متر مربع للمجتمعات التي تهيمن عليها الأعشاب البحرية؛ 2 متر مربع للطحالب الكبيرة العائمة أو المتفرقة)¹¹.
5. قم بإجراء فحص تباين أولي باستخدام أول ثلاثة أرباع في كل موقع. إذا تجاوز معامل التباين (CV) للكتلة الحيوية الجافة لكل وحدة مساحة 10٪، أضف التربيع حتى ينخفض معدل الكتلة الحيوية الجافة إلى ≤10٪. يتم تلخيص معايير العينة المعيارية الرئيسية وعتبات القبول في الجدول 1.
6. ضع العينات المجمعة على الثلج فور الحصاد. حافظ على درجة حرارة النقل بين 5-10 درجات مئوية لتقليل التدهور الحراري.
7. تسليم العينات إلى المختبر خلال 24 ساعة من الجمع. إذا تجاوز النقل 24 ساعة، حافظ على العينات في مياه البحر مع مطابقة ملوحة الموقع وراقب حالة العينات بانتظام.
قياس معلمات الكتلة الحيوية
1. قياس الوزن الطازج
  1. أخرج العينات من الأكياس وشطفها بلطف بالماء منزوع الأيونات 2-3 مرات لإزالة الرواسب والأملاح المتلتصقة. حدد وقت الشطف الكلي إلى ≤30 ثانية لتقليل فقدان ماء الأنسجة. اجمع الكتلة الحيوية من كل ربع بشكل منتظم (بما في ذلك المثبتات، والستيبس، والشفرات ما لم ينص تصميم الدراسة على خلاف ذلك).
  2. قم بمسح رطوبة السطح باستخدام ورق ماص. استبدل الورق 2-3 مرات حتى لا يبقى ماء مرئي على سطح العينة.
  3. ضع العينة في وعاء موزن مسبقا (مثل كأس أو طبق بتري). قم بالوزن باستخدام ميزان إلكتروني بدقة ≥0.01 جرام. سجل الكتلة الإجمالية بعد التثبيت وحساب الوزن الطازج الصافي (g) بطرح كتلة الحاوية.
  4. وزن كل عينة ثلاث مرات متتالية. استخدم المتوسط كوزن جديد نهائي. إذا اختلفت أي قراءتين بنسبة >2٪، تحقق من حالة العينة (مثل تقطر الماء أو الوضع غير المستقر) وكرر الوزن حتى يتم تحقيق المعيار.
2. قياس الوزن الجاف
  1. بعد قياس الوزن الطازج، يتم اختيار ثلاث عينات فرعية ممثلة عشوائيا من كل عينة رباعية. تأكد من أن وزن كل عينة فرعية >10 جرام. عينات فرعية جافة عند 60 درجة مئوية. بعد كل فترة تجفيف، قم بتبريد العينات الفرعية إلى درجة حرارة الغرفة في مجفف قبل الوزن.
  2. تخزين المواد المتبقية لتحليل محتوى الكربون. إذا تم التحليل خلال 24 ساعة، قم بتبريده على درجة حرارة 4-10 درجات مئوية في حاويات مغلقة ومعلمة واحتفظ بالعينات في الظلام. للتخزين لفترة أطول، قم بالتجميد عند −20 درجة مئوية.
  3. استمر في التجفيف حتى يصل الوزن إلى الثبات. عرف الوزن الثابت بأنه فرق ≤0.05 جرام بين قياسين متتاليين. سجل العينة الفرعية للوزن الجاف (g).
  4. احسب نسبة الجفاف إلى الطازج (R_df) ك (الوزن الجاف) / (الوزن الطازج) لكل عينة فرعية. إذا كان CV ل R_df هو ≤5٪، استخدم متوسط R_df لتحويل الوزن الطازج الكلي إلى الوزن الجاف الكلي لذلك الرباعي. إذا تجاوز CV 5٪، قم بزيادة عدد العينة الفرعية إلى خمسة، وأعد تقدير R_df.
3. ارتفاع النبات وقياس التغطية
  1. اختر عشوائيا 10 أفراد ممثلين (نباتات أو أوراق نباتية) في كل رباعية. قس ارتفاع الثالوس (سم) من نقطة التثبيت إلى النسيج الحي العلوي السليم (باستثناء الأطراف المكسورة أو المتآكلة). سجل الارتفاعات الفردية وحساب متوسط ارتفاع الربع (هاف).
  2. بالنسبة للطحالب المتجمعة، اختر 3-5 عناقود، قس متوسط الارتفاع لكل عنقود، واحسب الهاڤج الكلي.
  3. قس التغطية باستخدام طريقة الشبكة. قسم المربع إلى 100 شبكة متساوية (10 سم × 10 سم).
  4. عد عدد الشبكات التي تتجاوز فيها تغطية الطحالب المستهدفة 50٪ (N). احسب التغطية ك C (٪) = (N/100) × 100، وأبلغ في الرقم العشري²¹. حيث N هو عدد الشبكات من أصل 100.
نموذج حساب الكتلة الحيوية
1. حساب الكتلة الحيوية لكل وحدة مساحة: جميع المعادلات والمتغيرات ووحدات التقارير المستخدمة في سير عمل حساب الكتلة الحيوية ملخصة في الجدول 2.
  1. احسب الوزن الجديد لكل وحدة مساحة (وزن_لكل وزن لكل ج، جم/متر²): (1)
  2. حساب الوزن الجاف لكل وحدة مساحة (DW_لكل ج، ج/م²): (2)
    حيث A هي مساحة الربع (متر²)، فإن FW_tot هو الوزن الطازج الكلي للمربع (g).
    ملاحظة: إذا وجدت عدة نسخ عند نقطة العينة، احسب FW_لكل وDW_لكلنسخة وبلغ المتوسط كقيمة نقطة عينة
2. تقدير الكتلة الحيوية السكانية
  1. حدد منطقة توزيع السكان (S, m²). إذا كانت صور الاستشعار عن بعد متاحة، اجمع بين المسوحات الميدانية وصور الاستشعار عن بعد للحصول على إحداثيات الحدود، وتحديد حدود السكان في برامج نظم المعلومات الجغرافية، وحساب S وفقا لذلك¹². إذا لم تتوفر صور الاستشعار عن بعد، قس طول وعرض السكان باستخدام شريط قياس. تقدير S باستخدام صيغة المساحة المستطيلة، وقسم المناطق غير المنتظمة إلى مستطيلات متعددة لحساب منفصل قبل الجمع للحصول على المجموع S الكلي.
  2. حساب إجمالي الكتلة الحيوية للسكان (B, t): (3)
    حيث يحول 10⁶الجرام إلى أطنان مترية. (t; 1 t = 10³ كجم).
  3. إذا اختلفت الكتلة الحيوية بين المناطق السكانية (مثل المناطق الهامشية مقابل المناطق الأساسية)، احسب DW_لكل تقسيم بشكل منفصل، وضربها في مساحة كل تقسيم، وجمع النتائج للحصول على B.
3. الحساب الديناميكي للكتلة الحيوية
  1. احسب معدل النمو (r، اليوم ^الأول): (4)
    حيث أن_نهاية DW هي الوزن الجاف لكل وحدة مساحة في نهاية الفترة (g/m²)،_{وDW start} هو الوزن الجاف لكل وحدة مساحة في بداية الفترة (g/m²)، و t هو وقت النمو (الأيام).
  2. احسب متوسط الكتلة الحيوية السنوية (DW_{avg_year}، g/^{m 2}) كمتوسط DW_i من جميع أحداث أخذ العينات خلال سنة واحدة:
    (5)
    حيث n هو عدد العينات في السنة (بدون بعد)، ويشير إلى إجمالي أحداث العينة المستقلة التي أجريت خلال سنة واحدة (مثل المسوحات الموسمية أو الشهرية)، وi هو مؤشر يمثل كل زمن أخذ عينات ضمن سنة تستخدم لحساب متوسط الكتلة الحيوية السنوي، وDW_i هو الوزن الجاف لكل وحدة مساحة من حدث العينة i (g/m²).

3. العملية الموحدة لحساب الكربون الأزرق

تحديد محتوى الكربون
1. ضع العينات المجففة التي وصلت بالفعل إلى وزن ثابت (أي المادة المخصصة لتحليل محتوى الكربون) في آلة سحق وطحن لمدة 2-3 دقائق لتجانس المادة. استخدم مطحنة ميكانيكية أو هاون ومدقة للحصول على جزيئات منتظمة مناسبة لتحليل الكربون.
2. قم بغربال المادة المتجانسة عبر منخل مكون من 100 شبكة (حجم الفتحة ≈150 ميكرومتر). اجمع جزء المنخل السفلي وانقله إلى قوارير مرقمة ومجففة مسبقا.
3. تخزين العينات المعالجة مسبقا في مجفف لتقليل امتصاص الرطوبة. أكمل تحديد محتوى الكربون خلال 7 أيام.
4. تحقق من امتصاص الرطوبة أثناء التخزين وطبق تصحيح الكتلة الجافة عند الحاجة. وزن أليكوت من العينة المخزنة المعالجة مسبقا كما_{هو m قبل} ذلك، ثم جفف العليكوت في الفرن مرة أخرى عند 60 درجة مئوية ليصبح الوزن ثابتا وازن ك m_بعدها.
5. احسب معدل امتصاص الرطوبة (MR، ٪) كالتالي: (6)
  عند الإبلاغ عن محتوى الكربون، عبر عن القيم على أساس الكتلة الجافة الحقيقية باستخدام MR عندما يكون امتصاص الرطوبة غير مهمل.
طريقة المعيار: التحليل العنصري
1. معايرة محلل العناصر باستخدام مادة مرجعية معتمدة قبل تحديد العينة. تأكد من أن خطأ المعايرة هو <0.5٪.
2. حدد ظروف التشغيل: درجة حرارة الاحتراق 950 درجة مئوية، درجة حرارة تقليل 650 درجة مئوية، ومعدل تدفق غاز الحامل 200 مل/دقيقة.
3. وزن 5-10 ملغ من العينة المعالجة مسبقا في كبسولة صفيح موزن مسبقا، ثم اطوي ومضغوط الكبسولة لمنع التسرب أثناء الاحتراق.
4. قم بتحميل الكبسولة في محلل العناصر والسماح للجهاز بإكمال الاحتراق والاختزال والفصل والكشف تلقائيا.
5. كرر التحديد ثلاث مرات لكل عينة. استخدم القيمة المتوسطة كمحتوى الكربون النهائي (C, ٪)
  (7)
  حيث أن m_C هي كتلة الكربون في العينة (mg)، فإن m_عينة هي الكتلة الكلية للعينة المحللة (mg).
6. إذا تجاوز الانحراف المعياري النسبي (RSD، ٪) من القياسات الثلاثة 1٪، أعد القياس حتى يتم تحقيق معيار القبول. احسب RSD كالتالي:
  (8)
  حيث SD هو الانحراف المعياري للقياسات الثلاثة C وC̄ هو المتوسط.
طريقة بديلة: الاحتراق (فقدان عند الاشتعال)
1. استخدم هذه الطريقة فقط عندما لا يتوفر محلل العناصر. حدد هذه الطريقة بوضوح في التقرير وطبق إجراء التصحيح الموضح في 3.3.5.
2. ضع 5-10 جرام من العينة المجففة المعالجة مسبقا في بوتقة. يجف عند 60 درجة مئوية إلى وزن ثابت، ثم يشتعل في فرن كاتم عند 550 درجة مئوية لمدة 4-6 ساعات. بارد في مادة مجففة ووزن البقايا.
3. احسب C (٪) كالتالي: (9)
  حيث m₀هي الكتلة الجافة للعينة قبل الاحتراق (mg)، فإن_{m الرماد} هو كتلة البقايا بعد الاحتراق (mg).
4. لكل دفعة، حدد C ل 3-5 عينات ممثلة باستخدام التحليل العنصري. قم بتركيب معادلة تصحيح بين C المشتق من الاحتراق وتحليل العناصر C وتطبيق معادلة التصحيح على جميع النتائج المشتقة من الاحتراق من نفس الدفعة.

4. حساب معدل إزالة الكربون

معدل إزالة الكربون بناء على معدل النمو
1. حساب معدل إزالة الكربون (CR, g C ^m-2 ^d-1): (10)
  حيث أن ΔDW هو نمو الكتلة الحيوية لكل وحدة مساحة (_نهاية DW−DW_بداية، g m⁻²). C هو محتوى الكربون (بالعشري، مثلا 35.2٪ = 0.352)، t هو وقت النمو (الأيام).
  ملاحظة: استخدم نفس عقد وقت البداية والنهاية المستخدمة في_بداية DW_ونهاية DW لتعريف t وتسجيل تواريخ أخذ العينة وطول الفاصل الزمني لإعادة التكرار.
معدل إزالة الكربون بناء على الإنتاجية الأولية (طريقة الزجاجة الفاتحة-الداكنة)
1. جهز زجاجات الحضانة المزدوجة (فاتحة وداكنة). اشطف الزجاجات ثلاث مرات بماء الموقع، ثم املأها بماء البحر، قلل من مساحة الرأس، ووضع الزجاجات علامة مسبقا.
2. ضع مادة الطحالب الكبيرة الممثلة في كل زجاجة. استخدم كمية من الكتلة الحيوية التي تتجنب الازدحام وتسمح للطحالب بالحفاظ على اتجاهها الطبيعي أثناء الحضانة.
3. قم بمعايرة جهاز قياس الأكسجين المذاب (DO) وفقا لتعليمات الشركة المصنعة باستخدام الماء المشبع بالهواء كمرجع. أكد أن خطأ القياس هو ≤0.1 ملغ لتر⁻¹.
4. قس DO الأولي في الزجاجة الفاتحة والزجاجة الداكنة وسجل القيم (DO₀، _الأبيض وDO₀، _الأسود، الملغ L⁻¹).
5. حضن الزجاجات لمدة 24 ساعة تحت ظروف حرارة وضوء شبه طبيعية في موقع العينة. حافظ على الزجاجات دون إزعاج أثناء الحضانة وتجنب ارتفاع درجة الحرارة بسبب التعرض المباشر للشمس أو الظلال.
6. قس DO النهائي في الزجاجة الفاتحة والزجاجة الداكنة (DO₁، _الأبيض وDO₁، _أسود، ملغ L⁻¹).
7. احسب تغييرات DO كالتالي: (11)
  (12)
8. احسب صافي إنتاج الأكسجين كالتالي: (13)
  حيث V هو حجم مياه البحر (L).
9. تحويل إنتاج الأكسجين إلى تثبيت الكربون (_تثبيت C، ملغ C): (14)
  حيث أن O_net هو إنتاج الأكسجين الصافي (mg O₂)، فإن 0.375 هو معامل (1 ملغ O₂ يعادل 0.375 ملغ C ثابت)
10. حساب معدل إزالة الكربون بناء على الإنتاجية الأولية (_{إنتاجية} CR، g C m⁻² d⁻¹) كما يلي:
  (15)
  حيث يحول 1000 ملغ إلى g، وA هو مساحة العينة (المعرضة) (م²)، وt هو زمن الحضانة (الأيام).
  ملاحظة: أثناء الحضانة، تأكد من بقاء الطحالب في حالة طبيعية وتجنب الاضطراب الجسدي. سجل درجة حرارة مياه البحر وظروف الضوء التقريبية أثناء الحضانة للإبلاغ عن الاتساق.
التكامل والتصحيح بين الطريقتين
1. احسب متوسط CR كالتالي: (16)
2. احسب الخطأ النسبي (RE) كالتالي: (17)
  ملاحظة: إذا < RE 10٪، استخدم CRavg كمعيار الائتمان النهائي. إذا كانت RE ≥10٪، تحقق من عقد الوقت والاتساق التشغيلي (مثل مطابقة تعريف فترة النمو، توقيت الحضانة، وتقدير مساحة العينة)، وكرر خطوات القياس أو الحساب التي تساهم بشكل أكبر في هذا التفاوت.
3. احسب CR المصحح (_{CR corr}, g C m⁻² d⁻¹) كالتالي: (18)
  حيث_{أن قياس} CR هو معدل إزالة الكربون المقاس (g C m⁻² d⁻¹)، فإن_ضوء T هو مدة الضوء المقاسة (h). T_{light_stand} هو مدة الضوء القياسية (h).

5. تحويل تخزين الكربون وتدفق الكربون

حساب تخزين الكربون (_تخزين C، t C): (19)
حيث B_{avg_year} هو متوسط الكتلة الحيوية السنوية للسكان (t)، وC هو محتوى الكربون (العشري)
عرف تدفق الكربون السنوي (Fc, t C yr-1) كمصارف كربون طويلة الأمد مصحح (CS_{long_corr}):
(20)
تحويل Fc إلى ما يعادل CO₂ : (21)
حيث 1 طن C = 3.67 طن CO₂. تلخص العلاقات بين تخزين الكربون، ومعدل إزالة الكربون، ومقاييس مصارف الكربون، وتحويلات التدفق المستخدمة في هذا البروتوكول في الشكل 3.

6. نظام مراقبة الجودة

مراقبة الجودة في مرحلة أخذ العينات
1. توفير تدريب موحد لأفراد أخذ العينات لضمان عمليات موحدة لتحديد المربعات، وجمع العينات، وتسجيل المعلمات (راجع الجدول 1).
2. إجراء تقييم بعد التدريب. يتطلب خطأ تخطيط المربع أن يكون <5٪ وخطأ قياس الوزن الطازج <2٪. السماح للأفراد بالمشاركة في أخذ العينات الميدانية فقط بعد اجتيازهم التقييم.
3. معايرة الموازنات الإلكترونية باستخدام الأوزان القياسية (مثل 100 جرام أو 500 جم) قبل كل جلسة أخذ عينات. سجل نتائج المعايرة في جدول معايرة الأجهزة. أعد معايرة التوازن إذا تم تحريكه أثناء أخذ العينات.
4. قم بمعايرة محددات GPS في موقع بإحداثيات معروفة قبل أخذ العينات. تأكد من أن خطأ التموضع هو <5 متر. إذا تم أخذ القياسات في ظروف مظللة أو ذات إشارة ضعيفة، سجل الانحراف والإحداثيات الصحيحة أثناء معالجة البيانات¹³.
5. قم بمعايرة مقاييس حرارة المياه ومقاييس الملوحة يوميا باستخدام المحاليل القياسية. تأكد من أن خطأ معايرة درجة حرارة الماء هو <0.2 درجة مئوية وخطأ معايرة الملوحة <0.2.
6. قس درجة حرارة المياه وملوحة مياه البحر المحيطة في كل موقع أخذ عينات وقت الجمع وسجل القيم في قاعدة البيانات.
7. حدد ثلاثة أرباع مكررة لكل نقطة عينات. إذا تجاوز معامل تغير DW_لكل واحد عبر الثلاثة أرباع 10٪، أضف رباعيين آخرين للتكرار وكرر حتى يصبح معامل التباين <10٪.
8. احتفظ بجميع العينات المجمعة تحت ظروف مبردة (5-10 درجات مئوية) حتى اكتمال المعالجة المخبرية لتمكين تحديد تكراري إضافي عند الحاجة.
9. حدد ثلاث محددات متوازية للوزن الطازج، والوزن الجاف، ومحتوى الكربون لكل عينة رباعية. يطلب أن يكون الانحراف المعياري النسبي <5٪ وتكرار التحديد إذا لم يتحقق المعيار.
مراقبة الجودة في مرحلة التحليل التجريبي
1. إجراء معالجة وتحليل العينات في بيئة مختبرية نظيفة لتقليل التلوث من الغبار والكواشف العضوية.
2. امسح ويعقم الأسطح التجريبية يوميا باستخدام الكحول، وتجفيف/تعقيم المعدات القابلة لإعادة الاستخدام مسبقا¹⁴.
3. تحقق من ضغط غاز الحامل في محلل العناصر قبل كل استخدام وتأكد من أنه يتجاوز 0.5 ميغاباسكال. ابدأ القياس فقط عندما يكون تقلب درجة حرارة فرن الاحتراق <5 درجة مئوية.
4. نظف أنبوب الاحتراق بعد إكمال كل دفعة من القياسات وبعد أن يبرد الفرن إلى درجة حرارة تشغيل آمنة لتقليل التلوث عبر العينات¹⁵.
5. لا يوجد أي أرصدة إلكترونية قبل الاستخدام. قس الوزن الطازج والوزن الجاف ثلاث مرات. يتطلب أن يكون الانحراف المعياري النسبي ≤2٪ للوزن الطازج و≤5٪ للوزن الجاف. حدد محتوى الكربون ثلاث مرات على الأقل لكل عينة وطبق معيار القبول المحدد في القسم 3 (تحديد محتوى الكربون).
6. إجراء حضانات إنتاجية أولية على الأقل بكميات مكررة لكل موقع وتكرار الحضانات عند تجاوز حدود خطأ القياس.
مراجعة البيانات
1. تعيين مراجعين اثنين لتدقيق البيانات التجريبية. اطلب من المراجع الأول التحقق من اكتمال السجلات الأصلية (أخذ عينات من البيانات الوصفية، معلمات الأجهزة، ونتائج القياس).
2. اطلب من المراجع الثاني التحقق من دقة الحساب (مثل R_df، DWper، CR، والتحويلات اللاحقة).
3. سجل المشكلات التي تم تحديدها أثناء التدقيق وتنفيذ إعادة القياس أو إعادة الحساب عند الحاجة.
4. سجل سجلات معايرة الأجهزة، والانحراف المعياري النسبي للتحديدات المتوازية، وملاحظات التعامل غير الطبيعية مع البيانات كدليل على مراقبة الجودة، وربط سجلات مراقبة الجودة هذه بكل دفعة عينات في قاعدة البيانات¹⁶.

7. إدارة البيانات

أنشئ قالب قاعدة بيانات موحد قبل العمل الميداني واستخدم نفس القالب عبر المواقع والفرق.
سجل معلومات أخذ العينات، بما في ذلك اسم منطقة الدراسة، رقم البلوك، إحداثيات GPS لنقاط العينة، تاريخ العينة، أفراد العينة، وظروف الطقس.
سجل معايير بيئية، بما في ذلك درجة حرارة الماء، الملوحة، عمق الماء، مدة الضوء (_{ضوء T)،} وتركيز الأكسجين المذاب عند توفره.
بيانات الكتلة الحيوية المسجلة، بما في ذلك مساحة الربع (A)، الوزن الطازج في الربع (FW_tot)، الوزن الجاف الرباعي (DW_tot)، نسبة الجاف إلى الطازج (R_df)، الكتلة الحيوية لكل وحدة مساحة (DW_لكل واحد)، منطقة توزيع السكان (S)، وإجمالي الكتلة الحيوية للسكان (B).
قياسات الكربون الأزرق، بما في ذلك محتوى الكربون (C)، معدل إزالة الكربون (CR)، مصارف الكربون قصيرة الأجل (CS_short)، مصارف الكربون طويلة الأجل المصححة (_{CS long_corr})، تخزين الكربون (_تخزين C)، وتدفق الكربون (Fc).
سجلات بيانات مراقبة الجودة، بما في ذلك سجلات معايرة الأجهزة، الانحراف المعياري النسبي للتحديدات المتوازية، وتعليمات معالجة البيانات غير الطبيعية¹⁶.
وثق تسميات مرحلة النمو بشكل منتظم (مثل فترة النمو النشطة مقابل غير النشطة) وسجل الشهر/السنة لكل حملة عينات.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الحالة 1: تقييم إمكانات إزالة الكربون لمجموعة الأعشاب البحرية الشمالية

منطقة الدراسة وفترات العينة: أجريت عينة ميدانية في منطقة تربية الأعشاب البحرية البحرية في تشينغداو، مقاطعة شاندونغ (عمق المياه: 5-8 أمتار). تم جمع القياسات خلال فترة نمو نشطة (مايو 2022) وفترة نمو غير نشطة (نوفمبر 2022).

تخطيط العينات: داخل منطقة الاستزراع المائي، تم نشر مربعات (...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

القوة الأساسية لهذا البروتوكول تكمن في أنه يعالج مباشرة التنوع المنهجي في التقييمات الحالية لإمكانات إزالة الكربون من الطحالب الكبرى. في الواقع، يمكن أن تؤدي الاختلافات في مواصفات المربعات، وطرق القياس، ونماذج الحساب إلى تقديرات مصارف الكربون التي تتغير بمقدار اثنين إلى ثلاثة حتى^{داخل نفس النظام} الساحلي. من خلال توحيد تسلسل العمليات وتعريفات المعلمات ومنطق الحساب، يحسن البروتوكول قابلية المقارنة بين المواقع ويحد من خطر أن تكون الفروقات المبلغ عنها مدفوعة بطرق غير م...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

المؤلفون لا يفرضون أي تضارب مصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وقد دعم هذا العمل أبحاث تكنولوجيا الابتكار الصناعي لتربية المواشي البحرية الحديثة في قوانغدونغ (2024-MRI-001)، ومشروع العلوم والتكنولوجيا في مدينة شانتو، مقاطعة قوانغدونغ (STKJ2025010، STKJ2025037)، ومؤسسة مختبر العلوم الحيوية البحرية الرئيسي لمقاطعة قوانغدونغ (GPKLMB201901). نشكر مركز تشوهاي البحري وجامعة شانتو على توفير مرافق البحث. شكر خاص لفرق الميدان من تشينغداو وشيامن على جمع البيانات، والمحللين المختبريين لقياس محتوى الكربون. كما نشكر المساهمين في بيانات الاستشعار عن بعد والدعم الفني لنظم المعلومات الجغرافية.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
Name	Company	Catalog Number	Comments
التوازن الإلكتروني	ميتلر توليدو	ML204T	لوزن العينات
محلل العناصر	ثيرمو فيشر	فلاش سمارت	لتحليل محتوى الكربون
الفرن	ميمرت	UN55	لتجفيف العينات
جهاز GPS	جارمين	GPSMAP 65s	لمواقع التسجيل
مقياس الأكسجين المذاب	YSI	ProODO	لقياس مستويات DO

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ni, Z. J., Zhang, Y. S., Chu, H. Y., Li, B., Zhang, M. L., Sun, Y. Q., Hu, S. X. Synergetic effect of light and nutrients on the release of dissolved organic carbon from juveniles of Saccharina japonica. Acta Hydrobiol. Sin. 46 (12), 1909-1915 (2022).
Stauber, J. L., Adams, M. S., Batley, G. E., Golding, L. A., Hargreaves, I., Peeters, L., Reichelt-Brushett, A. J., Simpson, S. L. A generic environmental risk assessment framework for deep-sea tailings placement. Sci. Total Environ. 845, 157311(2022).
Xiang, C., Zhong, Y., Li, G., Song, X., Huang, Y. Planktonic carbon metabolism of an underwater coral atoll in the oligotrophic sea: a case study of Zhongsha Atoll, Central South China. Front. Mar. Sci. 10, 100123(2023).
Xu, H., Pang, T., Zhang, L., Liu, J. Photosynthetic performance of the red algae Gracilariopsis lemaneiformis under high seawater pH: Excess reactive oxygen production due to carbon limitation. Photochem. Photobiol. 101 (2), 254-262 (2025).
Zhang, D., Sun, J. Z., Fu, M. H., Li, C. J. Photosynthetic performance and antioxidant activity of Gracilariopsis lemaneiformis under phosphorus deficiency at elevated temperatures. Front. Mar. Sci. 11, 999999(2024).
Zhang, Z., et al. Assessment and spatial pattern of carbon sequestration potential of mariculture in Sansha Bay. Ocean Coast. Manag. 220, 106001(2024).
Liu, B., Wang, L., Wang, R., Zhou, Z., Peng, C. Effects of desiccation-rewetting cycles on the carbon sequestration capacity of Ulva pertusa. J. Ocean Univ. China. 24 (1), 45-55 (2025).
Liu, Z., Liang, G., Wang, H., Zhang, Y., Li, J. Carbon sink and environmental benefit analysis of seaweed cultivation in China. Chin. J. Eco-Agric. 32 (4), 789-798 (2024).
Xie, Y., Su, J., Shao, K., Fan, J. Research progress of carbon sink measurement and assessment methods for marine fisheries. Hebei Fish. 45 (3), 23-31 (2023).
Xu, T. Toxic effects of copper pollution on three macroalgae under ocean acidification. [PhD thesis]. , Jiangsu Ocean University. (2022).
Wu, S. Research on model and application of coastal ecosystem service value evaluation. [Master's thesis]. , Dalian Ocean University. (2022).
Hu, T., Su, J., Shao, K., Fan, J. Research progress on carbon sequestration processes, mechanisms, and sequestration modes of shellfish and algae culture. Fish. Sci. Technol. Inf. 51 (6), 102-110 (2024).
Song, S., et al. Research on the collaborative development path of marine carbon sinks and marine energy. J. Mar. Inf. Technol. Appl. 19 (2), 12-21 (2023).
Liu, H., Liu, H., Wang, Q., Xi, F., Yin, Y. Accounting of marine ecosystem gross ecosystem product (GEP): A case study of Fuzhou City. Ecol. Econ. 242, 107406(2024).
Xie, Y., Su, J., Shao, K., Hu, T., Ming, H., et al. Long-term response of microbial communities to the degradation of DOC released from Undaria pinnatifida. Mar. Environ. Res. 192, 105852(2024).
Luo, H. Photosynthetic physiology of Enhalus acoroides. and carbon sequestration rate and storage of its seagrass bed. [Master's thesis]. , Hainan Tropical Ocean University. (2024).
Tian, K., et al. Community structure of macroalgae and estimation of biological carbon sequestration in mussel farming areas of Gouqi Island J. Zhejiang Ocean Univ. 44 (1), 33-41 (2024).
Tao, X. Photosynthetic carbon sequestration capacity of macroalgae and their physiological responses to coupled acidification and temperature. [Master's thesis]. , Shanghai Ocean University. (2024).
Min, Z., Wang, K., Wang, H., Fu, W., Wu, B. Advances in carbon sequestration technology using marine microalgae. Mar. Biol. Res. 20 (4), 456-470 (2024).
Ying, M., Quan, W., Wang, T., Zhang, P., Kang, H. Research and application of carbon sequestration enhancement technology for large phytoplankton in Zhejiang's shallow seas. [Master's thesis]. , Wenzhou Vocational College of Science and Technology. (2022).
Wernberg, T., Filbee-Dexter, K., de Bettignies, T., Leclerc, J. C., Davoult, D., et al. Smaller plants in warmer water could have implications for future kelp forests. Sci. Rep. 15, 9300(2025).
Pedersen, M. F., Filbee-Dexter, K., Frisk, N. L., Sárossy, Z., Wernberg, T. Carbon sequestration potential increased by incomplete anaerobic decomposition of kelp detritus. Mar. Ecol. Prog. Ser. 663, 143-156 (2021).
Smale, D. A., King, N., Pessarrodona, A., Burrows, M. T., Moore, P. J. Intra- and inter-decadal scale variability in kelp population structure reveals both stability and decline in a critical foundation species. Divers. Distrib. 31 (4), 554-567 (2025).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

التقييم الكمي لإمكانات إزالة الكربون من الطحالب الكبرى: بروتوكول موحد لتقدير الكتلة الحيوية وحساب إزالة الكربون

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

Results

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Tags

Related Articles