大型藻类碳移除潜力的定量评估：一种用于生物量估算与碳移除计算的标准协议

摘要

本研究提出了一种标准化且可重复的实验方案，用于估算大型藻类生物量并计算其碳移除潜力。该工作流程统一了采样、计算和报告方法，以提高不同研究之间的可比性，并在中国北方和南方具有代表性的巨藻和马尾藻群落中进行了示范应用。

摘要

大型藻类是蓝碳系统的重要组成部分。然而，由于野外采样设计、生物量估算模型和碳计量工作流程存在显著差异，不同研究之间对其碳移除潜力的比较仍然困难。本研究提出了一种标准化且可重复的协议，用于估算大型藻类生物量并量化碳移除，将大型藻类的生物学特性、海洋生态调查方法和碳循环计量原则整合到一个统一的工作流程中。该协议规定了统一的采样参数、协调一致的计算步骤以及标准化的数据记录与报告方式，以提高跨研究的可比性，并促进区域尺度的综合分析。我们通过中国北方近海巨藻群落和中国南方海湾马尾藻群落的代表性案例研究，验证了该协议的适用性，这两个案例代表了不同的分类群和典型的浅海沿岸生境。采用此工作流程后，团队内部相对变异性保持在10%以下，团队间相对误差低于15%，符合既定的变异性阈值。总体而言，该协议提供了一个操作透明的框架，可在不同地点和研究团队之间生成可比的大型藻类蓝碳数据集，支持资源调查和碳移除评估。

引言

蓝碳是指在海洋生态系统中捕获并储存的碳。其特点是长期储存和高固碳效率，使其成为全球碳循环的重要组成部分，也是减缓气候变化的关键自然机制¹。在蓝碳系统中，大型藻类广泛分布于海岸带、潮间带和浅海区域，通过光合作用将大气中的CO₂固定为有机碳。这部分有机碳中的一部分可被输送到更深或离岸水域，可能有助于长期碳储存，而另一部分则保留在现存生物量中²。

然而，目前对大型藻类固碳潜力的评估仍受限于方法学标准化程度不足³。这一局限性主要体现在三个方面。第一，不同研究之间的生物量估算方法存在显著差异。例如，样方大小和采样强度范围广泛（如0.25 m²至4 m²），在某些情况下未设置重复，导致基于面积的生物量估算值波动较大。第二，蓝碳（或碳移除）计算流程及参数选择常不一致，即使在相似的生态条件下，也会产生差异显著的核算结果。第三，数据记录与报告缺乏统一规范，降低了研究成果之间的可比性，限制了区域尺度上的综合分析⁴。

大型藻类的碳移除途径与红树林和海草等有根海岸植物不同，因此需要采用标准化的方法。大型藻类的碳移除主要不依赖于在生长地点的沉积物埋藏，而是更紧密地关联于生物量的快速积累以及有机物质向远海的输出。这一机制，结合其高生产力和....

方案

使用本方案可在不同地点和研究团队之间生成可比较的大型藻类生物量和碳移除量估算结果。完整工作流程的概览见图1。

1. 实验方案设计基础

1. 设计原则
   1. 将采样和生物量估算与大型藻类的生物学特性及当地生态背景（如生长形态、群落结构以及营养盐/季节动态）相匹配，以确保测量结果能够反映自然变异性。
   2. 选择与目标大型藻类在当地旺盛生长期相一致的采样时段，避免在休眠期或衰退期进行采样。
   3. 采用经过验证的元素分析方法测定碳含量。记录样品制备、分析参数设置和校准程序，并在整个样品系列中一致地应用相同方法⁷。
   4. 使用预定义的计算框架估算碳去除速率。在适用情况下，利用本地适宜的环境输入参数（如光照时长和水温）及生理数据来源对光合作用相关参数进行赋值。
   5. 将每一步骤编写为明确可操作的指令，并规定野外和实验室测量的可接受标准（质量控制阈值），以确保在不同地区和团队之间具有可重复性⁸。
   6. 使用常见的实验室和野外设备（如天平、干燥箱、元素分析仪、卷尺），并报告关键的技术参数（如天平分辨率、干燥温度）。
   7. 在不省略质量控制要求的前提下简化操作流程，优先保留对生....

结果

案例 1：中国北方近海巨藻种群碳移除潜力的评估

研究区域与采样时间：野外采样在山东省青岛市的近海海带养殖区进行（水深：5–8 m）。测量数据分别在海带旺盛生长期（2022年5月）和非旺盛生长期（2022年11月）采集。

取样布局：在水产养殖区域内，沿养殖带布设样方（1 m × 1 m），以捕捉海带种群的空间异质性。在养殖区中分布多个重复样方，以确保测量的独立性及对种群的代表性覆盖。取样区域的地理范围如图 4所示。

生物量指标：在旺盛生长期，单位面积干重为 850 ± 42 g m^-2；在非旺盛期，为 320 ± 28 g m^-2。植株高度和盖度表现出相同的季节性变化模式，旺盛期的数值高于非旺盛期（表 3）。

讨论

本方案的核心优势在于直接解决了现有大型藻类碳移除潜力评估中存在方法学差异的问题。在实际操作中，样方规格、测量方法和计算模型的差异可能导致即使在同一沿海系统内，碳汇估算结果也会相差两到三倍¹⁷。通过标准化操作流程、参数定义和计算逻辑，该方案提高了不同研究地点之间的可比性，并降低了报告差异由方法不一致而非真实生态变异所导致的风险。通常开展此类评估的代表性沿海生境类型如图5所示。

应用该方案时，必须明确结合物种特征和生长动态。大型藻类在生活史和物候特征上存在显著差异，采样设计应反映这些差异，以避免系统性偏差。对于海带等一年生类群，区分旺盛生长期与非旺盛生长期尤为重要，因为在衰老或分解阶段进行采样可能会低估现存量生物量，并导致后续碳核算结果出现偏差¹⁸。环境变异性也应被视为一种可控的不确定性来源，而非背景噪声。例如，在河口环境中，异常低的盐度（如<25）可能影响碳含量估算结果。在此类条件下，将重复测定次数从3次增加至5次，可提高测量精度并减少测量误差

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
电子天平	METTLER TOLEDO	ML204T	用于样品称量
元素分析仪	Thermo Fisher	FlashSmart	用于碳含量分析
烘箱	Memmert	UN55	用于样品干燥
GPS 设备	Garmin	GPSMAP 65s	用于记录位置信息
溶解氧测定仪	YSI	ProODO	用于测量溶解氧水平