Quantitative Bewertung des Kohlenstoffentfernungspotenzials von Makroalgen: Ein standardisiertes Protokoll zur Biomasseschätzung und Berechnung der Kohlenstoffentfernung

Summary

Diese Studie präsentiert ein standardisiertes, reproduzierbares Protokoll zur Schätzung der makroalgalen Biomasse und zur Berechnung ihres Potenzials zur Kohlenstoffentfernung. Der Arbeitsablauf harmonisiert Probenahme, Berechnung und Berichterstattung, um die Vergleichbarkeit von Kreuzstudien zu verbessern, und wird in repräsentativen Kelp- und Sargassum-Gemeinschaften in Nord- und Südchina demonstriert.

Abstract

Makroalgen sind ein wichtiger Bestandteil von blauen Kohlenstoffsystemen. Ihr Potenzial zur Kohlenstoffentfernung bleibt jedoch schwer in verschiedenen Studien zu vergleichen, da Feldprobenentwurfsdesigns, Biomasse-Schätzungsmodelle und Buchhaltungsabläufe erheblich variieren. Diese Studie stellt ein standardisiertes und reproduzierbares Protokoll zur Schätzung der makroalgalen Biomasse und zur Quantifizierung der Kohlenstoffentfernung vor, indem makroalgale biologische Merkmale, marine ökologische Erhebungsmethoden und Prinzipien der Kohlenstoffzyklusabrechnung in einen einheitlichen Arbeitsablauf integriert werden. Das Protokoll spezifiziert konsistente Stichprobenparameter, harmonisierte Berechnungsschritte sowie standardisierte Datenerfassung und -berichterstattung, um die Vergleichbarkeit von Querstudien zu verbessern und regionale Synthese zu erleichtern. Wir demonstrieren die Anwendbarkeit des Protokolls anhand repräsentativer Fallstudien aus einer offshore-Kelp-Gemeinschaft im Norden Chinas und einer Bay Sargassum-Gemeinschaft im Süden Chinas, die kontrastierende Taxa und typische flache Küstenlebensräume repräsentieren. Mit diesem Workflow blieb die interne Variabilität innerhalb des Teams unter 10 %, der Teamübergreifende relative Fehler unter 15 %, was mit festgelegten Variabilitätsschwellenwerten übereinstimmt. Insgesamt bietet das Protokoll einen operativ transparenten Rahmen zur Erstellung vergleichbarer makroalgaler Blaukohlenstoffdatensätze über Standorte und Forschungsteams hinweg und unterstützt Ressourcenerhebungen und Bewertungen zur Kohlenstoffentfernung.

Introduction

Blauer Kohlenstoff bezeichnet Kohlenstoff, der in marinen Ökosystemen aufgenommen und gespeichert wird. Sie zeichnet sich durch langfristige Speicherung und hohe Speichereffizienz aus, was sie zu einem wichtigen Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs und zu einem entscheidenden natürlichen Mechanismus zur Minderung des Klimawandels^macht. Innerhalb von blauen Kohlenstoffsystemen sind Makroalgen weit verbreitet über Küsten-, Gezeiten- und Subtidalzonen verteilt und binden atmosphärisches_CO2 durch Photosynthese in organischen Kohlenstoff ein. Ein Teil dieser Produktion kann in tiefere oder vorgelagerte Gewässer exportiert werden, wo er zur langfristigen Kohlenstoffspeicherung beitragen kann, während ein anderer Teil in stehender Biomasse² verbleibt.

Allerdings sind die aktuellen Bewertungen des Potenzials zur Kohlenstoffentfernung von Makroalgalen weiterhin durch begrenzte methodologische Standardisierung^{eingeschränkt 3}. Diese Einschränkung spiegelt sich hauptsächlich in drei Aspekten wider. Erstens unterscheiden sich die Methoden der Biomasseschätzung erheblich zwischen den Studien. Zum Beispiel variieren die Größe des Quadrats und der Probenahmeaufwand weit (z. B. 0,25 m² bis 4 m²), und in einigen Fällen wird die Replikation nicht umgesetzt, was zu großen Schwankungen der flächenbasierten Biomasseschätzungen führt. Zweitens sind der Workflow der Berechnung von blauem Kohlenstoff (oder Kohlenstoffentfernung) und die Parameterauswahl oft inkonsistent, was zu divergenten Buchhaltungsergebnissen selbst unter ähnlichen ökologischen Bedingungen führt. Drittens gibt es kein einheitliches Protokoll für Datenerfassung und -berichterstattung, was die Vergleichbarkeit zwischen Forschungsergebnissen verringert und regionale^Synthese einschränkt.

Für Makroalgen ist ein standardisierter Ansatz notwendig, da ihr Weg zur Kohlenstoffentfernung sich von dem wurzelnder Küstenpflanzen wie Mangroven und Seegräser unterscheidet. Anstatt sich hauptsächlich auf die Sedimentbestattung am Anbauort zu verlassen, ist die Entfernung von makroalgalem Kohlenstoff enger mit der schnellen Biomassakkumulation und dem Export organischer Substanz ins Ausland verbunden. Dieser Mechanismus, zusammen mit hoher Produktivität und schneller Fluktuation, macht methodische Konsistenz besonders wichtig beim Vergleich von Standorten und Arten zwischen Regionen⁵.

Um diese Lücke zu schließen, entwickeln wir ein vollständiges standardisiertes Protokoll, das makroalgale biologische Merkmale, marine ökologische Erhebungsmethoden und Kohlenstoffzyklus-Buchführung in einen einheitlichen Arbeitsablauf integriert. Das Protokoll ist in fünf Module gegliedert: (1) Designprinzipien und Anwendungsbereich, (2) standardisierte Biomasseschätzung, (3) standardisierte Berechnung des blauen Kohlenstoffs, (4) Qualitätskontrolle und Datenmanagement sowie (5) Protokollverifikation. Wir validieren die Anwendbarkeit anhand repräsentativer Fallstudien aus einer nördlichen offshore-Kelp-Gemeinschaft und einer südlichen Bay-Sargassum-Gemeinschaft und veranschaulichen die Nutzung über Arten hinweg, Lebensgeschichten und flache Küstenlebensräume⁶.

In dieser Studie wird die Aufnahme von makroalgalen Kohlenstoffen als Kohlenstoffentfernung und nicht als langfristige Kohlenstoffbindung bezeichnet. Da Makroalgen in der Regel auf harten Substraten ohne direkte Sedimentbestattung am Standort wachsen, erfüllen sie nicht grundsätzlich ein Lagerkriterium von >100 Jahren. Nur ein Bruchteil des aus Makroalgen gewonnenen Kohlenstoffs kann durch Export und anschließende Vergrabung von Detritus auf hundertjährigem Maßstab eingeschlossen werden.

Protocol

Nutzen Sie dieses Protokoll, um vergleichbare Schätzungen der makroalgalen Biomasse und der Kohlenstoffentfernung zwischen Standorten und Forschungsteams zu erstellen. Ein Überblick über den vollständigen Arbeitsablauf ist in Abbildung 1 dargestellt.

1. Grundlagen des Protokolldesigns

1. Konstruktionsprinzipien
   1. Richten Sie Probenahmen und Biomasseschätzung an makroalgale biologische Eigenschaften und den lokalen ökologischen Kontext (z. B. Wachstumsform, Gemeinschaftsstruktur und Nährstoff-/Jahreszeitendynamik) aus, um sicherzustellen, dass die Messungen die natürliche Variabilität widerspiegeln.
   2. Wählen Sie das Probenahmefenster so, dass es zum lokalen kräftigen Wachstumszeitraum der Zielmakroalgen passt, und vermeiden Sie Probenahmen während Ruhephasen oder Zerfallsphasen.
   3. Bestimmen Sie den Kohlenstoffgehalt mit validierten Elementaranalysemethoden. Dokumentieren Sie die Probenvorbereitung, analytische Einstellungen und Kalibrierungsverfahren und wenden Sie dieselbe Methode konsequent bei allen Proben^{an 7}.
   4. Schätzen Sie die Kohlenstoffentfernungsrate mit einem vordefinierten Berechnungsrahmen. Parametrisiere photosynthesebezogene Begriffe anhand lokal geeigneter Umwelteinflüsse (z. B. Lichtdauer und Wassertemperatur) und physiologischen Datenquellen, wenn anwendbar.
   5. Schreiben Sie jeden Schritt als eindeutige operative Anweisung und legen Sie Akzeptanzkriterien (QC-Schwellenwerte) für Feld- und Labormessungen fest, um die Reproduzierbarkeit über Regionen und Teams hinweg sicherzustellen⁸.
   6. Verwenden Sie häufig verfügbare Labor- und Außengeräte (z. B. Waage, Trocknungsofen, Elementaranalysator, Maßband) und berichten Sie wichtige Spezifikationen (z. B. Waageauflösung, Trocknungstemperatur).
   7. Verfahren straffen, ohne QC-Anforderungen zu entfernen, und Schritte, die Biomasse, Kohlenstoffgehalt und Berechnungsergebnisse wesentlich beeinflussen, priorisieren.
2. Anwendungsbereich
   1. Wenden Sie dieses Protokoll auf angeheftete und schwimmende Makroalgen an (z. B. Seetang und Sargassum).
   2. Wenden Sie dieses Protokoll nicht auf Mikroalgen oder planktonische Algen an.
   3. Begrenze die Anwendung auf flache Küstengewässer (z. B. küstennahe Offshore-Gebiete, Buchten und Gezeitenzonen), wo die Probenahme betrieblich möglich ist. Setzen Sie eine Zieltiefengrenze von <20 m für routinemäßige Probenahmeoperationen.
   4. Wenden Sie dieses Protokoll nicht auf Tiefsee-Makroalgalgemeinschaften an, bei denen die Probenahmebedingungen und Ausrüstungsanforderungen die konventionelle Vermessungskapazität^{übersteigen 9}.

2. Standardisierter Prozess der Biomasseschätzung

1. Vorbereitende Vorbereitung
   1. Bestimmen Sie die Probenahmeperioden anhand lokaler Umweltbedingungen und artspezifischer Phänologie und nicht nach Kalendermonaten.
   2. Definieren Sie die "kräftige Wachstumsphase" als die Zeit maximaler Biomassakkumulation und Photosynthetische Aktivität, basierend auf lokalen Beobachtungen oder regionalen Belegen.
   3. Wählen Sie die Probenahmezeit anhand ortsspezifischer Phänologieinformationen in Systemen mit niedrigen und hohen Breitengraden. Dokumentieren Sie die Grundlage für die Zeitplanung (z. B. lokale Überwachungsaufzeichnungen oder regionale Studien)¹⁰.
2. Quadrat-Einstellung und Abtastung
   1. Platzieren Sie den Quadrat-Rahmen stabil auf dem Substrat an jedem Probenahmepunkt (Abbildung 2). Stellen Sie sicher, dass der Höhenunterschied innerhalb des Rahmens <5 cm beträgt (überprüfen Sie mit einem Lineal oder einer festen Referenz).
   2. Wählen Sie Probenstellen aus, um die räumliche Heterogenität der makroalgalen Gemeinschaft innerhalb des Untersuchungsgebiets darzustellen. Für Gezeitenzonen werden Quadraten innerhalb einer Stunde nach Ebbe platziert, um Austrocknung und luftbedingte Auswirkungen auf Biomasse- und Kohlenstoffmessungen zu minimieren.
   3. Richten Sie je nach Lebensraumausdehnung und Heterogenität mindestens 3–5 Standorte (oder Blöcke) pro Untersuchungsgebiet ein. An jedem Standort werden 3 replizierte Quadraten gesucht (Mindestanzahl: 9–15 Quadraten pro Untersuchungsfläche).
   4. Quadrat-Fläche wird nach Artenmorphologie und Wachstumsform festgelegt (z. B. 1 m² für kelp-dominierte Gemeinschaften; 2 m² für schwimmende oder dünn verteilte Makroalgen)¹¹.
   5. Führen Sie eine erste Variabilitätsprüfung mit den ersten drei Quadraten an jedem Standort durch. Wenn der Variationskoeffizient (CV) der trockenen Biomasse pro Flächeneinheit 10 % übersteigt, fügen Sie Quadraten hinzu, bis der CV auf ≤10 % fällt. Wichtige standardisierte Stichprobenparameter und Akzeptanzschwellenwerte sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
   6. Lege die gesammelten Proben direkt nach der Ernte auf Eis. Halten Sie die Transporttemperatur bei 5–10 °C, um den thermischen Abbau zu reduzieren.
   7. Proben werden innerhalb von 24 Stunden nach der Entnahme ins Labor geliefert. Wenn der Transport 24 Stunden überschreitet, werden Proben im Meerwasser so aufbewahrt, dass der Salzgehalt des Ortes entspricht, und den Probenzustand regelmäßig überwacht.
3. Messung von Biomasseparametern
   1. Frischgewichtsmessung
      1. Nehmen Sie Proben aus den Beuteln und spülen Sie vorsichtig 2-3 Mal mit deionisiertem Wasser, um festgesetzte Sedimente und Salze zu entfernen. Begrenze die gesamte Spülzeit auf ≤30 Sekunden, um den Gewebewasserverlust zu reduzieren. Sammeln Sie regelmäßig Biomasse von jedem Vierrad (einschließlich Festungen, Stipes, Klingen, sofern das Studiendesign nichts anderes vorschreibt).
      2. Feuchtigkeit an der Oberfläche mit saugfähigem Papier abtupfen. Setzen Sie das Papier 2-3 Mal aus, bis kein sichtbares Wasser mehr auf der Probenoberfläche übrig ist.
      3. Geben Sie die Probe in einen vorgewogenen Behälter (z. B. Becher oder Petrischale). Wiegen Sie mit einer elektronischen Waage mit einer Präzision von ≥0,01 g. Erfassen Sie die Bruttomasse nach der Stabilisierung und berechnen Sie das Netto-Frischgewicht (g) durch Abzug der Containermasse.
      4. Wiegen Sie jede Probe dreimal hintereinander. Verwenden Sie den Durchschnitt als endgültiges frisches Gewicht. Wenn sich zwei Messwerte um >2 % unterscheiden, überprüfen Sie den Probenzustand (z. B. tropfendes Wasser oder instabile Platzierung) und wiederholen Sie das Gewicht, bis das Kriterium erfüllt ist.
   2. Trockengewichtsmessung
      1. Nach der Frischgewichtsmessung werden zufällig drei repräsentative Unterstichproben aus jeder Quadrat-Probe ausgewählt. Stellen Sie sicher, dass jede Teilprobe >10 g wiegt. Trockene Unterproben bei 60 °C. Nach jedem Trocknungsintervall werden die Unterproben auf Zimmertemperatur in einem Austrocknungsbehälter abgekühlt, bevor sie wiegen werden.
      2. Lagern Sie das verbleibende Material für die Analyse des Kohlenstoffgehalts. Wenn die Analyse innerhalb von 24 Stunden erfolgt, kühlen Sie die Proben bei 4–10 °C in versiegelten, beschrifteten Behältern und bewahren Sie die Proben im Dunkeln auf. Für längere Lagerung bei −20 °C einfrieren.
      3. Trockne weiter, bis konstantes Gewicht erreicht ist. Definieren Sie konstantes Gewicht als einen Unterschied von ≤0,05 g zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen. Erfassen Sie das Trockengewicht der Teilprobe (g).
      4. Berechnen Sie das Trocken-zu-Frisch-Verhältnis (R_df) als (Trockengewicht) / (Frischgewicht) für jede Teilprobe. Wenn der CV von R_df ≤5 % beträgt, verwenden Sie das mittlere R_df, um das gesamte Frischgewicht in das gesamte Trockengewicht für diesen Quadraten umzurechnen. Wenn die CV 5 % überschreitet, erhöhen Sie die Teilstichprobe auf fünf und schätzen Sie R_df neu.
   3. Messung von Pflanzenhöhe und Abdeckung
      1. Wählen Sie zufällig 10 repräsentative Individuen (Sporophyten/Wedel) in jedem Quadraten aus. Messen Sie die Thallushöhe (cm) vom Befestigungspunkt zum obersten intakten lebenden Gewebe (ohne gebrochene/erodierte Spitzen). Erfassen Sie einzelne Höhen und berechnen Sie die mittlere Quadrat-Höhe (Havg).
      2. Für Clusteralgen wählen Sie 3–5 Cluster, messen Sie die mittlere Höhe pro Cluster und berechnen Sie den Gesamt-Havg.
      3. Messen Sie die Abdeckung mit der Gittermethode. Unterteilen Sie das Quadrat in 100 gleiche Gitter (10 cm × 10 cm).
      4. Zählen Sie die Anzahl der Gitter, in denen die Zielalgenbedeckung 50 % (N) übersteigt. Berechnen Sie die Abdeckung als C (%) = (N/100) × 100 und melden Sie sich auf eine Dezimalstelle²¹. Dabei ist N die Anzahl der Gitter von 100.
4. Biomasseberechnungsmodell
   1. Berechnung der Biomasse pro Flächeneinheit: Alle Gleichungen, Variablen und Berichtseinheiten, die im Biomasseberechnungsworkflow verwendet werden, sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
      1. Frischgewicht pro Flächeneinheit berechnen (FW_pro g/^{m 2}): (1)
      2. Trockengewicht pro Flächeneinheit berechnen (DW_pro g/^{m 2}): (2)
         Wobei A die Quadratfläche (m²) ist, FW_tot das gesamte Frischgewicht des Quadrats (g).
         HINWEIS: Wenn an einem Stichprobenpunkt mehrere Replikate existieren, berechnen Sie FW_per und DW_per für jede Replikat und geben den Mittelwert als Stichprobenpunkt an
   2. Schätzung der Populationsbiomasse
      1. Bestimmung der Populationsverteilungsfläche (S, m²). Wenn Fernerkundungsbilder verfügbar sind, kombinieren Sie Felduntersuchungen mit Fernerkundungsbildern, um Randkoordinaten zu erhalten, die Populationsgrenze in GIS-Software abzugrenzen und entsprechend^{S 12} zu berechnen. Wenn Fernerkundungsbilder nicht verfügbar sind, messen Sie Populationslänge und -breite mit einem Maßband. Schätzen Sie S mit der rechteckigen Flächenformel und teilen Sie unregelmäßige Flächen in mehrere Rechtecke für eine separate Berechnung auf, bevor Sie summieren, um die Gesamtzahl S zu erhalten.
      2. Berechnung der Gesamtbiomasse der Population (B, t): (3)
         Wo 10 6 Gramm in metrische Tonnen umwandelt. (t; 1 t = 10³ kg).
      3. Wenn sich die Biomasse zwischen Populationssubregionen unterscheidet (z. B. marginale vs. Kernflächen), berechnen Sie die DW_per für jede Partition einzeln, multiplizieren Sie mit der Fläche jeder Partition und addieren Sie die Ergebnisse zu B
   3. Dynamische Berechnung der Biomasse
      1. Wachstumsrate berechnen (r, Tag ¹): (4)
         Dabei ist DW_Ende das Trockengewicht pro Flächeneinheit am Ende des Zeitraums (g/m²), DW_Start das Trockengewicht pro Flächeneinheit zu Beginn der Periode (g/m²) und t die Wachstumszeit (Tage).
      2. Berechnen Sie die jährliche durchschnittliche Biomasse (DW_{avg_year}, g/^{m 2}) als Durchschnitt von DW_i aus allen Probenahmen innerhalb eines Jahres:
         (5)
         Dabei ist n die Anzahl der Proben pro Jahr (dimensionslos), was sich auf die Gesamtzahl der unabhängigen Stichprobenereignisse innerhalb eines Jahres bezieht (z. B. saisonale oder monatliche Erhebungen), i ein Index ist, der jede Stichprobenzeit innerhalb eines Jahres darstellt, die zur Berechnung der jährlichen durchschnittlichen Biomasse verwendet wird, und DW_i das Trockengewicht pro Flächeneinheit des i-ten Probenahmeereignisses (g/m²) ist.

3. Standardisierter Prozess der Berechnung des blauen Kohlenstoffs

1. Bestimmung des Kohlenstoffgehalts
   1. Geben Sie die getrockneten Proben, die bereits ein konstantes Gewicht erreicht haben (also das für die Analyse des Kohlenstoffgehalt reservierte Material), in einen Zerbrecher und mahlen Sie es 2–3 Minuten, um das Material zu homogenisieren. Verwenden Sie eine mechanische Mühle oder einen Mörser und Stößel, um gleichmäßige Partikel zu erhalten, die für die Kohlenstoffanalyse geeignet sind.
   2. Siebe das homogenisierte Material durch ein 100-Mesh-Sieb (Aperturgröße ≈150 μm). Sammeln Sie den Untersiebbruch auf und geben Sie ihn in vornummerierte, vorgetrocknete Phiolen um.
   3. Bewahren Sie die vorbehandelten Proben in einem Desiccator auf, um die Feuchtigkeitsaufnahme zu minimieren. Schließen Sie die Bestimmung des Kohlenstoffgehalts innerhalb von 7 Tagen ab.
   4. Prüfen Sie während der Lagerung auf Feuchtigkeitsaufnahme und wenden Sie bei Bedarf eine Trockenmassekorrektur an. Wäge einen Aliquot der vorbehandelten vorbehandelten Probe als m_davor, dann trockne den Aliquot erneut bei 60 °C auf konstantes Gewicht und wiege ihn als m_danach.
   5. Berechnen Sie die Feuchtigkeitsaufnahmerate (MR, %) als: (6)
      Bei der Meldung des Kohlenstoffgehalts werden Werte auf der tatsächlichen Trockenmassenbasis mit MR angegeben, wenn die Feuchtigkeitsaufnahme nicht vernachlässigbar ist.
2. Benchmark-Methode: Elementaranalyse
   1. Kalibrieren Sie den Elementaranalysator vor der Probenentnahme mit einem zertifizierten Referenzmaterial. Stellen Sie sicher, dass der Kalibrierungsfehler <0,5 % beträgt.
   2. Stellen Sie die Betriebsbedingungen ein: Verbrennungstemperatur von 950 °C, Reduktionstemperatur von 650 °C und eine Durchflussrate von Trägergasen von 200 mL/min.
   3. Wägen Sie 5–10 mg der vorbehandelten Probe in eine vorgewogene Zinnkapsel, falten und verdichten Sie die Kapsel, um ein Auslaufen während der Verbrennung zu verhindern.
   4. Laden Sie die Kapsel in den Elementanalysator und lassen Sie das Instrument Verbrennung, Reduktion, Trennung und Erkennung automatisch durchführen.
   5. Wiederhole die Bestimmung dreimal für jede Probe. Verwenden Sie den Durchschnittswert als endgültigen Kohlenstoffgehalt (C, %)
      (7)
      Dabei ist m_C die Masse des Kohlenstoffs in der Probe (mg), m_Probe die Gesamtmasse der analysierten Probe (mg).
   6. Wenn die relative Standardabweichung (RSD, %) der drei Messungen 1 % übersteigt, wird erneut gemessen, bis das Akzeptanzkriterium erfüllt ist. RSD berechnen als:
      (8)
      Dabei ist SD die Standardabweichung der drei C-Maße und C̄ ihr Mittelwert.
3. Alternative Methode: Verbrennung (Zündverlust)
   1. Verwenden Sie diese Methode nur, wenn kein Elementaranalysator verfügbar ist. Geben Sie diese Methode im Bericht klar an und wenden Sie das in 3.3.5 beschriebene Korrekturverfahren an.
   2. Legen Sie 5–10 g vorbehandelte, getrocknete Probe in einen Tiegel. Trocknen Sie bei 60 °C bis konstantes Gewicht, dann 4-6 Stunden in einem Schallschmelzofen bei 550 °C verbrennen. Kühle sie in einem Desiccator ab und wiege die Rückstände.
   3. Berechnen Sie C (%) als: (9)
      Dabei ist m₀ die trockene Masse der Probe vor dem Verbrennen (mg), m_Asche die Masse des Rückstandes nach dem Verbrennen (mg).
   4. Für jede Charge bestimmen Sie C für 3–5 repräsentative Stichproben mittels Elementaranalyse. Passen Sie eine Korrekturgleichung zwischen dem verbrennungsabgeleiteten C und der Elementaranalyse C an und wenden Sie die Korrekturgleichung auf alle verbrennungsabgeleiteten Ergebnisse derselben Charge an.

4. Berechnung der Kohlenstoffentfernungsrate

1. Kohlenstoffentfernungsrate basierend auf der Wachstumsrate
   1. Berechnung der Kohlenstoffentfernungsrate (CR, g C ^{m-2 d-1}): (10)
      Dabei ist ΔDW das Biomassewachstum pro Flächeneinheit (DW_Ende −DW_Start, g m⁻²). C ist der Kohlenstoffgehalt (in Dezimalform, z. B. 35,2 % = 0,352), t ist die Wachstumszeit (Tage).
      HINWEIS: Verwenden Sie dieselben Start- und Endzeitknoten, die für DW_Start und DW_End verwendet werden, um t zu definieren und die Stichprobendaten sowie die Intervalllänge zur Reproduzierbarkeit aufzuzeichnen.
2. Kohlenstoffentfernungsrate basierend auf der primären Produktivität (Hell-Dunkel-Flaschenmethode)
   1. Bereite gepaarte Brutflaschen (hell und dunkel) vor. Spülen Sie die Flaschen dreimal mit Meerwasser aus der Umgebung, füllen Sie sie dann mit Meerwasser, minimieren Sie den Kopfabstand und beschriften Sie die Flaschen im Voraus.
   2. Geben Sie repräsentatives makroalgales Material in jede Flasche. Verwenden Sie eine Biomassemenge, die Überfüllung verhindert und es den Algen ermöglicht, während der Inkubation eine natürliche Ausrichtung beizubehalten.
   3. Kalibrieren Sie das gelöste Sauerstoffmessgerät (DO) gemäß den Anweisungen des Herstellers und verwenden Sie luftgesättigtes Wasser als Referenz. Bestätigen Sie den Messfehler bei ≤0,1 mg L⁻¹.
   4. Man misst die anfängliche DO in der hellen und dunklen Flasche und zeichnet die Werte auf (DO₀, _weiß und DO₀, _schwarz, mg L⁻¹).
   5. Inkubieren Sie die Flaschen 24 Stunden unter nahezu natürlichen Temperatur- und Lichtbedingungen am Probenahmeort. Halten Sie die Flaschen während der Inkubation unberührt und vermeiden Sie Überhitzung durch direkte Sonneneinstrahlung oder Schattenartefakte.
   6. Messen Sie die letzte DO in der hellen Flasche und der dunklen Flasche (DO₁, _weiß und DO₁, _schwarz, mg L⁻¹).
   7. Berechnen Sie DO-Änderungen als: (11)
      (12)
   8. Berechnen Sie die Netto-Sauerstoffproduktion als: (13)
      Wobei V das Meerwasservolumen (L) ist.
   9. Sauerstoffproduktion in Kohlenstofffixierung umwandeln (_C-Fix, mg C): (14)
      Dabei ist O_netto die Netto-Sauerstoffproduktion (mg O₂), 0,375 der Koeffizient (1 mg O₂ entspricht 0,375 mg C festgelegt)
   10. Berechnen Sie die Kohlenstoffentfernungsrate basierend auf der Primärproduktivität (_{CR-Produktivität}, g C m⁻² d⁻¹) als:
       (15)
       wobei 1000 mg in g umwandelt, A die projizierte Stichprobenfläche (m²) und t die Inkubationszeit (Tage) ist.
       HINWEIS: Während der Inkubation sollten Algen in einem natürlichen Zustand bleiben und körperliche Störungen vermieden werden. Zeichnen Sie die Meerwassertemperatur und ungefähre Lichtverhältnisse während der Inkubation auf, um Konsistenz zu melden.
3. Integration und Korrektur der beiden Methoden
   1. Berechnen Sie den durchschnittlichen CR als: (16)
   2. Berechnen Sie den relativen Fehler (RE) als: (17)
      HINWEIS: Wenn RE 10 % <, nutze CRavg als endgültige CR. Wenn RE ≥10 %, überprüfen Sie Zeitknoten und betriebliche Konsistenz (z. B. Übereinstimmung der Wachstumsintervalldefinition, Inkubationszeit und Schätzung der Stichprobenfläche) und wiederholen Sie die Mess- oder Berechnungsschritte, die am meisten zur Diskrepanz beitragen.
   3. Berechnen Sie korrigierte CR (CR_corr, g C m⁻² d⁻¹) als: (18)
      Während_CR-Meas die gemessene Kohlenstoffentfernungsrate (g C m⁻² d⁻¹) ist, ist_T-Licht die gemessene Lichtdauer (h). T_{light_stand} ist die Standardlichtdauer (h).

5. Umwandlung von Kohlenstoffspeicherung und Kohlenstofffluss

1. Berechnung der Kohlenstoffspeicherung (_{C-Speicherung}, t C): (19)
   Dabei ist B_{avg_year} die jährliche durchschnittliche Populationsbiomasse (t) und C der Kohlenstoffgehalt (dezimal)
2. Definieren Sie den jährlichen Kohlenstofffluss (Fc, t C yr-1) als korrigierte langfristige Kohlenstoffsenke (CS_{long_corr}):
   (20)
3. Konvertiere Fc in CO-2-Äquivalent: (21)
   wobei 1 t C = 3,67 t CO₂ gilt. Die Zusammenhänge zwischen Kohlenstoffspeicherung, Kohlenstoffentfernungsrate, Kohlenstoffsenkenmetriken und Flussumrechnungen, die in diesem Protokoll verwendet werden, sind in Abbildung 3 zusammengefasst.

6. Qualitätskontrollsystem

1. Qualitätskontrolle in der Probenahmephase
   1. Bieten Sie einheitliche Schulungen für das Probenahmepersonal bereit, um standardisierte Abläufe für Quadrat-Setting, Probenentnahme und Parametererfassung sicherzustellen (siehe Tabelle 1).
   2. Führen Sie nach der Ausbildung eine Beurteilung durch. Erfordert den Quadrat-Layoutfehler von <5 % und den Freshweight-Messfehler von <2 %. Erlauben Sie dem Personal, erst nach Bestehen der Bewertung an der Feldprobenentnahme teilzunehmen.
   3. Kalibrieren Sie elektronische Waagen mit Standardgewichten (z. B. 100 g oder 500 g) vor jeder Probenahmesitzung. Zeichnen Sie die Kalibrierungsergebnisse in der Kalibrierungstabelle des Instruments fest. Kalibriere die Balance neu, wenn sie während der Probenahme bewegt wird.
   4. Kalibrieren Sie die GPS-Ortungssensoren an einem Ort mit bekannten Koordinaten vor der Probenahme. Stellen Sie sicher, dass der Positionsfehler <5 m beträgt. Wenn Messungen unter schattierten oder schlechten Signalbedingungen durchgeführt werden, notieren Sie die Abweichung und korrigieren die Koordinaten während der Datenverarbeitung¹³.
   5. Kalibrieren Sie täglich Wasserthermometer und Salzgehaltsmesser mit Standardlösungen. Stellen Sie sicher, dass der Wassertemperaturkalibrierungsfehler <0,2 °C und der Salzkalibrierungsfehler <0,2 beträgt.
   6. Messung der Wassertemperatur und des Salzgehalts im Umgebungsmeerwasser an jedem Probenahmestandort zum Zeitpunkt der Entnahme und erfassen Sie die Werte in der Datenbank.
   7. Setzen Sie für jeden Abtastpunkt drei replizierte Quadraten ein. Wenn der Variationskoeffizient von DW_pro über die drei Quadraten 10 % übersteigt, fügen Sie zwei weitere replizierte Quadraten hinzu und wiederholen Sie, bis der Variationskoeffizient <10 % beträgt.
   8. Alle gesammelten Proben werden unter gekühlten Bedingungen (5–10 °C) aufbewahrt, bis die Laborverarbeitung abgeschlossen ist, um bei Bedarf zusätzliche Replikationsbestimmung zu ermöglichen.
   9. Setzen Sie drei parallele Bestimmungen für Frischgewicht, Trockengewicht und Kohlenstoffgehalt für jede Quadrat-Probe ein. Die relative Standardabweichung beträgt <5 % und wiederhole die Entscheidung, falls das Kriterium nicht erfüllt ist.
2. Qualitätskontrolle in der experimentellen Analysephase
   1. Führen Sie die Vorbehandlung und Analyse der Proben in einer sauberen Laborumgebung durch, um eine Verunreinigung durch Staub und organische Reagenzien zu minimieren.
   2. Täglich experimentelle Oberflächen mit Alkohol abwischen und desinfizieren und wiederverwendbare Geräte im Voraus trocknen/sterilisieren¹⁴.
   3. Überprüfen Sie vor jeder Nutzung den Trägergasdruck des Elementaranalysators und stellen Sie sicher, dass er 0,5 MPa überschreitet. Messung wird erst begonnen, wenn die Temperaturschwankung des Verbrennungsofens <5 °C beträgt.
   4. Reinigen Sie das Verbrennungsrohr nach Abschluss jeder Messcharge und nachdem der Ofen auf eine sichere Betriebstemperatur abgekühlt ist, um Kreuzprobenkontamination zu minimieren¹⁵.
   5. Keine elektronischen Salden vor der Nutzung. Messen Sie frisches und trockenes Gewicht dreimal. Es ist eine relative Standardabweichung von ≤2 % für frisches Gewicht und ≤5 % für Trockengewicht erforderlich. Bestimmen Sie den Kohlenstoffgehalt mindestens dreimal pro Probe und wenden Sie das in Abschnitt 3 (Bestimmung des Kohlenstoffgehalts) festgelegten Akzeptanzkriterium an.
   6. Führen Sie primäre Produktivitätsinkubationen mindestens doppelt pro Standort durch und wiederholen Sie Inkubationen, wenn Messfehlerschwellenwerte überschritten werden.
3. Datenübersicht
   1. Weisen Sie zwei Prüfer zu, die experimentelle Daten prüfen. Verlangen Sie vom ersten Prüfer, die Vollständigkeit der Originaldaten (Stichprobenmetadaten, Instrumentparameter und Messergebnisse) zu überprüfen.
   2. Verlangen Sie vom zweiten Prüfer, die Berechnungsgenauigkeit zu überprüfen (z. B. R_df, DWper, CR und nachfolgende Umrechnungen).
   3. Erfassen Sie während der Prüfung festgestellte Probleme und führen gegebenenfalls eine Neubewertung oder Neuberechnung um.
   4. Protokolle der Instrumentenkalibrierung, relative Standardabweichung paralleler Bestimmungen und abnormale Datenverarbeitungsnotizen als QC-Beweis aufzeichnen und diese QC-Datensätze mit jeder Probenahme in der Datenbank verknüpfen¹⁶.

7. Datenmanagement

1. Stellen Sie vor der Feldarbeit eine standardisierte Datenbankvorlage ein und verwenden Sie dieselbe Vorlage an verschiedenen Standorten und in Teams.
2. Erfassen Sie Stichprobeninformationen, einschließlich Name des Studiengebietes, Blocknummer, GPS-Koordinaten der Stichprobenstellen, Stichprobendatum, Probennahmepersonal und Wetterbedingungen.
3. Erfassen Sie Umweltparameter, darunter Wassertemperatur, Salzgehalt, Wassertiefe, Lichtdauer (_T-Licht) und gelösten Sauerstoffgehalt, sofern verfügbar.
4. Registriere Biomassedaten, einschließlich Quadrat-Fläche (A), Quadrat-Frischgewicht (FW_tot), Quadrat-Trockengewicht (DW_tot), Trocken-Frisch-Verhältnis (R_df), Biomasse pro Flächeneinheit (DW_pro), Populationsverteilungsfläche (S) und Gesamtbiomasse (B).
5. Rekord blauer Kohlenstoffmetriken, darunter Kohlenstoffgehalt (C), Kohlenstoffentfernungsrate (CR), kurzfristige Kohlenstoffsenken (CS_kurz), korrigierte langfristige Kohlenstoffsenken (CS_{long_corr}), Kohlenstoffspeicherung (_C-Speicher) und Kohlenstofffluss (Fc).
6. Qualitätskontrolldaten der Datensätze, einschließlich Kalibrierungsaufzeichnungen von Instrumenten, relativer Standardabweichung paralleler Bestimmungen und abnormer Datenverarbeitungsbefehle¹⁶.
7. Dokumentieren Sie konsequent Wachstumsphasen-Labels (z. B. kräftige vs. nicht-vitale Wachstumsphase) und notieren Sie den Monat/das Jahr für jede Stichprobenkampagne.

Results

Fall 1: Bewertung des CO2-Entfernungspotenzials der nördlichen Offshore-Kelp-Population

Untersuchungsgebiet und Probenahmeperioden: Feldproben wurden im offshore Kelp-Aquakulturgebiet von Qingdao, Provinz Shandong (Wassertiefe: 5–8 m), durchgeführt. Die Messungen wurden während einer intensiven Wachstumsphase (Mai 2022) und einer nicht kräftigen Wachstumsphase (November 2022) erhoben.

Discussion

Die Kernstärke dieses Protokolls besteht darin, dass es direkt methodologische Variationen in bestehenden Bewertungen des Potenzials zur Entfernung von makroalgalen Kohlenstoff adressiert. In der Praxis können Unterschiede in Quadrat-Spezifikationen, Messansätzen und Berechnungsmodellen zu Kohlenstoffsenkenschätzungen führen, die selbst innerhalb desselben Küstensystems^um den Faktor zwei bis drei variieren. Durch die Standardisierung der operativen Abfolge, Parame...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Elektronische Waage	METTLER TOLEDO	ML204T	Für das Wiegen von Proben
Elementaranalysator	Thermo Fisher	FlashSmart	Zur Analyse des Kohlenstoffgehalts
Ofen	Memmert	UN55	Zum Trocknen von Proben
GPS-Gerät	Garmin	GPSMAP 65s	Für Aufnahmeorte
Löse-Sauerstoff-Messgerät	YSI	ProODO	Zur Messung der DO-Werte