鱼类如何帮助我们应对气候变化?

越来越多的研究表明,磷虾、鱼类和鲸鱼可以捕获碳并将其封存于深海之中。科学家们正尝试将这些研究成果转化为政策行动。

A school of sardines swimming in the Pacific Ocean

研究发现成群的小鱼也能发挥将碳封存到深海中的重要作用。图片来源:Alamy

一条鱼的价值几何?你可能会想到其市场价格,或者考虑到它是30亿人口主要的蛋白质来源,以及它对粮食安全的贡献。但你可能不太会想到它在缓解气候变化中的作用。

去年,发表在《科学进展》(Science Advances)上的一项研究计算出,自1950年以来,对大型鱼类(如金枪鱼和旗鱼)的商业捕捞估计向大气排放了约7.3亿吨的二氧化碳。其中一些排放来自渔船的燃料,但很大一部分来自从海洋中捕捞的鱼类。如果让它们留在海中自生自灭,它们就会将这些碳锁定在海洋中。

逐渐变暖的海洋威胁着海洋生物的丰度和多样性,而渔业受到的影响首当其冲。然而,越来越多的研究开始关注反向的关系,即海洋动物捕获碳并将其保存在海洋中,从而帮助减缓气候变化的作用,《科学进展》发布的这项研究就是这种尝试的一部分。不光是大型鱼类值得关注:研究发现成群的小鱼也能发挥将碳封存到深海中的重要作用。随着这一过程的证据越来越多,研究人员和政策制定者开始问,我们该如何利用鱼类的力量来缓解气候变化?

不列颠哥伦比亚大学海洋与渔业研究所(the University of British Columbia’s Institute for the Oceans and Fisheries)渔业经济研究部主任拉希德·苏迈拉(Rashid Sumaila)表示,“这是一种碳捕获的方法——一种我们不知道的新方法,但科学正在揭示其更多的奥秘。”

海洋生物中的碳循环过程始于食物链。浮游植物在海面表面通过光合作用捕获二氧化碳并将其转化为有机碳;而磷虾等浮游动物以浮游植物为食,有机碳得以传递并积聚在它们的体内;随后又被以浮游动物为食的鱼和其他动物封存在身体里。当这些动物排便时,有机物中的碳成分则会沉入海底,封存在沉积物中,或是被微生物所享用。制图: James Round / 中外对话海洋

如同所有生物一样,鱼类的生长过程也是碳积累的过程。“一条鱼,无论其大小,都含有10%到15%的碳,”法国蒙彼利埃大学(the University of Montpellier)博士研究生、《科学进展》研究的主要作者伽尔·马里亚尼(Gaël Mariani)说。鱼的粪便和死后尸体中所含的有机物中的碳成分会被捕食者、食腐动物和微生物所享用,从而将其锁定在食物链中。一小部分的含碳有机物也以颗粒物的形式沉降到海底,并在那里被沉积物封存。

但大部分固碳可能是通过鱼类呼吸作用将二氧化碳溶解到海洋中。罗格斯大学(Rutgers University)海洋与海岸科学系(the Department of Marine and Coastal Sciences)助理教授格蕾丝·塞巴(Grace Saba)解释说,如果呼吸发生在约800米以下的深度,二氧化碳可能会留在那里。“所有碳源——无论是微粒、溶解的还是呼吸产生的——都能够被长期封存,只要它们达到一定的深度,从而不受大规模季节性的……海洋湍流混合作用的影响,”专门研究海洋碳循环的塞巴说道。她表示,最终沉降到海底的粪便或动物尸体等微粒物“可以被封存数百万年”。

鱼越大,含的碳就越多。这就是为什么这些物种一直被马里亚尼等研究人员所关注的原因,他们的研究考虑了捕捞鲨鱼、金枪鱼、鲭鱼、旗鱼和其他大型物种造成的固碳潜力损失。

海洋动物越大,含的碳就越多。它们死亡后的尸体会被食腐动物吃掉,从而将碳锁定在食物链中。一小部分的含碳有机物也以颗粒物的形式沉降到海底,并在那里被沉积物封存。制图: James Round / 中外对话海洋

研究人员还估算了最大的海洋生物——鲸鱼对固碳的贡献。国际货币基金组织(IMF)的报告称,鲸鱼死亡后,其体内所含的大约33吨二氧化碳会被封存在深海中,而一棵树每年只能封存大约22公斤二氧化碳。

但即使是大鱼和鲸鱼也无法比拟小鱼群对全球碳循环的价值:发表在《自然通讯》上的研究表明,磷虾等小型甲壳类动物是“生物泵”的主要参与者。“生物泵”是指将碳从海面转移到深海的过程。这个过程每年能够封存多达120亿吨的碳。浮游植物在海洋表面通过光合作用捕获碳,而磷虾能够大量消耗浮游植物,然后再通过在海洋深处呼吸和沉入海底的粪便将其所吸收的碳封存起来。在这个碳循环过程中,磷虾的作用非常关键。这也让人们对南大洋高强度的磷虾商业捕捞感到担忧。

据萨巴近期发表在《湖沼学与海洋学》杂志(the Limnology and Oceanography)上的研究估计,总的来说,最终沉入海洋深层的碳中,鱼类封存的碳占16%。如果鱼类是如此出色的碳汇,是降低二氧化碳浓度的天然碳库,那么保护更多的鱼类难道不是应对气候变化的一个重要的方式吗?

海洋生物进行呼吸的同时也伴随着碳循环活动,因为它们会排放出二氧化碳。在较浅的水域,二氧化碳可能会流回大气中;但在较深的水域,二氧化碳可能会留在那里,甚至是长期封存。包括磷虾和中上层鱼类在内的许多海洋动物在其觅食的表层水域、休息和躲避捕食者的深层水域之间穿梭,由此产生了一个实实在在的”碳汇”——它们在海洋深处呼吸,并将碳封存在那里。制图: James Round / 中外对话海洋

这个问题是环保组织“我们的鱼类”(Our Fish)在3月份举办的一次研讨会上探讨的问题之一。此次研讨会汇集了渔业和气候变化领域的研究人员、倡导人士和欧洲政治家。会议的一部分日程探讨了这些研究结果是否可以有助于渔业政策的制定,从而更积极地保护鱼类,进而帮助我们应对气候变化。

当前渔业管理中有若干方面需要进行政策干预。例如,研究人员发表在《自然》杂志(Nature)上的一项研究表明,底拖网作业所释放的海底二氧化碳与整个航空业排放的碳一样多。研究人员说,这可以成为支持建立海洋保护区 (MPA)的另一个原因,目前海洋保护区仅覆盖了2.7%的海底。海洋保护区还可以增加鱼类种群数量,进而封存更多的碳——鱼类资源增加的同时也可以提高渔业产量和粮食安全。

另外一项目前正在审稿中的研究表明,大西洋东北部是世界上最大的碳汇之一,但同时也是地球上捕捞强度最高的地区——这凸显了解决欧洲海域过度捕捞的必要性。

研究人员还指出,渔业补贴给鱼类固碳能力带来了潜在威胁。马里亚尼的研究表明,从1950年至今,渔业造成的“蓝碳”(即储存在海洋生态系统中的碳)释放中,43.5%来自没有补贴就不赚钱的区域。取消补贴可以在不影响粮食安全的情况下保护这些资源。“如果我们尝试将这些补贴转移到更可持续的领域,就能同时发挥限制过度捕捞,促进种群恢复的作用,甚至还有可能促进鱼类固碳,”马里亚尼建议道。

A trawler in Egypt, used to catch small fish species. Research shows that bottom trawling releases as much carbon from the seabed as the entire aviation industry
一艘捕捞小型鱼类的拖网渔船行驶在埃及海域。研究显示,底拖网作业所释放的海底二氧化碳与整个航空业排放的碳一样多。图片来源: Colin Munro / Alamy

这些只是几个在利用鱼类蓝碳能力方面具有明显政策潜力的领域。“我们希望将鱼类固碳这一项生态系统服务拿到桌面上讨论,这样我们在做决策时——无论是政府、个人、非政府组织还是行业——能认识到鱼不仅仅是用来吃的,”苏迈拉表示,他帮助召集了几位研究人员出席会议。然而,出席会议的政界人士传达的信息很明确:要推动政策变革和民间社会行动,还需要做更多的研究,更深入地了解鱼类对海洋碳汇的贡献。“当你有了证据基础时,就更容易说服利益相关者,”欧盟委员会环境、海洋和渔业专员维尔吉尼尤斯·辛克维丘斯(Virginijus Sinkevičius)在研讨会上发言时说。

碳循环的复杂性给研究带来了不小的挑战。在不断变化的海洋环境中,极端天气、温度、深度和栖息地等因素都会影响深海碳循环的运作方式。“这是新的科学。它不像树木和森林这些人们一直关注、并且已经成为主流的领域,这项研究尚未成为主流,”苏迈拉表示。

确定不同物种在海洋中的固碳量也同样重要,这意味着不仅仅要关注大型鱼类。“在我看来,现在对决策者最有用的是获得不同鱼类的特定生物量的碳通量估计值——小型中上层鱼类 [生活在公海的上层],大型中上层鱼类 [例如金枪鱼],迁徙中层鱼类 [生活在 200-1000 米深处],”塞巴说。了解所有鱼类的蓝碳潜力也是马里亚尼的研究重点。在谈到自己将要进行的研究时,他说道:“下一步是根据不同的气候情景和不同的捕捞强度情景,估计海洋中所有鱼类每年的固碳量。”

group of Goldband Fusilier or Pterocaesio Chrysozona, a sea fish with a bright yellow stripe
研究人员表示,确定不同物种在海洋中的固碳量对于充分了解海洋碳循环的运作方式至关重要。图片来源:Alamy

接下来的几个月中,一个由大约25名研究人员组成的团队将在苏迈拉的带领下,就这一主题撰写一系列论文,并将于今年晚些时候发表。苏迈拉解释说,最终目标是积累足够多的研究,让鱼类保护在气候政策中取得一席之地。

计算出一条鱼的真正价值很难——但越来越多的研究表明,长期以来,我们一直忽略了它们存在的一个好处:鱼类不仅是气候变化的受害者,还可能成为对抗气候变化的强大力量。“我们需要利用所有可能的办法减少温室气体排放。在这个问题上,科学告诉我们,鱼类的体内封存了大气中的很多二氧化碳。我们需要把这个问题摆到桌面上讨论,尽我们所能,减缓气候变化,”苏迈拉表示。

翻译:BAIHUI