藻類是地球最古老的光合生物類群之一。藻類形成了所有水生生物食物網的能量基礎，在水生生態系統中發揮着至關重要的作用。海藻是海洋藻類的總稱，是水生生物，但與植物相似，有葉綠素，主要包括海洋大型藻類和微藻。
在今年聯合國糧食與農業組織最新發表的一份題為《關於海藻和微藻在全球水產養殖發展中釋放潛能的綜述》的關於藻類行業探論性文件中，我們看到了藻類為人類帶來的各種貢獻，特別是在當代全球關注雙碳的背景下，藻類環境效益和生態系統服務功能的重要性正在顯現，例如減輕富營養化、碳捕獲或封存、改善海洋酸化、提供棲息地和海岸線保護等。
一、藻類在“雙碳”中能發揮什麼作用？
要說藻類在“雙碳”中發揮的作用，我們先看看海藻場這個生態系統。這個系統是指沿岸潮間帶下區和潮下帶30米淺水區大型底棲藻類與其他海洋生物群落共同構成的一種典型近岸海洋生態系統。廣泛分佈於冷溫帶的大陸沿岸以及部分熱帶和亞熱帶海岸。
（圖片來源：章守宇等，2019）
形成海藻場的大型藻類主要有馬尾藻屬、巨藻屬、昆布屬、裙帶菜屬、海帶屬和鹿角藻屬等。
這個系統可以直接或間接發揮環境效益和生態系統服務功能。這些功能主要包括：
1）為魚類和其他海洋生物提供棲息地；
2）作為海浪拍岸的緩衝物，以保護海岸線；
3）通過向漁業社區提供替代生計，減少水生生物資源的過度捕撈；
4）通過生產海藻基生物肥料或生物刺激劑，以改善土壤條件並可能減少農業殺蟲劑的使用；
5）利用藻類生產易於生物降解的產品和包裝，以減少塑料垃圾。
海藻場（來源：大連海洋牧場研究院）
因此，世界上有不少國家在鼓勵沿海地區發展藻類養殖業，並強調藻類養殖業助力實現“藍碳”，其在應對氣候變化的功能不斷顯現，主要有以下幾個方面：
一是減少資源的使用。海藻養殖不需要直接使用陸地、淡水、飼料或肥料。微藻可以在淡水或海洋環境中生長，也可以在沙漠和乾旱地區的低值土地上養殖。
二是凈化水域環境。藻類通過從周圍水域汲取營養物質並吸收二氧化碳，在光合過程可以減輕水體富營養化、處理廢水、減少海洋酸化並捕獲/封存碳。
三是提供碳足跡相對較低的產品。這些產品包括人類食品、動物飼料和肥料，如某些海藻可作為飼料補充以減少養牛場的甲烷排放。
海藻與微藻（圖片來源：大連海洋牧場研究院）
二、藻類帶來了哪些社會經濟效益？
藻類，特別是海藻，是全球水產養殖的重要組成部分。據聯合國糧食及農業組織（FAO）統計，2019年，藻類養殖（以濕重計）佔世界水產養殖產量1.2億噸的近30%。這麼大的產量，那它們的第一大貢獻就是：對保障糧食、人類健康和營養的貢獻。
因為大多數海藻沒有內在毒素，是可食用的。人類對海藻的消費可追溯到數百年前，曾經記錄的食用海藻有約700種，包括約195種褐藻、345種紅藻和125種綠藻。許多國家的沿海地區都有吃海藻的文化傳統。海帶、紫菜和裙帶菜已成為東亞地區的常見食品，廣泛且頻繁地用作湯料、沙拉、壽司包裹和零食等。它們作為亞洲美食的一部分被引入其他國家，並在全球範圍內越來越受歡迎。海藻是營養豐富的水產食品，通常富含膳食纖維、微量營養素和生物活性化合物。食用藻類可作為蛋白質和微量營養素的來源，有助於改善內陸低收入國家人民的營養狀況。
其次是對消除貧困和社會安定的貢獻。據統計，2019年，用於各種食品和非食品用途的世界海藻養殖產量高達3 470萬噸，產生了147億美元的首次銷售價值。例如，在菲律賓，據估計，海藻產業為10-15萬名海藻養殖戶、3-5萬名當地批發商和2萬多名小商販提供了就業。
三是海藻業對保障婦女權益的貢獻。海藻養殖對漁業社區凝聚力和保障婦女權益做出了重大貢獻。由於海藻養殖具有勞動密集型、資本投資低和農作技術簡單的特點，女性通常在海藻養殖和價值鏈中發揮重要或主導作用。在印度、菲律賓、坦桑尼亞聯合共和國，包括我國的一些沿海地區，婦女是海藻養殖的首選和主要的勞動者，海藻養殖為她們提供了一份安全環境下的收入。特別是在菲律賓，婦女約佔常規海藻養殖勞動力的44%。
（圖片來源：聯合國糧食及農業組織）
將海藻晒乾，並從海藻壁中提取瓊脂（一種膠凍類物質）來製作肥皂和化妝品。（圖片來源：聯合國糧食及農業組織）
四是對水產養殖發展的貢獻。藻類除了其生產的直接貢獻外，還有助於促進其他水產養殖活動。海藻可以代謝二氧化碳並從周圍水域汲取無機營養，如氮和磷，使海藻養殖與其他水生動物養殖相結合，成為一個充滿活力的生產系統，能夠進行更好的養分循環來增加環境和經濟效益。
池塘養殖管理的一個重要部分是監測和培養微藻，以保持良好的水質，並為目標物種提供天然食物。海藻可作為鮑魚、海膽和海參的主要飼料原料，可用作補充魚類飼料成分；高脂含量的微藻還可用於生產海藻油，作為魚油的獨特替代品；許多孵化場依靠微藻的培養，直接或間接地培養浮游動物，以提供活的餌料生物，作為餵養魚類、軟體動物、甲殼動物或其他水生動物幼體的開口餌料。
三、我國對藻類與氣候變化的研究有什麼新進展？
我國對藻類與氣候變化的研究有很多，在這裡舉一個具體的例子。
黃海水產研究所海洋藻類種質創製與利用創新團隊首次從鞭毛運動和再生能力角度，解析了水體酸化對微藻運動能力的負面影響及機制，從而解析了氣候變化條件下鞭毛藻類運動能力變化趨勢及機制。
可能多數人不知道什麼是鞭毛（dinoflagellate）藻類。這是一種很特殊的微藻，既不屬動物，也不屬植物，是水下磷火微生物，因為當它受到外界騷擾時，就會像螢火蟲一樣釋放出光亮，夜晚螢火清晰可見，這種光能釋放是鞭毛藻的自衛防禦功能。
此項研究闡述了運動能力改變對微藻群體演變的潛在影響，為系統研究氣候變化條件下水域生態系統生物多樣性格局變遷提供了新的研究思路和重要的理論依據。相關研究成果發表在《自然氣候變化（Nature Climate Change）》上。
評估和預測氣候變化對水生生物群體及其生態系統的影響是極具挑戰性的國際前沿科學問題。該研究通過對極地冰藻、廣鹽性鹽藻和淡水萊茵衣藻等種類進行了長達6年的室內傳代培養，並在野外進行中尺度實驗。
實驗發現，二氧化碳引起的水體酸化顯著降低了三種鞭毛微藻的運動速率，並影響鞭毛藻的再生能力。氣候變化導致極地海冰的覆蓋面積和平均厚度逐年降低，海冰對光照的調控能力日趨減弱，生活在冰下的微藻為尋找合適的光強水層，需要更長距離的垂直運動來應對日夜間光照強度變化，而鞭毛運動能力損傷則加劇了對微藻生存的威脅。由此可見，酸化對極地鞭毛微藻的負面影響更為嚴峻。
藻類健康與人類健康息息相關，其環境效益和生態系統服務功能已越來越引起國際社會的關注。海藻養殖的發展潛力巨大，要認識到藻類行業的現有和潛在貢獻和優勢，也必須重視在可持續發展中面臨的各種制約因素和挑戰。在推動全球、區域和國家層面的藻業發展中，做出以科學依據的決策和行業管理。
目前，國內外科研機構和一些國際組織持續對藻類在雙碳中的作用進行研究和探索，一些政府和企業也都持續關注微藻固碳技術的應用，並對此進行了較大的投入，雖然多數應用仍處於中試階段，隨着研發的深入和技術不斷地提高，可以預見，海藻的生物固碳具有廣闊的發展前景。
出品：科普中國
作者：劉雅丹（中國水產學會原秘書長助理/研究員，全國首席科學傳播專家）
監製：中國科普博覽
參考文獻：
1.《關於海藻和微藻在全球水產養殖發展中釋放潛能的綜述》FAO
2.《探析藻類在助力實現”雙碳”目標中的貢獻》代國慶、劉雅丹