人类活动破坏海底碱性平衡：揭示渔业与疏浚活动导致的隐性CO2排放

《SCIENCE ADVANCES》：Ocean alkalinity destruction by anthropogenic seafloor disturbances generates a hidden CO2 emission

本期推荐：海洋碳汇机制面临人为干扰威胁！比利时根特大学团队通过建模量化海底拖网捕捞和疏浚活动对海洋碱度（AT）的破坏效应，发现其导致自然碱度生成减少60-220 Gequiv year?1，相当于2-8 Tg CO2 year?1的碳汇能力损失。该研究首次揭示人为海底扰动通过无机碳循环产生的隐性碳排放，为完善海洋碳核算体系提供关键依据。

　　

海洋作为地球最大的碳汇之一，默默吸收着人类活动排放的约25%二氧化碳（CO₂）。其碳封存能力高度依赖海水碱度（A_T，即质子受体与供体的差值），而海底沉积物贡献了全球海洋40%的碱度输入。然而，拖网捕捞和疏浚等人类活动正以前所未有的规模扰动海底——每年约15%的大陆架区域遭受拖网作业，20-90 Gt沉积物被搅动。这些活动是否会破坏海底自然碱度生成机制？这一问题长期缺乏量化评估，成为海洋碳核算的重大盲区。

比利时根特大学团队在《SCIENCE ADVANCES》发表的研究填补了这一空白。研究人员整合全球270组海底碱度通量实测数据，建立包含碳酸盐溶解、黄铁矿形成和反硝化等关键过程的海底生物地球化学模型。通过模拟拖网捕捞（1-10次/年扰动频率）和疏浚（0.1-10天悬浮时间）场景，量化其对不同沉积环境的碱度破坏效应。

关键技术方法包括：1）构建涵盖5种海底环境（沿海泥质/陆架泥质/斜坡/深海/砂质）的一维反应-传输模型；2）整合全球A_T、溶解无机碳（DIC）和氧气（O₂）通量数据集验证模型；3）基于概率分布参数（侵蚀深度2-4cm、悬浮时间1.5-30天）进行不确定性分析；4）结合ICES渔业数据库和OSPAR疏浚数据实现全球尺度评估。

全球海底碱度释放格局
模型显示沿海泥质区碱度通量最高（12.4 mequiv m^?2 day^?1），80%来自陆源碎屑碳酸盐溶解。全球海底年贡献54 Tequiv A_T，其中10 Tequiv为净输入（源自陆地碳酸盐），2.9 Tequiv来自黄铁矿埋藏，反硝化作用因与硝化过程抵消而贡献微弱。

人为扰动的影响机制
拖网作业通过两种途径破坏碱度：1）搅动沉积物使黄铁矿（FeS₂）暴露氧化，消耗A_T；2）引入过饱和海水抑制深层碳酸盐溶解。模拟显示沿海泥质区受影响最严重（年损失1.5 mequiv m^?2），而疏浚因完全搅动沉积柱，单次事件即可造成2.1 mequiv m^?2损失。

全球碳排放效应
全球拖网和疏浚导致年损失130（56-220）Gequiv A_T，相当于4.9（2.1-8.2）Tg CO₂排放。这一数值与拖网对有机碳埋藏的破坏效应（10±30 Tg CO₂ year^?1）相当，但远低于渔业船队直接排放（135 Tg CO_{2 year^?1）。}

该研究首次揭示人为海底扰动通过无机碳循环产生的隐性碳排放，其量级相当于当前全球直接空气捕集技术（0.04 Tg CO₂ year^?1）的百倍。研究者强调，海洋碳核算必须同时考虑有机和无机碳循环的人为干扰，尤其在评估蓝碳工程（如海草床恢复）的净效益时。未来需通过现场实验验证模型预测，并为制定基于生态系统的渔业管理策略提供科学依据。