大型海藻碳氮含量时空异质性研究：对蓝碳评估与海藻养殖的启示

（编辑推荐）本研究系统分析了三种经济海藻（裙带菜、海蕴和浒苔）碳（C）、氮（N）含量及C:N比的时空分布特征，揭示形态异质性物种（如裙带菜）不同组织间C含量差异高达15%，提出基于中段叶片估算全株碳储量会显著高估蓝碳潜力（CDR）。研究为日本蓝碳核算体系（如CO2吸收量公式Cabs）提供了关键参数修正依据，并指出海藻组织特异性利用对碳氮循环管理的重要性。

　　

大型海藻碳氮含量时空异质性研究

SUMMARY

大型海藻作为蓝碳（blue carbon）和氮（N）同化的潜在载体备受关注。研究聚焦三种商业化养殖海藻——形态异质性的裙带菜（Undaria pinnatifida）、形态均质的海蕴（Cladosiphon okamuranus）和浒苔（Ulva prolifera），通过CHN元素分析仪测定其C、N含量及C:N比。结果显示：裙带菜C含量在柄部（22%）至叶尖（38%）间差异显著，而海蕴和浒苔的C含量分别呈现组织间和季节性稳定（约35%）。N含量变异幅度普遍大于C，导致C:N比因物种、空间和时间显著分化。研究强调传统基于中段叶片（MB法）估算碳储量会高估达15%，需采用分组织整合（ES法）提升蓝碳评估精度。

INTRODUCTION

全球温控1.5°C目标亟需负排放技术，而大型海藻生态系统和水产养殖被认为具有碳抵消潜力。然而，海藻系统究竟是碳汇还是碳源仍存争议，核心矛盾在于海藻C、N含量的时空变异性未被充分量化。日本蓝碳核算模型（C_abs = A×B×(1-AWC)×Cs×PB×44/12×(K₁+K₂)×K₃）中，海藻C含量（Cs）是关键变量。本研究假设形态特征驱动C、N含量差异，并通过比较三种典型海藻验证该假说。

MATERIALS AND METHODS

实验样本分别采集自日本岩手县（裙带菜）、冲绳县（海蕴）和陆基养殖池（浒苔）。裙带菜按发育阶段（未成熟/成熟）和组织（叶片、中脉、柄、孢子叶等）分区；海蕴和浒苔分别按顶端/基部和季节采样。样品经蒸馏水冲洗、80°C干燥后，通过CHN分析仪测定元素含量，并采用贝叶斯广义线性模型分析时空差异。

RESULTS

形态特征：裙带菜叶片与柄部解剖显示，柄部髓质层（非同化组织）占比显著高于叶片皮层（同化组织），厚度相差20倍（图8）。海蕴和浒苔形态均质但顶端较薄。

C/N含量：

• 裙带菜：未成熟个体叶片C含量（20.3-32.4%）显著高于柄部（P<0.05），成熟个体孢子叶C含量（34.2%）接近叶尖，但N含量（0.81-3.43%）叶片>孢子叶>柄部（图3）。

• 海蕴：顶端C（32.6-35.6%）、N（0.59-1.92%）含量略高于基部，但种内差异小于裙带菜（图4）。

• 浒苔：顶端C含量（26.7%）随养殖时间以-0.04 mg C mg^-1 day^-1速率下降，而N含量呈上升趋势（R²=0.18）（图6）。

  C:N比：裙带菜（8.7-28.2）<><>

DISCUSSION

海藻C含量差异源于同化/非同化组织比例：裙带菜叶片富含多糖（如褐藻糖胶），柄部以结构藻酸盐为主。N含量变异与光合蛋白分布和繁殖策略相关，如海蕴顶端因多室孢子囊而N富集。研究建议：

1. 形态异质性物种需分组织测定C含量，避免蓝碳（CDR）高估；

2. C:N比可作为养殖区筛选指标（如冲绳海蕴在低营养海区仍保持高产）；

3. 废弃组织（如裙带菜柄部）可开发为生物塑料原料或动物饲料，实现碳氮循环优化。

研究意义

该成果为日本蓝碳协会（JBEA）的碳信用核算提供了组织特异性参数，并推动大型海藻在碳中和战略中的精准应用。未来需拓展更多物种的"法医碳核算"（forensic carbon accounting），平衡养殖效益与生态影响。