我国水产养殖与捕捞业“双碳”目标及实现路径---李雪

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我国水产养殖与捕捞业 “双碳 ”目标及实现路径原创李雪等中国农业科技导报 2022-12-09 摘要在碳达峰、碳中和大背景下，设定和践行具有行业特色的 “双碳 ”目标，对推动我国渔业绿色高质量发展和助力国家 “双碳 ”战略具有现实意义。渔业以水产养殖与捕捞业为主要产业形式，具有碳源碳汇双重属性。基于已有碳排放和碳汇核算方法，探索中国水产养殖与捕捞业 “双碳 ”目标及实现路径，分析发现 ① 20112020 年，受产业规模扩大和 “减船转产 ”政策双重影响，水产养殖与捕捞业的碳排放量先增后降，当前饲料投喂碳排放为水产养殖与捕捞业的首要碳源； ② 受养殖业快速发展的影响，水产养殖与捕捞业总碳汇波动上升，养殖碳汇超过捕捞碳汇； ③ 水产养殖与捕捞业更偏碳源属性，超 3 000 万 t 碳未实现中和。综合中长期水产品需求压力和产业绿色高质量发展形势，设定了符合水产养殖与捕捞行业特色的 “双碳 ”目标，并提出重点环节减排、扩大渔业增汇的技术路径以及探索渔业碳汇交易机制、强化政策支持引导的社会管理路径。期望助力我国水产养殖与捕捞业实现碳达峰、碳中和目标，推动水产养殖与捕捞业由粗放、低效、高耗能向集约、高效、绿色产业转型，从而为促进产业发展和民众富裕提供有益参考。关键词水产养殖与捕捞业；碳排放；碳汇； “双碳 ”目标；渔业 2020 年 9 月 22 日，习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上提出，中国将提高国家自主贡献（ nationally determined contribution， NDC）力度，二氧化碳排放力争于 2030 年前达到峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和。当前，各行各业都在进行碳达峰、碳中和（ “双碳 ”）目标的研究与实践。渔业以水产养殖与捕捞为主要产业形式，具有碳源和碳汇双重属性，既在水生生物生长代谢环节和人类生产作业过程中排放碳，也通过水生生物吸收和利用水体中碳元素形成碳汇，并以捕获水产品的方式从水体中移除水生生物汇集的碳，提高水域生态系统吸收和存储碳的能力 [1-2]。探索水产养殖与捕捞业 “双碳 ”目标及路径既是行业现实需求，亦是主动作为。在国家 “双碳 ”政策大背景下，大力推进水产养殖与捕捞业的减排增汇具有重要的现实意义。本文基于碳排放和碳汇核算方法，对水产养殖与捕捞业 “双碳 ”进行深入研究，明晰其碳平衡现状，合理设定符合行业特色的 “双碳 ”目标，并提出可行路径，对推进水产养殖与捕捞业由粗放、低效、高耗能向集约、高效、绿色产业转型升级，实现高质量可持续发展、促进富民增收具有重要意义，可助力践行我国 “双碳 ”战略。 1 水产养殖与捕捞业 “双碳 ”简介现有水产养殖与捕捞业 “双碳 ”的研究大致可分为碳源和碳汇两类。碳源方面，除水生生物本身生长代谢释放的碳外，机动渔船燃油、养殖设备用电等能源消耗是水产养殖与捕捞业最主要的碳排放来源。化石燃料燃烧产生的温室气体是海洋捕捞中的主要碳排放来源，优化管理可以改善其碳足迹和捕捞成本 [3-5]，通常可以参考我国公布的机动渔船油价补助用油量标准等参数测算国内海洋捕捞业碳排放情况 [5-6]。养殖设备耗用电力是水产养殖业最主要的碳排放来源 [1,3]，人工投入等产生的碳排放在整个水产养殖业的碳排放中占比较小 [7]。具体核算方法上，徐皓等 [1]从养殖设备视角出发，指出增氧及换水设备是主要用电设备，利用其充分调研得到的一整套养殖设备参数对我国水产养殖业碳排放进行了基础核算；刘晃等 [8]从企业视角出发，调查了 157 家养殖企业的用电数据，运用美国橡树岭国家实验室（ Oak Ridge National Laboratory， ORNL）提出的能源折算公式对我国水产养殖碳排放量进行测算；金书秦和陈洁 [7]根据农产品成本收益调查资料汇编数据（截止到 2007 年，已停止更新）核算了我国水产养殖业直接能耗和排碳量；李晨等 [9]以投入产出表为依据核算了水产养殖与捕捞业的碳排放。碳汇是指任何天然和人工系统从空气中清除二氧化碳的过程、活动、机制 [10]。唐启升院士 [2]在我国首先提出了碳汇渔业的概念，具体指通过渔业生产活动促进水生生物吸收水体中的碳，并通过收获把这些碳移出水体的过程和机制，也被称为 “可移出的碳汇 ”。这个过程和机制实际上提高了水体吸收大气碳的能力，贝类、藻类及其他渔业生物群体均具有碳汇功能 [11]。与此相对应，能够充分发挥碳汇功能、具有直接或间接降低大气碳浓度的生产活动泛称为 “碳汇渔业 ”，这也意味着渔业碳汇主要通过水产养殖与捕捞业实现。各类水产品在水域生态系统中的生长代谢活动是所在水体碳循环的重要组成部分，而贝类、藻类、鱼类等水产品的碳汇作用也已经得到了国内外学者的一致认可 [12-17]。水产养殖与捕捞业碳汇研究的重点难点在于明晰数百上千种水产品的碳汇能力。营养级法和碳元素法是当前主要的碳汇核算方法 [18]。营养级法即利用水域生态系统的营养级关系，考虑被捕获 /移出的水产品摄食的水生动物及植物的量，估算最终被移出水产品的碳汇能力 [19-21]。碳元素法即利用不同水产品产量与其碳元素含量系数相乘计算不同水产品的碳汇量。岳冬冬等 [22]、张继红等 [16]给出了扇贝、牡蛎等贝类产品及海带、紫菜等藻类产品的碳汇含量、干湿转换系数等重要参数。陈少莲 [23]、解绶启等 [24]给出了鲢鱼、鳙鱼、草鱼等 10 余种典型水产品的碳含量参数，通过水产品产量与其碳含量相乘的方法测算了我国淡水渔业的碳汇情况，并成为其后淡水渔业碳汇相关研究的重要参考方法 [25]。部分学者综合考虑了碳排放及碳汇状况，特别是海洋渔业，即海水养殖与捕捞业的碳汇赤字明显，尽管近年来赤字有所收窄 [22]，但碳减排任务仍然艰巨、不容乐观 [26]。综上所述，相关研究对水产养殖与捕捞业的碳属性给出了有效论断，对碳排放、碳汇的核算进行了有益尝试，但鲜少有研究考虑由饲料投喂产生的水生生物的代谢碳，且综合考量水产养殖与捕捞业碳排放、碳汇的研究较少，更是缺乏 “双碳 ”相关研究，我国水产养殖与捕捞业碳达峰、碳中和现状不明确。 2 水产养殖与捕捞业双碳核算情况综合考虑水产养殖与捕捞业现实，从碳源、碳汇主要环节入手，设置碳核算框架，分析核算参数，基于核算结果分析我国水产养殖和捕捞业的双碳情况。 2.1 水产养殖与捕捞业碳核算框架碳源核算方面，确定水产养殖与捕捞业的碳源主体为饲料投喂、养殖设备用电、机动渔船用油 3 部分，以它们碳排放量总计作为水产养殖与捕捞业碳排放总量。其测算方法如下饲料投喂碳排放核算方面，由于缺乏水生物自身代谢碳排放及残饵氧化反应等数据，以水产饲料中碳元素完全氧化的排碳量为依据进行估算，等于水产饲料各营养成分的碳含量系数和二氧化碳折算系数积的加总；养殖设备用电碳排放核算方面，考虑到用电环节主要为池塘和工厂化养殖增氧、换气、换水等，重点测算海水、淡水的池塘及工厂化养殖方式的耗电总量，并以电力碳排放系数进行折算；机动渔船用油碳排放，依据捕捞及养殖渔船主机功率及一般耗油情况测算渔船用油量，并依据所用油碳排放系数折算得到机动渔船用油环节的碳排放量。碳汇核算方面，参考唐启升 [2]有关碳汇的概念和岳冬冬等 [22]、解绶启等 [24]关于渔业碳汇测算的研究，以水产品的碳移出量为表征，即以每年捕获水产品的产量、碳含量系数及碳元素和二氧化碳分子式折算系数的乘积作为水产养殖与捕捞业碳汇总量。净碳排放量为水产养殖与捕捞业碳排放总量与碳汇总量的差，根据碳中和含义，当该行业净碳排放量 ≤0，则认为其实现了碳中和。 2.2 核算参数及数据碳排放、碳汇测算所用基础数据主要来源于相应年份的中国渔业统计年鉴全国饲料工业统计主要数据表等，其他核算参数说明如下。 ① 水产饲料营养成分参数。水产饲料的营养成分大致分为蛋白质、脂肪、糖类和其他 4 类，其中蛋白质、脂肪、糖类是主要的含碳成分，质量分数如表 1 所示。蛋白质的基础组成元素通常包含 50.6054.50 的碳元素，此处取平均值为 52.55[27]；脂肪通常包含 76.50的碳元素，碳水化合物中通常包含 40.0044.00的碳元素，多数碳水化合物含 40.00碳元素 [28]。表 1 水产饲料主要营养成分的质量分数［ 27-28］ Table 1 Mass fraction of main nutrients in aquatic feed［ 27-28］ ② 机动渔船用油参数。根据我国渔船主机总功率数据及国内机动渔船油价补助用油量测算参考标准中的渔船补助用油系数（表 2），确定我国机动渔船耗油总量，并根据渔船主要用油种类，柴油的碳排放系数 3.095 9 kg CO2·kg-1，测算机动渔船环节的碳排放量。表 2 我国国内机动渔船油价用油量参数 Table 2 Domestic motor fishing vessel oil price parameters in China t·kWh-1 ③ 养殖设备用电参数。参考徐皓等 [1]的研究，设定海水、淡水的池塘和工厂化养殖主要设备能耗系数（表 3）；参考 2019 年度减排项目中国区域电网基准线排放因子核算用电碳排放量。表 3 水产养殖设备主要能耗参数［ 1］ Table 3 Main energy consumption parameters of aquaculture equipment［ 1］ ④ 碳汇测算参数。淡水产品碳含量系数参照解绶启等 [24]设定的淡水鱼类、甲壳类、贝类的碳汇参数（表 4）；海水产品方面，参考岳冬冬等 [22]研究确定海水贝类、藻类碳汇参数（表 56）。由于缺乏产量较小的淡水藻类的碳汇系数参数，参照各海水藻类碳汇系数平均值进行计算。由于缺乏海水鱼类、甲壳类的相关研究，选取生活习性较为相近、可食部营养成分相近的淡水鱼（鳜鱼）、淡水甲壳类为参照设定海水鱼类、甲壳类的碳汇系数。表 4 淡水水产品碳汇系数［ 24］ Table 4 Carbon sink coefficient of freshwater aquatic products［ 24］表 5 海水贝类碳汇系数测算参数［ 22］ Table 5 Calculating parameter of seawater shellfish carbon sink coefficient［ 22］注其他包括蛏、蚶、螺、鲍、江珧等贝类。 Note Others include clams， clams， snails， abalones and other shellfish. 表 6 主要藻类的碳汇系数［ 22］ Table 6 Carbon sink coefficient of main algae species［ 22］ 2.3 水产养殖与捕捞业 “双碳 ”核算结果分析 2.3.1 近 10 年水产养殖与捕捞业碳排放总体上升 20112020 年水产养殖与捕捞业碳排放测算结果见图 1，可以看出，碳排放趋势与其生产状况基本吻合，呈现如下 3 个特征。图 1 水产养殖与捕捞业碳排放总量 Fig. 1 Total carbon emissions of aquaculture and fishing industry 一是近 10 年水产养殖与捕捞业碳排放量总体波动上升， 20112020 年平均年增长率 1.59。除 2013、 2019 和 2020 年略有下降外，其余年份均较上一年有所增加， 2020 年碳排放总量达到 6 407.51 万 t。水产养殖与捕捞业碳排放总量的增长趋势与我国水产品总量逐年增长及养殖水产品占比持续增加的产业现实基本吻合。二是水产饲料投喂环节超过机动渔船耗油环节成为首要碳源。水产养殖产量不断增加，逐渐成为最主要的水产品生产方式，水产饲料排碳量增长显著导致碳排放来源结构随之发生变动；同时受 “减船转产 ”政策影响，机动渔船用油量及碳排放出现负增长。 20112020 年，机动渔船用油碳排放量呈先增后减的变化趋势， 2015 年达到峰值 2 664.66 万 t， 2020 年减至 2 316.78 万 t。 20112020 年间，平均占水产养殖与捕捞业碳排放总量的 41.06，但其占比不断缩减，由 2011 年的 44.71降至 2020 年的 36.16。水产饲料投喂碳排放绝对量呈波动增加态势，由 2011 年的 2 189.82 万 t 升至 2020 年的 2 806.46 万 t，年均增速 2.80，平均占碳排放总量的 41.83， 2020 年占比升至 43.81。养殖设备用电碳排放总量占比较小，研究期间平均为 17.11，但受养殖规模扩大影响增长明显，绝对额年均增速为 4.25， 2020 年其占比达到 20.04。三是单位产量碳排放强度（图 2）先降后增，单位产值碳排放强度逐年下降。 20112020 年单位水产品产量碳排放强度平均为 1.01 kg CO2·kg-1，即每收获 1 kg 水产品，平均排放 1.01 kg CO2。 20132015 年间单位产量碳排放量低于 1.00 kg，随后逐年上升，至 2018 年达到 1.06 kg， 2018 年以来单位产量碳排放强度逐渐降低， 2020 年降至 1.01 kg CO2·kg-1，这与我国开展减船转产、节能减排、生产精准化管理及我国水产养殖的设施化增强等紧密相关。我国水产养殖与捕捞业单位产值碳排放强度呈现逐年下降的变化趋势，从 2011 年的 0.75 kg CO2·万元 -1减少到 2020 年的 0.50 kg CO2·万元 - 1，总降幅达 32.95，年均减少 4.34。这与我国渔业供给侧结构性改革、转方式调结构、提质增效、减量增收的产业升级使得产值增速高于碳排放增速的现实基本一致。图 2 20112020 年我国水产养殖与捕捞业碳排放强度 Fig. 2 Carbon emission intensity of aquaculture and fishing industry in China from 2011 to 20202.3.2 近 10 年水产养殖与捕捞业碳汇情况 20112020 年水产养殖与捕捞业碳汇测算结果如图 3 所示，可得如下 4 个方面特征。图 3 20112020 年水产养殖与捕捞业碳汇总量与结构 Fig. 3 Aggregate amount and structure of carbon sinks in aquaculture and fishing industry from 2011 to 2020① 我国水产养殖与捕捞业碳汇量总体呈波动上升趋势。 20112020 年，水产养殖与捕捞业碳汇量增加了 416.61 万 t，年平均增幅 1.71。分阶段来看， 20112015 年碳汇量持续上升， 2015 年达到 3 017.72 万 t，受近海捕捞减量的结构性影响， 2016 年减少 91.60 万 t，随后缓慢增加至 2020 年的 2 951.18 万 t。碳汇量总体增加的趋势符合水产品产量持续增长的产业发展现实。 ② 水产养殖成为碳汇的主要来源。研究期间水产养殖平均贡献了总碳汇量的 78.10，这与我国渔业 “以养为主 ”的发展方针是一致的（ 2020 年水产品产量的养捕比为 79.8∶20.2）。进一步从水产养殖业内部结构来看，淡水养殖对碳汇的贡献达到 49.47，年均增速 2.38；海水养殖碳汇量快速增加，由 656.23 万 t 增加至 953.54 万 t，年均增速 4.24，这与近 10 年海水养殖产量快速增长密切相关。 ③ 分品类看，碳汇量由高到低依次为鱼类、贝类、甲壳类、藻类。鱼类产品碳汇量最多，约占水产养殖与捕捞业总碳汇量的 60，但占比持续下降，由 2011 年的 64.32降至 2020 年的 58.99（图 4），尤其是 2015 年以来下降明显。贝类产品碳汇量除 2016 年略有下降外均不断提高， 2020 年达到 505.49 万 t，年均增速 2.34，占总碳汇比例增至 17.13。甲壳类产品碳汇量持续增加，特别是 2016 年以来增势明显，研究期间年均增速 3.85；占碳汇总量比重不断提高，由 2011 年的 9.12提高至 2020 年的 11.00，主要得益于养殖规模扩大。藻类展现出了较高的碳汇潜力，碳汇量年均增幅 5.61，每年通过收获藻类产品从水中移出的碳相当于吸收的 CO2 由 2011 年的 186.86 万 t 快速增加至 2020 年的 305.51 万 t，增幅达 63.50。图 4 不同品类水产品碳汇量对比 Fig. 4 Comparison of carbon sinks of different types of aquatic products④ 优化水产品生产结构可增加碳汇总量。随着鱼类产品近 6 年来产量的不断下降，其碳汇量也呈明显的下降趋势，但由于产量基数大，仍贡献了水产养殖与捕捞业碳汇总量的 60左右；随着碳含量高、碳汇能力更强的藻类水产品产量的快速提升，其在水产养殖与捕捞业碳汇中的作用越来越突出；贝类、甲壳类水产品产量不断增加，对提高整体碳汇量的贡献度也有相应增长。 3 水产养殖与捕捞业 “双碳 ”目标分析综上可知， 20112020 年我国水产养殖与捕捞业的碳源、碳汇总体均呈现增长趋势，根据其变化趋势及特征并结合产业形势，尝试明晰具有行业特色的碳达峰、碳中和目标，即水产养殖与捕捞业的碳排放量达峰时间及对应峰值、中长期的净碳水平。 3.1 水产养殖与捕捞业碳达峰目标分析 3.1.1 水产养殖与捕捞业碳达峰进程总体上， 20112020 年间我国水产养殖与捕捞业碳排放总量呈现不断上升的趋势，虽然 20182020 年碳排放总量有所下降，但由于期限较短，究竟处于平台期还是下降期，仍有待进一步观察。从水产养殖与捕捞业碳排放结构来看，受 “捕捞减量、养殖增加 ”产业导向的影响，各环节碳达峰趋势差异明显。第一，机动渔船用油大概率已实现碳达峰。机动渔船用油碳排放量自 2011 年至 2015 年期间以平均 1.76的速度持续增加， 2015 年达到峰值（ 2 664 万 t），随后逐年减少，至 2020 年降至 2 316.78 万 t，平均降速 2.76，考虑到捕捞总量控制的推进将有利于维持当前状况，可以认为机动渔船用油环节已实现碳达峰。第二，饲料投喂碳排放达峰趋势不明朗。该项总体上升，但波动明显， 2019 和 2020 年连续减少，已初步呈现下降趋势，但预计水产养殖产量未来仍将持续增加，饲料投喂环节是否实现碳达峰取决于养殖方式及饲料利用效率等多重因素，有待观察。推测存在两种可能一是饲料投喂碳排放量 2018 年达到碳排放最高值， 2019 年开始逐年下降，则该项碳达峰；二是由于 20192020 年饲料投喂环节碳排放量波动上升趋势下的短暂调整。第三，养殖设备用电碳排放无碳达峰趋势。养殖设备用电环节碳排放量虽然占比最低，但受水产养殖的设施化、智能化和信息化趋势影响，近 10 年来该项碳排放持续增加，年均增长率高达 4.25， “十四五 ”时期进一步推进水产养殖规模扩张及养殖装备和设施升级，可以判断在该项目目前未实现碳达峰。 3.1.2 水产养殖与捕捞业碳达峰的分项情景假设水产养殖与捕捞业的总体碳达峰状态取决于 3 个碳源环节的权重及变化幅度，通过 3 项均实现碳达峰的极端情景系统地考察未来碳达峰的有关因素及可能性。 ① 机动渔船用油环节维持碳达峰状态压力较小。 2015 年开始，机动渔船用油碳排放量以平均每年 2.76 的速度下降。机动渔船用油环节中，以捕捞渔船用油的碳排放量最高， 2020 年占机动渔船耗油总碳排放 82.42， 20152019 年碳排放减少 152.39 万 t，年均降速 1.52。根据重点水域禁捕政策以及海洋捕捞 “双控 ”管理政策等现实情况，未来捕捞渔船及其油耗仍将继续减少，预计机动渔船用油的碳排放也将进一步下降，则该环节碳达峰状态得以稳定。 ② 饲料投喂环节碳排放量变化趋势分析。在养殖技术不变的情况下，饲料投喂碳排量与养殖产量呈正相关。根据赵明军等 [29]的研究，到 2035 年，我国水产养殖产量需要达到 6 870 万 t。首先，假设未来 10 年内，饲料投喂环节碳排放量将延续呈现下降趋势，则该环节已于 2018 年碳达峰。根据 2035 年养殖产量目标对不同单位产量投饲量（饲料总产量与养殖水产品总产量的比值）降速下的饲料投喂环节碳排放量进行线性估计（图 5），该情境下，单位产量投饲量年均降幅至少要达到 1.81。 2019 和 2020 年单位产量投饲量降幅分别为 6.28和 4.21，加之国家对大水面等不投饵的纯天然养殖模式的鼓励和支持，延续单位产量投饲量下行趋势具备一定可行性。其次，假设 2020 年以后，饲料投喂环节碳排放量仍有所上升。随着养殖产量需求的不断提高，饲料使用及其产生的碳排放量将随之增加，现行养殖模式下将无法实现碳达峰，需要通过技术进步提高投喂效率，减少饲料浪费，降低单位产量投饲量，从而完成减排。具体碳达峰时间取决于技术进步的速度和养殖方式的变革程度。图 5 不同的单位产量投饲量降幅水平下饲料投喂环节碳排放量线性估计 Fig. 5 Linear estimation of carbo