我国是海藻养殖大国，由于藻类养殖过程中能通过光合作用将大气中二氧化碳(CO₂)固定，并经过渔民收割后从海水中移出，因此，这种非投饵养殖活动也被称为碳汇渔业^[1]，这部分储存在养殖生物体内的碳被称为“可移出碳汇”^[2]。近年来，众多学者围绕我国沿海碳汇渔业(尤其是海藻养殖碳汇)的核算开展了大量相关研究^{[2, 3-10]}，但这些核算和评估只是基于养殖活动本身来进行的。海藻养殖固碳只是其产业周期的一部分，其养殖和加工过程中均会有CO₂的释放，因此衡量一个生产活动的碳汇潜力或效果，还是要基于产业周期，分析生产各个环节中CO₂的释放足迹，最后通过CO₂的净吸收量来评估碳汇渔业产业的碳汇潜力。

“碳足迹(Carbon footprint)”表示一个系统的碳耗用量，碳耗与相关温室气体排放量成正比。碳足迹分析法是研究人类活动直接和间接碳排放的量化分析方法，诠释了不同对象时间和空间的碳排放过程^[11]。碳足迹的计算方法主要包括投入产出法(I-O法)和生命周期评价法(LCA法)^[12]，前者是一种自下而上的计算方法，多适用于宏观层面的计算，后者适用于产品碳足迹分析，评价结果较为详细^[12]。

在海水养殖行业中，有学者开展了海带、对虾、鱼类、双壳类等养殖过程中的碳足迹分析^[13-15]。但这些碳足迹分析，主要局限于养殖过程本身而未考虑到产品后续加工过程中的碳排放情况。条斑紫菜是我国重要的海藻养殖品种，主要产地为江苏南通、盐城和连云港海域，近些年在山东乳山、辽宁大连海域也有规模化养殖。本研究基于条斑紫菜养殖产业碳足迹模型构建，根据我国海域条斑紫菜产业特点，开展条斑紫菜行业碳足迹分析，对各阶段碳排放量进行测算，为紫菜产业的碳减排提供依据。

1 研究方法

采用LCA法对条斑紫菜养殖加工行业进行全面评估。针对不同环节构建模型，对条斑紫菜碳足迹进行测算分析，其中主要包括条斑紫菜的育苗、养殖、运输、加工等各环节直接和间接的碳排放量。根据数据的可得性，本研究主要采取文献搜集、实际调研等途径获取数据。条斑紫菜养殖加工产业包括育苗、海上养殖、运输、加工和存储5个阶段，将育苗、海上养殖、运输、一次加工和二次加工作为碳足迹研究的重点关注阶段，条斑紫菜产业清单分析内容见图 1。由图 1可见，育苗阶段中的碳排放主要来自水泵运行过程中产生的电耗。

在海上养殖阶段，关注对象包括燃油消耗和养殖器材的碳排放。每个养殖周期中养殖器材的排放量为总排放量除以相应使用年限，其中，网帘、浮漂的使用年限为5 a，撑杆与塑料缆绳等的使用年限为10 a。柴油消耗的碳排放主要来自船只运输、紫菜收割等产生的燃油消耗。

陆上运输阶段的碳排放主要来自条斑紫菜收获后到加工厂的车辆运输燃油消耗。一次加工阶段中的碳排放主要涉及加工流程中机械设备运转的电能消耗、热源燃烧和包装材料消耗。二次加工阶段中的碳排放主要涉及加工流程中机械设备运转的电能消耗和包装材料消耗。

1.1 条斑紫菜育苗阶段碳足迹分析

条斑紫菜育苗过程产生的碳排放量，计算方法如下：

$Z_{\text {育苗 }}=X \times \delta_{\text {电耗 }} $

(1)

式中：Z_育苗——育苗过程中碳排放量，kg；X——水泵等机器的电耗，MWh；δ_电耗——电网平均碳排放系数。

1.2 条斑紫菜养殖阶段碳足迹分析

条斑紫菜养殖过程养殖材料使用产生的碳排放量计算方法如下：

$ Z_{\text {器材 }}=\sum\limits_i^n I_i C_i $

(2)

式中：Z_器材——条斑紫菜生产过程中养殖器材的碳排放量，kg；n——条斑紫菜生产过程中的各种产品投入数量(塑料缆绳、撑杆等)；I_i——条斑紫菜生产过程中的第i种产品投入量，kg；C_i——第i种产品投入的碳排放系数。

养殖阶段燃油碳排放计算方法如下：

$ Z_{\text {养殖能耗 }}=M_j \times \delta_j $

(3)

式中：Z_养殖能耗——养殖阶段燃油消耗碳排放量，kg；M_j——使用j类型燃料量，kg；δ_j——j类型能源的碳排放系数。

1.3 陆上运输阶段碳排放

车辆行驶过程中因燃料的使用而产生CO₂等温室气体的排放，计算公式同式(3)。

1.4 条斑紫菜一次加工阶段碳排放

在条斑紫菜一次加工过程中，加工阶段使用热源燃料进行加工，使用的燃料目前主要有煤炭、生物质燃料和电，此外还有机器运行的耗电，计算方法如下：

$ Z_{\text {能耗 }}=W_i \times \delta_i+X \times \delta_{\text {电耗 }} $

(4)

式中：Z_能耗——一次加工过程中能耗碳排放量，kg；W_i——使用i类型燃料量，kg；δ_i——i类型能源的碳排放系数；X——加工机器的电耗，MWh；δ_电耗——电网平均碳排放系数。

条斑紫菜一次加工使用包装的碳排放量计算公式如下：

$Z_{\text {包装 }}=\sum\limits_i^n Y_k \delta_k $

(5)

式中：Z_包装——一次加工过程中包装消耗所产生的碳排放量，kg；Y_k——k种类型包装一件产品碳排放量，kg；δ_k——k种材料的碳排放系数。

1.5 条斑紫菜二次加工阶段碳排放

在条斑紫菜二次加工过程中，能量消耗产生的碳排放主要来自二次加工机器运转的耗电，计算方法同式(1)。条斑紫菜二次加工使用包装的碳排放量计算方法同式(5)。

1.6 条斑紫菜存储阶段碳排放

由于条斑紫菜通常为常温保存，该阶段没有明显的碳排放，故不计算。

1.7 条斑紫菜产业碳足迹分析

综上所有环节，可得出条斑紫菜产业碳排放的测量模型，计算公式如下：

$Z=Z_1+Z_2+Z_3+Z_4+Z_5 $

(6)

式中：Z——条斑紫菜产业碳排放量，kg；Z₁——育苗阶段碳排放量，kg；Z₂——养殖阶段碳排放量，kg；Z₃——陆上运输阶段碳排放量，kg；Z₄——一次加工阶段碳排放量，kg；Z₅——二次加工阶段碳排放量，kg。

1.8 数据来源

碳足迹核算的数据包括条斑紫菜养殖生产加工过程中各种材料投入种类、数量以及能源消耗量等。不同养殖模式的器材使用、能耗等数据，通过问卷调查、实地调研来获取。咨询的养殖加工企业包括大连中跃水产品养殖有限公司、青岛鑫扬制网有限公司、江苏连云港力生紫菜有限公司、启东市吕四海苔制品有限公司、南通杰盛食品有限公司等。考察多个海域条斑紫菜的亩产生产情况，设定100亩(紫菜养殖中1亩指1台养殖浮筏，养殖网帘的实际覆盖面积为120 m×2 m)养殖面积的鲜菜产量为50 t。

碳排放因子即排放系数数据是通过查阅中国生命周期基础数据库(CPCD)^[16]和生态环境部发布的相关文件^[17]得出。

2 结果与分析

条斑紫菜养殖加工产业的相关数据及碳足迹计算结果见表 1。

2.1 育苗、养殖和运输阶段碳排放

100亩条斑紫菜苗种培育产生的碳排放量为1.90×10³ kg(以CO₂计，下同)。

条斑紫菜海上养殖阶段的活动主要包括养殖器材的运输、养殖浮筏的安装、幼苗培育、紫菜收割和运输等。养殖环节碳排放源有2项，分别为养殖器材的投入和燃油消耗。

对于不同养殖模式，养殖器材的组成和投入量存在较大差异。目前条斑紫菜养殖主要有3种方式：翻板式养殖、插杆式养殖和支柱式养殖。其中，插杆式养殖主要位于江苏连云港、山东南部和辽宁大连海域，翻板式养殖位于山东南部海域，江苏盐城和南通海域采用支柱式养殖，养殖区域主要位于黄海南部的辐射沙洲区域。在插杆式养殖中，100亩紫菜养殖所用的养殖器材主要包括聚酯树脂撑杆(19 m)363根，塑料缆绳(φ18 mm浮缆2 360 m和φ20 mm撅缆17 000 m)，养殖网帘(10 m×1.8 m维尼纶)1 200张，聚苯乙烯浮漂(60 cm×90 cm 132个，φ10 cm 3 600个)，φ9 mm吊绳1 100 m，扣除相应的使用期限，可以得出每年养殖器材合计碳排放量为1.14×10⁵ kg。在翻板式养殖中，100亩紫菜养殖所用的养殖器材主要包括聚酯树脂撑杆(2.3 m)5 400根，塑料缆绳(φ18 mm浮缆21 000 m和φ20 mm撅缆4 000 m)，养殖网帘(10 m×1.8 m维尼纶)1 000张，聚苯乙烯浮漂(60 cm×90 cm)5 200个，扣除相应的使用期限，得出每年养殖器材合计碳排放量为6.59×10⁴ kg。在支柱式养殖中，100亩紫菜养殖所用的养殖器材主要包括塑料缆绳(φ18 mm)30 000 m，养殖网帘(10 m×1.8 m维尼纶)1 200张和竹制撑杆，扣除相应的使用期限，得出每年养殖器材合计碳排放量为7.02×10³kg。3种养殖模式中，插杆式养殖器材碳排放量最高，其次为翻板式养殖和支柱式养殖。

海上养殖和运输阶段的柴油排放主要包括海上运输、紫菜收割和陆地运输。紫菜收割燃油消耗量与紫菜产量相关，海上运输和陆地运输燃油消耗与养殖区离岸距离以及码头与加工厂之间的距离有关。在江苏启东、如东、连云港、山东和辽宁近岸海域，养殖区离岸距离较近，燃油排放相对较少，而江苏辐射沙洲海域，由于离岸距离较短(离岸几十公里)，燃油消耗相对较高，本研究中的海上运输和陆地运输的燃油消耗数据来自启东市吕四海苔制品有限公司，能代表大多数近岸养殖区域养殖阶段燃油消耗的排放情况。

结果表明，在养殖和运输阶段，不同养殖模式下养殖器材和燃油消耗碳排放的比例不同。在插杆式养殖中，该阶段碳排放总量为128.48×10³ kg，养殖器材碳排放量占比达到88.7%；在翻板式养殖中，该阶段碳排放总量为80.38×10³ kg，养殖器材碳排放量占比达到82.0%；在支柱式养殖中，该阶段碳排放总量为21.5×10³ kg，养殖器材碳排放量占比为32.7%。

2.2 一次加工阶段碳排放

条斑紫菜一次加工是将原藻加工成菜饼，其工艺流程如下：(1)漂洗阶段：海上采集的鲜菜倒入漂洗池中，通过缓慢搅拌和清洁海水清洗，清除泥沙和附着硅藻；(2)打浆和浇饼阶段：在切菜机中将原藻切碎，并与海水、淡水按一定比例调和成紫菜浆液传送至浇饼装置进行浇饼；(3)烘干和再干阶段：浇注好的紫菜饼经脱水、烘干、剥离、挑选装入再干箱中，经再干处理，含水率降至3%~5%，包装、储藏以及销售。

一次加工阶段过程中碳排放主要来自机器运行消耗、紫菜包装和干燥热源消耗产生的碳排放。其中，包装材料(主要包括塑料包装、纸壳包装和纸塑铝包装)产生的碳排放量为3.13×10³ kg，运行设备使用电能的碳排放量为3.42×10³ kg。

在热能使用方面，条斑紫菜的一次加工过程中主要使用3种热源形式，即煤、生物质能和电能。其中，使用电能作为热源，产生的碳排放量仅为5.13×10³ kg，占碳排放量的43.9%(该阶段碳排放总量为11.68×10³ kg)；使用生物质燃料产生的碳排放量为4.05×10³ kg，占碳排放量的38.2%(该阶段碳排放总量为10.6×10³ kg)；使用煤燃烧产生的碳排放量为19.7×10³ kg，占碳排放量的75.0%(该阶段碳排放总量为26.25×10³ kg)。由此可以看出，燃煤作为热源的碳排放量最大，其次为生物质燃料，电能的碳排放量远远低于前两者。

2.3 二次加工阶段碳排放

条斑紫菜二次加工的工艺流程为将一次加工的菜饼切割、喷涂调料或添加芝麻等配料、烤熟、包装，经过二次加工后成为包装好的商品直接出售或常温储存一段时间后再销售。

二次加工阶段碳排放主要来自机器运行电耗和紫菜包装消耗。其中，包装材料(包括塑料包装和纸壳包装)产生的碳排放量为8.44×10⁴ kg，几乎占该阶段碳排放量的93.1%；运行设备使用电能的碳排放量仅为6.27×10³ kg，该阶段碳排放总量为9.07×10⁴ kg。

2.4 条斑紫菜产业碳足迹分析的影响因素

碳足迹指的是全生命周期内的碳排放总量，以碳排放量来表示。在产品从生产到加工等阶段涉及的温室气体除CO₂之外还有一氧化二氮(N₂O)等气体，本研究为简化计算暂未考虑其他温室气体，因此，评价结果将会低于温室气体的实际排放量。

条斑紫菜产业包括采苗、养殖、运输、加工、分销、废弃等一系列上下游环节，研究条斑紫菜碳足迹需要将条斑紫菜全生命周期的碳排放量体现出来，但在实际计算中，人工操作、分销和废弃等环节无法量化，导致核算的碳排放量会低于实际碳排放量。

在核算过程中，碳排放系数的选择会显著影响核算结果，而碳排放系数与材料形式、工艺技术等密切相关，由于紫菜养殖和加工过程中所需材料非单一材质，而目前的碳排放系数的数据库还不够全面，因此，尽管本研究采用的碳排放系数来自最新研究结果，但对结果还是会产生一定的影响。

2.5 条斑紫菜产业的减排对策与建议

众所周知，紫菜养殖是一个碳汇活动^[1-2]，依据自然资源部颁布的行业标准《养殖大型藻类和双壳贝类碳汇计量方法碳储量变化法》(HY/T 0305—2021)规定的藻类成体收获碳储量计算公式^[18]，公式如下：

$C_{\mathrm{SH}}=W_{\mathrm{sy}} \times R_{\mathrm{ssdw}} \times C_{\text {aa. }} $

(7)

式中：C_SH——养殖大型藻类每亩收获的碳量，kg；W_sy——每亩成藻的产量，kg；R_ssdw——收获时大型藻类成藻的干湿比；C_aa.——成藻的含碳率。

计算出条斑紫菜100亩养殖形成的可移出碳汇约为2.57×10³ kg(以C计)，即9.43×10³ kg(以CO₂计)。由本研究结果可知，100亩条斑紫菜养殖加工过程中碳排放总量为1.25×10⁵~2.47×10⁵ kg(一次加工热源燃料不同，导致排放总量不同)。很显然，条斑紫菜养殖过程中移出的碳汇量远低于产业其他环节中碳排放量，因此，基于全产业链的分析，条斑紫菜产业并不是一个碳汇产业。

在养殖阶段，养殖器材所用材料主要是石油化工产品，尽管使用寿命较长，但仍是碳排放的主要因素，因此，寻找合适的低碳替代品，或提高使用寿命，就可以显著降低年度碳排放的分摊比例。

在一次加工阶段，热源的使用是碳排放的主要贡献者。采用不同热源形式，碳排放量存在较大差异。尽管煤炭的成本最低，但其碳排放量最大，且煤炭燃烧也会污染空气，因此从环保和碳排放角度，煤炭应是属于被摒弃的热源材料。生物质燃料符合环保要求，其碳排放量在3种燃料中是最低的，是条斑紫菜一次加工较为适宜的热源材料。

在一次和二次加工阶段使用的塑料包装、纸壳包装是碳排放的主要贡献者，由于这些材料已经属于行业通用包装材料，在目前的产业工艺中，被替代的几率较低。只能通过修改工艺或循环使用减少使用量，来降低碳排放量。

3 结论

(1) 条斑紫菜100亩养殖加工过程中碳排放总量为1.25×10⁵~2.47×10⁵ kg，远高于条斑紫菜百亩养殖形成的可移出碳汇量(9.43×10³ kg)。结果表明，基于全产业链的分析，条斑紫菜产业尚不是一个碳汇产业。

(2) 条斑紫菜养殖过程中养殖器材、加工过程中的包装材料以及一次加工过程中的热源是碳排放的主要贡献者，因此，建议通过提高材料的使用寿命、选择低碳替代品以及采用生物质燃料作为热源材料等途径来降低条斑紫菜产业的碳排放量。