生物碳泵是通過有機物生產(chǎn)、消費、傳遞等生物學(xué)過程，形成顆粒有機碳，在重力作用下由海洋表層向深海乃至海底遷移和埋藏的過程。過程中，從浮游植物光合作用開始，沿食物鏈從初級生產(chǎn)者逐級向高營養(yǎng)級傳遞有機碳，并產(chǎn)生顆粒有機碳沉降，將一部分碳長期封存到海洋中。

科學(xué)界對生物泵固碳與儲碳評價極高，認(rèn)為若無生物泵，大氣中二氧化碳含量將比現(xiàn)在高出200ppmv。

生物泵雖好，但是埋藏碳效率太低。據(jù)估算，通過生物泵遷移和埋藏至海底的二氧化碳量接近海洋初級生產(chǎn)力的1%，絕大多數(shù)顆粒有機碳在沉降中被“撂倒”。如何高效利用，成為科學(xué)家為之努力的目標(biāo)。

2.微型生物碳泵，蠟封的“肉丸子”

經(jīng)過多年的系統(tǒng)研究和科學(xué)試驗，我國科學(xué)家逐步認(rèn)識到海洋生態(tài)系統(tǒng)中微型生物對海洋碳庫形成的重要作用。中國科學(xué)院院士焦念志提出了一個新的海洋儲碳機制——微型生物碳泵，引領(lǐng)了該領(lǐng)域的國際前沿發(fā)展趨勢。

海洋中95%的有機碳是溶解態(tài)的，這其中的95%又是惰性有機溶解碳，可在海洋中保存5000年左右。

微型生物碳泵是利用海洋中微生物、浮游生物等生理生態(tài)活動吸收活性有機碳，然后將活性有機碳轉(zhuǎn)化為惰性有機碳，儲存在海水中。因惰性有機碳不容易被降解，因而可以積累形成巨大的碳庫。

據(jù)估算，海洋中惰性有機碳的量和大氣碳匯相當(dāng)。因此，海洋儲碳潛力巨大，對于調(diào)節(jié)氣候變化有重要作用。

理論上說，海洋表層各種浮游生物、微生物吸收大氣中的二氧化碳后成為顆粒有機碳，然后在重力等作用下沉降到海底，達(dá)到固碳的目標(biāo)。但實際情況是，在沉降至幾千米的海底過程中，顆粒有機碳被降解得很厲害，可以說是呈指數(shù)型衰減。其結(jié)果就像是一個大型漏斗，上面看著數(shù)量很多，但是最終到達(dá)海底的數(shù)量少得可憐。

這個過程也可以理解為，各種海洋生物、微生物像是一顆顆美味的肉丸子，吸收二氧化碳形成顆粒有機碳后，在沉降海底的漫漫征程中，因其味道鮮美，一路被海洋微生物、細(xì)菌“啃食”，到了海底就剩下點肉末了。

這不是我們想要的結(jié)果。但是，如果顆粒有機碳在沉降過程中不斷和惰性有機碳分子碰撞結(jié)合，將有利于保護(hù)顆粒有機碳。這就相當(dāng)于給顆粒有機碳這個美味的肉丸上包裹上了一層蠟，口感不佳，細(xì)菌對其失去興趣，因而得以沉至海底，長期保存下來。

這與海底石油形成的原理類似，科學(xué)界正在通過試驗驗證其相似性，為海洋碳封存打通“最后一公里”。

10年前，焦念志提出的微生物碳泵概念還鮮為人知，在若干大型生態(tài)系統(tǒng)模擬實驗驗證后，得到國內(nèi)外科學(xué)界的認(rèn)可。隨后，該理論被寫入IPCC報告。美國科學(xué)家稱，盡管這個巨大的惰性有機碳庫形成原因仍然是個謎，但是，它對調(diào)節(jié)氣候變化的作用是巨大的。而且，在地球歷史進(jìn)程中，曾經(jīng)的惰性有機碳庫比現(xiàn)在至少大500倍。

如今，科學(xué)家還在開展研究，如何調(diào)控碳酸鹽泵、生物泵和微生物泵三者反應(yīng)的邊界條件，以求實現(xiàn)三泵協(xié)同增匯。屆時，可能實現(xiàn)歷史上曾經(jīng)出現(xiàn)過的大規(guī)模儲碳現(xiàn)象。

實際上，在地球歷史上確實有多次因微生物的推波助瀾而導(dǎo)致大規(guī)模碳酸鹽沉積的實例，以厭氧、有氧微生物作為反應(yīng)介質(zhì)，幫助碳沉降。在英國，英吉利海峽比奇角是一片高100多米、長5公里的白色懸崖，丹福白崖（The White Cliffs of Dover），是由碳酸鹽沉積的景觀，就是在非常小（20微米，即0.02毫米）的微型生物作用下沉積而成。

3.如何統(tǒng)籌陸海，減排增匯？

早在10年前，焦念志還提出減少陸地施肥、增加近海碳匯的方案。

美國科學(xué)家對各種環(huán)境、近海湖泊大洋中無機氮與有機碳的關(guān)系進(jìn)行研究，其結(jié)果表明，如果環(huán)境中有過多營養(yǎng)鹽，則有機碳難以保存。這與實驗室微觀觀測結(jié)果相同。

國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，過去50年，我國化肥使用量增加近30倍，全球化肥使用量增加了30%。過量氮磷等化學(xué)肥料在雨水的沖刷下，進(jìn)入河流最終流向海洋，使得近海富營養(yǎng)化。陸源過量營養(yǎng)輸入+海源激發(fā)效應(yīng)，使得高生產(chǎn)力的河口成為釋放二氧化碳的源。

入海口營養(yǎng)物質(zhì)豐富，成為各類細(xì)菌滋生的溫床，細(xì)菌將有機碳分解，釋放二氧化碳，將陸源有機碳激活成為二氧化碳。

焦念志建議，實施微生物驅(qū)動的，無機-有機-生命-非生命綜合儲碳示范工程，實施海陸統(tǒng)籌，減排增匯-量化生態(tài)補償機制，推動國內(nèi)大循環(huán)。

目前，焦念志院士發(fā)起的海洋負(fù)排放國際大科學(xué)計劃（ONCE），得到了國際同行的積極響應(yīng)，已有來自15個國家的科學(xué)家簽約加入。焦念志呼吁，中國應(yīng)全面進(jìn)行海洋負(fù)排放科學(xué)規(guī)劃，及時就相關(guān)研究與研發(fā)成果予以發(fā)布，盡快建立相關(guān)的方法與技術(shù)體系，通過ONCE推出中國領(lǐng)銜制訂的海洋碳匯（負(fù)排放）有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，為構(gòu)建人類命運共同體提供中國方案。