一种增强海洋碳汇方法及人工造流装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于海洋生态工程领域，尤其是涉及一种增强海洋碳汇的方法及人工造流
目.0
【背景技术】
[0002]自工业革命以来，由于人类活动的影响，大气中CO2的浓度显著增加，全球变暖现象日趋严重，而碳汇是缓解全球气候变暖的重要途径。海洋作为重要的碳汇已经受到越来越多的关注，海洋系统是地球上最大的碳汇(参见，石洪华，王晓丽，郑伟等.海洋生态系统固碳能力估算方法研究进展[J].生态学报，2014，34(1): 12-22.)，地球上约93%的0)2储存在海洋中，约为大气的50倍，海洋碳库在碳的全球生物地球化学循环中起着重要作用。海洋生物捕获⑶2的能力被称为“蓝色碳汇”，也叫做“海洋碳汇”(参见，许冬兰.蓝色碳汇:海洋低碳经济新思路[J].中国渔业经济，2011,29(6):44-49.)。目前已知的海洋固碳机制主要包括生物栗、物理栗(溶解度栗)和碳酸盐(反向)栗。
[0003]物理栗是由物理过程(如热通量、涡动、扩散等)为媒介的碳的物理交换过程，驱动力来自海洋缓慢的环流以及冷水中CO2的溶解度高于温暖水体，溶解度栗人为调控非常困难，并且CO2溶于水后会形成碳酸，加剧海洋酸化，可导致外壳为钙质的贝壳、甲壳类动物、钙化藻类、以及珊瑚溶解。碳酸盐(反向)栗生成Imol碳酸钙最终会有0.67mol CO2释放到大气中去，这两个相反的过程可以决定钙化过程对海洋表层CO2是“源”或“汇”，通常用雨率，即在输出真光层的生源颗粒物中无机碳和DOC的比率来表示，如果光合作用固碳大于净释放CO2，雨率高于1.5，才能看作碳汇。由于碳酸钙的形成都是在真光层，所释放的CO2都是在真光层中积累，因此，在短时间尺度内，通过形成碳酸钙降低大气CO2效果不明显。
[0004]生物栗，又称有机碳栗，是基于生物介导的将碳由表层向深海以及海底沉积环境沉降的过程，生物在这个过程中起到一种“通道”的作用，在海洋生态系统的碳循环过程中主要是由有机碳栗实现的。近年来，以真核微藻和蓝细菌等光合自养的浮游植物进行光合固碳的方法已受到广泛关注(如公共号CN104430080，CN104472409)。浮游植物是海洋中的初级生产力，地球表面超过70%的面积为海洋，为表层真光层的浮游植物提供足够的光合作用场所，因此利用生物栗固碳具有极大的应用潜力，然而由于真光层中缺乏营养物质，从而限制了生物栗的固碳作用，现有报道的技术往往需要大面积投加铁盐等营养物质才能达成一定效果(参见，李纯厚，齐占会，黄洪辉等.海洋碳汇研究进展及南海碳汇渔业发展方向探讨[J].南方水产，2010 ,6(6):81-86.及，孙军.海洋浮游植物与生物碳汇.生态学报，2011,31(18):5372-5378.)0
[0005]值得注意的是，在真光层以下，储存在深海底部有大量的营养物质，只需将深海的营养盐提取到真光层，就有可能促进浮游植物的生长繁殖，增加浮游植物吸收固定大气中CO2效率;另一方面，只有表层的碳为海洋生物吸收，并被输送到深海后，该生物栗才是有效的，然而自然条件下动植物残骸、粪球等到达深海是慢速的沉降，而慢速的沉降将导致死亡的浮游植物很快被细菌裂解、降解成为溶解有机物或CO2释放达到水体中，这样碳只会停留在上层水体中，并未参与到碳的溶解栗过程中，对于碳汇没有贡献，因此实现碳的快速沉降是强化生物栗碳汇作用的另外一个有待解决的关键问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有生物栗固碳技术存在的缺陷，提供一种利用人工上升流作用提升深海中的营养盐，促使表层浮游植物大量繁殖，并且通过人工下沉流加速浮游植物沉降的海洋生态工程系统及其构建方法，从而大大增强海洋碳汇。
[0007]本发明提出了一种增强海洋碳汇方法，该方法包括以下步骤:
[0008]步骤一:利用人工造流装置形成上升流，将深海中富含营养盐的海水提升至表面真光层，为浮游植物提供广阔的光合作用场所，并提供充足的营养和光照条件；
[0009]步骤二:表层浮游植物在丰富的营养盐水体中大量繁殖，当光照，温度，营养盐条件都满足后，通过光合作用将大量的CO2转化为浮游植物体内有机物；
[0010]步骤三:待浮游植物大量繁殖直到达到较高生物量后，再利用人工造流装置内螺旋桨，形成下沉流将浮游植物快速吸入深海，在没有光照和低温环境中，浮游植物迅速死亡，碳随着死亡生物体的残骸沉到海底，储存在海洋碳库中。
[0011]本发明还提出了一种用于增强海洋碳汇的人工造流装置，包括:
[0012]筒状结构的主体，其从海绵延伸至深海中；
[0013]浮游植物搜集口，其设置在所述主体的上部，用于收集浮游植物；
[0014]气腔，其设置在所述主体的中部，通过管道与海面上的空气压缩机连接，用于在所述主体内形成气团，推动所述主体内的水体上升或下降；
[0015]海面浮架，其设置在所述主体的顶部，所述海面浮架内部设有浮子和螺旋桨;及
[0016]沉子，其设置在所述主体的底部，用于使所述主体垂直竖立于海洋中并保持稳定。
[0017]本发明提出的所述人工造流装置中，所述主体的直径为l-3m，高度为20-30m，顶部距水面1-2m。
[0018]本发明提出的所述人工造流装置中，所述气腔的气腔体积0.5-lm3，宽度为0.5_lm，高度为l_3m。
[0019]本发明提出的所述人工造流装置中，所述海面浮架为高密度聚乙烯管材构成，直径为8m，网深5米。
[0020]本发明提出的所述人工造流装置中，所述浮子为直径为0.5m的球形塑料泡沫。
[0021]本发明提出的所述人工造流装置中，所述沉子为单重为5kg的水泥砌块。
[0022]本发明提出的所述人工造流装置中，所述螺旋桨为塑胶桨，直径为lm，桨叶数目为4，转速为>300转/分。
[0023]本发明提出的所述人工造流装置中，所述人工造流装置产生的上升流持续时间至少12h/天，流速为l-2m/s;下沉流流速为l-2m/s，确保浮游植物能被快速吸入海底，持续时间为>12h/天。
[0024]本发明提出的所述人工造流装置中，当在夏季水体热分层剧烈时期实施时，上升流模式运行时间为5-7天;下沉流运行模式为3-5天。
[0025]本发明的有益效果在于:
[0026]本发明提供了一项简便，高效，绿色，环保，安全，可持续的工程，利用自下而上的水体流动使大量深海营养盐进入海水表层，促进浮游植物生长繁殖，从空气中吸收大量的CO2，降低大气CO2浓度，缓减全球气候变暖危机。该方法可以利用现有装置进行人为调控，使得人类根据需要控制大气中CO2的想法得以变成现实。
[0027]本发明所利用的光，热，肥(营养盐)等物质消耗资源均为免费的，所以是一项低成本，高回报的海洋碳汇方案，通过启动人工造流装置内部螺旋桨，快速将浮游植物沉入深海中，避免慢速沉降过程中由于裂解和降解的过程而无法将C储存在海底，将固碳方法由传统的物理化学方法转为生物固碳方法，将全球碳汇的主战场由陆地森林转为海洋生态系统。
【附图说明】
[0028]图1为人工造流装置的结构示意图；
[0029]图2为水流在人工造流装置中的示意图。
[0030]图1-2中，1-主体，2-海面浮架，3-浮子，4-浮游植物搜集口，5_螺旋桨，6_沉子，7_进气口，8-气腔，9-气团。
【具体实施方式】
[0031]结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
[0032]本发明增强海洋碳汇的方法具体实施步骤如下:
[0033]I)选择适宜开展的现场工作的半封闭