海湾，在夏季根据当地水体垂向水温情况确定水体热分层现场出现时，利用作业船将人工造流装置、海面浮架等运至工程区；
[0034]2)如图1所示，将人工造流装置顶部连接海面浮架2 ο海面浮架2由高密度聚乙烯(HDPE)管材构成，直径为8m，深度5m。人工造流装置的主体I上端开设6个直径为1cm的浮游植物搜集口 4。根据实验地海水平均流速，在海面浮架2周围悬挂10个直径为0.5m的塑料泡沫浮子3，人工造流装置主体I底部两侧连接4个单重5kg的水泥沉子6，调整浮子3和沉子6使人工造流装置垂直竖立于水中，并使人工造流装置顶部距水面2m。使气流逆向运行(产生下沉流)的螺旋桨5连接海面浮架2，悬挂于主体I内部上方;螺旋桨为性价比较高的塑胶桨，直径为Im，桨叶数目为4，转速为500转/分时;将人工造流装置气腔进气口 7与作业船上空气压缩机相连；
[0035]2)开启作业船上的空气压缩机，为人工造流装置供气，形成上升流，流速为lm/s，持续时间为12h/天，将深海(距离海底2-5m)中富含氮，磷，铁等营养盐的海水提升至表面真光层(距离海平面0-3m)。
[0036]3)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，营养盐等条件都满足后，通过光合作用将大量的CO2转化为浮游植物体内有机物；
[0037]4)人工造流装置运行一段时间(5-7天)，待浮游植物大量繁殖达到较高生物量之后，再利用人工造流装置和反向螺旋桨，形成下沉流，流速达lm/s，将浮游植物快速吸入深海，持续时间为12h/天，直至大部分浮游植物被吸入深海为止，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。
[0038]在本发明的一个实施例中，实验地点为温州洞头某半封闭海湾。水域面积约为38000m2，平均水深30m。表层海水氮浓度约为0.2mmol/m3，磷含量约为0.08mmol/m3，铁含量约为0.8mg/L，浮游植物初级生产力约为45gC/m2/y，真光层浮游植物生物量仅为10yg/L，为了增加表层海水营养盐浓度，加速浮游植物光合作用速率，利用人工造流装置将深层海水的丰富营养盐提升到表层真光层。
[0039]在夏季晴天，根据水域的面积，平均水深和真光层停留时间确定在水中放入海面浮架2，并在海面浮架2中部下方连接提水量为30000m3/天的人工造流装置，装置直径为Im，高为26m；气腔体积0.5m3，宽度为0.5m，高度h为2m，平均每1s产生一个“气团” 9。调整浮子3和沉子6使人工造流装置垂直竖立于水中。驾驶载重为600吨的渔业调查船至海面浮架2附近，船上载有为人工造流装置供气的空气压缩机排气量为100m3/h，功率为10.5kW。空气输送管采用聚乙烯塑料管，管径为5cm，用于连接人工造流装置和船上的空气压缩机，长约120m ο
[0040]开启空气压缩机，启动人工造流装置，通过上升流将深海(距海底2_5m)富营养盐海水提升至表面真光层(距海平面0-3m)，上升流持续时间为12h/天，流速为lm/s。定期定点测量海洋真光层营养盐浓度和浮游植物的初级生产力。人工造流装置连续运行3天后，测得表层真光层营养盐浓度明显上升，氮浓度约为12mmol/m3，磷浓度约为1.3mmol/m3，铁浓度约为2.5mg/L，而浮游植物初级生产力显著提高(达800gC/m2/y)，真光层浮游植物生物量为35yg/L;装置连续运行7天后，测得表层真光层营养盐浓度氮浓度约为14mmol/m3，磷浓度约为
1.5mmol/m3，铁浓度约为4.8mg/L而浮游植物初级生产力出现峰值(达1100gC/m2/y)，真光层浮游植物生物量达到峰值为60yg/L;然后，开启人工造流装置和螺旋桨，通过下沉流将浮游植物从搜集口快速吸入装置并沉降至深海，下沉流持续时间为12h/天，流速为lm/s。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。经计算，固碳量达到150tC/ha/y。可见，利用这一装置和方法可有效增强海洋固碳能力。
[0041]本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。
【主权项】
1.一种增强海洋碳汇方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 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； 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； 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。2.一种用于增强海洋碳汇的人工造流装置，其特征在于，包括: 筒状结构的主体(I)，其从海绵延伸至深海中； 浮游植物搜集口(4)，其设置在所述主体(I)的上部，用于收集浮游植物； 气腔(8)，其设置在所述主体(I)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(I)内形成气团，推动所述主体(I)内的水体上升或下降； 海面浮架(2)，其设置在所述主体(I)的顶部，所述海面浮架(2)内部设有浮子(3)和螺旋桨(5);及 沉子(6)，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。3.根据权利要求2所述的人工造流装置，其特征在于，所述主体(I)的直径为l-3m，高度为20-30m，顶部距水面l-2m。4.根据权利要求2所述的人工造流装置，其特征在于，所述气腔(8)的气腔体积0.5-lm3’宽度为0.5-lm，高度为l-3m。5.根据权利要求2所述的人工造流装置，其特征在于，所述海面浮架(2)为高密度聚乙烯管材构成，直径为Sm，网深5米。6.根据权利要求2所述的人工造流装置，其特征在于，所述浮子(3)为直径为0.5m的球形塑料泡沫。7.根据权利要求2所述的人工造流装置，其特征在于，所述沉子(6)为单重为5kg的水泥砌块。8.根据权利要求2所述的人工造流装置，其特征在于，所述螺旋桨(5)为塑胶桨，直径为Im，桨叶数目为4，转速为>300转/分。9.根据权利要求2所述的人工造流装置，其特征在于，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。10.根据权利要求9所述的人工造流装置，其特征在于，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。
【专利摘要】本发明公开了一种增强海洋碳汇方法。本发明利用浮游植物光合作用吸收CO2增加海洋碳汇。具体步骤为利用特制的人工造流装置引发上升流将深海丰富的营养盐海水提升至表面真光层，使得表层浮游植物大量繁殖(甚至于引发赤潮)并参与光合作用，通过光合作用将大量的CO2转化为浮游植物体内有机物，然后再利用该人工造流装置引发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。该方法通过促进海洋浮游植物繁殖并且快速沉降浮游植物至海底来提高海洋碳汇量，从而有效降低大气CO2浓度，减缓气候变暖危机。本发明还公开了一种用于增强海洋碳汇的人工造流装置。
【IPC分类】A01G33/00, A01K61/00
【公开号】CN105494183
【申请号】CN201510885442
【发明人】陈雪初, 黄晓琛, 高如峰, 黄莹莹, 杨华蕾, 陈桂钦, 李盼盼
【申请人】华东师范大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月4日