Rong biển là giải pháp nhanh chóng cho biến đổi khí hậu?

Bên cạnh đó, chúng còn cung cấp sinh khối làm thực phẩm cho con người, dược phẩm và nhiều ứng dụng khác. Hầu hết nguồn cung cấp rong biển cho con người (97,1%) bắt nguồn từ việc nuôi trồng ở vùng nước ven biển. Trồng rong biển đã mở rộng nhanh chóng trong những thập kỷ qua và ngày nay chiếm 51,3% (34,7 triệu tấn, trọng lượng tươi) tổng sản lượng nuôi trồng thủy sản biển toàn cầu, nơi Trung Quốc và tám quốc gia châu Á khác thống trị sản xuất.  

Rong biển ngày càng được con người tiêu thụ trực tiếp nhưng khối lượng rất khó ước tính. Naylor và cộng sự. (Citation 2021) cho rằng khoảng 31-38% sản lượng rong biển toàn cầu được con người tiêu thụ trực tiếp. Trong khi thị trường rong biển dùng trong hóa chất nông nghiệp, nguyên liệu thức ăn chăn nuôi, sản phẩm y tế và các ứng dụng mới nổi (ví dụ như nhựa sinh học) đang gia tăng, lĩnh vực quan trọng vẫn là ngành công nghiệp phycocolloid với chế biến carrageenan, agar và alginate, một tỷ lệ đáng kể trong số đó được con người tiêu thụ gián tiếp.

Các khu vực rộng lớn của rong biển hoang dã và nuôi trồng cung cấp các dịch vụ hệ sinh thái quan trọng (Chopin City S2021a), chẳng hạn như sự đồng hóa các chất dinh dưỡng của chúng để giảm thiểu hiện tượng phú dưỡng khi thu hoạch (Chopin và cộng sự. Cites 2001, Yang và cộng sự. Cites 2015, Xiao và cộng sự. Cites 2017), cung cấp môi trường sống và độ phức tạp của lưới thức ăn (Graham Cites 2004) và giảm thiểu năng lượng sóng để bảo vệ chống xói mòn bờ biển (Duarte et al. Cites 2017).

Thị trường rong biển dùng trong hóa chất nông nghiệp, nguyên liệu thức ăn chăn nuôi, sản phẩm y tế và các ứng dụng mới nổi

Vai trò của rong biển trong việc điều chỉnh độ pH trong nước biển (Xiao và cộng sự. Cites 2021) vẫn cần được nghiên cứu thêm ở quy mô đủ lớn để hiểu được những tác động tích cực tiềm tàng (và tính khả thi về mặt kinh tế) do sự phức tạp của chuyển động của nước cũng như con đường của cacbon và các chất khác. Chất dinh dưỡng trong vùng nước biển ven bờ (Hurd và cộng sự. Citation 2009, Paine và cộng sự. Citation 2021). 

Vai trò của rong biển trong quá trình khử cacbon của hệ thống thực phẩm và là giải pháp khí hậu 

Vai trò tiềm năng của “thực phẩm xanh” có hàm lượng dinh dưỡng thấp (động vật và thực vật thủy sinh) trong việc giảm thiểu và thích ứng với biến đổi khí hậu đã được nhấn mạnh và đặc biệt là rong biển. Cách thức truyền đạt vai trò này trong tài liệu (và các sáng kiến về rong biển) rất khác nhau; tuy nhiên, một số người phản đối mạnh mẽ về tiềm năng to lớn của nó như một giải pháp khí hậu. Các nghiên cứu trước đó cho thấy rằng một số lập luận về vai trò của rong biển trong việc khắc phục khí hậu là mâu thuẫn và không có cơ sở vững chắc trong cách hiểu hệ thống rộng hơn liên quan đến việc lưu trữ, dòng chảy và chu trình carbon.  

Sự cô lập carbon của rong biển – xem xét theo thời gian 

Định nghĩa của từ ’cô lập’ có tầm quan trọng đặc biệt khi đánh giá vai trò của rong biển trong chu trình carbon chậm toàn cầu, tức là chu trình có liên quan đến việc giảm sự nóng lên toàn cầu. Về mặt lịch sử, thuật ngữ ’tịch thu’ được sử dụng để chỉ các biện pháp tạm thời: cho đến khi phán quyết được đưa ra (tuyên bố của bồi thẩm đoàn) hoặc một khoản nợ đã được thanh toán (tịch biên tài sản). Gần đây, từ điển Cambridge đã định nghĩa từ này là: ’hành động tách và lưu trữ một chất có hại như carbon dioxide theo cách giữ an toàn’.

Đối với một nhà địa chất, việc cô lập thường kéo dài trong khoảng thời gian từ hàng nghìn đến hàng triệu năm, trong khi Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) thường làm việc với khoảng thời gian 50, 100 hoặc 500 năm khi định lượng tiềm năng nóng lên toàn cầu của khí nhà kính (GHG). ) (Trích dẫn GESAMP 2019). Tuy nhiên, không có khoảng thời gian nào trong số này dựa trên cơ sở khoa học mà thay vào đó là sự xem xét chủ quan theo định hướng chính sách (Shine Citation 2009; Brandao et al. Citation 2013).

Hầu hết carbon được cố định bởi rong biển chỉ được lưu trữ trong thời gian ngắn/tạm thời dưới dạng sinh khối trước khi được sử dụng (ví dụ như tiêu thụ) hoặc bị phân hủy và carbon lại được di chuyển qua các con đường phức tạp và biến đổi ngay cả khi xem xét các dạng sống lâu nhất. Điều này ngụ ý rằng hầu hết carbon trong rong biển bước vào chu trình cacbon nhanh và do đó không trực tiếp dẫn đến sự cô lập lâu dài vì có liên quan cao ở quy mô giảm thiểu sự nóng lên toàn cầu.

Ngoài ra, và trái ngược với các trao đổi khí quyển - nước biển khác như O₂, CO₂ mất từ ​​vài tháng đến nhiều năm để tìm được trạng thái cân bằng (Paine và cộng sự. Cites 2021), khi CO₂ tham gia vào một quá trình phức tạp gồm nhiều bước do khuấy nước liên quan đến những thay đổi trong gió, độ mặn và nhiệt độ quyết định độ hòa tan của nó, sự cân bằng cacbonat biến đổi CO₂ thành cacbonat và bicacbonat, cũng như quá trình quang hợp và hô hấp của các sinh vật biển hiện có trong cột nước hoặc gắn liền với đáy. 

Rong biển trồng 

Khả năng ánh sáng mặt trời xuyên qua cột nước là yếu tố hạn chế cuối cùng đối với sự phát triển ba chiều theo chiều dọc của rong biển, dẫn đến việc sản xuất bị hạn chế ở vùng nước gần bề mặt. Trong những điều kiện này, các loài rong biển được nuôi có tốc độ tăng trưởng cao và liên kết một lượng lớn carbon. Tỷ lệ carbon được cố định dưới dạng sinh khối khác nhau giữa các loài và thời gian trong năm. Các lập luận về khả năng cô lập carbon của rong biển thường được trình bày tương đương với lượng carbon trong sinh khối rong biển được thu hoạch hoặc sinh khối tồn tại của các thảm rong biển tự nhiên - điều này làm tăng kỳ vọng cao về vai trò của rong biển như một giải pháp khí hậu.

Các mô hình canh tác khác nhau sẽ có ý nghĩa khác nhau đối với chức năng hấp thụ carbon

Tuy nhiên, trong một trang trại rong biển, lượng rong biển tồn kho không ổn định theo thời gian và có thể đạt đến đỉnh điểm trong một thời gian ngắn (tối đa 2-6 tháng) trước khi giảm xuống 0 tại thời điểm thu hoạch. Một số trang trại thực hiện thu hoạch hoàn toàn sinh khối trong một khoảng thời gian ngắn (ví dụ: một số loài rong bẹ thuộc chi Saccharina, Laminaria, Undaria, Alaria), một số trang trại khác để lại một số sinh khối để tiếp tục tăng trưởng và thu hoạch lặp lại trong mùa sinh trưởng (ví dụ: Pyropia, Neo Pyropia). , Porphyra), trong khi những loài khác sử dụng các mảnh thalli thường xuyên được nhét vào dây hoặc ống sau mỗi lần thu hoạch (ví dụ: Kappaphycus, Eucheuma, Gracilaria, Agarophytes).

Các mô hình canh tác khác nhau sẽ có ý nghĩa khác nhau đối với chức năng hấp thụ carbon. Một số trang trại cũng đang trồng các loài khác nhau có thời kỳ tăng trưởng khác nhau, ví dụ như sự phát triển của rong bẹ dày với các loài mỏng manh hơn như Gracilaria hoặc Gracilariopsis hoặc phát triển các giống cây trồng mới theo hướng kéo dài thời gian sử dụng địa điểm trồng. Chỉ những vật liệu còn lại để phát triển mới tạo thành chức năng loại bỏ/hút tại khu vực trang trại, nhưng chức năng này có thể không tồn tại sau một số năm ngắn ngủi – ngụ ý rằng cuối cùng carbon sẽ bước vào chu trình carbon ngắn.

Ngoài ra, doanh thu sinh khối rong biển cũng có thể cao do các loài ăn cỏ, mầm bệnh và hoại sinh liên tục tác động lên sinh khối rong biển. Rong biển cũng liên tục giải phóng carbon thông qua sự phân mảnh của chất hữu cơ dạng hạt (POM) và chất hữu cơ hòa tan (DOM) mà ở mức độ lớn được chuyển hóa bởi vi sinh vật - điều cần được hiểu và đưa vào bất kỳ ngân sách carbon nào của rong biển, cả nuôi và hoang dã. Sau khi hạ cánh, rong biển được con người sử dụng làm thực phẩm/thức ăn chăn nuôi và trong nhiều ứng dụng khác theo cách cho phép phân hủy trong khung thời gian ngắn, dẫn đến cacbon đi vào các con đường carbon nhanh khác nhau.

Ngay cả khi 71% bề mặt trái đất được bao phủ bởi đại dương, vẫn cần thận trọng khi đề xuất trồng rong biển quy mô lớn trên khắp hành tinh. Việc mở rộng tiềm năng nuôi trồng rong biển trên các loài phân bố cực kỳ giới hạn về mặt địa lý sẽ dẫn đến việc đánh giá quá cao tiềm năng cô lập của chúng. Các địa điểm nuôi trồng thủy sản có thể không phù hợp hoặc không khả thi do ví dụ: động lực của nước, giới hạn chất dinh dưỡng hoặc nhiệt độ và độ mặn không thuận lợi, không được xã hội chấp nhận cũng như không được quy định cho phép. Khả năng tiếp cận và khả năng tài chính thường bị bỏ qua trong các kịch bản mở rộng quy mô lớn.

Bất kỳ việc nâng cấp quy mô nuôi trồng rong biển cũng cần phải được thực hiện dần dần để sinh khối được sản xuất được thị trường hấp thụ một cách thích hợp. Không cần phải có một cách tiếp cận dựa trên công nghệ chưa được chứng minh khác để giảm thiểu biến đổi khí hậu mà không dựa trên cơ sở khoa học và khả năng tiếp thị hợp lý, đồng thời làm xao lãng các hành động hiệu quả hơn khác, như giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch (ví dụ: bằng cách loại bỏ dần các loại nhiên liệu hóa thạch). trợ cấp nhiên liệu). Liệu liên kết carbon hay nhu cầu thị trường có thúc đẩy sự phát triển nghề trồng rong biển hay không vẫn cần được chứng minh. Bên cạnh rong biển được cung cấp cho thị trường thực phẩm và thậm chí cả các thị trường mang lại lợi nhuận cao hơn (dược phẩm, dược phẩm và dược phẩm), giá trị sinh khối cho sản xuất quy mô lớn khá thấp và không phải là động lực mạnh mẽ cho việc trồng rong biển. 

Rong biển hoang dã 

Việc lưu trữ carbon xanh chủ yếu liên quan đến các hệ thống ven biển như đầm lầy muối, rừng ngập mặn và thảm cỏ biển nhưng một số tác giả cũng tranh luận về tầm quan trọng của các thảm rong bẹ. Chúng ta vẫn còn thiếu kiến thức về tài nguyên rong biển hoang dã và mọi ước tính định lượng toàn cầu đều phải được thực hiện một cách thận trọng. Chưa có cuộc khảo sát rộng rãi nào để kiểm kê một cách đáng tin cậy các quần thể rong biển tự nhiên trên toàn thế giới.

Các cuộc điều tra hiện tại tập trung chủ yếu vào một số chi có giá trị thương mại ở các khu vực địa lý hạn chế được chính phủ và ngành công nghiệp quan tâm (ví dụ: Saccharina, Macrocystis, Laminaria, Alaria, Ascophyllum, Fucus, Chondrus trên bờ biển phía tây bắc Đại Tây Dương). Trên toàn cầu, người ta ước tính rằng thảm rong bẹ chiếm khoảng 1-5 triệu km2 và hiện diện trên 22% bờ biển thế giới. Việc sử dụng hình ảnh vệ tinh gần đây có thể giúp hiểu rõ hơn trong tương lai gần, nhưng không phải lúc nào cũng có thể đánh giá được các thảm tảo dưới thủy triều bằng cách sử dụng các công nghệ này.

Nhiều cuộc khảo sát và lập bản đồ cũng được ngành đặt hàng và do đó được bảo mật. Phạm vi hồ sơ phân bố địa lý đã được ghi chép rõ ràng về một số loài cho mục đích học thuật, nhưng chúng thường không cung cấp thông tin về sinh khối. Vai trò của các thảm rong biển tự nhiên trong việc lưu trữ carbon khác so với vai trò của các nguồn tài nguyên được nuôi trồng (xem văn bản trước đó) và chỉ có khoảng 3% sản lượng thu hoạch rong biển toàn cầu có nguồn gốc từ các thảm rong biển hoang dã. 

Vai trò của các thảm rong biển tự nhiên trong việc lưu trữ carbon khác so với vai trò của các nguồn tài nguyên được nuôi trồng

Sản phẩm thay thế bằng rong biển 

Rong biển có thể được sản xuất với lượng khí thải carbon thấp so với nhiều nguồn sinh khối và thực phẩm trên cạn. Ví dụ, các đánh giá vòng đời đã ước tính rằng lượng phát thải khí nhà kính do sản xuất một kg đậu xanh, một sản phẩm thực phẩm có giá trị dinh dưỡng tương đương với nhiều loại rong biển, là khoảng 1kg CO₂-eq. Điều này tương tự với hầu hết các nguồn thức ăn có nguồn gốc từ thực vật, cũng như rong biển. Tuy nhiên, sản xuất rong biển không cần nước ngọt, có khả năng không cần phân bón hoặc đất bổ sung và do đó có thể cản trở việc sử dụng đất thêm, đồng thời dẫn đến sự hấp thụ ròng nitơ và phốt pho.

Do đó, rong biển có thể tăng sản lượng sinh khối tổng thể của chúng ta và thay thế nhiều nguyên liệu thô trên cạn với ít tác động đến môi trường hơn vì nhu cầu về thực phẩm và thức ăn chăn nuôi sẽ tiếp tục tăng. Ở mức độ nào rong biển có thể chiếm một phần lớn hơn trong chế độ ăn uống của chúng ta bên cạnh việc cung cấp vi chất dinh dưỡng vẫn chưa rõ ràng. Hiệu quả của việc sử dụng rong biển làm sinh khối cho nhiên liệu sinh học khó so sánh hơn vì cần có nhiều bước chuyển đổi và đầu vào bổ sung, đồng thời hiệu quả của các bước chuyển đổi này đang phát triển nhanh chóng. Việc thiếu sản xuất ở quy mô thương mại cản trở những đánh giá đáng tin cậy và mang tính đại diện. Tuy nhiên, lợi ích môi trường thực sự từ rong biển rất có thể sẽ đạt được bằng cách sử dụng chúng để thay thế và/hoặc bổ sung các nguồn sinh khối trên cạn. 

Rong biển là nguồn sinh khối dinh dưỡng hấp dẫn có thể trồng mà không cần thêm nước ngọt, đất và phân bón. Việc tăng cường sản xuất rong biển thông qua canh tác có tiềm năng đóng góp vào việc cung cấp thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và các mục đích sử dụng quan trọng khác của con người, đồng thời tạo ra sự đa dạng của các dịch vụ hệ sinh thái. Rong biển có thể đóng vai trò giảm phát thải khí nhà kính từ hệ thống thực phẩm tổng thể nếu thay thế thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và/hoặc các nguyên liệu tạo ra lượng phát thải khí nhà kính cao hơn.

Sử dụng rong biển làm chất thay thế trong sản xuất thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, nhiên liệu, phân bón và trong nhiều ứng dụng khác

Tốc độ luân chuyển sinh khối rong biển (tự nhiên hoặc thông qua nhiều mục đích sử dụng) nhanh hơn so với sinh khối gỗ trên đất liền, hạn chế khả năng lưu giữ carbon trong thời gian dài. Carbon rong biển chỉ có thể đi vào chu trình carbon chậm thông qua quá trình lắng đọng tự nhiên của các hạt hoặc vật liệu hữu cơ hòa tan (POM và DOM) từ rong biển hoang dã và rong biển nuôi trong môi trường sống rong biển/cỏ biển/rừng ngập mặn ven biển hoặc dưới đáy ở vùng nước sâu hơn.

Có những sự không chắc chắn lớn liên quan đến cả số phận/vòng tuần hoàn của POM và DOM từ cả rong biển được nuôi và rong biển hoang dã, đặc biệt là về các con đường và quy mô thời gian liên quan đến việc loại bỏ/lưu trữ carbon. Hoạt động thả sinh khối rong biển xuống biển sâu đã được ủng hộ gần đây. Tuy nhiên, nó có thêm những điều không chắc chắn liên quan đến tính khả thi, kinh tế, tác động đến hệ sinh thái và đạo đức. Một cách tiếp cận thực tế hơn là sử dụng rong biển làm chất thay thế trong sản xuất thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, nhiên liệu, phân bón và trong nhiều ứng dụng khác. Vẫn cần phải xác định xem các hệ thống nuôi trồng rong biển đa dạng như thế nào để thu giữ carbon, có thể cô lập nó tạm thời và liệu chúng có khả năng cô lập nó vĩnh viễn ở quy mô thời gian địa chất có ý nghĩa hay không.

Ngoài ra, vai trò của rong biển trong chu trình nitơ và phốt pho, bao gồm cả những tác động tiềm ẩn đối với chu trình cacbon, có thể được quan tâm để tìm hiểu tác động đối với khí nhà kính. Tóm lại, ngay cả khi rong biển có thể đóng vai trò giảm lượng khí carbon thải ra từ hệ thống thực phẩm và các hoạt động khác, chúng sẽ không cung cấp giải pháp khắc phục nhanh chóng cho biến đổi khí hậu.