​中国海洋牧场研究现状与发展

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所属分类:水运管理

本文对中国海洋牧场自建设以来的研究工作进行了综述,分析了国内外海洋牧场建立的背景与必要性,介绍了我国海洋牧场的研究内容和基本状况。阐述了国外海洋牧场研究内容与研究经验,特别是日本在海洋牧场研究方面的经验总结,国外研究者提出海洋牧场建立的终极目标是恢复自然生态系统。我国当前海洋牧场的研究侧重于牧场本身的建立与增殖种群数量恢复方面,对于牧场生态系统的研究虽有所涉猎,但多停留在研究初级阶段,研究精度与深度不够。提出我国海洋牧场今后研究重心应集中于牧场生态系统实时食物网结构与能量传递方面,在此基础上提高海洋牧场生产力,及研究建立海洋牧场与周边水域的自然营养通道以逐步改善与恢复海洋生态系统。

​中国海洋牧场研究现状与发展
海洋牧场的兴起

早在1998年就有研究者发现超过50%的渔业资源种类被充分或过度开发。2008 年世界粮农组织发现世界上有评估信息的523个鱼类种群,其中80%被完全或过度开发,仅有20%的种群仍具有继续开发的潜力。我国近海渔业资源衰退也很严重,20世纪70年代起至80年代,海洋捕捞就从捕捞过度走向了竭泽而渔的严重状态。20世纪80年代以前许多著名的鱼汛,如黄渤海的“小黄鱼、鲅鱼和太平洋鲱鱼汛”;东海的“带鱼、墨鱼和大黄鱼汛”;南海著名的“万山春汛”、“甲子秋汛”、“粤东春汛”、“青澜春汛”等,在进入90年代已基本消失。如今近海渔业资源小型化低值化现象严重。

海洋渔业资源严重衰退和生态环境恶化等问题已上升到各国政府首脑关注的层面上,如何有效保护和恢复渔业资源、增加资源补充量是沿海国家一直研究的命题,各国相继实施了一系列的渔业管理措施:控制捕捞努力量,在重要水域设立渔业保护区和实施水生生物资源养护。我国陆续采取了许多渔业管理措施,如伏季休渔制度、渔船数量和功率“双控”措施、网目尺寸和渔获捕捞量“双限”举动、开展远洋渔业、设立水生生物保护区和开展濒危水生野生动物救助行动等。这些措施对减缓近海渔业资源的衰退起到了积极作用,但仍无法短期内改变渔业资源衰退的局面。与规模化增殖放流相结合的海洋牧场是短期内恢复渔业资源的另一举措。2017年5月,农业部发布“农业绿色发展五大行动”,明确提出“积极推进海洋牧场建设,增殖养护渔业资源”。海洋牧场作为一种生态型渔业增养殖模式再次得到国家和各级地方政府的重视,成为海洋经济发展的热点。

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海洋牧场的内涵

海洋牧场源于上世纪70年代的美国和日本,日本为稳定上世纪70年代以来下降的渔业捕捞产量和修复传统渔场,于1963年开启“栽培渔业”计划,并在1978 年至1987年建成了世界上第一个海洋牧场—日本黑潮牧场,开展了鲷类补充机制、人工鱼礁、苗种培育等研究;我国科学家朱树屏早在1963年就提出了海洋捕捞是一种畜牧业;曾呈奎于1978年在中国水产学会恢复大会上建议在我国海洋专属区实现水产生产农牧化。并将海洋农牧化(farming and ranching of the sea)定义为“通过人为的干涉改造海洋环境,以创造经济生物生长发育所需要的良好环境条件,同时,也对生物本身进行必要的改造,以提高它们的质量和产量”。

随着研究的深入,理论与实践的大力发展,海洋牧场的定义处于不断发展与完善中。杨红生将海洋牧场定义为“基于海洋生态学原理和现代海洋工程技术,充分利用自然生产力,在特定海域科学培育和管理渔业资源而形成的人工渔场”。中国水产科学研究院于2017年召集水产研究者对海洋牧场的定义进行了界定:基于海洋生态系统原理,在特定海域通过人工鱼礁、增殖放流等措施,构建或修复海洋生物繁殖、生长、索饵或避敌所需的场所,增殖养护渔业资源、改善海域生态环境,实现渔业资源可持续利用的渔业模式(水产行业SC/T9111-2017)。

国际《海洋科学百科全书》对海洋牧场的定义为:即海洋牧场通常是指资源增殖(Ocean ranching is most often referred to as stock enhancement),或者说海洋牧场与资源增殖含意几乎相等。它的操作方式主要包括增殖放流和人工鱼礁。增殖放流需要向海中大量释放幼鱼,这些幼鱼捕食海洋环境中的天然饵料并成长,之后被捕捞,增加渔业的生物量;人工鱼礁是通过工程化的方式模仿自然生境(如珊瑚礁),旨在保护、增殖,或修复海洋生态系统的组成部分。它形成的产业涉及到捕捞、养殖、游乐等。唐启升院士基于国际《海洋科学百科全书》对“海洋牧场”的定义和《中国水生生物资源护行动纲要》的主旨,于2019年专门针对“渔业资源增殖、海洋牧场、增殖渔业”等常用科学基本术语的差别和各类增殖活动发展定位等问题进行了深入讨论,明确了渔业资源增殖、海洋牧场、增殖渔业三个概念并无科学意义上的差别,增殖渔业是渔业资源增殖活动达到一定规模时形成的新业态,包含了渔业资源增殖活动或海洋牧场的主要内容。海洋牧场示范区的建立是以人工鱼礁为载体,底播增殖为手段,增殖放流为补充,它的操作方式主要包括增殖放流和人工鱼礁。

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国内外海洋牧场研究进展

1979年,广西钦州地区投放了我国第一组试验性单体人工鱼礁,中国开始了对海洋牧场建设的实践探索。20世纪90年代以后,中国学者在海洋牧场的实践基础上,吸收日本和其他国家学者额思想,丰富了海洋牧场的概念和内涵。20世纪末,我国海洋牧场开发还仅限于投放人工鱼礁,投放规模小,人工鱼礁功效甚微,处于模仿国外的阶段,原创性研究未真正开展起来。“十一五”以来,国家863 计划、国家科技支撑计划、公益性行业(农业)科研专项、国家自然科学基金及各省市科技计划项目等均立项开展人工鱼礁、海洋牧场的相关研究,在借鉴国外海洋牧场理念和经验的同时也融合自有研究成果,短期内经历了国外其他国家几十年的发展历程。在人工鱼礁材料结构、水动力特性、生境地修复与优化、礁区生态监测与评估、配套设施研发、管理机制开发模式、生态调控技术等方面均做了大量研究工作,为海洋牧场的发展奠定了技术基础。

目前我国海洋牧场的研究主要集中在以下几个方面:(1)海洋牧场的选址:主要是对牧场污染现状、海洋生物、营养盐、流场等各种水文、理化指标和生物指标作背景场分析,以及对藻场和人工鱼礁建成后生态系统健康的评价,以判断是否适合投放人工鱼礁和海草场。(2)鱼礁和藻礁材料性能研究:主要是对石块、木材、金属等天然材料;轮胎、船只、车辆、飞机、坦克等废旧材料;混凝土、钢板、工程塑料等建筑材料及其他复合型材料礁体的应用进行分析。如黄梓荣等与陈勇等对比了各种礁体的附着效果、抗压强度和对海水pH的影响;王莲莲等从国内外利用概况和生态效应提出中国应加大对贝壳礁的开发利用;王宏等研究了不同混凝土构件人工鱼礁在自然条件下的使用寿命;废旧汽车和船只的改造投放在国内外均有开展。基于环保因素,在近年的鱼礁与藻礁建设中,用废弃物作为礁体的材料逐渐成为一个趋势。(3)鱼礁与藻礁结构选型:鱼礁与藻礁产生的一系列效应和礁体自身结构密切相关,人工鱼礁投放后会在礁体周围产生上升流作用、涡流作用、阴影作用、逃避场作用、水温作用、附着作用和趋集作用。吴子岳等、贺亮等、唐衍力等和陈小艳等研究了不同鱼礁和藻礁体不发生滑移和倾覆的稳定条件;张硕等和江艳娥等比较了不同材料与构型人工鱼礁和藻礁的生物聚集效果,张磊等比较了不同模型藻礁的附着效果;随着计算机流体动力学的发展,该技术被用于分析不同结构礁体的流场分布,实现礁体结构优化。(4)鱼礁和藻礁组合布局设计:礁体的配置规模和组合布局方式是人工鱼礁和藻礁能否能发挥理想效果的重要影响因素。张怀慧与孙龙提出单位鱼礁有效包络面积为其在海底投影面积的20倍左右时效果最佳;史红卫认为单位鱼礁的有效边缘在200~300 m 之间,一般单位鱼礁间距为400~600m;虞聪达等研究发现礁区定居性鱼类的种类和数量与单位鱼礁的规模呈正相关关系,但两者间存在一个临界值;俞存根和赵文溪等等设计了不同的组合藻礁群,以增强藻类孢子和幼苗着床,提高成活率;《山东省人工鱼礁建设技术规范》对各类型人工鱼礁单位鱼礁规模及边缘间距都有详细的规定。(5)海洋牧场生态效应研究:投放人工鱼礁和建设藻场的目的是为海洋生物提供庇护、索饵、繁殖、育幼等场所,其根本宗旨是修复生态环境,保护增殖渔业资源。海洋牧场的生态效应一直是国内海洋生物学者研究的重点。如藻场藻的旺发能改变底栖生物群落结构;海州湾人工鱼礁区海水特性由投礁前的氮限制转变为投礁后的磷限制,生物群落结构发生了较大变化;焦金菊等发现西港小石岛、威海寻山、牟平养马岛和日照前三岛鱼礁区鱼类种类是对照区的1.8倍,平均数量是对照区的3.5倍,平均重量是对照区的1.9倍,鱼类群落结构均高于对照区;诸多研究证实海洋牧场能改善生态环境,礁区水质好于对照区、营养盐结构更趋合理、集鱼效果明显、生物多样性指数增高。(6)海洋牧场监控体系建设:主要是利用声学、光学、电学、磁学或生物自身的生物学特征,对增养殖对象,如黑鲷、许氏平鮋和海胆等诸多生物,进行投饵音响驯化及环境监测,以高效养殖和捕捞,目前国内的研究多处于实验阶段。

国外对海洋牧场的方方面面都有诸多研究,如小川良德、岗本峰雄等利用鱼探仪、水下摄像和潜水方式对礁区鱼类昼夜活动规律进行了研究,发现不同结构鱼礁诱集鱼类的种类与规格不同,构造越复杂的鱼礁诱集鱼类的种数和生物量越多;智利的海洋生态学家经过20多年的研究,早在20世纪80年代就培育了多种海藻的种植方法;Woodhead等连续3年对美国长岛海域粉煤灰和普通混凝土鱼礁生物的附着效果进行了监测;Kim等研究了浅水区鱼礁在波浪作用下的局部冲刷和下陷,发现鱼礁形状对局部流有显著影响,并决定着局部冲刷程度,提出在人工鱼礁选型中应考虑海流特征;Fujihara等分析了鱼礁投放后的定常层流水域的流场变化;Frederic等对比了混凝土和石油灰材料人工鱼礁的生物聚集效果;Kim等在计算流和浪的干扰情况下,计算了韩国全罗南道群岛鲍鱼海洋牧场人工鱼礁最小重量。Yoon等对韩国蔚珍相邻的人工鱼礁与自然鱼礁两个海洋牧场鱼类的组成、生物量和个体大小进行了年际对比研究,发现两者间有明显差异。

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海洋牧场生态系统研究

现今国际海洋牧场核心技术体系除以日本为代表的鱼群可视化管理和美国为代表的集生境修复、资源增殖和休闲产业化的综合化管理外,还有以韩国为代表的生态系统管理。

目前海洋牧场生态系统研究是国外海洋牧场研究的重中之重,国外许多专家提出海洋牧场建设的终极目标是恢复生态系统,通过投放人工鱼礁和增殖放流来重组生态系统食物网结构和功能以达到恢复生态系统的目的。韩国于2014年将单纯的资源增殖调整为恢复生态系统的增殖放流,海洋牧场生态系统研究如火如荼;日本作为栽培渔业发展最成熟和完善的国家,自1963年成立濑户内海栽培渔业协会开启栽培渔业时代序幕,经过半个世纪后,在人工鱼礁工程技术、关键生物增殖技术、牧场生态效应调查与评估、开发利用与管理模式等栽培方面做了大量系统的研究工作。然而2013年日本对“栽培渔业”进行了50年回顾,发现50年的研究与发展竟未完成当初设定的“增加与恢复渔业资源”目标,日本沿岸2011年渔业生产量仅为1960年的一半,约在110万吨左右。早在2010年,即日本在制定第六次栽培渔业基本方针时,就已把过去“一代回收型”的栽培渔业理念改为“资源造成型”;Tanaka&Ota提出海洋牧场不仅要恢复商品渔业资源种类,更要增强牧场初级生产力和各种群补充量。通过放流广布性苗种,即洄游范围大、跨海域分布的苗种,以增强放流溢出效应,利用放流捕捞后存活下来的种鱼对渔业资源进行自然补充,以恢复牧场及其周边海域的生态系统;2015年日本开始在西濑户内海实施Satoumi计划,即通过投放人工鱼礁建立海洋牧场,增强牧场初级生产力和各种群补充量,通过生物的溢出效应建立与周边水域自然营养流通道以达到恢复生态系统的目的。Taylor等认为任何种类在增殖放流后都需基于生态系统进行定量评估;Lee等综述全球160多个海洋牧场在设计、应用、性能和管理方面的研究,发现海洋牧场建设的目的已从增殖渔业转移到恢复海洋生态系统。

全球100多年的增殖史表明,因增殖技术、增殖策略和生态系统的复杂性等因素影响,想实现资源恢复意义的增殖比较难。从资源增殖放流的历史来看,海洋生物放流成功率较低,仅日本对大麻哈鱼,美国的鲑鳟鱼、中国对海蜇和中国对虾等少数种类进行的人工放流取得了显著效果。另世界海洋渔业资源数量波动历史表明,渔业资源恢复是一个复杂而缓慢的过程,开展深入持续的基础研究对未

来海洋牧场的发展十分必要。未来海洋牧场的建设应始终坚持改善和恢复生态系统的理念,注重海洋牧场生态系统结构组成和能流传递等生态修复与资源养护机理机制的研究。

一直以来国外都非常重视海洋牧场食物网结构与功能研究,大量科学研究也证实了海洋牧场生态研究的重要性。Folke分析波罗的海网箱养殖和海洋牧场自然养殖的大西洋鲑鱼能流发现,2种养殖方式都严重依赖自然生态系统的生产力。Pitcher通过Ecopath生态能量通道模型分析发现,在原有基础上,香港海洋鱼礁保护区每年可增加3%的捕捞能力,面积较大的保护区有利于恢复珊瑚礁鱼类资源;Heithausl对澳大利亚鲨鱼湾海草水域大型捕食动物的生态位及生境利用进行了研究,发现生物生境利用模式不完全反映该生物对其食物的利用,各大型捕食动物对各生产者利用程度不一样。Yang通过对济州岛海洋牧场物质循环与能量传递分析发现,其生态系统物质循环由微生物食物网组成,而不是低营养水平的传统食物链,初级生产由下行效应控制,与近东海或近黑潮暖流的韩国近海生态系统完全不一样;Ecopath模型分析发现韩国统营海洋牧场生态系统能量主要集中于第3和第4营养级,而增殖种类许氏平鲉(Sebastes schlegelii)和无备平鲉(S.inermis)恰好处于第3营养级,使得大量增殖这2种鱼成为可能,但两者在礁区存在生态竞争,建议两者分开与礁外鱼类搭配放流以合理利用牧场空间。

我国在海洋牧场的人工鱼礁、监控方面、鱼类选种、繁育及培育和休闲产业化方面都做了大量研究,成效显著。但40余年的研究和实践表明,我国在海洋牧场建设过程中还存在管理和科研上的诸多问题,对海洋牧场缺乏系统性的研究:对海洋牧场初级生产者的生物量和群落结构、环境参数等缺乏长期监测,在海洋牧场海底构造、生物资源评估、典型海洋牧场生态容量评估和海洋牧场生态系统结构等方面还存在着较多的研究空白。近几年我国日益重视海洋牧场生态系统研究,对海洋牧场生态系统食物网结构与功能也做了一些探究,但尚不深入。如采用稳定同位素技术查明了浮游植物、浮游植物与沉积有机物分别是海州湾和象山港海洋牧场的能量基础;林会洁等弄清了海洋牧场不同功能区对能量的利用方式及生态系统稳定性状况;Han通过能流分析发现胶州湾的初级生产力虽然较高,但大量贝类的增殖削减了初级生产力对渔业资源的生产支持。李朝文等发现马鞍列岛海洋牧场褐菖鲉(Sebastiscus marmoratus)和小黄鱼(Larimichthys polyactis)营养生态位重叠度较高,竞争激烈,建议扩大海洋牧场的规模或增殖放流部分饵料物种以稳定其生态系统;李纯厚等和李娇等对海洋牧场碳汇功能进行了研究;还有海洋牧场增殖海珍品生态容纳量的计算;及嵊泗、荣成俚岛与獐子岛等人工鱼礁区和枸杞海藻场等海洋牧场食物网结构与生态系统能流的研究。2017年9 月,中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《关于创新体制机制推进农业绿色发展的意见》,将农业绿色发展摆在生态文明建设全局的突出位置,绿色发展已成为农业农村经济发展的主基调。据此,《全国渔业发展第十三个五年规划》将“转变养殖发展方式,推进生态健康养殖;优化捕捞空间布局,严格控制捕捞强度;强化资源保护和生态修复,发展增殖渔业等”列为重点任务。因此,如何做好近海渔业资源养护和管理,实现海洋渔业可持续发展,保障我国食物安全,已成为亟待解决的问题。

海洋牧场的可持续发展必须建立在生态一体化技术的基础上,注重海洋牧场生态系统结构组成和能流传递等生态修复与资源养护机理机制的研究。目前,国内海洋牧场生态系统研究多聚焦于食物网结构某方面的研究,食物网研究模型存在诸多来自他人研究成果的引用值、模型数据时间跨度大没有考虑海洋牧场生态系统在人类生产和休闲活动频繁干扰下的即时演化、缺乏生态系统结构关键种和没有细致考虑自然海域与人工海域的差别等问题。海洋牧场作为一种特殊的生境,有别于自然海域的生态系统,其生产力具有一定的可操控性,其生态系统因人类活动处于不断的演替中,具有特定的物质循环和能量流动特点,需从生态系统角度来评价海洋牧场的建设与管理。食物网结构与功能是海洋牧场生态系统管理的核心,只有实时掌握了海洋牧场食物网结构与基本功能,才能调整海洋牧场的能量流动结构,使能量高效流向对生产和恢复生态系统最有利的生物阶元,提高海洋牧场生产力、建立海洋牧场与周边水域的自然营养通道以重构海洋生态系统。

 

​中国海洋牧场研究现状与发展
END
原文始发于微信公众号(现代化海洋牧场):​中国海洋牧场研究现状与发展

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