海洋牧场生物资源养护原理与技术＊

2020-08-10张涛奉杰宋浩

科技促进发展 2020年2期

■ 张涛奉杰宋浩

中国科学院海洋研究所青岛 266071

0 引言

我国是海洋农业大国，经过近40年的快速发展，面临环境恶化、资源衰退、生态系统失衡、灾害频发等问题，亟需转型升级。海洋牧场是集环境保护、生态修复、资源养护和海洋渔业于一体的海洋农业新业态，是实现海洋渔业转型升级和海洋农业新旧动能转换的有效方式之一。

目前我国对于海洋牧场的定义还存在争议。山东省地方标准《海洋牧场建设规范第1 部分：术语和分类》(DB37/T 2982.1-2017)将海洋牧场定义为“基于海洋生态学原理，利用现代工程技术，充分利用自然生产力，在一定海域内营造健康的生态系统，科学养护和管理生物资源而形成的人工渔场”[1]；水产行业标准《海洋牧场分类》(SC/T 9111-2017)将海洋牧场定义为“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”[2]；杨红生等（2019）将海洋牧场定义为“基于生态学原理，充分利用自然生产力，运用现代工程技术和管理模式，通过生境修复和人工增殖，在适宜海域构建的兼具环境保护、资源养护和渔业持续产出功能的生态系统”[3]。虽然对海洋牧场定义存在争议，但有一个共识，即海洋牧场是“基于生态学原理”构建的，具有养护“生物资源”的功能。

图1 海洋牧场生物资源养护原理与技术示意图

表1 国外增殖放流主要种类

生物资源养护是指采取有效措施，通过自然或人工途径对受损的某种或多种生物资源进行恢复和重建，使恶化状态得到改善的过程[4]，因此，生物资源养护是海洋牧场建设的最核心内容。生物资源养护是一个复杂的系统工程，可以分为资源恢复工程和保护管理工程。（图1）

1 生物资源恢复

1.1 增殖放流

增殖放流是恢复海洋牧场生物资源的重要手段之一。法国最早于1842年增殖放流鳟鱼（Oncorhynchus mykiss）。截至2009年，世界上有94 个国家开展了增殖放流，其中有64 个国家开展了海洋生物资源增殖放流，种类超过180个（FAO资料）。国外增殖放流技术比较完善，已经建立起增殖放流前增殖潜力评估-资源放流-增殖放流后效果评估为主要流程的生物资源放流体系，并一定程度实现对放流生物增殖过程的模拟与预测。

我国的规模化增殖放流始于20世纪80年代，目前放流品种大约40~50 种，年放流总量超过250 亿单位。主要放流种类有：对虾、三疣梭子蟹、许氏平鮋、大泷六线鱼、贝类、乌贼、海蜇等。我国增殖放流目的主要以生物资源捕捞为主，评价体系不完善，增殖放流工作科学依据不足，存在一定程度的盲目性，还停留在“定性粗放”阶段[5]。

目前我国在海洋牧场建设过程中过分强调增殖放流的作用。但很遗憾，绝大多数海洋生物资源增殖放流并没有达到预期的效果[6，7]。现有结果表明，增殖放流绝大部分只增加当年的资源量，并不能恢复海洋牧场及其周边海域生物资源。专家推测可能是由于捕捞强度过大和环境不适宜等原因，增殖放流的生物资源没有形成自我繁殖能力。

增殖放流活动应该充分考虑生物资源之间竞争、遗传结构变化以及不同物种间的捕食关系，应该有利于海洋牧场生态系统的食物网结构优化。食物网通过描述生产者与消费者之间的相互联系，成为描述生态系统生物间相互作用关系的有效方法，同时也是用来揭示生态系统脆弱性与优化生态系统结构的重要研究切入点[8]。我国海洋牧场生态系统食物网结构由于增殖品种类型单一、生态位重叠严重，以及整体近岸生态系统食物网结构的简单化等因素影响，大部分海洋牧场食物网结构也趋于简单化[9]。以优化海洋牧场食物网结构为目标进行增殖放流活动，将有利于海洋牧场生物资源的恢复。

图2 附着基上曼氏乌贼卵附着情况

增殖放流前应该进行增殖潜力评估。开展增殖潜力评估是科学指导增殖放流活动的重要保障[10]。目前对于海洋牧场增殖潜力评估主要包括经验评估和模型评估等方法。经验评估方法主要通过标记放流活动，研究增殖放流生物对野生种群数量和被捕食者生物的影响，进而判断放流区域某一增殖物种的增殖潜力[7]。所用标志放流方法包括体外标记、体内标记、分子标记等不同类型技术。模型评估方法是利用种群动态模型，通过模拟种群生活史特征、种群动态变化以及相关竞争、捕食关系，定量或定性分析种群增殖潜力。运用的模型主要有Predatory Impact 模型、Ecophys.Fish 模型等[11-13]。基于种群尺度评估放流群体增殖潜力，忽略了海洋牧场整体食物网关系以及流场等环境因素对生物增殖潜力影响，在评估准确性方面均存在较大的局限性。基于生态系统水平综合考虑海洋牧场环境特征、生态系统结构、种群动态变化、以及相关经济社会效益对增殖放流活动影响，系统评估增殖潜力，是未来海洋牧场增殖潜力评估技术的发展趋势。

1.2 自然增殖

增殖放流不是恢复海洋牧场生物资源的唯一方式和途径。对一些适应性强的品种（如脉红螺、滩涂贝类和头足类等），通过有效保护野生种群和修复栖息地环境，即可以达到恢复生物资源的目的。目前我国对一些重要野生经济物种的自我补充规律研究基础薄弱，无法为野生种群自我恢复提供足够的理论依据与技术指导。

附着变态是许多海洋动物从幼虫向成体转变的重要发育阶段。附着变态的成功与否对自然海区中海洋动物种群数量变动、分布和资源补充有重要影响，对海洋牧场中一些生物资源的自我恢复有决定性作用。研究海洋无脊椎动物幼虫的附着变态过程及其机理，对于阐明海洋牧场部分野生生物资源自我恢复机理有重要的理论和实践意义[14]；[15]。

海洋牧场建设过程中的栖息地修复和资源养护行动，可以使海洋牧场区成为一些海洋生物的重要产卵场，从而对生物资源的自我恢复起到积极推动作用。曼氏无针乌贼曾经是我国北方海域重要的经济物种，具有很高的捕捞量[16,17]，近20年由于过度捕捞与生态环境破坏，该种在北方海域基本绝迹，相关从业人员苦寻我国北方海域曼氏无针乌贼产卵场多年而未果。中国科学院海洋研究所的科研人员在2017年、2018年、2019年对烟台富瀚海洋牧场生物资源调查中发现，每年9月份，曼氏无针乌贼在该海洋牧场进行产卵繁殖（如图2所示，项目组拍摄），并且产卵繁殖数量呈逐年上升的趋势。2017年12 个调查站点中，有6 个点发现曼氏无针乌贼卵，共采集曼氏无针乌贼卵768 粒，平均64 粒/站；2018年12 个调查站点中，有9 处发现曼氏无针乌贼卵，共采集曼氏无针乌贼卵2840 粒，平均237 粒/站；2019年12 个调查站点中，有10 处发现曼氏无针乌贼卵，共采集曼氏无针乌贼卵5200粒，平均433粒/站。目前富瀚海洋牧场周边的山东烟台海阳市沿岸诸多海域均出现曼氏无针乌贼，据不完全统计，资源量大幅度增加到大约110t/年以上，已成为当地渔民秋季经常捕获的重要海产品，取得了良好的经济、生态和社会效益。

2 生物资源保护管理

2.1 栖息地修复与保护

生物生存和繁衍的地方成为栖息地。栖息地是指物理和生物的环境因素的总和，构成适宜于动物居住的某一特殊场所，能够提供食物和防御捕食者等条件。生物栖息地的破坏或丧失是威胁生物生存的关键因素。在海洋牧场建设过程中，应该根据海域特点科学修复与保护生物栖息地，即“先场后牧”。目前我国海洋牧场生物栖息地修复的主要方式有投放人工鱼礁、构建牡蛎礁、恢复和保护海草床、海藻场和珊瑚礁等。在生物栖息地的修复过程中，应该坚持生态化理念，注重提升海洋牧场的初级生产力和生物多样性，关注重要经济动物的产卵场、育幼场、索饵场、越冬场和洄游通道恢复。

目前我国在海洋牧场建设过程中过分强调人工鱼礁的作用，海洋牧场建设同质化严重，应该注意防范过多投放人工鱼礁可能产生的副作用。

2.2 生物资源调查与监测

目前我国海洋牧场生物资源调查与监测主要以人工为主，其中，浮游生物主要用浮游生物网采样，底栖动物主要用底拖网、笼壶类、采泥器及潜水采捕采样，游泳生物主要用钓具（定置延绳钓、手钓）、刺网（三重刺网、单层刺网）及拖网采捕采样，费时费力费钱，采样频次低，即时性差，缺乏连续性，亟需现代化技术与装备。

目前我国已经建设了海洋牧场环境资源监测固定平台，具有看护、旅游、监测平台作用；利用多参数水质监测仪、多普勒剖面流速仪、温度溶氧监测仪和小型气象站，在海洋牧场安全保障监测平台上构建了海洋牧场环境资源实时监测系统，并实现了数据实时无线传输；研发了海洋牧场生物资源声学监测与评估系统，可监测鱼类资源量时间和空间变化。山东省已经建设了海洋牧场生态环境观测网，初步实现了海洋牧场生态环境的可视和可测。

目前对海洋牧场的监测主要偏重于环境因子的监测，尚缺乏对生物资源的实时监测技术与装备。

2.3 生物资源评估与预测

海洋牧场评估主要包括生物承载力、生态系统健康状况、最大持续产量和增殖潜力评估，预测主要包括生物资源动态变化和海洋牧场发展趋势预测。目前我国海洋牧场的评估主要是从物种生物量多少和生物多样性角度评估。由于海洋牧场是基于生态学原理构建的半人工生态系统，因此应该更多从生态系统角度进行海洋牧场评估。目前世界范围内关于海洋生物资源评估与预测的常用生态模型主要有四类：包括基于个体生长模型，如Delta Smelt individual-based model 模型[13]；生物物理模型，如NPZ、ROMS模型[18]；生态-经济模型，如Atlantis 模型[19]；营养动力学模型，如Ecopath with Ecosim模型[20]。其中，Ecopath with Ecosim 模型可以实现对海洋牧场食物网结构、空间地理结构、生态系统时空动态模拟、管理策略效果、经济产出预测等方面进行有效模拟，在评估与预测海洋牧场生物资源方面具有良好的应用前景。

2.4 生物资源科学采捕

制定科学合理的采捕策略是促进海洋牧场可持续发展的重要保障。超出海洋牧场生物资源产出能力的采捕量，一方面可能使海洋牧场由于过量采捕而资源枯竭；另一方面，由于海洋牧场相比周边海域饵料与栖息环境条件更好，对鱼类等生物有较强吸引，过量采捕可能使海洋牧场成为诱捕周边渔业生物的陷阱，反而进一步加剧牧场及周边海域生物资源的衰竭，这明显与我国海洋牧场建设目标相悖。

海洋牧场生物资源的采捕，必须在科学评估牧场资源产出能力和制定科学合理采捕策略的基础上进行。国际上对海洋牧场资源产出能力的评估，大多通过调查捕捞物种饵料资源量，基于饵料资源评估牧场物种产出量[21-23]。由于我国海洋牧场往往包含贝类、甲壳类、鱼类和头足类等多种经济种，物种之间通过食物网能流传递等作用互相影响资源量，通过单一食物链能量传递作用评估生物资源产出量，并不能满足对多物种资源采捕策略的要求。基于生态系统水平，综合食物网、水动力、生态系统能量平衡等各方面因素评估各生物资源产出能力，制定我国海洋牧场科学合理的采捕策略是未来发展趋势。

基于生态系统水平评估经济物种最大种群量（生物承载力），并利用最大持续产量（Maximum sustainable yield，MSY）理论[24]，设定捕捞产量为最大种群量一半时为最适采捕量，制定各物种采捕策略，是当前我国海洋牧场科学采捕策略制定的可行方法。然而，从理论上获得的MSY 仅是一个平均状态值，实际最大持续产量却具有动态性质。因此，可持续采捕策略的制定，还需要综合考虑资源、环境的变化等方面因素的影响，对最大持续产量作出进一步限定或修正。对于科学采捕策略的制定，还有待进一步的研究。