欧洲海洋风电场对海洋生态的保护综述

刘葳兴，刘磊，张之阳，纪仁玮

（1.江苏海洋大学海洋与工程学院，江苏 连云港 222005；2.江苏科技大学船舶与海洋工程学院 江苏 镇江 212100）

引言

人类活动造成了海洋生物多样性丧失和海洋生态系统的结构变化，北欧的海洋是受影响最严重的地区之一[1，2]。这就产生了对海洋保护工作的需求。海洋保护区指人类活动在规定区域内受到限制，以便为濒危的种群或生态系统创造安全港湾。

现如今，人们对风电场使海洋生态系统内不同种群所产生的影响了解得还不够细致。例如在北欧海域的风电场[3]，建设工作会对海洋生物造成重大损害[4]。但在运营阶段，部分渔业活动和其它船舶航线停止，使海洋生物在此利用建设的装置栖息繁衍[5，6]，因此，海洋生物在风电场比其它地区发展得更好，风电场实际上可以作为海洋保护区发挥作用。

在这篇综述中，我们根据风电监测项目和北欧的研究结果，研究了运行中的海上风电场直接或间接保护于海洋生态系统的推论。

1 海洋风电场中的生物

为了验证海上风电场能对海洋生态保护作用，在风电场区域内栖息的生物长期生存能力必须高于区域外和风电装置安装前。为了实现有效的保护，其积极的影响也应扩散到周围的地区。在本节中，我们回顾风电场对海床生境和底栖动物、附生底栖动物、鱼类、海洋哺乳动物和对海鸟的诱导变化。

1.1 近海风机之间的底栖生境和底栖生物

风机安装时，先在海床上安装硬质地基接着在海床之上铺设电缆，这种建筑工程会扰乱生物环境和底栖动物[5]。然而，一旦进入运营阶段，风机的影响就比较微弱。在丹麦厄勒松海峡安装的浅海风电场"Middelgrunden"[6]，风机安装之前，海草草甸(Zostera marina)主要覆盖在粗糙的沉积物海床上，而在无植被覆盖区，蓝贻贝(Mytilusedulis)的数量很多。风机安装三年后，海草覆盖率增加，而海床上的蓝贻贝数量略有减少。在位于厄勒海峡瑞典部分的浅水植被沙岸上的"Lillgrund"海上风电场，也进行了五年的海草监测[7]。将其海草的质量与参考区域进行比较，并未发现风电场有明显负面影响。

风力发电地基和风机保护区不仅占用空间，而且还干扰海水运动，如波浪运动和海流。在没有植被的海床，由于水流运动强劲或波浪作用深入海床，这种水动力的改变可能会改变沉积物的组成[8]。根据对北海比利时风电场"Thornton bank"的监测，其空间影响范围估计为距地基50m左右[9]。

风电场对渔业限制的也很重要。对于底栖生境和底栖动物保护，禁止底拖网捕捞是很好的措施，因为这种渔业活动被视为对海洋生物多样性和底栖生境的主要威胁[10]。拖网捕捞底栖鱼类和甲壳类动物发生在软底海床上，通常水深20m 左右。在所有暴露于底拖网的地区，底栖动物，特别是滤食性动物的损失是巨大的。例如，仅在北海就有数千平方公里的牡蛎因底拖网和扇贝挖掘而损失。在卡特加特海，以前由滤食性甲壳类动物Haploops spp建造的丰富珊瑚礁，由于底拖网捕捞而几乎绝迹[11]。在底拖网密集的地区，海床每年可能被扰动几次。风力发电场内是不允许拖网捕鱼的。这是因为航行安全的要求和对电缆基础设施的保护。在停止底拖网捕捞的地区，底栖动物群落可以在几个月到几十年不等的时间内得到恢复[12]。在以前被底拖网捕捞的水域安装风电场，意味着能够保护生物群落的发展，这是一个重要的保护手段。

1.2 近海风机地基上的浮游底栖生物

风机的地基一经安装，微生物便开始定植，紧接着藻类开始生长，并吸引较大的海洋生物。生物群落繁殖的继承顺序取决于一系列因素。随着时间的推移，滤食性动物往往在垂直结构中占主导地位，而地基的底部通常由螃蟹和海星定居。在德国的"Alpha Ventus "风电场，与周围的海床相比，有几千只褐蟹（Trachurus trachur-us）栖息在单个地基上[13]。应该注意的是，Bergmark 和Jørgensen[14]发现，石油和天然气平台留下的结构实际上有助于为北海脆弱的深水珊瑚Lophelia pertusa 创造新的定居栖息地。这一观察结果具有很高的意义，因为L.pertusa 是北海的一个濒危物种。海上风电场的地基也能够创造一个类似于海上石油钻井平台的硬底层，因此，对底栖生物的繁衍具有积极意义。

1.3 近海风电场中的鱼类

如上所述，海洋生物定居的地基具有人工礁石的功能，能吸引与硬底层相关的鱼类。在北海和波罗的海，许多不同种类的鱼群都被吸引到风电场地基上。例如，在厄勒海峡的"Lillgrund "风电场对大西洋鳕鱼（Gadus morhua）、短角鱼（Myoxocephalus scorpius）、金丝鱼（Ctenolabrus rupestris）、黑虾虎鱼（Gobius niger）、鳗鱼（Zoarces viviparus）和欧洲鳗鱼（An-guilla anguilla）显示了吸引力[15]。比利时的"Thorntonbank "风电场对鳟鱼（Trisopterus luscus）的吸引力特别明显，其平均密度为14只/m2，高于海洋保护区。荷兰"Egmond aan Zee"风电场的标记实验甚至显示，一些鳕鱼连续几个月在单个风机地基上栖息。很明显，风电地基展示了其独特优势，能够为鱼类提供食物和栖息地。然而，在靠近地基的地方，鱼类也暴露在运行的风机的低频噪声中。目前还不完全了解这些噪声是否会对鱼群产生长期的、负面的、微妙的影响。调查表明，不同鱼群表现不同，幼年欧洲鳗鱼遭受了嘈杂环境后躲避捕食者的能力降低；相反，在大西洋风电地基捕获的鳕鱼和大头鱼与在与参考区域捕获的标本相比，没有发现任何状态差异。

除了风电地基提供的食物栖息地优势外，还可排除人类其它活动的间接影响，这对鱼类是非常有益的。无论是在风机地基周围还是在风电场内的周围区域，渔业活动减少，特别是对拖网捕鱼的禁止，对鱼群及其生命阶段结构有积极影响。考虑到北欧大部分地区的捕捞压力，只有定居性鱼类才有可能从风电场中大幅受益；不定居性鱼类会迁徙或洄游并寻找特定区域产卵，因此减少了保护区的优势。

1.4 海上风电场中的海洋哺乳动物

海洋哺乳动物应避免风电场建设工程的伤害，特别是使用打桩机在海底固定地基时。然而，风电场一旦投入使用，海洋哺乳动物则有望返回在此栖息。在研究的风电场中对港湾鼠海豚(Phocoena phocoena)监测，发现它们活动结果与预想并不一致。在丹麦的“Nysted”风电场进行的一项长期研究表明，风电场建立后的几年里，鼠海豚的活动显著下降；相反，相邻的风电场"Rødsand II"的鼠海豚活动在风电场建成后并没有发生变化[16]。两地地理条件相同，工程作业时情况相似，但两者对鼠海豚的影响却不同。"Nysted "施工前的监测时间很短，鼠海豚活动的明显下降有可能是某种自然原因导致。北海和波罗的海的另外4个海上风电场的监测结果表明，一旦施工结束，鼠海豚的活动就会恢复到正常水平。此外，对北海的荷兰"Egmond aan Zee"风电场的监测显示，与安装前相比，运行中的风电场的鼠海豚活动有所增加[17]。作者将鼠海豚活动的增加归因于船运干扰的减少或风电场内食物供应的增加。

1.5 风电场中的海鸟

近海风力发电对鸟类的伤害可分为碰撞、栖息地损失和迁移障碍。风力发电的转子叶片在几十米到两百米的高空掠过。海上能见度较低时，转动的风机叶片对鸟类的损害是难以避免的[18]。

如果鸟类被驱赶出位原本位于风电场的栖息地，这可被视为生态系统的损失。德国北海风电场"Alpha Ventus"[19]已经让许多鸟群远离此栖息地，受影响的物种包括海鸟(Gavia spp.)、小海鸥(Rissa spp.)和北沙鸥(Morus bassanus)。在波罗的海，因风电场会对近海边长尾鸭（Clangula hyemalis）栖息地破坏，"Finngrunden"风电场建设最终被拒绝。在波罗的海南部的另一个计划中的海上风电场（即"Södra Midsjöbanken"）讨论着如何保护海鸟。讨论结果是适当增加风电场的规模，增大单个风机之间的安装距离，这将会大大减少对海鸟们的伤害。

一些海鸟物种也能利用近风场，在离岸觅食期间将其作为休息场所。已观察到不同种类的海鸥（Laridae）、燕鸥（Sternidae）和鸬鹚（Phalacrocorax spp.）能够在此休息[20]。

2 对环境的影响

综上，我们得出的结论是：总体而言，运行中的海上风电场对海底生物环境和底栖动物、浅海底栖动物、鱼类有积极影响，可能对港湾鼠海豚有积极影响，对海鸟大多是负面影响。

2.1 风电场的积极影响

风电场最引人注目是引入硬底层，从而吸引相关的生物群落（“礁石效应”）[21]。在硬底层匮乏的地区，这种生境的改善和生物多样性的增加通常被认为是积极的。人工鱼礁为海底生物定居、庇护、觅食和一些海洋动物的繁殖提供了空间。在某些情况下，人工鱼礁是专门为保护受威胁的海洋动物而建立的。现在，人造结构如石油平台，已被证明可以改善生物多样性，并随着时间的推移使濒危物种受益，如濒危冷水珊瑚物种L.pertusa[22]。

风电场珊瑚礁效应的保护能力可能仅限于某些无梗物种和所需生存环境非常小的浮游生物(如鰕虎鱼、软体动物和节肢动物)；对于活动范围较大的海洋生物（如海豹、鳕鱼和迁徙的甲壳类），人工鱼礁可能只能提供短暂的优势。但重要的是，在因底拖网捕捞而导致大面积的硬底层（石头、岩石、生物礁）消失的区域，如卡特加特东部和北海东南部，引入硬底层地基本身可被视为一种生物环境保护或补充手段。

2.2 风电场的消极影响

在具有生态价值的地区开发海上风电场，显然需要对有害阶段采取强有力的预防措施，如勘探、安装和退役阶段。例如，地震作业、打桩或拆除爆破产生的声学干扰导致濒危动物在产卵或哺乳期死亡或威胁，这种损害可能会掩盖任何后续的保护效益[11]。同时，应该注意的是，有人认为人工结构可能作为入侵物种的媒介，这些物种以前由于缺乏栖息地而受到限制，现在可以凭借这些人工结构繁殖[12]。鉴于这些潜在的影响，从保护的角度来看，并不是所有地点都利于海上风力发电。

3 作为海洋保护区的风电场保护效益

风电场内限制捕鱼活动，这本身就能起到保护海洋生物的作用。如前所述，出于安全原因，拖网捕鱼一直被禁止，这意味着消除了对鱼类、底栖动物和底栖生境的干扰。在一些风电场内，通常通过刺网捕鱼，如果这种捕鱼方式也被禁止或减少，其积极影响将更大。

与普通的海上保护区一样，风电场对海洋动物保护的有效性在很大程度上取决于风电场的规模、位置和生物物种。如今的海上风电场通常包含数百个风机，它们之间的距离长达一公里。现代涡轮机也更大，这意味着更大的塔架、地基和设备保护区。鉴于这种趋势，未来的风电场有望比现有的阵列更稀疏，覆盖面积更大，增大了保护面积。

因此，在为底栖生物环境、底栖动物、鱼类和海洋哺乳动物建立保护区方面，近海风电场至少可以与现有的海洋保护区一样有效。在会发生拖网捕捞的区域，安装风力发电将有重大的保护效益，而且风电场能改变船舶交通方向，还可以减少潜在的污染和水下噪音（商业船舶的声音远比运行的风力发电机大）。

4 总结展望

有证据表明，运行中的海上风电场使许多分类群地生物多样性和丰度的增加。此外，从保护的角度来看，风电场内捕鱼量减少的间接影响可能是非常有价值的。底栖栖息地和底栖动物、上浮底栖动物和许多鱼类物种受到积极影响。只要禁止刺网捕鱼，港湾鼠海豚就可能受益。但一些海鸟会受到负面影响，因为它们倾向于避开该地区，因此会遭受栖息地的损失。

关于海洋无脊椎动物、鱼类和哺乳动物，现有风电场和海洋保护利益两者关系是兼容的，甚至是协同的。因此，位于有利于海洋连通性或对生态功能（如繁殖）有重要意义的地区的风电场可以成为一种强有力的保护手段。风电开发对保护工作的这种潜力是显而易见的，不应该被忽视。