（渔业资源专业论文）嵊泗人工鱼礁海区生态系统能量流动初步研究.pdf

嵊泗人工鱼礁海区生态系统能量流动初步研究 摘要 本研究主要根据从2 0 0 5 年1 月开始投放人工鱼礁至当年1 1 月在嵊泗人工鱼礁 海区进行的环境、资源和生态调查资料，首次应用e c o p a t hw i t h e c o s i m ( 脚e ) 软件，构建嵊泗人工鱼礁海区生态系统初步能量流动模型并做简单分析，建立了 嵊泗人工鱼礁海区生态系统的能量流动模型，评估了海区的生态系统稳定性，进 行了渔业发展与环境之间的相互影响的定量性分析，为嵊泗人工鱼礁海区生态系 统渔业与环境的可持续发展和利用提供了科学的评价标准，同时也为我国和世界 人工鱼礁海区生态系统的研究提供了科学的参考依据。主要结果如下： ( 1 ) 为了更好地对人工鱼礁海区生态系统进行定量性分析。将人工鱼礁海区生态 系统分成了1 3 个功能组，每一组都代表在生态系统中具有相似地位的有机体，基 本覆盖了嵊泗人工鱼礁海区生态系统能量流动的主要过程。分别是碎屑、浮游植 物、小型浮游动物、大型浮游动物、小型软体动物、大型软体动物、小型甲壳类、 大型甲壳类、底层鱼类、底栖鱼类、小型中上层鱼类、中上层顶级捕食鱼类。在 输入每一个功能组的b ，p b ，q b 或e e 的基础上，输入每一功能组的食物组成、 净迁移率等相应的参数后，运用e c o r a n g e r 对系统进行平衡调试，当系统达到最 终平衡并与实际情况相吻合后，输出生态营养流动效率、各功能组的营养级和混 合营养影响、不同营养级之间的能流来源与营养流动关系，功能组的死亡率组成 以及系统的总体特征。 ( 2 ) 模型分析表明，嵊泗人工鱼礁海区生态系统的能量流动主要以捕食食物链 途径为主，各功能组的营养级范围为1 0 0 4 1 8 。生态网络分析表明，系统的能 量流动主要有5 级，来自初级生产者的能流效率为1 3 8 ，来自碎屑的转换效率为 1 3 4 ，平均能量转换效率为1 3 6 。嵊泗人工鱼礁海区生态系统高营养层次重要 生物资源( 大型软体动物、大型甲壳类、底层鱼类、底栖生物食性鱼类、小型中 上层鱼类、中上层鱼类食性鱼类) 的平均营养级是3 5 9 。 ( 3 ) 系统初级生产力与总呼吸量的比值( p r ) 是1 3 8 5 ，系统净生产量是4 8 0 8 8 9 t k d y r ，表明当前嵊泗人工鱼礁海区海洋生态系统处于不稳定状态。礁区建成 才一年时间，所起的生态修复作用还不足以对修复当地海洋生态系统起到很明显 的效果。同时人工鱼礁的增殖效果已经有所体现，例如大型软体动物和底栖鱼类 已经有了正的生物积累量。 关键词：营养模型：能量流动：e w e 软件：人工鱼礁：嵊泗 a p r e l i m i n a r ys t u d yt ot h ee n e r g yf l o wi nt h ee c o s y s t e m o ft h ea r t i f i c i a lr e e fi ns h e n g s i a b s t r a c t b a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o no ff i s h e r yr e s o u r c e sa n de c o - e n v i r o n m e n ti nt h e a r t i f i c i a lr e e f i ns h e n g s i , f r o mj a n u a r yt on o v e m b e r2 0 0 5 ，a n dw i t he w es o f t w a r e ，a m a s s - b a l a n c ee c o p a t hm o d e lo ft h ee c o s y s t e mo ft h ea r t i f i c i a lr e e fi ns h e n g s iw a s c o n s t r u c t e d t h er i s ka n a l y s i sa n dr e s u l t ss u g g e s tt h a to u rf i n d i n gp r e s e n tt h ef i r s t n e wq u a n t i t a t i v es i m u l a t eo fc h i n e s ea r t i f i c i a lr e e fw a t e rf i s h e r i e sa n de c o s y s t e m u s i n gw i t he c o p a t ha n de c o s i m s o f t w a r es i m u l a t e f i s h i n gp o l i c y , f i s h e r i e s d e v e l o p m e n ta n dc o u n t e r m e a s u r e , t r o p h i cl e v e lo ff i s h e r i e sd e c r e a s i n g , e x c e l l e n t e c o s y s t e mp o l i c yf o rm a n a g e m e n t t h es t a n d a r dc l a s s i f i c a t i o no fj nd i c a t o r so fh e a l t h q u a n t i t a t i v ea n a l y s ef i s h e r i e si m p a c to ne n v i r o n m e n to n ea n o t h e r t h ef i r s to f f e r d s c i e n c es t a n d a r da n dr e s u l tt os u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ta n du s eo fm a r i n ew a t e r f i s h e r i e s t h em a i nr e s u i t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) i no r d e rt oq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sa n ds i m u l a t et h em o d e l so fe c o - e n v k o n m e n t i nt h ea r t i f i c i a lr e e fi ns h e n g s i ，1 3g r o u p sw e r es e p a r a t e d p h y t o p l a n k t o n , t o pp e l a g i c f e e d e r s ，b e n t h i cf e e d e r s d e m e r s a lf i s h , s m a l lp e l a g i cf i s h , h e r b i v o r o u sf e e d e r , l a r g e c r u s t a c e a ，s m a l lc r u s t a c e n n , l a r g em o l l u s c a , s m a l lm o l l u s c a , m a c r o z o o p l a n k t o n e a c hg r o u pr e p r e s e n t st h eo r g a n i s m sw i t hs i m i l a rr o l e si nt h ef o o dw e b ，a n dc o v e r e d t h em a i nt r o p h i cf l o wi nt h ee c o s y s t e mo ft h ea r t i f i c i a lr e e fi ns h e n g s i b ，p b ，q bo r e em u s tb ei n p u tf o re a c hg r o u p ，a n di n p u td i e tc o m p o s i t i o n , n e tm i g r a t i o nb e f o r et h e e c o s y s t e mi nt h ea r t i f i c i a lr e e fi ns h e n g s ie q u i l i b r i u mt e s t e d ，u s i n ge c o r a n g e ra d j u s t t h e s e p a r a m e t e r si n o r d e rt of i tt h ee c o s y s t e m a f t e rb a s i ce s t i m a t e ，k e yi n d i c e s , m o r t a l i t i sc o n s u m p t i o nw e r eo u t p u t n e t w o r ka n a l y s i s ，c y c l e sa n dp a t hw a y m a yb e o u t p u ts 虹a i g i l _ 哟r w a r da f t e r 眦 ( 2 ) t h ef o o dw e b i nt h ee c o s y s t e mo ft h ea r t i f i c i a lr e e fi ns h e n g s iw a sd o m i n a t e d b yd e t r i t a lp a t h p h y t o p l a n k t o nw a st h ep r i m a r yp r o d u c e r ，a n dt h ef r a c t i o n a lt r o p h i c l e v e l sr a n g e df r o m1 0 0t o4 1 8 ，w i t ht o pp e l a g i cf e e d e r so c c u p y i n gt h eh i g h e s t t r o p h i cl e v e l b yu s i n gn e t w o r ka n a l y s i s ，t h es y s t e mn e t w o r kw a sm a p p e di n t oa l i n e a rf o o dc h a i n ，a n df i v ed i s c r e t et r o p h i cl e v e l sw e r ef o u n d ，w i t ham e a nt r a n s f e r e f f i c i e n c yo f1 3 8 f r o mp r i m a r yp r o d u c e r ，a n d1 3 4 f r o md e t r i t u sw i t h i nt h e e c o s y s t e m t h em e a nt r o p i cl e v e lo ft h ei m p o r t a n tr e s o u r c e ss p c i e s ( t o pp e l a g i c f e e d e r s ，b e n t h i cf e e d e r s ，d e m e r s a lf i s h , s m a l lp e l a g i cf i s h ，h e r b i v o r o u s f e e d e r , l a r g e c r u s t a c e a , l a r g em o l l u s c a ) o ft h i se c o s y s t e mi s3 5 9 0 ) t h er a t i oo fs y s t e mp r i m a r yp r o d u c t i o n r e s p i r a t i o n ( p r ) i s1 3 8 5a n dn e t s y s t e mp r o d u c t i o ni s4 8 0 8 8 9t k m 2 y r ，w h i c hi n d i c a t e dt h a tt h es y s t e mw a ss t i l li n d e v e l o p i n gs t a t u sa n di n s t a b l e f o rt h ea r t i f i c i a lr e e fz o n ew a sj u s tr e b u l d e do n ey e a r a g o , 鲫i tc o u l dn o tr e s t o r et h el o c a le c o s y s t e mv e r yg o o da n do b v i o u s l y b u ti th a s w o r k e db c c a u s et h el a r g em o l l u s c aa n dt h eb e n t h i cf e e d e r sh a v eap o s i t i v eb i o m a s s a c c e l e r a t i o n k e yw o r d s ：h 0 p h i cm o d e l ；e n e r g yf l o w ；e w ep a c k a g e ；t h ea r t i f i c i a lr e e f ；s h e n g s i 上海水产大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我 对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：妄争剐 日期：卅年口z 月知e t 上海水产大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海水产大学可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 口 本学位论文属于 不保密 学位论文作者笔名：章每们 e t 期：1 彳年嘲阳 ，在年解密后适用本版权书。 指导教 日期： 上海水产大学硕士学位论文 引言 人工鱼礁是人们为了诱集捕捉鱼类、养护增殖鱼类等水产资源、改善水域生态环 境、发展休闲渔业等活动而有意识地设置于预定海域的构造物。人工鱼礁建设在日 本、美国等许多发达国家作为一项长期计划持续执行己近半个世纪之久，取得了巨大 的生态效益、社会效益和经济效益。美国1 9 r 7 6 年至8 0 年代中期共沉放5 0 万艘轮船入海 作为人工鱼礁。据1 9 8 3 年的统计，美国沿海各地敷设人工鱼礁共有1 2 0 0 处，参加游钓 活动人数达5 4 0 0 万人，约占美国人口总数的1 4 ，使用的游钓船只达1 1 0 0 万艘，钓捕鱼 类产量约1 4 0 万吨，占全美渔业总产量的3 5 ，占食用鱼总上市量的2 3 ，为游钓渔业 服务的社会收益达1 洲乙美元。e t 本在5 0 年代以前就开始利用废旧船作为人工鱼礁， 并且规模逐步扩大。1 鳄o 年日本全国沉放1 0 0 0 0 只小型渔船建设人工鱼礁渔场。1 9 5 1 年开始用混凝土制作人工鱼礁。日本政府有计划地投资建设人工鱼礁始于1 9 5 4 年。 1 9 7 6 - 1 9 8 1 年的五年问设置人工鱼礁3 0 8 6 多座，体积3 2 5 5 万立方米，投资7 0 5 亿日元 肿】 我国人工鱼礁试验最早始于1 9 7 9 年广西北部湾海域，全国沿海共有8 个省开展 了这项试验研究，从东到西，包括辽宁、河北、山东、江苏、浙江、福建、广东( 包 括想在的海南省在内) 以及广西，共设立了数十个人工鱼礁试验点，投放人工鱼礁 2 7 9 9 5 个，体积空方为8 9 0 1 0 m 3 ，投放的类型有鱼类增殖型鱼礁、渔场保护型鱼礁和 海珍品增殖型鱼刹1 1 l 。虽然取得了一定的成果，但是由于投入不足，效果并不十分明 显。 2 0 世纪末，我国正在调整沿海的渔业产业结构，通过人工鱼礁渔场建设来保护改 善近海生态环境、修复近海渔业资源、促进渔业生产可持续发展己成为许多沿海地方 政府的共识。近几年来，我国各地又掀起了发展人工鱼礁的热潮。首先是广东对其沿 海人工鱼礁建设作了1 0 年规划嘲，由财政拨款8 亿元人民币，建设1 2 个人工鱼礁区， 共1 0 0 座人工鱼礁。并于2 0 0 1 年7 月，首先在珠海附近海域投放了第一批人工鱼礁， 拉开了广东省大规模投放人工鱼礁的序幕。浙江省政府也把加强人工鱼礁建设作为加 快渔业经济结构战略性调整的一项重要举措，于同年7 月，在国家级海洋自然保护区 南麂列岛“”海域投放了第一批2 座共2 4 0 0 空m 3 人工鱼礁。此外，浙江的舟山群岛、 福建汕头、辽宁大连、山东烟台“”等地均已提出建设人工鱼礁的规划方案或可行性报 告，现有多个鱼礁试验海域已经初步投放，并展开了相关的科研跟踪调查工作。 上海水产大学硕士学位论文 围绕人工鱼礁的研究大多集中在以下几方面： 1 ) 工程学应用研究，如礁体结构优化设计、造礁材料选择、礁体掩埋速度等； 人工鱼礁可以使用多种材质，例如，混凝土使用最为普遍，不但效果好，而且经久耐 用；钢材鱼礁制作容易，运输方便，一般投放在外海；木竹鱼礁是用木材钉成框架， 中间压以石块，沉放在近岸，成为近海沉式人工鱼礁等。按鱼礁有多种结构和形状， 常见的有箱式鱼礁，三角形鱼礁，圆台鱼礁，柜架框架型鱼礁，船形鱼礁等【，胆w 。k i m 等“”( 1 9 9 5 ) 对浅水区鱼礁在波浪作用下的局地冲刷和下陷进行了实验室研究。他们认 为鱼礁的形状对局地流有显著影响，从而也决定了局地冲刷程度。另外，底层流的扰 动使鱼礁底部与底质的接触面积减少，造成了鱼礁的不稳定和下陷n 町。钟术求等( 2 0 0 6 ) 针对浙江省台州大陈海域的波流状况、水深等设计了钢制四方台型礁体，并对礁体的 稳定性进行了研究，根据波流动力学理论对礁体在实际投放海域所受到的最大作用 力、抗漂移系数以及抗倾覆等进行了计算。 2 ) 水动力学研究，包括礁体受力分析、投放鱼礁引起的上升流和背涡流规模、鱼礁 周围的流速分布及脉动频率等；黑木等2 ”1 在回流水槽中，观察和测定了圆筒形、四 角形鱼礁模型周围流场的变化；其结论为：在大开口比的各种模型附近，乱流( 流态 紊乱) 和非乱流共同存在，通过三角柱和四角锥模型内部的流线，发生弯曲形成复杂 的流场。鱼礁投放后形成的上升流，将海底深层的营养盐类带到光照充足的上层，促 进了浮游生物的繁殖，提高了海洋初级生产力，同时鱼礁本身作为一种基质，附着 生物开始在其表面着生，鱼礁周围的底栖生物和浮游生物的种类、数量、分布发生变 化。 3 ) 生态学研究，主要是针对经济鱼种的诱集效果实验、鱼礁区群落组成及其生 物量和种类组成多样性调查分析、水质和营养盐的季节变化等。增迟寿通过分折渔 获量得知，日本青森县岩崎海域的鱼礁区内，枪乌贼黑裙等鱼的资源量，比投放礁前 增多，神奈川县沿海的几处鱼礁渔场的竹荚鱼等也比投礁前增多。佐藤修。1 ( 1 9 8 4 ) 的报告，每m 3 的人工鱼礁平均可造成1 8 3 7m 3 的人工渔场，与一般未投放人工鱼礁的 天然渔场相比，每年可增加l o k g m 3 的渔获量。j r r o o k e r 口力等对佛罗里达花园湾人 工鱼礁与天然礁的集鱼效果比较，实验方法采用水下摄像调查，通过对摄像分析，分 析人工鱼礁区的鱼种组成，海域资源的垂直分布，礁区鱼类资源的日夜变动情况：另 外分析比较人工鱼礁区和珊瑚礁区的鱼类组成差异。 上海水产大学硕士学位论文 研究表明人工鱼礁海区的水质和底泥环境与生物相的变化是相互关联的，因此， 将鱼礁影响所及海域视为一新的局部生态系统，探讨生产者、消费者、分解者等要素 的存在状态及它们之间的数量关系，更有助于从整体上认识人工鱼礁的生态效应，并 为安全高效地建设人工鱼礁提供有用的理论依据。但是，目前有关人工鱼礁生态系统 的研究及其稀少，仅见于u b c f c 对香港人工鱼礁区建立了生态通道模型，以确定鱼 礁保护区的范围，但并没有该区域的能量流动作专门的分析删。 浙江省嵊泗县东库山海域人工鱼礁建设自2 5 年1 月实施以来，调查显示其流场 环境、水质和底泥以及浮游生物、渔业资源等发生了一系列的变化，特别是渔业资源 密度增幅明显。促使这些变化的内在联系是什么? 在生态系统动力学层面上又是如何 反映的? 本文将根据2 ( 肌- 2 0 0 5 年间对该海域人工鱼礁建设前后的本调查和跟踪调查 数据，运用e w e 模型重点分析探讨该人工鱼礁海区生态系统的能流分布特征及能量转 换效率等，以期为后续的渔业资源增殖放流品种和密度、休闲渔业发展模式等礁区管 理提供科学依据。 上海水产大学硕士学位论文 第一章人工鱼礁有关研究概述 1 人工鱼礁的研究背景 根据调查研究指出( w i k i n s o n ，1 9 9 2 ：r i c h m o n d ，1 9 9 3 ；g r i g g , 1 9 9 4 ；h u g h e s , 1 9 9 4 ： h i n r i c h s e n , 1 9 9 7 ) 随着现代科学技术陆续应用到渔业领域，渔船数量越来愈多，使得 捕捞能力越来越强，造成过度捕捞，渔业资源被过度利用。其次随着工业的发展和环 境污染日益严重，海洋生态环境( 尤其是近海、浅海的生态环境) 恶化，有些海湾和 河口经常发生赤潮等现象，影响鱼类的生长繁殖。近年来据联合粮农组织估计，有7 0 的海洋鱼类已过度捕捞，全球1 5 个主要渔场中有1 3 个捕鱼量已超出鱼类可持续发展 量。全球渔业资源的桔竭已经成为一不争的事实。另外在1 9 7 4 年，由智利等沿岸国提 出的2 0 0 海里主权的管辖权问题，得到世界沿海国家的重视。经过长达九年的争议，国 际海洋法公约在1 9 8 2 年获得通过( 1 9 9 4 年开始生效) ，各国政府从本国利益出发， 制定相应措施，保护自己家门口的资源和生态环境。 随着现代科学技术陆续应用到渔业领域，海洋捕捞努力量明显增强，特别是沿 海大陆架的底拖网作业，对海底生态环境的破坏极其严重，许多海区的捕捞过度问题 加剧，随之的渔业资源衰退。传统的经济鱼类资源量大幅度减少，性成熟提前，渔获 物低龄化、小型化倾向明显。以往一直为之骄傲的我国近海的大、小黄鱼、墨鱼和带 鱼这四大经济鱼类已经形不成渔汛。以带鱼为例，东海区带鱼年平均渔获量7 0 年代占 海洋捕捞年平均渔获量3 1 9 ，9 0 年代未降到1 4 9 。2 0 世纪6 0 年代夏秋季渔获物年龄 组范围是l 一7 龄，平均年龄是2 0 8 龄，9 0 年代未是l 3 龄，平均年龄是1 2 9 龄；2 0 世 纪6 0 年代带鱼性成熟最小肛长为2 0 0 m m ，8 0 年代未以后仅为1 4 0 a 。“。长期采用底拖 网作业，使近海海底的天然鱼礁，海底突起和海沟夷为平地，海底呈平秃化、荒漠化， 生态环境日趋恶化。这种捕捞投入的规模和力度远远超过了海洋渔业资源的承受能 力，使得我国近海的渔业资源受到了极大的破坏“”“。 此外，在沿海经济飞速发展的同时，也产生了一些不利鱼类生存的负面效应，如 部分海域由于工业排污等原因使得这些沿海区域的海洋环境污染日益严重，影响了一 些经济鱼类及海洋生物的繁衍和生长，由此带来了海洋生态环境的进一步恶化，加速 了渔业资源的日益枯竭。随着工业的发展和环境污染日益严重，我国海洋生态环境( 尤 其是近海、浅海的生态环境) 恶化，有些海湾和河口经常发生赤潮和死鱼事件。赤潮 上海水产大学硕士学位论文 近些年来发生频率高，发生面积增大，持续时间长。据国家环保总局资料显示中国现 在赤潮发生的频率是在增加的。全国2 0 世纪9 0 年代平均每年发生2 d 起，2 0 0 0 年到2 0 0 3 年发生的起数分别是2 9 起、7 7 起、7 9 起和1 1 9 起，累计面积达1 5 0 0 0 多平方公里，造成 经济损失约1 0 亿元。东海2 0 0 1 年到2 0 0 3 年发生的起数从3 4 起增长到5 l 起到8 6 起。2 0 0 5 年6 月浙江舟山和温州附近海域发生了面积约7 0 0 0 平方公里的特大赤潮灾害，据统计 仅温州南麂赤潮发生海域网箱养殖鱼类就死亡成鱼约5 6 万尾，鱼苗3 0 0 万尾，亲鱼9 0 0 万尾，鲍4 万只，直接经济损失近2 0 0 0 万元“。 另外，我国与日本、韩国等周边国家有关经济专属区的渔业谈判结果使得我国在 东、黄海失去了相当大的传统作业渔场，这将使我国在该区作业的众多渔船面临停产 的困境。因此，通过一定的举措，来改善海洋生态环境、增殖渔业资源和进一步调整 产业结构是十分必要的。 面对海洋渔业资源的严重衰退和海洋生态环境的恶化，我国各级部门都积极采取 了许多措施，如实行禁渔区和禁渔期制度，实行网目大小限制，取缔严重危害渔业资 源的渔具，逐步淘汰近海拖网渔船，鼓励外海和远洋渔业生产以及伏季休渔政策等等。 这些措施对减缓渔业资源的衰退起到了一定的积极作用，但不能从根本上使渔业资源 得到较大程度的恢复。 实际上，以人为方式改善海域的渔场环境，提高海域渔业资源量，透过人类科技 进步，利用人为方式，改善渔业资源的生长速度，在诸多改善渔场环境的方法中，以 营造海洋牧场所能获得增值水产资源的效果最为显著与长久。而建设海洋牧场的根基 与最简便的方式即为投放人工鱼礁。人工鱼礁是通过科学选点在适宜海区设置一定规 模的各式人工设施或构造物；通过构造物的设置及其对对非生物环境( 流、底、光、 声、昧) 生物( 浮游、附着、底栖、鱼类) 的影响，为鱼类等水生生物营造一个聚集、 索饵、繁殖、避敌、生长、栖息理想的场所；从而达到改善、优化海域生态环境、建 设渔场和增养殖场，保护、增殖渔业资源的目的。根据研究，人工鱼礁投放后会 影响增加该区海域的聚鱼效果“”“2 ”圳( b o h n s a c ka n ds u t h e r l a n d ，1 9 8 5 ； b o h n s a c k ，1 9 8 9 ，1 9 9 0 ：a m b r o s ea n ds w a r b r i c k ，1 9 8 9 ；d c m a r t ie ta 1 ，1 9 8 9 ： c o l l i n se ta 1 ，1 9 9 1 ) 日本以及欧洲已有报告指出，人工鱼礁附着大型海藻可 以提高该鱼礁聚鱼以及生产力效果。并已有实验尝试制作适合大型海藻附着 以及生长的人工鱼礁，即藻礁。人工鱼礁建设是一项海洋生态环境的修复工程， 上海水产大学硕士学位论文 不仅可阻止对资源具有强大杀伤力的底拖网作业，也可以营造人工生态系统，提高海 域的生产力，形成适宜游钓、刺网等作业方式的优良渔场。国内外的实践证明，人工 鱼礁建设是保护海洋生态环境的最有效的途径之一。同时，开展人工鱼礁建设还能使 被淘汰的渔船等废旧物品的残值得到利用，为渔民转产转业提供一个“软着陆”的环 境，且带动旅游业等相关产业的发展。 2 人工鱼礁建设现状 2 1 国外人工鱼礁建设 美国1 9 7 6 年至8 0 年代中期共沉放5 0 万艘轮船入海作为人工鱼礁。据1 9 8 3 年的 统计，美国沿海各地敷设人工鱼礁共有1 2 0 0 处，参加游钓活动人数达5 4 0 0 万人，约 占美国人口总数的1 4 ，使用的游钓船只达1 1 0 0 万艘，钓捕鱼类产量约1 4 0 万吨，占 全美渔业总产量的3 5 ，占食用鱼总上市量的2 3 ，为游钓渔业服务的社会收益达1 8 0 亿美元。 日本在5 0 年代以前就开始利用废旧船作为人工鱼礁，并且规模逐步扩大。1 9 5 0 年日本全国沉放1 0 0 0 0 只小型渔船建设人工鱼礁渔场。1 9 5 1 年开始用混凝土制作人工 鱼礁。日本政府有计划地投资建设人工鱼礁始于1 9 5 4 年。进入7 0 年代以后，由于世 界沿岸国家相继提出划定2 0 0 海里专属经济区，这一形势迫使日本加速了人工鱼礁的 建设进程。1 9 7 5 年以前在近海沿岸设置人工鱼礁5 0 0 0 多座，体积3 3 6 万立方米，投 资3 0 4 亿日元；1 9 7 5 年日本颁布了沿岸渔场整修开发法，使人工鱼礁的建设以法 律的形式确定下来，保障了产业的持久发展。1 9 7 6 1 9 8 1 年的五年间设置人工鱼礁 3 0 8 6 多座，体积3 2 5 5 万立方米，投资7 0 5 亿日元。由于采取人工鱼礁建设这一重大 举措，从1 9 5 9 年至1 9 8 2 年的2 3 年中，日本沿岸和近海渔业产量从4 7 3 万吨增加到 7 8 0 万吨，在世界渔业资源利用受到限制的情况下继续增加捕捞产量，主要是依靠建 设沿岸渔场，其中人工鱼礁渔场起的作用最大。海洋生态环境一度遭受严重破坏的濑 户内海，在有计划进行人工鱼礁投放和海洋环境治理以后，该内海已变为名符其实的 “海洋牧场”。近几年来，日本每年投入沿海人工鱼礁建设资金为6 0 0 亿日元。 韩国政府也非常重视人工鱼礁的建设。自1 9 7 3 至2 0 0 0 年，共投资约四亿美元， 计划2 0 0 1 年起，在往后的六年将投资2 0 亿美元，在其东、西、南三个海区近岸投放 上海水产大学硕士学位论文 人工鱼礁。此外，英国、德国、意大利、葡萄牙和前苏联、斯里兰卡、泰国、印尼、 菲律宾、朝鲜、古巴、墨西哥以及澳大利亚等许多海洋国家都在6 0 - 7 0 年代以后陆续 动工兴建沿海的人工鱼礁渔场。 2 2 国内人工鱼礁建设现状 我国台湾当局为了稳定渔业生产发展，1 9 7 4 年便开始设置人工鱼礁，至1 9 9 9 年设置人工鱼礁区7 5 处，投放人工鱼礁1 6 6 3 7 2 个，总投资折合新台币1 3 亿元。其 礁区布点范围遍及台湾岛的四周和澎湖列岛、东沙群岛等处。较有名的礁区有东北部 的宜兰县大里礁区，西北部的新竹县南寮礁区和苗栗县外埔礁区等。 香港特别行政区立法会1 9 9 8 年6 月通过议案，5 年内拨款6 亿港元建设香港水域 的人工鱼礁渔场；第1 期工程耗资1 亿港元，把2 0 艘经过处理的旧船沉放于海下湾 和印洲塘两地，并敷设了2 1 6 座轮胎鱼礁、1 3 1 座混凝土组件鱼礁，于1 9 9 9 年9 月完 工。第2 期工程，在南部的索罟群岛、蒲台岛、果洲群岛、西侧的沙洲、龙鼓洲海岸 公园等处敷设人工鱼礁。第2 期工程已于2 0 0 2 年秋季全部完成。 我国大陆沿海的人工鱼礁建设事业开始于七十年代末。1 9 7 9 年6 月，广西钦州地 区防城县的水产工程技术人员在前人生产经验的基础上，首次研究设计和制造了2 6 座小型沉式单体人工鱼礁，投放于该县珍珠港外的白苏岩附近水深2 0 米处。试验取 得初步成功后，1 9 8 0 年8 月扩大了试验，设计制造了石块和废船鱼礁、小型钢筋混凝 土鱼礁、大型浮沉结合鱼礁、大型沉鱼礁等多种鱼礁，投放地点也从防城逐步扩展到 北海、合浦、钦州等地沿海。 1 9 8 1 年南海水产研究所在大亚湾试验投放悬浮式人工鱼礁( 中日合作) ，同年黄 海水产研究所在山东胶南和蓬莱也开始试验。1 9 8 3 年1 2 月起，当时的党中央主要领 导人先后三次批示在沿海扩大投放人工鱼礁。此后，广东( 包括海南岛) 、辽宁、山 东、浙江、福建、广西等省( 区) 都进一步扩大人工鱼礁的试验和建设规模。农业部 主持推广人工鱼礁建设，拨款3 0 0 万元，地方自筹3 2 0 万元；成立了全国人工鱼礁技 术协作组( 南海水产研究所为组长单位) ，组织全国水产专家指导各地人工鱼礁试验。 1 9 8 1 - 1 9 8 5 年广东省水产局在南澳、惠阳、深圳、电白、湛江、三亚等县市进行了试 点工作，共投放人工鱼礁4 3 4 3 个，1 6 1 4 0 8 立方米。南海水产研究所作为技术负责单 位开展各项研究课题，包括礁体模型的水槽实验，研究各种礁型在海流的作用下流场 流态的分布，收集各投礁点的区域水文学与生物学本底资料，对投礁后海底生态环境 上海水产大学硕士学位论文 的变化、礁体的集鱼效果进行水下录象等。试验工作只进行了3 年，全国共投放礁体 8 9 万立方米，试验宣告结束。由于人工鱼礁建设需要投入大量的资金，鉴于我国改 革开放初期的历史条件，在试验工作结束之后未能在全国范围内大规模地开展人工鱼 礁建设，但是试验研究的成果，为我国今后重新启动人工鱼礁建设提供了宝贵的经验 和借鉴。 2 0 0 0 年广东省海洋与水产厅在阳江近海采用废旧水泥船作为礁体，重新开展人 工鱼礁试验，在我国大陆沿海各省市中广东先走一步。近两年，广东省在全国率先以 “人大”决议的形式确定投资8 亿元在沿海建设1 0 0 座人工鱼礁，并在珠海东澳和阳江 双山两个礁区进行试点投放，拉开了二十一世纪我国大陆沿海人工鱼礁建设的序幕。 2 0 0 2 年，广东沿海十二个市已完成人工鱼礁建设规划工作，部分市已开始投放或开始 向社会发布人工鱼礁工程招标。目前，浙江、江苏、福建、海南等省区，都在启动人 工鱼礁的规划和建设。显见，我国大陆沿海的人工鱼礁建设事业在停滞十几年后又在 各地重新兴起，目前正处在规模化发展的前夜。 3 国内外人工鱼礁研究概述 3 1 人工鱼礁的海洋学机制 人工鱼礁投入到海中以后，无论是沉式鱼礁、悬浮式鱼礁或浮式鱼礁，都会使其 周围的流场发生一定的变化。就沉式鱼礁而言，迎流面一般都会产生上升流，背流面 产生涡流。同自然水域的上升流区通常是良好渔场( 主要指中上层鱼类渔场) 一样， 人工鱼礁形成的上升流区，同样也是鱼类喜欢聚居的地方，尽管其范围比较小。由于 上升流区域的上、下层水体之间交换比较活跃，表层高氧海水容易潜入到下层，甚至 底层；而下层富于营养的海水则容易上升到上层，这样就形成了海洋初级生产力较为 繁盛的区域。在背流面的涡流区，浮游饵料生物由于动力学的原因，往往被凝聚成密 度较大的小区域，引诱鱼类聚集。此外，幼鱼特别喜欢在鱼礁周围停留，不仅有安全 感，同时礁体上的附着生物可供摄食；追食幼鱼的凶猛鱼类也会到鱼礁周围索饵。这 样，不同营养层的物种聚到鱼礁周围，形成了一个小型的人工生态系。概括来说，人 工鱼礁生态系的形成，可分为流场效应，饵料效应和避敌效应三个层面来理解。这就 是人工鱼礁的海洋学机制。 上海水产大学硕士学位论文 3 2 生态学的研究 海洋生态学是人工鱼礁建设的主体学科，因为人工鱼礁建设的目的是改善生态环 境、顺应自然规律，用人为的方法建造人工生态系。因此，人工鱼礁的建设思路首先 是选择对改善海洋生态环境有效的区域作为人工鱼礁投放区，礁体材料的选用和礁型 设计以至群礁布局，都必须有利于人工生态系的形成和特定区域种群的栖居繁衍。 国内外人工鱼礁建设的生态学研究课题有： ( 1 ) 建礁前海域的本底生态学和环境质量调查，为礁区选划提供依据； ( 2 ) 礁区建成后的生态学跟踪调查研究和评估区域生态环境的改善效果； ( 3 ) 研究礁区的管理措施和资源保护、开发的方案； ( 4 ) 礁体材料及其效果试验研究，研究不同材料构成的礁体所产生的生态效应及其 对环境的影响，包括混凝土构件、轮胎、铁器石块等。此类研究以开发垃圾资源为主 攻方向。 3 3 工程学应用研究 工程学是要解决人工鱼礁的材料、礁形设计、投放等鱼礁工程的设计和实际操作 问题，在整个人工鱼礁建设中起到保证作用，使礁体耐用、坚固、安全。 在工程应用研究方面主要有： ( 1 ) 礁区选划模式设计，根据区域海洋学的水文学和生物学特点，提出选点方案 和最优礁区布设方案； ( 2 ) 礁体模型模拟实验和设计，计算礁体在海流和波浪作用下的应力场和稳性， 礁体模型设计等；根据具体投放点的海洋学特征，设计( 或选用) 礁型，使建成的礁 区安全实用，效果优良，礁体稳性大、持久耐用，价格便宜和便于投放。 上海水产大学硕士学位论文 第2 章人工鱼礁的主要生态功能 人工鱼礁是用于改善海域生态环境建设渔场和增养殖场的人工设施。人工鱼礁 投放到海中后，使周围海域的流、光、音、底质等非生物环境发生变化，这种变化 引起生物环境的变化，使水生生物量增大，从而形成良好的渔场或增养殖场，集鱼效 果也非常明显。 1 人工鱼礁的生态效应 人工鱼礁的生态效益是人工鱼礁建设项目的目标之一，是生态学家和环境集团 最期望的结果，它主要来自礁区所产生的各种良性的效应。在适宜的海域投放人工鱼 礁后，其周围的海洋环境和生态环境都会产生明显的良性效应，礁体周围逐渐形成新 的人工生态系，从而形成优良渔场。一般来说，在人工鱼礁区所产生的生态效应主要 有三种：流场效应、饵料效应和避敌效应。 1 1 流场效应 设计合理的人工鱼礁在水流的作用下所产生的多样性( 包括上升流、加速流和 缓流) 使水层得到充分的交换，形成具有丰富营养盐和各种饵料生物的水域环境，吸 引喜欢多样流鱼类聚集到礁区来索饵和栖息。n a k a m u r a ( 1 9 8 5 ) 在进行鱼群行为观察 时候发现，人工鱼礁所产生的涡流会造成附近海域水压的变化而形成缓流区，鱼类喜 欢栖息于此区域，尤其使流速较强时，鱼群在礁体后聚集的情形更加明显。刘春成等 ( 1 9 9 2 ) 的研究表明，鱼群主要分布在鱼礁的潮下侧，者不大间接的说明了鱼礁的涡 流效应，更说明了鱼群喜欢栖息于鱼礁背后所形成的缓流区。 1 2 饵料效应 人工鱼礁投放后所形成的新流场使礁区周围的生物种类和数量均发生明显的变 化。据报告，礁体投放几天后就开始有浮游生物聚集，礁体上有藻类附着，并逐渐出 现藤壶、牡蛎之类的固着生物，而且生长速度很快，几个月后几乎覆盖整个礁体表面。 多数鱼类都以浮游生物和固着生物为食，饵料生物丰富的水域自然就成了鱼类聚集。 上海水产大学硕士学位论文 栖息的良好场所。在广东电白礁区，水泥礁体投放后1 个月后1 0 0 表面被附着生物 所覆盖，优势种是网纹藤壶、翡翠贻贝等。附件省将投放3 个月后的礁体吊起进行检 查，发现6 大类1 3 种附着生物，附着生物量为1 6 3 k g m 2 。山东胶南沿海人工鱼礁 区连续5 年的潜水观察表明，在初期礁体上主要是苔藓虫和水螅，随着时间的推移， 礁体上贻贝和密鳞牡蛎的数量显著多，藤壶开始在礁体上繁殖起来，同时小型蟹类和 虾类的数量也相应的急剧增加，整个礁体已被大量生物所覆盖，厚度达1 2 c m ，并且有 岩礁性鱼类栖息于礁体空间，完整了礁区的食物链结构“” 1 3 避敌效应 动物生态学表明，鱼类具有避敌的本能。鱼类在幼体阶段，随时都有被吞食的 可能。因此，鱼类除了摄食的行动以外还时刻注意着栖息避敌环境。人工鱼礁的设置 为鱼类营造了安全、良好的“居室”和“庇护所”。由于有礁体作为庇护场所，所以 使得大量幼鱼逃过被凶猛鱼类和其他敌害捕食的厄运，从而提高了幼鱼的存活率，使 鱼类资源得以安全、健康繁殖。 上述三种效应是相互联系，相辅相成。人工鱼礁礁体上附着大量饵料生物，为鱼 类提供了充足的食物；人工鱼礁区能产生涌升流和涡流，有利于浮游生物的生长，增 加了基础生物量，为鱼类资源的恢复提供了物质基础；礁区有许多洞穴和阴影供小鱼 避敌和栖息，又有丰富的而；饵料，十分适宜鱼类生长发育。这样在礁区形成了相当 稳定的生态系统。由此可见，在沿海水域设置人工鱼礁，能保护海洋生态环境，恢复 和增殖海洋渔业资源，可获得十分显著的生态效应。 2 鱼礁的集鱼效果 鱼礁的多洞穴结构和投放后所形成的流、光、音、味以及生物的新环境，为各种 不同的鱼类提供了索饵、避害、产卵、定位的场所，因而吸引了许多鱼类，在南方海 域鱼礁区聚集的鱼的种类超过1 2 0 种，其中经济鱼类约有5 0 种，这些鱼类在礁区的分 布和行为呈多样化。有的种类始终生活在鱼礁内外或周围，有的种类则在其一生的某 一阶段在鱼礁水域生活。被称作岩礁性鱼类的六线鱼( h e x a g r a n 吻o so t a k i d 、黑鳍 ( s e 6 丑s t e ss c h e g e d 、石头鲈( s e b a s t i s c u sm a r m o r a t u s ) 等，对鱼礁依赖性很强， 常用身体接触鱼礁，一生在鱼礁区度过。而沙丁鱼( s a r i o l o aq u i n q u e r a d i a t a ) 、竹 上海水产大学硕士学位论文 荚鱼( t r a c h u r u sj a p o m c u s ) 等洄游性鱼类则在某一季节集聚在鱼礁周卧“嘲。标识 放流追迹调查表明，由于这些鱼类随季节或环境要素的变化而迸行移动，所以在鱼 礁区鱼类的个体交换非常频繁。 鱼礁区鱼的行为主要表现为索饵和逃避行动。鱼礁表面的附着生物以及鱼礁周围 的浮游生物，成为一些鱼类的饵料。通过水下观察和鱼胃囊物的分析得知，真鲴幼鱼 经常捕食浮游动物、糠虾类，马面纯、河纯类经常啄食附着生物“4 。当大型捕食性鱼 类出现时，真鲷、蛳鱼、竹荚鱼等游泳能力较强的鱼种，离礁逃避，而六线鱼、黑鼯、 虾虎鱼等岩礁性鱼类则躲入鱼礁间隙中去鱼礁区鱼类这种索饵、逃避行动是经常 性的行为“”1 。 集鱼效果的调查方法有潜水观测、水中摄像摄影、鱼探仪探测和渔获等。通常， 浅水区域的调查采用潜水、水中摄影方法较多；深水区域的调查，采用鱼探仪探测、 渔获、海底定点连续观测等方法较多。用单一方法，难以了解鱼礁区与非鱼礁区的鱼 类数量和活动全况，因此，有时采用多种方法进行综合观测，来推断集鱼效果。海上 现场调查证明，鱼礁集鱼效果明显。田中让1 2 1 利用鱼探仪对鱼礁区与非鱼礁区的鱼群 进行了探测，其结果鱼礁区的平均集鱼量为非鱼礁区的2 6 倍左右。增浞寿通过分析 渔获量得知，日本青森县岩崎海域的鱼礁区内，枪乌贼、黑鳕等鱼的资源量，比投放 礁前增多，神奈川县沿海的几处鱼礁渔场的竹荚鱼、鲈鱼等也比投礁前增多。d , j f l 嘲 对日本不同地区沿海渔场的调查结果显示，各县鱼礁区的年间单位渔获量为