海水養(yǎng)殖容量評估方法及在養(yǎng)殖管理上的應(yīng)用

張繼紅，藺凡，方建光

（中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室，海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實驗室，山東青島266071）

海水養(yǎng)殖容量評估方法及在養(yǎng)殖管理上的應(yīng)用

張繼紅，藺凡，方建光

（中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室，海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實驗室，山東青島266071）

隨著海水養(yǎng)殖規(guī)模的增大，超負(fù)荷養(yǎng)殖使得養(yǎng)殖水環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，病害加劇，危及養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。亟待加強養(yǎng)殖容量研究，建立科學(xué)的適應(yīng)性管理對策。本文綜述了國內(nèi)外有關(guān)海水網(wǎng)箱、貝類、藻類等養(yǎng)殖容量研究進展、存在的問題。指出了容量評估的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括：生態(tài)容量評估的指標(biāo)體系、養(yǎng)殖生物個體生長數(shù)值模型、水動力過程與生態(tài)模型的耦合。分析了養(yǎng)殖容量研究在指導(dǎo)養(yǎng)殖密度調(diào)整、優(yōu)化養(yǎng)殖布局、拓展養(yǎng)殖空間以及構(gòu)建新型養(yǎng)殖模式中的作用。對于未來開展養(yǎng)殖容量研究提出了三點建議：建立養(yǎng)殖水域的容量評估制度、設(shè)立近海養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)與養(yǎng)殖容量評估的長期監(jiān)測實驗站、設(shè)立養(yǎng)殖容量研究和布局與結(jié)構(gòu)調(diào)整專項，以建立生態(tài)系統(tǒng)水平的養(yǎng)殖管理策略。

海水養(yǎng)殖；容量；管理；模型

DOI 10.15302/J-SSCAE-2016.03.014

一、前言

2014年我國海水養(yǎng)殖產(chǎn)量達1.812 65×107t，產(chǎn)值達2 815.47億元，在保障我國蛋白食物供給以及經(jīng)濟發(fā)展中做出了巨大的貢獻（中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒，2015）。但是，隨著海水養(yǎng)殖規(guī)模的增大，超負(fù)荷養(yǎng)殖，使得養(yǎng)殖自身污染嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境受到破壞，養(yǎng)殖生物病害加劇，危及養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。亟待加強養(yǎng)殖容量研究，建立科學(xué)的、適應(yīng)性管理對策，以保障養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的高效、可持續(xù)發(fā)展。

容量的概念：該概念來自于種群生態(tài)學(xué)的Logistic方程，dN/dt=r×N×(K–N)/K，其中，N代表種群大?。籺為時間；r為種群的瞬時增長率，表示該物種的潛在增殖能力；K為環(huán)境容量。種群密度與增長率之間存在反饋機制，即密度制約作用。當(dāng)N=K時，增長率（dN/dt）為零，種群數(shù)量保持穩(wěn)定，達到環(huán)境容量?？梢?，在特定的環(huán)境條件下，種群的數(shù)量不能無限制地增加。養(yǎng)殖容量的概念，從最初的關(guān)注最大養(yǎng)殖產(chǎn)量向最大可持續(xù)產(chǎn)量轉(zhuǎn)變，從關(guān)注經(jīng)濟效益向生態(tài)效益轉(zhuǎn)變[1～3]，養(yǎng)殖容量的基本內(nèi)涵：特定水域單位水體養(yǎng)殖生物在不危害生態(tài)環(huán)境、能夠保持生態(tài)系統(tǒng)相對穩(wěn)定、符合可持續(xù)產(chǎn)出的最大產(chǎn)量。

二、我國海水養(yǎng)殖容量研究進展

不同養(yǎng)殖種類養(yǎng)殖容量的限制因子不同，容量評估的切入點就會不同。按照投餌情況，可以分為投餌型（如網(wǎng)箱養(yǎng)殖）和非投餌型（濾食性貝類、大型藻類等）兩大類。投餌型養(yǎng)殖因污染物排放量較大，主要將與污染物密切相關(guān)的環(huán)境指標(biāo)作為容量評估的限制因子，非投餌型養(yǎng)殖以天然餌料及營養(yǎng)物質(zhì)為主，主要考慮食物或者營養(yǎng)限制。

（一）海水網(wǎng)箱養(yǎng)殖容量研究

網(wǎng)箱養(yǎng)殖產(chǎn)生的殘餌、魚類排泄、代謝產(chǎn)生的顆粒和溶解態(tài)物質(zhì)，會對養(yǎng)殖區(qū)域水質(zhì)和底質(zhì)環(huán)境產(chǎn)生壓力，因此，網(wǎng)箱養(yǎng)殖容量評估主要將環(huán)境對養(yǎng)殖產(chǎn)生負(fù)荷的承載情況作為限制因子，也稱為環(huán)境容量。網(wǎng)箱魚類養(yǎng)殖容量方法有實地調(diào)查估算法[4]，顆粒有機碳沉積通量估算法[5]，數(shù)值模型估算法[6]。限制性指標(biāo)有底質(zhì)硫化物含量[4]，水體中無機氮濃度[6]，水體中氮、磷濃度[7]。

（二）海水濾食性貝類養(yǎng)殖容量研究

方建光等[8]在20世紀(jì)90年代率先開展了濾食性貝類養(yǎng)殖容量研究。濾食性貝類以浮游植物等顆粒有機物為餌料，養(yǎng)殖容量與生態(tài)系統(tǒng)的功能如初級生產(chǎn)力、浮游植物現(xiàn)存量及懸浮顆粒有機物的濃度等密切相關(guān)。食物通常為貝類養(yǎng)殖容量的限制指標(biāo)。養(yǎng)殖容量評估方法包括營養(yǎng)動態(tài)模型、能量/餌料收支模型、食物限制因子指標(biāo)法、生態(tài)數(shù)值模型法等。研究的種類有筏式養(yǎng)殖的櫛孔扇貝，長牡蠣，馬氏珠母貝，灘涂及底播養(yǎng)殖的菲律賓蛤仔、文蛤、蝦夷扇貝。研究的海域有山東的桑溝灣、膠州灣、乳山口灣，遼寧獐子島，江蘇如東，廈門大嶝島海域及同安灣等[9～12]。關(guān)于生態(tài)容量的研究甚少，處于起步階段[13]。

（三）大型藻類養(yǎng)殖容量研究

關(guān)于大型藻類養(yǎng)殖容量的研究較少[8,14,15]，評估方法主要有兩種：一種是以氮、磷為限制指標(biāo)的營養(yǎng)物質(zhì)供需平衡法；另一種是耦合水動力模型的生態(tài)動力模型法。

（四）綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)的養(yǎng)殖容量評估研究進展

Ge等[16]以浮游植物為指標(biāo)，采用數(shù)值模型的方法評估了桑溝灣筏式貝類（櫛孔扇貝、長牡蠣）與海帶的綜合養(yǎng)殖容量，給出了貝藻適宜的養(yǎng)殖比例。徐姍楠等[17]利用ECOPATH軟件，構(gòu)建了灘涂紅樹林種植–養(yǎng)殖耦合系統(tǒng)的生態(tài)通道模型，分析了耦合系統(tǒng)的能量流動和系統(tǒng)特征，并估算了該系統(tǒng)的養(yǎng)殖容量。

三、國外海水養(yǎng)殖容量研究進展

Inglis等[18]對貝類養(yǎng)殖的容量進行了劃分，分為自然容量、養(yǎng)殖容量、生態(tài)容量和社會容量。建立了評估生態(tài)容量DEPOMOD模型[19]和基于生物量平衡原理的ECOPATH模型[20]。目前已建立多種評估養(yǎng)殖容量的技術(shù)方法和模型，從簡單的指標(biāo)法，發(fā)展到一維、二維的數(shù)值模型，進而發(fā)展為包括水動力學(xué)的三維模型，還建立了多營養(yǎng)層次綜合養(yǎng)殖

容量評估模型[21～24]。

挪威建立了基于網(wǎng)箱和貝類養(yǎng)殖容量的管理決策支撐工具AkvaVis，有效地限制養(yǎng)殖環(huán)境的惡化和病害的發(fā)生，保證了三文魚、貽貝養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。AkvaVis開辟了在水產(chǎn)養(yǎng)殖決策支持系統(tǒng)中應(yīng)用虛擬技術(shù)的新方法。它可以幫助管理者、決策者非常直觀地綜合利用地理信息系統(tǒng)、鑒別任務(wù)，制定決策。既可以考慮養(yǎng)殖場的養(yǎng)殖容量、養(yǎng)殖活動對環(huán)境的壓力，又可以考慮養(yǎng)殖場的最優(yōu)布局，同時，盡量少地受原始數(shù)據(jù)、模型模擬等復(fù)雜過程的影響。

四、海水養(yǎng)殖容量評估的關(guān)鍵技術(shù)

（一）養(yǎng)殖容量評估的指標(biāo)體系

在關(guān)注養(yǎng)殖產(chǎn)量的同時，尚需關(guān)注養(yǎng)殖對環(huán)境的影響以及經(jīng)濟因素，如規(guī)格與價格的關(guān)系等。其中，確定養(yǎng)殖活動對生態(tài)系統(tǒng)影響程度和生態(tài)系統(tǒng)彈性的確定是養(yǎng)殖容量評估的核心。不僅需要加強養(yǎng)殖與生態(tài)環(huán)境相互作用機理研究，從生態(tài)系統(tǒng)水平上闡釋養(yǎng)殖對生態(tài)環(huán)境的壓力，而且有必要與生態(tài)系統(tǒng)健康評價相結(jié)合，有助于基于生態(tài)系統(tǒng)水平的漁業(yè)管理模式的建立。

（二）養(yǎng)殖生物個體生長數(shù)值模型

養(yǎng)殖生物是養(yǎng)殖容量評估的主體，個體生長數(shù)值模型是養(yǎng)殖容量評估模型的關(guān)鍵子模型，決定了容量評估的正確性和準(zhǔn)確性。常用的有基于特定生長和動態(tài)能量收支原理的個體生長數(shù)值模型。

（三）水動力過程與生態(tài)模型的耦合

水流作為養(yǎng)殖過程中代謝原料和產(chǎn)物的載體，其交換過程對于海域內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)的輸運和補充有著十分重要的意義。以精細(xì)過程觀測為基礎(chǔ)，以數(shù)值模型為手段，將物理過程與生物模型進行耦合是養(yǎng)殖容量評估的關(guān)鍵技術(shù)。

五、我國海水養(yǎng)殖容量評估存在的問題

（一）評估方法與技術(shù)問題

我國養(yǎng)殖容量研究開展得較晚，評價方法和理論基礎(chǔ)研究都相對薄弱，尚未形成有自主知識產(chǎn)權(quán)且較為完善的容量評估數(shù)值模型，尤其在與水動力過程的耦合上相對不足。在養(yǎng)殖貝類的生態(tài)容量評估指標(biāo)方面，存在很大的不確定性和可變性，缺少科學(xué)的量化指標(biāo)。

（二）數(shù)據(jù)的積累不足

因為區(qū)域環(huán)境的特色，限制容量的因子往往不同。而且，養(yǎng)殖容量受環(huán)境、社會、經(jīng)濟、文化等多方面的影響，會因養(yǎng)殖種類、方式、養(yǎng)殖技術(shù)以及管理水平的提高而改變。我國海域廣闊，跨越北溫帶–熱帶，受全球氣候變化和人類活動多重壓力影響，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜多變。另外，海水養(yǎng)殖面積大，養(yǎng)殖種類、方式繁多。因此，不僅需要養(yǎng)殖海域的物理、化學(xué)、生物等方面的環(huán)境參數(shù)的長期調(diào)查，而且需要加強對養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)、養(yǎng)殖生產(chǎn)要素以及養(yǎng)殖生物的生理生態(tài)指標(biāo)的系統(tǒng)研究和數(shù)據(jù)積累。

（三）養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)問題及需求

近年來，隨著養(yǎng)殖規(guī)模和養(yǎng)殖強度的不斷擴大，淺海養(yǎng)殖空間有限，加之沿岸水域的環(huán)境污染、病害暴發(fā)等危及海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。究其原因，與養(yǎng)殖品種單一，密度過大，比例失調(diào)，布局盲目，以及養(yǎng)殖生產(chǎn)管理不規(guī)范、不科學(xué)有關(guān)。我國養(yǎng)殖種類、方式和模式多樣，并且海域地理環(huán)境復(fù)雜，跨越溫帶、亞熱帶、熱帶海域，所以，亟需加強海水養(yǎng)殖容量評估體系和制度的研究，建立科學(xué)的管理規(guī)范以保障海水養(yǎng)殖高效、可持續(xù)發(fā)展。

六、容量評估技術(shù)在養(yǎng)殖管理上應(yīng)用的保障措施

海水養(yǎng)殖已成為我國沿海的重要產(chǎn)業(yè)，隨著養(yǎng)殖密度和規(guī)模的增大，養(yǎng)殖對于近海及河口生態(tài)系統(tǒng)的影響日益增大。在2016年的全國漁業(yè)漁政工作會議上，將“加快轉(zhuǎn)方式調(diào)結(jié)構(gòu)，促進漁業(yè)轉(zhuǎn)型升級”作為“十三五”全國漁業(yè)發(fā)展的宗旨，其中，尤其強調(diào)了以“提質(zhì)增效、減量增收、綠色發(fā)展、富裕漁民”為未來漁業(yè)發(fā)展的目標(biāo)。如何調(diào)整結(jié)構(gòu)？根據(jù)什么來減量還能增收？另外，在近?？衫每臻g幾近飽和的情況下，拓展深遠(yuǎn)海空間是未來海水養(yǎng)殖發(fā)展的方向。新空間、新模式的拓展迫切需要規(guī)劃、選址的科學(xué)指導(dǎo)。養(yǎng)殖容量評估是制定

現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展規(guī)劃的基礎(chǔ)，也是保證水產(chǎn)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展、保護生態(tài)環(huán)境免受破壞的前提。以養(yǎng)殖容量為基礎(chǔ)，科學(xué)安排海域的養(yǎng)殖規(guī)模、密度，進行總量控制及成本核算，以及進行確定適宜的放養(yǎng)和采捕規(guī)格，形成科學(xué)的管理策略。以養(yǎng)殖容量為基礎(chǔ)，以高效、可持續(xù)產(chǎn)出為核心，科學(xué)地控制養(yǎng)殖密度和規(guī)模、優(yōu)化養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)和布局，構(gòu)建經(jīng)濟效益高、生態(tài)環(huán)境友好的養(yǎng)殖模式[25]。因此，提出了容量評估技術(shù)在養(yǎng)殖管理上應(yīng)用的保障措施。

（一）建立養(yǎng)殖容量評估制度

容量評估應(yīng)納入政府的公益性和強制性工作范疇，形成制度化。并且以此來確定養(yǎng)殖密度和布局，發(fā)放養(yǎng)殖許可證、水域使用證，加強違規(guī)處罰措施的力度。建立容量評估制度，需要從以下幾個方面入手。

1. 資金保障

容量評估和宏觀管理規(guī)劃是公益性的政府行為。養(yǎng)殖者或者企業(yè)缺乏評估技術(shù)和資金，難以具體實施，因此容量評估應(yīng)納入政府強制性工作范疇，并形成制度化。容量評估的保障資金可以從收繳的養(yǎng)殖水域使用費中安排一定的資金。

2. 技術(shù)保障

容量評估是需要多學(xué)科交叉的復(fù)雜技術(shù)工程。對于特定養(yǎng)殖區(qū)域，容量不僅與養(yǎng)殖種類、方式有關(guān)，而且與養(yǎng)殖系統(tǒng)的物理、化學(xué)、生物因子有關(guān)，甚至受政治經(jīng)濟文化因素的影響。因此，容量評估需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)的、同時了解當(dāng)?shù)氐恼谓?jīng)濟文化的專業(yè)人員才能勝任。另外，容量評估需要有長期的、全面的理化生物以及養(yǎng)殖活動等方面的數(shù)據(jù)作為支撐。

建議建立穩(wěn)定、有能力、有意愿長期堅持從事基礎(chǔ)監(jiān)測事業(yè)的科研隊伍，針對養(yǎng)殖主產(chǎn)區(qū)和主要養(yǎng)殖品種，按照科學(xué)、標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)測方法進行監(jiān)測、樣品采集、分析和數(shù)據(jù)交匯，建立覆蓋我國海域養(yǎng)殖主產(chǎn)區(qū)物理水文、水化學(xué)、生物學(xué)長序列、多點位大數(shù)據(jù)庫，輔以數(shù)據(jù)挖掘和機制研究，明晰我們主產(chǎn)區(qū)主要養(yǎng)殖品種、養(yǎng)殖容量的動態(tài)變化特征，為我國養(yǎng)殖海域布局、可持續(xù)養(yǎng)殖管理策略的制定提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。以中國水產(chǎn)科學(xué)研究院所屬研究所為中心，利用省級研究所和地方研究所的地理位置優(yōu)勢和基層實踐優(yōu)勢，5～10年內(nèi)形成黃渤海、東海、南海監(jiān)測中心，建立涵蓋筏式養(yǎng)殖、底播增殖、灘涂養(yǎng)殖、網(wǎng)箱養(yǎng)殖等典型養(yǎng)殖方式的長期監(jiān)測實驗站和掛靠省級以上科研院所的省級容量評估中心。各省所轄海域的容量評估工作可以委托省級評估中心來實施，逐步形成以省及自治區(qū)為單位的養(yǎng)殖水域容量評估制度。

3. 行政保障

國家行政機關(guān)如相應(yīng)的管理委員會及地方政府以容量評估結(jié)果為指導(dǎo)，確定養(yǎng)殖密度和布局，發(fā)放養(yǎng)殖許可證，從宏觀上控制海水養(yǎng)殖規(guī)模，制定相應(yīng)的違規(guī)處罰措施。另外，養(yǎng)殖海域的選址作為發(fā)展海水養(yǎng)殖的首要環(huán)節(jié)，應(yīng)在容量評估結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合海洋功能區(qū)劃現(xiàn)狀、當(dāng)?shù)貪O業(yè)結(jié)構(gòu)、資源狀況、航運交通等多種要素進行綜合論證。因此，建立養(yǎng)殖水域的容量評估制度，科學(xué)地調(diào)整養(yǎng)殖許可證和水域使用許可證的發(fā)放管理制度，應(yīng)為制定水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展規(guī)劃的重要內(nèi)容，并建立相應(yīng)的實施和監(jiān)督體系，以便確保水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化地發(fā)展[25]。

4. 政策保障

政府加強宏觀調(diào)控，以生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)殖理論為基礎(chǔ)，制定養(yǎng)殖管理以及海洋生態(tài)系統(tǒng)保護的行動準(zhǔn)則，為各級政府和漁業(yè)漁政部門建立容量評估制度提供政治決策依據(jù)，全面推進水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)執(zhí)法與監(jiān)管。

（二）設(shè)立養(yǎng)殖容量研究和布局與結(jié)構(gòu)調(diào)整專項

目前，評估容量的方法主要有經(jīng)驗研究法、能量/餌料平衡模型、生態(tài)動力學(xué)模型法等，各有利弊。缺乏完善的、通用的容量評估技術(shù)方法。不同生態(tài)系統(tǒng)間差異較大，難以進行比較研究。針對目前我國養(yǎng)殖容量評估存在的基礎(chǔ)理論和技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)，以生態(tài)系統(tǒng)健康、高效、可持續(xù)發(fā)展為核心目標(biāo)，建立耦合動力過程的養(yǎng)殖生態(tài)容量、環(huán)境容量評估數(shù)值模型，將生態(tài)容量與生態(tài)系統(tǒng)健康評價有機地結(jié)合，促進生態(tài)容量評估技術(shù)、指標(biāo)和模型的發(fā)展，為養(yǎng)殖水域的容量評估制度的科學(xué)有效實施提供技術(shù)保障[9]。依據(jù)養(yǎng)殖容量評估結(jié)果，結(jié)合各地資源條件、產(chǎn)業(yè)狀況和經(jīng)濟水平，按照“主體功能突出、布局結(jié)構(gòu)優(yōu)化、統(tǒng)籌協(xié)調(diào)發(fā)展”的方針，積極推進現(xiàn)代漁業(yè)生產(chǎn)主導(dǎo)區(qū)、生態(tài)建設(shè)區(qū)和功能

拓展區(qū)建設(shè)，加快海水養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展方式轉(zhuǎn)變、結(jié)構(gòu)調(diào)整和區(qū)域拓展。

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Carrying Capacity Assessment and Its Application in Mariculture Management

Zhang Jihong, Lin Fan, Fang Jianguang
(Function Laboratory for Marine Fisheries Science and Food Production Processes, Qingdao National Laboratory for Marine Science and Technology, Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences, Qingdao 266071, Shandong, China)

With the growing scale of the mariculture industry, the problem of storage overcapacity in aquaculture has caused serious damage to the aquatic environment and the aggravated the dangers of disease, which have hurt the sustainable development of this industry in the long term. So it is urgent to strengthen the research on carrying capacity and to set up the scientific and adaptive management strategies. This paper reviews the progress of research and existing problems relating to the mariculture industry's carrying capacity for cage, shellfish, macroalgae, etc; it also points out the key technologies behind capacity evaluation, including the index system of ecological capacity assessment, the numerical model of individual growth of cultured organisms, the coupling of hydrodynamic processes and ecological models; Furthermore, this article analyzes the role of carrying capacity in determining the current population density of maricultural farms and optimizing the layout of the mariculture operations, expanding the maricultural farming space and building a new mode of maricultural farming. And then, this paper advanced three suggestions for developing a capacity evaluation system in aquaculture waters, including establishing the long-term monitoring experimental station of the offshore aquaculture structure, culture capacity assessment, setting up research initiatives for aquaculture capacity research, and identifying the layout and structural adjustment for establishing a ecosystem management strategy.

mariculture; carrying capacity; management; model

S967

A

2016-04-20；

2016-05-16

張繼紅，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所，研究員，研究方向為海洋健康養(yǎng)殖模式與技術(shù)研究；E-mail: zhangjh@ysfri.ac.cn

中國工程院重點咨詢項目“現(xiàn)代海水養(yǎng)殖新技術(shù)、新方式和新空間發(fā)展戰(zhàn)略研究”(2015-XZ-30)

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