天津大神堂人工魚礁區(qū)生態(tài)養(yǎng)護(hù)效果的初步評(píng)估

于潔+王宇+房恩軍+張博倫+王群山

摘要：根據(jù)天津海域活牡蠣礁區(qū)人工魚礁區(qū)2012年5月份的本底調(diào)查和2012年8月份、2013年5月份和8月份3個(gè)航次的漁業(yè)資源跟蹤調(diào)查數(shù)據(jù)，采用生物多樣性指數(shù)分析了投礁前后漁業(yè)資源種類組成和物種多樣性的時(shí)空分布特征。海域游泳動(dòng)物群落的健康狀況指標(biāo)（Exergy值）投礁后高于投礁前，但差異不明顯（P<0.05）。聚類分析表明，本底調(diào)查和跟蹤調(diào)查樣方分區(qū)明顯，表明魚礁投放后，魚礁區(qū)群落結(jié)構(gòu)明顯改善。投礁后物種種類數(shù)和總生產(chǎn)效益的增加說明人工魚礁建設(shè)取得了明顯的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：天津活牡蠣礁區(qū)；人工魚礁；生態(tài)養(yǎng)護(hù)效果

天津市大神堂海洋特別保護(hù)區(qū)位于漢沽區(qū)以南，面積大約35 km2，位于5 m水深處砂崗?fù)?。大神堂海域曾?jīng)是渤海灣重要的貝類（如扇貝、牡蠣等）漁場和棲息場所，是具有獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境和海洋生物資源的海域[1]。它是華北平原唯一保存下來的現(xiàn)代純天然泥質(zhì)活體牡蠣礁，該海域形成了活牡蠣礁為依托的獨(dú)特生態(tài)系統(tǒng)。90年代后期，隨著周圍捕撈品種的不斷減少，漁民加強(qiáng)了對(duì)這一海域貝類資源的開發(fā)利用。貝類資源成為主要采捕對(duì)象，生態(tài)環(huán)境和資源遭到嚴(yán)重破壞。近年來，隨著天津海域的不斷開發(fā)利用，研究區(qū)域附近就有如北疆電廠、中心漁港、漢沽產(chǎn)業(yè)園等多個(gè)大型用海工程立項(xiàng)實(shí)施，這些工程的建設(shè)都對(duì)該區(qū)域的海洋水動(dòng)力環(huán)境造成了一定的影響[1-3]。

為了改善大神堂保護(hù)區(qū)周邊海域生物棲息地生態(tài)環(huán)境，提高生物多樣性，在實(shí)地考察論證的前提下[4]，2012年8-12月在“活牡蠣礁”生態(tài)區(qū)進(jìn)行生境構(gòu)建示范區(qū)建設(shè)，利用GPS定位技術(shù)進(jìn)行投放精確定位，投放100個(gè)牡蠣礁和750個(gè)生態(tài)魚礁，共計(jì)0.25萬空方，同時(shí)在生態(tài)修復(fù)示范區(qū)內(nèi)對(duì)許氏平鮋、大瀧六線魚、貝類、梭魚的生態(tài)功能群進(jìn)行構(gòu)建，形成約500 m×300 m的牡蠣礁區(qū)生態(tài)修復(fù)與生物資源恢復(fù)示范區(qū)（見圖1）。

Exergy作為熱力學(xué)概念，是指系統(tǒng)從給定狀態(tài)到與其周圍介質(zhì)達(dá)到平衡所能做的最大功。Exergy值可以從能量生態(tài)學(xué)角度作為評(píng)估生境修復(fù)后項(xiàng)目海域內(nèi)動(dòng)物變化的指標(biāo)。其理論是起源于生態(tài)系統(tǒng)理論的一個(gè)熱力學(xué)指標(biāo)，通過對(duì)Exergy指標(biāo)的應(yīng)用，可以獲得生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)量和質(zhì)量的變化，基于生物復(fù)雜性信息的Exergy可以非常直觀地反映出目標(biāo)海域動(dòng)物群落的健康狀況。同時(shí)可以看到Exergy計(jì)算比生物量、豐度分析更加簡潔，而Exergy分析更具系統(tǒng)性和綜合性。因此，Exergy理論被廣泛用于評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和組成[5-12]。因此本項(xiàng)目運(yùn)用局域Exergy的概念，進(jìn)行了分析研究，力圖從能量生態(tài)學(xué)的角度開展以構(gòu)建多種功能群，豐富群落結(jié)構(gòu)為主的生態(tài)修復(fù)工程的效果評(píng)價(jià)，為大范圍的渤海灣海域生境修復(fù)提供理論支撐。

1材料與方法

1.1調(diào)查時(shí)間與站位

采用拖網(wǎng)的調(diào)查方式分別于2012年和2013年5月、8月份對(duì)天津大神堂海域人工魚礁區(qū)及鄰近海域的漁業(yè)資源進(jìn)行了建礁前的1次本底調(diào)查和建礁后的3次跟蹤調(diào)查，本底調(diào)查站位為B1～B3，跟蹤調(diào)查站位為G1～G7（見圖1），調(diào)查船為津漢漁04028，各次調(diào)查每站拖網(wǎng)0.5 h，平均拖速為2.5 kn。

1.2分析方法

漁獲分析中，地籠網(wǎng)單位捕撈努力量（ CPUE） 為每天每網(wǎng)籠單元的漁獲量（ g·網(wǎng)-1·d-1 ） 。運(yùn)用Primer5軟件根據(jù)各航次各站位CPUE，進(jìn)一步應(yīng)用Primer5 軟件包中的Cluster方法對(duì)各站位進(jìn)行等級(jí)聚類分析，根據(jù)各航次各站位漁獲量作為原始矩陣，然后進(jìn)行平方根轉(zhuǎn)換后，計(jì)算每兩兩站位之間的Bray-Curtis 相似性三角矩陣，據(jù)此做不同站位的相似度樹狀圖。采用群落的物種數(shù)（S）、相對(duì)重要性指數(shù)（IRI）、Margalef豐富度指數(shù)（D）、Shannon-Wiener物種多樣性指數(shù)（H'）、Pielou均勻度指數(shù)（J'）指數(shù)等方法。對(duì)項(xiàng)目礁區(qū)和對(duì)照區(qū)的收集和獲得的捕獲物生物組成進(jìn)行分析。

1.2.1投礁前后漁業(yè)資源種類相似性程度按Holme和Mcintyre提出的公式進(jìn)行計(jì)算[10]：

式中：a：投礁前種類數(shù)；b：投礁后種類數(shù)；c：共有種類數(shù)

1.2.2Margalef豐富度指數(shù)

S為物種數(shù)，N為動(dòng)物密度（單位：個(gè)/m2）

1.2.3Shannon-Wiener多樣性指數(shù)

Pi為樣品中i種的豐度比例，如樣品總豐度為N，第i種的豐度為ni，則Pi=ni/N。

1.2.4Pielou均勻度指數(shù)（J'）指數(shù)

式中：J'是為物種均勻度指數(shù)；H'為物種多樣度指數(shù)；S為種類數(shù)。

1.2.5優(yōu)勢(shì)種分析采用相對(duì)重要性指數(shù)IRI（Pinaka，1971）來研究單一魚種在群落中的重要程度。

計(jì)算公式：IRI=（n+m）F

式中，IRI為相對(duì)重要性指數(shù)；，n為某一種類的尾數(shù)占總尾數(shù)的百分比；m為某一種類的質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比；F為出現(xiàn)頻率。其中IRI>1 000的種類為優(yōu)勢(shì)種；100

1.2.6Exergy值

其中Ex為“埃三極”（J/L）；R為氣體常數(shù)；T為絕對(duì)溫度；Ci為系統(tǒng)中第i種有機(jī)成分的濃度或生物量（mg/L）；βi為第i種有機(jī)成分的權(quán)重轉(zhuǎn)換因子（J/mg）。βi值參考已有的報(bào)道，即魚類取499，甲殼類取230，軟體類取310[6]。

礁區(qū)內(nèi)漁獲物的Exergy值用Exn表示，對(duì)照區(qū)漁獲物的Exergy值用Exw表示。根據(jù)公式，用捕獲的生物量和對(duì)應(yīng)的參數(shù)βi可估算出每次采樣的Exn和Exw。

1.2.7Bray-Curtis 相似性指數(shù)Bjk

式中，yij和yik分別為第j站位和第k站位i種的漁獲量，i為出現(xiàn)種數(shù)（i=1，2，…，S），由此類推。

1.2.8生產(chǎn)效益估算

式中，S為各站總漁獲種類；Vi為第i種種類在調(diào)查時(shí)的市場價(jià)格；y為拖網(wǎng)漁獲率；v為平均拖速；l為網(wǎng)口寬度；E為逃逸率（取0.5）。

2結(jié)果與分析

2.1種類組成

4個(gè)航次共采到漁獲物36種，其中投礁前18種，投礁后30種（見表1-表2），其中魚類13種，蝦類14種，蟹類4種，軟體類5種。各航次漁業(yè)資源類群構(gòu)成見表2，隨著人工魚礁的投放時(shí)間的延續(xù)，漁獲物的種類逐漸增多，魚蝦類在漁獲物中所占比例逐漸增大。其中，魚類比投礁前增加9種，蝦類2種，蟹類1種。投礁前后漁獲物共有種為11種，投礁前后物種的相似度為50.00%，其中以蟹類（Js=85.71%）和軟體類（Js=5714%）物種相似度最高，蝦類和魚類相似性較小，種類變化較大。

2012年和2013年拖網(wǎng)本底及跟蹤調(diào)查結(jié)果表明，投礁后礁區(qū)游泳生物各航次平均資源密度為22 967 ind·km-2，高于2012年5月份本底調(diào)查的20 337 ind·km-2，是投礁前的1.13倍（表3）。蝦類、軟體類的平均尾數(shù)密度遠(yuǎn)高于投礁前，分別是投礁前的1.76倍和1.64倍。

2012年和2013年拖網(wǎng)本底及跟蹤調(diào)查結(jié)果表明，投礁后礁區(qū)游泳生物平均資源密度為1 024.58 kg·km-2，高于2012年5月份本底調(diào)查的404.75 kg·km-2，是投礁前的2.53倍（表4）。軟體類、魚類的平均資源密度遠(yuǎn)高于投礁前，分別是投礁前的4.21倍和3.42倍。

根據(jù)調(diào)查結(jié)果，蝦類平均重量資源密度遠(yuǎn)小于投礁前，而尾數(shù)資源密度則遠(yuǎn)大于投礁前，說明蝦類在投礁后個(gè)體有減小的趨勢(shì)。

2.3多樣性指數(shù)

2012-2013年四個(gè)航次拖網(wǎng)漁獲物的多樣性指數(shù)見表5，投礁后生物多樣性指數(shù)均小于投礁前，其中香農(nóng)-威納多樣性指數(shù)和豐富度指數(shù)差異不明顯，均勻度指數(shù)差異明顯。

2.4相對(duì)重要性指數(shù)IRI

本次調(diào)查各航次優(yōu)勢(shì)種相對(duì)重要性指數(shù)（IRI）見表6，投礁前后共有優(yōu)勢(shì)種（IRI>1 000）為日本蟳，投礁后新增優(yōu)勢(shì)種為斑鰶、火槍烏賊、海蜇（麻）、海蜇（沙）、焦氏舌鰨、日本關(guān)公蟹、隆線強(qiáng)蟹。

2.5Exergy值

經(jīng)過Exergy值的計(jì)算，本底調(diào)查的Ex值為289 987.200 5±66 749.333 62 KJ·m-3，三次跟蹤調(diào)查魚礁區(qū)的平均生態(tài)能質(zhì)為721 422.953 9±390 713.096 7 KJ·m-3，T檢驗(yàn)表明沒有顯著性差異（P>0.05）。

2.6人工魚礁區(qū)本底調(diào)查及跟蹤監(jiān)測調(diào)查游泳動(dòng)物特征

等級(jí)聚類分析表明（圖2），2012年5月份礁區(qū)本底調(diào)查的3個(gè)樣方聚為一大類，三次跟蹤調(diào)查的7個(gè)樣方聚為一大類，說明本底調(diào)查和跟蹤調(diào)查游泳動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)差別較大。其中以B2和B3樣方相似性最高（相似系數(shù)為82.898）； B1和G4樣方差別最大（相似系數(shù)為28.507）。

2.7投礁后礁區(qū)生產(chǎn)效益估算

為評(píng)價(jià)投放人工魚礁產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，我們把水產(chǎn)市場出售的漁獲物定義為經(jīng)濟(jì)種[13]，并對(duì)北塘、大神堂等地的市場價(jià)格進(jìn)行調(diào)查，用生產(chǎn)效益評(píng)估公式計(jì)算兩個(gè)航次礁區(qū)和對(duì)照區(qū)的總生產(chǎn)效益。

投礁后礁區(qū)三個(gè)航次經(jīng)濟(jì)種平均總漁獲量為1 117尾，為投礁前的1.56倍；平均總資源密度為170.1 kg·km-2，為投礁前的1.42倍；每平方千米比投礁前增加效益253.3元。

·km-2本底調(diào)查9716119.5597.5跟蹤調(diào)查181 117170.1850.8

3討論

人工魚礁對(duì)漁業(yè)資源的增殖效果受底質(zhì)、礁體性質(zhì)、投放時(shí)間等因素的影響[14-19]。大量研究表明，人工魚礁投放能起到聚集、養(yǎng)護(hù)和增殖漁業(yè)資源的效果[13-16]。對(duì)天津大神堂人工牡蠣礁區(qū)的調(diào)查結(jié)果表明，投礁一年后，漁獲物種類數(shù)遠(yuǎn)多于投礁前，其中蝦類和魚類投礁前后相似性較小，種類變化較大。

從數(shù)量上看，投礁后礁區(qū)游泳生物平均尾數(shù)資源密度為22 967 ind·km-2，是投礁前的1.13倍，差異不明顯（P>0.05）。從重量上看，平均重量資源密度為1 024.58 kg·km-2，是投礁前的2.53倍，差異明顯（P<0.05）。綜合尾數(shù)和重量資源密度來看，魚類和軟體類在投礁后個(gè)體有增大的趨勢(shì)，蝦類個(gè)體有減小的趨勢(shì)。

人工魚礁海域生物多樣性指數(shù)分析顯示，投礁前后各航次游泳動(dòng)物群落多樣性指數(shù)的差異不大，變化不明顯。

從優(yōu)勢(shì)種來看，投礁前后各航次優(yōu)勢(shì)種均有口蝦蛄，投礁前軟體動(dòng)物優(yōu)勢(shì)種長蛸逐漸被火槍烏賊和海蜇替代，可能是因?yàn)榛饦尀踬\的數(shù)量和出現(xiàn)頻率較高，海蜇的重量比例較高。鲬魚逐漸被斑鰶和焦氏舌鰨替代，可能是因?yàn)榘喏浀臄?shù)量和出現(xiàn)頻率較高，焦氏舌鰨的重量比例較高。蟹類優(yōu)勢(shì)種新增了日本關(guān)公蟹和隆線強(qiáng)蟹，主要是因?yàn)樾奉惖臄?shù)量和出現(xiàn)頻率較高。

投礁后礁區(qū)Exergy值顯著高于投礁前，但還沒有顯著差異，從能量生態(tài)學(xué)角度看，礁區(qū)生態(tài)系統(tǒng)逐步趨于穩(wěn)定，但礁區(qū)的生態(tài)修復(fù)還需要一定的過程。

調(diào)查海域站位漁獲物聚類分析表明，不同航次間物種相似性符合投礁前和投礁后分區(qū)的特點(diǎn)，類群相似性和相異性區(qū)域比較集中，說明投礁前后此區(qū)域游泳動(dòng)物結(jié)構(gòu)類群變化較大，礁體對(duì)其影響效果明顯。

依據(jù)當(dāng)?shù)厮a(chǎn)市場上出售的經(jīng)濟(jì)種類的價(jià)格，對(duì)投礁前后海域捕獲的經(jīng)濟(jì)種類進(jìn)行了總生產(chǎn)價(jià)值的估算，計(jì)算得出投礁后經(jīng)濟(jì)種種類是投礁前的2倍，總生產(chǎn)效益是投礁前的1.42倍，投礁后每平方千米約增值253.3元，人工魚礁所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益明顯。

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