人工魚巢漁業(yè)資源增殖效應研究進展

李云濤，郭美玉，詹　誠，楊曉龍，董云霞

(1.廣西交通科學研究院有限公司，南寧530001；2.中國海洋大學海水養(yǎng)殖教育部重點實驗室，山東青島266003；3.廣西珍稀瀕危動物生態(tài)學重點實驗室，廣西師范大學，桂林530007)

受氣候變暖、陸源沉積速率加快等自然因素以及防洪、航運、供水、灌溉、休閑娛樂、過度捕撈等人為因素的影響，魚類的產(chǎn)卵場及棲息地遭到嚴重破壞[1,2]，漁業(yè)資源量及多樣性在全球范圍衰退嚴重[3]。研究發(fā)現(xiàn)，我國七大江河中流經(jīng)城市的河段90%以上受到污染，魚類洄游路線受阻，生態(tài)環(huán)境逐步惡化[4]；紅水河大壩的修建使河流生境破碎，急流性魚類受到抑制，生物多樣性嚴重下降[5]；水質(zhì)污染是致使伊利諾斯河和莫米河魚類種類、豐度顯著下降的主要原因[6]。隨著經(jīng)濟魚類數(shù)量減少、可供捕撈規(guī)格減小、可捕資源小型化等問題的日益突顯，對漁業(yè)資源及環(huán)境的修復和管理成為當務之急。為此，國內(nèi)外科研工作者進行了一系列修復工作，如增殖放流、鋪設人工魚巢、投放人工魚礁等。目前對淡水漁業(yè)資源及其生境修復的主要方式之一是構(gòu)建人工魚巢。人工魚巢建設是一項投資巨大、設計復雜的工程，為達到預期資源修復效果，必須對其種類、構(gòu)造、效應機理以及布設管理方面進行科學嚴謹?shù)恼撟C。目前尚未有人工魚巢對漁業(yè)資源增殖效應的系統(tǒng)性論述，因此匯總近年來國內(nèi)外對人工魚巢建設和效益評價的研究，從人工魚巢效應機制、適用性以及發(fā)展趨勢等方面解析人工魚巢今后的研究方向，以期為今后淡水漁業(yè)資源的生境修復和管理提供科學依據(jù)和理論基礎。

1　人工魚巢的定義

人工魚巢可以為產(chǎn)卵場遭到破壞的魚類提供仿生態(tài)產(chǎn)卵條件，增殖和改善野生魚類種群結(jié)構(gòu)和數(shù)量，并最終達到修復和重建淡水生境、豐富漁業(yè)資源的目的?？蒲泄ぷ髡咴诘蜻M行了大量實驗，通過投放人造結(jié)構(gòu)改善魚類棲息地。但是目前對人工魚巢名稱及其作用的定義尚未達成共識：Wilbur[7]將能夠聚集魚類，提高漁獲量的人造結(jié)構(gòu)稱作魚類誘集器(fish attractor)； Uberuaga等[8]于1991年將降低光照強度或提供不連續(xù)基質(zhì)的材料稱為仿生境結(jié)構(gòu)(habitat structure)，該材料為魚類提供庇護所、食物或參照點；Rogets等[9]則認為涉及大量聚集的人造環(huán)境時應該稱之為“人工魚礁”，而由塑料制成的單個誘集器應該稱為人造結(jié)構(gòu)(synthetic structures)；我國研究者普遍將淡水水域中能夠為游泳生物提供產(chǎn)卵棲息地的人工結(jié)構(gòu)稱為“人工魚巢”。

人工魚巢和人工魚礁在結(jié)構(gòu)、材質(zhì)和功能上交叉甚至重疊，對二者的定義及劃分界限模糊。通過對國內(nèi)外研究總結(jié)發(fā)現(xiàn)：淡水水域由于水較淺、范圍小，人造結(jié)構(gòu)投放后便于長期監(jiān)測和管理，其主要目的是為粘性卵魚類提供產(chǎn)卵和孵化場所及棲息地等，其個體結(jié)構(gòu)完整，可獨立行使功能，也有部分構(gòu)造如魚巢磚等在原有功能的基礎上同時起到了鞏固河堤的作用，在結(jié)構(gòu)上聚集行使功能；而海洋投放區(qū)域一般水深，且投放物通常無需進行后期的管理和維護，發(fā)揮作用周期長，但是需要投放物按照一定的排列方式進行擺放才能起到相應的效用。綜上所述，本文按投放區(qū)域作為劃分人工魚巢和人工魚礁定義的主要依據(jù)：淡水水域投放的人造結(jié)構(gòu)稱為人工魚巢，海域投放的人工構(gòu)造稱為人工魚礁；并認為人工魚巢應定義為：投放于淡水或河口區(qū)域的人工或自然結(jié)構(gòu)物，用于模擬魚類棲息地，改善淡水生態(tài)環(huán)境，構(gòu)建適宜游泳生物附著、棲息、索餌、繁殖等的新生境，并對漁業(yè)資源的增殖和保護起積極作用。

2　人工魚巢的種類、構(gòu)造

人工魚巢種類繁多，結(jié)構(gòu)復雜，不同材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的人工魚巢起到不同的功效。根據(jù)材料及結(jié)構(gòu)的不同，將人工魚巢劃分為天然植物人工魚巢、人造水生植物魚巢、網(wǎng)片人工魚巢和魚巢磚等幾種類型。

2.1　天然植物人工魚巢

天然植物人工魚巢主要以木質(zhì)材料作為產(chǎn)卵場和孵化所，還可以作為魚類庇護所和食物來源[10]。我國現(xiàn)今大部分地區(qū)采用此種類型，它包括基質(zhì)材料和結(jié)構(gòu)材料兩個部分。天然植物人工魚巢一般以基質(zhì)材料成束扎制后，按一定排列方式用鐵絲、網(wǎng)線、繩索等系于竹桿、圓木等結(jié)構(gòu)上?？勺龌|(zhì)材料的一般有棕櫚片、楊柳樹的須根、榕樹根、鳳眼蓮(水葫蘆)、小豬采、金魚藻、魚漂草、石松、馬尾松、豬毛草等。研究表明水中的木質(zhì)材料可以直接或間接的為水生生物提供棲息地[11]，且這些材料誘魚效果好、魚卵附著率高、來源廣、對魚類親和力強，但因使用壽命短、加工費時、易腐敗、部分含有單寧酸等有害物質(zhì)、基質(zhì)材料不宜重復利用等缺陷導致使用范圍受到限制。Huang等[12]利用SAFWs對長江口的無植被區(qū)域?qū)嵤┥承迯?，采用將棕櫚片固定在蘆葦?shù)叵虑o的結(jié)構(gòu)，對魚類和甲殼類均有較好的誘集作用。趙從鈞等[13]研究了加州鱸對楊柳須人工魚巢的適應性，發(fā)現(xiàn)在有環(huán)道和流水條件的區(qū)域，效果比較理想，并認為芒萁的葉片脈序排列稠密，有利于粘性卵的粘附。張勝利等[14]也發(fā)現(xiàn)芒萁在附卵及孵化方面效果顯著。

2.2　人造水生植物魚巢

人造水生植物魚巢的基質(zhì)材料一般為聚乙烯或聚丙烯，與Santos等[15]設計的底部密集結(jié)構(gòu)在尺寸、材質(zhì)和復雜性等方面相似。人造水生植物魚巢的結(jié)構(gòu)模仿香蒲和苦草的帶狀葉，增加對魚類的親和力，以此減輕植物衰退對水生動物的影響。人造水生植物魚巢的優(yōu)點是可長期固定使用，不僅可以作為產(chǎn)卵場和育幼場，還可供魚類棲息、索餌。Santos等研究發(fā)現(xiàn)，人造水生植物可以幫助魚類應對水位變化脅迫，在提供產(chǎn)卵場、棲息地、食物等方面發(fā)揮了重要作用[16]。此外，人造水生植物的結(jié)構(gòu)復雜程度和放置水層同魚類的可利用性具有較大相關(guān)性[15]。發(fā)現(xiàn)在大型植被缺乏的區(qū)域，人造結(jié)構(gòu)物可以有效聚集成年大嘴鱸魚[9]。其次，人工魚巢的材質(zhì)、形狀、顏色對大阪鯽、團頭魴的附卵效果及黏著度均有不同程度的影響[17]。

2.3　網(wǎng)片人工魚巢

網(wǎng)片人工魚巢主要組成部分是用于產(chǎn)卵、孵卵的網(wǎng)片以及用于使魚巢懸浮特定水層的沉子或使魚巢固定的框架結(jié)構(gòu)，如毛竹等；主要形狀有“平面形”、“人字形”和片狀[18]。網(wǎng)片人工魚巢具有來源廣、魚卵分布均勻、便于收集魚卵、透氣性強等優(yōu)點。但網(wǎng)片人工魚巢對產(chǎn)卵親魚誘惑力低，附著效果較差，使用前需要進行清洗、消毒，過程較為繁瑣。在楊樹須根和尼龍網(wǎng)兩種魚巢對異育銀鯽的繁育效果實驗中，發(fā)現(xiàn)楊樹須根對親魚有更好的誘集作用，但孵化率比尼龍網(wǎng)小4.6%。不同魚類對網(wǎng)片魚巢的放置水層、網(wǎng)目形狀和大小具有選擇性[19-21]，應根據(jù)主要增殖魚類的行為習性設置相應的魚巢參數(shù)，使人工魚巢達到事半功倍的效果。

2.4　魚巢磚

魚巢磚作為一種新型的河道護岸構(gòu)件，主要包括三大類：(1)連鎖塊鋪面護岸，用混凝土連鎖塊鋪設在坡度較大的河岸，減少水土流失、供魚類棲息覓食；(2)透水混凝土箱式護岸，抵擋河岸沖刷、提供水生植物生長空間；(3)護坡拋石結(jié)合蘆葦、生態(tài)袋插柳護岸，保持河岸水土、營造魚類棲息生態(tài)[22]。韓國的“生態(tài)磚”使用無砂混凝土材料，兼具水氣流通功能，可供部分植物生存，但由于工藝復雜，孔隙限制植物根系，其應用范圍受到限制。高國明等[23]設計的復合生態(tài)混凝土墻式護岸技術(shù)，通過土體加筋、按傾覆穩(wěn)定要求核算壘砌高度、靈活壘砌增加空間異質(zhì)性、構(gòu)件空隙內(nèi)充土建植植被等方式，使魚巢磚不僅能保證河岸的安全和穩(wěn)定，同時兼具物質(zhì)循環(huán)、能量流動及信息傳遞的功能。王興勇等[24]對魚巢磚的水動力特征進行研究發(fā)現(xiàn)，魚巢磚可以有效抵御外界流速變化，且隨魚巢磚結(jié)構(gòu)變化，其流場分布和流速大小區(qū)域也不相同。魚巢磚將生態(tài)系統(tǒng)的基本功能與擋墻的安全防護功能有機結(jié)合，構(gòu)件穩(wěn)定兼作小型水生動物的棲息、躲避場所，符合現(xiàn)代水利對水岸防護工程的要求，在未來的魚巢使用中具有廣闊前景。

2.5　其他

除上述人工魚巢類型外，科研工作者對新型材質(zhì)和結(jié)構(gòu)的人工魚巢進行了探索，并取得了良好的效果。中國水產(chǎn)科學研究院用固定樁、浮動框架、墜有沉子的纜繩和用于粘附魚卵的蓬狀基質(zhì)制作了浮動框架式粘性卵立體人工魚巢，結(jié)構(gòu)簡單，附卵面積大，可供不同水層的魚類產(chǎn)卵繁殖[25]。Uzunova等[26]把切成兩半的塑料瓶放置在湖底，發(fā)現(xiàn)其對不適宜產(chǎn)卵的棲息地有較好的誘魚產(chǎn)卵作用，且可以顯著提高瓜仁太陽魚的豐度。還有養(yǎng)殖場用塑料編織袋、自行車外胎、PVC塑料管等制作人工魚巢，不僅大大提高了孵化率，還可以有效避免水霉病的發(fā)生。廢料利用，經(jīng)濟環(huán)保，也是未來人工魚巢的一大發(fā)展方向。

3　人工魚巢的效應及布設、管理

人工魚巢通過模擬大型水生植物，為產(chǎn)粘性卵的繁殖期魚類提供產(chǎn)卵場及育幼場。上個世紀70年代以來，各國研究人員對人工魚巢的建設和效果評價取得了長足發(fā)展，對淡水漁業(yè)資源的增殖和生態(tài)修復取得了良好效益。國外學者利用魚類聚集裝置(Fish aggregating devices，F(xiàn)ADs)修復生境退化區(qū)的生態(tài)功能[27]，主要包括種植新植被、使用人造裝置和構(gòu)造人工流動濕地三種方式 。FADs對各齡魚均有較好的誘集作用[28]，在水庫等水體中的魚類繁殖、提供幼體躲避物等方面得到廣泛應用。人工魚巢可以為游泳生物提供穩(wěn)定的生境且增強幼魚的生境適宜性[12]。作為魚巢的基質(zhì)材料，蘆葦根莖、棕櫚片及其他大型水生植物等可以降低水體總懸浮物濃度[12,29]，從而導致水體透明度的增加，進而促進了浮游動物的生長[30]，為魚類提供良好的食物來源。將木質(zhì)材料置于水中，不僅可以增加河流形態(tài)的異質(zhì)性[31]以及河流水力學[32]，還會影響到無機鹽和有機質(zhì)的含量分布[33]。此外，魚類的體長分布還與光強有密切關(guān)系，研究表明，在有遮蔽物的區(qū)域分布更多體長較大的魚類[34]。

人工魚巢的投放會造成流域水流以及地質(zhì)等物理環(huán)境的變化，而流場的改變又會進一步影響沉積底質(zhì)的再懸浮，促進沉積物中營養(yǎng)鹽的二次釋放和擴散，進而影響了水質(zhì)的變化。因此，選擇合適的布設地點，是決定人工魚巢投放效果的重要基礎。湖南編制的《淡水人工魚巢增殖技術(shù)規(guī)程》建議人工魚巢宜選擇在環(huán)境相對安靜、水質(zhì)較好、水底沉積物厚度≤10 cm的靜水或流速≤0.05 m/s的水域，應設置在湖灘淺水地帶，盡量選擇風浪小的灣汊處，水深不要超過1 m。人工魚巢設置不應影響航運、阻礙行洪。鯉魚有逆水上溯的習性，適宜的水流條件可以促進產(chǎn)卵。且鯉魚的產(chǎn)卵與水溫、水文、氣象均有很大關(guān)系。在人工魚巢鋪設過程中，了解修復地的水文地貌條件可以有效避免在棲息地修復過程中的失誤[35]。

國內(nèi)對人工魚巢的研究處于起步階段，因此在人工魚巢管理和維護措施方面尚沒有明確的規(guī)定，筆者根據(jù)國內(nèi)外研究成果以及專家經(jīng)驗提出如下管理和維護建議：

(1)設立臨時保護區(qū)。設置警示牌，警示燈，加強保護，必要時可在產(chǎn)卵高峰期進行巡邏。

(2)魚巢清洗和更換。在魚類繁殖期，為保證產(chǎn)卵效果，應定期對人工魚巢進行清洗，特別是用蘆葦?shù)饶举|(zhì)材料制作的魚巢，易腐爛，應定期更換。

(3)數(shù)據(jù)記錄。定期記錄氣溫、水溫等自然環(huán)境狀況，魚類繁殖期檢查粘附卵以及幼苗孵化情況。抽樣統(tǒng)計魚卵粘附量、產(chǎn)卵量及受精率。并定期抽樣進行人工孵化，估算孵化率。

(4)作為誘集作用鋪設的人工魚巢，定期統(tǒng)計魚巢區(qū)內(nèi)魚類、甲殼類、浮游動物等水生生物分布的種類和數(shù)量，并與非魚巢植物缺乏區(qū)進行對比，估算誘集效果。

4　展望

人工魚巢的研究尚停留在起步階段，在今后研究中，可以參照人工魚礁的研究模式，加強新型人工魚巢的研究，在材質(zhì)選擇方面，生態(tài)型人工魚巢以木質(zhì)為主(如灌木、常綠樹等)，雖然費用低，但易腐蝕，不能長期使用且破壞植被；仿大型水生植物人工魚巢和網(wǎng)片主要材料為聚乙烯或聚丙烯，回收不當會造成水質(zhì)污染，且對魚體親附力不強甚至釋放有害物質(zhì)。因此，應該加強對人工魚巢材質(zhì)選擇的研究，如使用高分子、可降解材料，不僅可以增強魚巢抗腐蝕和沖擊的能力，同時可以減少水質(zhì)污染。而在構(gòu)造上，當前人工魚巢不能循環(huán)利用、操作復雜，且對魚類誘集及附卵效果不理想。因此可以將具有固岸作用的魚巢磚與天然植物人工魚巢相結(jié)合，設計出可以長期循環(huán)使用，且集固岸、附卵、孵化、避敵、食物、棲息地于一體的人工魚巢。此外，針對人工魚巢結(jié)構(gòu)的選擇研究尚比較粗糙，如何根據(jù)魚類棲息習性及水流特點設計適宜的人工魚巢尚待進一步開發(fā)。在人工魚巢的布設方面，應綜合考慮上升流、下降流的水體交換以及高速流區(qū)和低速流區(qū)的交替分布，使浮游生物在魚巢上滯留和繁衍，從而為魚類的索餌、生活及產(chǎn)卵提供優(yōu)良場所，并為各類水生生物和魚類提供適宜的水動力環(huán)境。修復魚類退化生境是一項長期的任務，需要有效的財政投入以及技術(shù)支撐，而文化和統(tǒng)計學因素又制約著其發(fā)展，人工魚巢的研究和應用尚有很大的發(fā)展空間。