灘涂生態(tài)牧場構建與展望＊

■ 王清 朱效鵬 趙建民

1.中國科學院煙臺海岸帶研究所海岸帶生物資源高效利用研究與發(fā)展中心 煙臺 264003

2.中國科學院煙臺海岸帶研究所牟平海岸帶環(huán)境綜合試驗站 煙臺 264003

0 引言

灘涂是位于陸地與海洋交匯處的濕地生態(tài)系統(tǒng)，蘊含豐富的海洋資源，具有緩解海浪對近岸的侵蝕、穩(wěn)定底質、凈化水質以及保護生物多樣性等功能[1]。我國海洋行政管理部門將灘涂定義為平均高潮線以下低潮線以上的海域。我國灘涂分布廣泛，北起遼寧南至海南、廣西等地的大陸海岸線均有分布，呈現(xiàn)成片連接的特點。我國灘涂總面積約為217.04萬hm2，主要分為泥灘、巖灘、沙灘和生物灘4種基本類型，其中泥灘所占面積最大，約占我國灘涂總面積的80%[2]。我國兩個重要的灘涂分布區(qū)包括：江蘇省沿海灘涂，面積約占全國灘涂總面積的25%；環(huán)渤海灘涂，約占全國灘涂總面積的1/3[3]。

灘涂作為最早被開發(fā)和利用的海洋國土資源，利用類型齊全，主要開發(fā)方式包括：農(nóng)業(yè)種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)用地；沿海防護、生態(tài)旅游、自然保護區(qū)建設等生態(tài)用地；港區(qū)建設、造船廠等工業(yè)用地；以及城鄉(xiāng)建設、交通管道運輸?shù)然A建設用地[4]。目前，建設碼頭、臨港工業(yè)區(qū)等非農(nóng)業(yè)用地面積逐漸增加，沿海區(qū)域用地矛盾日益加劇，填海造地侵占了大量灘涂面積。與上世紀50年代相比，圍填海等工程致使紅樹林、珊瑚礁等海洋典型生態(tài)系統(tǒng)面積減少60%以上，海草床生態(tài)系統(tǒng)面臨消失的危機[5]。

目前，灘涂養(yǎng)殖是灘涂開發(fā)主要利用類型，也是我國水產(chǎn)養(yǎng)殖最為重要的組成部分之一，僅次于海上養(yǎng)殖。2018年我國灘涂養(yǎng)殖產(chǎn)量高達622.8 萬噸，占我國海水養(yǎng)殖總產(chǎn)量的30.7%，與2017年相比增加3.1 萬噸。2018年我國灘涂養(yǎng)殖面積約為60萬公頃，占我國海水養(yǎng)殖總面積的29.2%，與2017年相比減少6萬余公頃[6]。由此可見，我國灘涂養(yǎng)殖產(chǎn)量雖然有所增加，但養(yǎng)殖面積已開始逐漸減少。貝類是我國灘涂養(yǎng)殖的主要組成生物，在我國海洋灘涂養(yǎng)殖中占有很大比例。在現(xiàn)行大規(guī)模灘涂貝類養(yǎng)殖過程中，貝類排泄出的代謝廢物以及食物殘餌會導致水體中氮、磷等濃度增高，造成水體富營養(yǎng)化，增加貝類死亡的風險。宗虎民等[7]研究發(fā)現(xiàn)雖然養(yǎng)殖污染物產(chǎn)出量總體小于陸源排放，但氮、磷等產(chǎn)出量已占有較大比例，海水養(yǎng)殖自身污染已成為近岸主要污染源之一。海洋中的污染物還會通過不同方式進入沉積物中，導致底質環(huán)境的改變，進而影響底棲生物的群落組成和結構[8]?，F(xiàn)有的灘涂養(yǎng)殖總體而言技術和模式較為落后，在養(yǎng)殖容量、病害防控等方面研究滯后，對近岸海域生態(tài)環(huán)境帶來了很多負面影響，亟待轉變發(fā)展模式[8]。近年來，隨著我國海洋環(huán)保工作的加強，相關部門開始對不合理的灘涂養(yǎng)殖方式進行整改，從而實現(xiàn)灘涂生物資源的合理保護與開發(fā)。

表1 灘涂生態(tài)牧場構建內容

1 灘涂生態(tài)牧場建設內容與發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，為改善我國近海生物資源衰退和養(yǎng)殖自身污染的現(xiàn)狀，海洋牧場逐漸成為一種新的發(fā)展方向。海洋牧場是基于海洋生態(tài)學原理和現(xiàn)代海洋工程技術，充分利用自然生產(chǎn)力，在特定海域科學培育和管理漁業(yè)資源而形成的人工漁場[9]。發(fā)展現(xiàn)代化海洋牧場，是修復海洋生態(tài)環(huán)境、養(yǎng)護水生生物資源、拓展海洋漁業(yè)發(fā)展新空間的有效途徑，也是促進海洋漁業(yè)轉型升級和可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。我國海洋牧場建設起始于20世紀70年代末，主要以人工魚礁建設和增殖放流技術為主，恢復目標種以魚類和刺參、鮑等海珍品為主，僅在部分海域實施了藻礁構建與藻類資源修復[10]。然而，目前我國海洋牧場的建設區(qū)域主要集中在水深相對較深的內灣海域，缺乏對廣大淺海灘涂海域的利用，因此亟需拓展海洋牧場發(fā)展空間，開展灘涂海洋牧場建設。

構建灘涂生態(tài)牧場，關鍵在于根據(jù)生態(tài)學原理，使用各種工程技術手段，保護和增殖灘涂生物資源，從而實現(xiàn)生物資源的可持續(xù)利用。灘涂生態(tài)牧場前期通過人工保護和苗種放流等手段恢復生物種群，并能維持種群補充，在此基礎上對資源生物進行合理采收，實現(xiàn)生物資源的可持續(xù)利用。灘涂生態(tài)牧場與傳統(tǒng)灘涂漁業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的區(qū)別在于前者更側重于保護和養(yǎng)護，在兼顧生態(tài)保護的基礎上實現(xiàn)經(jīng)濟效益；后者更側重于采捕和養(yǎng)殖，以獲取經(jīng)濟效益為主。根據(jù)我國灘涂空間分布特征和生態(tài)系統(tǒng)類型，灘涂生態(tài)農(nóng)牧場主要分為以下四種類型：灘涂貝類型、牡蠣礁、海草床和紅樹林。前兩種類型主要兼顧經(jīng)濟效益，后兩種類型主要兼顧生態(tài)效益。各種類型灘涂生態(tài)牧場構建內容如表1所示。

1.1 灘涂貝類型

我國灘涂養(yǎng)殖的主要類型即為灘涂貝類養(yǎng)殖，不僅歷史悠久，而且養(yǎng)殖規(guī)模巨大。灘涂貝類養(yǎng)殖主要通過在自然灘涂或池塘投放較高經(jīng)濟價值的貝類苗種，輔以各種餌料培育技術，使貝類在短時間內大量增殖，從而獲取經(jīng)濟效益（圖1）。目前，我國用于增養(yǎng)殖的主要品種包括菲律賓蛤仔、文蛤、青蛤、泥蚶、縊蟶、泥螺和西施舌等[10]。構建灘涂貝類生態(tài)牧場，在于因地制宜，合理利用當?shù)氐呢愵愘Y源，輔以人工苗種投放恢復貝類種群，使種群恢復至自我維持狀態(tài)，從而實現(xiàn)灘涂貝類資源的保護和增殖。與傳統(tǒng)灘涂貝類養(yǎng)殖業(yè)相比，灘涂生態(tài)牧場的經(jīng)濟效益短期可能會有所下降，但其長遠的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益潛力巨大。

在進行牧場構建時，考慮將不同生態(tài)習性的濾食性貝類、螺類和沙蠶等灘涂生物同時進行恢復；可擴大灘涂的利用空間，完善生態(tài)系統(tǒng)中各個營養(yǎng)級，促進生態(tài)系統(tǒng)統(tǒng)中的物質循環(huán)和能量流動，避免出現(xiàn)單一品種大規(guī)模養(yǎng)殖所帶來的環(huán)境污染問題。同時，兼顧投放苗種密度，采用輪放、輪捕等方式對經(jīng)濟動物進行管理和收獲，有效保障灘涂生態(tài)牧場的產(chǎn)量和產(chǎn)品質量。目前，我國已在灘涂貝類型生態(tài)牧場建設取得了一定的進展，已在山東東營和日照等海域已建成了數(shù)個灘涂生態(tài)牧場。

圖1 灘涂貝類苗種與底播增殖（攝影：王清）

1.2 牡蠣礁

牡蠣是我國最重要的經(jīng)濟貝類之一，在我國廣泛分布。牡蠣礁是由大量牡蠣固著生長所形成的一種生物礁系統(tǒng)，廣泛分布于溫帶河口和濱海區(qū)。牡蠣礁不僅為人類提供大量牡蠣食用，也具有凈化水質、提供棲息地、促進物質循環(huán)與能量流動等生態(tài)功能[11]。近100 多年來，由于泥沙沖積和人類過度捕撈等原因，導致全球85%的牡蠣礁生態(tài)系統(tǒng)喪失，在大多數(shù)海灣和河口地區(qū)，牡蠣礁豐度達不到之前的10%[12]。目前，僅在我國長江口、渤海灣等區(qū)域現(xiàn)存大規(guī)模牡蠣礁[11]。近年來，筆者所在團隊也在我國黃河口發(fā)現(xiàn)大規(guī)模近江牡蠣礁體存在[13]。我國人民自古以來就利用插木樁和石塊等方式在灘涂海域增殖牡蠣，這也是一種人工牡蠣礁體，但是大規(guī)模應用可能會影響海區(qū)的水體交換，而且不易于管理，目前已很少采用。我國北方淺海區(qū)域的某些海洋牧場構建過程中大量投石，也可以形成人工牡蠣礁，但適合海區(qū)較少且所需經(jīng)費較大。因此，在合適的灘涂區(qū)域開展牡蠣礁構建和修復，是一種較為行之有效的生態(tài)牧場構建方式。

構建和修復牡蠣礁，對礁體修復材料的選擇至關重要，這些材料對牡蠣幼蟲附著、生長與發(fā)育以及新礁體的形成起著關鍵作用。目前，用于牡蠣礁修復的材料不僅包括牡蠣殼，還有混凝土和石灰石等材質[14]。針對不同的底質類型，選取不同的牡蠣物種進行礁體構建。在砂質或粉砂等底質較硬的灘涂區(qū)域，通常選擇最常見的長牡蠣進行礁體構建，由于自然環(huán)境下牡蠣幼蟲較多，一般僅需投放礁體即可。而在泥質底為主的河口灘涂中，需要選擇適應河口環(huán)境的近江牡蠣，易于淤積的石塊和水泥構件不適合作為礁體，礁體材料應以天然牡蠣殼為主。由于近江牡蠣野生種群數(shù)量大幅減少，可通過室內人工培育技術將其附著于牡蠣殼上，然后將其投入修復海域。目前，我國已有數(shù)個海洋牧場在淺海區(qū)域成功構建人工牡蠣礁[18]，但在河口灘涂等區(qū)域尚未有牡蠣礁構建成功，山東東營黃河口部分海域是近江牡蠣礁修復的絕佳區(qū)域。筆者所在團隊已在部分海域開展近江牡蠣礁體修復工作（圖2），相關研究和實踐有待進一步加強。

1.3 海草床

近年來，海草床在近岸生態(tài)系統(tǒng)中的重要作用逐漸被世人所認知。海草床生態(tài)系統(tǒng)具有凈化水質、護堤減災、提供棲息地和促進營養(yǎng)物質循環(huán)等重要功能[16]。海草床水域海洋生物資源豐富，盛產(chǎn)魚類、貝類和棘皮類等經(jīng)濟動物，因此海草床也是世界許多國家重要的漁場[17]。我國海草床主要分布在南海海域和黃渤海海域[16,18]。20世紀以來，世界范圍內的海草床衰退嚴重，某些海域的海草床甚至已經(jīng)消失殆盡。國外已有學者開展了海草床恢復的研究工作，常用方法包括：生境恢復法、種子法、草塊法、根狀莖法等[19]。近年來，國內相關學者已在山東和廣西等地的海草退化區(qū)開展了修復工程（圖3），海草數(shù)量有所增加，取得了一定效果[20-21]。在進行海草床型生態(tài)牧場建設時，待到海草資源恢復較好時，可在海草床中散播菲律賓蛤仔等埋棲性灘涂貝類以及刺參等沉積食性底棲動物；不但有利于海草床生態(tài)系統(tǒng)的健康，還可以兼顧經(jīng)濟效益。

1.4 紅樹林

圖2 東營墾利海域近江牡蠣修復（攝影：劉魯雷）

圖3 煙臺芝罘島附近海域海草床（攝影：王國江）

紅樹林是指生活在熱帶和亞熱帶海灣、河口泥灘上特有的常綠灌木和小喬木群落；具有防風消浪、固岸護堤、凈化海水和空氣、提供棲息地等重要生態(tài)功能[22]。紅樹林的人工修復是指借助移栽幼林和構建撫育配套設施等人工干預手段，加快已有次生、殘敗、低矮紅樹林生長與進展演替的人為活動，包括次生林改造和鄉(xiāng)土種替代改造等；還可以在適宜的灘涂上開展紅樹林重建。河口及和外圍有天然紅樹林屏障的灘涂區(qū)域更適于開展紅樹林修復和營造[23]。目前，我國已在廣西、廣東和浙江等灘涂區(qū)域完成了大量紅樹林修復工作，但缺乏對對紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)整體功能的恢復[23-24]。在構建紅樹林型灘涂生態(tài)牧場時，在移栽紅樹林進行恢復的同時，輔以沉積物翻耕等底棲生境恢復措施，促進底棲生物的恢復。同時，通過苗種放流和生態(tài)增殖設施等手段恢復經(jīng)濟動物種群，提高生態(tài)牧場經(jīng)濟收入。例如，可以采用沉箱、底播、模擬巢穴等方式，在紅樹林區(qū)域增殖貝類、蝦蟹類和底棲魚類等[23]。

圖4 廣西北海養(yǎng)蝦池塘紅樹林修復（攝影：趙鵬）

2 灘涂生態(tài)牧場關鍵共性技術

2.1 牧場選址技術

灘涂生態(tài)牧場的建設選址極為重要，通常選擇在自然條件較好的灘涂區(qū)域開展相關建設。根據(jù)建設類型，最好選擇目標野生生物衰退資源的區(qū)域，或者選擇歷史上曾有相關資源分布的區(qū)域作為建設區(qū)域。選定建設區(qū)域后，開展本底環(huán)境調查，包括水文、化學、沉積物質量和生物資源等，在此基礎上確定建設方案。建設方案包括灘涂改造、物種選擇與配比、密度選擇、設施研制、放流或種植方案及后期養(yǎng)護等。

2.2 苗種培育技術

對于目前尚未有人工育苗技術的目標恢復和增殖物種，研發(fā)貝類人工育苗和中間培育技術、野生貝類苗種半人工采苗技術、海草種子萌發(fā)技術、紅樹植物種子萌發(fā)或扦插育苗技術等，保證灘涂生態(tài)牧場的苗種供應。

2.3 牧場環(huán)境監(jiān)測技術

構建基于物聯(lián)網(wǎng)技術的牧場環(huán)境在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對灘涂牧場海水溫度、鹽度、溶解氧、葉綠素等環(huán)境因子的在線監(jiān)測。實現(xiàn)對灘涂沉積物中重金屬、硫化物和有害微生物等常見有害物質的監(jiān)測，建立灘涂牧場環(huán)境信息數(shù)據(jù)庫。查明目標增殖生物對各種環(huán)境因子的耐受性，建立牧場災害預警機制與應對措施，保障灘涂牧場的安全生產(chǎn)。

3 灘涂生態(tài)牧場發(fā)展展望

灘涂是一個處于動態(tài)變化的海陸過渡地帶，其靠近陸地的方向連接著河口鹽堿地區(qū)域，向海的方向連接著廣闊的淺海區(qū)域，是我國海洋開發(fā)的重要區(qū)域。陸地—灘涂—淺海之間具有明顯的水文和生態(tài)連通性，因此需要從全局的角度出發(fā)，充分利用各個系統(tǒng)之間的連通性。為此，楊紅生提出了我國近海生物資源開發(fā)利用的新模式—海岸帶生態(tài)農(nóng)牧場[25]。海岸帶生態(tài)農(nóng)牧場是利用現(xiàn)代工程技術，陸海統(tǒng)籌構建鹽堿地生態(tài)農(nóng)場、灘涂生態(tài)農(nóng)牧場和海洋生態(tài)牧場的海岸帶生物資源利用新模式[25]。在灘涂生態(tài)牧場的建設過程中，需要不斷提高灘涂牧場的機械化和現(xiàn)代化水平，并保持其可持續(xù)利用。需要加強以下研究內容。

首先，針對灘涂貝類采收存在勞動強度大、生產(chǎn)效率低等問題，研發(fā)貝類采捕機械裝置，用于貝類播苗、貝苗和商品貝采捕。采用計算機仿真、設計優(yōu)化理論分析和實驗研究相結合的方法，設計試制灘涂貝類采捕機，開展采捕性能實驗并進行優(yōu)化，從而研制出生態(tài)高效的采捕技術與裝備。灘涂貝類生產(chǎn)設施與裝備的現(xiàn)代化，也是實現(xiàn)我國藍色農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分。

其次，在灘涂生態(tài)牧場構建過程中，查明不同海域灘涂生態(tài)牧場食物網(wǎng)結構，建立基于生態(tài)模型的海洋牧場生物承載力評估技術。在此基礎上預測未來生物量變化，確定不同類群經(jīng)濟生物的最大采捕量，從而構建灘涂生態(tài)牧場生物資源可持續(xù)利用方案，構建增殖結構合理的生態(tài)牧場。