歐洲海洋風(fēng)電場對海洋生態(tài)的保護(hù)綜述

劉葳興，劉磊，張之陽，紀(jì)仁瑋

（1.江蘇海洋大學(xué)海洋與工程學(xué)院，江蘇 連云港 222005；2.江蘇科技大學(xué)船舶與海洋工程學(xué)院 江蘇 鎮(zhèn)江 212100）

引言

人類活動(dòng)造成了海洋生物多樣性喪失和海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變化，北歐的海洋是受影響最嚴(yán)重的地區(qū)之一[1，2]。這就產(chǎn)生了對海洋保護(hù)工作的需求。海洋保護(hù)區(qū)指人類活動(dòng)在規(guī)定區(qū)域內(nèi)受到限制，以便為瀕危的種群或生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)造安全港灣。

現(xiàn)如今，人們對風(fēng)電場使海洋生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)不同種群所產(chǎn)生的影響了解得還不夠細(xì)致。例如在北歐海域的風(fēng)電場[3]，建設(shè)工作會(huì)對海洋生物造成重大損害[4]。但在運(yùn)營階段，部分漁業(yè)活動(dòng)和其它船舶航線停止，使海洋生物在此利用建設(shè)的裝置棲息繁衍[5，6]，因此，海洋生物在風(fēng)電場比其它地區(qū)發(fā)展得更好，風(fēng)電場實(shí)際上可以作為海洋保護(hù)區(qū)發(fā)揮作用。

在這篇綜述中，我們根據(jù)風(fēng)電監(jiān)測項(xiàng)目和北歐的研究結(jié)果，研究了運(yùn)行中的海上風(fēng)電場直接或間接保護(hù)于海洋生態(tài)系統(tǒng)的推論。

1 海洋風(fēng)電場中的生物

為了驗(yàn)證海上風(fēng)電場能對海洋生態(tài)保護(hù)作用，在風(fēng)電場區(qū)域內(nèi)棲息的生物長期生存能力必須高于區(qū)域外和風(fēng)電裝置安裝前。為了實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)，其積極的影響也應(yīng)擴(kuò)散到周圍的地區(qū)。在本節(jié)中，我們回顧風(fēng)電場對海床生境和底棲動(dòng)物、附生底棲動(dòng)物、魚類、海洋哺乳動(dòng)物和對海鳥的誘導(dǎo)變化。

1.1 近海風(fēng)機(jī)之間的底棲生境和底棲生物

風(fēng)機(jī)安裝時(shí)，先在海床上安裝硬質(zhì)地基接著在海床之上鋪設(shè)電纜，這種建筑工程會(huì)擾亂生物環(huán)境和底棲動(dòng)物[5]。然而，一旦進(jìn)入運(yùn)營階段，風(fēng)機(jī)的影響就比較微弱。在丹麥厄勒松海峽安裝的淺海風(fēng)電場"Middelgrunden"[6]，風(fēng)機(jī)安裝之前，海草草甸(Zostera marina)主要覆蓋在粗糙的沉積物海床上，而在無植被覆蓋區(qū)，藍(lán)貽貝(Mytilusedulis)的數(shù)量很多。風(fēng)機(jī)安裝三年后，海草覆蓋率增加，而海床上的藍(lán)貽貝數(shù)量略有減少。在位于厄勒海峽瑞典部分的淺水植被沙岸上的"Lillgrund"海上風(fēng)電場，也進(jìn)行了五年的海草監(jiān)測[7]。將其海草的質(zhì)量與參考區(qū)域進(jìn)行比較，并未發(fā)現(xiàn)風(fēng)電場有明顯負(fù)面影響。

風(fēng)力發(fā)電地基和風(fēng)機(jī)保護(hù)區(qū)不僅占用空間，而且還干擾海水運(yùn)動(dòng)，如波浪運(yùn)動(dòng)和海流。在沒有植被的海床，由于水流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)勁或波浪作用深入海床，這種水動(dòng)力的改變可能會(huì)改變沉積物的組成[8]。根據(jù)對北海比利時(shí)風(fēng)電場"Thornton bank"的監(jiān)測，其空間影響范圍估計(jì)為距地基50m左右[9]。

風(fēng)電場對漁業(yè)限制的也很重要。對于底棲生境和底棲動(dòng)物保護(hù)，禁止底拖網(wǎng)捕撈是很好的措施，因?yàn)檫@種漁業(yè)活動(dòng)被視為對海洋生物多樣性和底棲生境的主要威脅[10]。拖網(wǎng)捕撈底棲魚類和甲殼類動(dòng)物發(fā)生在軟底海床上，通常水深20m 左右。在所有暴露于底拖網(wǎng)的地區(qū)，底棲動(dòng)物，特別是濾食性動(dòng)物的損失是巨大的。例如，僅在北海就有數(shù)千平方公里的牡蠣因底拖網(wǎng)和扇貝挖掘而損失。在卡特加特海，以前由濾食性甲殼類動(dòng)物Haploops spp建造的豐富珊瑚礁，由于底拖網(wǎng)捕撈而幾乎絕跡[11]。在底拖網(wǎng)密集的地區(qū)，海床每年可能被擾動(dòng)幾次。風(fēng)力發(fā)電場內(nèi)是不允許拖網(wǎng)捕魚的。這是因?yàn)楹叫邪踩囊蠛蛯﹄娎|基礎(chǔ)設(shè)施的保護(hù)。在停止底拖網(wǎng)捕撈的地區(qū)，底棲動(dòng)物群落可以在幾個(gè)月到幾十年不等的時(shí)間內(nèi)得到恢復(fù)[12]。在以前被底拖網(wǎng)捕撈的水域安裝風(fēng)電場，意味著能夠保護(hù)生物群落的發(fā)展，這是一個(gè)重要的保護(hù)手段。

1.2 近海風(fēng)機(jī)地基上的浮游底棲生物

風(fēng)機(jī)的地基一經(jīng)安裝，微生物便開始定植，緊接著藻類開始生長，并吸引較大的海洋生物。生物群落繁殖的繼承順序取決于一系列因素。隨著時(shí)間的推移，濾食性動(dòng)物往往在垂直結(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位，而地基的底部通常由螃蟹和海星定居。在德國的"Alpha Ventus "風(fēng)電場，與周圍的海床相比，有幾千只褐蟹（Trachurus trachur-us）棲息在單個(gè)地基上[13]。應(yīng)該注意的是，Bergmark 和J?rgensen[14]發(fā)現(xiàn)，石油和天然氣平臺留下的結(jié)構(gòu)實(shí)際上有助于為北海脆弱的深水珊瑚Lophelia pertusa 創(chuàng)造新的定居棲息地。這一觀察結(jié)果具有很高的意義，因?yàn)長.pertusa 是北海的一個(gè)瀕危物種。海上風(fēng)電場的地基也能夠創(chuàng)造一個(gè)類似于海上石油鉆井平臺的硬底層，因此，對底棲生物的繁衍具有積極意義。

1.3 近海風(fēng)電場中的魚類

如上所述，海洋生物定居的地基具有人工礁石的功能，能吸引與硬底層相關(guān)的魚類。在北海和波羅的海，許多不同種類的魚群都被吸引到風(fēng)電場地基上。例如，在厄勒海峽的"Lillgrund "風(fēng)電場對大西洋鱈魚（Gadus morhua）、短角魚（Myoxocephalus scorpius）、金絲魚（Ctenolabrus rupestris）、黑蝦虎魚（Gobius niger）、鰻魚（Zoarces viviparus）和歐洲鰻魚（An-guilla anguilla）顯示了吸引力[15]。比利時(shí)的"Thorntonbank "風(fēng)電場對鱒魚（Trisopterus luscus）的吸引力特別明顯，其平均密度為14只/m2，高于海洋保護(hù)區(qū)。荷蘭"Egmond aan Zee"風(fēng)電場的標(biāo)記實(shí)驗(yàn)甚至顯示，一些鱈魚連續(xù)幾個(gè)月在單個(gè)風(fēng)機(jī)地基上棲息。很明顯，風(fēng)電地基展示了其獨(dú)特優(yōu)勢，能夠?yàn)轸~類提供食物和棲息地。然而，在靠近地基的地方，魚類也暴露在運(yùn)行的風(fēng)機(jī)的低頻噪聲中。目前還不完全了解這些噪聲是否會(huì)對魚群產(chǎn)生長期的、負(fù)面的、微妙的影響。調(diào)查表明，不同魚群表現(xiàn)不同，幼年歐洲鰻魚遭受了嘈雜環(huán)境后躲避捕食者的能力降低；相反，在大西洋風(fēng)電地基捕獲的鱈魚和大頭魚與在與參考區(qū)域捕獲的標(biāo)本相比，沒有發(fā)現(xiàn)任何狀態(tài)差異。

除了風(fēng)電地基提供的食物棲息地優(yōu)勢外，還可排除人類其它活動(dòng)的間接影響，這對魚類是非常有益的。無論是在風(fēng)機(jī)地基周圍還是在風(fēng)電場內(nèi)的周圍區(qū)域，漁業(yè)活動(dòng)減少，特別是對拖網(wǎng)捕魚的禁止，對魚群及其生命階段結(jié)構(gòu)有積極影響。考慮到北歐大部分地區(qū)的捕撈壓力，只有定居性魚類才有可能從風(fēng)電場中大幅受益；不定居性魚類會(huì)遷徙或洄游并尋找特定區(qū)域產(chǎn)卵，因此減少了保護(hù)區(qū)的優(yōu)勢。

1.4 海上風(fēng)電場中的海洋哺乳動(dòng)物

海洋哺乳動(dòng)物應(yīng)避免風(fēng)電場建設(shè)工程的傷害，特別是使用打樁機(jī)在海底固定地基時(shí)。然而，風(fēng)電場一旦投入使用，海洋哺乳動(dòng)物則有望返回在此棲息。在研究的風(fēng)電場中對港灣鼠海豚(Phocoena phocoena)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)它們活動(dòng)結(jié)果與預(yù)想并不一致。在丹麥的“Nysted”風(fēng)電場進(jìn)行的一項(xiàng)長期研究表明，風(fēng)電場建立后的幾年里，鼠海豚的活動(dòng)顯著下降；相反，相鄰的風(fēng)電場"R?dsand II"的鼠海豚活動(dòng)在風(fēng)電場建成后并沒有發(fā)生變化[16]。兩地地理?xiàng)l件相同，工程作業(yè)時(shí)情況相似，但兩者對鼠海豚的影響卻不同。"Nysted "施工前的監(jiān)測時(shí)間很短，鼠海豚活動(dòng)的明顯下降有可能是某種自然原因?qū)е?。北海和波羅的海的另外4個(gè)海上風(fēng)電場的監(jiān)測結(jié)果表明，一旦施工結(jié)束，鼠海豚的活動(dòng)就會(huì)恢復(fù)到正常水平。此外，對北海的荷蘭"Egmond aan Zee"風(fēng)電場的監(jiān)測顯示，與安裝前相比，運(yùn)行中的風(fēng)電場的鼠海豚活動(dòng)有所增加[17]。作者將鼠海豚活動(dòng)的增加歸因于船運(yùn)干擾的減少或風(fēng)電場內(nèi)食物供應(yīng)的增加。

1.5 風(fēng)電場中的海鳥

近海風(fēng)力發(fā)電對鳥類的傷害可分為碰撞、棲息地?fù)p失和遷移障礙。風(fēng)力發(fā)電的轉(zhuǎn)子葉片在幾十米到兩百米的高空掠過。海上能見度較低時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)機(jī)葉片對鳥類的損害是難以避免的[18]。

如果鳥類被驅(qū)趕出位原本位于風(fēng)電場的棲息地，這可被視為生態(tài)系統(tǒng)的損失。德國北海風(fēng)電場"Alpha Ventus"[19]已經(jīng)讓許多鳥群遠(yuǎn)離此棲息地，受影響的物種包括海鳥(Gavia spp.)、小海鷗(Rissa spp.)和北沙鷗(Morus bassanus)。在波羅的海，因風(fēng)電場會(huì)對近海邊長尾鴨（Clangula hyemalis）棲息地破壞，"Finngrunden"風(fēng)電場建設(shè)最終被拒絕。在波羅的海南部的另一個(gè)計(jì)劃中的海上風(fēng)電場（即"S?dra Midsj?banken"）討論著如何保護(hù)海鳥。討論結(jié)果是適當(dāng)增加風(fēng)電場的規(guī)模，增大單個(gè)風(fēng)機(jī)之間的安裝距離，這將會(huì)大大減少對海鳥們的傷害。

一些海鳥物種也能利用近風(fēng)場，在離岸覓食期間將其作為休息場所。已觀察到不同種類的海鷗（Laridae）、燕鷗（Sternidae）和鸕鶿（Phalacrocorax spp.）能夠在此休息[20]。

2 對環(huán)境的影響

綜上，我們得出的結(jié)論是：總體而言，運(yùn)行中的海上風(fēng)電場對海底生物環(huán)境和底棲動(dòng)物、淺海底棲動(dòng)物、魚類有積極影響，可能對港灣鼠海豚有積極影響，對海鳥大多是負(fù)面影響。

2.1 風(fēng)電場的積極影響

風(fēng)電場最引人注目是引入硬底層，從而吸引相關(guān)的生物群落（“礁石效應(yīng)”）[21]。在硬底層匱乏的地區(qū)，這種生境的改善和生物多樣性的增加通常被認(rèn)為是積極的。人工魚礁為海底生物定居、庇護(hù)、覓食和一些海洋動(dòng)物的繁殖提供了空間。在某些情況下，人工魚礁是專門為保護(hù)受威脅的海洋動(dòng)物而建立的?，F(xiàn)在，人造結(jié)構(gòu)如石油平臺，已被證明可以改善生物多樣性，并隨著時(shí)間的推移使瀕危物種受益，如瀕危冷水珊瑚物種L.pertusa[22]。

風(fēng)電場珊瑚礁效應(yīng)的保護(hù)能力可能僅限于某些無梗物種和所需生存環(huán)境非常小的浮游生物(如鰕虎魚、軟體動(dòng)物和節(jié)肢動(dòng)物)；對于活動(dòng)范圍較大的海洋生物（如海豹、鱈魚和遷徙的甲殼類），人工魚礁可能只能提供短暫的優(yōu)勢。但重要的是，在因底拖網(wǎng)捕撈而導(dǎo)致大面積的硬底層（石頭、巖石、生物礁）消失的區(qū)域，如卡特加特東部和北海東南部，引入硬底層地基本身可被視為一種生物環(huán)境保護(hù)或補(bǔ)充手段。

2.2 風(fēng)電場的消極影響

在具有生態(tài)價(jià)值的地區(qū)開發(fā)海上風(fēng)電場，顯然需要對有害階段采取強(qiáng)有力的預(yù)防措施，如勘探、安裝和退役階段。例如，地震作業(yè)、打樁或拆除爆破產(chǎn)生的聲學(xué)干擾導(dǎo)致瀕危動(dòng)物在產(chǎn)卵或哺乳期死亡或威脅，這種損害可能會(huì)掩蓋任何后續(xù)的保護(hù)效益[11]。同時(shí)，應(yīng)該注意的是，有人認(rèn)為人工結(jié)構(gòu)可能作為入侵物種的媒介，這些物種以前由于缺乏棲息地而受到限制，現(xiàn)在可以憑借這些人工結(jié)構(gòu)繁殖[12]。鑒于這些潛在的影響，從保護(hù)的角度來看，并不是所有地點(diǎn)都利于海上風(fēng)力發(fā)電。

3 作為海洋保護(hù)區(qū)的風(fēng)電場保護(hù)效益

風(fēng)電場內(nèi)限制捕魚活動(dòng)，這本身就能起到保護(hù)海洋生物的作用。如前所述，出于安全原因，拖網(wǎng)捕魚一直被禁止，這意味著消除了對魚類、底棲動(dòng)物和底棲生境的干擾。在一些風(fēng)電場內(nèi)，通常通過刺網(wǎng)捕魚，如果這種捕魚方式也被禁止或減少，其積極影響將更大。

與普通的海上保護(hù)區(qū)一樣，風(fēng)電場對海洋動(dòng)物保護(hù)的有效性在很大程度上取決于風(fēng)電場的規(guī)模、位置和生物物種。如今的海上風(fēng)電場通常包含數(shù)百個(gè)風(fēng)機(jī)，它們之間的距離長達(dá)一公里?，F(xiàn)代渦輪機(jī)也更大，這意味著更大的塔架、地基和設(shè)備保護(hù)區(qū)。鑒于這種趨勢，未來的風(fēng)電場有望比現(xiàn)有的陣列更稀疏，覆蓋面積更大，增大了保護(hù)面積。

因此，在為底棲生物環(huán)境、底棲動(dòng)物、魚類和海洋哺乳動(dòng)物建立保護(hù)區(qū)方面，近海風(fēng)電場至少可以與現(xiàn)有的海洋保護(hù)區(qū)一樣有效。在會(huì)發(fā)生拖網(wǎng)捕撈的區(qū)域，安裝風(fēng)力發(fā)電將有重大的保護(hù)效益，而且風(fēng)電場能改變船舶交通方向，還可以減少潛在的污染和水下噪音（商業(yè)船舶的聲音遠(yuǎn)比運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)大）。

4 總結(jié)展望

有證據(jù)表明，運(yùn)行中的海上風(fēng)電場使許多分類群地生物多樣性和豐度的增加。此外，從保護(hù)的角度來看，風(fēng)電場內(nèi)捕魚量減少的間接影響可能是非常有價(jià)值的。底棲棲息地和底棲動(dòng)物、上浮底棲動(dòng)物和許多魚類物種受到積極影響。只要禁止刺網(wǎng)捕魚，港灣鼠海豚就可能受益。但一些海鳥會(huì)受到負(fù)面影響，因?yàn)樗鼈儍A向于避開該地區(qū)，因此會(huì)遭受棲息地的損失。

關(guān)于海洋無脊椎動(dòng)物、魚類和哺乳動(dòng)物，現(xiàn)有風(fēng)電場和海洋保護(hù)利益兩者關(guān)系是兼容的，甚至是協(xié)同的。因此，位于有利于海洋連通性或?qū)ι鷳B(tài)功能（如繁殖）有重要意義的地區(qū)的風(fēng)電場可以成為一種強(qiáng)有力的保護(hù)手段。風(fēng)電開發(fā)對保護(hù)工作的這種潛力是顯而易見的，不應(yīng)該被忽視。