在海洋牧场建设过程中,生态调控方式实施后对海洋牧场生态系统的影响通常难以预测,这对海洋牧场的生态安全和高质量发展提出了严峻挑战.为此,建立了一种基于定性网络模型(Qualitative network model,QNM)的海洋牧场生态系统模拟评价方法,并以獐子岛海洋牧场近岸增殖海域作为研究区域,构建以增殖目标种为核心的定性网络模型,模拟评估海洋牧场3种不同类型的生态调控情景(增殖目标种、移除捕食者、海藻场修复)及其复合条件下,牧场群落范围内的响应,分析海洋牧场生态调控策略与生物功能群变化之间潜在关系.结果显示:目标种增殖(仿刺参和虾夷扇贝)产生的上行效应导致其捕食者呈现积极响应,产生的下行效应导致其它底栖动物、浮游植物和有机碎屑等功能群呈现消极响应,移除捕食者海星产生的下行效应导致虾夷扇贝呈现积极响应,表明在增殖区清除敌害生物的重要性,海藻场修复对整个群落有明显的积极影响,体现了海藻场在养护近岸生态系统的重要生态意义.研究表明:QNM可有效识别生态系统潜在的营养级联效应,评估生物功能群的响应,基于QNM的海洋牧场生态调控模拟评价方法,突破了定量食物网模型在数据有限系统中使用的局限性,可为海洋牧场建设的生态调控策略制定提供科学参考.

根据2022年8月(夏季)和2023年2月(冬季)枸杞岛贻贝筏式养殖区现场调查数据,对两类端足目生物(钩虾、麦秆虫)资源密度分布特征、空间生态位及其与环境因子的关系进行系统分析.结果显示:(1)夏季钩虾平均丰度(6.65±3.17)×104 ind./m2小于麦秆虫平均丰度(27.51±21.50)×104 ind./m2,其中,钩虾主要分布于养殖区近岸侧,麦秆虫主要分布于养殖区离岸侧.钩虾平均质量密度(69.07±37.13)g/m2小于麦秆虫平均质量密度(752.22±707.03)g/m2,钩虾、麦秆虫质量密度均呈现自养殖区中心至外围逐渐增大趋势,两参数最小值均出现于GQ3站位;冬季钩虾平均丰度(0.24±0.17)×104 ind./m2略大于麦秆虫平均丰度(0.02±0.04)×104 ind./m2,与夏季相似,钩虾主要分布于养殖区近岸侧,麦秆虫主要分布于养殖区离岸侧,但分布区域逐渐向养殖区中部移动.钩虾平均质量密度(10.92±13.07)g/m2大于麦秆虫平均质量密度(1.27±2.57)g/m2,不同于夏季,冬季钩虾、麦秆虫质量密度大致呈现自养殖区中部至外围逐渐减小趋势.(2)两类端足目生物两季空间生态位宽度范围为0.78-2.08,其中,夏季钩虾空间生态位宽度值最高(2.08),冬季麦秆虫空间生态位宽度值(0.78)最低,原因可能是钩虾生理结构更为完善,游泳能力与资源利用能力更强;两类端足目生物空间生态位重叠范围为0.37-0.72,夏季重叠值(0.72)高于冬季(0.37),可能是由于夏季钩虾、麦秆虫丰度高,且拥有相似的栖息环境与摄食习性,两者具有较强的竞争关系.(3)两类端足目生物与环境因子相关性分析结果表明:温度、pH、氨氮与硝酸盐是影响钩虾、麦秆虫分布特征的主要因子.研究旨在为贻贝筏式养殖区多营养层级养殖模式构建和现代化海洋牧场建设提供一定参考资料.

为养护渔业资源和修复受损海岸带生态系统,人工鱼礁通常被投放至沿岸海域的海底,为海洋生物提供新的栖息地.于2022 年 5 月(投放后 10 个月)和 10 月(投放后 15 个月)调查了临海东矶人工鱼礁大型底栖动物群落,分析了不同礁龄间大型底栖动物种类组成、密度、生物量和群落结构的差异.两次调查共记录到 5 类 17 种大型底栖动物,优势种为猫爪牡蛎Talonostrea talonata和侧花海葵Anthopleura sp..礁体投放10 个月后大型底栖动物群落的平均密度和平均生物量分别为(3519±289)个/m2和(3657±273)g/m2,15 个月后平均密度和平均生物量分别为(10056±1858)个/m2和(8300±2045)g/m2,15 个月的密度和生物量均显著高于10 个月的(P＞0.05).不同礁龄间大型底栖动物群落结构具有显著性差异(Globe R=0.573,P=0.029),导致群落结构差异的物种主要是曲膝薮枝螅Obelia genicutata、侧花海葵、褐蚶Didimarca tenebricum、丽核螺Tritonoharpa leali、双纹须蚶Barbatia bistrigata和疣荔枝螺Thais clavigera.礁体投放 10 个月后和 15 个月后人工鱼礁附着猫爪牡蛎的平均密度分别为(2075±37)个/m2和(2194±397)个/m2,不同礁龄间没有显著性差异(P＞0.05).发现临海东矶人工鱼礁表面分布有低物种丰度和高密度的大型底栖动物群落,并发育成为以猫爪牡蛎为造礁种的人工牡蛎礁.

海藻场是海洋生态系统的重要类型,具有独特的生态系统服务价值.本研究对深圳东部海域海藻场大型海藻生态服务指标进行重要性评价,并依托现有的海藻场资源调查结果,以市场价值法、替代成本法、条件价值法等方法对深圳东部4片海域海藻场大型海藻的生态价值进行评估.结果表明:深圳东部4片海域海藻场大型海藻生态服务指标的重要性排序为固碳释氧＞生物多样性维持＞去除N、P营养盐＞物质生产＞吸收重金属＞科研服务;深圳东部4片海域海藻场大型海藻年均生物量为10427.42 g·m-2,海藻场面积为14.55 hm2,海藻场大型海藻资源年产出量为3983.90 t·a-1;深圳东部4片海域海藻场大型海藻的生态服务总价值为24.91亿元·a-1,单位面积生态服务价值为1.71亿元·hm-2·a-1;其中小梅沙海域海藻场大型海藻的生态服务价值为7.14亿元·a-1,占年总生态价值的28.67％;七星湾海域海藻场大型海藻的生态价值5.87亿元·a-1,占总价值的23.58％;杨梅坑-鹿嘴海域海藻场大型海藻的生态价值5.53亿元·a-1,占总价值的22.19％;东涌-西涌海域海藻场大型海藻的生态价值6.37亿元·a-1,占年总生态价值的25.56％;研究量化了海藻场大型海藻的生态服务价值,有助于海藻场保护工作的开展,并为海洋牧场建设及相关经济战略决策提供数据支撑;同时,本研究形成的评估方法能为我国海藻场生态系统服务价值评估标准的制定提供一定参考.

为探究局地尺度下近岸岛礁海域之多变水体环境、极高空间异质性对生物群落的影响,于2020-2021年4个季度在大陈岛礁海域底拖网采样,利用等级聚类(cluster)、非度量多维标度(NMDS)等多元统计方法分析甲壳类群落结构的时空格局,并整合温度、盐度、深度等环境因子进行冗余分析(RDA)以解析影响因素,同时利用丰度生物量曲线(ABC)及W统计量评估群落稳态.结果显示:全年共采集甲壳类53种,隶属2目13科29属,虾类占总种类数的56.60％,种类数秋季(43种)＞冬季(41种)＞春季(31种)＞夏季(26种).优势种的季节更替明显,夏秋季以哈氏仿对虾(Parapenaeopsis hardwickii)、中华管鞭虾(Solenocera crassicornis)和三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)为代表的中大型经济种为主,冬春季则以双斑蟳(Charybdis bimaculata)和细巧仿对虾(Parapenaeopsis tenella)为代表的小个体饵料种为主,口虾蛄(Oratosquilla oratotria)在各个季节皆为优势种.甲壳类资源密度季节间变化明显,空间分布不均,呈现秋季最高,春季最低,夏秋两季极显著高于冬春季(P＜0.001),且近岩礁区资源密度最大,河口侧浅水区最小的特点.受洄游物种的季节性迁移和选择性分布,以及岛礁系统内水文环境的区域分化等因素影响,甲壳类群落结构具有显著的季节和空间差异,形成夏秋季异质性高,冬春季相似性大,河口侧浅水区与外侧深水区分化程度突出的格局.底层水温、底层盐度、底层溶氧和水深等环境因子与群落异质性存在显著关系.ABC曲线表明甲壳类群落状态稳定,具有较强的抗干扰能力.研究表明,大陈岛礁海域优势甲壳类季节变动强烈,且在局地尺度上一定程度表现出区域化的群落结构,但皆保持着较高的资源水平,对当地渔业资源的维系发挥着积极作用,也为当地海洋牧场的功能设计提供了资源基础.

为评估人工鱼礁的生态修复效果和礁龄对大型底栖动物群落结构和功能性状的影响,本研究于2019年5月、8月和10月对莱州湾芙蓉岛海域2种不同礁龄的人工鱼礁区开展了调查.3个季度共鉴定出大型底栖动物120种,其中,对照区72种,短礁龄(投放时间为1年)礁区74种,长礁龄(投放时间为4-5年)礁区80种.哈氏和美虾为各区域的主要优势种.研究区域内大型底栖动物群落的生物量、丰度、Shan-non 多样性指数和Margalef丰富度指数均表现为长礁龄礁区＞短礁龄礁区＞对照区,其中,长礁龄礁区的生物量和丰度显著大于其他两个区域.鱼礁区和对照区大型底栖动物群落的功能性状组成和相对丰度存在差异,但各区域优势性状类型保持一致,分别为沉积食性、埋栖型、中等个体大小、中等寿命、高身体柔韧度和底内生活型.各区域大型底栖动物群落性状的差异主要表现在摄食、栖息方式、个体大小方面.鱼礁区中较小个体(1～3 cm)和悬浮物食性物种的相对丰度高于对照区,而肉食食性物种低于对照区,且随着礁龄的增加,这一效应更加明显.就功能多样性而言,鱼礁区显著高于对照区,就功能冗余而言,二者无显著差异.丰度/生物量比较曲线和海洋生物指数分析结果显示,该海域的底栖生境质量较好,鱼礁投放1年后,大型底栖动物群落受到轻微扰动,鱼礁投放4-5年后,大型底栖动物资源养护效果和底栖生境质量明显提高.

海洋牧场是近岸渔业资源保护和恢复的有效途径,为评估海洋牧场建设对褐菖鲉和小黄鱼营养生态位和种间竞争关系的影响,基于2013年和2016年调查的碳氮稳定同位素数据,分析种内营养生态位变化趋势与种间竞争的关系.结果表明:从2013年到2016年海洋牧场区褐菖鲉和小黄鱼种内营养生态位明显增大,凸多边形总面积(TA)营养生态位分别由1.89和0.34增加到12.43和8.86,两者的种间生态位重叠面积由0.13增加到7.69;标准椭圆营养生态位分别由1.11和0.14增加到4.94和4.06,两者的种间生态位重叠面积由0增加到0.26.随时间变化,褐菖鲉和小黄鱼δ13C和δ15N呈减小趋势,且δ13C值差异显著,δ15N不显著,两者的种间饵料重叠度从68.9％增加到90.6％.

由于气候变化和人类活动的影响,世界许多海区尤其是近岸海区发生了不同程度的低氧现象,导致海洋动物大量死亡,对海洋生态系统产生了不同程度的影响.为明确烟台牟平海洋牧场低氧对大型底栖动物的生态效应,我们于2016年夏季(6月、8月、9月共3个航次)在该海域进行现场调查,分析低氧对大型底栖动物群落时空变化的影响.结果 表明:牟平海洋牧场8月低氧事件发生时,大型底栖动物群落的优势种为短叶索沙蚕(Lumbrinereis latreilli)、不倒翁虫(Sternaspis scutata)和内肋蛤(Endopleura lubrica).低氧在一定程度上改变了大型底栖动物的群落结构,表现为物种组成和优势种变化上.例如,耐受低氧的机会种数量增加,如短叶索沙蚕;敏感种数量减少,如微小海螂(Leptomya minuta)、长吻沙蚕(Glycera chirori)、大蝼蛄虾(Upogebia major)、极地蚤钩虾(Pontocrates altamarimus)、塞切尔泥钩虾(Eriopisella sechellensis)等.同时,低氧也导致了物种多样性的降低,但丰度和生物量受其影响不明显,这主要是由于机会种短叶索沙蚕丰度和生物量的剧增所致.大型底栖动物不同物种耐受低氧的阈值不同.例如,短叶索沙蚕在溶解氧(DO)＜ 1.0 mg/L受影响最大,在DO=2.0 mg/L时受到的影响不明显,而其他敏感种如微小海螂、大蝼蛄虾、极地蚤钩虾、塞切尔泥钩虾等在DO＜ 2.5 mg/L时,已表现出明显的不适.低氧事件之后,大型底栖动物群落得到一定程度的恢复,其恢复程度和需要的时间长短与低氧发生的程度有关.

水产养殖对海岸带生态系统的水环境有显著影响,研究水产养殖地区的水质动态及其驱动力对海洋牧场建设和海岸带生态系统管理有着重要意义.以宁德为研究区域,基于2017年夏季和冬季水质监测和遥感影像等数据,通过地理信息系统技术和统计分析软件,分析了水产养殖区域的水质现状、水质变化和驱动力.结果 表明,该海域水质处于重污染状态,富营养化水平较高.除了悬浮物和总磷之外,其他水质指标都呈现出显著的季节性差异,不同季节影响水质的因素也不相同.水质的季节性变化是初始水质状况、养殖活动和自然因素共同作用的结果.基于研究结果,笔者建议结合高分遥感技术对养殖区水面覆盖和利用进行监测,对养殖类型和行为(如饵料类型和投放方式)进行调控,开展水质长期监测和风险应急管理,保障海洋牧场社会经济效益的同时降低生态环境影响、防控生态和人体健康风险.

营养盐是水体初级生产力和渔业资源产出的重要限制性因子.2015—2017年在汕头南澳和福建东山之间的海域设置了14个采样点,分四个季节监测了该海域温盐和营养盐的空间分布特征.结果表明,调查海域北部陆源径流输入是营养盐空间分布产生差异的最重要因子,以溶解无机氮(DIN)和活性硅酸盐(DSi)受影响最为明显,春季和夏季受径流营养盐输入的影响最大,冬季受影响最小.南澳—东山海域的DIN、溶解无机磷(DIP)和DSi的浓度在表层周年平均分别为9.21、0.46和25.5μmol·L–1,底层分别为8.96、0.50和22.5μmol·L–1.各营养盐的浓度基本表现为由西北近海向东南远海递减,季节平均值表现为冬季>春季>夏季>秋季.冬季受闽浙沿岸流南下入侵的影响,营养盐呈现出全年最高浓度,表层平均DIN浓度是其他季节的三倍以上.春夏秋冬四个季节表层平均DIN/DIP比分别为24.3,38.8,6.7和24,底层平均分别为15.4,31.1,9.6和23.6,秋季水体的DIN/DIP比明显低于其他几个季节.总的来看,南澳—东山海域的营养盐限制在不同季节变动较大:春季近岸表现为相对磷限制,远岸水体则表现为相对氮限制;夏季和冬季都主要表现为磷的相对限制,部分远海海域在夏季甚至出现磷的绝对限制;秋季则主要表现为氮的相对限制.本研究系统阐述了南澳—东山海域营养盐限制的季节演替规律及变化机制,为该海域生态环境管理和渔业增养殖规划提供基础数据.