■ 張濤 奉杰 宋浩

中國科學院海洋研究所 青島 266071

0 引言

我國是海洋農(nóng)業(yè)大國，經(jīng)過近40年的快速發(fā)展，面臨環(huán)境惡化、資源衰退、生態(tài)系統(tǒng)失衡、災(zāi)害頻發(fā)等問題，亟需轉(zhuǎn)型升級。海洋牧場是集環(huán)境保護、生態(tài)修復(fù)、資源養(yǎng)護和海洋漁業(yè)于一體的海洋農(nóng)業(yè)新業(yè)態(tài)，是實現(xiàn)海洋漁業(yè)轉(zhuǎn)型升級和海洋農(nóng)業(yè)新舊動能轉(zhuǎn)換的有效方式之一。

目前我國對于海洋牧場的定義還存在爭議。山東省地方標準《海洋牧場建設(shè)規(guī)范第1 部分：術(shù)語和分類》(DB37/T 2982.1-2017)將海洋牧場定義為“基于海洋生態(tài)學原理，利用現(xiàn)代工程技術(shù)，充分利用自然生產(chǎn)力，在一定海域內(nèi)營造健康的生態(tài)系統(tǒng)，科學養(yǎng)護和管理生物資源而形成的人工漁場”[1]；水產(chǎn)行業(yè)標準《海洋牧場分類》(SC/T 9111-2017)將海洋牧場定義為“基于海洋生態(tài)系統(tǒng)原理，在特定海域，通過人工魚礁、增殖放流等措施，構(gòu)建或修復(fù)海洋生物繁殖、生長、索餌或避敵所需的場所，增殖養(yǎng)護漁業(yè)資源，改善海域生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)漁業(yè)資源可持續(xù)利用的漁業(yè)模式”[2]；楊紅生等（2019）將海洋牧場定義為“基于生態(tài)學原理，充分利用自然生產(chǎn)力，運用現(xiàn)代工程技術(shù)和管理模式，通過生境修復(fù)和人工增殖，在適宜海域構(gòu)建的兼具環(huán)境保護、資源養(yǎng)護和漁業(yè)持續(xù)產(chǎn)出功能的生態(tài)系統(tǒng)”[3]。雖然對海洋牧場定義存在爭議，但有一個共識，即海洋牧場是“基于生態(tài)學原理”構(gòu)建的，具有養(yǎng)護“生物資源”的功能。

圖1 海洋牧場生物資源養(yǎng)護原理與技術(shù)示意圖

表1 國外增殖放流主要種類

生物資源養(yǎng)護是指采取有效措施，通過自然或人工途徑對受損的某種或多種生物資源進行恢復(fù)和重建，使惡化狀態(tài)得到改善的過程[4]，因此，生物資源養(yǎng)護是海洋牧場建設(shè)的最核心內(nèi)容。生物資源養(yǎng)護是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，可以分為資源恢復(fù)工程和保護管理工程。（圖1）

1 生物資源恢復(fù)

1.1 增殖放流

增殖放流是恢復(fù)海洋牧場生物資源的重要手段之一。法國最早于1842年增殖放流鱒魚（Oncorhynchus mykiss）。截至2009年，世界上有94 個國家開展了增殖放流，其中有64 個國家開展了海洋生物資源增殖放流，種類超過180個（FAO資料）。國外增殖放流技術(shù)比較完善，已經(jīng)建立起增殖放流前增殖潛力評估-資源放流-增殖放流后效果評估為主要流程的生物資源放流體系，并一定程度實現(xiàn)對放流生物增殖過程的模擬與預(yù)測。

我國的規(guī)模化增殖放流始于20世紀80年代，目前放流品種大約40~50 種，年放流總量超過250 億單位。主要放流種類有：對蝦、三疣梭子蟹、許氏平鮋、大瀧六線魚、貝類、烏賊、海蜇等。我國增殖放流目的主要以生物資源捕撈為主，評價體系不完善，增殖放流工作科學依據(jù)不足，存在一定程度的盲目性，還停留在“定性粗放”階段[5]。

目前我國在海洋牧場建設(shè)過程中過分強調(diào)增殖放流的作用。但很遺憾，絕大多數(shù)海洋生物資源增殖放流并沒有達到預(yù)期的效果[6，7]。現(xiàn)有結(jié)果表明，增殖放流絕大部分只增加當年的資源量，并不能恢復(fù)海洋牧場及其周邊海域生物資源。專家推測可能是由于捕撈強度過大和環(huán)境不適宜等原因，增殖放流的生物資源沒有形成自我繁殖能力。

增殖放流活動應(yīng)該充分考慮生物資源之間競爭、遺傳結(jié)構(gòu)變化以及不同物種間的捕食關(guān)系，應(yīng)該有利于海洋牧場生態(tài)系統(tǒng)的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化。食物網(wǎng)通過描述生產(chǎn)者與消費者之間的相互聯(lián)系，成為描述生態(tài)系統(tǒng)生物間相互作用關(guān)系的有效方法，同時也是用來揭示生態(tài)系統(tǒng)脆弱性與優(yōu)化生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要研究切入點[8]。我國海洋牧場生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)由于增殖品種類型單一、生態(tài)位重疊嚴重，以及整體近岸生態(tài)系統(tǒng)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)的簡單化等因素影響，大部分海洋牧場食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)也趨于簡單化[9]。以優(yōu)化海洋牧場食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)為目標進行增殖放流活動，將有利于海洋牧場生物資源的恢復(fù)。

圖2 附著基上曼氏烏賊卵附著情況

增殖放流前應(yīng)該進行增殖潛力評估。開展增殖潛力評估是科學指導增殖放流活動的重要保障[10]。目前對于海洋牧場增殖潛力評估主要包括經(jīng)驗評估和模型評估等方法。經(jīng)驗評估方法主要通過標記放流活動，研究增殖放流生物對野生種群數(shù)量和被捕食者生物的影響，進而判斷放流區(qū)域某一增殖物種的增殖潛力[7]。所用標志放流方法包括體外標記、體內(nèi)標記、分子標記等不同類型技術(shù)。模型評估方法是利用種群動態(tài)模型，通過模擬種群生活史特征、種群動態(tài)變化以及相關(guān)競爭、捕食關(guān)系，定量或定性分析種群增殖潛力。運用的模型主要有Predatory Impact 模型、Ecophys.Fish 模型等[11-13]?；诜N群尺度評估放流群體增殖潛力，忽略了海洋牧場整體食物網(wǎng)關(guān)系以及流場等環(huán)境因素對生物增殖潛力影響，在評估準確性方面均存在較大的局限性。基于生態(tài)系統(tǒng)水平綜合考慮海洋牧場環(huán)境特征、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、種群動態(tài)變化、以及相關(guān)經(jīng)濟社會效益對增殖放流活動影響，系統(tǒng)評估增殖潛力，是未來海洋牧場增殖潛力評估技術(shù)的發(fā)展趨勢。

1.2 自然增殖

增殖放流不是恢復(fù)海洋牧場生物資源的唯一方式和途徑。對一些適應(yīng)性強的品種（如脈紅螺、灘涂貝類和頭足類等），通過有效保護野生種群和修復(fù)棲息地環(huán)境，即可以達到恢復(fù)生物資源的目的。目前我國對一些重要野生經(jīng)濟物種的自我補充規(guī)律研究基礎(chǔ)薄弱，無法為野生種群自我恢復(fù)提供足夠的理論依據(jù)與技術(shù)指導。

附著變態(tài)是許多海洋動物從幼蟲向成體轉(zhuǎn)變的重要發(fā)育階段。附著變態(tài)的成功與否對自然海區(qū)中海洋動物種群數(shù)量變動、分布和資源補充有重要影響，對海洋牧場中一些生物資源的自我恢復(fù)有決定性作用。研究海洋無脊椎動物幼蟲的附著變態(tài)過程及其機理，對于闡明海洋牧場部分野生生物資源自我恢復(fù)機理有重要的理論和實踐意義[14]；[15]。

海洋牧場建設(shè)過程中的棲息地修復(fù)和資源養(yǎng)護行動，可以使海洋牧場區(qū)成為一些海洋生物的重要產(chǎn)卵場，從而對生物資源的自我恢復(fù)起到積極推動作用。曼氏無針烏賊曾經(jīng)是我國北方海域重要的經(jīng)濟物種，具有很高的捕撈量[16,17]，近20年由于過度捕撈與生態(tài)環(huán)境破壞，該種在北方海域基本絕跡，相關(guān)從業(yè)人員苦尋我國北方海域曼氏無針烏賊產(chǎn)卵場多年而未果。中國科學院海洋研究所的科研人員在2017年、2018年、2019年對煙臺富瀚海洋牧場生物資源調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，每年9月份，曼氏無針烏賊在該海洋牧場進行產(chǎn)卵繁殖（如圖2所示，項目組拍攝），并且產(chǎn)卵繁殖數(shù)量呈逐年上升的趨勢。2017年12 個調(diào)查站點中，有6 個點發(fā)現(xiàn)曼氏無針烏賊卵，共采集曼氏無針烏賊卵768 粒，平均64 粒/站；2018年12 個調(diào)查站點中，有9 處發(fā)現(xiàn)曼氏無針烏賊卵，共采集曼氏無針烏賊卵2840 粒，平均237 粒/站；2019年12 個調(diào)查站點中，有10 處發(fā)現(xiàn)曼氏無針烏賊卵，共采集曼氏無針烏賊卵5200粒，平均433粒/站。目前富瀚海洋牧場周邊的山東煙臺海陽市沿岸諸多海域均出現(xiàn)曼氏無針烏賊，據(jù)不完全統(tǒng)計，資源量大幅度增加到大約110t/年以上，已成為當?shù)貪O民秋季經(jīng)常捕獲的重要海產(chǎn)品，取得了良好的經(jīng)濟、生態(tài)和社會效益。

2 生物資源保護管理

2.1 棲息地修復(fù)與保護

生物生存和繁衍的地方成為棲息地。棲息地是指物理和生物的環(huán)境因素的總和，構(gòu)成適宜于動物居住的某一特殊場所，能夠提供食物和防御捕食者等條件。生物棲息地的破壞或喪失是威脅生物生存的關(guān)鍵因素。在海洋牧場建設(shè)過程中，應(yīng)該根據(jù)海域特點科學修復(fù)與保護生物棲息地，即“先場后牧”。目前我國海洋牧場生物棲息地修復(fù)的主要方式有投放人工魚礁、構(gòu)建牡蠣礁、恢復(fù)和保護海草床、海藻場和珊瑚礁等。在生物棲息地的修復(fù)過程中，應(yīng)該堅持生態(tài)化理念，注重提升海洋牧場的初級生產(chǎn)力和生物多樣性，關(guān)注重要經(jīng)濟動物的產(chǎn)卵場、育幼場、索餌場、越冬場和洄游通道恢復(fù)。

目前我國在海洋牧場建設(shè)過程中過分強調(diào)人工魚礁的作用，海洋牧場建設(shè)同質(zhì)化嚴重，應(yīng)該注意防范過多投放人工魚礁可能產(chǎn)生的副作用。

2.2 生物資源調(diào)查與監(jiān)測

目前我國海洋牧場生物資源調(diào)查與監(jiān)測主要以人工為主，其中，浮游生物主要用浮游生物網(wǎng)采樣，底棲動物主要用底拖網(wǎng)、籠壺類、采泥器及潛水采捕采樣，游泳生物主要用釣具（定置延繩釣、手釣）、刺網(wǎng)（三重刺網(wǎng)、單層刺網(wǎng)）及拖網(wǎng)采捕采樣，費時費力費錢，采樣頻次低，即時性差，缺乏連續(xù)性，亟需現(xiàn)代化技術(shù)與裝備。

目前我國已經(jīng)建設(shè)了海洋牧場環(huán)境資源監(jiān)測固定平臺，具有看護、旅游、監(jiān)測平臺作用；利用多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀、多普勒剖面流速儀、溫度溶氧監(jiān)測儀和小型氣象站，在海洋牧場安全保障監(jiān)測平臺上構(gòu)建了海洋牧場環(huán)境資源實時監(jiān)測系統(tǒng)，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)實時無線傳輸；研發(fā)了海洋牧場生物資源聲學監(jiān)測與評估系統(tǒng)，可監(jiān)測魚類資源量時間和空間變化。山東省已經(jīng)建設(shè)了海洋牧場生態(tài)環(huán)境觀測網(wǎng)，初步實現(xiàn)了海洋牧場生態(tài)環(huán)境的可視和可測。

目前對海洋牧場的監(jiān)測主要偏重于環(huán)境因子的監(jiān)測，尚缺乏對生物資源的實時監(jiān)測技術(shù)與裝備。

2.3 生物資源評估與預(yù)測

海洋牧場評估主要包括生物承載力、生態(tài)系統(tǒng)健康狀況、最大持續(xù)產(chǎn)量和增殖潛力評估，預(yù)測主要包括生物資源動態(tài)變化和海洋牧場發(fā)展趨勢預(yù)測。目前我國海洋牧場的評估主要是從物種生物量多少和生物多樣性角度評估。由于海洋牧場是基于生態(tài)學原理構(gòu)建的半人工生態(tài)系統(tǒng)，因此應(yīng)該更多從生態(tài)系統(tǒng)角度進行海洋牧場評估。目前世界范圍內(nèi)關(guān)于海洋生物資源評估與預(yù)測的常用生態(tài)模型主要有四類：包括基于個體生長模型，如Delta Smelt individual-based model 模型[13]；生物物理模型，如NPZ、ROMS模型[18]；生態(tài)-經(jīng)濟模型，如Atlantis 模型[19]；營養(yǎng)動力學模型，如Ecopath with Ecosim模型[20]。其中，Ecopath with Ecosim 模型可以實現(xiàn)對海洋牧場食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)、空間地理結(jié)構(gòu)、生態(tài)系統(tǒng)時空動態(tài)模擬、管理策略效果、經(jīng)濟產(chǎn)出預(yù)測等方面進行有效模擬，在評估與預(yù)測海洋牧場生物資源方面具有良好的應(yīng)用前景。

2.4 生物資源科學采捕

制定科學合理的采捕策略是促進海洋牧場可持續(xù)發(fā)展的重要保障。超出海洋牧場生物資源產(chǎn)出能力的采捕量，一方面可能使海洋牧場由于過量采捕而資源枯竭；另一方面，由于海洋牧場相比周邊海域餌料與棲息環(huán)境條件更好，對魚類等生物有較強吸引，過量采捕可能使海洋牧場成為誘捕周邊漁業(yè)生物的陷阱，反而進一步加劇牧場及周邊海域生物資源的衰竭，這明顯與我國海洋牧場建設(shè)目標相悖。

海洋牧場生物資源的采捕，必須在科學評估牧場資源產(chǎn)出能力和制定科學合理采捕策略的基礎(chǔ)上進行。國際上對海洋牧場資源產(chǎn)出能力的評估，大多通過調(diào)查捕撈物種餌料資源量，基于餌料資源評估牧場物種產(chǎn)出量[21-23]。由于我國海洋牧場往往包含貝類、甲殼類、魚類和頭足類等多種經(jīng)濟種，物種之間通過食物網(wǎng)能流傳遞等作用互相影響資源量，通過單一食物鏈能量傳遞作用評估生物資源產(chǎn)出量，并不能滿足對多物種資源采捕策略的要求。基于生態(tài)系統(tǒng)水平，綜合食物網(wǎng)、水動力、生態(tài)系統(tǒng)能量平衡等各方面因素評估各生物資源產(chǎn)出能力，制定我國海洋牧場科學合理的采捕策略是未來發(fā)展趨勢。

基于生態(tài)系統(tǒng)水平評估經(jīng)濟物種最大種群量（生物承載力），并利用最大持續(xù)產(chǎn)量（Maximum sustainable yield，MSY）理論[24]，設(shè)定捕撈產(chǎn)量為最大種群量一半時為最適采捕量，制定各物種采捕策略，是當前我國海洋牧場科學采捕策略制定的可行方法。然而，從理論上獲得的MSY 僅是一個平均狀態(tài)值，實際最大持續(xù)產(chǎn)量卻具有動態(tài)性質(zhì)。因此，可持續(xù)采捕策略的制定，還需要綜合考慮資源、環(huán)境的變化等方面因素的影響，對最大持續(xù)產(chǎn)量作出進一步限定或修正。對于科學采捕策略的制定，還有待進一步的研究。

3 建議與對策

3.1 加強基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)裝備研究

3.1.1 加強關(guān)鍵經(jīng)濟動物行為學研究

應(yīng)該加強關(guān)鍵經(jīng)濟動物（如魚類、甲殼類、貝類、頭足類、棘皮類等）繁殖、附著變態(tài)、索餌、棲息、避敵等行為學習性研究，為海洋牧場棲息地修復(fù)設(shè)施研制、生物資源養(yǎng)護技術(shù)研發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

3.1.2 研究重要生物資源時空動態(tài)變化規(guī)律

查明海洋牧場重要生物資源生活史過程特征參數(shù)（如：幼體補充量，不同生活史階段存活率、死亡率、遷移率等）變化情況，闡明生物資源動態(tài)變化規(guī)律。

3.1.3 研究重要生物資源種內(nèi)、種間作用

研究海洋牧場重要生物資源種內(nèi)密度制約效應(yīng)、種內(nèi)殘食、性選擇等種內(nèi)作用以及競爭、捕食、互利等種間作用，查明生物資源種內(nèi)、種間作用。

3.1.4 研究生境對重要生物資源影響機理

查明海洋牧場水質(zhì)、流場、底質(zhì)、地形地貌、修復(fù)設(shè)施等環(huán)境因素對重要生物資源繁殖、附著變態(tài)、棲息、索餌、避敵等行為的影響，闡明生境對生物資源影響機理。

3.1.5 研發(fā)現(xiàn)代化生物資源監(jiān)測、調(diào)查、評估與預(yù)測技術(shù)

研發(fā)與利用聲學、光學等先進技術(shù)與裝備，建立海洋牧場原位實時調(diào)查監(jiān)測技術(shù)；基于海洋牧場生物資源動態(tài)變化和種內(nèi)、種間、生境與生物之間關(guān)系，構(gòu)建適于我國現(xiàn)代化海洋牧場生物資源養(yǎng)護的評估與預(yù)測模型，模擬與預(yù)測生物資源動態(tài)變化。

3.2 協(xié)調(diào)好生物資源-修復(fù)設(shè)施-海洋環(huán)境三者之間的關(guān)系

科學設(shè)計、科學投放人工魚礁等生境修復(fù)設(shè)施，使投放的人工魚礁等設(shè)施有利于生物資源養(yǎng)護，并且不對生態(tài)環(huán)境造成不利影響，實現(xiàn)生物資源-修復(fù)設(shè)施-海洋環(huán)境三者之間的協(xié)調(diào)發(fā)展；結(jié)合增殖潛力評估，促進增殖放流由“定性粗放”向“定量精準”轉(zhuǎn)變，通過增殖放流實現(xiàn)資源量增加和自我恢復(fù)。

3.3 加強多學科交叉合作

海洋牧場生物資源養(yǎng)護是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，應(yīng)該從“生物-設(shè)施-環(huán)境”三位一體考慮問題，涉及海洋生物、海洋生態(tài)、物理海洋、工程學、材料學、海洋地質(zhì)、分析化學、海洋化學以及信息學和管理學等，應(yīng)該加強多學科交叉合作。（圖3）

圖3 海洋牧場生物資源養(yǎng)護多學科交叉示意圖

圖4 海洋牧場建設(shè)過程中政府部門、科研單位和企業(yè)之間合作示意圖

3.4 加強政府部門、科研單位和企業(yè)之間合作

海洋牧場的建設(shè)需要政府、科研單位和企業(yè)密切合作。（圖4）

政府應(yīng)做好頂層設(shè)計和規(guī)劃監(jiān)管，使海洋牧場科學有序發(fā)展；科研單位應(yīng)為政府和企業(yè)做好科技支撐和技術(shù)指導；企業(yè)是海洋牧場的建設(shè)主體，應(yīng)在政府的監(jiān)管和科研單位的技術(shù)指導下做好海洋牧場的建設(shè)和經(jīng)營管理。