劉葳興，劉磊，張之陽，紀仁瑋

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

引言

人類活動造成了海洋生物多樣性喪失和海洋生態(tài)系統(tǒng)的結構變化，北歐的海洋是受影響最嚴重的地區(qū)之一[1，2]。這就產生了對海洋保護工作的需求。海洋保護區(qū)指人類活動在規(guī)定區(qū)域內受到限制，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，人們對風電場使海洋生態(tài)系統(tǒng)內不同種群所產生的影響了解得還不夠細致。例如在北歐海域的風電場[3]，建設工作會對海洋生物造成重大損害[4]。但在運營階段，部分漁業(yè)活動和其它船舶航線停止，使海洋生物在此利用建設的裝置棲息繁衍[5，6]，因此，海洋生物在風電場比其它地區(qū)發(fā)展得更好，風電場實際上可以作為海洋保護區(qū)發(fā)揮作用。

在這篇綜述中，我們根據風電監(jiān)測項目和北歐的研究結果，研究了運行中的海上風電場直接或間接保護于海洋生態(tài)系統(tǒng)的推論。

1 海洋風電場中的生物

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

1.1 近海風機之間的底棲生境和底棲生物

風機安裝時，先在海床上安裝硬質地基接著在海床之上鋪設電纜，這種建筑工程會擾亂生物環(huán)境和底棲動物[5]。然而，一旦進入運營階段，風機的影響就比較微弱。在丹麥厄勒松海峽安裝的淺海風電場"Middelgrunden"[6]，風機安裝之前，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)，藍貽貝(Mytilusedulis)的數量很多。風機安裝三年后，海草覆蓋率增加，而海床上的藍貽貝數量略有減少。在位于厄勒海峽瑞典部分的淺水植被沙岸上的"Lillgrund"海上風電場，也進行了五年的海草監(jiān)測[7]。將其海草的質量與參考區(qū)域進行比較，并未發(fā)現(xiàn)風電場有明顯負面影響。

風力發(fā)電地基和風機保護區(qū)不僅占用空間，而且還干擾海水運動，如波浪運動和海流。在沒有植被的海床，由于水流運動強勁或波浪作用深入海床，這種水動力的改變可能會改變沉積物的組成[8]。根據對北海比利時風電場"Thornton bank"的監(jiān)測，其空間影響范圍估計為距地基50m左右[9]。

風電場對漁業(yè)限制的也很重要。對于底棲生境和底棲動物保護，禁止底拖網捕撈是很好的措施，因為這種漁業(yè)活動被視為對海洋生物多樣性和底棲生境的主要威脅[10]。拖網捕撈底棲魚類和甲殼類動物發(fā)生在軟底海床上，通常水深20m 左右。在所有暴露于底拖網的地區(qū)，底棲動物，特別是濾食性動物的損失是巨大的。例如，僅在北海就有數千平方公里的牡蠣因底拖網和扇貝挖掘而損失。在卡特加特海，以前由濾食性甲殼類動物Haploops spp建造的豐富珊瑚礁，由于底拖網捕撈而幾乎絕跡[11]。在底拖網密集的地區(qū)，海床每年可能被擾動幾次。風力發(fā)電場內是不允許拖網捕魚的。這是因為航行安全的要求和對電纜基礎設施的保護。在停止底拖網捕撈的地區(qū)，底棲動物群落可以在幾個月到幾十年不等的時間內得到恢復[12]。在以前被底拖網捕撈的水域安裝風電場，意味著能夠保護生物群落的發(fā)展，這是一個重要的保護手段。

1.2 近海風機地基上的浮游底棲生物

風機的地基一經安裝，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。隨著時間的推移，濾食性動物往往在垂直結構中占主導地位，而地基的底部通常由螃蟹和海星定居。在德國的"Alpha Ventus "風電場，與周圍的海床相比，有幾千只褐蟹（Trachurus trachur-us）棲息在單個地基上[13]。應該注意的是，Bergmark 和J?rgensen[14]發(fā)現(xiàn)，石油和天然氣平臺留下的結構實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。這一觀察結果具有很高的意義，因為L.pertusa 是北海的一個瀕危物種。海上風電場的地基也能夠創(chuàng)造一個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電場地基上。例如，在厄勒海峽的"Lillgrund "風電場對大西洋鱈魚（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]。比利時的"Thorntonbank "風電場對鱒魚（Trisopterus luscus）的吸引力特別明顯，其平均密度為14只/m2，高于海洋保護區(qū)。荷蘭"Egmond aan Zee"風電場的標記實驗甚至顯示，一些鱈魚連續(xù)幾個月在單個風機地基上棲息。很明顯，風電地基展示了其獨特優(yōu)勢，能夠為魚類提供食物和棲息地。然而，在靠近地基的地方，魚類也暴露在運行的風機的低頻噪聲中。目前還不完全了解這些噪聲是否會對魚群產生長期的、負面的、微妙的影響。調查表明，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，在大西洋風電地基捕獲的鱈魚和大頭魚與在與參考區(qū)域捕獲的標本相比，沒有發(fā)現(xiàn)任何狀態(tài)差異。

除了風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的間接影響，這對魚類是非常有益的。無論是在風機地基周圍還是在風電場內的周圍區(qū)域，漁業(yè)活動減少，特別是對拖網捕魚的禁止，對魚群及其生命階段結構有積極影響?？紤]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電場中大幅受益；不定居性魚類會遷徙或洄游并尋找特定區(qū)域產卵，因此減少了保護區(qū)的優(yōu)勢。

1.4 海上風電場中的海洋哺乳動物

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

1.5 風電場中的海鳥

近海風力發(fā)電對鳥類的傷害可分為碰撞、棲息地損失和遷移障礙。風力發(fā)電的轉子葉片在幾十米到兩百米的高空掠過。海上能見度較低時，轉動的風機葉片對鳥類的損害是難以避免的[18]。

如果鳥類被驅趕出位原本位于風電場的棲息地，這可被視為生態(tài)系統(tǒng)的損失。德國北海風電場"Alpha Ventus"[19]已經讓許多鳥群遠離此棲息地，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，因風電場會對近海邊長尾鴨（Clangula hyemalis）棲息地破壞，"Finngrunden"風電場建設最終被拒絕。在波羅的海南部的另一個計劃中的海上風電場（即"S?dra Midsj?banken"）討論著如何保護海鳥。討論結果是適當增加風電場的規(guī)模，增大單個風機之間的安裝距離，這將會大大減少對海鳥們的傷害。

一些海鳥物種也能利用近風場，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，我們得出的結論是：總體而言，運行中的海上風電場對海底生物環(huán)境和底棲動物、淺海底棲動物、魚類有積極影響，可能對港灣鼠海豚有積極影響，對海鳥大多是負面影響。

2.1 風電場的積極影響

風電場最引人注目是引入硬底層，從而吸引相關的生物群落（“礁石效應”）[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為是積極的。人工魚礁為海底生物定居、庇護、覓食和一些海洋動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受威脅的海洋動物而建立的。現(xiàn)在，人造結構如石油平臺，已被證明可以改善生物多樣性，并隨著時間的推移使瀕危物種受益，如瀕危冷水珊瑚物種L.pertusa[22]。

風電場珊瑚礁效應的保護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、軟體動物和節(jié)肢動物)；對于活動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，在因底拖網捕撈而導致大面積的硬底層（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)境保護或補充手段。

2.2 風電場的消極影響

在具有生態(tài)價值的地區(qū)開發(fā)海上風電場，顯然需要對有害階段采取強有力的預防措施，如勘探、安裝和退役階段。例如，地震作業(yè)、打樁或拆除爆破產生的聲學干擾導致瀕危動物在產卵或哺乳期死亡或威脅，這種損害可能會掩蓋任何后續(xù)的保護效益[11]。同時，應該注意的是，有人認為人工結構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構繁殖[12]。鑒于這些潛在的影響，從保護的角度來看，并不是所有地點都利于海上風力發(fā)電。

3 作為海洋保護區(qū)的風電場保護效益

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

與普通的海上保護區(qū)一樣，風電場對海洋動物保護的有效性在很大程度上取決于風電場的規(guī)模、位置和生物物種。如今的海上風電場通常包含數百個風機，它們之間的距離長達一公里?，F(xiàn)代渦輪機也更大，這意味著更大的塔架、地基和設備保護區(qū)。鑒于這種趨勢，未來的風電場有望比現(xiàn)有的陣列更稀疏，覆蓋面積更大，增大了保護面積。

因此，在為底棲生物環(huán)境、底棲動物、魚類和海洋哺乳動物建立保護區(qū)方面，近海風電場至少可以與現(xiàn)有的海洋保護區(qū)一樣有效。在會發(fā)生拖網捕撈的區(qū)域，安裝風力發(fā)電將有重大的保護效益，而且風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)船舶的聲音遠比運行的風力發(fā)電機大）。

4 總結展望

有證據表明，運行中的海上風電場使許多分類群地生物多樣性和豐度的增加。此外，從保護的角度來看，風電場內捕魚量減少的間接影響可能是非常有價值的。底棲棲息地和底棲動物、上浮底棲動物和許多魚類物種受到積極影響。只要禁止刺網捕魚，港灣鼠海豚就可能受益。但一些海鳥會受到負面影響，因為它們傾向于避開該地區(qū)，因此會遭受棲息地的損失。

關于海洋無脊椎動物、魚類和哺乳動物，現(xiàn)有風電場和海洋保護利益兩者關系是兼容的，甚至是協(xié)同的。因此，位于有利于海洋連通性或對生態(tài)功能（如繁殖）有重要意義的地區(qū)的風電場可以成為一種強有力的保護手段。風電開發(fā)對保護工作的這種潛力是顯而易見的，不應該被忽視。