波浪作用下半潜式养殖网箱水动力特性

半潜式深远海养殖网箱在波浪作用下会发生变形与运动。为保证网箱结构的稳定性,需对其水动力特性进行分析。本研究基于有限元法建立了波浪作用下一种半潜式网箱的数值模型,通过仿真计算求解网箱的锚绳受力与运动情况。首先,将计算机模拟值与物理水槽试验值进行比较,验证数值模型的准确性。然后,分别研究了半潜式网箱在3种压载状态下的动力响应情况,分析比较了不同波浪条件下网箱锚绳张力、垂荡、纵荡和纵摇的计算结果。结果显示,计算值与试验值基本吻合,二者的相对误差在5%左右。当波高一定时,网箱迎浪侧和背浪侧锚绳受力与波浪周期改变无明显关联;当周期一定时,两侧锚绳受力均随波高的增加而增大。网箱的垂荡、纵荡及纵摇值均与波高呈正相关,随着半潜式网箱吃水的增加,网箱的垂荡、纵荡及纵摇值基本呈减小趋势。网箱在3种压载状态下最大垂荡值和纵荡值分别为12.67 m和10.59 m,网箱在空载状态下的最大纵摇值≤15°,表明半潜式网箱结构具有较好的稳定性。研究结果可为我国深远海养殖网箱设计提供理论参考。     

海湾扇贝骨料不同替代率对人工鱼礁物理性能影响及碳汇作用分析

本研究在抗压强度为C25的普通混凝土配合比的基础上，采用粗、细扇贝壳对混凝土中的天然骨料部分替代，并对扇贝壳混凝土配合比进行了研究，比较了粗、细扇贝壳替代天然骨料混凝土的工作性能和基本力学性能，并根据山东省2016~2020年的投礁计划，对利用扇贝壳替换人工鱼礁混凝土中天然骨料的固碳潜能及可清理的废弃扇贝壳堆积面积进行估算。结果显示，随着扇贝壳替换天然骨料比例的增加，混凝土的塌落度呈降低趋势。粗扇贝壳替换天然粗骨料混凝土较细扇贝壳替换天然细骨料混凝土的塌落度降幅大；粗扇贝壳替代混凝土中的天然石时，扇贝壳混凝土的抗压性能与基准混凝土基本接近，粗扇贝壳的最佳替代率为40%，28 d抗压强度较基准混凝土提高了7.3%。用细扇贝壳替代混凝土中的天然砂时，可使混凝土的抗压性能较基准混凝土提高幅度较大，最佳替代率为60%，28 d抗压强度较基准混凝土提高了33.5%；以细扇贝壳替换混凝土天然细骨料替换率为50%~70%估算，山东省2016~2020年计划新建的2043万空方人工鱼礁均用此种混凝土制作，可实现礁体固碳量27.54~38.56万t，可减少废弃贝壳陆地堆积面积5.89~8.24 km2，具有很高的生态潜能。     

青岛石雀滩海域人工鱼礁材料对附着生物群落结构的影响

为研究不同礁体材料对附着生物群落结构的影响，本研究在山东青岛石雀滩海域进行附着生物挂板实验，挂板材料包括普通硅酸盐水泥(P)、添加贝壳粉硅酸盐水泥(S)、钢板(F)。结果显示，共鉴定出附着生物69种，其中，贝壳粉硅酸盐水泥挂板最多(53种)，其次是普通硅酸盐水泥挂板(51种)，钢板最少(31种)。普通硅酸盐水泥挂板和粉硅酸盐水泥挂板的优势种均为褶牡蛎(Ostrea plicatula)、紫贻贝(Mytilusgallo provincialis)和麦秆虫(Caprella sp.)；钢板的优势种为紫贻贝、麦秆虫和青岛板钩虾(Stenothoe qingdaoensis)。9~11月为生物附着高峰期。粉硅酸盐水泥挂板的平均生物量最高，达到4717.50 g/m2，普通硅酸盐水泥挂板次之，为2621.12 g/m2，钢板最小，为163.85 g/m2。附着生物Shannon-Wiener多样性指数(H¢)和Pielou均匀度指数(J)平均值均为钢板＞普通硅酸盐水泥＞粉硅酸盐水泥。研究表明，添加贝壳粉硅酸盐水泥的生物种类和生物量最大，生物附着效果最好。本研究为人工鱼礁附着生物群落特征的研究和人工鱼礁材料的选择提供了参考依据。     

人工鱼礁生态系统碳汇机理及潜能分析

人工鱼礁海区作为典型的浅海人工修复增殖生态系统,其生物群落结构、生态环境均在一定范围内受到人为调控,因此,该系统的碳循环过程和固碳能力很大程度上被人类生产活动所影响。本研究根据人工鱼礁生态系统的结构特征,探讨礁区主要生物固碳因子及其固碳机理,初步提出礁区生物固碳量的计量方法,并讨论通过人工鱼礁建设扩增海洋生物固碳的途径与方法。     

基于灰色–马尔科夫模型评估石雀滩海洋牧场岩礁鱼类碳储量

本研究以石雀滩海洋牧场许氏平鲉(Sebastes schlegelii)、大泷六线鱼(Hexagrammos otakii)、褐菖鲉(Sebasticus marmoratus)、铠平鲉(Sebastes hubbsi)、厚头平鲉(Sebastes pachycephalus)等岩礁鱼类为研究对象，基于2017—2020年地笼网采捕的渔获量数据，采用元素分析法和灰色−马尔科夫模型，统计并预测了岩礁鱼类现存生物量的碳储量(以下简称岩礁鱼类碳储量)。结果显示，岩礁鱼类干样碳含量分布范围为42.95%~50.19%，平均值为(46.11±2.34)%；鲜样碳含量分布范围为11.05%~13.25%，平均值为12.30%。2017年春季、2018年冬季、2019年春季和2020年冬季鱼礁区岩礁鱼类碳储量分别为293.46、104.49、119.40和48.48 t，呈波动式下降趋势；对照区分别为21.64、59.07、6.73和0 t，呈先上升后下降的趋势。灰色−马尔科夫模型验证数据平均相对误差为8%，较GM(1,1)模型预测精度提升了12%。经预测，鱼礁区岩礁鱼类碳储量呈下降趋势，2021年春季、2022年冬季、2023年春季和2024年冬季分别为64.84 、49.84、25.28和19.43 t。研究结果可为评估岩礁鱼类碳汇潜力提供依据，为建立渔业碳汇基础上的海洋牧场岩礁鱼类资源开发策略提供科学参考。     

人工鱼礁材料添加物碳封存能力及其对褶牡蛎(Ostrea plicatula)固碳量的影响

本研究将农渔废弃物(花生秸秆和海湾扇贝壳)作为鱼礁材料添加物,利用礁体自身碳封存增加人工鱼礁碳汇潜能的可行性,并通过研究礁体附着生物的变化特征,探讨礁体材料添加物对人工鱼礁生态系统生物固碳的影响.结果显示,实验海区礁体附着生物的优势种为褶牡蛎(Ostrea plicatula Gmelin),添加了花生秸秆和海湾扇贝壳的人工鱼礁并未显著增加褶牡蛎的附着量(P＞0.05).通过对添加物礁体自身碳封存量的计算,海湾扇贝壳添加物单位实验礁的最小碳封存量为104.13kg,最大碳封存量为260.32kg;花生秸秆添加物单位实验礁的最小碳封存量为296.28kg,最大碳封存量为740.70 kg;实验礁体添加物的总碳封存量达2802.87 kg.以此估算,如将实验所在的66.67 hm2礁区已投放的圆管型混凝土礁材料加入添加物,以海湾扇贝壳替代率为10％计算,至少可完成52040.00 kg碳的封存,以花生秸秆替代率为25％计算,礁体自身的碳封存量可达370350.00kg.     

波浪作用下双层网底鲆鲽网箱水动力特性的数值模拟

根据有限单元法建立了波浪作用下双层网底网箱的受力运动模型，通过数值计算求解双层网底的位移与倾角。先将上层网底与下层网底的计算值进行比较，然后，将双层网底网箱中下层网底与单层网底网箱开展对比分析。计算结果显示，在波浪周期内，双层网底网箱的2层网底能保持相对平行的状态。2层网底的位移与最大倾角随着波高与周期的增大而增加，并且2层网底的倾斜方向一致。在相同波浪条件作用下，下层网底的水平位移大于上层网底，二者垂直位移差异较小，下层网底最大倾角值大于上层网底。研究发现，当波高为15 cm、周期为1.4 s时，双层网底网箱的2层网底的倾角相差最大，但并未发生接触碰撞，网底可以保持相对稳定。此外，双层网底网箱的下层网底的最大位移值小于单层网底网箱，最大倾角值大于单层网底网箱。研究表明，当波浪一定时，双层网底网箱的最大锚绳力均大于单层网底网箱。     

岩礁鱼类行为生态学研究进展

岩礁鱼类多具有较高的经济价值，但过度开发、环境污染、全球气候变化造成岩礁鱼类及其栖息地受到不同程度的破坏，资源量锐减，栖息地退化。为应对全球海洋生态环境和资源面临的重重压力，以人工鱼礁、增殖放流为水生生物资源养护基础措施的海洋牧场建设成为世界沿海国家的战略性选择。开展岩礁鱼类行为生态学研究，解析生物对鱼礁结构物和人工生境的响应行为及人工环境对岩礁鱼类行为的影响，对优化水生生物放流策略、提高增殖物种成活率、养护生物资源、科学开展人工鱼礁工程建设和促进渔业经济发展具有重要作用。为此，本文综述了国内外对岩礁鱼类在栖息地选择、索饵、繁殖、集群、领域、防御等行为生态学研究进展，梳理了岩礁鱼类行为生态学研究在渔业资源保护与开发中的重要作用，同时，就岩礁鱼类行为生态学研究中存在的问题进行讨论并提出建议，以期为我国海洋牧场建设提供更科学的理论基础和更高效的技术方案。     

双层网底鲆鲽网箱耐流特性的数值模拟

双层网底鲆鲽网箱的网底结构在水流作用下会发生倾斜与转动。为确保网底结构的安全,需对其耐流特性进行动力分析。为此,根据有限元法建立了流场中双层网底网箱受力的数学模型,通过计算机数值模拟对双层网底的最大位移与倾角进行研究,并将双层网底的计算结果与单层网底进行对比分析。模拟结果显示,随着流速的增大,上层网底与下层网底的倾角逐渐增加,并且两层网底的倾斜方向恰好相反。研究发现,当实际海区流速超过93 cm/s时,双层网底网箱的上、下两层网底会发生接触碰撞,从而影响网底的稳定。此外,双层网底网箱的下层网底位移要大于单层网底网箱,但其倾角却小于后者,这可能与双层网底网箱的上层网底设计有关。     

长岛挡浪岛人工鱼礁区生态系统健康评价

本研究从理化环境、生物群落结构和生态系统功能3个层面，运用模糊综合评价法构建了人工鱼礁区生态系统健康评价模型。基于2013~2015年山东长岛挡浪岛人工鱼礁区5个航次调查结果，对挡浪岛人工鱼礁区、辐射区和对照区的生态系统开展健康评价。结果显示，人工鱼礁区及辐射区的生态系统为健康状态，对照区为亚健康状态。三者的生态健康指数为鱼礁区(0.783)>辐射区(0.646)>对照区(0.594)。与未投礁时相比，鱼礁区和辐射区的生态系统均脱离了亚健康状态且逐步提升，但对照区仍处于亚健康状态且发展不稳定。健康评价研究表明，挡浪岛人工鱼礁区生态系统比对照区更稳定，并带动辐射区提高了系统健康水平，表明挡浪岛人工鱼礁建设在生态环境修复和海洋渔业资源养护方面已取得一定效果。