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。     

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.     

不同pH对海湾扇贝胚胎发育及幼虫生长发育的影响

为探究pH对海湾扇贝(Argopecten irradia)胚胎发育及幼虫生长发育的影响,本研究以pH 8.0~8.2为对照组,分析不同pH (分别为7.6~7.7、7.3~7.4、7.0~7.1和6.7~6.8)对海湾扇贝胚胎及幼虫的影响。结果显示,随着pH的降低,各实验组孵化率降低,畸形率增高,孵化时间延长,且幼虫个体明显小于对照组(P<0.05)。D形幼虫期与壳顶幼虫期幼虫存活率与生长速率均显著低于对照组(P<0.05)。幼虫发育至第8天时,pH 7.0~7.1与pH 6.7~6.8实验组的存活率分别为6.1%和5.6%,而对照组为75.2%,除pH 7.6~7.7组外,各实验组生长速率均在3.4 μm/d及以下,基本呈现生长停滞状态。眼点幼虫附着率与对照组差异显著(P<0.05),第7天时,pH 6.7~6.8实验组附着率仅为31.7%。研究表明,海水pH变化对海湾扇贝早期胚胎及幼虫生长发育具有显著影响,该研究为评估pH变化对海湾扇贝等经济贝类资源和养殖产业的影响提供了参考资料。     

人工鱼礁对中小型浮游动物昼夜变化的影响

浮游动物有明显的昼夜垂直移动现象,这种生态习性会导致摄食浮游动物的某些鱼类昼夜垂直移动。为分析人工鱼礁对中小型浮游动物昼夜变化的影响,于2018年11月在防城港人工鱼礁区及附近海域进行了1个昼夜的中小型浮游动物采样,获取了14份样品。结果显示:(1)礁区和非礁区浮游动物种类组成相似度高、更替率低,且主要优势种相同,属于同一生态类型;(2)在人工鱼礁流场效应的作用下,礁区浮游动物的数量和多样性高于非礁区;(3)非礁区浮游动物数量的昼夜变化明显,呈明显的正弦曲线,以16:00数量最高,8:00最低,其垂直运动规律明显,可分为4:00～20:00的运动期和20:00～次日4:00的稳定期;(4)在礁体上方流速较快的水平层的阻隔作用下,礁区浮游动物数量始终处于波动状态,没有明显的昼夜垂直变化规律,在礁区上层保持较高的数量,可提升集鱼效果、促进生产力转换;(5)聚类分析和排序表明,礁区浮游动物为一个群落类型。而非礁区中小型浮游动物可分2个群落类型,一个是白天随浮游植物而上浮的以植食性种类为主要特征种的群落类型,另一个是晚上植食性种类下沉后以肉食性种类为主要特征种的群落类型。     

不同侧板结构对八棱柱型人工鱼礁流场效应的影响

为了解侧板结构对八棱柱型人工鱼礁流场效应的影响,实验基于计算流体力学方法(computational fluid dynamics, CFD),利用大涡模拟(LES)对4种不同侧板结构的八棱柱型人工鱼礁周围流场变化进行数值模拟,并以上升流体积、背涡流体积和向上输运通量等为流场效应指标进行了分析,同时利用水槽实验对数值模型进行验证。结果显示,水槽实验流速与2种尺寸数值模拟流速的均方根误差最大不超过0.065。0°垂直迎流时,2种来流速度下,A型、C型和D型礁的上升流体积较B型礁最大分别高35.6%、244.1%和80.1%,背涡流体积较B型礁最大分别高193.5%、115.8%和88.8%。C型和D型礁的向上输运通量均大于A型礁,且C型礁最大向上输运通量是D型礁的1.29倍。不同迎流角度下,C型礁和D型礁的上升流体积和背涡流体积在4种角度下差异显著,且迎流面投影面积和上升流体积及背涡流体积之间相关系数较小。研究表明,实验所采用的数值模拟准确可靠;侧板数量增加对于提升八棱柱型人工鱼礁流场效应尤其是上升流效应作用明显;下层侧板固定时,上层为倾斜侧板有利于提升礁体的上升流效应,上层为垂直侧板时...     

探析人工鱼礁对海洋生态渔业资源的作用

人工鱼礁能改善近海海洋环境,使原本鱼种较少的砂泥底质环境变成生产力较高、鱼种较多的岩礁环境,可为鱼类等海洋生物提供繁殖、生长发育和栖息的场所。近几年来,日照市近海海域投入的各类增殖型人工鱼礁,有利促进了有机物的沉积和多种藻类附着生长,保护了恋礁性鱼类,形成了头足类的产卵场,同时,底栖海洋生物得到了保护,充分发挥了海洋资源修复、增殖的作用。     

黄渤海不同人工鱼礁区渔业生物群落结构特征及生物增量影响要素

为探究黄渤海人工鱼礁区渔业生物群落结构特征及量化礁区特征要素与资源养护作用关系,于2021年10—11月对黄渤海沿岸5处人工鱼礁区开展了渔业生物调查。采用生物多样性指数、聚类分析(CLUSTER)、非度量多维尺度排序(NMDS)、相似性百分比分析(SIMPER)等方法分析了不同礁区渔业生物的群落结构特征,并通过生物增量指数、生物多样性指数差值等比较了各礁区对渔业生物的影响,最后通过相关性分析及曲线拟合分析了生物增量指数与礁区特征要素间的关系。调查共采集渔业生物33科47种,各礁区的优势种存在不同,但日本蟳(Charybdis japonica)为多数礁区的共有优势种;各礁区生物群落组内平均相似性范围为38.85%～69.14%,不同礁区生物群落间的平均相异性达到70%以上;长礁龄区生物群落结构优于短礁龄区,其Shannon多样性指数均值和Margalef丰富度指数均值分别为短礁龄区的1.3倍和1.2倍,且长礁龄区多样性指数差值高于短礁龄区;长礁龄礁区对渔业生物的养护效果亦优于短礁龄礁区,其生物增量指数最大值为13.3,是短礁龄礁区最大值的8.3倍;生物增量指数和丰富度指数差值与礁体规模...     

人工鱼礁的矩形间隙对黑鲷幼鱼聚集效果的影响

为了解人工鱼礁的矩形间隙大小对鱼类行为产生的影响,实验利用特征礁体的不同组合来模拟人工鱼礁矩形间隙的大小,在来流速度分别为19.1、23.4和27.7 cm/s情况下,探讨不同礁体矩形间隙(水平、垂直)的大小对黑鲷幼鱼行为产生的影响,总结出黑鲷幼鱼的喜好流速范围。实验结果表明:当礁体矩形间隙设计为水平38.8 cm时,相对其他情况来说,黑鲷幼鱼具有最大趋礁率43.1%,对应的喜好流速范围为9.6～23.4 cm/s;当礁体矩形间隙设置为垂直20 cm时,黑鲷有最大趋礁率50.1%,对应的喜好流速范围为6.7～27.9 cm/s。总体来说,礁体矩形间隙设计为水平时的集鱼效果要好于礁体矩形间隙设计为垂直时。     

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。     

国外人工鱼礁研究动向及对我国的启示

为提高人工鱼礁建设选址和礁体设计的科学性,基于试验水槽对2种人工鱼礁在粉砂黏土上的局部冲淤情况进行了物理模型试验,通过地形测量和理论分析,研究了5组不同流速条件下2种人工鱼礁礁体结构的局部冲淤情况。结果表明,在粉砂黏土底质上,流速小于0.22 m·s⁻¹时,泥沙扰动小,2种礁体的周围局部冲刷小,冲淤形态以礁体底板附近浮沙堆积为主,且随速度增大而增高;流速大于0.22 m·s⁻¹时,洗掘现象较为明显,鱼礁周围冲刷坑范围及深度随流速的增大而增加,而礁体周围泥沙堆积高度随速度增大而减小。支撑结构较为复杂的A礁冲淤现象显著且复杂,冲刷坑深度最大值位于礁体中间底部,为−15 mm,且在礁后1倍礁高处出现长尾状泥沙堆积,其在0.27 m·s⁻¹流速时达到最大值5 mm;而B礁冲淤现象不显著,仅在底板附近出现少量堆积与冲刷坑,但由于底板开口比较大导致B礁发生沉降。因此今后的研究应结合建设选址海域的底质及水文特征对礁体支撑结构和底板进行优化设计并进行模型试验及数值模拟,以避免礁体冲淤严重引起沉降、掩埋等现象,从而影响鱼礁建设效果。