本文選題：人工魚礁　切入點：生態(tài)效果　出處：《中國海洋大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：人工魚礁通常指在預(yù)定海域設(shè)置的一種能夠吸引魚類等海洋生物聚集、棲息的漁業(yè)工程設(shè)施,具有改善生物棲息地環(huán)境、增殖保護漁業(yè)資源的生態(tài)功能。當進行人工魚礁生態(tài)效果評價時,從初級碳源到次級生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化效果是重要的參考指標之一；另外,人工魚礁的投放能夠改變海區(qū)小尺度范圍的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)的改變往往與系統(tǒng)功能緊密相聯(lián),生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化通常暗示了生態(tài)系統(tǒng)功能的健康度。因此,在進行生物資源和環(huán)境修復(fù)過程中,監(jiān)測與評價生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、食物網(wǎng)能量轉(zhuǎn)化與流動,對正確評估人工魚礁生態(tài)效應(yīng),維護水域生態(tài)系統(tǒng)平衡和可持續(xù)利用意義重大。本研究以我國北黃海沿岸具有代表性的俚島人工魚礁生態(tài)系統(tǒng)為案例,以建礁后3-7年(2009年至2013年間)的生物資源和生態(tài)環(huán)境跟蹤調(diào)查數(shù)據(jù)為依據(jù),利用群落結(jié)構(gòu)分析法、食性分析技術(shù)和生態(tài)系統(tǒng)模型等手段,研究了俚島人工魚礁區(qū)底層魚類和大型無脊椎動物的群落結(jié)構(gòu)特征,比較了三種優(yōu)勢巖礁性魚類的營養(yǎng)生態(tài)位差異,評價了人工魚礁生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能,并對該系統(tǒng)的漁業(yè)管理策略進行了初步的探討。具體結(jié)果如下：1.俚島人工魚礁區(qū)底層魚類和大型無脊椎動物群落結(jié)構(gòu)特征及其與主要環(huán)境因子的關(guān)系基于2009年5月至2010年2月于山東榮成俚島人工魚礁區(qū)和對照區(qū)4個季度月的地籠網(wǎng)數(shù)據(jù)及同步的環(huán)境數(shù)據(jù),采用群落多樣性和豐富度指數(shù)分析了魚礁區(qū)底層魚類和大型無脊椎動物群落組成和物種多樣性的時空分布特征,運用梯度分析法對調(diào)查區(qū)域底層魚類和大型無脊椎動物群落格局與環(huán)境因子進行排序分析,結(jié)合蒙特卡羅檢驗確定影響魚礁區(qū)底層魚類和大型無脊椎動物群落結(jié)構(gòu)的控制因子。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：調(diào)查期間共捕獲底層魚類和大型無脊椎動物18種,隸屬于8目15科,優(yōu)勢種為許氏平湁(Sebastes schlegelii)、大瀧六線魚(Hexagrammos otakii)和斑頭魚(Hexagrammos agrammus),其中許氏平湁在漁獲量組成中占絕對優(yōu)勢(41%)；魚礁區(qū)底層魚類和大型無脊椎動物的漁獲種類數(shù)和漁獲量高于各自對照區(qū),但差異不顯著(P0.05)；季度月平均CPUE最高值出現(xiàn)在近岸礁區(qū),達到330.24 g/(net.d);群落組成特征值上,春秋季的群落組成特征值最大,但魚礁區(qū)與對照區(qū)間并無顯著差異(P0.05)。聚類分析表明,春季、夏季和冬季均是季度月內(nèi)不同區(qū)域的樣方相似性較高,而秋季的遠岸礁區(qū)及其對照區(qū)樣方與春季各區(qū)域樣方的相似性高于秋季近岸礁區(qū)及其對照區(qū)；RDA分析表明,水溫對底層魚類和大型無脊椎動物群落組成變化的解釋量為37.1%,是主要的解釋因子(P=0.002)。水溫和水深等環(huán)境因子主導(dǎo)了俚島人工魚礁區(qū)底層魚類和大型無脊椎動物群落結(jié)構(gòu)的時空變化。2.俚島近岸和遠岸人工魚礁區(qū)三種優(yōu)勢巖礁性魚類的營養(yǎng)生態(tài)位比較利用碳氮穩(wěn)定同位素(δ13C和δ15N)和胃含物分析技術(shù),比較了2013年夏季俚島近、遠岸礁區(qū)三種優(yōu)勢巖礁性魚類(大瀧六線魚、許氏平湁和斑頭魚)的攝食習(xí)性和營養(yǎng)生態(tài)位,并使用貝葉斯碳氮穩(wěn)定同位素混合模型SIAR估算了潛在食物源對三種巖礁性魚類穩(wěn)定同位素的貢獻比。胃含物分析表明,近岸礁區(qū)三種巖礁性魚類均為底棲動物食性且食性分化明顯,基于餌料質(zhì)量百分比(M%),斑頭魚主要攝食多毛類(M%=33.7%),其次為甲殼類(M%=29.5%)和海藻類(M%=23.73%)；大瀧六線魚主要以蟹類(M%=67.45%)等甲殼類(M%=82.21)為主,兼食少量多毛類(M%=2.24%)和海藻(M%=0.70%)；許氏平湁主要攝食魚類(M%=79.67%)和甲殼類(M%=20.31%)；遠岸礁區(qū)大瀧六線魚和許氏平湁的主要餌料生物類群為蝦類。穩(wěn)定同位素分析表明,近岸礁區(qū)三種巖礁性魚類及其潛在食物源的碳氮穩(wěn)定同位素(δ13C和δ15N)差異顯著(P0.001),三種巖礁性魚類間δ13C的差異表明了營養(yǎng)生態(tài)位的分化,δ’5N排序為大瀧六線魚(15.31±0.30‰)許氏平湁(14.98±0.59‰)斑頭魚(14.47±0.50‰)；遠岸礁區(qū)三種巖礁性魚類的碳氮穩(wěn)定同位素(δ’3C和δ15N)差異不顯著(P0.05),但潛在食物源間存在明顯不同(P0.001)�；谪惾~斯穩(wěn)定同位素混合模型SIAR的分析結(jié)果表明,近岸礁區(qū)三種巖礁性魚類均為底棲動物食性,三種巖礁性魚類的穩(wěn)定同位素貢獻值主要來自底棲動物(魚類、蝦類、蟹類),但貢獻比存在差異,其中大瀧六線魚穩(wěn)定同位素值的貢獻比主要來自蝦類(23.0%)、魚類(22.9%)、蟹類(22.0%)和多毛類(17.5%),甲殼動物合計平均貢獻達到50.9%,這與甲殼動物在大瀧六線魚胃含物中較高的M%(82.21%)具有一致性；蝦類是斑頭魚穩(wěn)定同位素值的絕對優(yōu)勢貢獻成分,均值達到41.6%,其次是蟹類(14.9%)、多毛類(12.1%)和海藻類(11.8%),海藻在斑頭魚穩(wěn)定同位素的貢獻度與其在胃含物分析中M%(23.73%)的重要性相吻合；許氏平湁的穩(wěn)定同位素貢獻值主要來自于蝦類(31.1%)、蟹類(19.6%)、多毛類(14.8%)和魚類(14.8%)。穩(wěn)定同位素分析結(jié)果和胃含物分析結(jié)果共同表明,俚島近岸礁區(qū)三種巖礁性魚類的食性雖有一定重疊,但營養(yǎng)生態(tài)位分化明顯,三種巖礁性魚類具有很好的營養(yǎng)共存機制。3.基于Ecopath模型的俚島人工魚礁區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能評價基于2009年-2012年在榮成俚島人工魚礁區(qū)進行的生物資源調(diào)查數(shù)據(jù),利用Ecopath with Ecosim(EWE)軟件構(gòu)建了俚島人工魚礁區(qū)生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)通道模型(Ecopath),系統(tǒng)分析了俚島人工魚礁區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的能量流動規(guī)律和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征。研究結(jié)果表明：生態(tài)系統(tǒng)平均營養(yǎng)級變化范圍由1.0到由Ⅲ型魚類(藍點馬鮫Scomberomorus niphonius)占據(jù)的4.1；除碎屑外48.91%的總生物量(620.20t km 2 year-1)由底棲魚類和多數(shù)無脊椎動物組成,漁業(yè)的年均總產(chǎn)量達到86.82 t km-2 year-1,主要由低營養(yǎng)級碎屑食性的刺參(postichopus japonicas) (TL=2.1)(46.07%)和草食性的其他棘皮動物(TL=2.1)(馬糞海膽Hemicentrotus Pulcherrimus光棘球海膽Strongylocentrotus nudus) (34.56%)以及皺紋盤鮑(aliotis discus hannai)(TL=2.0)(18.43%)組成,因此呈現(xiàn)出一個相對低的捕撈漁獲物營養(yǎng)級(2.09)；系統(tǒng)總流量為11103.57 t km-2 year-1,其中27.6%轉(zhuǎn)換成碎屑,16.8%以捕撈和沉積的形式流出系統(tǒng)；系統(tǒng)總初級生產(chǎn)力為1865.24 t km- year-,整個系統(tǒng)的平均傳遞效率為11.70%,綜合系統(tǒng)總初級生產(chǎn)量與總呼吸量比(TPP/TR=1.82),系統(tǒng)連接指數(shù)(CI=0.32)、inn’s循環(huán)指數(shù)(FCI=5.46%)、平均能流路徑(MPL=2.69)等系統(tǒng)特征指數(shù),表明俚島人工魚礁區(qū)生態(tài)系統(tǒng)目前的成熟度,穩(wěn)定性和擾動抵抗力相對較低,系統(tǒng)仍處在發(fā)展階段。4.基于EwE模型的俚島近岸水域漁業(yè)管理模式初探利用己平衡的俚島人工魚礁生態(tài)系統(tǒng)Ecopath模型估算了該生態(tài)系統(tǒng)中主要增殖種類刺參和皺紋盤鮑的生態(tài)容納量。結(jié)果顯示當前刺參和皺紋盤鮑的生態(tài)容納量分別為220.4t km2和235 t km-2,目前的現(xiàn)存量分別占估算生態(tài)容納量的44.4%和22.34%,仍具一定的增殖空間�；贓cosim模型,分別設(shè)計了漁業(yè)管理模擬策略1(假設(shè)停止當前捕撈活動進行棲息地養(yǎng)護20年,其中前三年維持當前本底狀態(tài))和策略2(設(shè)定20年的模擬期限,以Ecopath模型本底狀態(tài)運行模型3年,從第4年降低系統(tǒng)總捕撈努力量至當前50%水平,模擬后續(xù)17年的生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)狀況)。模擬結(jié)果顯示,主要捕撈對象刺參和皺紋盤鮑的相對生物量在模擬期間均有顯著增長,但并未導(dǎo)致大型底棲藻類和海草功能組和碎屑功能組顯著的級聯(lián)效應(yīng),表明當前生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要為bottom-up過程控制。然而,模擬期間由于礁區(qū)優(yōu)勢種許氏平湁生物量增長加大了對其餌料生物—小型底層魚類等的捕食壓力,導(dǎo)致了小型底層魚類生物量的下降。因底層餌料生物不足及其組內(nèi)自身捕食率的上升,模擬末期Ⅰ型、Ⅱ型魚類和大瀧六線魚的相對生物量均分別下降了30-40%。兩種漁業(yè)管理策略的模擬結(jié)果均表明,捕撈活動對當前生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有顯著影響。策略3通過模擬前10年逐漸移除研究區(qū)域周邊的海帶養(yǎng)殖設(shè)施,觀察后續(xù)10年生態(tài)系統(tǒng)的響應(yīng)狀況,評價了該海域藻類養(yǎng)殖活動對模擬生態(tài)系統(tǒng)能流的影響。模擬結(jié)果顯示,碎屑食性功能組如刺參和異樣細菌等相對生物量分別下降了12.73%和31.37%,而傳統(tǒng)牧食食物鏈營養(yǎng)終端各功能組的相對生物量明顯增加,如Ⅲ型魚類(藍點馬鮫Scomberomorus niphonius)和其主要食物—小型表層魚類功能組的相對生物量在模擬末期分別增長了200%和120%。由此表明,近岸藻類浮筏養(yǎng)殖活動可能抑制了牧食食物鏈,加強了底棲食物網(wǎng)的能流。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：S953.1

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