珠海外伶仃人工魚礁對魚類資源養護效果初步評估

馮雪 范江濤 孫曉 洪潔漳 陳丕茂

摘要：【目的】探索珠海外伶仃人工魚礁海域魚類資源增殖效果及礁區生境動態變化，為人工魚礁的合理建設和規劃提供科學依據。【方法】分別于2006年8月及2009年8月、2016年5月，采用拖網調查方式對珠海外伶仃人工魚礁區附近海域進行本底和跟蹤調查，分析游泳生物種類組成、魚類資源密度和豐度變化，確定優勢種和群落特征指數，并通過礁區和對比區生態能質變動趨勢分析礁區生態效應和結構穩定性。【結果】調查共采集游泳生物71種，經鑒定隸屬于8目34科46屬，其中魚類36種，占50.70%;甲殼類32種，占45.07%;軟體類3種，占4.23%。礁區魚類占比從39.13%提高到63.89%。珠海外伶仃人工魚礁區附近海域魚類資源密度和豐度在投礁后明顯增加，礁體的投放吸引了中下層魚類聚集。根據優勢種分析結果可知，中下層魚類為人工魚礁區附近海域主要優勢類群。短吻鲾和二長棘鯛等魚類成為礁區及其臨近海域的絕對優勢種類，本底調查中的優勢種如黃斑藍子魚等大鱗舌鰨等優勢度降低。群落特征指數T檢驗結果表明，礁區與對比區豐富度指數為極顯著差異（P<0.01）;礁區生態能質值顯著高于對比區（P<0.05）。【結論】人工魚礁區建設對有效影響范圍內魚類資源恢復具有明顯促進作用，以人工魚礁為基礎、資源修復為關鍵的海洋牧場建設，是未來發展的趨勢和重點方向。

關鍵詞： 人工魚礁;群落結構;生態能質;珠海外伶仃

中圖分類號： S932.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼： A 文章編號：2095-1191（2021）12-3228-09

The stock enhancement effect evaluation of artificial reef in Wailingding， Zhuhai

FENG Xue1，2， FAN Jiang-tao1，2， SUN Xiao3， HONG Jie-zhang4， CHEN Pi-mao2*

（1College of Marine Sciences， Shanghai Ocean University， Shanghai? 201306， China; 2South China Sea Fisheries Research Institute， Chinese Academy of Fishery Sciences/Key Laboratory of Marine Ranching， Ministry of

Agriculture and Rural Affairs/Scientific Observing and Experimental Station of South China Sea Fishery

Resources and Environments， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Key Laboratory of Marine Ranching

Technology，Chinese Academy of Fishery Sciences/Guangdong Engineering Technology Research Center of

Marine Recreational Fishery， Guangzhou? 510300，China; 3Jinan Zoo， Jinan? 250031， China;

4Guangdong Land Surveying and Planning Institute，Guangzhou? 510075， China）

Abstract：【Objective】In order to provide scientific evidence for the rconstruction and planning of artificial reefs，it explored the fish stock enhancement effect of artificial reef and the dynamic change of habitat in Wailingding， Zhuhai.【Method】In August 2006，August 2009，and May 2016，trawl survey was used to conduct baseline and tracking surveys in the waters near the Wailingding artificial reef area，Zhuhai. Analyzed the changes of species composition，resource density and abundance changes of fish，determined dominant species and community characteristic indexes，and analyzed the ecological effects and structural stability of the reef area through the change of eco-exergy. 【Result】The results showed that a total of 71 species were collected，which were identified as belonging to 8 orders，34 families and 46 genera， of which 36 species of fish accounted for 50.70%，32 species of crustaceans accounted for 45.07%，and 3 species of mollusca accoun-ted for 4.23%. The proportion of fish in the artificial reef area increased from 39.13% to 63.89%. The density and abundance of fish resources in the waters near the Wailingding artificial reef area increased after the reef was released，and the release of the reef has attracted the accumulation of middle and lower fish. The results of dominant species showed that fishes were the main dominant species in this area. Leiognathus brevirostris and Parargyrops edita were the dominant species in the artificial area and its adjacent waters， while the dominant species in the background survey， such as Siganus oramin and Cynoglossus macrolepidotus were less dominant. T test of community characteristic index showed that the richness index was highly significantly different between artificial reef area and control area（P<0.01）， and the eco-exergy of artificial reef area was significantly higher than control area（P<0.05）. 【Conclusion】The construction of artificial reef area can greatly promote the recovery of fish resources within the effective influence area. The construction of marine pasture based on artificial reef and the key of resource restoration is the trend and key direction of future development.

Key words： artificial reef; community structure; eco-exergy; Wailingding，Zhuhai

Foundation item： Key Area Research and Development Project of Guangdong（2020B1111030002）; Basic Research Fund of the Chinese Academy of Fishery Sciences（2020TD06）

0 引言

【研究意義】珠江口及其鄰近海域漁業資源豐富，是多種生物的產卵場、索餌場和洄游通道，也是多種瀕危珍稀水生生物的棲息地。長期的過度捕撈致使近海漁業資源日益枯竭，海洋生物棲息地退化，生態荒漠化趨勢日益嚴重。近年來，隨著珠江口附近海域捕撈強度的不斷加大，漁業資源環境遭到嚴重破壞，資源增殖和恢復能力下降，漁獲物種類日趨單一，低齡化、小型化和低質化現象嚴重。人工魚礁是一種設置在海中的水下構筑物，旨在保護和改善特定水域生態環境，從而養護和增殖水生生物資源的設施（楊吝等，2005;Schroeter et al.，2015）。魚礁的投放可提高海底空間異質性及改變海底流場，開展人工魚礁建設是修復棲息地、養護海洋資源（Fukunaga and Bailey-Brock，2008）及提高漁業產出的重要手段。【前人研究進展】人工魚礁建設在世界漁業發達國家已有上百年歷史。1932年，日本政府制定“沿岸漁業振興政策”，1975年以法律形式明確發展人工魚礁建設，頒布《沿岸漁場儲備開發法》（劉卓和楊紀明，1995）。韓國、美國和澳大利亞等國家也相繼開展了人工魚礁及海洋牧場的相關建設和研究工作。我國人工魚礁探索始于1979年廣西北部灣，之后沿海地區普遍開展研究。人工魚礁的建設投放，對海域漁業資源的空間分布影響顯著，主要表現為顯著的集魚特性，投礁后魚礁區內部資源豐度大于魚礁區外部，魚礁區內的生物多樣性得到進一步豐富（Steimle and Meier，1997;王歡歡等，2018），同時魚礁的投放為生物提供了豐富的餌料及良好的庇護場所，在本能的驅使下，魚類的產卵、索餌和避敵等行為逐步向魚礁區內移動（劉鴻雁等，2018）。當前關于人工魚礁投放對生物的效應研究主要集中在礁區資源養護效果的研究，包括針對礁區浮游植物（雷安平等，2009）、浮游動物、仔稚魚、大型底棲生物、魚礁附著生物和漁業資源等群落結構和資源變動的分析（李勇等，2013;陳晨等，2016）。廖秀麗等（2013）研究投礁前后楊梅坑礁區浮游植物群落結構特征及其年際變化，投礁后浮游植物優勢種年際更替明顯，投礁后豐度顯著上升，表明人工魚礁的投放對浮游植物的生長具有積極效應。郭書新等（2017）對青山灣人工魚礁區及附近海域魚卵和仔稚魚開展調查，結果表明人工魚礁區魚類浮游生物群落多樣性較高，人工魚礁的投放已形成多樣化小生境。王亮根等（2018）研究礁區浮游動物群落特征并對仔稚魚分布趨勢進行了初步探討。對人工魚礁區資源量開展調查，是評價人工魚礁建設及其生態修復效果的重要手段之一，通過使用定置三重刺網、網籠、拖網和聲學等手段對礁區及附近漁獲物進行分析可知，人工魚礁在生態資源修復方面具有良好的效果（李娜娜等，2011）。海洋牧場建設過程中人工魚礁的投放對礁區水環境的影響也是研究的重要內容之一。在礁體流場效應研究方面，主要涉及人工魚礁布設產生的流場和潮汐動力影響（丁玲等，2018）。【本研究切入點】為解決前人研究時間跨度較短、所建設人工魚礁持續跟蹤監測較少及數據覆蓋周期不全面等問題，本研究選擇建礁前后10年的調查數據，進行人工魚礁區長時間序列的生態效果評價，追蹤觀察和分析人工魚礁對資源養護效果的可持續性影響。【擬解決的關鍵問題】基于珠海外伶仃人工魚礁區投礁前本底調查和投礁后2次跟蹤調查的結果，分析投礁前后海域游泳生物種類組成和群落結構的變動趨勢，評價投礁對漁業資源增殖的效果，以期豐富生態修復的效果評價，為珠海外伶仃礁區進一步管理和建設，以及今后我國人工魚礁及海洋牧場的發展提供基礎資料和理論支撐。

1 材料與方法

1. 1 研究區域及站位布設

珠海外伶仃人工魚礁區及附近海域調查范圍為東經114°02′～114°06′、北緯22°05′～22°07′海域，其中礁區位于珠海外伶仃島附近海域，面積2.16 km2，工程建造并投放礁體1781個，礁體空方量37497 m3。本研究依據投礁范圍，設置人工魚礁區站位5個，其中，1個站位處于礁區中心，4個站位處于礁區邊界，礁區外設置對比區站位1個（圖1），因礁區內部無法進行拖網調查，拖網主要在邊界4個站位附近開展，對比區同理，拖網范圍為以對比站為中心附近區域。根據章守宇等（2006）的研究結果，投放魚礁所產生的流場效應范圍一般不超過魚礁規模的50倍，本研究將對比區站位設置在距魚礁中心區約3.74 km的區域。

1. 2 采樣方法

采用拖網調查方式，分別在投礁前（2006年8月）及投礁后（2009年8月、2016年5月）分別進行1次本底調查和2次跟蹤調查。樣品采集和分析方法參照GB 12763—2007《海洋調查規范》及GB 17378—2007《海洋監測規范》的規定進行，現場對所獲漁獲物進行種類鑒定、技術、稱重和生物學測量。

1. 3 指標計算

以調查方式及漁獲數據為基礎，計算各站種類的漁獲組成、資源密度、生物多樣性指數、均勻度、豐富度指數、相對重要性指數、單純度和相似性指數等相關參數。

（1）拖網漁業資源密度（D）。采用底拖網掃海面積法估算，計算公式：

D=[cQ×a]

式中，D單位為kg/km2，c為平均每小時拖網漁獲量[kg/（網·h）]，Q為網具捕獲率（取0.5），a為每小時網具取樣面積[km2/（網·h）]。

（2）Shannon-Winener多樣性指數（H'）。反映游泳生物的多樣性，計算公式：

H'=[?i=1SPiln] （Pi，2）

式中，S為各站漁獲的種類總數，Pi為第i種的個體數與總個體數的比值。

（3）Pielou均勻度指數（J'）。反映游泳生物的均勻度，計算公式：

J'=H'/ln （S，2）

（4）Margalef種類豐富度指數（R）。計算公式：

R=[（S?1）lnN]

式中，N為各站總漁獲尾數。

（5）Pinkas相對重要性指數（Index of relative importance，IRI）。以此指標確定游泳生物的優勢種組成，IRI>1000時，定為優勢種（王雪輝等，2010）。

IRI=F×（M+W）

式中，F為漁獲的某一種類在總調查站位出現的頻率;M為漁獲的某一種類尾數占總尾數的百分比;W為漁獲的某一種類重量占總重量的百分比。

（6）游泳生物單純度指數（C）。計算公式：

C=[i=1Sn2iK2]

式中，ni為第i種的種類豐度，K為總豐度。

（7）投礁前后游泳生物相似性Jaccard物種相似性指數（Sj）。計算公式：

Sj=[ja1+b1?j]

式中，j為2個樣本（群落）共有的物種種類數，a1為樣本（群落）A中的物種種類數，b1為樣本（群落）B中的物種種類數。參考黃曉敏等（2019）提出的Jaccard群落相似性原理，當0

（8）生態能質（Eco-exergy）。即將熱力學的能質概念借鑒應用于生態系統的研究，是一種生物相對環境所具有的自由能，計算公式：

Exd=Ed×[i=1TCi]×βi

式中，Exd為生態能質密度，Ed為單位質量碎屑自由能，T為物種種類數，Ci為第i種的生物量，βi為第i種物種相對于碎屑的權重轉換因子。

1. 4 統計分析

試驗數據采用Excel 2016進行預處理和統計，利用SPSS 19.0進行T檢驗和顯著性分析。

2 結果與分析

2. 1 魚類種類組成及相似性分析

經分析鑒定，游泳生物調查采集的拖網漁獲樣品中共有游泳生物71種，隸屬8目34科46屬，包含魚類5目25科30屬36種，占50.70%，甲殼類2目8科15屬32種，占45.07%，軟體類1目1科1屬3種，占4.23%。礁區本底及跟蹤調查共捕獲游泳生物59種，對比區調查共捕獲游泳生物49種（表1），說明人工魚礁區附近海域投礁后游泳生物與投礁前相比具有更加豐富的種類數。礁區魚類總種類數由投礁前的9種逐步上升至投礁后的10種及23種，跟蹤調查種類數分別為本底調查的1.11倍和2.56倍。拖網調查結果顯示礁區魚類種類數占游泳生物總數的比重逐漸升高，從本底調查的39.13%提高到第二次跟蹤的63.89%。對比區第一次跟蹤調查游泳生物種類數與投礁前本底調查相比變化不大，第二次跟蹤調查游泳生物種類數略有增加，但依舊小于同期礁區調查結果，同時對比區各門類所占比例大致穩定，未發生明顯變動。第二次跟蹤調查拖網魚類漁獲總尾數達到2974尾，其中，礁區2384尾、對比區590尾，漁獲數量遠大于本底調查的88尾及投礁后第一次跟蹤調查的163尾（圖2），說明投礁后礁區及附近海域漁業資源經過多年恢復，資源明顯好轉。

從礁區和對比區魚類生物群落相似度來看，投礁前的本底調查相似性指數為0.286，投礁后2次跟蹤調查相似性指數分別為0.500和0.520（表1）。投礁后的第二次跟蹤調查兩區域相似性指數最高，二者為較相似，投礁前本底調查指數則呈現較不相似狀態。結果表明相似性指數在建設前后呈現波動態勢，整體來看隨著工程的結束和群落環境的恢復，兩區域的相似度在波動中不斷增加，體現了投礁對其有效輻射面積內生物資源和環境具有顯著的促進作用。

2. 2 魚類資源密度和豐度變化

投礁后2次跟蹤調查拖網結果（表2）表明，礁區魚類資源密度分別為2106.280和2861.685 kg/km2，均高于2006年投礁前本底調查的1698.264 kg/km2。礁區魚類資源密度均高于同期調查對比區結果，投礁后2次跟蹤調查礁區資源密度分別為對比區的4.35和5.58倍。從跟蹤調查拖網結果（表3）可知，礁區魚類豐度分別為48007.9和205961.1 ind/km2，均高于2006年投礁前本底調查的14398.8 ind/km2。礁區魚類豐度明顯增加，第二次跟蹤調查魚類豐度為投礁前本底調查的14.30倍，對比區魚類豐度呈波動狀態。礁體的投放改變了礁區及周圍海域的棲息環境，隨著時間的推移，礁區吸引了更多的中下層魚類的聚集，從而導致礁區和對比區魚類豐度差距顯著。

2. 3 優勢種變化分析

從投礁前后調查結果（表4）可知，礁區及對比區魚類優勢種有部分重疊，也有所差異。礁區歷次調查出現的優勢種有11種，分別為斑點雞籠鯧（Drepane punctata）、大鱗舌鰨（Cynoglossus macrolepidotus）、四線天竺鯛（Apogon quadrifasciatus）、青纓鲆（Crossorhombus azureus）、卵鰨（Solea ovata）、黃斑藍子魚（Siganus oramin）、短吻鲾（Leiognathus brevirostris）、二長棘鯛（Parargyrops edita）、多齒蛇鯔（Saurida tumbil）、日本金線魚（Nemipteras japonicus）和鹿斑鲾（Leiognathus ruconius），其中，本底調查及第二次跟蹤調查優勢種有5種，第一次跟蹤調查優勢種有3種。

對比區歷次調查出現的優勢種有7種，分別為黃斑藍子魚、大鱗舌鰨、矛尾鰕虎魚（Chaeturichthys stigmatias）、二長棘鯛、短吻鲾、多齒蛇鯔和麗葉鲹（Caranx kalla），其中，本底調查優勢種3種，2次跟蹤調查優勢種分別為2種和4種（表5）。與投礁前的本底調查及投礁后不久的第一次跟蹤調查結果對比可知，經過多年恢復和發展，短吻鲾和二長棘鯛等魚類取代黃斑藍子魚和大鱗舌鰨，成為礁區及其臨近海域的絕對優勢種類。

2. 4 群落特征指數

由圖3可看出，礁區多樣性指數（[H]'）變化范圍為1.131～2.062，平均值為1.721;均勻度（J'）變化范圍為0.491～0.938，平均值為0.686;豐富度指數（R）變化范圍為1.995～2.829，平均值為2.531;單純度（C）變化范圍為0.142～0.539，平均值為0.303。對比區多樣性指數變化范圍為0.844～1.416，平均值為1.098;均勻度為0.406～0.523，平均值為0.467;豐富度指數變化范圍為1.637～2.194，平均值為1.905;單純度變化范圍為0.357～0.656，平均值為0.521。礁區與對比區群落特征指數T檢驗結果表明，二者在豐富度指數呈極顯著性差異（P=0.002<0.01），多樣性指數及均勻度則無顯著性差異（P>0.05）。單純度結果顯示，對比區單純度較魚礁區高，說明礁區群落結構更加多樣化，種間比例更均勻。

2. 5 生態能質值結果估算

人工魚礁區和對比區的本底及跟蹤調查游泳生態能質值估算如表6所示。本底調查中人工魚礁區及對比區捕獲魚類的總生態能質值為21445.34 kJ/km2，投礁后2次跟蹤調查魚類總生態能質值分別為24175.91和31491.83 kJ/km2。礁區生態能質值結果顯示，投礁前后變化明顯，魚類生態能質值從本底調查的15847.01 kJ/km2上升至跟蹤調查的19654.33和26703.24 kJ/km2，2次跟蹤調查結果分別為本底調查的1.24和1.69倍。對比區生態能質值狀態平穩，整體略有降低。礁區生態能質值明顯高于對比區，針對礁區和對比區魚類投礁后的生態能質值進行T檢驗，結果表明，投礁區域與對比區域魚類漁獲的生態能質值具有顯著性差異（P=0.034<0.05）。

3 討論

3. 1 種類組成和優勢種分析

人工魚礁建設是保護和增殖漁業資源的有效手段（劉同渝，2003），魚礁的投放對其有效影響范圍內生物群落的聚集和恢復，尤其是魚類誘集和養護具有顯著促進作用（董天威等，2015）。本研究通過對珠海外伶仃海域本底和跟蹤調查結果分析得出，投礁后海域魚類種類數、尾數及資源密度隨著時間的推移明顯增多。由此可知，魚礁對魚類生境變化的正促進效應明顯，同時帶動輻射礁區周邊海域，與礁區中心相隔近4 km的對比區魚類群落結構和資源也有一定程度的向好，說明礁體對海域的影響作用范圍較廣（王新萌等，2016）。礁區種類數增幅大于對比區，其中原因可能是，一方面由于魚礁的投放限制了拖網等捕撈手段的開展，降低了礁區的捕撈壓力，使捕撈壓力更多的向對比區等其他區域延伸;另一方面魚礁改變了區域內生境構造，形成了誘集效應、陰影效應、流場效應和棲息空間（Williams-Grove and Szedlmayer，2017;姜昭陽等，2019），營造出對魚類尤其是礁棲型魚類具有吸引力的棲息環境，有效重建傳統產卵場和索餌場，從而形成礁區與對比區種類數、資源密度和豐度的不同變化趨勢。調查區域魚類優勢種的變動表明隨著時間延長和環境穩定，二長棘鯛和短吻鲾等逐步發展為區域內的優勢種。

通過礁區和對比區群落相似程度分析投礁前后物種組成的變化，外伶仃人工魚礁區呈現上升趨勢，礁區與對比區群落由投礁前的較不相似變為較相似，第二次跟蹤調查相似度進一步升高。產生變化的原因與投礁作用有關，投礁初期打破了局部海域原有的生態環境，經過一定時間的緩沖，海域進行了自我調節（王偉定等，2010），而后續長時間適應性變動，則不同生境下的區域又產生一定的差異。一般來說隨著距離的增加，群落相似度會逐漸降低（黃曉敏等，2019），但第一次跟蹤調查時間距建設時間較近，由于生境的突然改變，群落結構正在劇烈動態變化中，可能由于生物交流活動的頻繁而產生更高的相似性。經過長時間緩沖后的第二次跟蹤調查，則為較穩定的狀態，其結果呈現一定的相似性。本研究認為目前魚礁建設時間不長，生態效應僅初步顯現（王軍等，2012;劉永虎等，2016）。

3. 2 群落結構多樣性分析

在生態系統中針對群落結構多樣性研究的工作越來越多，生物多樣性指數是研究群落結構和變化的指標之一。礁區多樣性指數變動幅度不大，表明區域內多樣性不突出，但仍可看出礁區高于對比區，可能是由于投礁后礁區形成的空間異質性較高，為浮游生物、底棲生物和魚卵等提供可庇佑的生存環境，從而使礁區的生物多樣性明顯高于對比區（董天威等，2015）。單純度越高，群落結構越簡單（張濤等，2010），調查中發現對比區在3次調查中，單純度均高于人工魚礁區，說明相較于礁區而言對比區的群落結構更加趨于單一化。群落結構的穩定性與其復雜程度密切相關，單一的群落結果更容易受到外界變化的沖擊，魚礁的投放豐富了生物的棲息環境，礁區抵御風險的能力在對比區之上。

3. 3 生態能質分析

能值作為描述生態系統的指標，其變化可反映生態系統中物種組成和生態結構的變化趨勢（張永澤等，1997）。能值和生態學研究的結合，是學科交叉和滲透的結果，通過能值的變化，可對生態系統的動態變動趨勢和預期結果進行評估分析（Bastianoni，1998）。投礁工程建設的開展以及礁體投放后的生態效應對周邊生物群落的影響并不是一成不變的，隨著周圍環境條件和地形地貌的改變，生態群落也持續保持變動和演替，生態系統則在不斷變動過程中趨于能值最大化的結構程度（Santos and Monteiro，1997）。珠海外伶仃人工魚礁區建設周期為2007年5月—2009年1月，投礁完成后的2次跟蹤調查分別為2009和2016年。隨著時間的推移，人工魚礁區魚類Exergy值不斷增大，表明投礁后的魚礁生態系統由簡單到復雜，系統穩定性由脆弱結構轉變為物種增多、穩定度提高的健康結構。王宇等（2018）針對天津近岸海域人工魚礁區展開的漁業資源增殖效果評估結論也顯示，大神堂礁區物種多樣性不斷增加，結構趨于復雜，結構穩定性有一定的改善。本研究中礁區與對比區能值差異進一步加大，表明礁區具有更復雜和穩定的生態結構。人工魚礁的建設和投放，對珠海外伶仃礁區附近區域的生態系統多樣性和穩定性有一定的改善和促進作用，隨著時間的推移和生態系統的進一步修復完善，其作用和優勢將更加明顯。

4 結論

珠海外伶仃人工魚礁建設海域魚類生物資源恢復向好明顯，人工魚礁建設對改善魚類群落結構、增加生態系統穩定性具有明顯促進作用，隨著礁區規模的擴大和時間的推移，人工魚礁建設定會更好地發揮其資源養護的效應。

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（責任編輯 鄧慧靈）