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海水养殖：“生态负担”如何成为“生态红利”
来源:中国自然资源报、南方海洋实验室
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作者:秘书处
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发布时间: 2020-05-26
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作为人类重要的蛋白质来源，海水养殖的水产品在弥补世界粮食产量不足、缓解人口增长对食物需求的压力等方面发挥了巨大作用，也不可避免地对海洋环境造成负面影响。
作为人类重要的蛋白质来源，海水养殖的水产品在弥补世界粮食产量不足、缓解人口增长对食物需求的压力等方面发挥了巨大作用，也不可避免地对海洋环境造成负面影响。
近日，我国一项研究成果发表在环境科学与生态学领域国际顶级期刊《全环境科学》上，该研究指出，海带养殖对近海富营养化水质和浮游植物群落有重要调控作用，可有效减轻水体富营养化和酸化，并显著增强浮游植物多样性，因此，海带可作为海湾生态修复的备选工具种。该发现可服务于海湾生态系统科学管控，指导海水养殖空间规划与政策制定。
据联合国粮食及农业组织统计，2016年全球海水养殖提供的鱼、虾、蟹、贝、藻等产量已达2866万吨，价值674亿美元。《2019中国渔业统计年鉴》显示，我国海水养殖面积和产量已分别从1980年的13万顷和44万吨增加至2018年的204万顷和2031万吨。
海水养殖业快速发展，人们开始关注其对海洋生态环境带来的负面影响。
集约化养殖过程中，除陆源输入外，养殖动物进食后的残饵及排泄物，是养殖海域的主要污染源。养殖区自身污染物的大量排放可引起局部海域氮磷营养盐、有机质含量过高，造成水质恶化。特别是在一些水体交换能力较差、养殖密度较高的半封闭海湾，水体富营养化加剧，形成藻华甚至赤潮，已成为困扰我国海洋自然资源可持续利用的“生态负担”。
大型海藻是海洋中重要的初级生产者，生命周期长、生长快，能通过光合作用吸收水体中的氮磷营养盐和二氧化碳，释放氧气。大型海藻除与小型藻类（浮游植物）形成营养竞争外，还可产生化学物质对浮游植物生长产生抑制效应（即“化感作用”）。贝类（尤其是滤食性双壳类）则通过滤食浮游植物、纤毛虫和小型桡足类等浮游生物，间接消耗水体中的营养盐和二氧化碳。因此，养殖大型海藻、贝类被广泛推荐用于近海富营养化和浮游植物藻华的控制。
我国大型海藻和海水贝类养殖历史悠久，且品种繁多，是“蓝色粮仓”的重要组成部分。例如，海藻养殖品种有海带、紫菜、裙带菜、江蓠、羊栖菜和麒麟菜等，贝类养殖品种有牡蛎、扇贝、贻贝、鲍、花蛤和螠蛏等，这些均是餐桌上的常见食物。此外，一些大型海藻是医药保健和轻化工的重要原料，具有较高的经济价值。目前，我国大型海藻、贝类的养殖面积和产量均居世界首位。然而，人们对海带、牡蛎养殖如何调控自然海域水质和浮游植物藻华仍然缺乏足够了解。
“水下森林”生态调控机理研究，服务近海生态系统科学管控
研究团队发现，海带、牡蛎养殖对近海水质和浮游植物群落有重要调控作用，可有效减轻水体富营养化和酸化，形成“碳汇”，显著增强浮游植物多样性，改善海洋生态环境，是重要的“生态红利”。因此，海带和牡蛎可作为近海生态修复的备选工具种。该发现可服务于近海生态系统的科学管控，指导海水养殖的空间规划与政策制定，促进“人海和谐发展”。
这项研究自2008年起在东海的亚热带半封闭海湾象山港开展，历时8年。研究结果显示：海带收割每年可从象山港水体移除297吨氮和42吨磷，如果扣除长江径流对象山港海域输入的高营养盐本底，海带养殖对该海湾水体富营养化的改善作用将更为明显。
养殖海带和牡蛎及其附生群落形成“水下森林”，提供了众多小生境，减弱了潮流动力，降低了底质再悬浮，提高了海水透明度，显著增强生物多样性；海带抑制了有害甲藻的生长，降低了有害赤潮的发生风险。
牡蛎养殖区的浮游植物及附生在养殖筏架上的大型海藻直接吸收水体中的氮磷营养盐和二氧化碳，而牡蛎及其附生的海绵、海鞘等通过摄食浮游植物、藻类碎屑和其他颗粒物，用于自身组织或壳体生长，降低了浮游植物生物量、悬浮物浓度和有机质含量，待牡蛎收获后，其体内的营养物质和碳将直接移除出水体。
牡蛎在摄食颗粒物后产生大量粪便，通过生物沉积作用将部分颗粒态的营养物质埋藏在海底，同时牡蛎排泄出部分溶解态的营养盐，再供浮游植物和大型海藻利用，从而间接降低了水体的营养盐含量。通过上述过程，海带、牡蛎养殖可达到净化水质和控制藻华的目的。
需要注意的是，牡蛎滤食引起了较强的生物沉积作用，容易造成养殖区底部沉积物的高有机质、高营养环境。尽管丰富的有机质和营养物质促进了底栖生物的生长与繁殖，有利于提高虾蟹类和底栖鱼类的渔获量，但如果有机质和营养物质含量过高，极可能引起底层环境缺氧，将严重影响底栖生态体系的维持与食物产出。因此，需要定期移动养殖筏架，避免牡蛎养殖造成的底质污染。
此外，考虑到海带属于冷水性物种，适宜在水温较低的冬、春季养殖，因此需要轮养耐高温的大型海藻，保证全年不同季节都有大型海藻养殖。有研究估算，我国的大型海藻养殖每年可吸收7.5万吨氮和0.95万吨磷，极大地降低近海富营养化程度及赤潮灾害的发生风险。
多营养层级综合养殖模式，是未来海洋空间高效利用的方向之一
十几年来，我国科研生产人员在理论研究与养殖实践中发展出了高效的健康生态养殖模式，即多营养层级综合养殖模式——通过搭配不同种类养殖生物，利用养殖生物间的食性和生态习性实现营养物质和能量的循环利用。投饵类动物（鱼类等）、滤食性贝类（牡蛎等）、大型海藻（海带等）和沉积食性动物（海参等）等不同营养级生物组成综合养殖系统。系统中一些养殖生物的残饵和排泄物是另一些养殖生物的营养物质来源。该模式在促进养殖产品持续高产、减轻养殖生态环境压力、提高养殖系统循环利用效率等方面具有显著作用，可实现养殖用海空间资源立体化，尽可能最大化地利用海洋空间资源。
目前，较为成熟的多营养层级综合养殖模式有贝-藻、鱼-贝-藻和贝-藻-参等。以牡蛎-海带-海参立体综合养殖系统为例，滤食性的牡蛎以海水中的浮游生物和颗粒物为食，其呼吸作用产生的二氧化碳及排泄的氮磷营养盐可供海带吸收并进行光合作用；海带光合作用产生的氧气又被牡蛎利用，海带的碎屑也是牡蛎的食物来源；沉入海底的海带碎屑、牡蛎排泄的粪便则是海参的食物；海带光合作用产生的氧气可供海参利用，而海参的粪便也会被微生物降解成氮磷营养盐供海带吸收利用。如此，牡蛎、海带和海参产生了营养物质和能量流动循环，互惠互利，既提高了单位面积的养殖效益，又减轻了水体富营养化污染。
多营养层级综合养殖不仅具有较高的经济和环境效益，还具有很大的生态效益。不仅能提高物质和能量利用效率，还能提升生态系统服务功能。以象山港为例，因海带、牡蛎养殖区生境多样、鱼类众多，不少海钓爱好者在此垂钓，成为休闲渔业的组成部分，为养殖创收开辟了一条新途径。
多营养层级综合养殖模式已在山东省桑沟湾和浙江省象山港等局部海域实现了产业化，但其辐射范围和产业化规模仍然较小。这或许与相关养殖技术推广、基础研究力度不足有关。科学利用海洋空间需要不断提高对不同类型海洋生态系统的认知，并在陆海统筹的生态科学规律基础上实现“人海和谐”，让“蓝色粮仓”可持续发展。
我国海洋生态系统涵盖盐沼、红树林、珊珊礁、海藻/海草、上升流、河口、海湾、浅海和深海等自然生态系统与浅海增养殖区、人工鱼礁和海洋牧场等人工生态系统。人工生态系统的营造和空间布局应遵循该空间及毗连海域自然生态系统的运行规律，需要关注过剩饵料造成的有机质沉积、富营养化与营养盐结构失衡，人工藻场、礁场对自然生态系统的改造与破坏等问题对海洋生态系统的影响。
总之，要用自然科学规律指导海洋空间的合理布局，优化顶层设计，加强海洋自然资源管理，推进海洋生态文明建设，让科技促进“生态负担”转变为“生态红利”。
近日，我国一项研究成果发表在环境科学与生态学领域国际顶级期刊《全环境科学》上，该研究指出，海带养殖对近海富营养化水质和浮游植物群落有重要调控作用，可有效减轻水体富营养化和酸化，并显著增强浮游植物多样性，因此，海带可作为海湾生态修复的备选工具种。该发现可服务于海湾生态系统科学管控，指导海水养殖空间规划与政策制定。
研究团队采样现场
据联合国粮食及农业组织统计，2016年全球海水养殖提供的鱼、虾、蟹、贝、藻等产量已达2866万吨，价值674亿美元。《2019中国渔业统计年鉴》显示，我国海水养殖面积和产量已分别从1980年的13万顷和44万吨增加至2018年的204万顷和2031万吨。
海水养殖业快速发展，人们开始关注其对海洋生态环境带来的负面影响。
集约化养殖过程中，除陆源输入外，养殖动物进食后的残饵及排泄物，是养殖海域的主要污染源。养殖区自身污染物的大量排放可引起局部海域氮磷营养盐、有机质含量过高，造成水质恶化。特别是在一些水体交换能力较差、养殖密度较高的半封闭海湾，水体富营养化加剧，形成藻华甚至赤潮，已成为困扰我国海洋自然资源可持续利用的“生态负担”。
大型海藻是海洋中重要的初级生产者，生命周期长、生长快，能通过光合作用吸收水体中的氮磷营养盐和二氧化碳，释放氧气。大型海藻除与小型藻类（浮游植物）形成营养竞争外，还可产生化学物质对浮游植物生长产生抑制效应（即“化感作用”）。贝类（尤其是滤食性双壳类）则通过滤食浮游植物、纤毛虫和小型桡足类等浮游生物，间接消耗水体中的营养盐和二氧化碳。因此，养殖大型海藻、贝类被广泛推荐用于近海富营养化和浮游植物藻华的控制。
我国大型海藻和海水贝类养殖历史悠久，且品种繁多，是“蓝色粮仓”的重要组成部分。例如，海藻养殖品种有海带、紫菜、裙带菜、江蓠、羊栖菜和麒麟菜等，贝类养殖品种有牡蛎、扇贝、贻贝、鲍、花蛤和螠蛏等，这些均是餐桌上的常见食物。此外，一些大型海藻是医药保健和轻化工的重要原料，具有较高的经济价值。目前，我国大型海藻、贝类的养殖面积和产量均居世界首位。然而，人们对海带、牡蛎养殖如何调控自然海域水质和浮游植物藻华仍然缺乏足够了解。
“水下森林”生态调控机理研究，服务近海生态系统科学管控
研究团队发现，海带、牡蛎养殖对近海水质和浮游植物群落有重要调控作用，可有效减轻水体富营养化和酸化，形成“碳汇”，显著增强浮游植物多样性，改善海洋生态环境，是重要的“生态红利”。因此，海带和牡蛎可作为近海生态修复的备选工具种。该发现可服务于近海生态系统的科学管控，指导海水养殖的空间规划与政策制定，促进“人海和谐发展”。
这项研究自2008年起在东海的亚热带半封闭海湾象山港开展，历时8年。研究结果显示：海带收割每年可从象山港水体移除297吨氮和42吨磷，如果扣除长江径流对象山港海域输入的高营养盐本底，海带养殖对该海湾水体富营养化的改善作用将更为明显。
海带养殖生态调控示意图
养殖海带和牡蛎及其附生群落形成“水下森林”，提供了众多小生境，减弱了潮流动力，降低了底质再悬浮，提高了海水透明度，显著增强生物多样性；海带抑制了有害甲藻的生长，降低了有害赤潮的发生风险。
牡蛎养殖区的浮游植物及附生在养殖筏架上的大型海藻直接吸收水体中的氮磷营养盐和二氧化碳，而牡蛎及其附生的海绵、海鞘等通过摄食浮游植物、藻类碎屑和其他颗粒物，用于自身组织或壳体生长，降低了浮游植物生物量、悬浮物浓度和有机质含量，待牡蛎收获后，其体内的营养物质和碳将直接移除出水体。
牡蛎在摄食颗粒物后产生大量粪便，通过生物沉积作用将部分颗粒态的营养物质埋藏在海底，同时牡蛎排泄出部分溶解态的营养盐，再供浮游植物和大型海藻利用，从而间接降低了水体的营养盐含量。通过上述过程，海带、牡蛎养殖可达到净化水质和控制藻华的目的。
需要注意的是，牡蛎滤食引起了较强的生物沉积作用，容易造成养殖区底部沉积物的高有机质、高营养环境。尽管丰富的有机质和营养物质促进了底栖生物的生长与繁殖，有利于提高虾蟹类和底栖鱼类的渔获量，但如果有机质和营养物质含量过高，极可能引起底层环境缺氧，将严重影响底栖生态体系的维持与食物产出。因此，需要定期移动养殖筏架，避免牡蛎养殖造成的底质污染。
此外，考虑到海带属于冷水性物种，适宜在水温较低的冬、春季养殖，因此需要轮养耐高温的大型海藻，保证全年不同季节都有大型海藻养殖。有研究估算，我国的大型海藻养殖每年可吸收7.5万吨氮和0.95万吨磷，极大地降低近海富营养化程度及赤潮灾害的发生风险。
多营养层级综合养殖模式，是未来海洋空间高效利用的方向之一
十几年来，我国科研生产人员在理论研究与养殖实践中发展出了高效的健康生态养殖模式，即多营养层级综合养殖模式——通过搭配不同种类养殖生物，利用养殖生物间的食性和生态习性实现营养物质和能量的循环利用。投饵类动物（鱼类等）、滤食性贝类（牡蛎等）、大型海藻（海带等）和沉积食性动物（海参等）等不同营养级生物组成综合养殖系统。系统中一些养殖生物的残饵和排泄物是另一些养殖生物的营养物质来源。该模式在促进养殖产品持续高产、减轻养殖生态环境压力、提高养殖系统循环利用效率等方面具有显著作用，可实现养殖用海空间资源立体化，尽可能最大化地利用海洋空间资源。
目前，较为成熟的多营养层级综合养殖模式有贝-藻、鱼-贝-藻和贝-藻-参等。以牡蛎-海带-海参立体综合养殖系统为例，滤食性的牡蛎以海水中的浮游生物和颗粒物为食，其呼吸作用产生的二氧化碳及排泄的氮磷营养盐可供海带吸收并进行光合作用；海带光合作用产生的氧气又被牡蛎利用，海带的碎屑也是牡蛎的食物来源；沉入海底的海带碎屑、牡蛎排泄的粪便则是海参的食物；海带光合作用产生的氧气可供海参利用，而海参的粪便也会被微生物降解成氮磷营养盐供海带吸收利用。如此，牡蛎、海带和海参产生了营养物质和能量流动循环，互惠互利，既提高了单位面积的养殖效益，又减轻了水体富营养化污染。
多营养层级综合养殖不仅具有较高的经济和环境效益，还具有很大的生态效益。不仅能提高物质和能量利用效率，还能提升生态系统服务功能。以象山港为例，因海带、牡蛎养殖区生境多样、鱼类众多，不少海钓爱好者在此垂钓，成为休闲渔业的组成部分，为养殖创收开辟了一条新途径。
多营养层级综合养殖模式已在山东省桑沟湾和浙江省象山港等局部海域实现了产业化，但其辐射范围和产业化规模仍然较小。这或许与相关养殖技术推广、基础研究力度不足有关。科学利用海洋空间需要不断提高对不同类型海洋生态系统的认知，并在陆海统筹的生态科学规律基础上实现“人海和谐”，让“蓝色粮仓”可持续发展。
我国海洋生态系统涵盖盐沼、红树林、珊珊礁、海藻/海草、上升流、河口、海湾、浅海和深海等自然生态系统与浅海增养殖区、人工鱼礁和海洋牧场等人工生态系统。人工生态系统的营造和空间布局应遵循该空间及毗连海域自然生态系统的运行规律，需要关注过剩饵料造成的有机质沉积、富营养化与营养盐结构失衡，人工藻场、礁场对自然生态系统的改造与破坏等问题对海洋生态系统的影响。
总之，要用自然科学规律指导海洋空间的合理布局，优化顶层设计，加强海洋自然资源管理，推进海洋生态文明建设，让科技促进“生态负担”转变为“生态红利”。