東海大陸架漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)模型研究.pdf

1、東海海區(qū)作為我國(guó)第二大海區(qū),漁業(yè)資源豐富,是沿近海重要的漁區(qū)。2000年?yáng)|海海洋捕撈產(chǎn)量達(dá)625.4×10~4 t,占全國(guó)海洋捕撈產(chǎn)量的42.33％。隨著沿海經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,各類陸源污染物排放量迅猛增加,東海海洋受污染的態(tài)勢(shì)日益加劇。加之長(zhǎng)期以來(lái)中國(guó)在東海的捕撈力量持續(xù)增長(zhǎng),東海底層主要經(jīng)濟(jì)魚(yú)類資源顯著衰退,漁獲物日趨小型化,生命周期短、低營(yíng)養(yǎng)級(jí)漁獲物比例增加,漁業(yè)資源正在向低值、惡劣轉(zhuǎn)化,資源狀況令人擔(dān)憂。沿岸與近海資源在充分或過(guò)度利

2、用下仍處在衰退中,上層魚(yú)類、頭足類、小宗經(jīng)濟(jì)魚(yú)類資源等潛力已經(jīng)不足,小型魚(yú)、小蝦和雜蟹資源數(shù)量雖多,但利用價(jià)值不高。東海漁業(yè)正處在低值魚(yú)、低齡魚(yú)和小型魚(yú)漁獲量居高不下的高產(chǎn)假象中,而實(shí)際上海洋生物資源狀況在繼續(xù)惡化。然而,有關(guān)東海大陸架污染治理和漁業(yè)管理的工作尚未在“生態(tài)系統(tǒng)的架構(gòu)”下統(tǒng)一開(kāi)展,漁業(yè)生產(chǎn)仍然著眼于短期利益,捕撈結(jié)構(gòu)不合理,捕撈強(qiáng)度控制不力,過(guò)度捕撈和養(yǎng)殖仍然在加速破壞東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)的正常結(jié)構(gòu)。為探討東海大陸架生態(tài)健康

3、惡化的成因,解決其環(huán)境污染和漁業(yè)資源衰退的問(wèn)題,有關(guān)科研單位對(duì)東海大陸架的環(huán)境、生態(tài)、漁業(yè)和生物資源等,進(jìn)行了多次大規(guī)模的調(diào)查和長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)工作,相繼開(kāi)展了許多相關(guān)的研究,積累了相當(dāng)全面、系統(tǒng)的基礎(chǔ)資料。但是,以往的研究大多只針對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中一種或幾種環(huán)境和生物因子,未能充分整合有關(guān)東海大陸架完備的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和資料。采用基于食物網(wǎng)的生態(tài)系統(tǒng)模型,從整個(gè)系統(tǒng)的角度,并采用量化的方法來(lái)探討漁業(yè)和環(huán)境影響的研究在國(guó)內(nèi)尚不多見(jiàn)。
　　本論文

4、運(yùn)用生態(tài)學(xué)、水生生物學(xué)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)并緊密結(jié)合漁業(yè)生態(tài)系統(tǒng)模型分析方法的國(guó)際前沿和我國(guó)的海洋漁業(yè)管理中的關(guān)鍵問(wèn)題和迫切需求進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,得出了可量化和綜合的結(jié)果,對(duì)東海大陸架的漁業(yè)和環(huán)境決策也具有一定的指導(dǎo)意義。從生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育的角度,指出“幼態(tài)化”是東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀特征,其發(fā)育的過(guò)程是由“成熟態(tài)”向“幼態(tài)”逆向演替;對(duì)東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬,得出了與其發(fā)育進(jìn)程相一致的結(jié)果。在對(duì)東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)各功能組以及

5、漁業(yè)之間的相互關(guān)系進(jìn)行量化分析的基礎(chǔ)上,對(duì)相關(guān)捕撈結(jié)構(gòu)調(diào)整進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬,提出了在保護(hù)和恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)正常功能結(jié)構(gòu)的同時(shí),兼顧漁業(yè)經(jīng)濟(jì)收益和社會(huì)效益最佳化的捕撈結(jié)構(gòu)比例;根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)資源保護(hù)的關(guān)鍵種理論,首次應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)模型對(duì)東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵種進(jìn)行了篩選。本文的具體結(jié)果及結(jié)論如下:
　　1.東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的Ecopath模型分析應(yīng)用因子分析聚類分析,構(gòu)建了一個(gè)具有38個(gè)功能組的東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)的能量平衡模型,

6、同時(shí)整合6種捕撈方式,并利用其基本分析和網(wǎng)絡(luò)分析(Network analysis)功能,對(duì)1998～2001年間東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特征進(jìn)行了量化和系統(tǒng)的研究。整個(gè)東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)主要由7個(gè)整合營(yíng)養(yǎng)級(jí)構(gòu)成。其能流、生物量及生產(chǎn)量的分布呈金字塔型,能量流動(dòng)主要發(fā)生在食物網(wǎng)底層部分,營(yíng)養(yǎng)級(jí)Ⅰ的利用效率低下,大量初級(jí)生產(chǎn)力未進(jìn)入更高層次的營(yíng)養(yǎng)流動(dòng),從而造成生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)流動(dòng)的“阻塞”。主要經(jīng)濟(jì)魚(yú)類功能組較高的漁業(yè)捕撈死亡率和生態(tài)轉(zhuǎn)化效

7、率,表明各功能組生物的漁業(yè)捕撈壓力較大。混合營(yíng)養(yǎng)影響(Mixed trophic impacts)研究表明,漁業(yè)對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響顯著,漁獲物平均營(yíng)養(yǎng)級(jí)(Mean trophic level of the catch)從1965年的3.5下降到2001年的3.01,盡管捕撈量不斷提高,但來(lái)自低營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物比例不斷增加,漁獲物低質(zhì)化、小型化嚴(yán)重。過(guò)高的凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)、初級(jí)生產(chǎn)力/呼吸(TPP/R)以及較低的聯(lián)結(jié)指數(shù)(CI)、

8、系統(tǒng)雜食指數(shù)(SOI)和Finn’s循環(huán)指數(shù)(FCI)等生態(tài)系統(tǒng)參數(shù),則表明東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)的健康度較差、成熟度和穩(wěn)定性較低,是一個(gè)典型的尚處于“幼態(tài)”的生態(tài)系統(tǒng)。
　　2.東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育的Ecopath比較研究采用Ecopath構(gòu)建了東海大陸架1970(1969～1972)和2000(1998～2001)年代的生態(tài)系統(tǒng)模型。比較了這2個(gè)模型在基本生態(tài)參數(shù)、系統(tǒng)總體特征、食物網(wǎng)關(guān)系以及營(yíng)養(yǎng)流的分布和循環(huán)等方面的差異。模型

9、參數(shù)估計(jì)表明,東海生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)正由底層系統(tǒng)向中上層系統(tǒng)轉(zhuǎn)變,底層魚(yú)類尤其是大型肉食性魚(yú)類的生物量和流量呈現(xiàn)下降趨勢(shì),而中上層小型魚(yú)蝦類生物量和流量則顯著上升。值得注意的是,水母類的生物量增加了近150%。各種魚(yú)蝦類的P/B系數(shù)以及捕撈死亡占魚(yú)蝦類生產(chǎn)量的比例均顯著上升,表明捕撈的壓力有日益增強(qiáng)的趨勢(shì)。初級(jí)生產(chǎn)力、總生物量以及系統(tǒng)總輸出均顯著上升。漁獲物平均營(yíng)養(yǎng)級(jí)由1970年代的3.14下降到3.01,在表征生態(tài)系統(tǒng)“成熟度”的各項(xiàng)指標(biāo)中

10、,NPP、NPP/R、ascendency在模擬的兩個(gè)年代之間急劇增加,而CI、SOI、FCI等指標(biāo)則顯著下降,因沉積而脫離系統(tǒng)的碎屑量增長(zhǎng)了8%,食物鏈路徑總數(shù)和平均長(zhǎng)度也大幅度降低,表明食物網(wǎng)之間的聯(lián)系減少。此外,營(yíng)養(yǎng)級(jí)Ⅳ、Ⅴ的生物量、生產(chǎn)量以及流量所占的比例顯著減小,而營(yíng)養(yǎng)級(jí)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所占的比例則不斷增大。上述指標(biāo)的變化,恰恰與生態(tài)系統(tǒng)的正常發(fā)育進(jìn)程相反,提示東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)在這30年間的發(fā)育過(guò)程由成熟態(tài)向幼態(tài)發(fā)生了逆向演替。<

11、br>　　3.東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育和漁業(yè)影響的Ecosim動(dòng)態(tài)模擬以1970年代的Ecopath模型作為初始狀態(tài),采用Ecosim對(duì)東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)在1969～2000年間的發(fā)育動(dòng)態(tài)進(jìn)行了時(shí)間序列分析模擬。結(jié)果表明,在捕撈強(qiáng)度的時(shí)間強(qiáng)制序列的驅(qū)動(dòng)下,大中型魚(yú)類的生物量均顯著下降,小型魚(yú)蝦類的生物量和捕撈量則顯著上升。大部分魚(yú)蝦類捕撈量的模擬結(jié)果與統(tǒng)計(jì)值吻合較好,并給出了合理的預(yù)測(cè)趨勢(shì)。系統(tǒng)總流量和初級(jí)生產(chǎn)力急劇增加,終末狀態(tài)由碎屑沉

12、積而脫離系統(tǒng)的物流增加26%。TPP/R增加了85.9%,FCI和FMPL分別下降了53.1%和14.9%,系統(tǒng)的成熟度顯著降低,其預(yù)測(cè)趨勢(shì)與東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育進(jìn)程相符合。Ecosim的模擬結(jié)果較好地解釋了東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)育機(jī)制,即在不斷增強(qiáng)的漁業(yè)捕撈壓力下,大中型魚(yú)類尤其是頂級(jí)捕食者的資源量更易遭到破壞,從而減少了對(duì)小型魚(yú)蝦類的捕食壓力,使得這些r型種取代k型種占據(jù)系統(tǒng)的統(tǒng)治地位,這也很好的解釋了漁獲物中小型魚(yú)蝦類比例增加

13、的現(xiàn)狀。
　　4.東海大陸架漁業(yè)政策的Ecosim模型分析系統(tǒng)的構(gòu)建以2000年代的Ecopath模型為“核心”,輸入時(shí)間序列模擬得出動(dòng)態(tài)模擬關(guān)鍵參數(shù)vulnerability,應(yīng)用Ecosim動(dòng)態(tài)模擬建立了目前東海大陸架海區(qū)漁業(yè)政策模擬系統(tǒng)。通過(guò)此系統(tǒng)調(diào)節(jié)漁業(yè)捕撈結(jié)構(gòu)比例,可以模擬分析在經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益目標(biāo)下,系統(tǒng)收入支出、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的變化,從而篩選出最佳漁業(yè)捕撈政策。系統(tǒng)模擬輸出結(jié)果顯示,為了最大限度的提

14、高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益,生態(tài)系統(tǒng)受增加的漁業(yè)捕撈強(qiáng)的影響顯著,系統(tǒng)中各主要功能組的生物量顯著降低,生態(tài)系統(tǒng)多樣性指數(shù)、系統(tǒng)成熟度,漁獲物平均捕撈營(yíng)養(yǎng)級(jí)顯著降低。而單獨(dú)以生態(tài)效益為發(fā)展目標(biāo)時(shí),整個(gè)漁業(yè)捕撈努力量降低70%,這將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)問(wèn)題的出現(xiàn)。系統(tǒng)權(quán)衡分析表明,對(duì)目前東海捕撈結(jié)構(gòu)而言,嚴(yán)格控制捕撈結(jié)構(gòu)比例,可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、社會(huì)穩(wěn)定和保護(hù)生態(tài)環(huán)境的三贏局面。
　　5.東海大陸架生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵種的篩選的研究關(guān)鍵種可以為了最

15、大程度地保護(hù)生物多樣性而進(jìn)行優(yōu)先保護(hù)的目標(biāo),然而傳統(tǒng)的“移除實(shí)驗(yàn)”方法在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)生態(tài)系統(tǒng)中關(guān)鍵種的確定不是一件容易的事情。本節(jié)應(yīng)用Ecopath with Ecosim模型的動(dòng)態(tài)模擬功能,闡述了應(yīng)用動(dòng)態(tài)模型分析篩選生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵種的全新方法。并以東海大陸架海洋生態(tài)系統(tǒng)為例,應(yīng)用Ecosim動(dòng)態(tài)模擬傳統(tǒng)的“移除實(shí)驗(yàn)”方法通過(guò)4個(gè)傳統(tǒng)生態(tài)學(xué)關(guān)鍵種確定指標(biāo)(community importance,community longevity