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中國網/中國發展門戶網訊 海洋漁業資源是長期以來一直是人類優質蛋白攝食的“藍色糧倉”，為人類社會發展提供了源源不斷的水產食品。近 50 年以來，隨著我國近岸海域漁業資源過度捕撈，以及伴隨的海洋環境污染、生境破壞等問題，導致我國海洋漁業資源明顯衰退。為滿足人民群眾日益增長的海洋水產品需求，以魚蝦類、貝蟹類、海珍品等為主要對象的海水養殖產業異軍突起，成為海洋水產蛋白的主要供給源。這種傳統的海水養殖產業因海水環境污染、養殖生物病害頻發、養殖產品質量下滑等原因已難以攤位設計適應我國經濟社會持續發展和海洋生態環境保護的要求。在此背景下，海洋牧場以一種全新的海洋漁業生產模式被國內外廣泛關注，成為我國海洋漁業產業轉型升級和新舊動能轉換的重要取向。然而，現代海洋牧場多從海洋養殖生物學角度出發建設，缺乏對海洋牧場生態系統的整體考慮，理論體系不甚健全。本文基于此提出海洋牧場人工生態系統理論框架及其構筑范式，為現代海洋牧場建設探索生態學理論依據。
海洋牧場理念發展歷程及其存在的主要問題
海洋牧場概念演進過程
國際海洋牧場理念演進發展。海洋的“牧場理念”最早可追溯到 20 世紀初美國、英國等工業化國家的“海洋牧場”（MarinFRPe Ranching）運動。20 世紀 70 年代以來，日本學者對海洋牧場概念進行了長期的探玖陽視覺索，1971 年，日本水產廳海洋會議文件指出“海洋牧場是未來漁業的基本技術體系，可以從海洋生物資源中持續生產食物”。1991 年，日本學者中村充將海洋牧場定義為：“在廣闊的沿岸和近海海域中，在控制魚類、貝類等漁業物種行為的同時，對其從出生到捕獲進行模型管理的漁業系統”。1993 年，日本學者三橋宏次將海洋牧場定義為：“以保證人工放流后的海洋生物幼體更好地成長為目標，在自然海域利用生境模擬技術人工營造的種苗培育場”。韓國《養殖漁業育成法》將海洋牧場定義為：“在一定海域綜合設置水產資源養護的設施，人工繁殖和采捕水產資源的場所”。
我國海洋牧場理念演進發展。我國海洋牧場理念可追溯到 1947 年朱樹屏提出“水即是魚類的牧場”。1965 年，曾呈奎和毛漢禮提出“使海洋成為種植藻類和貝類的農場，養魚、蝦的牧場，達到耕海目的”理念；曾呈奎等將海洋農牧化定義為“通過人為的干涉改造海洋環境，以創造經濟生物生長發育所需要的海洋環境條件，同時，也對生物本身進行必要的改造，以提高它們的質量和產量”。21 世紀以來，我國海洋牧場概念逐漸形成，張國勝等和闕華勇等最早將海洋牧場定義為在一定的海域內，通過采用人工培育、增殖和放流的方法，將生物種苗人工馴化后放流入海，利用海洋自然的微生物餌料和微量投餌養育，并且運用先進的魚群控制技術和環境檢測技術對其進行科學的管理，從而達到增加海洋漁業資源，進行高效率捕撈活動的目的。楊紅生將海洋牧場定義為基于海洋生態學原理和現代海洋工程技術，充分利用自然生產力，在特定海域科學培育和管理漁業資源而形成的人工漁場。《海洋牧場分類》（SC/T9111—2017）將海洋牧場定義為基于海洋生態系統原理，在特定海域，通過人工魚礁、增殖放流等措施，構建或修復海洋生物繁殖、生長、索餌或避敵所需的場所，增殖養護漁業資源，改善海域生態環境，實現漁業資源可持續利用的漁業模式。國家自然科學基金委員會 2019 年第 230 期雙清論壇，指出海洋牧場是基于生態學原理，充分利用自然生產力，運用現代工程技術和管理模式，通過生境修復和人工增殖，在適宜海域構建的兼具環境保護、資源養護和漁業持續產出功能的生態系統。2022 年發布的《海洋牧場建設技術指南》國家標準將海洋牧場定義為：“基于海洋生態系統原理，在特定海域，通過人工漁礁、增殖放流等措施，構建或修復海洋生物繁殖、生長、索餌或避敵所需的場所，增殖養護漁業資源，改善海域生態環境，實現漁業資源可持續利用的漁業模式”。
截至目前，國內外學者就海洋牧場還未形成統一的定義，然而，海洋牧場建設的幾個關鍵要點已逐漸明晰：①海洋牧場是在自然海域中人為干預或控制的漁業生產生態系統；②海洋牧場建設的主要目的是增殖養護漁業資源，改善海洋生態環境，實現海洋漁業資源的持續產出；③海洋牧場建設的目標是構建或修復海洋經濟魚類功能群及其賴以繁殖、生長、索餌、避害的棲息生境；④海洋牧場建設必須依據生態學原理，尤其是依據建設區域的海洋生態系統生態學特征。
海洋牧場實踐發展歷程
國際海洋牧場實踐發展歷程。國外海洋牧場建設起始于 20 世紀 70 年代末的人工漁礁投放和魚苗增殖放流。1968 年美國制定了“海洋牧場建設計劃”，1974 年在加利福場地佈置尼亞建成了集海上觀光、休閑垂釣為一體的休閑型海洋牧場，取得了較好的設生態與經濟效益。日本 1971 年提出海洋牧場建設構想，并建成了世界上第一個真正意義上的海洋牧場——日本黑潮牧場；20 世紀 90 年代，在宮城氣仙灣等海域建設音響海洋牧場，用音響控制魚類行為；21 世紀以來，日本海洋牧場建設開始向深遠海拓展，并注重采用新技術修復漁業生態環境、養護漁業生物資源。韓國 1998 年在統營山陽邑三德里和美南里海域建設面積約 20 km2的“海洋牧AR擴增實境場”計劃，并將海洋牧場建設經驗向其他 4 個海洋牧場推廣。為加快海洋牧場計劃實施，韓國政府制定了未來 30 年海洋牧場建設的“三步走”戰略，全面推進海洋牧場建設。
我國海洋牧場實踐發展歷程。我國海洋牧場建設經歷了技術實驗期、推進期和快速發展期 3 個時期。1979 年，我國首次在廣西欽州沿海投放了 26 座試驗性小型單體人工魚礁，20 世紀 80 年代開始，在黃渤海和東海開展對蝦的增殖放流試驗，我國海洋牧場建設進入技術實驗期。技術實驗期海洋牧場建設以農牧化、工程化為主要特征，以提高水產品產量為主要目的，海洋牧場建設主要內容是人工漁礁生境營造和增殖放流，技術與裝備水平低，災害防御能力弱。從 2006 年國務院發布《中國水生生物資源養護行動綱要》到 2015 年農業部創建國家級海洋牧場示范區之前為海洋牧場建設推進期，該時期共建設人工魚礁 6.094×107 m2，形成了海洋牧場 852.6 km2 ，海洋牧場包裝設計建設以生態化、信息化為主要特征，以提供優質、安全、健康的水產品，改善國民營養與膳食結構為主要目標，更加重視生態環境保護和生物資源養護，技術創新顯著增強。2015 年，農業部組織開展國家級海洋牧場示范區創建以來，我國海洋牧場建設進入加速發展期，海洋牧場建設以數字化、體系化為特征，以建設功能多樣、多產融合現代海洋牧場為目標，注重核心技術突破、場景空間拓展、發展模式創新。截至 2021 年底，農業農村部已批準建設覆蓋渤海、黃海、東海與南海四包裝設計大海域的 153 個國家級海洋牧場示范區，并計劃到 2025 年建設 200 個國家級海洋牧場示范區，以引領全國海洋牧場建設全面推進。
現代海洋牧場建設存在的主要問題
生態學理論缺失。自然海洋漁場是指魚類或其他水生經濟動物隨產卵繁殖、索餌育肥或越冬適溫等對環境條件要求的變化，在一定季節聚集成群密集經過或滯留于一定海洋水域范圍而形成在漁業生產上具有捕撈價值的相對集中場所。自然海洋漁場是一個以大型經濟魚類為頂級捕食者，由各種食物鏈連接的漁業資源功能群及其“三場一通道”生境構成的開放性海洋生態系統。在這個海洋生態系統中存在著物種與物種、物種與生境、生境與生境之間復雜密切的能量流、物質流、信息流等相互作用與反作用機制。由于缺少生態位理論、功能群理論、食物鏈能量流理論等海洋牧場生態學理論引導，當前我國海洋牧場建設主要有以下欠缺。①海洋牧場漁業經濟物種種類單一。北方海洋牧場增殖放流種類主要有海參、鮑魚等海珍品及牙鲆、舌鰨等不到 10 種，南方海洋牧場增殖放流種類主要有鯛魚類、石斑魚類、馬鮫魚類等。這種單一物種的增殖放流難以形成互利共生、分層利用、多級利用的海洋牧場生態系統結構，增加病害風險，降低資源利用效率，影響海洋牧場的整體穩定性。②缺乏對海洋牧場漁業經濟物種食物鏈的培育。海洋牧場建設主要以漁業物種幼苗放流為主，很少考慮放流漁業生物的食物鏈培育，導致放流幼苗因缺乏持續供給的食物而難以大量成活，降低海洋牧場建設成效。③缺少對海洋牧場“三場一通道”生境體系的針對性營造。海洋牧場人工魚礁設計和建設很少考慮各類放流苗種對生境條件的喜好，以及索餌場、產卵場、越冬場等功能性生境場所的針對性、差異化營造，目標泛化，難以滿足放流苗種在不同生命周期階段對生境的差異化需求。
海洋生態工程技術缺少。現代海洋牧場是充分利用海洋自然生產力，運用現代工程技術，舞臺背板通過生境修復和人工增殖，在適宜海域構建的漁業生態系統。海洋工程技術是現代海洋牧場建設的核心技術，也是現代海洋牧場建設的基本途徑。目前，我國海洋牧場建設主要集中在魚苗增殖放流和人工魚礁投放，涉及的海洋工程技術主要為增殖放流苗種繁殖與培育技術、人工魚礁澆筑與投放技術等少量生物與工程技術，缺少現代海洋牧場建設的海洋生態工程技術系統，主要體現在：①漁業資源養護工程技術。包括增殖放流魚苗訓練（馴化）技術、環境適應技術，漁業資源原位增殖技術、敵害防御技術、病害防治技術等。②生境營造工程技術。包括漁業資源經濟物種索餌場、產卵場、越冬場等功能性生境場所仿生營造技術，洄游通道貫通技術等。③海洋牧場動態管控工程技術。包括漁業資源水下精準監控與資源評估技術、海水環境自動監測與災害風險預警技術、水下機器人自動巡查技術等。④漁業資源選擇性采捕工程技術。包括中上層魚類選擇性采捕技術、漁礁區底層漁業資源采捕技術、底棲漁業資源采捕技術等。
生態管理缺位。管理是實現海洋牧場健康穩定運行和漁業資源持續產出的基本途徑,是提高海洋牧場生產能力的重要方法。目前，我國海洋牧場建設涉及的管理內容很少。管理者缺乏對海洋牧場生態系統結構、功能的監測分析、評價及認知，海洋牧場生態管理缺位。主要表現在：①海洋牧場選址規劃缺少科學的評估方法與規劃技術。海洋牧場選址區域多為建設方或漁業管理部門指定，海洋牧場建設面積隨投資而定，沒有科學依據。②海洋牧場運營過程缺少實時監控、監測設備。由于海洋牧場水下環境復雜多變，缺少水下實時監控設備，管理者就無法及時了解海洋牧平面設計場水下漁業資源活動佈置及環境狀況并及時作出應急決策。③海洋牧場建設缺乏效果評估指標體系與技術方法。缺乏客觀全面的海洋牧場建設效果評估技術方法，管理者無法對海洋牧場建設效果有全面準確的認知和評估。④海洋牧場建設缺乏適策展應性管理方案制定。海洋牧場管理者對于海洋牧場管理要素和管理技術方案認知模糊，管理工作難以到位。⑤海洋牧場管理主體多樣，管理標準不一。北方海洋牧場多以海珍品增殖為主要目標，經營管理主體多為企業；南方海洋牧場多以漁業資源養護為主，經營管理主體多為漁業行政部門或下屬單位，由于漁業資源養護型海洋牧場盈利性較差，經營管理主體積極性不高，海洋牧場建設遲緩。
總體上，我國海洋牧場建設仍以增殖放流和人工魚礁建設為主經典大圖，很少有從生態學角度考慮，建設和營造海洋牧場生態系統。這種做法不僅忽略了增殖放流漁業生物幼苗的食物鏈，也人為割裂了增殖放流物種與人工魚礁環境之間的生態位聯系，使得海洋牧場建設成為簡單的“增經典大圖殖放流+人工魚礁”工程，難以實現國家推動海洋牧場建設的漁業資源增殖、漁業生態環境修復、海洋生態系統服務功能提升等多重目標。
海洋牧場人工生態系統概念及其基本結構
海洋牧場人工生態系統概念內涵
海洋牧場不僅是一種海洋生態系統，更是一種以人為主導的海洋人工生態系統，即海洋牧場人工生態系統。這里所說的海洋牧場人工生態系統是基于生態系統生態學原理，在自然海域中通過生態工程技術，構造的以漁業資源關鍵功能群及其“三場一通道”生境體系為核心的海洋生態系統，并輔以生態系統適應性管理模式，以實現漁業資源的持續高效產出、海洋生態保護及資源養護的一種海洋漁業生產模式。海洋牧場人工生態系統不同于傳統海洋牧場，它是從生態系統生態學角度構建的多種漁業資源關鍵功能群及其“三場一通道”生境體系相耦合并受人類控制的人工生態系統。它不僅實現了海洋牧場生態空間的分層多級集約利用，有利于提升海洋牧場的漁業生產功能，而且還具有生態調控、資源養護、休閑娛樂等其他生態系統服務功能。
海洋牧場人工生態系統在狹義上主要指人類主導下的海洋牧場漁業資源關鍵功能群與人工營造的“三場一通道”生境體系相經典大圖互適應耦合形成的具有漁業生產、資源養護、生態修復等功能的海洋生態系統。海洋牧場人工生態系統在廣義上指海洋牧場生態系統與人類社會共同組成的復合生態系統。在海洋牧場人工生態系統中，一方面，人類是海洋牧場的建設者，通過物種馴化、群落構造、生境營造、環境適應等工程技術構造海洋牧場人工生態系統，并通過生態監測、適應性管理等技術信息手段控制海洋牧場人工生態系統的演進過程；另一方面，人類也處于海洋牧場人工生態系統食物鏈的最頂端，是海洋牧場人工生態系統的最終消費者，也是海洋牧場人工生態AR擴增實境系統物質流、能量流的最終歸宿。
海洋牧場人工生態系統的組成結構
廣義的海洋牧場人工生態系統是以人類為主導，以社會環境為背景，以自然環境為基礎的復雜系統。自然環境是海洋牧場人包裝設計工生態系統構建的基本依托，包括生物因素和生境因素，生物因素為海洋牧場頂級經濟生物及其食物鏈各營養級餌料生物，主要是各類浮游植物、浮游動物和小型游泳動物，它們是海洋牧場物質與能量的最直接來源；生境因素是海洋牧場建設海域具有的最基本生存環境條件，包括底質類型、水深地形狀況、水文環境等。社會環境是海洋牧場人工生態系統構建和維持的思想、技術、資本、制度等基本來源，包括技術環境、經濟環境、法規制度環境等，技術環境是海洋牧場人工生態系統建設的技術支撐來源，經濟環境是海洋牧場人工生態系統建設的產業需求和利益訴求，法規制度環境是海洋牧場人工攤位設計生態系統建設制度保障。
狹義的海洋牧場人工生態系統是由若干漁業資源關鍵功能群及其生境環境構成。這里的漁業資源關鍵功能群是指在海洋牧場人工生態系統中，發揮著漁業資源關鍵功能的海洋經濟生物類群，包括頂級經濟生物及其由食物鏈鏈接的各營養級生物類群。生境環境指漁業資源關鍵功能群賴以生存、生長、繁衍的各種生境場所，包括產卵場、孵幼場、索餌場、育肥場、越冬場、洄游通道等各種場所。在自然海洋生態系統中，不同漁業資源關鍵功能群在長期的競爭、適應、進化等生態作用下形成各自不同的營養等級和生境體系，即生態位。
海洋牧場人工生態系統的空間結構
在海洋牧場人工生態系統中，不同漁業資源關鍵功能群利用不同的生態位空間，具有不同的產卵場、孵幼場、索餌場等生境場所。①在垂直方向上。有些漁業資源關鍵功能群利用海洋水體表層生態空間，有些漁業資源關鍵功能群利用海洋水體底層生態空間，還有些漁業資源功能群利用海洋水體中層生態空間。②在水平方向上。有些漁業資源關鍵功能群喜好河口咸淡水混合區域，有些漁業資源關鍵功能群喜好海灣淺水區域，有些漁業資源關鍵功能群喜好深水海域。多種漁業資源關鍵功能群通過各種信息流分區分層集約利用海洋牧場生態空間，并在人為控制下在各自的“三場一通道”生境場所之間遷徙洄游，繁殖生長，實現漁業資源的持續高效產出（圖 1）。
海洋牧場人工生態系統構筑的基本范式
海洋牧場人工生態系統構筑應該從生態系統生態學角度，在深入剖析主要漁業資源關鍵功能群生態過程與它們對應的“三場一通道”生境空間格局耦合機制的基礎上，研究設計海洋牧場人工生態系統基本方案，運用生態工程和系統工程方法，建設漁業資源關鍵功能群及其賴以生存繁衍的生境場所以及其他設施，并輔以生態適應性管理模式，才能實現海洋牧場人工生態系統的穩定持續高效運轉。
海洋牧場人工生態系統設計
海洋牧場人工生態系統設計是海洋牧場建設的前提和基礎，包括海洋牧場建設場址優選、選址區域海洋生態系統調查分析與研究、漁業資源關鍵功能群的遴選、生境營造規劃及海洋牧場人工生態系統整體設計等。①海洋牧場建設場址優選。海洋牧場建設場址應優先選取天然漁場或歷史天然漁場，這些區域一般餌料生物豐富、生境條件優越，相對來說建設成本低，建設成效好。②選址區域海洋生態系統調查分析與研究。對選址區域自然海洋生態系統開展全面調查，包括底質類型與海底地形、水文動力環境、水質環平面設計境、漁業資源及餌料生物等。必要時，搜集選址區域歷史海洋調查資料，全面分析選址區域海洋經濟生物種類組成結構，生物量與漁獲量結構。研究主要漁業資源經濟生物種的食物鏈和食物網，以及它們的索餌場、產卵場、越冬場等生境環境條件，剖析選址區域自然海洋生態系統物質流、能量流、信息流等結構特點以及主要生態功能。③漁業資源關鍵功能群遴選。根據選址區域主要漁業資源經濟生物種類特點，選取那些體型大、肉質鮮美、能夠人工擴繁馴化且已增殖放流成功的漁業資源經濟生物種類，作為漁業資源關鍵功能群的頂級經濟生物種類，并進一步研究它們的食物鏈營養級其他生物類群。根據生物多樣性與生產力復雜耦合關系，一般海洋牧場遴選設計具有不同生態位特點的4—6個漁業資源關鍵功能群就足以實現漁業資源的高效產出。④生境營造規劃。根據不同漁業資源關鍵功能群對索餌場、產卵場、越冬場等生境環境喜好的差異性，編制主要漁業資源關鍵功能群各類生境場所詳細參數表，結合海洋牧場選取區域的實際生境環境條件，規劃海洋牧場生境營造空間布局，設計主要漁業資源關鍵功能群生境營造詳細方案。⑤海洋牧場人工生態系統整理設計。根據各漁奇藝果影像業資源關鍵功能群食物鏈與營養級特征，測算海洋牧場人工生態系統漁業資源承載能力，設計海洋牧場人工生態系統的展場設計平面結構、垂直結構、群落及營養結構、景觀結構等，謀劃海洋牧場人工生態系統的物質流、能量流、信息流的人為技術控制過程，以經典大圖及漁業生產功能、資源養護功能、生態調控功能、社會文化功能的呈現次序與方式，編制海洋牧場人工生態系統規劃設計方案。
海洋牧場生態工程建設
以海洋牧場人工生態系統規劃設計方案為依據，采用生態工程和現代信息工程技術營造海洋牧場人工生態系統。海洋牧場生態工程建設主要包括漁業資源關鍵功能群構造工程、“三場一通道”生境體系營造工程、海洋經濟物種人工馴化與環境適應工程、生態系統監測工程、病害防御工程、風險防范工程以及生態系統運維工程。①漁業資源關鍵功能群構造工程。漁業資源關鍵功能群構造工程主要包括海洋牧場漁業資源關鍵功能群經濟物種的人工繁大型公仔殖、幼苗培育、環境適應等生物工程技術，這里的經濟物種包括漁業資源頂級經濟物種及其餌料動植物物種。一些漁業資源關鍵功能群經濟物種目前已有成熟的人工繁殖、幼苗培育技術；還有一些漁業資源關鍵功能群經濟物種的人工繁殖、幼苗培育技術并不成熟，需要在海洋牧場建設過程中不斷研究完善改進。②生境營造工程。生境營造工程主要是營造漁業資源關鍵功能群所需的“三場一通道”生境體系。生境營造工程需要針對不同漁業資源關鍵功能群對各種生境環境的喜好特點及相關參數，研究構筑不同材質、不同結構、不同規格的人工魚礁構件，并將其置于不同位置的海洋牧場空間，作為不同漁業資源關鍵功能群的索餌場、產卵場、越冬場等，并疏通各個生境場所之間的洄游通道，便于頂級經濟生物在不同生長發育階段往來洄游。另外，也可根據海洋牧場建設區域特點和漁業資源關鍵功能群生境喜好，修復或恢復珊瑚礁、海草床、海藻場等作為海洋牧場關鍵功能群的產卵場、索餌場、育肥場等生境場所。③人工馴化與環境適應工程。海洋牧場是在自然開放海域中構筑的人工生態系統，必須采取行為馴化控制工程讓漁業資源關鍵功能群聚集在海洋牧場空間范圍內。行為馴化控制工程是漁業資源關鍵功能群人工控制的一項新技術，有音響馴化、餌料馴化、光照馴化等技術。通過幼苗人工馴化形成頂級經濟物種在海洋牧場空間范圍內的遷徙洄游完成生命周期過程的行為習慣，以便于人工監測、調控、采捕。環境適應主要是指人工培育的生物幼苗在“人工環境→半人工環境→自然海域環境”的逐漸適應過程。④生態系統監開幕活動控工程。生態系統監控工程包括海洋牧場環境監控工程、生物監控工程、生態過程監控工程等。環境監控工程主要建設海洋牧場水質、水流、水色、溫度、鹽度、溶解氧等環境指標遠程自動監測與調控裝置，開發監測數據自動分析評價預警技術體系；生物監控工程主要建設海洋牧場漁業資源關鍵功能群遠程視頻監控體系，實現對漁業資源關鍵功能群頂級經濟物種及其各級餌料生物的生長發育、餌料供給全過程監測、評價與問題預警；生態過程監控工程主要建設漁業資源關鍵功能群索餌、育肥、產卵、育幼、越冬等生命周期全過程監控體系，了解漁業資源關鍵功能群的生命周期各階段在“三場一通道”生境場所之間的洄游遷徙、原位增殖的群落繁衍過程。⑤病害防御工程。病害是水產品人工養殖面臨的主要問題，海洋牧場人工生態系統可能同樣存在魚類病害問題。可采取病害生態防御工程、病害生物防御工程、病害 TC:08designfollow
