捕捞对北部湾海洋生态系统结构与功能的影响

摘要

海洋渔业经过50多年的迅猛地理扩展和技术进步，年捕获量成倍增长，目前已处于十字路口。全球海洋资源中大约一半已得到充分开发，四分之一尚有一些增加捕获量的潜力，而剩余的四分之一则受到过度开发。虽然传统的单种群资源管理办法有其局限性，但不能认为是资源衰退的主要原因。伴随全球海洋渔业资源全面衰退和生态系统的不断退化，海洋渔业资源的管理理念正在发生深刻变化，基于生态系统的渔业资源管理已成为一种必然的发展趋势。 北部湾位于南海西北部(105°40’～110°10’E，17°00’～21°45’N)，是中、越两国共同管辖的天然半封闭海湾，曾是我国著名的渔场之一。随着捕捞强度的增大，北部湾的渔业资源发生了根本性的变化，许多高价值、大规格和高营养级种类被低价值和小型种类所取代，资源衰退明显。本文以南海区典型海湾——北部湾为研究对象，利用历次在北部湾进行的大规模渔业资源和环境综合调查数据和相关文献资料，通过构建生态通道模型(Ecopath with Ecosim)，研究了捕捞对北部湾生态系统结构和功能的影响。主要研究结果如下： 1、20世纪末期北部湾生态通道模型的构建和分析 构建了1990s的生态通道模型(Ecopath)。模型由20个功能组构成，包括了哺乳动物和海鸟，每一功能组都代表在生态系统中具有相似地位的有机体，基本覆盖了北部湾生态系统能量流动的主要过程。模型分析表明，北部湾生态系统的能量流动主要通过牧食食物链的途径，其中无脊椎动物在能量从低级向高层次转换中起着关键作用。各功能组的营养级范围为1～4.0，哺乳动物占据了最高的营养级。生态网络分析结果表明，系统的能量流动主要有6级；由于顶级捕食者的缺位，营养级Ⅴ以上的生物组份对系统能流贡献较少，能量流动主要发生在营养级为Ⅱ的阶层；系统能流中来自初级生产者的转化效率为10.5％，来自碎屑的转换效率为10.1％，平均能流转换效率为10.3％；Finn循环指数为7.07％，平均能流路径长度为2.496。初级生产力/呼吸比值是表征生态系统成熟状态的重要参数。根据模拟结果，20世纪90年代末期北部湾生态系统该比值为2.184。根据Odum的生态系统发育理论，当前北部湾海洋生态系统处于不稳定状态。 2、不同年代北部湾生态系统特征的Ecopath分析 以1990s的Ecopath模型为基础，运用1959～1961年北部湾底拖网调查资料，构建了20世纪60年代初期的Ecopath模型。比较和分析了渔业资源衰退前后北部湾生态系统的结构和功能变化。结果表明，生态系统的营养结构、能流分布和转化、系统总体特征等出现了较大的变化。与60年代初相比，20世纪90年代末期的系统承受了较大的压力，系统能流总量、生产力和总生物量分别下降了11.66％，5.10％和16.8％。其中，高营养级的生物量下降明显，营养级Ⅴ和Ⅵ的生物量分别下降了67.6％和85.7％，而低营养级Ⅰ的生物量保持稳定；系统生产力和能流也有类似变化趋势，表明系统结构逐步从以底层鱼类为主向中上层鱼类为主转变；由于营养级Ⅰ和Ⅱ的转化效率提高，生态系统的能量转化效率也随之上升，从1960s的7.6％上升到1990s的10.3％。从1960s到1990s间，系统的净生产力、初级生产力/总呼吸比值不断增加，而连接指数(CI)、杂食指数(OI)、总生物量/总流量比、Finn's循环指数则显著下降，这些情况综合表明，由于人类活动和自然环境的扰动，北部湾生态系统发生了“逆行演替”。 3、北部湾生态系统演替的动态分析 以1960s的EwE模型为基础，模拟捕捞强度和初级生产力变化驱动Ecosim模型，分析了捕捞活动对北部湾生态系统的结构和功能的影响。Ecosim成功地再现了近40年北部湾渔业生态系统的历史变化。模拟结果表明，生态系统的结构和功能发生显著变化，长寿命、高营养级的肉食性鱼类生物量下降明显，系统以短寿命、小型和无脊椎动物占优势。1999年的大中型鱼类的生物量仅为1960年的6％，而小型鱼类和无脊椎动物则明显上升，尤其是头足类生物量上升了2.87倍，渔获物的营养级则从1960年的3.32降低到1999年的2.98，体现了“捕捞降低海洋食物网”的特点，目前的开发模式是不可持续的。通过模型最终状态和初始状态的比较，得出该系统的逆向发育机制为下行控制(top-down)和上行控制(bottom-up)的双重作用，系统从相对稳定的“成熟态”向相对脆弱的“退化”发展，目前的开发模式是不可持续的。此外，文中利用1990s模型预测了显著降低捕捞压力后生态系统的变化。 4、基于生态通道模型的北部湾渔业管理策略评价 根据1990s的Ecopath模型，以30年为周期，利用Ecosim中的“渔业管理者”模拟了不同管理策略(经济效益最大化、社会效益最大化、生态效益最大化以及综合考虑三者的最佳管理策略)对北部湾作业结构的影响。结果表明：以经济效益最大化为管理策略时，除了拖网下降43.2％之外，其它作业类型的捕捞努力量会出现不同程度的上升；以社会效益最大化为管理策略时，模型要求极大地增加小型渔业，尤其是混合渔业的捕捞努力量可以上升3.34倍，以满足社会对就业的需求；而以生态效益最大化为管理目标时，模型要求所有渔业的捕捞努力量都必须降低甚至停止；综合考虑经济、社会和生态效应的最佳管理策略能满足渔业和保育目标的平衡，有望成为最佳的管理策略。经济和社会效益最大化管理策略对不同的敏感度值的反应敏感，高营养级种类减少而低营养级种增加；而生态效益和综合管理目标最大化则对不同的敏感度的反应较为一致。模型的结果与实际渔业管理的观测结果较为一致，由此可见，“渔业管理者”是权衡不同渔业策略的有效工具。 5、北部湾潜在海洋保护区的评价 海洋保护区提供从栖息地到生物多样性，以及避免人类干扰等全方位的保护，是养护资源和生态系统，改善海洋环境的有效措施。在20世纪90年代EwE模型的基础上，以20年为周期，利用空间化模块Ecospace预测生物资源对4种不同类型海洋保护区(禁渔区、禁渔期、中南部保护区、沿岸保护区)的反应。结果表明，缺乏管理和渔民合作的禁渔区和禁渔期制度对资源的养护作用不明显，大型底层鱼类、真鲨类等高营养级生物量继续衰退。在北部湾沿岸和中南部海域设立大型的非渔业活动区都可有效地降低捕捞强度，恢复渔业资源。考虑到营养盐、饵料和生产力等因素，将30m以浅水域划为保护区将更有利于幼鱼的补充和资源的养护。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1问题的提出

1.2国内外研究现状和发展趋势

1.2.1捕捞对海洋生态系统的影响

1.2.2发展趋势

1.3本项研究的目的、意义和技术路线

1.3.1北部湾渔业现状

1.3.2本项研究的目的和意义

1.3技术路线

第二章北部湾自然环境概况

2.1地理位置及水深、水质

2.2海岸、海湾和岛屿

2.3主要入海江河

2.4气候特征

2.5水系

2.6海流

2.7潮汐

第三章北部湾生态通道模型的构建

3.1北部湾渔业生产及资源概况

3.1.1渔业生产概况

3.1.2渔业资源开发概况

3.2 Ecopath with Ecosim模型的引进

3.2.1 EwE模型的原理和方法

3.2.2 Ecopath模型的调试

3.2.3 Ecopath模型敏感度分析

3.3北部湾生态系统Ecopath模型的构建

3.3.1基础数据来源

3.3.2功能组的划分及确定

3.3.3功能组参数的确立

3.3.4结果与分析

3.3.5讨论

第四章北部湾生态系统发育特征的Ecopath分析

4.1材料与方法

4.1.1数据来源

4.1.2研究方法

4.1.3功能组参数来源

4.2结果与分析

4.2.1功能组中主要种类生物量的变化

4.2.2系统总流量及营养流分布

4.2.3整合营养级间能流效率的变动

4.2.4系统的总体特征

4.3 讨论

4.3.1北部湾生物资源的变动趋势

4.3.2北部湾生态系统的演变趋势

第五章北部湾海洋生态系统演变的动态分析

5.1材料与方法

5.1.1 20世纪60年代北部湾的Ecopath模型

5.1.2底拖网渔获物营养级

5.2结果与分析

5.2.1渔业资源功能组生物量变化的反演

5.2.2捕捞降低食物网的营养级

5.2.3模型终止状态和初始状态的比较

5.2.4降低捕捞强度的模拟

5.2.5其它捕捞强度的模拟

5.3.讨论

5.3.1北部湾生态系统退化机制的模拟

5.3.2不同捕捞策略对北部湾生态系统的影响

5.3.3 Ecosim模拟能力的评价

第六章基于生态系统水平的北部湾渔业管理目标的评价

6.1生态系统水平的渔业管理

6.1.1生态系统管理概念的提出

6.1.2生态系统管理在渔业上的形成与发展

6.2基于生态系统水平渔业管理策略的评价—以北部湾为例

6.2.1材料和评价方法

6.2.2敏感度的调试

6.3结果与讨论

6.3.1最佳渔业管理政策模拟

6.3.2闭合循环模拟

6.3.3不同管理策略的渔获物营养级

6.3.4渔业政策的敏感性分析

6.4结语

第七章海洋保护区概念及其在北部湾应用的模拟

7.1海洋保护区的作用和意义

7.2海洋保护区的评价

7.3 Ecospace模型的引进

7.3.1建模的准备工作

7.3.2栖息地的定义及分配

7.3.3 Ecospace中所需要的参数

7.4北部湾潜在海洋保护区的评价，Ecospace模型的视角

7.4.1材料和评价方法

7.4.2结果与分析

7.4.3讨论

第八章总结和展望

8.1本文总结

8.2研究展望

8.3结语

参考文献

附录

攻读博士学位期间科研工作情况

致谢