摘要：受自然和人为因素的干扰, 淡水鱼类的产卵场及栖息地遭到严重破坏, 渔业资源日益衰退。近年来, 人工鱼巢被广泛应用于淡水流域及河口渔业资源及其生境的修复和管理, 为保护淡水流域生物多样性和制定渔业管理措施等方面提供了一条有效途径。本文对国内外人工鱼巢的类型、构造、材质进行了总结归纳, 阐述了人工鱼巢的效应、布设方式及管理应用, 重点介绍了不同类型人工鱼巢在渔业资源增殖效应方面的研究实例, 并对今后人工鱼巢的构造和材质选择提出了改进建议。
关键词：人工鱼巢; 淡水水域; 生境; 增殖;
The enhancement effects of fishery resources on artificial fish nest: A review
LI Yun-tao GUO Mei-yu ZHAN Cheng YANG Xiao-long DONG Yun-xia
Guangxi Transportation Research & Consulting Co., Ltd. Guangxi Key Laboratory of Rate and Endangered Animal Ecology, Guangxi Normal University Ministry of Education Key Laboratory of Mariculture, Ocean University of China
Abstract：
Due to the natural and anthropogenic stress, the spawning grounds and habitats of freshwater fishes have been severely damaged and the fishery resources have been declining. In recent years, artificial fish nests have been widely used in the restoration and management of freshwater, estuarine fishery resources and their habitats, providing an effective pathway to protect biological diversity and develop fishery management measures. The present study summarized the types, structures and material compositions of the nests around the world. Meanwhile, the effect, layout mode, and management application of the fish-nests were analyzed, with an emphasis on their different effects on fishery resource enhancement and presented suggestions for improvement of the construction and material selection in the future.
Keyword：
artificial fish nest; freshwater area; habitat; propagation;
受气候变暖、陆源沉积速率加快等自然因素以及防洪、航运、供水、灌溉、休闲娱乐、过度捕捞等人为因素的影响, 鱼类的产卵场及栖息地遭到严重破坏[1,2], 渔业资源量及多样性在全球范围衰退严重[3]。研究发现, 我国七大江河中流经城市的河段90%以上受到污染, 鱼类洄游路线受阻, 生态环境逐步恶化[4];红水河大坝的修建使河流生境破碎, 急流性鱼类受到抑制, 生物多样性严重下降[5];水质污染是致使伊利诺斯河和莫米河鱼类种类、丰度显著下降的主要原因[6]。随着经济鱼类数量减少、可供捕捞规格减小、可捕资源小型化等问题的日益突显, 对渔业资源及环境的修复和管理成为当务之急。为此, 国内外科研工作者进行了一系列修复工作, 如增殖放流、铺设人工鱼巢、投放人工鱼礁等。目前对淡水渔业资源及其生境修复的主要方式之一是构建人工鱼巢。人工鱼巢建设是一项投资巨大、设计复杂的工程, 为达到预期资源修复效果, 必须对其种类、构造、效应机理以及布设管理方面进行科学严谨的论证。目前尚未有人工鱼巢对渔业资源增殖效应的系统性论述, 因此汇总近年来国内外对人工鱼巢建设和效益评价的研究, 从人工鱼巢效应机制、适用性以及发展趋势等方面解析人工鱼巢今后的研究方向, 以期为今后淡水渔业资源的生境修复和管理提供科学依据和理论基础。
1 人工鱼巢的定义
人工鱼巢可以为产卵场遭到破坏的鱼类提供仿生态产卵条件, 增殖和改善野生鱼类种群结构和数量, 并最终达到修复和重建淡水生境、丰富渔业资源的目的。科研工作者在淡水水域进行了大量实验, 通过投放人造结构改善鱼类栖息地。但是目前对人工鱼巢名称及其作用的定义尚未达成共识:Wilbur[7]将能够聚集鱼类, 提高渔获量的人造结构称作鱼类诱集器 (fish attractor) ;Uberuaga等[8]于1991年将降低光照强度或提供不连续基质的材料称为仿生境结构 (habitat structure) , 该材料为鱼类提供庇护所、食物或参照点;Rogets等[9]则认为涉及大量聚集的人造环境时应该称之为“人工鱼礁”, 而由塑料制成的单个诱集器应该称为人造结构 (synthetic structures) ;我国研究者普遍将淡水水域中能够为游泳生物提供产卵栖息地的人工结构称为“人工鱼巢”。
人工鱼巢和人工鱼礁在结构、材质和功能上交叉甚至重叠, 对二者的定义及划分界限模糊。通过对国内外研究总结发现:淡水水域由于水较浅、范围小, 人造结构投放后便于长期监测和管理, 其主要目的是为粘性卵鱼类提供产卵和孵化场所及栖息地等, 其个体结构完整, 可独立行使功能, 也有部分构造如鱼巢砖等在原有功能的基础上同时起到了巩固河堤的作用, 在结构上聚集行使功能;而海洋投放区域一般水深, 且投放物通常无需进行后期的管理和维护, 发挥作用周期长, 但是需要投放物按照一定的排列方式进行摆放才能起到相应的效用。综上所述, 本文按投放区域作为划分人工鱼巢和人工鱼礁定义的主要依据:淡水水域投放的人造结构称为人工鱼巢, 海域投放的人工构造称为人工鱼礁;并认为人工鱼巢应定义为:投放于淡水或河口区域的人工或自然结构物, 用于模拟鱼类栖息地, 改善淡水生态环境, 构建适宜游泳生物附着、栖息、索饵、繁殖等的新生境, 并对渔业资源的增殖和保护起积极作用。
2 人工鱼巢的种类、构造
人工鱼巢种类繁多, 结构复杂, 不同材质和结构的人工鱼巢起到不同的功效。根据材料及结构的不同, 将人工鱼巢划分为天然植物人工鱼巢、人造水生植物鱼巢、网片人工鱼巢和鱼巢砖等几种类型。
2.1 天然植物人工鱼巢
天然植物人工鱼巢主要以木质材料作为产卵场和孵化所, 还可以作为鱼类庇护所和食物来源[10]。我国现今大部分地区采用此种类型, 它包括基质材料和结构材料两个部分。天然植物人工鱼巢一般以基质材料成束扎制后, 按一定排列方式用铁丝、网线、绳索等系于竹杆、圆木等结构上。可做基质材料的一般有棕榈片、杨柳树的须根、榕树根、凤眼莲 (水葫芦) 、小猪采、金鱼藻、鱼漂草、石松、马尾松、猪毛草等。研究表明水中的木质材料可以直接或间接的为水生生物提供栖息地[11], 且这些材料诱鱼效果好、鱼卵附着率高、来源广、对鱼类亲和力强, 但因使用寿命短、加工费时、易腐败、部分含有单宁酸等有害物质、基质材料不宜重复利用等缺陷导致使用范围受到限制。Huang等[12]利用SAFWs对长江口的无植被区域实施生境修复, 采用将棕榈片固定在芦苇地下茎的结构, 对鱼类和甲壳类均有较好的诱集作用。赵从钧等[13]研究了加州鲈对杨柳须人工鱼巢的适应性, 发现在有环道和流水条件的区域, 效果比较理想, 并认为芒萁的叶片脉序排列稠密, 有利于粘性卵的粘附。张胜利等[14]也发现芒萁在附卵及孵化方面效果显著。
2.2 人造水生植物鱼巢
人造水生植物鱼巢的基质材料一般为聚乙烯或聚丙烯, 与Santos等[15]设计的底部密集结构在尺寸、材质和复杂性等方面相似。人造水生植物鱼巢的结构模仿香蒲和苦草的带状叶, 增加对鱼类的亲和力, 以此减轻植物衰退对水生动物的影响。人造水生植物鱼巢的优点是可长期固定使用, 不仅可以作为产卵场和育幼场, 还可供鱼类栖息、索饵。Santos等研究发现, 人造水生植物可以帮助鱼类应对水位变化胁迫, 在提供产卵场、栖息地、食物等方面发挥了重要作用[16]。此外, 人造水生植物的结构复杂程度和放置水层同鱼类的可利用性具有较大相关性[15]。发现在大型植被缺乏的区域, 人造结构物可以有效聚集成年大嘴鲈鱼[9]。其次, 人工鱼巢的材质、形状、颜色对大阪鲫、团头鲂的附卵效果及黏着度均有不同程度的影响[17]。
2.3 网片人工鱼巢
网片人工鱼巢主要组成部分是用于产卵、孵卵的网片以及用于使鱼巢悬浮特定水层的沉子或使鱼巢固定的框架结构, 如毛竹等;主要形状有“平面形”、“人字形”和片状[18]。网片人工鱼巢具有来源广、鱼卵分布均匀、便于收集鱼卵、透气性强等优点。但网片人工鱼巢对产卵亲鱼诱惑力低, 附着效果较差, 使用前需要进行清洗、消毒, 过程较为繁琐。在杨树须根和尼龙网两种鱼巢对异育银鲫的繁育效果实验中, 发现杨树须根对亲鱼有更好的诱集作用, 但孵化率比尼龙网小4.6%。不同鱼类对网片鱼巢的放置水层、网目形状和大小具有选择性[19-21], 应根据主要增殖鱼类的行为习性设置相应的鱼巢参数, 使人工鱼巢达到事半功倍的效果。
2.4 鱼巢砖
鱼巢砖作为一种新型的河道护岸构件, 主要包括三大类: (1) 连锁块铺面护岸, 用混凝土连锁块铺设在坡度较大的河岸, 减少水土流失、供鱼类栖息觅食; (2) 透水混凝土箱式护岸, 抵挡河岸冲刷、提供水生植物生长空间; (3) 护坡抛石结合芦苇、生态袋插柳护岸, 保持河岸水土、营造鱼类栖息生态[22]。韩国的“生态砖”使用无砂混凝土材料, 兼具水气流通功能, 可供部分植物生存, 但由于工艺复杂, 孔隙限制植物根系, 其应用范围受到限制。高国明等[23]设计的复合生态混凝土墙式护岸技术, 通过土体加筋、按倾覆稳定要求核算垒砌高度、灵活垒砌增加空间异质性、构件空隙内充土建植植被等方式, 使鱼巢砖不仅能保证河岸的安全和稳定, 同时兼具物质循环、能量流动及信息传递的功能。王兴勇等[24]对鱼巢砖的水动力特征进行研究发现, 鱼巢砖可以有效抵御外界流速变化, 且随鱼巢砖结构变化, 其流场分布和流速大小区域也不相同。鱼巢砖将生态系统的基本功能与挡墙的安全防护功能有机结合, 构件稳定兼作小型水生动物的栖息、躲避场所, 符合现代水利对水岸防护工程的要求, 在未来的鱼巢使用中具有广阔前景。
2.5 其他
除上述人工鱼巢类型外, 科研工作者对新型材质和结构的人工鱼巢进行了探索, 并取得了良好的效果。中国水产科学研究院用固定桩、浮动框架、坠有沉子的缆绳和用于粘附鱼卵的蓬状基质制作了浮动框架式粘性卵立体人工鱼巢, 结构简单, 附卵面积大, 可供不同水层的鱼类产卵繁殖[25]。Uzunova等[26]把切成两半的塑料瓶放置在湖底, 发现其对不适宜产卵的栖息地有较好的诱鱼产卵作用, 且可以显著提高瓜仁太阳鱼的丰度。还有养殖场用塑料编织袋、自行车外胎、PVC塑料管等制作人工鱼巢, 不仅大大提高了孵化率, 还可以有效避免水霉病的发生。废料利用, 经济环保, 也是未来人工鱼巢的一大发展方向。
3 人工鱼巢的效应及布设、管理
人工鱼巢通过模拟大型水生植物, 为产粘性卵的繁殖期鱼类提供产卵场及育幼场。上个世纪70年代以来, 各国研究人员对人工鱼巢的建设和效果评价取得了长足发展, 对淡水渔业资源的增殖和生态修复取得了良好效益。国外学者利用鱼类聚集装置 (Fish aggregating devices, FADs) 修复生境退化区的生态功能[27], 主要包括种植新植被、使用人造装置和构造人工流动湿地三种方式。FADs对各龄鱼均有较好的诱集作用[28], 在水库等水体中的鱼类繁殖、提供幼体躲避物等方面得到广泛应用。人工鱼巢可以为游泳生物提供稳定的生境且增强幼鱼的生境适宜性[12]。作为鱼巢的基质材料, 芦苇根茎、棕榈片及其他大型水生植物等可以降低水体总悬浮物浓度[12,29], 从而导致水体透明度的增加, 进而促进了浮游动物的生长[30], 为鱼类提供良好的食物来源。将木质材料置于水中, 不仅可以增加河流形态的异质性[31]以及河流水力学[32], 还会影响到无机盐和有机质的含量分布[33]。此外, 鱼类的体长分布还与光强有密切关系, 研究表明, 在有遮蔽物的区域分布更多体长较大的鱼类[34]。
人工鱼巢的投放会造成流域水流以及地质等物理环境的变化, 而流场的改变又会进一步影响沉积底质的再悬浮, 促进沉积物中营养盐的二次释放和扩散, 进而影响了水质的变化。因此, 选择合适的布设地点, 是决定人工鱼巢投放效果的重要基础。湖南编制的《淡水人工鱼巢增殖技术规程》建议人工鱼巢宜选择在环境相对安静、水质较好、水底沉积物厚度≤10 cm的静水或流速≤0.05 m/s的水域, 应设置在湖滩浅水地带, 尽量选择风浪小的湾汊处, 水深不要超过1 m。人工鱼巢设置不应影响航运、阻碍行洪。鲤鱼有逆水上溯的习性, 适宜的水流条件可以促进产卵。且鲤鱼的产卵与水温、水文、气象均有很大关系。在人工鱼巢铺设过程中, 了解修复地的水文地貌条件可以有效避免在栖息地修复过程中的失误[35]。
国内对人工鱼巢的研究处于起步阶段, 因此在人工鱼巢管理和维护措施方面尚没有明确的规定, 笔者根据国内外研究成果以及专家经验提出如下管理和维护建议:
(1) 设立临时保护区。设置警示牌, 警示灯, 加强保护, 必要时可在产卵高峰期进行巡逻。
(2) 鱼巢清洗和更换。在鱼类繁殖期, 为保证产卵效果, 应定期对人工鱼巢进行清洗, 特别是用芦苇等木质材料制作的鱼巢, 易腐烂, 应定期更换。
(3) 数据记录。定期记录气温、水温等自然环境状况, 鱼类繁殖期检查粘附卵以及幼苗孵化情况。抽样统计鱼卵粘附量、产卵量及受精率。并定期抽样进行人工孵化, 估算孵化率。
(4) 作为诱集作用铺设的人工鱼巢, 定期统计鱼巢区内鱼类、甲壳类、浮游动物等水生生物分布的种类和数量, 并与非鱼巢植物缺乏区进行对比, 估算诱集效果。
4 展望
人工鱼巢的研究尚停留在起步阶段, 在今后研究中, 可以参照人工鱼礁的研究模式, 加强新型人工鱼巢的研究, 在材质选择方面, 生态型人工鱼巢以木质为主 (如灌木、常绿树等) , 虽然费用低, 但易腐蚀, 不能长期使用且破坏植被;仿大型水生植物人工鱼巢和网片主要材料为聚乙烯或聚丙烯, 回收不当会造成水质污染, 且对鱼体亲附力不强甚至释放有害物质。因此, 应该加强对人工鱼巢材质选择的研究, 如使用高分子、可降解材料, 不仅可以增强鱼巢抗腐蚀和冲击的能力, 同时可以减少水质污染。而在构造上, 当前人工鱼巢不能循环利用、操作复杂, 且对鱼类诱集及附卵效果不理想。因此可以将具有固岸作用的鱼巢砖与天然植物人工鱼巢相结合, 设计出可以长期循环使用, 且集固岸、附卵、孵化、避敌、食物、栖息地于一体的人工鱼巢。此外, 针对人工鱼巢结构的选择研究尚比较粗糙, 如何根据鱼类栖息习性及水流特点设计适宜的人工鱼巢尚待进一步开发。在人工鱼巢的布设方面, 应综合考虑上升流、下降流的水体交换以及高速流区和低速流区的交替分布, 使浮游生物在鱼巢上滞留和繁衍, 从而为鱼类的索饵、生活及产卵提供优良场所, 并为各类水生生物和鱼类提供适宜的水动力环境。修复鱼类退化生境是一项长期的任务, 需要有效的财政投入以及技术支撑, 而文化和统计学因素又制约着其发展, 人工鱼巢的研究和应用尚有很大的发展空间。
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