渤海湾滤食性双壳类动物数量增加对生态系统层面的影响：一种生态路径建模方法

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Ecosystem-level effects of filter-feeding bivalves enhancement in Bohai Bay: An Ecopath modeling approach

养殖增殖放流对唐山市近岸水域生态结构的影响研究。基于2023-2024年渔业资源和环境调查数据，构建Ecopath能量流动模型分析表明：贝类增殖使能量传递效率从7.55%提升至10.94%，物质循环效率提高至11.23%，平均营养级由2.794升至2.808，系统总通量增长26.5%。该研究为渤海湾近岸生态管理提供了量化依据，证实贝类增殖可增强生态系统稳定性。

　　研究团队包括：赵新野、孙兆辉、薛湘平、赞江伟、徐心婧、刘霞、孟高、司飞。本研究基于对唐山近岸水域（2023–2024）渔业资源和环境调查数据，构建了一个基于Ecopath的能量流动模型，以量化增殖放流对生态系统的实际影响。该模型用于评估滤食性双壳类贝类数量增加对食物网结构、能量流动和整体生态系统功能的调控作用。研究结果显示，初级生产者（如浮游植物和碎屑）的营养层级保持稳定，而中高营养层级的群体，例如口虾蛄和底栖鱼类，其数量显著增加，使得整个系统的平均营养层级从2.794上升至2.808。滤食性双壳类贝类的生物量大幅增加至237.123吨/平方公里，推动了能量转移效率的提升，从7.55%上升至10.94%，并优化了能量流动的组成。整个系统的总通量从20384.6吨/（平方公里·年）增加至25657.6吨/（平方公里·年），同时能量转换效率也从7.75%提升至11.23%。芬恩循环指数从5.98%增长至12.83%，能量流动的平均路径长度从2.53延长至3.19。总初级生产与呼吸（TPP/TR）的比率趋近于1，反映出材料循环的改善和生态系统的成熟。这些结果表明，科学规划的滤食性双壳类贝类增殖放流活动可以显著促进资源恢复，增强生态系统的稳定性，为渤海湾近岸生态管理及渔业资源的可持续发展提供坚实的定量基础。

近岸海域位于陆地与海洋的交界处，为区域经济发展和生物多样性保护提供了重要的生态服务（Wang et al., 2024）。位于渤海湾中心的唐山近岸海域不仅是多种海洋生物的重要栖息地，还在支撑渤海经济区功能方面扮演着关键生态屏障的角色（Xu et al., 2014）。近年来，沿海工业化的加速和陆源污染物的增加使该区域面临日益严重的生态压力（Zhang et al., 2018），表现为富营养化和频繁的赤潮现象。因此，增殖放流作为一种广泛采用的生物干预手段，已成为全球沿海水域生态恢复和渔业资源恢复的重要策略（Cheng and Jiang, 2010）。该方法的核心目标是通过人工繁育和有选择地释放具有重要生态功能的物种，来恢复种群结构并增强生态系统的功能稳定性和调控能力（Yang, 2016）。

滤食性双壳类贝类因其独特的生态功能，被广泛认为是生态系统恢复的有效工具（Zhang et al., 2005）。作为典型的底栖滤食者，它们通过摄食碎屑、细菌、微浮游动物和浮游植物，能够降低营养浓度，改善水质透明度，并增强底栖群落的结构和功能完整性（Dong et al., 1999; Zhang et al., 2005; Zhang et al., 2023）。此外，它们在维持食物链平衡、促进碎屑食物链循环以及支持更广泛的生态系统服务方面发挥着不可或缺的作用（Shen et al., 2020）。然而，在许多近岸环境中，贝类的自然种群数量持续下降，严重限制了其生态调控能力（Xu et al., 2025）。因此，滤食性双壳类贝类的增殖放流不仅是增加底栖生物量的管理策略，也是恢复关键生态系统功能的重要手段，包括水质净化、营养循环和栖息地复杂性（Rong et al., 2021）。这些生态系统功能的恢复为近岸生态系统的管理和增强提供了生物基础。

Ecopath模型是一种用于分析水生生态系统能量流动和物质循环的生态质量平衡建模框架（Colléter et al., 2015）。尽管该模型已被广泛应用，但在研究滤食性双壳类贝类增殖放流活动对生态系统整体影响方面仍存在显著的研究空白。渤海湾的唐山近岸海域一直是生态恢复的重点区域，旨在补充贝类生物量并优化当地的生态群落结构。2023年，唐山曹妃店农业发展有限公司在唐山近岸海域实施了滤食性双壳类贝类的增殖放流计划。鉴于此类干预措施在生态上的重要性，对其有效性的严格评估显得尤为迫切。该评估的结果不仅能够为未来渤海湾贝类增殖计划提供重要的科学指导，也为近岸生态系统的综合管理与生态恢复奠定了理论基础。

为了系统评估滤食性双壳类贝类增殖放流对生态系统的实际影响，本研究构建了一个包含20个功能群的Ecopath模型，这些功能群的参数基于2023–2024年期间在唐山近岸海域收集的调查数据。研究假设是：增殖放流活动会改变生态系统中食物网的结构和能量流动，从而促进生态系统成熟和稳定性。因此，该模型被应用于对比放流前后食物网动态的变化，为评估贝类增殖的生态影响提供定量依据。研究结果不仅为渤海湾近岸生态系统的综合管理与生态恢复提供了理论支持，也为评估增殖计划的效果和推动资源恢复、生态平衡及沿海海洋系统的可持续发展提供了实践指导。

研究区域涵盖了河北省唐山市近岸海域（39°06'02.3820″N—39°06'57.0680″N,118°37'31.4320″E—118°38'41.9480″E）。该区域的年平均水温为15.72°C，平均pH值为8.36，平均盐度为27.07‰，平均溶解氧（DO）浓度为8.21 mg/L。2023年7月，研究团队在唐山近岸海域实施了滤食性双壳类贝类的增殖放流活动。放流的物种、个体规格和具体实施细节均被详细记录。此外，研究还利用了区域内的渔业资源调查数据和环境监测数据，以确保模型参数的准确性和全面性。这些数据不仅反映了当前生态系统的状态，也为评估增殖放流活动的生态影响提供了重要的基础。

Ecopath模型在本研究中被用于构建2023–2024年间唐山近岸海域的平衡生态系统模型。每个功能群的参数被明确界定，包括营养层级、生物量、P/B（生产与生物量比）、Q/B（摄食与生物量比）、EE（能量消耗）和P/Q（生产与摄食比）。模型输出结果如表3所示。在该模型中，功能群之间的营养相互作用被分布于四个不同的营养层级。平均营养层级从之前的数值略微上升，显示出生态系统结构的调整。这一调整不仅体现在生物量和能量流动的变化上，也反映了生态系统功能的提升。通过这种模型的应用，研究能够深入分析生态系统中各功能群之间的关系，以及增殖放流活动对这些关系的潜在影响。

生态系统中的营养结构反映了能量流动的组织和基本功能（Chen et al., 2006）。在本研究中，滤食性双壳类贝类的增殖放流活动并未改变低营养层级生物的结构。如预期般，碎屑和浮游植物始终处于营养层级I，作为生态系统的基本营养来源（He et al., 2021）。然而，本研究的重点在于分析中高营养层级生物的变化。通过观察这些生物的种群动态，研究能够更好地理解生态系统中能量流动的调整和营养结构的变化。这些变化不仅对生态系统功能的稳定性有重要影响，也为生态管理提供了科学依据。

在生态系统的管理中，滤食性双壳类贝类的增殖放流活动具有多重意义。一方面，它们能够有效改善水质，提升生态系统的健康水平；另一方面，它们的增殖还能促进生物多样性，增强生态系统的自我调节能力。这些作用使得滤食性双壳类贝类成为近岸生态恢复的重要工具。在实际应用中，增殖放流活动需要科学规划，以确保其生态效益的最大化。此外，该活动的实施还需要考虑当地生态系统的承载能力和生物群落的适应性。因此，在评估增殖放流活动的生态影响时，需要综合考虑多个因素，包括生物量变化、能量流动调整、营养结构优化以及生态系统的整体功能提升。

滤食性双壳类贝类的增殖放流活动不仅对生态系统的功能有积极影响，还对渔业资源的可持续发展具有重要意义。通过人工增殖和放流，可以增加特定物种的种群数量，从而提高渔业资源的产量和质量。此外，这些活动还能促进生态系统的自我修复能力，使生态系统在受到破坏后能够更快地恢复。因此，滤食性双壳类贝类的增殖放流不仅是生态管理的一部分，也是渔业资源恢复的重要手段。在实际操作中，增殖放流活动需要结合当地的生态环境和资源状况，以确保其实施的科学性和有效性。

研究团队在本次工作中承担了不同的职责。司飞负责论文的撰写、审阅和编辑，以及项目管理、资金获取。孙兆辉负责项目监督、资源协调、项目管理及资金获取。赵新野参与了论文的撰写、审阅、图表制作、数据验证、软件开发、方法设计、数据管理及概念设计。薛湘平负责数据验证、项目管理及调查工作。徐心婧负责资源协调和数据管理。赞江伟负责图表制作和调查工作。孟高则参与了其他相关工作。每位成员的贡献对于研究的顺利进行和最终成果的达成起到了关键作用。

在研究过程中，团队成员还参考了多篇相关文献，以确保研究的科学性和全面性。这些文献包括Wang et al., 2024; Zhang et al., 2023; Zhang et al., 2022等。这些参考文献为研究提供了重要的理论基础和实践指导，帮助团队更好地理解滤食性双壳类贝类在生态系统中的作用及其增殖放流活动的生态影响。此外，团队成员还关注了未被引用的相关研究，以确保研究的完整性和准确性。

研究团队在本研究中未发现任何可能影响研究结果的财务利益或个人关系。因此，他们声明没有已知的竞争对手利益或个人关系。这一声明确保了研究的公正性和科学性，为研究结果的可信度提供了保障。此外，研究数据来源于文中引用的文献，作者的捕捞和胃内容物数据尚未公开存档。任何额外的数据可通过联系通讯作者获取。这一数据公开政策有助于提高研究的透明度和可重复性，为未来的相关研究提供了参考。

在生态管理方面，滤食性双壳类贝类的增殖放流活动具有重要的现实意义。随着生态环境的不断变化，传统的生态管理方法可能无法满足当前的需求。因此，需要引入新的管理策略，如滤食性双壳类贝类的增殖放流，以提高生态系统的稳定性和恢复能力。这些活动不仅能够改善水质，还能促进营养循环，增强生态系统的自我调节能力。因此，滤食性双壳类贝类的增殖放流活动成为近岸生态管理的重要组成部分。

在未来的生态管理中，滤食性双壳类贝类的增殖放流活动将继续发挥重要作用。随着科技的发展，生态管理的方法将更加科学和高效。通过引入先进的建模技术，如Ecopath模型，可以更准确地评估增殖放流活动的生态影响，从而制定更加有效的管理策略。此外，随着对生态系统功能的理解不断加深，滤食性双壳类贝类的增殖放流活动将更加注重生态系统的整体功能和稳定性。因此，未来的生态管理将更加注重科学性和系统性，以确保生态系统的可持续发展。

总之，滤食性双壳类贝类的增殖放流活动在生态恢复和渔业资源管理中具有重要的应用价值。通过科学规划和实施，可以有效改善生态系统的功能，促进资源的可持续利用。同时，这些活动还需要结合当地的生态环境和资源状况，以确保其实施的科学性和有效性。因此，在未来的生态管理中，滤食性双壳类贝类的增殖放流活动将继续发挥重要作用，为近岸生态系统的恢复和渔业资源的可持续发展提供坚实的科学基础。