红树林系统虾类养殖的生态位点优化：基于SECURE方法的生态修复与空间规划研究

《Aquaculture International》：Optimising site selection for ecosystem approaches to shrimp aquaculture in mangrove systems

本研究针对印度尼西亚红树林因水产养殖扩张导致的严重退化问题，探索了基于生态系统的虾类养殖（SECURE）方法在东加里曼丹省的实际应用。通过环境DNA（eDNA）宏条形码技术评估发现，SECURE干预显著提升了浮游植物和浮游动物等关键类群的丰度。研究进一步通过空间优先排序分析，识别出具有高恢复潜力、高盈利性和低实施成本的优先池塘，为平衡水产养殖发展与生态保护提供了可复制的空间规划框架。

　　

在印度尼西亚，红树林生态系统正面临着前所未有的威胁。自20世纪80年代中期以来，该国已损失约40%的红树林覆盖，其中水产养殖特别是虾类养殖的扩张是主要驱动力。这种大规模的生态转换不仅导致栖息地退化，还严重削弱了红树林的关键生态系统服务功能，包括碳储存、海岸保护和鱼类产卵场等。尽管近年来红树林砍伐速度有所放缓，但其速率仍是东南亚整体损失率的两倍，生态修复迫在眉睫。

面对这一挑战，印度尼西亚政府制定了2020-2024年间恢复60万公顷红树林的宏伟目标，同时又要满足国内不断增长的水产品需求。这种保护与开发之间的尖锐矛盾，迫切需要一种能够平衡生态保护与生产发展的创新解决方案。正是在这样的背景下，生态系统方法水产养殖（Ecosystem Approach to Aquaculture）应运而生，它为实现红树林保护与可持续水产养殖的协同发展提供了理论框架。

本研究聚焦于东加里曼丹省Berau县，这里是东加里曼丹最大的红树林生态系统所在地，拥有86,043公顷的红树林。然而，水产养殖的扩张仍在持续威胁这一宝贵资源，2019年就有11,237公顷（13%）的红树林被转化为传统虾塘。更令人担忧的是，当地虾塘生产率极低，平均每周期仅36公斤/公顷，这种低效益往往驱使农民清理更多红树林来维持收入，形成恶性循环。

为破解这一困局，Yayasan Konservasi Alam Nusantara（YKAN）开发了虾-碳水产养殖（SECURE）方法。与传统养殖方式不同，SECURE方法通过在活跃虾塘中恢复60-80%的红树林面积，其余区域用于无外部投入的有机虾类养殖，实现了生产与保护的有机结合。与传统的混农林业（silvofishery）系统相比，SECURE将水产养殖和红树林组分在空间上分离但保持水文连通，使每个区域都能优化其主要功能。与生物絮团（biofloc）系统相比，SECURE提供了基于自然的替代方案，通过红树林恢复来改善周围水文和水体过滤，虽然后者可能实现更高的生产力，但需要密集的能源投入和高维护成本。

研究人员采用环境DNA（eDNA）宏条形码和空间优先排序分析相结合的方法开展研究。通过牛津纳米孔技术（ONT）MinION测序平台，使用通用引物18S扩增真核生物的18S rRNA基因，对SECURE干预前后的水体和沉积物样本进行物种组成分析。空间规划方面，研究建立了包含三个最大化标准（虾类生产盈利性、红树林恢复潜力和保护潜力）和一个最小化标准（实施成本）的评估体系，利用prioritizr软件包对718个生产性池塘进行优先排序。

研究结果显示，eDNA测序在Pegat Batumbuk所有站点共识别出4291个操作分类单元（OTUs），从门到属水平的分类成功率分别为100%、97%、93%、83%和75%。SECURE实施后，恢复池塘中子囊菌门（Ascomycota）、绿藻门（Chlorophyta）、丝足虫门（Cercozoa）、硅藻门（Bacillariophyta）和纤毛虫门（Ciliophora）等类群的OTU数量显著增加。特别值得注意的是，一些作为可持续管理指标的分类群在SECURE恢复池塘中表现出明显增长，包括浮游植物中的角毛藻（Chaetoceros）、绿藻纲（Chlorophyceae）和隐藻目（Cryptomonadales），以及浮游动物中的哲水蚤目（Calanoida）和剑水蚤目（Cyclopoida）。

在空间规划方面，研究发现高优先级的恢复池塘通常位于河岸后方，面积较大且空间聚集，这表明存在成本效益较高的战略扩张机会。相比之下，保护优先级的池塘空间模式不太明显，池塘大小与其排名关系不显著，但靠近河岸的池塘排名略低。

评估生物多样性效益

通过比较SECURE干预前后eDNA组成变化，研究发现SECURE恢复池塘显著增加了有益藻类和浮游植物的丰度，这些类群对虾类饮食和营养循环具有重要贡献。同时，底栖生物和生物指示剂的变化表明SECURE池塘具有更好的生态条件。

红树林空间规划优先级

空间优先排序分析将718个生产性池塘分为北部（672个）和南部（46个）两个集群进行处理。恢复潜力的评估显示，551个池塘现有红树林覆盖率低于60%，这些池塘的管理干预目标是将红树林面积恢复至60%。保护潜力的评估则针对167个现有覆盖率≥60%的池塘，目标是保护现有红树林区域。

讨论部分指出，生态系统方法水产养殖对于平衡虾类生产与环境可持续性至关重要。虽然集约化养殖系统短期内单位面积产量高，但需要大量外部投入，导致富营养化和废物积累，寿命相对较短。相比之下，基于生态系统的系统环境影响较低，但产量也较低。研究表明，SECURE池塘中更健康的生物群落应该能够延长池塘使用寿命，未来的水产养殖发展应侧重于长期池塘健康和生产效率，而不是将虾塘足迹扩展到红树林生态系统中。

本研究存在的局限性包括使用空间代理指标而非详细的经济数据，未考虑池塘间水文差异的影响，以及排除非生产性池塘的分析等。18S引物的分辨率主要针对真菌、原生生物和藻类等广泛分类覆盖，可能丢失动物（如鱼类和无脊椎动物）物种级信号。未来工作应探索多种引物（如COI和12S）的组合使用，建立水产养殖运营和沿海栖息地恢复项目的长期监测框架。

这项研究首次将eDNA监测与生态系统方法水产养殖的空间规划相结合，为协调水产养殖生产力与环境保护提供了可复制的模型。通过SECURE方法的实施和空间优先排序框架的应用，不仅在池塘层面实现了生态修复与生产的平衡，更为面临类似挑战的其他地区提供了可持续沿海资源管理的决策支持工具。随着基于生态系统的实践不断扩展，这一方法有望在全球范围内推动水产养殖行业向更加可持续的方向转型。