渤海湾天津大神堂国家级海洋牧场菲律宾蛤仔生态承载力与碳汇潜力研究：基于Ecopath模型与网络分析的系统评估

本综述基于Ecopath with Ecosim（EwE）模型，系统评估了天津渤海湾大神堂海洋牧场中菲律宾蛤仔（Ruditapes philippinarum）的生态承载力（ECC）与碳汇功能。研究发现其ECC达208.1 t/km2，远高于当前生物量（6.3 t/km2），表明具备巨大增养殖潜力。蛤仔种群在ECC下可实现年碳吸收21,500吨、底质碳沉积10,300吨，并通过呼吸释放870,000吨CO2。研究整合混合营养影响（MTI）分析与系统 pedigree 验证（指数0.716），揭示了增养殖对底层鱼类（如花鲈 Lateolabrax japonicus）的正向影响及对底栖捕食者的竞争效应，为兼顾生态效益与碳汇功能的海洋牧场管理提供了科学依据。

　　

引言：

海洋覆盖地球表面70%以上，是全球经济发展和生态平衡的重要支撑。其生态系统服务包括氧气生产、碳循环调节以及为人类提供食物与生计保障。然而，在过度开发和气候变化的压力下，海洋生态系统正面临严重退化。菲律宾蛤仔（Ruditapes philippinarum）作为一种生态与经济价值兼具的滤食性双壳贝类，在改善水质、调节营养循环和维持底栖生态系统稳定性方面发挥着关键作用。同时，其通过软体组织吸收有机碳和壳体沉积无机碳（碳酸钙，CaCO₃）的过程，显示出显著的碳汇潜力，成为海洋碳汇的重要组成部分。尽管如此，其生态承载力（ECC）和碳汇潜力尚未得到充分研究。本研究以天津渤海湾大神堂国家级海洋牧场为研究区域，通过Ecopath with Ecosim（EwE）模型，结合碳收支估算、混合营养影响（MTI）分析和系统可靠性评估（pedigree分析），首次系统评估了该区域菲律宾蛤仔的生态承载力及其在碳汇方面的潜力。

材料与方法：

研究区域位于天津大神堂国家级海洋牧场，总面积23.6 km2，其中人工礁区占13.6 km2。研究于2023年5月和8月开展了两季调查，包括18个采样站（15个位于礁区，3个为对照站）。基于现场采样、渔业统计和文献数据，构建了包含20个功能组的EwE模型，关键组包括口虾蛄（Oratosquilla oratoria）、日本关公蟹（Dorippe japonica）、许氏平鲉（Sebastes schlegelii）、花鲈（Lateolabrax japonicus）、仿刺参（Apostichopus japonicus）和菲律宾蛤仔等。

模型核心方程包括生产平衡与能量平衡模块。生态承载力（ECC）定义为浮游植物的生态营养效率（EE）等于1时的蛤仔生物量。碳收支评估涵盖蛤仔的碳摄取（通过滤食）、软组织与壳体碳储存、以及通过呼吸、排泄和生物沉积的碳释放。MTI分析用于量化蛤仔生物量变化对其他功能组的营养级联效应，pedigree指数则用于评估模型输入数据的可靠性。

结果：

模型pedigree指数为0.716，表明数据来源具有中高度可靠性。当前菲律宾蛤仔的生物量为6.3 t/km2，而其生态承载力（ECC）估计为208.1 t/km2，显示该物种在当前环境下具有巨大的未开发养殖潜力。碳汇评估表明，在ECC水平下，蛤仔年碳吸收量达21,500吨，底质沉积碳10,300吨，可收获生物量280,000吨，呼吸作用年释放CO₂ 870,000吨。

MTI分析显示，增加蛤仔生物量对底层鱼类（如花鲈）和底栖生境质量有显著正向影响，但对某些底栖捕食者（如许氏平鲉和十足目甲壳类）产生负向竞争效应。能流分析表明，系统总吞吐量（TST）、总生物量（TB）和总呼吸（TR）随蛤仔生物量增加而上升，而总初级生产（TPP）保持稳定。系统成熟度指标TPP/TR和TPP/TB在ECC下分别为1.19和10.43，表明系统随蛤仔增殖趋于成熟。然而，香农多样性指数（SDI）有所下降，反映系统可能出现生物多样性简化风险。

讨论：

本研究通过EwE模型系统解析了大神堂海洋牧场的生态系统结构与功能，表明菲律宾蛤仔在当前生物量水平下远未达到其生态承载力上限。蛤仔的增殖一方面可通过滤食作用提升水质、促进底质碳沉积，并支持更高营养级生物（如经济鱼类）的生物量，体现出显著的生态与碳汇协同效益。另一方面，超过承载力的蛤仔密度可能引发对浮游植物的过度摄食压力，导致其生物量下降约30%，并间接抑制桡足类等中间营养级的资源可得性，从而对某些底栖捕食种类（如许氏平鲉）造成营养竞争。

碳循环方面，菲律宾蛤仔在贝壳形成中固定无机碳（CaCO₃），每公斤生物量约封存0.35公斤CO₂当量；同时其软组织和生物沉积作用有助于有机碳的长期埋藏。人工礁体的布放进一步增强了水动力与栖息地复杂性，提高了蛤仔的附着存活率与碳汇效率。然而，需谨慎看待其净碳汇贡献，因为贝壳碳酸钙形成过程中可能伴随CO₂释放，且贝壳的最终去向尚存不确定性。

系统网络分析表明，随着蛤仔生物量增加，Finn循环指数（FCI）和平均路径长度（FMPL）上升，显示物质循环途径变得更复杂、能量利用更高效。但同时，连接度指数（CI）和系统杂食性指数（SOI）仍处于较低水平，表明该系统结构相对简单。A/C（聚合度/通量）从36.52%降至26.57%，O/C（overhead/通量）从63.65%升至72.77%，标志着系统从“人工高效”状态转向更具鲁棒性的“自然稳定”状态，抗干扰能力有所增强。

在120% ECC的超载情景下，部分底栖捕食者生物量出现显著下降，再次突显了资源竞争与生态权衡的存在。因此，在推进蛤仔增殖与海洋牧场建设中，需重视多物种协调与生境多样性维护，以避免生态冗余度下降和系统脆弱性升高。

结论：

天津大神堂海洋牧场通过菲律宾蛤仔的增殖与人工礁体建设，在提升生态系统结构完整性和功能稳定性方面表现出积极效果。蛤仔的生态承载力为208.1 t/km2，具有显著的碳汇潜力（年碳吸收量21,500吨，底质沉积10,300吨）和经济生物产出潜力。能流与结构分析表明，系统成熟度与稳定性随蛤仔生物量增加而提升，但需关注生物多样性可能的退化风险。

本研究通过整合EwE建模、碳收支核算、MTI分析与pedigree验证，为海洋牧场的多目标管理——包括生态修复、碳汇增强与经济效益优化——提供了定量依据与决策支持。未来需进一步长期监测与实验验证，以精确评估人工礁体对生态承载力的提升机制，并澄清贝类养殖在海洋碳循环中的净效应。