《Biology》：Evaluation of the Sustainability of Marine Resources in the Reef Areas of Furong Island Marine Ranching Based on the Ecopath Model
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海洋牧场是“蓝色粮仓”战略的关键组成部分。评估海洋牧场人工鱼礁区的长期养护成效，有助于掌握当前养护状况、识别养护过程中的问题并制定针对性解决方案。基于2019年和2022年芙蓉岛西部海域国家级海洋牧场的调查数据，研究人员利用Ecopath with Ecosi
海洋牧场是“蓝色粮仓”战略的关键组成部分。评估海洋牧场人工鱼礁区的长期养护成效，有助于掌握当前养护状况、识别养护过程中的问题并制定针对性解决方案。基于2019年和2022年芙蓉岛西部海域国家级海洋牧场的调查数据，研究人员利用Ecopath with Ecosim 6.7版本构建了两个时期的Ecopath模型。通过比较营养结构、系统属性及能量流动等因素，评估了持续养护与管理活动所伴随的潜在生态效应。结果表明，2019年至2022年间生态系统食物网的营养级结构相似。2022年多数功能群的营养级略高于2019年，且生物量显著增加。生物多样性略有提升，Shannon指数从1.544升至1.570，多数功能群的营养级有所升高。生态系统总体规模扩大了29.37%，而总初级生产量/总呼吸量（TPP/TR）、总初级生产量/总生物量（TPP/TB）及系统优势度（A）值下降，Finn循环指数（FCI）、平均路径长度（MPL）和转移效率（TE）则有所上升。总体而言，这些变化表明生态系统趋于更加成熟，但并非所有生态系统指标均呈现一致响应。在能量传递过程中，流入各营养级的能量比例有所改善。碎屑食物链主导了系统的能量供给，但其占总流量的比例从61%降至57%，而来自初级生产者的能量贡献有所增加，两条途径的总转移效率均得到提升。混合营养影响及关键种分析揭示了关键种的变化。总体来看，2019年至2022年间观测到的变化与持续养护和管理下潜在的生态改善相一致。这些发现将有助于进一步完善渔业资源养护方法，并为海洋生态系统修复决策提供支持。
一、研究背景与意义
渔业资源是全球粮食安全的重要基础，也是蓝色经济的核心驱动力，为全球32亿人口提供了至少20%的人均蛋白质摄入量，是沿海国家可持续发展的战略性资产。然而，受气候变化、过度捕捞和环境污染的综合影响，全球渔业资源面临严重衰退，导致大范围生态系统退化。为应对这些挑战，海洋牧场应运而生，成为国家“蓝色粮仓”战略的重要组成部分，在栖息地修复和资源养护中发挥着不可替代的作用。
人工鱼礁作为海洋牧场的基础结构和关键工程手段，通过提供庇护所、索饵场和产卵场，减轻水流和捕食者的影响，从而支持生态修复和渔业养护。已有研究表明，人工鱼礁能够改变局部水动力条件、促进营养富集，并提升生物量积累和生物多样性。然而，现有研究大多聚焦于鱼礁投放前后的短期效应，对资源养护的长期可持续性关注不足。鉴于渔业资源修复是一个长期过程，建立评估持续养护成效的稳健框架，对于完善管理实践、促进海洋资源健康发展至关重要。
莱州湾是渤海三大海湾之一，是中国北方经济价值物种的重要产卵场和育幼场。然而，高强度的人类活动导致渔业资源衰退、生物多样性降低，生物群落呈现小型化、低营养级化趋势。为此，莱州湾已建立海洋牧场以改善局部生态环境。近期评估显示，生态系统健康状况已从“不健康”转变为“亚健康”，浮游植物、浮游动物和底栖生物的生物多样性指数均有提升。系统性评估和针对性修复对于进一步生态恢复仍十分必要。
本研究旨在评估2019年至2022年间莱州湾芙蓉岛西部国家级海洋牧场人工鱼礁区持续养护对资源的潜在积极效应。利用Ecopath模型分析持续养护下的能量流动、营养结构和系统成熟度，并通过混合营养影响和关键种指数分析识别关键种。研究评估了资源养护的长期成效，为海洋牧场生态系统的管理和可持续利用提供科学依据。
二、研究内容与主要结论
研究区域位于莱州湾芙蓉岛西部海域国家级海洋牧场示范区，总面积107.95 km2，核心区33.3 km2。该牧场建于2015年，建设内容包括人工鱼礁投放、海藻场移植培育、底播和增殖放流。研究人员于2019年10–11月和2022年10月分别布设7个站位，采集水环境理化参数和海洋生物要素数据，构建了两个时期的Ecopath模型。
研究将2019年和2022年芙蓉岛海洋牧场礁区生态系统分别划分为16个和17个功能群，涵盖关键渔业种群、大型底栖生物、浮游动物、浮游植物和碎屑。通过PREBAL诊断和热力学与生态学原则进行模型平衡验证。两个模型的Pedigree指数分别为0.638和0.661，表明输入数据质量极高。
主要研究结果如下：
模型稳健性与营养级特征：2019年和2022年生态系统食物网的营养结构相似，营养级范围分别为1–4.079和1–4.183，平均营养级从2.050升至2.159。最高营养级功能群为许氏平鲉（Sebastes schlegelii）。多数功能群在2022年的营养级略高于2019年，多个功能群的生物量显著增加。浮游植物生物量从25.206 t·km?2增至28.68 t·km?2，总初级生产量从5545.32增至6309.600 t·km?2·a?1，均增长13.78%。顶级捕食者许氏平鲉的生物量从0.0605 t·km?2增至0.6537 t·km?2，增长10.8倍，表明上行效应可能促进了高营养级鱼类资源的恢复。
生态系统属性参数变化：2022年系统总流量（TST）从20,368.160 t·km?2·a增至26,351.131 t·km?2·a，规模扩大约29.37%。TST的增加主要由总消耗量（TC）驱动，其增量占TST净增量的约73.35%。与2019年相比，2022年的TPP/TR、TPP/TB、CI和A值下降，而FCI、MPL、SOI和TE值上升。两个时期均存在以浮游植物为基础的牧食食物链和以碎屑为基础的碎屑食物链两条能量通路。
能量转化效率变化：两个年份的能量流动主要集中在营养级I和II之间，其次为II和III之间。2022年营养级II能量流占比从31.70%升至37.58%，营养级III从3.948%升至6.234%。碎屑来源能量占总流量比例从61.0%降至57.0%。初级生产者的平均转移效率从6.631%升至8.507%，碎屑的平均转移效率从7.930%升至10.34%，系统总转移效率从7.464%升至9.613%，接近水生生态系统约10%的参考值。
混合营养影响与关键种：2019年关键种前三为头足类、其他底栖鱼类和其他软体动物；2022年为头足类、其他软体动物和许氏平鲉。头足类在两个时期均位列关键种指数和相对总影响首位，表明其在生态系统生物群落结构中稳定发挥重要作用。混合营养影响分析显示，2019年许氏平鲉对日本蟳（Charybdis japonica）有显著负面影响，2022年许氏平鲉对大泷六线鱼（Hexagrammos otakii）产生负面影响。浮游植物和碎屑对多数功能群产生积极影响。
三、讨论与结论
营养结构特征：营养级I包含碎屑和浮游植物，是整个生态系统营养和能量的主要来源。2022年浮游植物生物量较2019年增长13.78%，可能与人工鱼礁改变水动力条件、促进营养混合和分布有关。持续的资源养护可能是芙蓉岛海洋牧场生态系统总初级生产量增加的因素之一，为更复杂的食物网结构提供了更广泛的能量和营养基础。营养级II包含软体动物、底栖生物和浮游动物，在物质传递和能量流动中发挥关键中介作用。营养级III包含甲壳类、头足类和部分鱼类。营养级IV仅包含许氏平鲉和花鲈（Lateolabrax japonicus）。平均营养级从2.050升至2.159，多数功能群营养级略有升高。物种组成变化导致捕食压力增加，但营养级并未下降反而上升。
生态系统能量流动变化：两次调查间隔三年间，能量流动主要发生在前五个营养级。营养级II和III之间的能量转移效率最高，2019年为12.46%，2022年为16.28%。营养级IV和V之间的转移效率从2019年的2.897%升至2022年的6.484%。总转移效率从7.464%升至9.613%，略高于Christensen和Pauly报告的41个水生生态系统9.2%的平均转移效率。碎屑食物链主导特征与许多沿海生态系统一致，碎屑能量流分别占生态系统总能量流的61.0%和57.0%。近岸海洋牧场建立了大量碎屑库，促进了碎屑食性生物（如双壳类和多毛类）的增殖，为高营养级生物提供了更广泛的能量基础。
生态系统成熟趋势：TPP/TR值从2019年的1.731降至2022年的1.418，表明生态系统趋于更加成熟。TPP/TB从9.388降至8.020，Shannon多样性指数从1.544略升至1.570。CI虽从0.356略降至0.352，但实际营养连接数从80增至90，CI的轻微下降可归因于模型分辨率提高（潜在营养连接数从225增至256）。TPP/TR、TPP/TB、FCI、MPL、SOI、CI和能量转移效率的总体变化趋势与芙蓉岛海洋牧场生态系统趋于更加成熟和内部能量利用效率提高相一致。然而，并非所有指标均呈现一致响应，表明生态系统结构和功能仍处于持续调整和演替动态之中。
研究结论：与2019年相比，2022年模型显示多数功能群生物量更高、营养级略高、系统总流量更大、能量转移效率更高。TPP/TR、TPP/TB、FCI、MPL、SOI、CI和转移效率的变化总体表明，尽管并非所有生态系统指标均呈现一致模式，但生态系统总体趋于更加成熟和内部能量利用效率更高。碎屑食物链仍是主导能量途径，而初级生产者对生态系统能量流动的贡献有所增加。混合营养影响和关键种的变化进一步表明2019年至2022年间物种相互作用发生了时间性转变。总体而言，2019年至2022年间观测到的变化与持续养护和管理下潜在的生态改善相一致。然而，由于本研究仅基于两个调查时期且无参照区，两个Ecopath模型在功能群组成上存在一定差异，年际环境变异性、补充动态和其他管理活动等因素也可能对观测变化有所贡献，需进一步研究以厘清这些因素的潜在贡献。
