山东省海洋牧场观测网的建设与发展

在全球气候变化的背景下，现代化海洋牧场是我国应对近海生态环境恶化和渔业资源衰退、实现海洋生态文明和海洋强国战略的重要手段。而海洋牧场观测网是科学指导现代化海洋牧场建设，并进行科学管理的重要基础。为了保障现代化海洋牧场的可持续健康发展，山东省于2015年底开始在各海洋牧场建设生态环境海底观测站，并组网建成世界先进的海洋牧场观测网，目前已覆盖23处海洋牧场。设立观测网预警中心，负责海洋牧场观测网的日常运行和维护，同时开展水域多学科耦合过程的基础研究和业务化辅助决策的应用服务。海洋牧场观测网的建立和业务化运行初步实现了海洋牧场生态环境和渔业资源的"可测"、"可视"、"可控"和"可预警"。目前，我国现代化海洋牧场观测网的科学发展仍面临诸多挑战，建议进一步增强观测设备的自主研发能力和长期在线监测的稳定性，跨介质立体组网、实现海洋牧场的全方位立体监测，深化多学科耦合过程的基础研究并提供多元业务化辅助决策应用服务，为现代化海洋牧场的高质量发展保驾护航。     

基于最大熵模型模拟西印度洋剑鱼栖息地的时空分布

剑鱼（Xiphias gladius）是一种高度洄游性鱼类,其迁徙和栖息地利用受海洋环境影响明显,理解其空间分布格局形成的机制对于资源的养护和管理具有重要意义。本研究利用2017?2019年中国印度洋延绳钓渔业观察员数据中剑鱼的渔获物信息作为物种出现数据,结合西印度洋海域的海表温度、海面高度、叶绿素a浓度、混合层深度、海表盐度等环境数据,采用最大熵模型对剑鱼的栖息地适宜性分布进行了模拟。结果表明:（1）模型对印度洋西部剑鱼栖息地适宜性分布的模拟精度非常高,各个季节受试者工作特征曲线的曲线下面积都大于0.9,可用于模拟剑鱼潜在的栖息地适宜性分布;（2）研究区域内剑鱼适宜栖息地分布变化与实际作业位置变动基本一致,干季和湿季剑鱼栖息地高适宜性的区域分布都较为集中,但湿季分布范围要大于干季;（3）海表温度、海表盐度和混合层深度是影响西印度洋剑鱼栖息地适宜性分布的重要环境因子,在干季和湿季的最适范围分别为25.8～31.6℃、34.4～35.9、0.1～24.9 m和25.6～30.5℃、34.8～36.4、13.1～54.1 m。研究结果可为西印度洋海域剑鱼种群的可持续利用和科学管理提供必要参考信息。     

物种分布模型在海洋物种潜在分布预测中面临的大数据挑战

利用物种分布模型(species distribution models or modeling,SDM)估计物种的真实和潜在分布区,已成为海洋保护区规划、外来、物种入侵预测、气候变迁或环境改变对物种分布影响等领域的研究热点。此外,在大数据技术迅速发展的背景下,国外已出现多个面向物种分布模型的大数据集以及应用大数据技术进行物种分布模型研究的案例,而我国,海洋方面应用大数据的物种分布模型的研究却寥寥无几。文章首先就物种分布模型、物种分布模型分类以及其研究现状做了较为详细的叙述,讨论了物种分布模型的大数据需求及所需数据类型,主要从大数据价值链的角度讨论了海洋领域物种分布模型与大数据的关系,具体从物种分布数据和环境数据的收集与大数据、物种数据和环境数据的集成与大数据、物种分布模型的预测分析与大数据3个方面展开。文章就物种分布模型所面临的大数据问题,从加强海洋生物多样性大数据平台和生态系统观测网络的建设以及鼓励海洋领域的物种分布模型应用研究项目的开展两方面给出作者的建议,对未来物种分布模型在我国海洋领域的研究和应用的前景作了展望。     

海域使用活动对海湾生态环境的压力评估——以莱州湾为例

以莱州湾为例,基于GIS和地理空间模拟框架,结合海洋生态红线区分布,建立了海域使用活动对海洋生态环境的潜在压力评估模型,空间量化评估多种海域使用活动对海洋生态环境的潜在影响。结果显示,多种海域使用活动的潜在压力总体呈近岸高于远岸、湾顶>东部>西部的分布特征;压力高值区集中于距岸10 km以内海域和5 m水深以内海域;海洋特别保护区、海洋自然保护区及重要河口生态系统等类型的海洋生态红线区受到开放式养殖、围海养殖、盐业用海活动的压力较大,需要对其进行重点监控。研究揭示了莱州湾海域使用活动对海洋生态环境潜在压力的空间分布格局,为海洋生态红线落地实施和海域使用管理提供决策依据。     

三亚蜈支洲岛热带海洋牧场渔业资源现状及季节变动

蜈支洲岛海洋牧场为海南省首个国家级海洋牧场示范区,为评估蜈支洲岛海洋牧场的资源养护效果,进而为下一步海洋牧场的渔业资源科学管理提供依据。采用渔业资源水声学调查方法,对蜈支洲海洋牧场近岛人工鱼礁区及海棠湾湾区的渔业资源现状及其季节变动进行了研究。2019年4月、8月、12月进行了3次调查,结果显示：4月近岛人工鱼礁区域共捕获游泳生物63种,平均资源量密度为63.71 t/km²,8月、12月海棠湾湾区共捕获游泳生物68种和120种,平均资源量密度分别为8.29 t/km²和7.21 t/km²。4-12月物种多样性指数（H''）均值分别为3.532、3.478、4.414。三次调查中,鱼类优势种中多齿蛇鲻（Saurida tumbil）、短鳄齿鱼（Champsodon snyderi）、宽条鹦天竺鯛（Ostorhinchus fasciatus）均出现2次,其余种类均只出现一次。4-12月重要经济生物占总资源量的比重依次为72.46%、64.74%、57.59%。综上所述,蜈支洲岛海洋牧场近岛人工礁区及海棠湾湾区渔业资源丰富、物种多样性高,尤其是海洋牧场建设对于渔业资源的聚集起到了积极的作用,但仍存在重要经济鱼类少,个体较小等问题。     

基于层次分析法的人工鱼礁选址适宜性评价方法

人工鱼礁作为渔业资源增殖的有效手段,在海洋牧场建设中发挥重要作用。人工鱼礁区的科学选址是海洋牧场建设需首先解决的技术问题。目前关于人工鱼礁选址还没有通用的定量评价方法。基于层次分析法理论建立层次结构模型,设定社会、物理、工程、化学和生物环境等5个主要准则因素,设定海洋功能区划、水深、水流、底质类型、底质荷载、淤泥层厚度、海底坡度、水质、沉积物质量、赤潮、浮游植物、浮游动物、底栖生物等13个次级准则因素并作为评价指标,其中将水质和沉积物质量设定为多参数指标。依据相关国家标准和行业规范,采用多种归一化处理方法建立所有指标的定量评价标准。结合对人工鱼礁建设实际情况的分析,确定主要准则因素权重。考虑人工鱼礁渔业资源增殖效应,增加对两类特殊情况的评价判定过程。其中两类特殊情况分别为单一指标参数值超限情况和多参数指标中多个参数值接近超限的情况。使用Python编程语言创建软件系统实现评价结果的高效计算并输出对应适宜性等级。根据日照市海洋牧场示范区中适宜人工鱼礁建设海域调查数据模拟8个针对性的海区案例对方法进行验证,案例分析表明,该方法具有较好实用性,能有效分析并获取目标海区建礁适宜性评价结果,可为...     

海洋人物

布鲁斯W.(William Bruce,1867.8.1～1921.10.28)苏格兰航海家、医生。1867年8月1日生于伦敦。受皇家地理学会委托,1892～1893年乘捕鲸船在南极海域威德尔海西北部进行海洋考察。曾在威德尔海东部测深,并用海底拖网广泛采集海洋生物。1902～1904年期间的考察,在南极的地理上有诸多发现。在通过22°W,74°S后发现设德兰,     

海上风电场建设与运行对渔业资源群落结构及空间分布的影响研究

作为新能源发展的前沿领域,海上风电发展迅猛,然而大规模发展海上风电给海洋生态环境带来的潜在影响尚不明确。为评估海上风电场建设与运行对相关海域渔业资源的影响,文章于2021年在桂山海上风电场海域开展渔业资源调查,对比分析风电场内外、风电建设区和运行区以及风电场建设前后的渔业资源群落结构、优势种、物种更替率、资源密度和空间分布特征。研究结果表明：7-9月和12月航次分别捕获游泳动物84种、88种、105种和99种,其中鱼类和甲壳类居多,任意2个航次间的物种更替率变化范围为41.0%~93.4%;12月的Shannon-Wiener指数和丰富度指数均最高,7月的Pielou均匀度指数最高;与风电场建设前相比,风电场建设活动在建设阶段短期内改变渔业群落结构和优势种组成,降低渔业群落多样性和资源密度;风电场运行阶段的渔业资源种类数量和资源密度均有所恢复,风电桩基具有一定的人工鱼礁效应。研究结果将为海上风电场建设和运行对渔业资源的长期影响研究提供基础数据和决策指导。     

基于多波束背向散射强度信号的海底表层沉积物粒度分类研究——以澳洲Joseph Bonaparte湾为例

近海海底地形探测与沉积物精确分类对涉海工程建设、生物栖息地反演以及海底资源勘查与开发具有重要的现实意义。以澳洲Joseph Bonaparte湾为例，利用多波束测深技术获取了该海湾约880 km2水域的水深数据与背向散射强度信号，结合同步采集的54个海底表层沉积物样品，通过随机决策树模型对该海域海底表层沉积物进行了分类研究。结果表明:（1）利用随机决策树模型分析该海域沉积物类型与背向散射强度的关系时，当模型内部参数设置:树的总数为200，最小分裂节点为2，每棵树的最大分裂级数为5时，可提高预测准确率；（2）该参数设置下，利用13°和37°入射角的背向散射强度预测该海域沉积物类型时，准确率最高，其值为83.3%，且在研究海域，砂质砾和砾质砂分布在背向散射强度较强的深槽或海沟等地区，而砾质泥质砂和含砾泥质砂主要分布在背向散射强度较弱的浅水海域。分析还发现，当水深数据作为预测海底表层沉积物类型的特征变量时，有可能降低最终预测结果的准确率。     

广东省实施海洋牧场与海上风电融合发展的可行性分析

海洋牧场是修复海洋生态环境和涵养近海渔业资源的新模式, 而海上风电是我国新的清洁能源产业。本文在分析广 东省海上风电场建设的基础上, 分析了马尾藻藻礁建设在海洋风电场的适宜性和投放条件, 探讨了在广东省开展以人工藻礁 场 ＋ 海上风电场为特点的融合发展模式的可行性, 以及对于生态用海 、生态管海和海域资源集约节约利用的必要性。研究 认为“海洋牧场 ＋ 海上风电”的发展模式将成为未来提高海域综合利用水平的重要发展方向。     

天津大神堂海洋牧场影响新生牡蛎因素初探

海洋牧场是维持海洋生态平衡、促进海洋可持续发展,以及满足人类对海洋资源需求的一种新兴技术和产业,海域中投放的人工鱼礁可以为牡蛎生物提供理想的繁殖和栖息生境。天津大神堂海洋牧场中已发现大量新生的牡蛎生物体,然而牡蛎的空间分布并不均衡,存在异质性,其影响因素尚未明确,需进一步探索和研究。本文立足于天津大神堂海域国家级海洋牧场示范区,基于线性相关和逐步多元回归分析,量化了礁体与牡蛎分布之间的相关性,明确了牡蛎分布的影响因素并识别了主次关系。结果表明：区域水深、坐底时长、礁体密度、牡蛎礁距离均对牡蛎生物量有重要影响,其中,坐底时长、礁体密度与牡蛎生物量为正相关,区域水深、牡蛎礁距离与牡蛎生物量为负相关,坐底时长、礁体密度及牡蛎礁距离等3 个环境变量对牡蛎生物量影响更为显著。本文研究成果可以为海洋牧场的建设和牡蛎礁的修复提供重要的技术支持。     

Using fisher knowledge,mapping population,habitat suitability and risk for the conservation of dugongs in Johor Straits of Malaysia

In the coastal waters of Johor Straits, Peninsular Malaysia, the dugongs occur and their habitat suitability model has yet not been attempted, while it could be critical information for developing their conservation strategies. This study derived spatially explicit dugong population information on the abundance and distribution of dugongs based on fisher surveys. The survey revealed the highest dugong abundance around eastern areas, followed by southern areas of Johor Straits. Degradation of seagrass habitat, which dugong uses as feeding ground, could be the main reason for reducing dugong sighting around western areas. A habitat suitability map was produced based on dugong presence and interacting environmental factors such as seagrass biomass, distance from shoreline, and water depth. Using ArcGIS mapping capability, the data layers on those environmental factors were fied into MaxEnt. The MaxEnt model output showed seagrass biomass as the highest contributing factor to the likelihood of dugong presence. The model also estimated 20 kg/m² of seagrass biomass, 3 km distance from shoreline and a water depth of 25 m as the optimum habitat condition for dugong population. The combination of fisher interview, habitat suitability, and risk modeling has the ability to provide adequate information required for monitoring and developing policy strategies for sustainable management and conservation of marine mammals.     

基于绿色发展的我国近海渔业资源开发利用

为保护我国近海渔业资源,实现海洋渔业的绿色发展,文章梳理我国近海渔业资源开发利用状况,结合存在的问题及其对海洋生态环境的影响,提出对策建议。研究结果表明:2017年我国近海海水养殖产量同比略有提高,海洋捕捞产量同比略有降低;2008—2017年养殖空间有所优化,以筏式养殖和底播养殖为主,深水网箱养殖和工厂化养殖的产量显著提高,海洋捕捞以拖网捕捞为主;我国近海渔业资源开发利用存在海水养殖能力与养殖面积不相称、养殖空间日趋萎缩和超负荷、养殖低效以及海洋捕捞能力不均和强度较高等问题,给海洋生态环境带来污染海水环境、占用生态空间和破坏渔业资源等不利影响,亟须完善海洋生态补偿制度、促进渔业资源恢复和合理开发利用渔业资源。     

热带典型珊瑚岛礁海洋牧场花刺参底播增殖容量及其生态效应预测

为改善热带珊瑚岛礁型海洋牧场的珊瑚礁生境,实现生物资源的养护和渔业资源的产出功能,在对海参等高值经济种开展底播增殖前,科学评估其生态容量是防止引发海洋牧场生态风险的重要保证。运用生态系统模型法评估了三亚蜈支洲岛热带珊瑚岛礁海洋牧场花刺参(Stichopus monotuberculatus)的底播增殖容量。根据2020~2021年蜈支洲岛海洋牧场近岛区渔业资源调查与环境因子数据,运用Ecopath with Ecosim 6.6软件构建了该海域的生态系统营养通道模型。研究表明:生态系统各功能组营养级范围介于1~3.52,系统的食物网结构以牧食食物链为主,总能流中有43%的能量来源于碎屑功能组,其在系统总能流中有重要地位。系统的总平均能量传递效率为9.353%,略低于林德曼能量传递效率(10%)。总初级生产量/总呼吸量为3.726,总初级生产量/总生物量为28.834,系统连接指数为0.256,杂食性指数为0.120,系统Finn''s循环指数和平均路径长度分别为2.485%和2.379,表明近岛区生态系统食物网结构较为简单,且系统稳定性和成熟度偏低,易受外界干扰。根据模型评估的花刺参增殖生态容量为110.21 t/km²,是现存量的206 倍,有较大增殖空间,并且达到生态容量后碎屑组的能量再循环利用效率将显著增加,营养级结构能得到进一步优化,系统稳定性及成熟度将有所提高。基于研究结果,可适当采捕与花刺参生态位相近的生物,同时增殖放流其他处于不同营养层次的经济种,从而减少种间竞争,有效利用系统冗余能量,进而扩大花刺参的生态容量,实现海洋牧场的健康可持续发展。     

海州湾及邻近海域口虾蛄栖息地适宜性建模的环境变量优化

Habitat suitability index(HSI) models have been widely used to analyze the relationship between species abundance and environmental factors, and ultimately inform management of marine species. The response of species abundance to each environmental variable is different and habitat requirements may change over life history stages and seasons. Therefore, it is necessary to determine the optimal combination of environmental variables in HSI modelling. In this study, generalized additive models(GAMs) were used to determine which environmental variables to be included in the HSI models. Significant variables were retained and weighted in the HSI model according to their relative contribution(%) to the total deviation explained by the boosted regression tree(BRT). The HSI models were applied to evaluate the habitat suitability of mantis shrimp Oratosquilla oratoria in the Haizhou Bay and adjacent areas in 2011 and 2013–2017. Ontogenetic and seasonal variations in HSI models of mantis shrimp were also examined. Among the four models(non-optimized model, BRT informed HSI model,GAM informed HSI model, and both BRT and GAM informed HSI model), both BRT and GAM informed HSI model showed the best performance. Four environmental variables(bottom temperature, depth, distance offshore and sediment type) were selected in the HSI models for four groups(spring-juvenile, spring-adult, falljuvenile and fall-adult) of mantis shrimp. The distribution of habitat suitability showed similar patterns between juveniles and adults, but obvious seasonal variations were observed. This study suggests that the process of optimizing environmental variables in HSI models improves the performance of HSI models, and this optimization strategy could be extended to other marine organisms to enhance the understanding of the habitat suitability of target species.     

立足海岛开发的海洋牧场陆海旅游一体化发展模式——以磨盘山岛为例

近年来休闲渔业与海洋牧场的结合作为新兴的渔业产业模式逐渐发展起来。在生态环境退化和近海渔业资源持续衰退的大背景下,以海洋牧场建设为基础、以休闲渔业和旅游业为带动的渔业模式不断发展。我国近海海岛众多,具备围绕海岛综合开发建设海岛类海洋牧场的天然优势,可以预见以海岛为中心、立足海岛生态开发构建海洋牧场的发展模式将是近海海洋...     

基于MaxEnt和GARP的阿蒙森海域南极磷虾(EUPHAUSIA SUPERBA)的分布区预测

南极磷虾是南大洋生态系统的关键物种,在南极碳汇过程中起到重要作用,近年来受到越来越多的关注。针对位于南大洋太平洋扇区的阿蒙森海域,运用最大熵模型(maximumentropy modeling,MaxEnt)和预设规则的遗传算法(geneticalgorithmforrule-setproduction,GARP)两种生态位模型,基于已采集的南极磷虾分布点的数据,对其在阿蒙森海域的潜在分布区进行了预测和分析,并采用受试者工作特征曲线(receiveroperatingcharacteristiccurve,ROC)下的面积(areaundercurve,AUC)和真实技巧统计法(true skill statistic, TSS)对模型结果进行评估。结果表明:MaxEnt模型中的高适生区刻画细致, GARP模型预测的高适生区分布范围更广。为克服单个模型的不确定性得到更佳结果,将两个模型的预测结果进行集合。集合后的结果模拟精度显著提高(AUC为0.946, TSS为0.78),达到了极好的预测效果。磷虾的高适生区集中分布在65°～73°S,占总面积的6.2%,中适生区占总面积的5.7%。...     

Towards High-Resolution Habitat Suitability Modeling of Vulnerable Marine Ecosystems in the Deep-Sea: Resolving Terrain Attribute Dependencies

Recent habitat suitability models used to predict the occurrence of vulnerable marine species, particularly framework building cold-water corals, have identified terrain attributes such as slope and bathymetric position index as important predictive parameters. Due to their scale-dependent nature, a realistic representation of terrain attributes is crucial for the development of reliable habitat suitability models. In this paper, three known coral areas and a noncoral control area off the west coast of Ireland were chosen to assess quantitative and distributional differences between terrain attributes derived from bathymetry grids of varying resolution and information content. Correlation analysis identified consistent changes of terrain attributes as grain size was altered. Response characteristics and dimensions depended on terrain attribute types and the dominant morphological length-scales within the study areas. The subsequent effect on habitat suitability maps was demonstrated by preliminary models generated at different grain sizes. This study demonstrates that high resolution habitat suitability models based on terrain parameters derived from multibeam generated bathymetry are required to detect many of the topographical features found in Irish waters that are associated with coral. This has implications for marine spatial planning in the deep sea. Supplemental materials are available for this article. Go to the publisher's online edition of Marine Geodesy to view the free supplemental file.