摘要
人工鱼礁具有增加礁区水域附着生物、游泳动物和底栖藻类的生物量及丰度，提高次级生产力，加速有机物的积累和循环，净化水质改善鱼类栖息地和修复受损产卵场等功能。礁型、礁材及礁体布局是人工鱼礁建设取得良好生境修复和资源增殖效果的三个关键因素，其中单位鱼礁是具有实质效应的最小礁群规模，可形成局部且相对独立的人工复合生态系统。尽管研究表明单位鱼礁的鱼礁单体引入数量和配置布局显著影响鱼礁单体之间的协同作用，进而明显影响增殖生物的群落结构特征，但目前单位鱼礁的适宜单体礁引入数量和布局尚未明确提出。本论文从礁型设计、礁材选取、单位鱼礁关键参数、牧场区生态效果四个方面开展两种人工礁的系统研究，旨在为建立近岸浅海退化生境恢复技术提供参考。取得的主要研究结果如下： 一、正方体多功能人工礁的单位鱼礁关键参数研究 实验室条件下，研究了正方体人工礁7个不同引入数量比例(0~60%)和人工礁摆放布局(每个数量比例设置10个布局)对许氏平鲉（Sebastesschlegelii）聚集率的影响，确定了单位面积正方体人工礁的适宜投放数量和礁体摆放布局，得出其单位鱼礁的适宜布设方案。在此基础上，探讨了大泷六线鱼（Hexagrammosotakii）和许氏平鲉的种类、密度和鱼体规格对聚集率的影响。结果显示，单体礁引入数量比例lt;50%时，数量比例与许氏平鲉聚集率呈显著正相关线性关系，且摆放布局对许氏平鲉的聚集率有显著影响；单体礁引入数量比例为50%时，许氏平鲉的聚集率达到最大值（76%），显著高于0~40%处理组（Plt;0.05），且当单体礁引入数量比例达到50%和60%时，礁体摆放布局对许氏平鲉聚集率的影响无统计学意义（Pgt;0.05）；在适宜布设方案条件下，除鱼体规格对大泷六线鱼的聚集率无显著影响外，鱼类种类、密度和鱼体规格对两种试验鱼聚集率的影响均达到显著性水平（Plt;0.05）。结果表明，正方体人工礁单位鱼礁的适宜单体礁引入数量比例为50%，在该数量比例时，单体礁摆放布局对恋礁性鱼类的聚集效果无显著影响，并给出了一种回字形礁体布设方案。 二、阶梯型多功能人工礁的单位鱼礁关键参数研究 实验室条件下，研究了阶梯型人工礁7个不同引入数量比例(0~60%)和人工礁摆放布局(每个数量比例设置5个布局)对大泷六线鱼聚集率的影响，确定了单位面积阶梯型人工礁的适宜投放数量和礁体摆放布局，得出其单位鱼礁的适宜布设方案。在此基础上，探讨了许氏平鲉和大泷六线鱼的种类、密度和鱼体规格对聚集率的影响。结果显示，单体礁引入数量比例lt;50%时，数量比例与大泷六线鱼聚集率呈显著正相关线性关系，且摆放布局对大泷六线鱼的聚集率有显著影响；单体礁引入数量比例为50%、60%时，大泷六线鱼的平均聚集率最大约为72%且两者之间无差异性，显著高于0~40%处理组（Plt;0.05）；在适宜布设方案条件下，除鱼体规格对两种试验鱼的聚集率无显著影响外，鱼种类、密度和鱼体规格对两种试验鱼聚集率的影响均达到显著性水平（Plt;0.05）。结果表明，阶梯型人工礁单位鱼礁的适宜单体礁引入数量比例为50%，在该数量比例时，单体礁摆放布局对恋礁性鱼类的聚集效果无显著影响，并给出一种十字镂空回形布设方案。 三、海头红的海水铁含量适宜性及混凝土礁材添加铁元素的可行性分析 铁元素是植物必需的微量营养元素之一，对维持植物正常生命活动至关重要。以铁元素作为切入点，20℃条件下，研究了6个不同海水铁含量处理[23(自然海水,对照)、100、300、500、700、900μg·L-1]对海头红（Plocamiumtelfairiae）相对生长速率、藻胆蛋白含量及过氧化物酶和固氮酶活力的影响，分析了海头红的海水铁含量适宜性。结果表明：经30d培育实验，海水铁含量为100μg·L-1处理组海头红的相对生长速率（RGR）达到最大值（1.14%·d?1），极显著高于其它海水铁含量处理组（Plt;0.01），而海水铁含量为300~900μg·L-1处理组海头红的RGR在0.26~0.34%·d?1之间，与对照组无明显不同（Pgt;0.05）；海头红三种藻胆蛋白含量均随海水铁含量的增加呈现先增加后缓慢下降的变化趋势，并于100μg·L-1时达到最大值，海头红过氧化物酶活力亦在海水铁含量100μg·L-1条件下达到最高值（14.5U·mg-1），显著高于其它处理组（Plt;0.05），但不同海水铁含量对海头红固氮酶活力无显著影响（Pgt;0.05）。适宜性分析表明，在设定的5个海水富铁处理中，100μg·L-1铁含量对海头红的促生长作用最显著。通过对比分析铁粉和乙二胺四乙酸铁钠（NaFeEDTA）不同添加量和添加方式条件下混凝土材料的铁溶出特征，得出外部按照1.2kg/m2，内部按照0.4kg/m2添加铁粉结论，为人工鱼礁混凝土材料的改善提供参考。 四、两种多功能人工礁的制作投放和海区生态效果评价 根据室内实验结果，设计并定型了两种人工礁，兼顾产卵、育幼、生物附着和栖息等多种生态功能。制作了6个阶梯型产卵礁（3个未加铁粉和3个添加铁粉）和5个正方体产卵礁（未加铁粉），2015年4月底投放于青岛崂山青山湾附近海区，并在2015年6~10月和2016年5~11月，监测了实验礁的附着动物、附植动物、鱼卵和游泳动物的动态变化特征，采用指示物种法，评价了铁粉添加对阶梯型人工礁生态修复效果的影响，并对比分析了两种人工礁与石块礁的藻类附着效果和刺参（Apostichopusjaponicus）栖息密度。结果显示：礁体大型底栖藻类由2015年的7种增加到2016年的23种，其中红藻门11种、绿藻门5种、褐藻门7种，含铁阶梯型人工礁平均每月藻类生物量最高（166.1g/m2），石块礁次之（130.4g/m2），随后为未添加铁粉阶梯型人工礁（124.9g/m2）和正方体人工礁（95.0g/m2）；2015年礁体附着动物主要类群为软体动物、节肢动物、棘皮动物和被囊动物，共计18种，加铁和未加铁的阶梯型人工礁每月单位面积附着动物生物量无明显差异，平均为3.7g/m2，是正方体人工礁的1.7倍；2016年人工礁表面藻类的附植动物主要类群为软体动物、节肢动物、棘皮动物和环节动物，共计22种，其中丽小笔螺（Mitrellabella）和强壮藻钩虾（Ampithoevalida）为优势种类；2015年在礁体采集大泷六线鱼鱼卵1128粒，2016年采集斑头鱼（Agrammusagrammus）鱼卵3020粒；栖息于礁体空间的游泳动物主要为许氏平鲉、大泷六线鱼和纹缟鰕虎鱼（Tridentigertrigonocephalus）等岩礁性鱼类，共计7种，其中正方体鱼礁游泳动物的生物量最高，为69.42g/m3；含铁阶梯型人工礁的刺参平均栖息密度最高（13.6头/m2），无铁阶梯型人工礁次之（13.4头/m2），其次是石块礁（8头/m2），与正方体人工礁无明显不同（7.8头/m2）。研究结果为海洋牧场构建技术以及近岸渔业资源恢复技术提供了重要的科学基础。
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