基于EwE的珠江口渔业和近海生态系统模拟研究

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珠江口近海生态系统是中国沿海重要的海洋生态系统之一,也是一个在全球海洋生态系统中具有代表性的生态系统。珠江口优越的自然环境和丰富的渔业资源促进了沿江渔业经济的发展。然而长期以来捕捞强度过大,致使珠江口近海渔业资源和生态系统结构发生了根本性变化,许多处在营养级较高层次的大型优质鱼类被低值小型种类取代,渔获质量明显降低,资源衰退现象严重。 渔业系统得以正常运行的基础是海洋生态系统保持健康状态并持续产出。然而,渔业捕捞对海洋生态系统的诸多影响改变了海洋生态系统的这种状态,反过来影响到渔业发展。因此,实行渔业管理、维护海洋生态系统和渔业的共同和谐发展势在必行。传统的渔业管理不是缺乏管制,而是管制无处不在,但是管理目标不够明确并且管理方法不科学,以及对于生态系统和渔业发展的认识不足,导致了渔业系统和生态系统目前的困窘。随着全球海洋渔业资源的全面衰退和生态系统持续退化,海洋渔业资源的管理理念正在发生深刻的变化,基于生态系统的渔业管理成为发展的必然趋势。 近年来,随着人类对渔业行为的生态环境效应意识增强,珠江口以及临近海域展开多次资源调查活动,并积累了大量有关珠江口环境、生态和生物等方面的数据和知识。但是以往的研究多局限于生态系统中单个或者几种环境或生态因子,从整个生态系统的角度出发探讨系统食物网营养结构、功能特点和系统内部能量流动的研究缺乏。本文以珠江口近海生态系统为研究对象,收集历年有关珠江口海域的资源和环境调查报告以及相关文献资料,采用Ecopath with Ecosim(EwE)建模方法构建了珠江口近海生态系统的稳态营养模型(Ecopath)模型,研究了渔业对生态系统的影响。主要研究结果如下: (1)珠江口近海生态系统1998年稳态营养模型构建和分析 以珠江口近海生态系统为研究对象,根据1998年在珠江口进行的渔业资源和生态环境调查数据,采用EwE建立珠江口近海生态系统营养模型,并利用其基本分析和网络分析功能,对整个珠江口近海生态系统的结构和特征进行了量化分析。模型由24个功能组组成,基本覆盖了参与系统能量流动的所有有机体组分。模拟结果显示,整个生态系统由7个聚合营养级构成,系统的营养级范围为1.00~3.86,系统各流量随着营养级的升高逐渐减少,其中系统平均能量转换效率为15.5%。混合影响效应分析表明,渔业捕捞对大部分功能组的混合营养效应都表现出较高的负值。系统特征分析以及与其他沿岸生态系统特征参数的比较分析表明,当前珠江口近海生态系统规模较小,系统能量来源对于初级生产者的依赖大于碎屑。另外,系统正处于发育“幼态”期,尚不成熟。 (2)珠江口近海生态系统1981和1998年稳态营养模型对比分析 建立了1981年珠江口近海海洋生态系统的Ecopath模型,并同已建立的1998年Ecopath模型对照,定量分析系统在两个时期的营养关系特点以及生态系统发育情况,并对系统内部物种关键度进行了探讨,揭示生态系统内部运行机制。结果表明,珠江口近海生态系统在1981年已经表现出不成熟的特性,到1998年生态系统不成熟的特性更为突出。珠江口近海生态系统在两个不同的时期均可以整合为七个营养级,生态系统内部营养流传递效率分别为14.0%(1981年)和15.5%(1998年)。对于系统内部物种关键度的分析表明,在两个时期的模型中没有明显的关键种被识别出来,但是浮游动物、浮游植物以及其他中上层鱼类功能组关键度比较高。生态系统的混合营养效应分析和物种关键度分析,综合体现了珠江口近海生态系统运行机制以自下而上和蜂腰控制模式为主,自上而下模式控制作用不突出。并且在1998年的生态系统中,营养级底层的功能组关键度升高,而在营养级中层的功能组关键度降低表明自下而上的控制模式占据主导地位。 (3) Ecosim动力学模拟验证渔业对珠江口生态系统的影响 在1981年Ecopath模型基础上,通过输入Ecosim捕捞努力量的时间序列数值,对捕捞量的时间序列数值进行拟合,结果表明拟合效果良好。在此基础之上,对1981和1998年的生态系统分别进行了系统弹性分析,分析结果表明1998年的生态系统稳定性较之1981年要差,系统抗干扰能力不强。在1998年Ecopath模型的基础上,通过Ecosim模拟六种不同渔获率情景下生态系统组分50年后的生物量变化情况,结果显示拖网和围网作业相对渔获率的改变对功能组生物量变化影响最为突出。另外,模拟讨论了特定功能组捕捞死亡率的变化产生的影响,模拟结果显示蓝圆鲹和刺鲳捕捞可承受的捕捞强度较低,当捕捞死亡率分别为1.6和2.5时,这种捕捞强度持续50年(自1998年起)使蓝圆鲹和刺鲳资源耗竭。而蛇鲻则体现了对捕捞作用较为迟钝的反应,在捕捞强度增加为20时,这种捕捞强度持续50年会造成其资源耗竭。 (4)休渔政策的生态系统效应及最佳渔业政策模拟与分析 以1998年的Ecopath为基础,使用Ecosim模拟了1998-2005期间休渔政策的效果。并模拟了延长休渔时间以及扩大休渔期禁捕作业方式对生态系统产生的影响。模拟结果表明当前的休渔政策对生态系统物种生物量几乎没有影响,延长休渔期时间和扩大休渔期禁捕作业方式效果也不显著。其次,采用Ecosim中的开环政策模拟功能探讨了各种目标函数以及组合目标函数最优化情景下20年后生态系统各功能组资源变化状况。研究结果表明,仅仅考虑经济、社会和生态三种目标函数的最优化不足以使生态系统的资源结构得到较好的改善。需要同时对个别物种进行资源保护,即将保持特定物种资源的目标纳入最优化政策模拟中,才能使经济、社会和生态目标函数在最大程度上取得共赢。
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