海洋牧場(chǎng)開發(fā)的設(shè)備需求分析

王思凱 李九奇 劉永虎 劉崇煥

摘 要：海洋牧場(chǎng)的理念是從農(nóng)業(yè)畜牧場(chǎng)中啟發(fā)而來(lái)的，是一種現(xiàn)代化農(nóng)漁業(yè)生產(chǎn)方法，其利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)支持和管理，采用現(xiàn)代化管理方法以實(shí)現(xiàn)生態(tài)健康，良好的環(huán)境，豐富的資源和產(chǎn)品安全，具有修復(fù)海洋棲息地，提高水產(chǎn)養(yǎng)殖生物質(zhì)量，增加漁業(yè)資源的特點(diǎn)。該文分析了海洋牧場(chǎng)開發(fā)的儀器和設(shè)備要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題以及當(dāng)前的現(xiàn)狀和今后的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：海洋牧場(chǎng)建設(shè);海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù);海洋生物資源可持續(xù)發(fā)展;設(shè)備研制

中圖分類號(hào) F326.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）09-0092-03

Analysis of Equipment Demand of Marine Ranch ?Development

Wang Sikai et al.

（Dalian Ocean University， Dalian 116000， China）

Abstract：The concept of marine pastures is inspired by agricultural livestock pastures.It is a modern agricultural and fishery production method.It uses modern science and technology to support and manage， and adopts modern management methods to achieve ecological health， a good environment， and rich resources.And product safety.It has the characteristics of repairing marine habitats， improving the quality of aquaculture organisms， and increasing fishery resources.This article discusses the important scientific and technological problems to be solved by the instruments and equipment developed in marine pastures， as well as the status quo and development.

Key words： Marine pasture construction; Marine ecological environmental protection; Sustainable development of marine biological resources; Equipment development

海洋是生命的搖籃，是人類賴以生存和發(fā)展的重要空間，也是人類獲取優(yōu)質(zhì)蛋白的“藍(lán)色糧倉(cāng)”[1-2]。根據(jù)中華人民共和國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的相關(guān)數(shù)據(jù)，2016年全國(guó)海洋水產(chǎn)品總量達(dá)3490.15萬(wàn)t，居民人均海洋水產(chǎn)品占有量約50.59kg，是我國(guó)國(guó)民優(yōu)質(zhì)動(dòng)物蛋白的重要來(lái)源。然而，隨著捕撈技術(shù)的進(jìn)步和捕撈力量的劇增，我國(guó)近海漁業(yè)資源已全面衰退，小型化、低質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重，傳統(tǒng)漁場(chǎng)、漁汛幾近消失。因此，如何恢復(fù)和養(yǎng)護(hù)漁業(yè)資源成為了我國(guó)漁業(yè)產(chǎn)業(yè)永續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題[3]。2006年，國(guó)務(wù)院頒布的《我國(guó)水生生物養(yǎng)護(hù)行動(dòng)綱要》中提出，養(yǎng)護(hù)和合理利用水生生物資源對(duì)于促進(jìn)漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展、維護(hù)國(guó)家生態(tài)安全具有重要意義。黨的十八大將生態(tài)文明建設(shè)列入“五位一體”的總體布局，確定了漁業(yè)發(fā)展的總基調(diào)。

海洋牧場(chǎng)是利用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)支撐，運(yùn)用現(xiàn)代管理方法進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)生態(tài)健康、環(huán)境優(yōu)良、資源豐富、產(chǎn)品安全的現(xiàn)代農(nóng)漁業(yè)生產(chǎn)方式，具有修復(fù)海洋生境、改善增養(yǎng)殖生物質(zhì)量和增殖漁業(yè)資源等特點(diǎn)，已成為近海漁業(yè)資源養(yǎng)護(hù)的重要手段之一[4-6]。

1 海洋牧場(chǎng)建設(shè)對(duì)聲學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備的需求

根據(jù)農(nóng)業(yè)部關(guān)于印發(fā)《國(guó)家級(jí)海洋牧場(chǎng)示范區(qū)建設(shè)規(guī)劃（2017—2025）》的通知，截至2016年，全國(guó)已投入海洋牧場(chǎng)建設(shè)資金55.8億元，建成海洋牧場(chǎng)200多個(gè)，其中，國(guó)家級(jí)海洋牧場(chǎng)示范區(qū)42個(gè)，涉及海域面積超過850km2，投放魚礁超過6000萬(wàn)m3;預(yù)計(jì)到2025年，全國(guó)創(chuàng)建區(qū)域代表性強(qiáng)、生態(tài)功能突出、具有典型示范和輻射帶動(dòng)作用的國(guó)家級(jí)海洋牧場(chǎng)示范區(qū)178個(gè)，推動(dòng)全國(guó)海洋牧場(chǎng)建設(shè)和管理的科學(xué)化、規(guī)范化。但是，海洋牧場(chǎng)建設(shè)是否達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)、漁業(yè)資源養(yǎng)護(hù)效果如何以及存在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)是什么？目前這些問題都還沒有明確的答案。究其原因，是傳統(tǒng)的海洋底質(zhì)環(huán)境與海洋生物調(diào)查方法在海洋牧場(chǎng)中存在很大的局限性，缺乏有效的調(diào)查技術(shù)和評(píng)估方法，用現(xiàn)有儀器設(shè)備無(wú)法開展全面而有效的調(diào)查評(píng)估。

漁業(yè)聲學(xué)是水聲學(xué)在漁業(yè)資源研究領(lǐng)域的一個(gè)應(yīng)用分支[7]。聲學(xué)設(shè)備和聲學(xué)調(diào)查評(píng)估方法的出現(xiàn)，彌補(bǔ)了海洋牧場(chǎng)地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、底質(zhì)類型以及生物資源傳統(tǒng)調(diào)查方法的缺點(diǎn)，加快了數(shù)據(jù)獲取效率，增大了數(shù)據(jù)規(guī)模。漁業(yè)資源聲學(xué)調(diào)查評(píng)估方法相對(duì)于傳統(tǒng)的調(diào)查采樣分析方法，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在效率高、非接觸、不損害漁業(yè)資源、回波影像數(shù)據(jù)可保存與回放、對(duì)比分析方便快捷等方面，現(xiàn)已在漁業(yè)資源評(píng)估和生態(tài)環(huán)境調(diào)查等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[8]。

聲學(xué)手段在海洋牧場(chǎng)建設(shè)中具有重要意義。首先，聲學(xué)對(duì)海底勘測(cè)可為海洋牧場(chǎng)人工魚礁區(qū)選址提供科學(xué)依據(jù);其次，聲學(xué)對(duì)生物資源進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，可以為分析其群落或種群變動(dòng)規(guī)律提供數(shù)據(jù)支持;再次，結(jié)合底質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)和生物資源數(shù)據(jù)分析其兩者之間的相互關(guān)系;最后，運(yùn)用聲學(xué)手段勘測(cè)人工魚礁和海洋牧場(chǎng)生物資源，為海洋牧場(chǎng)建設(shè)效果評(píng)估提供更有力的數(shù)據(jù)支持。連續(xù)的海洋牧場(chǎng)生態(tài)環(huán)境和生物資源監(jiān)測(cè)，積累的大量數(shù)據(jù)將傳輸至海洋牧場(chǎng)大數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)，大數(shù)據(jù)平臺(tái)將對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，分析結(jié)果經(jīng)用于海洋牧場(chǎng)建設(shè)的完善。

2 海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)對(duì)聲學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備的需求

保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境就是保護(hù)海洋生物資源，海洋生態(tài)環(huán)境的調(diào)查是海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)的前提。目前，海洋生態(tài)環(huán)境調(diào)查方法普遍比較傳統(tǒng)，主要通過海上采樣、分析得到海洋生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)。這種調(diào)查方法需要投入大量的人力和物力，大尺度、大空間的生態(tài)環(huán)境調(diào)查更是突顯傳統(tǒng)調(diào)查手段的弊端，主要表現(xiàn)為調(diào)查持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、效率低、人為誤差大等。而現(xiàn)代聲學(xué)手段在生態(tài)環(huán)境調(diào)查中的應(yīng)用，提高了調(diào)查數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度和調(diào)查效率，可以直觀地呈現(xiàn)出海洋生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀。如聲學(xué)在海洋地形地貌、地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用，已經(jīng)體現(xiàn)了聲學(xué)手段的優(yōu)越性。國(guó)外利用高分辨率深拖側(cè)掃、高分辨率淺地層剖面設(shè)備對(duì)黑海泥火山海域、哥斯達(dá)黎加近海海底圓丘、愛爾蘭西部海域等地的地形地貌、底層結(jié)構(gòu)及災(zāi)害地質(zhì)等進(jìn)行了探測(cè)并獲取了大量海底數(shù)據(jù)[9-11]。國(guó)內(nèi)聲學(xué)探測(cè)相對(duì)國(guó)外發(fā)展較晚，但是發(fā)展速度很快，目前在海底底質(zhì)聲學(xué)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)設(shè)備機(jī)械系統(tǒng)、聲學(xué)底質(zhì)分類和地形復(fù)雜度分類的應(yīng)用等方面已經(jīng)獲得了很多理論和應(yīng)用成就[12-19]。因此，研制更先進(jìn)、更實(shí)用的聲學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有重要意義。

3 海洋生物資源可持續(xù)發(fā)展對(duì)聲學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備的需求

由于過度捕撈和環(huán)境污染等原因?qū)е碌暮Ｑ笊镔Y源衰退，恢復(fù)海洋生物資源，實(shí)現(xiàn)海洋生物資源可持續(xù)發(fā)展是亟待解決的問題之一。解決這一問題的前提是實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋生物資源的監(jiān)測(cè)。但是目前傳統(tǒng)生物資源分析和評(píng)估調(diào)查方法多為光學(xué)法（水下攝像和記錄）和直接捕撈法（拖網(wǎng)和釣具）[20-22];浮游生物數(shù)據(jù)和海底底質(zhì)數(shù)據(jù)主要來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)采樣和檢測(cè)分析[23-25]。傳統(tǒng)的調(diào)查手段存在取樣效率低、取樣面積小、易受局部特殊生境限制等缺點(diǎn)。目前，聲學(xué)調(diào)查評(píng)估方法已成為歐美等漁業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)漁業(yè)資源現(xiàn)存量調(diào)查和數(shù)據(jù)對(duì)比分析的主要方法，并在制定海域不同魚類總允許漁獲量（TAC）的主要依據(jù)[26-29]。我國(guó)聲學(xué)調(diào)查評(píng)估起步較晚，近年來(lái)，隨著我國(guó)漁業(yè)和聲學(xué)研究的不斷發(fā)展，聲學(xué)方法研究在我國(guó)也取得了一定的成就。目前，聲學(xué)方法已在黃海、東海等海域和長(zhǎng)江、珠江、黃河、撫順渾河等重要河流水庫(kù)的漁業(yè)資源的調(diào)查和評(píng)估中得到了應(yīng)用[8，30-41]。適用于海洋生物資源調(diào)查的聲學(xué)設(shè)備對(duì)實(shí)時(shí)掌握海洋生物資源、合理制定捕撈計(jì)劃、實(shí)現(xiàn)海洋生物資源可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)對(duì)海洋牧場(chǎng)建設(shè)的積極推進(jìn)，“像草原放牧一樣對(duì)海洋魚類進(jìn)行放養(yǎng)”的建設(shè)理念得到了農(nóng)漁業(yè)從業(yè)者的認(rèn)可。與草原牧場(chǎng)不同的是，海洋牧場(chǎng)在管理、維護(hù)以及評(píng)估方面有著更高的難度。因此，研發(fā)高精尖的海洋牧場(chǎng)設(shè)備對(duì)于實(shí)現(xiàn)海洋牧場(chǎng)的可視化、智能化、科技化，改善海洋生態(tài)養(yǎng)護(hù)技術(shù)，達(dá)到海洋生物資源可持續(xù)發(fā)展的成果具有重大意義。

參考文獻(xiàn)

[1]常理.建設(shè)海洋牧場(chǎng)·保障藍(lán)色糧倉(cāng)[J].中國(guó)食品，2016，700（12）：108-109.

[2]王愛香，王金環(huán).發(fā)展海洋牧場(chǎng)構(gòu)建“藍(lán)色糧倉(cāng)”[J].中國(guó)漁業(yè)經(jīng)濟(jì)，2013，31（3）：69-74.

[3]陳琦，韓立民.我國(guó)海洋捕撈業(yè)生產(chǎn)的波動(dòng)特征及成因分析[J].經(jīng)濟(jì)地理，2016，36（1）：105-112.

[4]陳丕茂.海洋牧場(chǎng)配套技術(shù)模式與示范[C]//2014水域生態(tài)環(huán)境修復(fù)學(xué)術(shù)研討會(huì).2014.

[5]李文清，欒淼.山東省長(zhǎng)島縣發(fā)展海洋牧場(chǎng)項(xiàng)目的幾點(diǎn)思考[J].齊魯漁業(yè)，2016（12）：5.

[6]陳勇，楊軍，田濤，等.獐子島海洋牧場(chǎng)人工魚礁區(qū)魚類資源養(yǎng)護(hù)效果的初步研究[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，29（2）：183-187.

[7]趙憲勇，金顯仕，唐啟升.漁業(yè)聲學(xué)及其相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展前景[C]//海洋高新技術(shù)發(fā)展研討會(huì)論文集.北京：海洋出版社，2000：55-62.

[8]李斌，李佩杰，湯勇，等.黃河小浪底水庫(kù)主河道水域漁業(yè)資源聲學(xué)評(píng)估[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào)，2015，39（8）：1134-1143.

[9]A.F.Limonov， Tj.C.E.van Weering， N.H.Kenyon，et al. Seabed morphology and gas venting in the Black Sea mudvolcano area：Observations with the MAK-1 deep-tow sidescan sonar and bottom profiler[J]. Marine Geology，1997（137）：121-136.

[10]Carl Jorg Petersen， Ingo Klaucke， Wilhelm Weinrebe， et al. Fluid seepage and mound formation offshore Costa Rica revealed by ?deep-towed sidescan sonar and sub-bottom profiler data[J]. Marine Geology，2009（266）：172-181.

[11]B.Lafferty， R.Quinn， C.Breen.A side-scan sonar and high-resolution Chirp ?sub-bottom profile study of the natural and anthropogenic sedimentary record of Lower Lough Erne， northwestern Ireland[J]. Journal of Archaeological Science，2006（33）：756-766.

[12]馮京.基于高分辨率聲學(xué)探測(cè)的渤海海峽地貌及災(zāi)害地質(zhì)研究[D].青島：中國(guó)海洋大學(xué)，2014.

[13]劉永虎，劉敏，田濤，等.側(cè)掃聲納系統(tǒng)在石料人工魚礁堆體積估算中的應(yīng)用[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào)，2017，41（7）：1158-1167.

[14]薛鋼，劉延俊，季念迎，等.海底底質(zhì)聲學(xué)現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)設(shè)備機(jī)械系統(tǒng)研究[J].大連理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，57（3）：252-258.

[15]陳佳兵，吳自銀，趙荻能，等.基于粒子群優(yōu)化算法的PSO-BP海底聲學(xué)底質(zhì)分類方法[J].海洋學(xué)報(bào)，2017，39（9）：51-57.

[16]徐妍，王英志，黃佳維，等.海底底質(zhì)對(duì)聲納探測(cè)性能的影響分析[J].艦船電子工程，2017（10）：123-125.

[17]紀(jì)雪.基于多波束數(shù)據(jù)的海底底質(zhì)及地形復(fù)雜度分類研究[D].青島：國(guó)家海洋局第一海洋研究所，2017.

[18]李東.近海開發(fā)影響下底棲生境演變的聲學(xué)觀測(cè)與評(píng)估研究[D].煙臺(tái)：中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所，2017.

[19]張馳，馬曉川，李璇，等.千島湖復(fù)雜地形條件下傳播損失的估計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量[J].信號(hào)處理，2017，33（3）：367-373.

[20]汪振華，章守宇，王凱，等.三橫山人工魚礁區(qū)魚類和大型無(wú)脊椎動(dòng)物誘集效果初探[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào)，2010，34（5）：751-759.

[21]陳丕茂，袁華榮，賈曉平，等.大亞灣楊梅坑人工魚礁區(qū)漁業(yè)資源變動(dòng)初步研究[J].南方水產(chǎn)科學(xué)，2013，9（5）：100-108.

[22]Byun D S， Wang X H， Zavatarelli M， et al. Effects of resuspended sediments and vertical mixing on phytoplankton spring bloom dynamics in a tidal estuarine ambayment[J]. Journal of Marine Systems，2007，67（1-2）：102-118.

[23]王雨，林茂，陳興群，等.海南西部近岸浮游植物的周年變化及主要關(guān)聯(lián)因素[J].水生生物學(xué)報(bào)，2012，36（4）：724-732.

[24]徐姍楠，林華劍，戴明，等.廣西近岸海域浮游植物群落的生態(tài)特征[J].生態(tài)學(xué)雜志，2014，33（10）：2733-2739.

[25]劉述錫，樊景鳳，王真良.北黃海浮游植物群落季節(jié)變化[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2013（7）：1173-1181.

[26]Koslow J A.The role of acoustics in ecosystem-based fishery management[J].Ices Journal of Marine Science，2009，66（6）：966-973.

[27]Simmonds E J， Gutiérrez M， Chipollini A， et al. Optimizing the design of acoustic surveys of Peruvian anchoveta[J]. Ices Journal of Marine Science，2009，110（5）：1-4.

[28]Simmonds J，Maclennan D.Fisheries acoustics：Theory and practice：Second edition[J].2005.

[29]Harbitz A，Ona E，Pennington M.The use of an adaptive acoustic -survey design to estimate the abundance of highly akewed fish population[J]. Ices Journal of Marine Science，2009，66（6）：1349-1354.

[30]郭禹，湯勇，趙文武，等.基于小型聲學(xué)標(biāo)記的花尾胡椒鯛行為研究[J].上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，25（2）：282-290.

[31]武智，譚細(xì)暢，李新輝，等.珠江首次禁漁西江段魚類資源聲學(xué)跟蹤監(jiān)測(cè)分析[J].南方水產(chǎn)科學(xué)，2014（3）：24-28.

[32]張贊，藺丹清，湯勇，等.基于聲學(xué)測(cè)量方法的大伙房水庫(kù)魚類資源季節(jié)變動(dòng)特征[J].南方水產(chǎn)科學(xué)，2014（6）：12-19.

[33]Zhao X， Wang Y， Dai F.Depth-dependent target strength of anchovy （Engraulis japonicus） measured in situ[J].Ices Journal of Marine Science，2008，65（6）：882-888.

[34]Zhao X.In situ target-strength measurement of young hairtail （Trichiurus haumela） in the Yellow Sea[J].Ices Journal of Marine Science，2006，63（1）：46-51.

[35]Na-Na L I， Chen G B， Jie Y U， et al.Assessment of biomass in artificial reef area of Yangmeikeng in Daya Bay using acoustic method[J].Journal of Fisheries of China，2011，11.

[36]Chen G， Nana L I， Chen P， et al.Target strength measurements of pearl-spotted spinefoot（Siganus oramin） in the South China Sea[J].Journal of Fishery Sciences of China，2010，17（6）：1293-1299.

[37]Tao J P， Gong Y T， Tan X C，et al.Spatiotemporal patterns of the fish assemblages downstream of the Gezhouba Dam on the Yangtze River[J]. 中國(guó)科學(xué)：生命科學(xué)（英文版），2012，55（7）：626-636.

[38]譚細(xì)暢，李新輝，林建志，等.基于水聲學(xué)探測(cè)的兩個(gè)廣東魴產(chǎn)卵群體繁殖生態(tài)的差異性[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2009，29（4）：1756-1762.

[39]Tao J P， Chen Y B， Qiao Y， et al.Hydroacoustic Surveys on Spatial Distribution of Fishes in the Three Gorges Reservoir During the First Impoundment[J].Journal of Hydroecology，2008，05：25-33.

[40]Jing W，Chao Z，Dan W，et al.Acoustic assessment of silver carp and bighead carp in Qinghe Reservoir：comparing echo-counting and echo-integrating methods[J].South China Fisheries Science，2010，06（5）：50-55.

（責(zé)編：張宏民）