开创我国河口海岸工程建设与水生生态恢复相结合的典范——长江口人工牡蛎礁生态系统构建关键技术研究及应用

2013-10-21

作为一项顶级的河口治理工程，长江口深水航道整治工程是我国水运工程建设史上一项壮举。在工程实施过程中，先后解决了一系列重大工程技术难题，并在工程建设过程中始终把生态环境保护放在突出位置，取得了良好的治理效果。在工程建设初期，为缓解工程建设对长江口水域的破坏影响，委托中国水产科学研究院东海水产研究所组织开展了长江口深水航道治理工程水生生态恢复。1998～2011年间，东海水产研究所项目组实施了“长江口人工牡蛎礁生态系统构建关键技术研究及应用”，开创了我国河口海岸工程建设与水生生态恢复相结合的典范。

　　 “长江口人工牡蛎礁生态系统构建关键技术研究及应用”项目由交通运输部长江口航道管理局、国家自然科学基金（50339040）、中国水产科学研究院重点基金（2003-1-1）、中国水产科学研究院东海水产研究所基本科研业务费（2007M03,2011M01）联合资助。主要完成单位有：中国水产科学研究院东海水产研究所、交通运输部长江口航道管理局、上海市环境监测中心、上海绿意生物科技有限公司、上海艾利维水环境技术有限公司。主要完成人包括：陈亚瞿、叶维钧、冯俊、张锦平、沈新强、全为民、施利燕、朱剑飞、汤琳、李文正、蒋玫、王云龙、袁骐、高敏、郑文燕等。项目旨在通过生态恢复手段构建一类重要河口鱼类生境——牡蛎礁，逐步建立可持续的牡蛎种群和较高生物多样性的礁体相关动物群落，有效缓解深水航道工程建设对河口生态及渔业资源的影响，并使该人工牡蛎礁充分发挥自然礁体所具备的生态服务功能，达到净化水体、提高生物多样性、保育鱼类种群、增殖渔业资源和增加碳汇等目标。另外，通过与邻近的自然牡蛎礁和其它河口生境（盐沼、光滩和潮下带泥难）的对比研究，初步建立人工牡蛎礁的评价方法，为今后我国河口牡蛎礁构建或恢复工程的规划、设计、实施与评估提供重要的理论依据与技术支撑。

一、主要创新点

1.创造性提出利用长江口深水航道整治工程水工建筑物（南北导堤和丁坝）的混凝土模块作为牡蛎固着礁体，通过移殖人工培育的近江牡蛎亲本，构建了我国首个人工牡蛎礁生态系统，规模上世界居首。国际上牡蛎礁的构建或恢复常常受到底物数量和幼体补充量的制约，足够数量的牡蛎壳（或替代材料）成为制约牡蛎礁恢复的重要因子。另外，礁体建造需要投入大量人力、财力和物力，如在美国恢复1英亩牡蛎礁，大约需要花费10万美元。该项目提出以河口海岸工程的水工建筑物作为牡蛎固着底物，不仅为牡蛎礁构建或恢复提出了一种崭新的模式，而且也为国家节省了大量资金。

2.开展了人工礁体上牡蛎种群和相关礁体群落增长及发育的持续动态监测，为人工牡蛎礁的综合评价提供了基础、翔实的科学数据。自20世纪90年代以来，美国在东海岸和墨西哥湾沿岸开展了一系列大规模的人工牡蛎礁构建或恢复工程，建立了成百上千个人工牡蛎礁，然而很少有研究针对单个人工牡蛎礁开展持续多年的动态观测。该项目自牡蛎礁构建工程后，对该人工牡蛎礁开展了持续8年的动态监测，获得了大批科学数据，监测结果对评估人工牡蛎礁的恢复或构建效果具有重要意义。

3.首次将国际上通用的稳定同位素技术运用于分析牡蛎礁系统的食物网结构和能量流动途径，为牡蛎礁对河口渔业的贡献提供了科学证据。利用稳定C、N同位素技术构建人工牡蛎礁的简化食物网结构，揭示了礁体底栖动物对河口经济鱼类和甲壳动物的能量贡献。

4.综合评估了长江口人工牡蛎礁生态系统的水体净化功能、生境价值和碳汇潜力，为建立人工牡蛎礁的综合评价方法提供了理论依据。基于持续多年的监测数据，多角度、多视角评估了长江口人工牡蛎礁的生态服务价值，为人工牡蛎礁构建与生态评价提供了强有力的技术支撑。

二、应用推广情况

该项目的相关技术和成果已被国家海洋、农业和环境保护等多家单位应用于多项国内大型河口海岸工程的生态补偿和生态恢复项目中，为缓解工程建设对水生生态及渔业资源的影响提供了强有力的技术支撑，如上海港外高桥码头六期工程、洋山深水港工程、上海市隧桥工程、青草沙水源地工程、东海大桥海上风电厂工程等。特别是2011年上海市启动的“青草沙水库及周边水域生态修复专项”中，已将构建人工牡蛎礁作为修复河口近岸水域、增殖长江口渔业资源的重要手段，并列为该专项的重点研究内容之一。与以往单纯的渔业资源增殖放流相比，构建人工牡蛎礁不仅能够恢复河口重要鱼类生境，而且也发挥净化水体和增加碳汇等重要功能，成为修复河口和近岸渔业水域的有效手段之一。

利用牡蛎礁控制水体富营养化的成套技术已被国内多家单位应用于小面积景观水体的修复工程，如金山城市沙滩、奉贤碧海金沙和舟山凤凰岛游艇俱乐部，并已取得实际成效。在金山城市沙滩人工泻湖水体中，通过牡蛎礁构建、大型海藻养殖和水生食物网结构调控等多种手段成功地改善了水质，海水由IV类稳步提升II类，有效地防控了水体富营养化的发生。

该项目研究成果发表学术论文39篇（含SCI收录8篇），参编著作1部。所发表的科技论文受到国内外同行的高度关注，有关牡蛎礁生态研究的相关成果均为国内该领域的首次报道，不少论文被引用频次超过5次。如发表在Ecological Engineering上的有关牡蛎礁的论文，引起国际同行的关注，审稿者认为这是中国第一个人工牡蛎礁的研究报道，研究成果可以填补全球牡蛎礁分布及保护状况中的数据盲点。

三、社会、经济和生态效益

项目组自1998年起结合长江口深水航道整治工程建设，历经10余年艰苦研究，形成了一套河口和滨海区人工牡蛎礁构建及生态评价关键技术体系，为我国近海渔业资源增殖养护和相关涉渔工程的生态补偿探索出一条有效途径。项目技术成果为我国渔业资源增殖养护、渔业水域保护管理提供了科学依据，丰富了我国人工鱼礁、增殖放流的科学评估方法，具有显著的社会、经济和生态效益。

1.经济效益分析

长江口人工牡蛎礁上近江牡蛎总数达到590亿个，总重量达到106万吨，其中达到上市规格的牡蛎近20万吨，总市场价值约30亿元。按照美国的造价成本（10万美元/英亩）类比计算，建造相同面积的牡蛎礁约需花费3.6亿美元。参照中国人工鱼礁的投入成本（钢筋混凝土礁体约618万元/km²），建造相同面积的礁体约需花费8962万元。

2.社会效益分析

项目结合长江口深水航道整治工程建立了世界上单个面积最大的人工牡蛎礁，为今后我国河口和滨海生态恢复积累了宝贵的经验，推动了我国河口海岸工程建设中的生态恢复实践。另外，项目实施过程中始终注重公众参与，累计有几千人次参观了该生态恢复项目，近50家电视及平面媒体报道了项目成果。尤其是2010年8月，上海世博园中的世界自然基金馆上映了名为《河口、航道、生态》的专题宣传片，重点介绍了该项目的研究成果。综合来看，项目对提高社会大众的生态环境保护意识、构建和谐社会做出了较大贡献。

3.生态效益分析

经计算，长江口人工牡蛎礁净化合流污水的总量约为731万吨/年，相当于一个日处理能力约2万吨、投资规模约为3000万元的大型城市污水处理厂，长江口牡蛎礁系统的环境效益价值约为317万元/年。

该人工牡蛎礁形成以近江牡蛎为建群种包括114种河口水生动物(其中47种大型底栖动物和67种游泳动物，发现4种上海鱼类新记录)的礁体生物群落。根据Paterson等（2002）的研究结果，每10平方米的牡蛎礁可以将渔业资源的产量提高2.6千克/年，则长江口人工牡蛎礁的栖息地价值约为1.85亿元/年。