【觀點】中科院海洋所張立斌：海洋牧場建設，海底生物的棲息環境！

大葉藻是什麼植物

大海應該是浩瀚、美麗、充滿生機與活力的。但有媒體報道：“我國近海海域一半以上受到汙染；1950年以來，全世界1/4的漁業已經崩潰……”為了改善海洋環境，科學家提出了海洋生態農牧化的理念，在海底建設海洋牧場，為海底生物構建更好的棲息環境。

出品："格致論道講壇"公眾號（ID：SELFtalks）

以下內容為中國科學院海洋研究所特聘研究員張立斌演講實錄：

我今天主要想與大家分享一下我們團隊關於

海洋牧場

的一些研究經歷，跟大家共同探討，用另一種方式來思考

耕海牧漁

。

海洋的現狀

在所有人的心目中，大海應該是浩瀚、美麗、神秘的，充滿了生機與活力，有各種各樣的生物。

我相信我兒時對大海的印象，也正是咱們在座的各位對大海的印象。

帶著這種對大海的嚮往，高考時我報考了位於青島的

中國海洋大學

，並在

中國科學院海洋研究所

完成了我的碩士和博士學習，師從楊紅生研究員。

因為我所學專業跟海洋相關，所以做了一些和海洋牧場相關的研究，博士期間也深入到了

山東半島

，包括

遼東半島

的幾個重要的海灣開展科學研究和調查。

2009年，我們來到了

萊州灣

。

這也是和我曾經對海洋的設想形成巨大反差的地方。

當我們的潛水員潛到海底，去發現心目中浩瀚的海洋時，沒想到海底居然

荒蕪一片

，連一根海草也沒有。

到底出了什麼問題呢？

我們來看一組資料。

有媒體報道：“我國近海海域

一半以上

受到汙染；1950年以來，全世界1/4的漁業已經崩潰；全球90%的大型魚類已在海洋滅絕；全世界1。7%的巨型工業漁船捕獲了全球60%的魚。”

而且，令人惋惜的是，現在很多漁民還在用

絕戶網

進行拖網，造成了

底棲環境

的破壞，使魚類失去了棲息地。

問題是什麼呢？

全球變化和人類活動造成了

生境的退化和資源的衰退

。

生境

，就是生物賴以生存的生態環境；

資源

，主要指生物資源，比如魚、蝦、貝、藻、參等。

一直以來，科學家都在尋找解決方案以減緩當前生境退化、資源衰退的趨勢。

建設海洋牧場

大約在20世紀50年代，中國

水產科學研究院黃海水產所

，包括

中國科學院海洋研究所

的一些前輩和科學家就提出了

海洋生態農牧化

的理念。

近年來，我們把它發展成

海洋牧場

的理念，我們的團隊也一直致力于海洋牧場的

科技研發和實踐

。

提到海洋牧場，可能大家首先會想到牧場：一望無際的大草原，風吹草低見牛羊，成群結隊的牛羊快樂地奔跑，尋找自己喜歡的食物……

我們設想的海洋牧場應該也是這樣：海里有海草有海藻，魚蝦們自由地覓食，有家可以讓它們躲避危險。

而我們還會提供給它們一個非常好的保障空間，讓它們在適宜的環境裡覓食、生存。

這就是海洋牧場——在

特定的海域裡

，充分利用

自然生產力

，利用

現代工程技術

建成的一種

人工漁場

。

海洋牧場包括三個部分。

第一是

生境的修復

，類似我們建草坪蓋房子的過程。

第二是

資源的養護

，也就是我們把小魚小蝦投放到海里的過程。

第三是

環境和資源的監測

，即利用現代化工程技術手段，比如水下ROV（遙控無人潛水器，主要用於水下觀察、檢查和施工）監控海洋環境。

這樣就形成了一個

立體化

的海洋牧場。

生境修復與資源養護

說到

生境修復

，我們先來看看這幅圖。

大家猜一猜圖中的房頂是用什麼材料做成的？

如果我不說，估計大家很難猜到它們居然是用

海草

做成的。

這是我們在

榮成灣

做生境修復，做

海草床修復

的過程中拍攝的一些照片。

海草房

是榮成當地有名的

非物質文化遺產

，用海草做的房頂防水、透氣又保溫。

而且，很多人已經把海草用在

隔音裝備

上了。

我們是不是也可以考慮用海草來研製一些防寒透氣的衣服，從而代替現在的衝鋒衣呢？

這麼好的海草我們怎麼去種植，如何去恢復呢？

很多人都會想到

播種和移植

。

播種很簡單，挖坑把種子埋起來就好了。

一開始我們也是這麼想的，於是第一年的秋天，我們在榮成灣挖了很多坑把種子埋了起來。

結果一直等到第二年春天，其他植物的花兒都謝了，我們種的種子還沒有發芽。

這到底是怎麼回事呢？

後來，我們在研究種子萌發條件的時候發現，青島的種子和榮成的種子

萌發條件

不一樣。

大葉藻（學名鰻草）的種子在青島的萌發時間是

秋天

，而在榮成的萌發時間是

春天

。

難怪，我們按照傳統思路播種就沒有成功。

後來，我們改變思路，在春天播種，果然就發芽了。

為了

趕潮水

，科研人員起早貪黑，天不亮就去播種，但工作效率依然不高，這樣我們就想到了

移植

。

城市綠化的時候，人們經常會把種在別的地方的樹移植到新的地方，不過移植海草並不簡單，因為海底有

海流

，我們剛種下海草，它就被海流給沖走了。

海草被沖走了怎麼辦？

我們想了很多辦法，比如在海草根部綁些石頭，把海草放進泥桶裡……

現在我們已經研發出一些非常有效的辦法，透過這些辦法開展海草移植，成功率都超過了90%。

經過調研，從2008年到2012年，榮成天鵝湖（也叫榮成月湖）的海草床面積增加了30%，生物量增加了70%，效果非常顯著。

下面我們來談一談

人工魚礁

。

大家或許聽說過人工魚礁，甚至還聽說有些國家把飛機、坦克、漁船、大炮或者其他構築物扔到海里以形成人工魚礁。

那麼，為什麼要設定人工魚礁呢？

剛才說過海底有海流，海流衝過來以後，因為遇到阻擋物，海水就會往上湧，於是

海洋底層的營養鹽和營養物質

就被帶到了上層。

這樣就可供魚、蝦、藻類的生長所需，這就是設定人工魚礁的重要作用。

做人工魚礁除了營造海洋生物棲息的良好環境，為生物提供

繁殖、生長和避敵

的場所，還需要考慮

增殖

的目的。

我們團隊做人工魚礁考慮的主要增殖物件是

海參

。

很多人都喜歡吃海參，不過大家吃到的海參一般是圖片下方的青刺參，圖片上方的白刺參和紫刺參估計很多人都沒有見過。

人們喜歡吃海參是因為它對人體健康有好處，能提高機體

免疫力

。

除此之外，海參還有一個非常重要的作用。

很多人家裡都有魚缸，為了保持魚缸的生態環境，有人會放一條

清道夫

，專門吃魚蝦的糞便，這樣魚缸就不會臭底了。

那麼，海參以什麼為食？

它主要以

底棲矽藻、有機碎屑、微生物

等為食，同時攝取

魚蝦的糞便

。

也就是說，海參其實還是一個

清道夫

。

海參每天可攝取約自重20%的食物，對

海洋底棲生態環境的改善

有著非常重要的作用。

所以，海參既對人體的健康非常重要，又對海洋生態系統的安全和健康非常重要，正因此我們才要增殖海參。

增殖海參之前，我們要了解海參的

特性

。

海參有些特性呢？

最顯著的是

夏眠

。

夏天，當水溫高於23℃，海參就不吃不喝，開始夏眠了。

這時它的

整個腸道

都會退化，甚至消失。

夏眠時的海參主要靠消耗

體壁的能量

存活，100多天的夏眠時間裡，它的體重會減輕很多。

海參還有一個特性是

再生

。

不光是夏眠時退化的

腸道

可以再生，海參的

體壁

也可以再生。

如果你將海參切掉一小段，那麼這一小段以後會長出一個完整的海參。

所以，很多人利用海參的再生效能，研發出了一些醫藥材料，用於

患者術後的恢復

。

海參還有

無汙染

的特性。

當環境不適，比如溫度升高時，海參會化掉。

如果在空氣裡放置一段時間，海參也會化成一灘水，消失得無影無蹤。

所以，它死後也沒有對海洋環境造成一點汙染。

對於這樣一個既服務了人類，又有利於海洋生態環境的水產品，研究它是非常重要的。

像做探索

人類基因組計劃

那樣，我們研究海參特性的時候也破譯了它的

基因組

，現在我們知道為什麼海參長那麼多刺，為什麼它會有再生功能。

接下來，讓我們透過一張動圖來了解一下海參

攝取食物

的過程。

海參的口周圍有20個觸手，它們

間隔分佈

。

攝取食物時，海參會先伸出10個觸手將食物放到口中，再伸出另10個觸手去攝取食物。

也就是說，這20個觸手是

交替進行工作

的。

所以，雖然比起其他動物，海參的攝食速度

相對較慢

，但觸手左右開弓，總有提高效率的辦法。

下圖展示了一個不停翻滾的海參。

之所以不停翻滾，是因為它在泥地裡，周圍太滑了，它根本無法行動。

通常遇到這種情況，海參就會像掉進泥潭或沼澤地一樣而無法動彈無法覓食，最後孤獨終老。

為了避免這種情況的發生，科研人員需要給海參營造一個

棲息地

。

海參

行動緩慢

，一天只能運動幾十米，而且它對家比較眷戀，用現在的話來說，就是比較

宅

。

人們在建房子的時候需要考慮房子的層高和門窗等配套設施的尺寸，給海參建房子是不是也要需要考慮這些因素呢？

海參喜歡多大的房子？喜歡大門窗還是小門窗？要不要把房子刷成彩色的？

其實，海參喜歡

“夾縫裡生存”

，它不喜歡大空間，也不喜歡明亮寬敞的房子，它更喜歡住在

黑色的小縫隙

裡。

按照人類建房子的思路繼續思考。

人類居住的樓房，一般樓層越高房價越貴，這或許是因為樓層越高，視野越廣，空氣也越好。

海參的房子不需要考慮視野，但確實需要考慮

空氣

。

由於全球氣溫升高，很多地方都有

低氧

的情況。

透過照片我們可以看到，海參喜歡

摞著

待在一起，但如果海水中出現低氧的情況，海參就不得不

透出水面

來進行呼吸，否則它就會因為

缺氧

而死掉。

因此，科研人員給它們建了一個

高層棲息地。

這樣一來，當底部缺氧的時候，海參就可以爬到上邊來呼吸新鮮的空氣，如此還能提高海參

承載力

，養殖更多的海參。

透過

種植海草

增加

海草床

的面積，透過投放

人工魚礁

讓海參

增殖

。

那麼，人工魚礁在任何海域都可以投放嗎？

當然不是，傳統的人工魚礁如果投放在

軟泥底海域

，就會因為太重而陷下去。

我們團隊在一線調查的時候，發現

牡蠣礁

周圍也有很多海參。

得益於這個現象，我們把牡蠣殼堆積起來，做成一個

假的牡蠣礁

，經過牡蠣好幾次的附著，

底棲矽藻和有機碎屑

最後也會附著在假的牡蠣礁上。

如此一來，海參就多了一條

食物源

。

事實證明，這種

人工牡蠣礁

在

軟泥底海域

的投放效果非常好。

此外，在

離岸高海況和浪大流急的海域

，我們主要透過

增殖藻類

來完成海珍礁的建設。

我們做了

多層板式階梯狀

的海珍礁，這樣每一層都可以長出藻類來，藻類長出來了，魚兒就被吸引過來了，海參也就被吸引來了。

整體來說，在

軟泥底海域

，我們用

牡蠣殼

做海珍礁；在

高海況海域

用

多層箱式、多層組合式

的海珍礁。

在

近岸

用

多層板式的立體海珍礁

。

在

淺海區域

，我們構建了藻-貝-參，貝-魚-參的模式。

拿藻-魚-參模式來講，透過

光合作用

後，藻類會釋放出

氧氣

供魚和海參呼吸，而魚和海參的

糞便

，以及其他的

有機碎屑

會給藻類提供生長所需的營養。

這樣就構成了一個

多營養層次的食物鏈

，海洋牧場也就慢慢建起來了。

環境和資源監測

以上介紹的是海洋牧場系統的前兩部分——“生境的修復”和“資源的養護”，下面來說說

環境和資源的監測

。

我們在離岸30千米的區域建了一個大小為20×20米的平臺，平臺上搭載了各種

氣象感測器和水文感測器

，這樣我們就能夠知道海洋牧場裡的環境要素。

比如，以前我們需要把海參打撈出來測量它的大小，現在透過

雙目視覺裝置

，利用模型進行

迴歸分析

，不用接觸海參就可以知道它的大小和重量。

經過科研人員的努力，

萊州灣、榮成灣、海州灣

的生態環境都得到了一定的恢復，資源也得到養護。

萊州灣以

海參

為主的海洋牧場，榮成灣以

海草床、鰻草

為主的海洋牧場，海州灣以

戀礁性魚類

為主的海洋牧場都建起來了。

目前，全國建立了64個國家級海洋牧場，到處都有我們團隊科研人員的身影。

現代化海洋牧場

生境修復了，資源得到養護了，也有裝置監測環境了，還有岸上透過工廠化苗種的繁育，育出小苗投到海里。

可以說，整個陸海都聯動起來了，那麼建設現代化海洋牧場到底還有什麼難題呢？

其實還有很多很多的難題亟待我們所有人，包括在座的很多工程技術人員一起去解決。

比如，我國近海的環境，尤其是

入海的河口

比較渾濁，就算是利用光學照相系統或者影片系統依舊看不見海里的情況。

看不見就摸不到，摸不到就捕不到。

很多時候，都要靠

潛水員

捕撈海參，而現在有多少人真正會潛水？又有多少人真正願意從事風險極高的潛水捕撈呢？

所幸，

人工智慧

的時代來臨了，我們更加感到

任重而道遠

，需要研發出更先進更實用的裝置，使海洋牧場

看得見、摸得到、捕得到

。

我們的團隊一直致力於

海洋牧場

的研究。

我們也希望透過和大家的共同努力，還海洋一片蔚藍，還海洋一片生機，讓我們一起實現碧海藍天，海闊魚躍的海洋夢。

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