CN118674128A - 一种海洋生态系统食物网评价与优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于海洋生态系统研究技术领域，涉及一种海洋生态系统食物网评价与优化方法。所述生态系统食物网系统评价方法，包括下述步骤：S1、构建海洋生态系统食物网能量流动模型；S2、基于上述建立的食物网能量流动模型，获取各生物功能组之间的能量流动关系，量化海洋生态系统中各生物之间的营养关系和能量流动关系；针对目标海洋生态系统，选择与目标海洋生态系统特征相似的其它海洋生态系统作为对照，建立对照海洋生态系统食物网参数数据库，与对照海洋生态系统食物网结构和功能评价的指标对比，确定目标海洋生态系统食物网结构和功能所处水平。本发明制定了一套较为科学的食物网结构优化路径，为食物网优化工作的开展提供指导。
Description
技术领域
本发明属于海洋生态系统研究技术领域，涉及到一种海洋生态修复与管理方法，具体涉及一种海洋生态系统食物网评价与优化方法。
背景技术
生态系统中个体较大、营养层次较高、重要的底层经济种类被个体较小、营养层次较低、中上层经济价值较低的种类所替代，导致生态系统渔获生物平均营养级明显下降，生态系统食物网重要节点生物丧失，生态系统原有食物链结构断裂，食物网结构变得简单化。食物网主导了生态系统中物质和能量的流动，驱动了初级和次级生产、废物分解、养分回收等过程，是生态系统中的核心组分，对近海生态系统食物网的破坏导致生态系统多样性、稳定性、可持续性维持能力降低，生态系统结构与功能出现退化。
开展海洋生物资源增殖放流修复海洋生态系统食物网结构，进而修复海洋生物资源与提升生态系统结构和功能，是当前我国修复与养护海洋生物资源的主要方式之一。大多基于资源增殖的食物网修复活动仅关注单个物种的增殖，未从生态系统不同营养级层面的统筹考虑资源增殖对生态系统食物网的优化作用，容易产生顾此失彼的生态后果，无法达到有效优化生态系统食物网的作用。大量海洋水生生物幼苗的不合理增殖导致海洋生物增殖放流效率低下，生态系统中增殖生物和野生物种生态位出现重叠，生源要素和物理空间被大量增殖生物占据，野生群体数量降低，生物遗传多样性水平和环境适应能力下降，最终导致食物网结构进一步简单化，甚至引起野生生物群体资源的崩溃。基于生态系统水平全面评价海洋生态系统食物网结构，科学筛选增殖目标种，精准评估目标种适宜增殖密度，是优化海洋生态系统食物网结构、提升生态系统结构与功能的重要基础，对修复与养护我国近海海洋生物资源具有重要作用。
目前在海洋生态系统食物网优化方面，尚无有效的技术方法，仅郑婷在2013年天津大学的硕士毕业论文《渤海湾近岸生态系统关键食物网修复技术》中有对渤海湾近岸生态系统食物网修复的研究记载。该研究中主要采用了基于人工鱼礁和硬质坡面粗糙化的方法来修复食物网结构，该方法是通过修复海洋生境修复食物网，但该方法成本较高，而且只能在近海小尺度海域开展。
发明内容
本发明的目的之一是针对当前海洋生态系统食物网修复活动中，对生态系统食物网特征评估不足，缺乏对食物网结构功能进行有效评估的方法，本发明建立了一种生态系统食物网评价方法。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种生态系统食物网系统评价方法，包括下述步骤：
S1、构建海洋生态系统食物网能量流动模型；
S2、基于上述建立的食物网能量流动模型，量化海洋生态系统中各生物之间的营养关系和能量流动关系；针对目标海洋生态系统，选择与目标海洋生态系统特征相似的其它海洋生态系统作为对照，与对照海洋生态系统食物网结构和功能评价的指标对比，确定目标海洋生态系统食物网结构和功能所处水平，进而确定目标海洋海洋生态系统需要进一步优化完善的模块。
所述海洋生态系统食物网能量流动模型的构建方法，包括下述步骤：
S11、根据各生物在海洋生态系统中承担的功能划分生物功能组；
依据各生物在海洋生态系统中承担的功能划分功能组。功能组可以是浮游生物、有机碎屑物质、一种鱼类、处于某一年龄阶段的一种鱼类或者某一类在生态特征上相似的物种。海洋生态系统各生物食性、栖息空间、运动规律等生态位特征和种群结构、生产量与生物量比值、摄食量与生物量比值大小、形态特征等作为判定各生物在生态系统中承担的功能的依据。
需重点关注的物种，或者对海洋生态系统结构与功能具有较大影响的生物，其功能组划分需尽量详细。
海洋生态系统功能组应包括初级生产者、消费者和有机碎屑三类功能组，应覆盖海洋生态系统中所有的生物和有机物组分。
S12、通过开展海洋生态系统生物资源调查、统计渔业捕捞数据、查阅文献，获取海洋生态系统中各生物功能组数据：包括各生物功能组生物量、生产量与生物量的比值、摄食量与生物量的比值、生物量积累量、迁移量、捕捞量、各消费者生物食物组成和未消化吸收食物比例值；
S13、将获取的各生物功能组数据作为输入数据，基于Ecopath模型构建原理，建立海洋生态系统能量流动模型；
S14、检验和调试海洋生态系统的能量平衡。
具体地，检验和调试海洋生态系统的能量平衡的具体依据为生态系统中某一生物功能组的物质或者能量输入与输出保持平衡，采用公式表示如下：
其中，B i表示功能组i的生物量；B j 表示捕食者j的生物量；(P/B) i 表示功能组i的生产量与生物量的比值；(Q/B) j 表示捕食者j的摄食量与生物量的比值；EE i 表示功能组i的生态营养学效率；DC ji 表示功能组i在捕食者j的食物组成中所占比例；BA i 表示功能组i的生物积累量；Y i 表示功能组i的捕捞量或收获量；E i 表示功能组i的净迁移量；
其中，R i 表示功能组i的呼吸量；U i 表示功能组i的未消化吸收食物量。
具体地，对建立的能量流动模型进行调试的方法如下：通过改动食物矩阵来调整EE值，每次对食物比例的改动不超过5%，使各生物功能组的EE值小于等于1，每一功能组生产量与呼吸量的比值P/R不大于1，游泳动物类活动较大的生物功能组其呼吸量与生物量的比值R/B大于附着生物类活动较少的生物功能组，各生物功能组的食物转化效率生产量与摄食量的比值P/Q值在0.1-0.3之间。
进一步地，S2中，对食物网结构和功能评价的指标有：食物网能量流动多样性指数、平均食物链路径长度、生态系统不同整数营养级之间的能量传递效率；还可以包括系统连接指数、系统杂食指数、Finn's 循环指数、渔获物平均营养级、碎屑流与植食流之比、相对优势度、总初级生产量/总呼吸量、总初级生产量/总生物量、总生物量/总能量流通量。
作为一种优选，S2中，基于建立的食物网能量流动模型，获取各生物功能组之间的能量流动关系，对食物网结构和功能进行评价，主要评价食物网结构的多样性和食物网不同营养级之间的能量传递效率。其中，多样性的表征参数为：能量流动多样性指数（即食物网能量流动多样性H）和平均食物链路径长度（FML），能量传递效率的表征参数为：生态系统不同整数营养级之间的能量传递效率值。即采用能量流动多样性指数、平均食物链路径长度、生态系统不同整数营养级之间的能量传递效率这三个指标对食物网结构和功能进行评价。
其中，食物网能量流动多样性（H）指数的计算方法为：
Q i 表示生态系统中一单位物质或者能量流经功能组（i）的可能性。
平均食物链路径长度（FML）的计算方法为：FML=L/P，L表示食物网中所有连接点数量，P表示食物网中所有食物链路径数量。
生态系统中某一营养级向其相邻的更高一营养级能量传递效率，即生态系统不同整数营养级之间的能量传递效率的计算方法为：
TE=（TC+TF）/（TR+TFL+TBI+TF+TC）
其中，TE表示能量传递效率，TC表示该营养级生物总摄食量，TF表示该营养级总捕捞量，TR表示该营养级生物总呼吸量，TFL表示该营养级生物总流向碎屑量，TBI表示该营养级总生物量积累量。
进一步地，本发明还提供了一种海洋生态系统食物网优化方法，具体如下：当目标海洋生态系统食物网结构和功能的评价指标差于对照生态系统范围值，表明该生态系统有优化空间，可分别通过提高相关指标值的方法来优化食物网的结构与功能。
比如，选择食物网能量流动多样性、平均食物链路径长度和能量传递效率三个指标来表征食物网结构和功能，当其中一个或几个指标值相比于对照生态系统范围值相对较低时，表明该生态系统有优化空间时，可分别通过提高相关指标值的方法来优化食物网的结构与功能。具体的提高方法为：当生态系统食物网能量流动多样性较低时，通过提高中等有效营养级（一般为2、3有效营养级）中与其它生物连接度较多的功能组的生物量来提高生态系统食物链多样性，进而提高生态系统食物网能量流动多样性；当生态系统平均食物链路径长度较低时，通过提高生态系统顶级捕食者生物的生物量来提高食物链长度；当生态系统食物网中不同整数营养级间能量传递效率较低时，通过增加生态系统中流向碎屑量较大功能组的捕食者的生物量来提高能量传递效率。进一步地，提高生物量的方法可以为增殖放流。
其中，有效营养级计算方法为：TL j =1+∑ i （DC ij ×TL i ）
TL j 代表功能组（j）所处的营养级，TL i 代表功能组（i）所处的营养级，DC ij 代表被捕食者（i）在捕食者（j）的食物组成中所占比例。
各功能组有效营养级类别的划分方法为：1-1.5（不包括1.5），属于第1有效营养级范畴，1.5-2.5（不包括2.5），属于第2有效营养级范畴，2.5-3.5（不包括3.5），属于第3有效营养级范畴，3.5-4.5（不包括4.5），属于第4有效营养级范畴。
所述连接度是指：在建立的生态系统食物网中，某一功能组周边与其具有直接营养关系（即捕食与被捕食）的功能组的数量大小即为连接度。
进一步地，筛选增殖放流目标种生物时，从各营养级至少筛选一个增殖目标种（除第一营养级外，第一营养级可根据情况筛选或不筛选增殖目标种），建立基于多营养级的搭配增殖方式。
进一步地，以提升生态系统能量流动多样性为目标开展增殖放流时，增殖目标种主要选自中等有效营养级生物（一般为第2、3有效营养级），先选定增殖潜力较高的3-4个物种，再从上述3-4个功能组中选择连接度高的物种，最终在每个中等有效营养级中确定1-2个增殖物种；
以提升生态系统平均食物链路径长度为目标筛选增殖目标种时，主要针对高营养级生物，先确定该营养级内增殖潜力较高的2-3个物种，继而选定1-2个适宜的增殖物种（优选增殖潜力位于第1、2位的物种）；
针对能量传递效率较低的营养级，首先确定相邻营养级中，较低营养级中流向碎屑量较大的1-2个物种，继而确定该物种的2-3个主要捕食者，再从中选择增殖潜力位于第1、2位的1-2个捕食者作为增殖物种，来提高系统对该物种生产力的利用效率。
所述增殖潜力的确定方法为：先利用食物网能量流动模型计算物种的生物承载力，再基于物种生物承载力与生物量现存量的差值表征生物增殖潜力。
所述生物承载力的计算方法为：基于建立的生态系统食物网能量流动模型，计算海洋生态系统能量流动平衡临界点时某一生物功能组的生物量，获取生物承载力，计算方法如下：所述海洋生态系统能量流动平衡临界点为：逐步提高生物承载力评价目标生物功能组的生物量，当生态系统中某一其它生物功能组EE值出现等于1时，此时即为生态系统能量流动平衡临界点；所述海洋生态系统目标生物承载力为能量流动平衡临界点时对应生物功能组生物量。
进一步地，确定增殖生物适宜增殖密度的方法如下：
首先依据增殖功能组生物承载力和生物现存量，获取增殖生物增殖潜力，继而结合增殖生物要达到的目标大小和增殖生物存活率，计算增殖生物最大可持续增殖密度，具体计算方法为：
D
M
=(B
C
-B
N
)/B
IND
/S
T
D M 代表增殖目标生物最大可持续增殖密度，B C 是增殖目标生物承载力，B N 是增殖目标生物现存量，B IND 是增殖生物个体要达到的目标生物量，S T 是增殖期间增殖生物存活率。
增殖生物存活率计算方法有：
1）直接通过增殖放流实验来获取增殖生物的存活率；
2）针对不方便直接通过增殖放流实验来获取增殖生物存活率的生物，其从增殖放流开始到增殖生物长到目标大小这段时间内（L 0-T ）的存活率计算方法如下：
将从增殖放流开始到增殖生物长到目标大小这段时间进行细分，计算每个时间段内目标生物的死亡系数，继而计算每个阶段内目标生物的残存率，最后获取目标生物在整个增殖期间的总存活率。
具体步骤为：
S31、确定增殖生物自然死亡系数与个体大小关系：M T =M R ×（L R /L T ），式中：M T 表示增殖生物在一定个体大小时的死亡系数，M R 为增殖生物成熟时的死亡系数（年死亡系数），L R 为增殖生物成熟时的体长，L T 为增殖生物在一定个体大小时的体长。将M T 除以L 0-T （单位为年），即获得该时间段内目标生物的死亡系数。
成熟个体死亡系数计算方法为：M=K 0.65 ×L ∞ -0.279 ×T c 0.463 ，式中：M表示自然死亡系数，单位为每年（/year）；K为VBGF生长方程中生物生长系数，单位为每年（/year）；L ∞ 为渐进全长，单位厘米（cm）；T c 为年平均水温，单位为摄氏度（℃）。
S32、计算目标生物从增殖个体大小生长到目标体长所需要的时间，计算方法为:
1）在有条件开展增殖放流生长实验确定所需生长时间的情况下，基于增殖放流实验直接测定增殖生物从增殖个体大小生长到目标体长所需要的时间。
2）在无条件开展增殖放流生长实验确定所需生长时间的情况下，根据目标生物的体长-时间生长方程间接计算，具体方法如下：
L ∞ 为平均渐进体长；L t 为ｔ龄时的平均体长；k为生长参数；t 0 为假设的理论生长起点年龄，e指自然常数。
计算获取目标生物在增殖个体大小和目标大小时的年龄，从而获取从增殖个体大小到目标个体大小所需要的时间；
S33、将该段时间进行细分，计算每个年龄段内目标生物的死亡系数M x 。
S34、继而确定每个年龄段内目标生物的残存率，具体计算方法为：A=e (-Mx) ，A表示残存率，e为自然常数，M x 为每个年龄段内目标生物的死亡系数Mx
S35、将每个年龄阶段增殖生物的残存率相乘，获取整个增殖期间生物的总存活率，即为从增殖个体大小到目标大小年龄时间内的总存活率。
具体来说，本技术与现有技术相比可产生如下积极效果：
（1）针对当前海洋生态系统食物网修复活动中，对生态系统食物网特征评估不足，本发明通过建立食物网能量流动模型，可对食物网结构与功能特征进行有效评估，确定食物网结构与功能的优劣。
（2）与现有技术相比，本发明采用基于增殖放流的方法，针对的是修复生态系统生物资源来修复食物网。在效果方面，本方法可以在海湾、近海较大尺度开展海洋生态系统食物网修复工作。可见，本发明中所有方法可修复海域范围更广。此外，在具体实施方面，本发明所采用的增殖放流方法在单位面积范围内，其成本远低于人工鱼礁投放成本。因而，本发明经济成本更低。在实施效果方面，本发明还可结合现有技术一起使用，比如可在现有技术如郑婷2013人工鱼礁建设的生境营造基础上进一步优化生态系统食物网的结构与功能。
（3）针对当前海洋生态系统食物网修复活动中，食物网修复方案的制定缺乏足够合理依据的问题，本发明制定了一套较为科学的食物网结构优化路径，为食物网优化工作的开展提供指导。
（4）针对当前开展生物资源增殖修复食物网过程中，增殖目标物种的选择较为盲目，缺乏一套科学合理的甄选方法。本发明利用食物网能量流动模型量化生态系统食物网结构特征，并针对食物网结构与功能的不完善之处，以完善食物网结构的多样性和能量传递效率功能为目标，结合生物增殖潜力评估筛选增殖目标种，建立了一套以修复食物网为目标的多营养级搭配增殖生物筛选方法，该方法比目前通用的方法更为科学合理，可操作性更强，目的更为明确。该方法充分考虑了增殖生物的增殖潜力和对优化生态系统食物网结构的作用，极大的避免了筛选的增殖物种由于增殖潜力太低以及对生态系统结构功能优化不明显，而导致增殖效果不明显，并可能产生较大负面后果的现象。
（5）本发明建立的增殖放流物种增殖密度评估和确定方法相比对目前通用的操作方法，提出了一整套可操作、可量化的评估技术，通过有效评估适宜的增殖密度，避免了过去仅基于经验判断增殖密度，缺乏科学评估方法，可能导致增殖密度过高，导致对野生种群形成挤压、增殖生物大量死亡、增殖效率低下等问题，降低了生态风险和经济损失。可见，本发明提高了基于增殖放流的食物网优化与修复成效。
附图说明
图1为本发明海洋生态系统食物网优化方法的流程图；
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
实施例1
本实施例以莱州湾人工鱼礁生态系统食物网评价及优化方法进行举例说明，可以理解的是，本发明的生态系统食物网评价及优化方法也可以应用至其他生态系统中。
首先，依据各生物在海洋生态系统中承担的功能，进行莱州湾人工鱼礁生态系统生物功能组划分；海洋生态系统各生物食性、栖息空间、运动规律等生态位特征和种群结构、P/B、Q/B值大小、形态特征等作为判定各生物在生态系统中承担的功能的依据。
划分的海洋生态系统功能组包括初级生产者、消费者和有机碎屑三类功能组，覆盖海洋生态系统所有的生物和有机物组分。
基于2019-2020年对莱州湾人工鱼礁生态系统生物资源的调查，将该生态系统划分为由许氏平鲉、大泷六线鱼、花鲈、黑鲷等27个生物功能组组成的生态系统，各生物功能组的生物组成如下表1所示：
表1 莱州湾人工鱼礁生态系统各生物功能组生物组成
接下来，建立莱州湾人工鱼礁生态系统能量流动模型输入参数文件；
基于对莱州湾人工鱼礁生态系统生物资源调查数据，获取莱州湾人工鱼礁生态系统各生物功能组生物量参数，并通过查阅文献，结合经验公式计算获取莱州湾人工鱼礁生态系统各生物功能组P/B、Q/B等参数值，各生物功能组生物量、P/B、Q/B等参数值如下表2所示：
表2 莱州湾人工鱼礁区各生物功能组输入参数
接下来，通过开展胃含物分析、稳定同位素分析等实验，并结合相关文献数据，获取莱州湾人工鱼礁生态系统各消费者生物功能组食物组成参数，莱州湾人工鱼礁生态系统各消费者生物食物组成矩阵如下表3、表4所示：
表3莱州湾人工鱼礁区消费者生物食物组成矩阵（上）
表4 莱州湾人工鱼礁区消费者生物食物组成矩阵（下）
在输入莱州湾人工鱼礁生态系统各生物功能组生物量、P/B值、Q/B值、食物组成等参数后，得到莱州湾人工鱼礁生态系统能量流动模型。
在此基础上，计算生态系统食物网平均食物链路径长度、能流多样性、不同营养级之间能量传递效率值等食物网参数，并基于建立的类似生态系统有关参数库进行比较。
表5莱州湾人工鱼礁生态系统各功能组流入碎屑量、营养级和连接度
表6 莱州湾人工鱼礁生态系统食物网多样性参数
| 参数 | 数值 | 单位 |
| 平均路径长度 | 3.54 | / |
| 能流多样性指数 | 1.67 | / |
由表6可知，莱州莱人工鱼礁生态系统平均食物链路径长度为3.54，能流多样性水平为1.67。
表7莱州湾人工鱼礁生态系统不同营养级间能量传递效率
表8莱州湾人工鱼礁生态系统重要功能组生物承载力值
与相似海洋生态系统（见表9）相比，该系统中平均路径长度处于较高水平，但比处于完善阶段的生态系统相关值还有一定距离，说明有进一步优化的空间，其能流多样性则处于较低水平，有很大的优化空间。即可以通过优化平均路径长度和能流多样性来进一步优化生态系统食物网多样性。
表9 通过收集全球相似生态系食物网指数获得的各指数等级阈值
注：D/H：碎屑流与植食流之比；TE：生态系统不同整数营养级之间的能量传递效率；H：食物网能量流动多样性；A/C：相对优势度；CI：连接指数；SOI：系统杂食指数；FCI：Finn's 循环指数；FML：平均食物链路径长度；TPP/TR：总初级生产量/总呼吸量；TPP/TB：总初级生产量/总生物量；TB/TST：总生物量/总能量流通量
生态系统中，第3、4营养级之间能量传递效率仅为6.71%，远低于一般海洋生态系统10%平均值，第2、3营养级之间相关值为11.48%，处于一般与较好之间，有进一步优化的空间，另外生态系统第一营养级中浮游植物和底泥碎屑有大量能量物质未被系统高营养级生物直接利用流向了碎屑组，因而，可以被进一步利用，以提高第1、2营养级之间的能量传递效率。
食物链路径长度优化：生态系统中营养级最高的2个功能组为许氏平鮋和花鲈，其中许氏平鮋增殖潜力及与其它功能组的连接度均高于花鲈，因而选定其为增殖目标种。
优化能流多样性：生态系统中位于第3中等营养级的生物中，增殖潜力较大的功能组为脉红螺、大型底栖甲壳类和口虾蛄，其中，连接度较高的生物为大型底栖甲壳类，选定该物种为增殖目标种；在第2中等营养级生物中，增殖潜力较大的功能组为刺参和牡蛎，其中，连接度更高的生物为牡蛎，因而选定牡蛎为增殖目标种。
优化能流传递效率：生态系统中，第3-4营养级间能量传递效率较低，在第3营养级中，流向碎屑量最大的2个生物功能组为，脉红螺和海月水母，由于海月水母没有专门的捕食者，而脉红螺主要的捕食者为蛸类，因而选定蛸类为主要的增殖目标种。第2-3营养级间能量传递效率相对较高，但依然有优化空间，其中在第2营养级中，流向碎屑量最大的生物是牡蛎，其主要的捕食者是脉红螺，因而选定其为主要的增殖目标种；第1营养级中，流向碎屑量最大的功能组为浮游植物和底泥碎屑，其主要的捕食者为浮游动物、底栖细菌、心形海胆、其它虾蟹类、脉红螺、刺参等物种，考虑到浮游动物、底栖细菌、心形海胆、其它虾蟹类均无法开展人工增殖，因而选定的主要增殖目标种为脉红螺和刺参，而在这2中物种中，刺参的增殖潜力显著高于脉红螺，因而选定刺参为主要的增殖目标种。
综合以上各种情况，最终选定的增殖目标种有许氏平鮋、大型底栖甲壳类、蛸类、牡蛎、脉红螺、刺参。
莱州湾人工鱼礁区增殖目标种适宜增殖密度：
莱州湾人工鱼礁区许氏平鲉适宜增殖密度评估：首先计算许氏平鲉增殖种群年死亡系数。基于许氏平鲉自然死亡率与个体大小关系，计算许氏平鲉增殖群体增长到一定个体大小时的总死亡率。
许氏平鲉自然死亡率计算方法：
M=K
0.65
×L
∞
-0.279
×T
c
0.463
式中：M表示自然死亡率，单位为每年（/year）；K为VBGF生长方程中生物生长系数，单位为每年（/year）；L ∞ 为渐进全长，单位厘米（cm）；Tc为年平均水温，单位为摄氏度（℃）。许氏平鲉k值和渐进全长(cm)分别为0.576和43.71cm（依据渐进体长为36.72cm计算），年平均水温为15℃，计算得许氏平鲉年死亡系数为0.8264。
许氏平鲉自然死亡率与个体大小关系为：M T =M R ×（L R /L T ）
式中：M T 表示许氏平鲉在一定个体大小时的死亡率，M R 为许氏平鲉成熟时的死亡率，L R 为许氏平鲉成熟时的体长，L T 许氏平鲉达到目标大小时的体长。
依据海洋牧场渔业资源采捕技术指南，许氏平鲉最小可采捕体长为200mm，基于许氏平鲉体长体重经验公式：W=1.750×10 -5 ×L 3.084 (r2=0.990，p<0.05)，W为体重（g），L为体长（mm），此时体重为219.86g。许氏平鲉的生长方程为：Lt=367.211×[1-e -0.576(t+0.399) ]，由该式计算许氏平鲉达可捕体长时的年龄为1.68a。根据调研数据，许氏平鲉的增殖放流体长在3.35-7cm（全长4-8cm），对应的年龄为：0.58-0.77a。许氏平鲉的成熟年龄约为3a，此时其成熟体长约为285.13mm。以0.01a为单位，分别计算从0.58-0.77a之间每一个0.01a期间许氏平鲉的死亡系数为：0.83/0.01=0.0083，进一步考虑个体大小对许氏平鲉死亡率的影响，计算0.58a-1.68a每一个0.01a之间的死亡系数为M=0.0083*（L R /L T ），进而，基于每一个0.01a的死亡系数计算每一个0.01a的残存率A，计算方法为：A=e(-M)。因而，增殖的许氏平鲉生物（全长为40mm，理论年龄为0.58a）在0.58a-1.68a期间的成活率可以计算为A0.58a-1.68a=A0.58a×A（0.58+0.01）a…×A（0.58+0.01n）a…×A1.68a=0.0737；增殖的许氏平鲉生物（全长为80mm，理论年龄为0.77a）在0.77a-1.68a期间的成活率可以计算为A0.77a-1.68a= A0.77a×A（0.77+0.01）a…×A（0.77+0.01n）a…×A1.68a =0.1780。
基于莱州湾人工鱼礁区许氏平鲉生物承载力与现存量，计算其增殖潜力为：0.40t/km2。莱州湾人工鱼礁区人工鱼礁区面积为：33.33 km2，计算其总增殖容量为13.33t，即1.33×107g。许氏平鲉的目标体重为219.86 g，因而，最终许氏平鲉可被增加的最大数量为：6.40×104 ind。若许氏平鲉的增殖放流个体全长为4cm，依据其成活率（0.0737）可计算获得许氏平鲉的适宜增殖放流量为8.68×105 ind（2.61×104 ind/km2）；若许氏平鲉的增殖放流个体全长为8cm，依据其成活率（0.1780）可计算获得许氏平鲉的适宜增殖放流量为3.60×105 ind（1.08×104 ind/km2）。
莱州湾人工鱼礁区刺参适宜增殖密度评估：根据研究人员在人工鱼礁区开展的增殖-采捕监测数据，在人工鱼礁区增殖100头左右的刺参（平均个体大小3.33g），2年后，刺参个体大小达100-200头（平均个体大小为45g），在此期间，刺参成活率在0.65左右。以此作为刺参在增殖期间的成活率数据，计算刺参适宜的增殖密度。基于莱州湾人工鱼礁区刺参生物承载力与现存量，计算其增殖潜力为：250 t/km2。刺参适宜收获的个体大小为45g左右，以此作为刺参增殖个体最终目标重，计算最终刺参可被增加的最大数量为：5.6×106 ind/km2，依据其成活率（0.65）可计算获得刺参的适宜增殖放流量为8.62×106 ind/km2。
以上所述，仅是本发明的实施例证而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明的技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种生态系统食物网评价方法，包括下述步骤：
S1、构建海洋生态系统食物网能量流动模型；
S2、基于上述建立的食物网能量流动模型，量化海洋生态系统中各生物之间的营养关系和能量流动关系；针对目标海洋生态系统，选择与目标海洋生态系统特征相似的其它海洋生态系统作为对照，与对照海洋生态系统食物网结构和功能评价的指标对比，确定目标海洋生态系统食物网结构和功能所处水平。
2.根据权利要求1所述的生态系统食物网评价方法，其特征在于，所述海洋生态系统食物网能量流动模型的构建方法，包括下述步骤：
S11、根据各生物在海洋生态系统中承担的功能划分生物功能组；
S12、获取海洋生态系统中各生物功能组数据：包括各生物功能组生物量、生产量与生物量的比值、摄食量与生物量的比值、生物量积累量、迁移量、捕捞量、各消费者生物食物组成和未消化吸收食物比例值；
S13、将获取的各生物功能组数据作为输入数据，基于Ecopath模型构建原理，建立海洋生态系统能量流动模型；
S14、检验和调试海洋生态系统的能量平衡。
3.根据权利要求1所述的生态系统食物网评价方法，其特征在于，S2中，对食物网结构和功能评价的指标有：食物网能量流动多样性指数、平均食物链路径长度、生态系统不同整数营养级之间的能量传递效率、系统连接指数、系统杂食指数、Finn's 循环指数、渔获物平均营养级、碎屑流与植食流之比、相对优势度、总初级生产量/总呼吸量、总初级生产量/总生物量、总生物量/总能量流通量。
4.一种海洋生态系统食物网优化方法，其特征在于，当权利要求1所述的目标海洋生态系统食物网结构和功能评价的指标差于对照生态系统范围值，表明该指标有优化空间，分别通过提高相关指标值的方法来优化食物网的结构与功能。
5.根据权利要求4所述的海洋生态系统食物网优化方法，其特征在于，提高相关指标值的方法为增殖放流，增殖放流目标种生物的筛选时，除第一营养级外，从各营养级至少筛选一个增殖目标种，建立基于多营养级的搭配增殖方式。
6.根据权利要求5所述的海洋生态系统食物网优化方法，其特征在于，增殖放流目标种生物的筛选方法为：以提升能量流动多样性为目标开展增殖放流时，从增殖潜力排名靠前的物种中选择连接度高的物种，最终除第一营养级和最高营养级外，每个营养级分别选择1-2个增殖物种；以提升平均食物链路径长度为目标筛选增殖目标种时，先选定高营养级内增殖潜力位于前2或前3的2-3个物种，继而从中选定1-2个适宜的物种，确定为增殖物种；针对能量传递效率低的营养级，首先确定相邻营养级中，低营养级中流向碎屑量位于第1、2位的1-2个物种，继而确定该物种的2-3个主要捕食者，再从中选择增殖潜力位于第1、2位的1-2个捕食者作为增殖物种。
7.根据权利要求6所述的海洋生态系统食物网优化方法，其特征在于：确定增殖生物适宜增殖密度的方法如下：
首先依据增殖生物承载力和生物现存量，获取增殖生物增殖潜力，继而结合增殖生物要达到的目标大小和增殖生物存活率，计算增殖生物最大可持续增殖密度，具体计算方法为：
D
M
=(B
C
-B
N
)/B
IND
/S
T
D M 代表增殖目标生物最大可持续增殖密度，B C 是增殖目标生物承载力，B N 是增殖目标生物现存量，B IND 是增殖生物个体要达到的目标生物量，S T 是增殖期间增殖生物存活率。
8.根据权利要求7所述的海洋生态系统食物网优化方法，其特征在于：所述增殖生物存活率计算方法为：通过增殖放流实验来获取增殖生物的存活率。
9.根据权利要求7所述的海洋生态系统食物网优化方法，其特征在于：针对不方便直接通过增殖放流实验来获取增殖生物存活率的生物，从增殖放流开始到增殖生物长到目标大小这段时间内的存活率计算方法如下：将从增殖放流开始到增殖生物长到目标大小这段时间进行细分，计算每个时间段内目标生物的死亡系数，继而计算每个阶段内目标生物的残存率，最后获取目标生物在整个增殖期间的总存活率。
10.根据权利要求9所述的海洋生态系统食物网优化方法，其特征在于：目标生物在增殖期间总存活率的确定方法具体为：
S31、确定增殖生物自然死亡系数与个体大小关系；
S32、计算目标生物从增殖个体大小生长到目标体长所需要的时间:
1）在有条件开展增殖放流生长实验确定所需生长时间的情况下，基于增殖放流实验直接测定增殖生物从增殖个体大小生长到目标体长所需要的时间；
2）在无条件开展增殖放流生长实验确定所需生长时间的情况下，根据目标生物的体长-时间生长方程间接计算，计算获取目标生物在增殖个体大小和目标大小时的年龄，从而获取从增殖个体大小到目标个体大小所需要的时间；
S33、将该段时间进行细分，计算每个年龄段内目标生物的死亡系数；
S34、确定每个年龄段内目标生物的残存率；
S35、将每个年龄阶段增殖生物的残存率相乘，获取整个增殖期间生物的总存活率，即为从增殖个体大小到目标大小年龄时间内的总存活率。
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