人工鱼礁与沉船：建设栖息地还是吸引鱼群？

2006年5月17日上午，911英尺长的航空母舰USS奥里斯卡尼号在不到37分钟内沉入佛罗里达州彭萨科拉以南七英里的墨西哥湾水域。它沉降在212英尺深的海床上，成为美国水域中作为人工鱼礁故意沉没的最大船只。数月内，海洋调查记录到在该船体上层出现了琥珀鱼、石斑鱼和铲鱼。三年内，这艘沉船成为了商业上重要物种繁殖群的宿主，每年吸引超过15000名潜水员前来参观。

奥里斯卡尼号的故事是一个引人注目的实践象征——为创造海洋栖息地而凿沉船只——它在科学上比其宣传资料通常承认的更为复杂，在生态上则更为微妙。在过去的四十年里，人工鱼礁的部署在全球范围内扩大，包括沉船、混凝土模块、矿石和从实用到戏剧性的雕塑装置。要弄清这些结构对海洋生态系统究竟有什么作用——而不是它们的倡导者声称的作用——需要参与到海洋渔业科学中最持久的争议之一：生产与吸引之争。

生产与吸引之争

关于人工鱼礁的核心科学问题看似简单：当鱼群聚集在一个部署的结构周围时，生态系统中的鱼类总数是增加了（生产），还是相同的鱼群仅仅是从自然栖息地重新分配到人工结构中（吸引）？这个答案对管理至关重要。如果人工鱼礁主要是吸引和集中来自周围自然鱼礁的鱼类，那么它们的部署可能会通过使鱼类更容易被定位和捕捞而损害渔业——这种现象有时被称为聚集性捕捞——而未能提供净生态系统效益。如果它们通过提供以前在软沉积物上空水体中不存在的定居栖息地、食物资源和庇护所来真正产生新的鱼类，它们则代表了一种合法的渔业增强工具。

美国国家海洋和大气管理局（NOAA）渔业生物学家詹姆斯·邦萨克（James Bohnsack）在其成为该领域基础的工作中最有影响力地阐述了这一二分法。邦萨克审查了在人工鱼礁观察到的快速定殖率、高鱼类密度和增加的单位捕捞努力量，并认为这些观察结果既与吸引一致，也与生产一致。他提出，栖息地限制，而非种群数量限制，可能是起作用的机制：鱼类可能移居到人工鱼礁是因为自然鱼礁栖息地已饱和——这将支持生产假说——但同样的观察结果也与对新结构简单偏好一致，而与任何种群层面的效应无关。他对海洋保护区应用于鱼礁渔业管理的正式处理确立了支撑所有后续讨论的关键治理原则：人工鱼礁的保护价值完全取决于其聚集的鱼类种群是否受到捕捞保护，或者只是变得更容易捕获[1]。

正式分解生产和吸引效应的数学工具由奥森伯格及其同事在2002年《ICES海洋科学杂志》的一篇论文中开发，该论文引入了一个量化框架，用于将人工鱼礁鱼类密度的变化归因于每种机制[2]。通过将人口学参数——生长、死亡率和移动率——与人工和自然鱼礁的丰度调查相结合，该框架可以估计观察到的密度增加中有多少代表了真正的种群增加。应用于几个经过充分研究的鱼礁系统的数据表明，这两种机制同时发挥作用，并且它们之间的平衡因鱼礁设计、位置和周围栖息地环境而异[2]。

布里克希尔、李和科诺利在2005年《鱼类生物学杂志》的一篇综述中阐述了这一发现，该综述综合了这些年来的方法学进展[3]。他们确定了两个关键的设计变量，这些变量将平衡推向生产：在真正栖息地不足的区域（即，在远离自然鱼礁的软沉积物平原上）部署人工鱼礁，以及设计具有足够内部复杂性的结构，以支持猎物无脊椎动物以及鱼类的避难空间。部署在现有自然鱼礁附近、栖息地已经丰富的环境中的结构最可能主要作为吸引子；那些部署在结构贫瘠环境中的结构具有真正的生产增益的最大潜力[3]。

使用生态过程指导设计

玛格丽特·米勒在2002年《ICES海洋科学杂志》上关于人工鱼礁设计中的生态过程的论文综合了在硬底质上群落演替的生物机制，并提出了实际的管理意义[4]。米勒强调，人工鱼礁的定殖遵循与自然鱼礁发展相同的演替过程：先锋无脊椎动物定殖者——苔藓虫、水螅和管虫——创造微栖息地复杂性，支持次级定殖者，包括海绵和软珊瑚，这些反过来吸引使鱼礁在生态和经济上富有成效的鱼类群落。

这种演替所需的时间并非微不足道。新部署的结构通常在数周内支持鱼类群落，但支撑鱼礁营养结构的附生无脊椎动物群落需要数年到数十年才能接近自然鱼礁的复杂性。管理决策——尤其是在此演替阶段是否保护人工鱼礁免受捕捞——对群落发展的轨迹产生重大影响。米勒认为，人工鱼礁不应被视为静态物体，而应被视为其管理必须与其生态发展同步演进的栖息地[4]。

结构粗糙度——鱼礁的三维表面复杂性——是鱼类群落多样性和丰度最强的建筑学预测指标。具有空隙、悬挑和狭窄通道的高度复杂结构为幼鱼提供了躲避捕食者的庇护所，创造了事实上的育幼栖息地，从而提高了补充量。这推动了专门设计的鱼礁单元——六边形混凝土模块、鱼礁球和专有定制设计——的发展，这些单元在建筑成本相对较低的情况下最大化了表面积和内部复杂性。简单的混凝土块或碎石堆虽然在功能上优于裸露的沉积物，但在几乎所有的生物学指标上都逊于专门设计的模块。

USS奥里斯卡尼号：环境准备实践

奥里斯卡尼号沉没前的准备工作是美国水域中对船只进行的最全面的环境修复，反映了美国环境保护署于2006年最终确定的用于创建人工鱼礁的船只准备最佳管理实践。在沉没前的四年里，承包商移除了大约700吨有害物质：来自电缆和电容器的多氯联苯（PCBs）、来自绝缘和防火材料的石棉、来自燃料箱的石油残留物以及来自油漆系统和机械的重金属。

PCB污染需要根据《有毒物质控制法》进行正式的生态风险评估和环保署批准。评估确定，在计划深度和位置，考虑到稀释、沉积物掩埋以及密封钢基质中结合的PCB的生物利用度限制，无法经济去除的残留PCB浓度造成的生态风险是可接受的。该批准是有条件的且备受争议，环保团体认为残留污染对将定殖船体的底栖生物群落构成了不可接受的长期风险。

对奥里斯卡尼号长达十年的生物监测结果与部署在相对栖息地贫瘠的沙质基质中的大型复杂结构的预测大致相符。该地点的鱼类物种丰富度和生物量显著超过了参考软沉积物地点，并与该区域的天然低起伏石灰岩鱼礁相媲美。该地点已记录到红鲷鱼（*Lutjanus campechanus*）的繁殖聚集——这在生态学上具有重要意义，因为墨西哥湾的鲷鱼聚集地点对于商业上重要的且历史上过度捕捞的物种来说是限制性栖息地。这些聚集的个体是来自其他地方的被吸引的鱼类还是由该地点猎物资源支持的新招募鱼类尚未正式解决——这反映了奥森伯格等人[2]形式化的更广泛的生产-吸引不确定性。

MUSA：作为艺术的人工鱼礁

在人工鱼礁设计谱系的最远端是墨西哥坎昆海岸的水下艺术博物馆（MUSA）——一片由英国雕塑家杰森·德卡里斯·泰勒创作的约500个人体尺寸雕塑的水下雕塑花园，安装在坎昆国家海洋公园附近4到8米深处。MUSA代表了文化生态旅游和珊瑚礁创建的刻意融合：这些雕塑是专门设计的，通过高pH值的海洋混凝土基质促进珊瑚定殖。

在设计上，MUSA同时具有多种功能。作为艺术装置，它将浮潜者和潜水员从邻近的天然珊瑚礁系统吸引开，减轻了人为压力对公园珊瑚群落的影响。作为人工鱼礁，自2009年首次安装以来，它已经形成了可测量的鱼类群落和珊瑚附着。作为一种保护宣传工具，它为坎昆珊瑚礁系统和广泛的海洋保护带来了大量的国际媒体关注。

与雄心勃勃的目标相比，其生物学成果较为一般：在4到8米的深度，雕塑位于受游客浪涌、防晒霜污染和沿海径流引起的富营养化影响最严重的区域。珊瑚定殖不均匀，鱼类群落多样性仍低于该地点的可比天然珊瑚礁。然而，对自然公园珊瑚礁的潜水压力的减轻——主要的保护目标——似乎已部分实现，旅游运营商报告称，MUSA景点在潜水员访问量中占了很大一部分，而这些潜水员原本会集中在自然珊瑚礁系统。

环境准备协议：科学要求

从奥里斯卡尼号、MUSA和数十年人工鱼礁科学中吸取的教训已整合为日益严格的准备和选址协议。美国环保署、NOAA和国际人工鱼礁会议的关键指导涉及四个核心领域。

对于船只而言，有害物质清除是不容商议的。石油、多氯联苯、石棉、三丁基锡防污漆和弹药必须在沉没前清除或密封。对于非船只结构，必须通过标准化浸出测试协议验证建筑材料中（特别是再生材料，如粉煤灰混凝土和煤炭燃烧产物）无可浸出污染物。一些早期的人工鱼礁项目将粉煤灰用作结构材料，假设压实会阻止浸出；随后的研究发现上覆沉积物和生物组织中的重金属浓度升高，导致多个司法管辖区对基于灰烬的鱼礁材料实行禁令。

选址必须平衡生态机会与航行安全、渔业管理目标和沉积物稳定性。部署在强海底水流区域的结构有被沙层迁移掩埋的风险；部署在航运通道中的结构会造成航行危险；直接邻近现有高质量天然鱼礁的结构可能主要充当吸引子而非生产者[3]。在管理良好的司法管辖区，栖息地不足分析——评估拟议区域是否缺乏原本会限制鱼类种群规模的硬底质——越来越被要求作为许可程序的一部分。

在早期部署材料但从未随后评估生物学成果的高知名度失败项目之后，监测要求得到了加强。标准监测协议现在包括部署前底栖生物群落组成的基线调查，随后是每年使用一致方法（通常是基于视频或SCUBA视觉普查）进行的鱼类和无脊椎动物调查，至少持续部署后五到十年。

渔业管理整合可能是最关键但也最常被忽视的要素。在捕捞压力大的区域，如果人工鱼礁没有相关的捕捞限制，正如邦萨克的工作所确立的，它很可能作为聚鱼装置，促进所吸引群落的连续枯竭[1]。在初始演替阶段将人工鱼礁划定为禁捕区——一旦群落发展稳定后转变为管理性捕捞——的司法管辖区，其长期生态效益始终优于那些从第一天起就允许 unrestricted access 的区域[4]。

效益与成本

人工鱼礁和沉船在海洋保护和娱乐中占据了一个科学上合法、生态上有条件且广受欢迎的利基。在正确的条件下——栖息地贫瘠的部署地点、彻底的环境准备、专门设计的结构复杂性、演替期间受保护的访问以及与更广泛的渔业管理相结合——它们明显增加了当地鱼类生物多样性和丰度，并提供了真正的生态系统服务。在错误的条件下——靠近现有天然鱼礁、有害物质清除不足、部署后无限制捕捞——它们可以集中鱼类以方便捕捞，将污染物浸出到敏感的底栖群落中，并造成工程可以替代栖息地保护的错误信心。

生产与吸引的问题，最初由奥森伯格等人[2]在数学上给予严谨性，并由布里克希尔等人[3]综合，在种群层面尚未明确解决——而且可能永远无法解决，考虑到在涉及的景观尺度上追踪个体鱼类运动的后勤难度。然而，累积的科学确实坚实地确立了两种机制都在运作，它们之间的平衡由部署前后的设计和治理选择决定，因此任何人工鱼礁的保护价值并非由定殖的生物学决定，而是由围绕它的管理决策决定。

潜水员从覆盖着海扇、群鱼和附着海绵的沉船上升，见证了一个真正的生态现象——在无特色海床上坚硬的结构明显改变了其上方的生物群落。科学要求我们抵制自动推断这种转变构成了保护效益。它是否构成保护效益取决于规划办公室和渔业管理委员会所做的决策——而不是定殖本身壮观的生物学。