热带环境中鱼类养殖废弃物沉积对底栖生态的影响：结合野外调查与建模方法的研究

《Marine Pollution Bulletin》：Benthic ecological changes in response to fish farming waste deposition in tropical environment: combining field and modelling approaches

　　本研究评估了马提尼克岛热带海湾中小型鳕鱼养殖场对底栖生态的影响，结合沉积物陷阱、地球化学分析和宏底栖群落评估，发现近距离（<25米）有机废物沉积导致生物多样性显著降低，并建立POM和TOC的生态阈值（1.2-3.0 kg/m2·年，0.6-1.1 kg/m2·年），为热带水产养殖管理提供依据。

　　该研究聚焦于热带地区鱼类养殖对海底生态系统的影响，特别是在马提尼克岛的罗贝尔湾（Robert Bay）开展。随着全球水产养殖业的快速发展，其对环境的潜在影响成为科学界和政策制定者关注的重点。然而，与温带地区的相关研究相比，热带地区在这方面的研究仍显不足，尤其在评估养殖活动对海底生态阈值的影响方面。本研究通过结合空间测量、沉积模型和海底生物群落结构分析，为热带水产养殖业的可持续发展提供了重要的科学依据。

研究团队利用沉积陷阱和沉积模型对有机废物沉积进行了定量分析，同时测量了海底沉积物的物理和生物地球化学特性，并评估了宏观底栖生物群落的结构变化。研究结果表明，尽管沉积物的物理和生物地球化学特性变化不大，但底栖生物群落结构却出现了显著变化。在养殖点附近，底物生物群落表现出极低的多样性和个体数量，主要由少数第二级机会性物种主导。而在距离养殖点25至150米的区域，生物群落的多样性有所提高，且出现了对有机物富集敏感的物种。这一现象表明，有机废物的沉积是影响底栖生物群落的关键因素。

通过使用M-AMBI指数，研究团队发现底栖生物对有机废物沉积的响应与沉积速率密切相关。具体而言，当沉积物有机物沉积量达到1.2至3.0公斤/平方米/年（POM）和0.6至1.1公斤/平方米/年（TOC）时，生态状态从“中度”迅速恶化至“差”。模型预测表明，这些影响可能延伸至距离养殖点30米的范围。这一发现为热带地区水产养殖业的生态阈值定义提供了新的视角，并有助于政策制定者在推动可持续水产养殖时做出科学决策。

水产养殖业的扩张对生态环境带来了诸多挑战，包括近场和远场效应。这些效应可能涉及底栖生物群落的变化、水质影响、栖息地改造、病原体传播、外来物种引入以及食物网动态。特别是在鱼类养殖过程中，饲料浪费和排泄物对周围环境的污染尤为突出。这些有机废物的沉积可能超过沉积物的吸收能力，从而显著改变沉积物的物理和生物地球化学特性。有机废物的积累会增加沉积物中厌氧微生物的代谢活动，如硫酸盐还原，进而导致沉积物中氢硫化物的积累，影响底栖生物的生存条件。

本研究强调了底栖生物群落对有机物富集的敏感性。氧气需求的增加可能导致沉积物中氧气浓度下降，从而形成低氧或无氧环境，这对底栖生物群落的结构和功能产生深远影响。因此，理解有机废物沉积与底栖生物群落变化之间的关系对于评估水产养殖业对生态环境的可持续性至关重要。研究还指出，由于热带地区特有的环境条件，如温暖的气候、低流速和高沉积速率，这些区域的生态系统可能对有机物富集更为敏感。

为了评估这些影响，研究团队采用了多种方法，包括沉积陷阱测量、沉积模型和稳定同位素分析。沉积陷阱测量结果显示，有机物沉积量在距离养殖点0米处最高，而在更远的地点逐渐减少。同时，稳定同位素分析有助于区分养殖废物与自然有机物来源，为有机物的沉积来源提供线索。研究还指出，沉积物的有机物含量和碳氮比在不同距离处存在显著差异，这些变化可能与养殖废物的沉积速率和环境条件有关。

沉积模型的使用为预测有机废物的沉积范围提供了重要工具。模型结果显示，有机物的沉积主要集中在养殖点附近，其沉积范围与水动力条件密切相关。此外，模型预测的沉积速率与实际测量值之间存在一定的相关性，表明模型在评估有机废物沉积方面的有效性。然而，研究也指出，模型预测可能存在一定的误差，这可能与未考虑的沉积物再悬浮、有机物降解以及野生鱼类对饲料残留的摄食等因素有关。

研究团队还对底栖生物群落的结构进行了详细分析，发现养殖点附近的生物群落结构显著不同于更远的地点。养殖点附近的生物群落表现出低多样性、低个体数量和对有机物富集高度敏感的物种，而距离养殖点25至150米的区域则呈现出更高的生物多样性。这些结果表明，有机物沉积的强度和范围是影响底栖生物群落结构的关键因素。同时，研究团队还探讨了使用不同的参考条件对M-AMBI指数的影响，强调了选择合适参考条件的重要性。

通过建立有机废物沉积与生物指标之间的关系，研究团队提出了初步的剂量-反应关系，并确定了与养殖设施相关的底栖生态阈值。这些阈值的确定为未来在热带地区进行水产养殖的环境评估提供了科学依据。此外，研究还指出，随着水产养殖业的进一步发展，有必要扩大样本范围，涵盖不同规模和特征的养殖设施，以进一步优化这些阈值。

研究的成果不仅有助于理解热带地区水产养殖对底栖生态系统的具体影响，还为制定更加科学的监管政策提供了重要支持。通过将生态阈值与沉积模型结合，可以更有效地预测养殖活动对环境的潜在影响，从而促进水产养殖业的可持续发展。此外，研究还建议未来可以结合分子方法，如环境DNA（eDNA）测序，以更全面地评估底栖生物群落的变化，为水产养殖监测提供新的工具和技术。