人工魚巢應用效果提升探究

藍于倩，張家俊，何景亮，吳慧英，馬海濤，萬正平

(廣州珠江水資源保護科技發展有限公司，廣東 廣州 510611)

伴隨著河流梯級開發、大型水利工程的建設與調控，河流水系的水文情勢發生了水流變緩、水深增加、水域面積增大、水位波動大等變化，致使流水生境和可供魚類附著產卵的水生植物基質銳減，從而影響了產草黏性卵魚類的生存。為降低流水生境損失和魚卵黏附基質銳減對產草黏性卵魚類的影響，開展類型多樣的魚類生境恢復措施是十分必要的[1-2]。人工魚巢作為恢復措施之一，通過在流水河段人為設置可供魚類繁殖、仔魚棲息生長的設施，可彌補工程建設導致的流水生境損失，為受影響魚類提供適宜的攝食、繁殖、生長和庇護的空間。人工魚巢現已被廣泛應用于淡水流域及河口漁業資源及其生境的修復和管理，是保護淡水流域生物多樣性和制定漁業管理措施等方面的有效途徑[3-4]。

人工魚巢技術的應用歷史悠久[5]。自20世紀70年代起人工魚巢在人工養殖領域發展成為一種漁業產業，從最早應用于鯉魚、鯽魚養殖，逐漸推廣到更多魚類品種，發揮了改善和修復漁業環境、提高漁業資源的作用。隨著全國各地漁業產業轉型，越來越注重生態養殖、綠色發展，2013年起人工魚巢技術在修復生態環境領域中開始發揮重要作用[7]。然而人工魚巢的研究仍不成熟，存在基礎理論研究落后于產業發展[5]、漁業增殖效果缺乏系統性論述[1]、相關技術規范少[6]、在材料選擇與實施和管理維護辦法方面沒有明確規定[1-2]等情況。

目前，人工魚巢在流水環境的應用較少，效果不明確?，F有研究多注重基質材料和本身的結構形態變化，很少關注到其抗水流沖刷能力、使用耐用性和后期維護便捷性。因此，人工魚巢在流水環境應用過程中普遍存在難以適用于流速和水位變化大的江河環境等適用環境局限、工藝實用性與持久性不高等問題。為增強實用性和操作便捷性、提升流水環境中的應用效果，本研究探討不同類型人工魚巢的適用性特點，總結人工魚巢效果提升的改進對策，進而從結構形式、固定方式、材料選擇和操作方法4個方面創新設計適用于流水環境的貼岸式人工魚巢。

1 研究對象

為探究不同類型人工魚巢在流水環境的適用性及其提升辦法，本研究以結構形式差異較大的護岸式人工魚巢、漂浮式人工魚巢、網片式人工魚巢為研究對象進行對比分析(圖1)。

a)護岸式人工魚巢是一種布設于河湖水陸交接區域的魚巢形式，可分為魚巢砌塊和植物拋石護岸2種。其中：魚巢砌塊是一種新型生態護岸構件，根據魚類等水生生物的生活習性定制成尺寸適宜和結構鏤空的單體，分層布置于河岸帶，利用孔隙大、透氣性強的特點種植水生植物，在保留傳統硬質化護岸水土保持、抵抗沖刷等功能的同時，營造具有良好景觀效果的魚類自然棲息環境[8-9]。植物拋石護岸是一種水生植物種植與拋石護岸施工相結合的技術工藝，在拋石護岸中預留種植孔，既保持水土，又營造自然的魚類棲息環境。

b)漂浮式人工魚巢是一種布設于河湖表面的魚巢形式。通常以竹竿、PVC管或浮島材料為漂浮載體，以水生植物、棕櫚片等為魚卵黏附基質，懸掛于水下，搭配鋼絲繩、預制水泥墩、固定樁等作為連接和位置固定[10]。

c)網片式人工魚巢是一種布設于水體內部的魚巢形式。通常利用沉子或簡單漂浮框架結構將聚乙烯材質網片懸掛于特定水層，網片呈片狀分布，也可立體式重疊，魚卵黏附基質量最高[11]，多應用于靜水或養殖池。

a)護岸式人工魚巢

b)漂浮式人工魚巢

c)網片式人工魚巢

2 研究方法

通過護岸式、漂浮式和網片式人工魚巢的適用性評價研究，在總結不同類型人工魚巢優勢性能的基礎上，探究人工魚巢工藝的改進對策，創新設計適用于流水環境的人工魚巢。適用性評價研究選取了結構穩固性、操作便捷性、魚類偏好性3個維度，共設置9項評價指標，采用排序賦分法進行評價。具體的評價賦分細則見表1。

表1 適應性研究評分方式匯總

根據適用性評價研究的3個維度評分結果，分析不同類型人工魚巢的性能優劣，篩選其中適用于流水環境的性能特點，用于人工魚巢的應用效果提升和工藝創新設計。

3 研究結果

3.1 人工魚巢適用性評價

3.1.1人工魚巢結構穩固性評價

人工魚巢結構穩固性評價由結構性能、固定性能、過水性能3個指標組成，具體的賦分結果見表2。

表2 結構穩固性評分結果

在結構性能上，護岸式人工魚巢多為混凝土、礫石、砂子澆筑而成，結構牢固耐用，性能最強；漂浮式人工魚巢多采用PVC管、PVC浮塊為載體，形成整體漂浮塊，結構相對牢固；網片式人工魚巢主體結構為尼龍繩串聯聚乙烯網片，結構相對松散。賦分排序為：護岸式>漂浮式>網片式。

在固定性能上，護岸式人工魚巢固定于河岸，受水流沖擊影響小，固定性能強；漂浮式人工魚巢和網片式人魚巢相對遠離河岸，易受水位上漲、水流沖刷影響，其中漂浮式人工魚巢常采用鋼絲繩、錨、樁作為連接固定，固定性能更好些。賦分排序為：護岸式>漂浮式>網片式。

在過水性能上，網片式人工魚巢為線條型結構，水下阻力低，過水性能最強；護岸式人工魚巢緊貼河岸，避免與水流的直接沖擊；漂浮式人工魚巢主體框架粗大，水下阻力高。賦分排序為：網片式>護岸式>漂浮式。

3.1.2人工魚巢操作便捷性評價

人工魚巢操作便捷性評價由安裝靈活性、安裝耗費、維護耗費3個指標組成，具體的賦分結果見表3。

表3 操作便捷性評分結果

在安裝靈活性和安裝耗費上，網片式人工魚巢以聚乙烯材質網片為主體結構，材料價格低且簡單輕便，可提前預制好，現場用船運輸到指定位置進行投放即可，安裝耗費的人力、物力少，操作更為靈活；護岸式人工魚巢以魚巢砌塊或者拋石護岸為主體結構，材料價格高且厚重，安裝涉及大型施工機械，耗費人力、物力多，操作最為復雜；漂浮式人工魚巢介于兩者之間。賦分排序為：網片式>漂浮式>護岸式。

在維護耗費上，護岸式人工魚巢固定于堤岸，維護工作相對簡單，大部分工作可在陸地上完成，僅需定期開展垃圾清潔即可；漂浮式和網片式人工魚巢漂浮于水上，維護工作必須借助船只水上操作，難度較高，維護內容包括了位置調整、垃圾清理和受損修補；尤其漂浮式人工魚巢因其漂浮載體較大、水下阻力大，出現垃圾攔截、魚巢受損的情況會更多。賦分排序為：護岸式>網片式>漂浮式。

3.1.3人工魚巢魚類偏好性評價

人工魚巢魚類偏好性評價由與周邊環境相容性、魚卵黏附效果2個指標組成，具體的賦分結果見表4。

表4 魚類偏好性評分結果

在與周邊環境相容性上，護岸式人工魚巢與河岸形成一體，相容性最高；其次是缺少漂浮載體的網片式人工魚巢，組成部件少；具有明顯漂浮框架的漂浮式人工魚巢與周邊水域環境的差異最高，相容性最低。賦分排序為：護岸式>網片式>漂浮式。

在魚卵黏附效果上，護岸式人工魚巢、漂浮式人工魚巢和網片式人工魚巢對應的魚卵黏附基質分別為水生植物枝葉、天然植物葉片(或植物根系)和人工網片。根據工程實施經驗和文獻資料查閱的情況，天然植物葉片基質的誘魚效果最佳[1,12-13]，材料天然、無環境污染；其次為人工材料，成本低且可重復利用；水生植物枝葉雖為天然植物，但位置固定，淹沒時間短。賦分排序為：漂浮式>網片式>護岸式。

3.2 人工魚巢優勢性能分析

綜合結構穩固性、操作便捷性、魚類偏好性3個維度的賦分，3種人工魚巢類型的總得分見表5。

表5 適用性評分匯總

從表格數據可看出：相比漂浮式人工魚巢，護岸式和網片式人工魚巢的適用性優勢更為明顯。護岸式人工魚巢的結構穩固性更具優勢，主要體現于：①安裝位置貼近岸邊，既避免水流直接沖擊，又方便岸上開展施工和維護；②魚巢材質堅硬牢固，被破壞的可能性低。網片式人工魚巢的運維便攜性更具優勢，主要體現于：①材料簡單輕便，可提前預制，現場快速投放；②線條型結構，過水性能最強，可適應流水環境。

3.3 人工魚巢應用效果提升

3.3.1人工魚巢效果提升對策

借鑒人工魚巢適用性評價研究和適用性優勢分析的結果，從結構形式、固定方式、材料選擇和操作方法4個方面進行創新，設計出更適用于流水環境的貼岸式人工魚巢，具體的設計思路如下。

a)借鑒護岸式人工魚巢的布置方式。魚巢固定架貼合河堤地形進行固定，每間隔5～10 m設置1處，使魚巢整體結構靠近河岸，避免流速加快、水位上升造成的直接沖擊。

b)借鑒網片式人工魚巢的載體設計。固定架之間選用超高分子量聚乙烯纖維作為載體，結構輕薄、鏤空，過水性能強，具有減少水流沖擊的優勢。

c)創新固定架設計。固定架結構設計借鑒船錨結構，通過精準的長度、角度設計，實現魚巢的穩固平衡。

d)便捷維護設計。連接繩兩端巧用PVC管卡，實現魚卵黏附基質與支撐結構的便捷裝卸，方便貼岸式人工魚巢的清潔整理，降低維護工作的人員投入。

3.3.2貼岸式人工魚巢設計與實施方法

貼岸式人工魚巢由固定架、連接繩、圍欄網、浮球和魚卵黏附基質5個部分組成(圖2—4)。其中：固定架是魚巢整體的支撐結構，借鑒船錨結構設計，選用直徑16 mm的螺紋鋼筋焊接出主體支架、平衡支撐和固岸錨3個部件(圖5)，材料堅固、結構鏤空，既提升穩固性能，又減少水流沖擊影響。連接繩是魚卵黏附基質和浮球的捆綁載體，選用超高分子量聚乙烯纖維材質，纖維強韌，具有耐磨、耐水解、抗紫外、抗撕咬等特點，兩端巧妙設置PVC管卡，方便拆裝、固定精準。圍欄網是阻擋漂浮垃圾堆積魚巢的構件，設置于魚巢上游側，選用超高分子量聚乙烯纖維網具，填補魚巢上游端固定架和上游3 m處地表間的縫隙。浮球是魚巢的漂浮載體，串聯于連接繩上，確保魚卵黏附基質懸浮水層中。魚卵黏附基質選用自然晾曬干的植物葉片，葉片舒展、接觸表面積大為宜，材料天然無污染。

貼岸式人工魚巢布設于河湖沿岸帶。首先，根據地形特點確定固定架的尺寸、角度，主體支架、平衡支撐和固岸錨等特定結構需提前預制，制作完成后每隔5～10 m設置于沿岸帶，確保固定架平穩固著于底質。接著，串聯相鄰固定架之間的連接繩，連接繩上捆綁魚卵黏附基質和浮球，連接繩兩端設有PVC管卡方便精準固定和及時拆卸。最后，圍欄網設置于魚巢最上游端的固定架上，用于阻隔上游來水攜帶的垃圾和漂浮物，保持魚巢潔凈。

圖2 人工魚巢正面結構示意

圖3 人工魚巢側面結構示意

圖4 人工魚巢平面結構示意

圖5 固定架結構示意

4 討論與展望

4.1 創新人工魚巢設計，打破應用環境局限

結合人工魚巢適用性評價研究和適用性優勢分析的結果，貼岸式人工魚巢設計從結構形式、固定方式、材料選擇和操作方法4方面推陳出新。①結構形式，貼岸式人工魚巢參考網片式人工魚巢的線條型設計，以鏤空的鋼筋固定架為支撐結構，材料盡可能精簡輕便，以提高魚巢的過水性能和操作便捷性。②固定方式，貼岸式人工魚巢參考護岸式人工魚巢貼合河岸固定的方式，且創新船錨結構的鋼筋固定架，增強魚巢穩固性。③材料選擇，貼岸式人工魚巢選用螺紋鋼筋作為支撐結構，與護岸式人工魚巢同樣采用牢固耐用的建筑材料進行施工，有效提高結構穩固性。④操作辦法，貼岸式人工魚巢與護岸式人工魚巢同樣固定于堤岸，大部分維護工作可在陸地上完成，工作相對簡單、方便。相比傳統的人工魚巢，貼岸式人工魚巢具有結構簡單實用、過水性強、適用邊界廣、管理維護便捷等優勢特征，在解決人工魚巢難以適用于流水環境、工藝耐用性低等難題上提供了新的思路與方法，是拓寬魚巢應用邊界、增強魚巢使用效果的重要研究之一。

目前，貼岸式人工魚巢仍缺少詳細的性能測試研究與充足的應用效果驗證，有待進一步研究完善。此外，量化設計參數、明確應用邊界和優化施工方式，也是貼岸式人工魚巢后續研究的重要內容。

4.2 明確魚巢應用邊界，因地制宜落實施工

人工魚巢技術作為漁業資源及其生境的重要保護措施，在緩解開發活動造成的水生態環境影響和修復受損河流生態系統中發揮了越來越多的作用。然而現階段人工魚巢的基礎理論研究較為薄弱，在一定程度上限制了人工魚巢技術的推廣應用[5]，主要體現于現有人工魚巢研究無法滿足其產業發展的需要。例如：人工魚巢技術缺乏相關研究成果與技術規范的指導，致使設計過程缺乏針對性、施工過程常出現效果達不到預期、資源浪費等問題；人工魚巢缺少后期管理相關操作方法與維護工具的研究，致使后期管理人力、物力耗費大，設施難以長期、穩定、高效的運行，影響功能發揮；人工魚巢未能做好環境效益與經濟效益的綜合考量，致使應用過程易出現障礙等。

未來人工魚巢技術的發展與推廣，將以更加系統嚴謹的研究與論證為基礎，以綠色低碳、環境友好、快速高效、可持續發展為導向，不斷提升應用方式和拓寬應用邊界，為人工魚巢的設計、施工和管理維護提供全方位的技術支撐，確保人工魚巢的功能發揮，從而在漁業資源增殖和修復生態環境領域挖掘到更多的發展空間。