推荐| 人工鱼礁的各类建礁材料优缺点分析

人工鱼礁是用于修复和优化海域生态环境、建设海洋水生生物生息场的人工设施，也是海洋牧场建设中的基础生态工程。在人工鱼礁建设过程中，建礁材料的选择及使用直接关系到人工鱼礁的建设效果。本文从建礁材料的6个主要类别及材料使用所考虑的耐久性、环境适应性、生物亲和性和经济性等方面，综述了国内外人工鱼礁建礁材料的发展现状，整理分析了各种建礁材料的特性及应用效果，并结合目前材料发展方向，在生态环保型材料、资源循环利用型新材料、双碳目标下的碳封存功能材料及基于智能材料的新型人工鱼礁材料等的研发与应用等方面提出未来发展建议，以期为人工鱼礁建礁材料的选择及新型材料的研发提供科学参考。

' c! N; q7 k; P
! [, i( Z) P0 n1 l  O3 I) ?
KEYWORDS
5 |8 R% }2 G: f! J% P+ E6 @$ u关键词
1 B+ c) |3 `+ u, _' C

人工鱼礁材料;  耐久性; 环境适应性; 生物亲和性

. x$ V9 v9 H2 X+ E" y" {
  p9 g4 ^6 Z3 N8 e

近年来，由于沿海工业的发展和过度捕捞，导致海洋生态环境遭受破坏和渔业资源持续恶化，通过投放人工鱼礁、增殖放流等方式建设海洋牧场，促进资源恢复和海洋生态环境的改善，已成为沿海国家促进近海渔业可持续发展的重要共识，并通过多年实践取得了较好的效果。人工鱼礁是海洋牧场建设中重要的基础生态工程，20世纪80年代，日本人工鱼礁专家中村充博士认为，人工鱼礁是利用鱼类等水产动物喜欢聚集于礁石和沉船等物体的习性以增加渔获量的一种渔业设施［1］。随着社会的发展，人工鱼礁的用途也在发生着变化。21世纪以来，一小部分人工鱼礁依然作为渔获型鱼礁以达到增加捕捞量的目的，但大部分人工鱼礁作为增殖型鱼礁和幼鱼保护礁以改善海洋的生态环境、养护增殖渔业资源，还有一部分人工鱼礁作为游钓型鱼礁为旅游者提供垂钓等休闲娱乐服务［2］。一些海上工程(如海上石油钻井平台、海上风电桩等)，其首要目的虽然不是作为人工鱼礁养护增殖渔业资源，但这些工程设施海面下的部分产生了“人工鱼礁效应”，这也为人工鱼礁的多元化发展提供了新的思路。

人工鱼礁生态养护和增殖效果较大程度上取决于其所使用的材料性质。许多国家都曾使用不同材料来建造人工鱼礁，据不完全统计，至今已使用的人工鱼礁材料超过249种，国内外学者对此也予以了重点关注［3］。随着科技的不断进步，更多的新型材料、环保材料开始应用于人工鱼礁，为鱼礁建礁材料提供了多元化选择。本文从材料类别和材料选择的因素对建造人工鱼礁所使用的材料进行了总结，并结合目前材料发展方向提出展望，以期为未来人工鱼礁材料选择及新材料研发提供科学参考。

& L) T: f, [+ @, J* V# N! l
1 人工鱼礁的主要建礁材料

1.1 天然材料(木材、岩石)

$ F: G8 \/ m- U- O6 ^  P# r

在中国，人工鱼礁的历史可追溯至古代，古人在一些杂草丛中或被草木包围的小潭中撒网，以获得较丰的渔获，随后逐渐演变成在河道旁投木、垒石来引诱鱼类［1］。在波斯湾，人工鱼礁的历史可以追溯至一个多世纪以前，人们在沿海地区埋入棕榈树干、石头等来提高捕鱼量［4］。现在由于天然材料成本低且对环境影响较小，故木材和岩石仍被广泛用于人工鱼礁建设(图1)。

6 u1 F3 u8 v) b# g' E" t& R                               
登录/注册后可看大图

$ M# o) c: B) N, N! r7 f+ V

木制鱼礁主要用于淡水环境，因其价格低廉，与环境相适应且不会释放有毒物质。“Acadja”(人工栖息地)是由生长在浅水区底部的一些茂密树枝组成的一种淡水人工鱼礁，被贝宁、喀麦隆、科特迪瓦、加纳、尼日利亚、塞拉利昂、多哥、孟加拉国、柬埔寨、中国、厄瓜多尔、马达加斯加、墨西哥和斯里兰卡等国用来进行捕鱼;竹子也可作为建造人工鱼礁的材料，其上附着的藻类可作为食物的来源吸引鱼类［5］。Yamamoto等［6］研究发现，亚马孙河小型木质鱼礁有利于保护水生生物多样性;Yu等［7］研究发现，大亚湾木质人工鱼礁增加了区域浮游动物数量，从而吸引到更多的鱼类。通过对比木材、砂岩、钢铁和有机玻璃人工鱼礁材料对底栖生物量的影响，发现木材鱼礁在提高底栖生物量方面要优于钢铁［8］。在墨西哥湾、加勒比海和东南亚一些国家投放的天然石料鱼礁、木制鱼礁均提高了鱼类丰度和生物多样性［9-11］。

$ |5 g: ^! F' C/ S

天然材料虽然取材方便，对环境影响较小，但其作为鱼礁稳定性较差，耐久性较低。现阶段多将天然材料与其他材料混合使用，以提高鱼礁的稳定性和耐久性，降低建造成本。如张希海等［12］将木桩与混凝土相结合研发出一种木桩混凝土人工鱼礁，可改善水域环境和搭建生物栖息地。

2 U% Q7 t7 H) ]3 y, J1 ]

3 Q- g+ D$ n  l% W3 c                               
登录/注册后可看大图

1.2 建筑材料

1.2.1 混凝土

+ q) l8 @& w- Z

混凝土因其可塑性、耐久性和密度大等特性，已成为使用最为广泛的人工鱼礁材料(图2)。

) [; i6 T4 \% O$ W* P% o) ^

* ~, _; q% c. h, M8 d$ T                               
登录/注册后可看大图

* X3 c' s0 E1 G* o" W9 H

与不稳定的金属、塑料和橡胶结构不同，混凝土类似天然岩石，可模制而成且化学性质较稳定，与岩石类似［13］。早期研究者将轮胎鱼礁与混凝土鱼礁相比较发现，混凝土鱼礁在单位体积鱼类丰度方面比轮胎礁更有效［14］。研究发现，混凝土鱼礁在集鱼方面优于岩石礁、船礁［15］;水泥材质鱼礁上的微生物对油污的敏感性较金属鱼礁更为敏感［16］;采用硫铝酸盐水泥、海沙和海水制备的人工鱼礁混凝土，其物理性能要优于传统硅酸盐、河沙和自来水等材料，并且成本较低［17］;不同物种在人工鱼礁区域的丰度不同，且随着混凝土鱼礁的退化，物种的丰度也在相应的改变［18］。这些研究均表明，混凝土鱼礁的性能及集鱼效果较好。

& O1 i% H$ V  r! S6 `7 f

随着环保理念的不断深入，人工鱼礁混凝土的使用也从传统混凝土转到生态型混凝土，制作方法上也从传统的模板浇筑变为3D打印智能建造。姜传胜等［19］提出了以透水混凝土和植生混凝土为基础的新型生态人工鱼礁材料，其具有较高的孔隙率和渗透性，有利于植物的定植生长，具有良好的生物相容性。传统人工鱼礁混凝土虽然在性能上有着无可比拟的优势，但其制作工艺相对复杂，制作大型人工鱼礁需要大量模板，人力成本偏高。相较于传统混凝土施工技术，3D打印混凝土具有低成本、高效率、高灵活性和建造绿色化等优点［20］。目前，随着科技的进步，3D打印技术已开始应用于海洋生态中，不仅将3D打印珊瑚礁用于受损珊瑚的修复，还将建筑3D打印混凝土技术用于红海人工鱼礁的设计等方面［21］，这为未来的人工鱼礁制作方式提供了新的思路。

1.2.2 钢材

. y3 h) s  ?4 J/ c8 p

混凝土结构稳定，但由于其自身质量的限制，建造多层、高层人工鱼礁相对困难。日本曾在20世纪80年代大力发展钢制鱼礁，钢制鱼礁较为经济，加工相对容易，且可以组合拼接成大型、结构复杂的鱼礁［22］，如利用钢制鱼礁作为悬浮系统繁育牡蛎［23］。通过对比钢制鱼礁和混凝土鱼礁发现，在制造阴影面积方面，混凝土鱼礁要优于钢制鱼礁，但在影响鱼礁下沉程度方面，钢制鱼礁要优于混凝土鱼礁，长时间放置的混凝土鱼礁会浸没在海底泥沙中［24］。此外，钢铁材料长时间在海水中浸泡还可以释放适宜藻类生长的铁离子，有利于藻类附着［25］。

# `( p+ |7 ^, l3 t9 {/ u

值得注意的是，使用钢制鱼礁时要在鱼礁易腐蚀部位做加厚处理或涂漆，在拼接组合时还要注意节点位置的焊接，做到连接可靠，在运输投放过程中不得损坏鱼礁，以防止结构变形。

- X8 @2 x7 x2 U. _" e7 L

1.3废弃物材料

0 }8 @/ J1 V/ m

1.3.1废弃汽车、船只、沉船等

废弃汽车是较好的人工鱼礁材料，但其处理成本较普通材料要高，需对其进行无害化处理后才可以投入海中作为鱼礁使用［26］。在一些国家，沉船也被用作人工鱼礁(图3)。

                               
登录/注册后可看大图

+ s- U7 A* G% Y

旧船和驳船沉船可以被用来建造人工鱼礁，或对现有的鱼礁进行有效补充。意外的沉船残骸会造成航行风险，而有计划的沉船被用作人工鱼礁，为一些物种提供了栖息地，同时还可发展当地的潜水旅游事业［27］。Oh等［28］对在美国海洋保护区周围投放船只鱼礁区域的潜水活动与在自然珊瑚礁区域的潜水活动进行了经济性对比分析，结果表明，在休闲潜水活动中，使用人工鱼礁可以减轻对自然珊瑚礁地区的压力。在巴巴多斯沉船鱼礁区，潜水者对大型的沉船表达了明确的偏好，这些沉船能够提供主题潜水体验［29］。目前，世界上最大的单体沉船鱼礁是美国的奥里斯卡尼号退役航空母舰，2006年5月17日，奥里斯卡尼号由拖船拖到佛罗里达州的彭萨科拉附近39km外海沉入海底，这是世界上第一艘有意沉入海底、形成“人工暗礁”的航空母舰，也是目前世界上最大的“人工鱼礁”，随后奥里斯卡尼号对外开放，成为热门潜水地点，吸引着潜水爱好者的光临。此外，2001年8月-2010年4月，美国纽约市运输局从全国各州收集了2500多节的地铁车厢，将其投放到近海海底造礁；近年来，为推动潜水旅游业的发展，土耳其已将3架小型飞机沉入海底，2019年6月14日，土耳其埃迪尔内海域，一架空客A330飞机被沉入海底作为人工鱼礁，以期吸引更多游客来到海滨度假城市潜水。

使用废弃汽车、船只作为鱼礁可大幅降低建造成本，但要对其进行二次无害化处理且选址运输投放要求较高。合理使用沉船可营造海中复古潜水场景，增加当地滨海旅游收入。

1.3.2废轮胎

2 o; s  g/ q- o* f& c

废轮胎因其成本低、较高的附着性，曾被认为是较好的人工鱼礁材料。轮胎橡胶是附着生物的良好基质，在盐水中可以使用20年以上。但关于其对环境的影响，仍有许多争议［30］。轮胎橡胶不稳定，且较难改变形状，还可能将化学物质(油、锌、铜、甲醛和丙酮衍生物)释放到海中，对海洋生物造成危害［31］。20世纪70年代，美国曾在佛罗里达州周边海域投放超200万个轮胎，其目的是想让这些轮胎成为珊瑚的附着基质，以达到人工珊瑚礁效果，但由于轮胎橡胶降解时间长，且在降解过程中会释放有毒物质，严重破坏了周围的珊瑚礁生境，导致大面积珊瑚死亡。Sher-man等［32］跟踪研究了美国佛罗里达州布劳沃德县周边海域投放的轮胎鱼礁，估计投放轮胎的数量在100～200万个，自投放以来，暴风雨和洋流导致了轮胎鱼礁区结构和珊瑚礁的破坏，许多轮胎被冲到休闲海滩上，留在水中的轮胎继续随着波浪和水流运动。

+ Y3 W1 P! W: c7 o( |

投放轮胎鱼礁所引起的生态问题是显而易见的，近年来，人们开始想办法从海中清理这些轮胎。布劳沃德县和佛罗里达州政府鼓励对整个轮胎鱼礁区进行大规模清理，但这并不是一项简单的任务，清理成本较大。美国军方也曾采取行动重新打捞轮胎，但由于成本过高，只有一小部分被清理，依然有大量的轮胎继续破坏生态环境。如今轮胎鱼礁已被禁止使用。

1.3.3工业废物

% d: S$ _5 C/ S( H0 M9 L! Z

目前，工业废渣废料的资源化利用已成为包括中国在内的世界上许多国家控制废弃物污染、缓解自然资源紧张的重要途径。随着人工鱼礁材料的多元化发展，使用废弃物材料建造或替代原有人工鱼礁中材料，已成为海洋牧场工程中的热点问题。如今采用废弃高炉矿渣、钢渣等部分替代人工鱼礁混凝土中的粗骨料，新制备的人工鱼礁混凝土性能优于传统人工鱼礁混凝土，且更为环保［33－36］。陆磊等［37］利用矿渣－碱渣－钢渣－粉煤灰体系为胶凝材料，利用废陶瓷为骨料，制备出了具有高强度的生态型混凝土。陈勇等［38－39］利用高炉矿渣、建筑石膏、水泥熟料和一些化学激发剂制备的凝石胶凝材料制备人工鱼礁，经过抗压强度、浸泡海水pH及生物附着等试验，表明其效果要优于传统混凝土人工鱼礁，且有效提高了固废利用率。邓双等［40］研发了一种氧化镁激发矿渣地聚物混凝土人工鱼礁，其不仅有效地利用了固废资源，还有较好的强度、耐久性，具备较好的海洋生态性能。

1.4 生物材料

生物材料作为一种具有较好环境相容性的材料，在人工鱼礁建造方面也被广泛应用。如能够自我维持生长的牡蛎礁是海岸生态保护和海岸防护的理想构筑物［41］。Mercader等［42］采用不锈钢做框架，里面填充牡蛎壳作为小型人工鱼礁，具有为幼鱼提供保育的功能。Xu等［43］研究发现，牡蛎礁作为中国北方海参增殖礁具有多种功能特点。唐衍力等［44］将牡蛎壳磨成粉，按不同比例代替人工鱼礁混凝土中的细骨料，取得了较好效果。除牡蛎壳外，还有一些研究以扇贝壳、海螺壳作为人工鱼礁混凝土的骨料，其效果和牡蛎壳一样，按适当比例添加可增加其强度［45－47］。

1.5 其他材料

一些生活废弃物也可作为鱼礁制作的添加物来提高人工鱼礁的性能。胡智伟等［48］将污泥按比例掺入人工鱼礁混凝土中，提高了鱼礁性能，并为污泥资源化利用提供了新的思路。涂海滨［49］在传统人工鱼礁混凝土中添加秸秆生物碳，可制备具有较大比表面积、较高吸附能力和微生物附着能力的秸秆生物碳基人工鱼礁，该新型人工鱼礁对水产养殖中的水污染物还有良好的去除效果。李娇等［50］将花生秸秆和海湾扇贝壳作为鱼礁添加材料，能使礁体实现更高的碳封存量，有利于国家实现“碳达峰”“碳中和”的目标。詹启鹏等［51］将玄武岩纤维制作成挂板以探究其生物附着性，发现单一玄武岩纤维挂板试验效果一般，但玄武岩纤维作为人工鱼礁混凝土的掺合料，能提高人工鱼礁混凝土的强度，并可减少钢筋使用量。有研究发现，采用PVC板可作为基底移植珊瑚礁［52］，采用尼龙网可制造人工生境来供藻类培养附着［53］，利用帆布制作的人工鱼礁整体不易开裂且韧性较强［54］。另外，韩国研发了一种生物陶瓷鱼礁，以角钢为框架，内部填充物由牡蛎壳、炉渣和赭土共同烧制而成，鱼礁投置3个月后，其诱鱼和附着效果均较好［55］。在2008年，中国完成了第一座玻璃钢人工鱼礁的设计和制作，并在北戴河投入使用［56］。工程塑料因其具有较小的密度，大多与其他材料结合作为浮鱼礁来使用［57］。

) ^, l9 c' X7 W4 ]0 Q1 s2 H- u% J

1.6 具有鱼礁资源养护功能的海上设施

0 S1 n4 b: H: W: R% g- y# e/ O

1.6.1 港口防波堤等护岸设施

人工鱼礁不仅具有集鱼的功能，一些多功能人工鱼礁也是海岸防护的重要组成部分。港口周边防波堤等护岸设施作为一种多功能的人工鱼礁，不仅可以为水生生物提供栖息地，还可以消减海浪对海岸的影响，一些离港口较近的人工鱼礁还可作为冲浪礁供人们休闲娱乐［58］。Covazzi等［59］研究发现，位于海岸附近的人工鱼礁对沙滩有保护作用，还可减少人类活动对生物群落的负面影响。Oricchio等［60］对港口内两个鱼礁区水域的生物群落结构研究发现，港口内处于相对平静水域的礁区和受水动力影响的防波堤礁区水域具有相似的生物群落结构。

1.6.2 海上平台

" H3 o7 r3 y. K- |+ N7 f8 ?5 _. B

海上平台是海上钻井、采油等进行生产生活活动的海上构筑物，其主要靠沉入水面下的桩体来承受荷载，长时间沉没在水下的桩体会附着藻类等生物，起到了人工鱼礁的作用。加利福尼亚近海的石油平台是全美最大的海洋鱼类栖息地之一，比其他海洋生态系统的鱼类数量要高很多［61］。有试验表明，在浅海区退役的石油钻井平台可以帮助恢复渔业资源［62］。Gallaway等［63］研究表明，西大西洋笛鲷Lutjanuscampechanus产量的增加与海上石油平台的建立有较大关系。

1.6.3 鱼类聚集装置(FADs)

( T  K+ _  Q$ y# G0 P  @. o* @3 _1 @

FADs是热带地区渔民用来诱集中上层鱼类(如金枪鱼)并增强其捕捞能力的漂浮物。Cillari等［64］采用回声探测仪浮标，将回声探测仪与FADs设备固定，来预估生物的种类和数量。FADs设施还可以吸引头足类，并为头足类提供产卵场，提高其产卵量［65］。近年来，随着FADs投放数量的增加，其对金枪鱼种群也造成了潜在的生态影响，并严重危及中西太平洋的金枪鱼幼鱼资源，为此，中西太平洋渔业委员会(WCPFC)针对金枪鱼围网渔业采取了FADs禁渔期的管理措施，以增强对金枪鱼幼鱼资源的保护。

# w, C. b$ b0 t

1.6.4 新能源设施结构

. N; D# Z) R; G+ _/ T

海上风电作为一种新型清洁能源正在被世界各国应用。与陆上风电场相比，海上风电场的优点主要是不占用土地资源，基本不受地形地貌影响，离海岸较远的大型风力发电场因为平均风速更高，产生的电能也更高。Ｒckmann等［66］研究指出，离岸大型海上风电场运营和维护费用占总成本很大一部分，如将海上风电与水产养殖相结合，可大大降低其运维成本。苏文等［67］分析了海上风电工程对海洋生物的影响，认为风电机的水下基础部分可以产生人工鱼礁效应，吸引鱼类，并为鱼类提供饵料。但海上风电工程整体系统运行后是否会对水生生物产生较大影响，是否会与水产养殖产生协同效应，还有待深入研究[68]。

2 鱼礁选择需要考虑的因素

海中的情况相较于陆地更为复杂多变，故人工鱼礁从选材设计到投放，再到后期的监测维护都要经过科学的研究与分析，以及多学科相互配合，才能达到预期的建设效果。材料的选择是人工鱼礁建设的基础部分，合适的材料不仅能起到较好的集鱼效果和生物附着效果，还可以决定鱼礁的使用周期，降低建造成本。

0 U, P- c3 z- H# t' c: a0 k6 U

2.1 耐久性

& U! U- L7 ]5 y/ V

因人工鱼礁需要长时间置于海面以下，其作业难度又相对较高，且在使用过程中维护成本也较高，故其耐久性是首要的考虑因素。如果因其使用耐久性较低，使用年限较短，会导致建造成本升高，且不能较好地发挥其应有的功能，人工鱼礁的解体还可能会在一定程度上影响海洋生态环境。混凝土因具有良好的耐久性，现如今已成为使用最为广泛的造礁材料，不同掺料的加入也会在一定程度上提高混凝土的性能。按一定比例掺入粉煤灰、牡蛎壳、冶金渣等固废料，这些固废料可填充混凝土内部微孔隙结构，故可有效提高人工鱼礁混凝土的密度和抗压强度，进而增强了其在水中的耐久性［69］。建筑钢材虽然具有良好的物理性能，但其造价相对较高，与海水的相互作用具有一定的腐蚀性，致使材料的耐久性降低，适合在小范围使用［70］。木材石块等天然材料虽然具有一定的经济性，但结构整体稳定性较差，海中长时间放置容易解体，不适于大范围人工鱼礁建设［71］。

2.2 环境相容性

! O* F+ i- g  ^& R$ h6 f

长时间浸没在海中的人工鱼礁会释放不同的物质影响礁体周围的水环境，所以评估鱼礁材料对环境是否有害是建造人工鱼礁的重要前提。对于掺入固废料的新型人工鱼礁混凝土，要进行浸出试验，并对浸出液进行测试以初步判断其对环境是否有害［37］。轮胎曾被认为是良好的造礁材料，但相关研究发现，浸泡在海水中的轮胎会随着盐度的变化释放有毒的化学物质，影响鱼礁周围的海洋生物［72］。投入海中的废汽车、废电器等都要进行无害化处理才可以使用，且在投放人工鱼礁前要对投放海域进行充分的环境评估，其内容包括pH、溶解氧、总氮、总磷、石油类和重金属等指标［73］。投放后也要定期对礁区海水取样，做到对礁区水域环境的有效监测［74］。人工鱼礁作为人为构筑物投入海中，势必会对原有海洋生态环境造成一定影响，所以在人工鱼礁建设时，也要尽量不破坏原有生态环境。

2.3 生物亲和性

2 [4 ^! j8 `! H

建礁所使用的材料需具备一定的生物亲和性。是否有利于生物的附着、底栖生物的栖息，以及是否会带来良好的鱼类诱集及养护效果等都是选择材料时要考虑的因素。人工鱼礁上的附着生物是人工鱼礁诱鱼机理之一，长时间放置在海中的鱼礁会附着藻类等生物，这些生物成为鱼类饵料，从而使鱼礁达到集鱼和鱼类养护效果［75-76］。大部分鱼礁投入海中一段时间后，鱼礁表面或多或少都会有附着生物，但不同材料的附着效果却不尽相同。生态混凝土人工鱼礁具有高孔隙率，可以为附着生物提供充足的附着空间［77］。钢材等金属材料浸泡在海水中可以释放有利于海洋生物附着生长的铁离子［25］。藤壶是一种耐碱的海洋生物，会优先附着于高pH值的传统水泥混凝土鱼礁的表面，并阻碍其他藻类的附着生长;通过加入高炉矿渣、钢渣等固废料制备的新型人工鱼礁混凝土，可降低pH值，使其更适宜藻类生长而不适合藤壶生长［33］。何晓宇等［78］研究表明，贝类聚集在人工鱼礁混凝土表面，在一定程度上会减少人工鱼礁表面氯离子的聚集，阻止氯离子入侵，对人工鱼礁起到物理保护作用，从而延长鱼礁的使用寿命。此外，海水的温度、盐度、营养盐等同样也是影响鱼礁附着生物的重要因素，投放鱼礁时都应加以考虑。

鱼礁投放后，会对底栖生物、浮游生物等产生一定影响。对海州湾海洋牧场区不同时期投放的混凝土鱼礁、旧船礁和石头礁等引起的海洋环境变化分析显示，随着鱼礁上藻类的附着生长，周围底栖生物量和种类均有增加，且水质逐年变好［79］。

2.4 经济性

( m: y7 T  r' E1 Z

不同鱼礁材料的经济性也各不相同。经济性需要考虑包括材料的获取、鱼礁的制作、运输和投放等各环节所需的成本。材料的价格由当地的市场价格决定，不同区域的材料价格不同。鱼礁的制作、运输、投放的成本主要取决于当地的人力成本和使用机械的成本。所以在选择鱼礁材料时要综合考虑经济因素，采用先进的制造方法，制定合适的运输、投放方案，才能在不降低鱼礁质量的前提下，有效地降低成本。刘金霞等［57］对辽宁省大连市地区拟建4000m3人工鱼礁的成本和收益进行了估算，结果表明，在平衡了建造成本和使用年限后，钢筋混凝土人工鱼礁性价比较高，其使用年限超过30年，成本总额为273.72～425.17万元，投礁项目收入总额为2400万元。

& ^, I5 U  v3 M3  建礁材料的使用分布情况
% W2 Y' c$ Y% e, z' f1 Q% x
目前，大部分世界沿海国家均根据各自的地理条件来使用不同的建礁材料。Lima等［26］对人工鱼礁建礁材料的全球分布情况分析显示(图4):
+ n6 h, w+ ?. v9 d) k) c, K

                               
登录/注册后可看大图

混凝土人工鱼礁是各大洲最为广泛使用的人工鱼礁材料，约占材料总数的48.7%，其次是金属材料(24.4%)，而一些新能源设施(如海上风电)由于对其基础部分作为人工鱼礁的研究较少，故用其作为人工鱼礁材料的占比最低，约占总数的2.5%;在各个大洲的使用方面，亚洲、欧洲为混凝土人工鱼礁使用较多的洲，美洲国家的人工鱼礁大多为海上油气井平台的基础部分，非洲等大部分处于赤道附近的国家使用FADs设施最多，大洋洲由于地理原因，其大部分港口都可以作为人工鱼礁使用。
/ H/ m! L1 T0 c& z! UVivier等［80］选取分布于世界各地的163处人工鱼礁进行了鱼礁材料统计，其中欧洲有69处，亚洲37处，北美地区26处，中美地区10处，南美地区5处，非洲3处，澳洲11处，太平洋2处，其中，占比排名前4位的人工鱼礁依次为混凝土鱼礁(60%)、塑料鱼礁(12%)、钢制鱼礁(9%)和石料鱼礁(7%)，贝壳鱼礁和木材鱼礁均占3%，轮胎鱼礁占比最少，仅为2%。
4 存在的问题及展望
  C1 |' Y; z+ C5 l5 m' A3 n
' q% o7 @: ]5 N' @  A4.1 建礁材料选择与应用中存在的问题
人工鱼礁建礁材料的选择是人工鱼礁建设过程中首先要考虑的因素之一，选择合适的材料可以在一定程度上节约建礁成本，同时又能发挥人工鱼礁环境修复和资源养护的作用，提高建设效益。目前，国内人工鱼礁建礁材料选择与应用中主要存在以下几方面的问题:
9 S' A3 G3 K  I# O* O/ F1) 建礁材料相对单一。虽然目前国际上人工鱼礁材料种类较多，但国内应用的材料主要是混凝土、天然料石和废旧改造船只等，造成了同质化严重的问题，也不符合因地制宜原则和材料发展的趋势。
( P5 _1 z4 |2 @* A! N2) 缺乏对不同建礁材料物理性状、生物附着及诱集机理等方面的长期监测和深入研究，无法支撑人工鱼礁适宜选材的要求。
$ s$ l  Z7 m3 Z  o  v) P8 |1 G: u3) 缺乏对不同材料鱼礁长期的环境监测、生物养护及增殖效果等方面的评估，尚不能支撑人工鱼礁综合效益的科学评价及对生态系统的长期影响评估。
4.2 未来重点研究方向
随着材料科学的不断发展，人工鱼礁材料也呈多元化发展的趋势，一些低耗能、高性能、经济性合理的材料都可以作为人工鱼礁潜在的建礁材料，其未来可以围绕以下几方面重点开展研究。
, e; ~# E  p; V: k4.2.1 生态环保型
* m  D$ q" e' B7 D- J& P+ V$ v人工鱼礁材料的研发与应用传统鱼礁材料有较大的局限性，如混凝土鱼礁成本较高，天然料石鱼礁破坏陆地生态，旧船改造礁仍存在一定污染风险等，而耐久性好、可塑性强、成本低廉和生态环保的新型人工鱼礁材料是未来研发的方向。未来可不断扩大天然材料的选择范围，探索木材、贝壳、岩石以外的天然材料在人工鱼礁领域的应用，同时更加注重废弃物材料的二次利用。另外，进一步发挥建筑材料优势，在混凝土材料添加物、钢筋防锈蚀涂层和钢材防腐处理等方面加大研发力度。
除了牡蛎壳外，扇贝壳、海螺壳等海洋贝类壳都可作为人工鱼礁混凝土添加物。尤其是一些作物秸秆也可作为一种新的材料被添加到人工鱼礁中，基于秸秆碳基的生物新材料不仅有利于废弃物的资源化利用，而且还可以提高人工鱼礁的性能。
6 `9 U1 \7 [, o. e" \4.2.2 资源循环利用型
6 X9 c) p: L5 o9 ?- P2 B新材料的研发与应用传统的鱼礁材料如料石鱼礁、混凝土鱼礁等均需要消耗自然资源，并在一定程度上造成了环境的污染。与此同时，一些行业中的副产品或废弃物又可以作为人工鱼礁的建礁材料从而使资源得到循环利用，如以矿业开采中的废弃物尾矿石作为原材料即可加工成生态混凝土原材料，而像硫磺固化物等化工行业副产品制作人工鱼礁也在日本有应用先例，热电厂产生的大量粉煤灰制作的鱼礁也在许多沿海国家得到了开发应用。因此，利用其他加工、制造等行业的衍生品或废弃物开展鱼礁材料的研发与应用也将是未来的重要发展方向。
与传统材料相比，循环利用材料的物理稳定性及资源养护效果方面的影响机制研究也需同时开展。今后可针对材料的物理化学特性，开展不同材料溶出物对鱼类诱集养护效果的影响、生物附着机理及耐久性研究。
2 T  p8 ~  b& s& w8 ]4.2.3 双碳目标下的碳封存功能材料的研发
) g; [9 O! v  A# D中国已经明确提出2030年实现“碳达峰”和2060年实现“碳中和”的目标，而其中充分发挥渔业碳汇的功能，将会对双碳目标的实现提供重要的支撑。人工鱼礁作为海洋牧场的基础生态工程，其建设本身也具备一定的碳封存功能，如可以利用混凝土制作过程对工业尾气中的二氧化碳进行封存，从而得到碳封存后的混凝土鱼礁制品。
7 P$ E& y! t5 Q, J- h同时继续加强碳封存材料综合效益的长期监测评估，对碳封存材料在经济、技术和固碳效率等方面进行调查分析，应用先进的大数据、地理信息等技术研究其各项性能及空间分布，并综合评价这些材料对全球碳循环的影响过程及机制。
4.2.4 基于智能材料的新型人工鱼礁材料的研发
9 s7 u, l8 M, L: q3 l1 a2 b随着信息技术及生物技术的发展，智能建筑材料已经成为继生态环境功能材料之后的又一创新发展方向，其种类与数量也越来越丰富，这给人工鱼礁材料的创新发展开拓了新的空间。智能建筑材料一般包括智能传感、驱动、修复和控制等多个功能，目前较为成熟的有利用生物科技实现自我修复的功能，以及配合信息技术实现自我感知、自我记忆和自我适用的功能，可根据外界的温度、压力、盐分和光线等条件适时调整自身的状态。目前，人工鱼礁工程技术领域还有许多技术难题，如水下监测困难、淤积严重等，智能建筑材料有望在解决这些技术难题方面发挥更大作用。
总之，人工鱼礁所使用的材料要综合考虑耐久性、环境相容性、生物亲和性及经济性等因素，同时也要兼顾经济效益与社会效益。混凝土具有高强度、高密度和高经济性等优点，且部分废弃物材料可以资源化利用作为其骨料，进一步提高人工鱼礁混凝土的整体性能，现已成为最为广泛使用的人工鱼礁材料。一些海洋新能源设施基础部分的利用、生物新材料的开发研制和一些废弃物的资源化利用等都是未来人工鱼礁材料发展的趋势。同时不同类型的材料各有优缺点，综合性选材可以取长补短，提高材料的利用率，使人工鱼礁效益最大化。虽然建造人工鱼礁的材料种类繁多，但因材料的使用与测试并无统一标准规范，因此，制定统一的建礁材料使用标准将有助于人工鱼礁建设的标准化，并为日后的监管与维护提供便利条件。本文原刊于《大连海洋大学学报》；作者/张年华等

该文章来源互联网，如有侵权请联系删除
! t6 `' v! L! j+ H查看原文：www.52ocean.cn