综述：人工结构对巴西海洋和河口生物群的生态影响：当前认知及其对管理的启示

《Regional Studies in Marine Science》：Ecological role of artificial structures on marine and estuarine biota in Brazil: Current knowledge and implications for management

人工结构对巴西海洋生物多样性及生态系统服务的影响研究。综合124篇文献，发现研究多集中于人工礁石和鱼类生态，显示AS短期提升鱼类丰度但长期存在生态风险。71种记录物种中71%为外来物种，需加强定量比较研究，关注非鱼类类群及生态系统功能指标。建议推进基于生态工程的可持续管理策略。

　　

阿琳·S·马丁内斯（Aline S. Martinez）| 罗莎娜·M·罗查（Rosana M. Rocha）| 罗纳尔多·A·克里斯托弗莱蒂（Ronaldo A. Christofoletti）| 莱安德罗·M·维埃拉（Leandro M. Vieira）| 乌利塞斯·S·皮涅罗（Ulisses S. Pinheiro）| 玛丽亚·安赫利卡·哈达德（Maria Angélica Haddad）| 伊戈尔·E·G·皮涅罗（Igor E.G. Pinheiro）| 弗朗西安娜·M·佩利扎里（Franciane M. Pellizzari）| 露米·哈拉古奇（Lumi Haraguchi）| 安德烈·帕达尔（André Pardal）

巴西圣保罗联邦大学（UNIFESP）海洋科学研究所

摘要

随着城市扩张，人工结构（AS）在海洋环境中的建造和部署正在全球范围内迅速增加。这些结构导致生物多样性丧失，促进生物入侵，并影响物种间的连通性。自然生态系统维持生物多样性和提供商品与服务的能力依赖于以可持续方式有效管理人类活动。对于发展中国家而言，这一问题尤为令人担忧，因为这些国家的沿海城市化进程更快，而当地社区却依赖渔业和旅游业。本文旨在综合目前关于人工结构对巴西海洋和河口生物群落生态影响的认知，同时考虑其正面和负面效应。基于124篇经过同行评审的研究，我们发现相关研究在空间上较为分散，主要集中在人工礁石和鱼类生态学领域。与沉积自然栖息地相比，人工结构周围的鱼类数量通常更多。超过40%的研究属于描述性研究，关注物种分布或生物入侵现象。在记录在人工结构上的1017个物种中，有71种是外来物种（均为底栖无脊椎动物），主要是海鞘和苔藓虫。管理策略可以从人工结构与自然栖息地之间的定量比较研究中受益，这些研究应涵盖鱼类以外的不同分类群，并使用能够反映生态系统功能的变量。通过基于自然的解决方案（如海洋生态工程），可以增强城市化地区的生物多样性并改善生态系统功能。最后，了解人工结构的长期影响、它们在传播外来物种和隐存物种中的作用，以及人工结构对海陆改造的程度，对于可持续城市规划和海岸管理至关重要。

引言

人类面临着由人口过剩、环境退化和气候变化带来的挑战。海洋对地球的健康至关重要，为人类提供了宝贵的资源和服务（如食物、燃料和气候调节），但长期以来一直受到人类活动的影响（Jackson等人，2001年；Todd等人，2019年；Vitousek等人，1997年；Worm等人，2006年）。这些活动导致海洋生态系统的结构和功能发生严重变化，其自然资本价值也受到损失（Costanza等人，2014年；Dasgupta和Levin，2023年；Vitousek等人，1997年）。 随着人口增长，城市规模扩大，对资源的需求也在增加。全球近一半的人口居住在沿海地区，而这些地区的城市正在迅速扩张（Crain等人，2009年；Firth等人，2016年）。为了保护沿海城市免受自然灾害的影响并满足社会需求，历史上建造了各种刚性人工结构（以下简称“AS”，即灰色基础设施，Bugnot等人，2020年；Firth等人，2016年），包括防波堤、码头、突堤、人工岬角、风力发电场和石油平台。然而，这些结构并未考虑到环境可持续性，反而取代或改变了自然栖息地，导致海洋生物多样性的丧失、栖息地连通性的改变以及入侵物种的扩散（Airoldi等人，2015年；Bishop等人，2017年；Chapman，2003年；Gittman等人，2016年）。 另一种人工结构的来源是将材料投放海洋以创造新的栖息地，即人工礁石，这些礁石模仿了某些自然硬质栖息地的特征，有助于物种定居（Baine，2001年）。这种做法被用作提高当地生物多样性、促进渔业和水下旅游以及防止底拖网捕捞的管理策略（Baine，2001年；Bohnsack，1989年；Villavicencio等人，2023年）。短期内，这些结构似乎增加了鱼类数量（Baine，2001年），但关于人工礁石的正面（如促进渔业生产）与负面（如吸引物种、破坏栖息地）效应的争论一直存在（Grossman等人，1997年；Macdonald，1994年；Medeiros等人，2022年；Smith等人，2016年）。与食物利用相关的人工结构还包括水产养殖设施（如鱼笼和围栏、桩基、悬挂绳索）。随着城市在沿海地区的扩张和对渔业资源的增加需求，人工礁石的部署和水产养殖设施的扩展可能会加剧。 在发展中国家，城市扩张是一个紧迫的问题，其速度比发达国家更快（Firth等人，2016年；Martínez等人，2007年）。这可能对沿海社区产生深远影响，因为他们的生计很大程度上依赖于渔业和旅游业（FAO，2018年；UNEP，2009b）。沿海建设的增加以及对渔业资源的需求，加上其他地方性压力因素（如长期水污染；Martínez等人，2022b），可能会加速这些国家自然生态系统的退化。 从科学角度来看，改善自然系统的利用取决于当地科学知识的扩展，这为环境保护管理策略提供了坚实的基础（IOC，2020年）。关于发展中国家的城市扩张问题，首要步骤是收集有关海洋中建造或部署的基础设施的生态影响的知识。在这方面，巴西是一个合适的例子，因为它是一个发展中国家，拥有最长的海岸线（超过8,500公里，从南纬4度延伸到37度），拥有多样化的海岸景观和海景，包括7个生物地理生态区（Spalding等人，2007年）。大约四分之一的巴西人口（约4820万人）居住在沿海地区，而城市仅占国土面积的5%。考虑到生活在距离海岸150公里范围内的居民，这部分人口占巴西总人口的半数以上（约1.1亿人，IBGE，2024年）。在距离海岸100公里范围内的自然区域中，大约有一半已被城市开发、农田或水产养殖所改变（Martínez等人，2007年）。据估计（约15年前），巴西沿海生态系统的自然资本每年价值620亿美元（Martínez等人，2007年）。依赖海洋和沿海资源的经济活动占巴西GDP的近20%（即1.5万雷亚尔，截至2018年），并支持超过2000万个工作岗位，每年创造约5300亿雷亚尔（约合1050亿美元）的工资收入（Carvalho，2022年）。然而，巴西存在政治不稳定、社会经济不平等以及环境管理不善的问题（Barbosa等人，2021年；Eggertsen等人，2024年；Neto等人，2021年；Santos等人，2023年；Silva和Santos，2023年）。这些因素给有效管理人类活动以实现自然资源的可持续利用带来了挑战。 在海洋环境中引入人工结构是全球环境变化的主要驱动因素之一（Bishop等人，2017年；Firth等人，2016年；Heery等人，2017年）。评估这些结构对发展中国家生物多样性的影响至关重要，因为在这一过程中，这种影响往往更加明显。本文旨在综合目前关于人工结构对巴西海洋和河口生物群落生态影响的科学认知，同时考虑其正面和负面效应。为此，我们具体研究了：（1）该国关于人工结构的研究概况；（2）与这些结构相关的物种分布和生物入侵情况；（3）灰色或非设计型基础设施与多用途、生态导向设计在巴西海洋栖息地中的生态影响。我们整理了来自同行评审发表论文的数据，范围从描述性调查到实验研究。基于这些文献，我们提出了加强未来研究的指导方针，旨在提高基础知识并支持沿海地区人类活动的更好管理。

研究范围

我们回顾了与人工结构相关的生物群落及其对巴西近岸（沿海）和远岸水域生物群落影响的认知。我们使用3个搜索引擎（Web of Science、Scopus和Scielo）收集了1999年（最早的可检索记录）至2025年2月28日的所有信息（表1）。系统搜索共找到561条记录（图S1），并通过其他文献中的引用补充了另外26个参考文献。

结果

我们在巴西发现的第一项相关研究可追溯到1999年，此后每年平均发表1篇论文（图S2）。2006年至2022年间，年均发表6篇论文，每年论文数量在3到10篇之间。在127项研究中，共记录了327个人工结构（其中72%为灰色基础设施，28%为人工礁石），分布在184个研究地点。大多数研究位于东南部（38%）和东部（36%）生态区（图1）。在东部生态区，近40%的研究（67项中的26项）关注了人工结构对生物群落的影响。

人工结构作为渔业管理工具：优势、风险和知识空白

关于巴西沿海水域中硬质人工结构的研究主要集中在人工礁石及其对鱼类群落的量化影响上。我们的结果显示，几乎30%的研究对象是人工礁石，而在所有研究组中，鱼类群落占了30%。这反映了全球范围内在渔业生态学和管理领域对人工结构的研究历史（Baine，2001年；Lima等人，...

建议

如果人类活动得不到妥善管理，水生河口和海洋生态系统提供的商品和服务将会丧失。现在关于如何协调日益增长的资源需求与自然保护的决策将决定生态系统服务的未来，最终影响当前和未来几代人（Dasgupta和Levin，2023年；Lubchenco和Gaines，2019年）。要克服实现海洋可持续性的全球挑战，必须减轻沿海地区的环境影响...

作者贡献声明

安德烈·帕达尔（André Pardal）：撰写——审稿与编辑、可视化、方法论、数据整理。 罗纳尔多·克里斯托弗莱蒂（Ronaldo Christofoletti）：撰写——审稿与编辑、资源获取、资金筹措。 露米·哈拉古奇（Lumi Haraguchi）：撰写——审稿与编辑、验证、方法论。 弗朗西安娜·玛丽亚·佩利扎里（Franciane Maria Pellizzari）：撰写——审稿与编辑、验证、方法论。 罗莎娜·莫雷拉·罗查（Rosana Moreira）：撰写——审稿与编辑、验证、方法论、数据整理。 阿琳·S·马丁内斯（Aline S. Martinez）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

我们感谢Fernanda Cavalcanti、Sérgio Stampar和Terue Kihara在分类某些多孔动物、珊瑚虫和六放珊瑚物种方面的帮助。本研究得到了圣保罗研究基金会（FAPESP：2016/11947-7，A.S.M. 2022年博士后奖学金）、国家科学技术发展委员会（CNPq：151903/2022-0，A.S.M. 2023年博士后奖学金；152158/2022-7，A.P. 博士后奖学金；306788/2022-5，R.M.R. 研究资助）的支持。