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本文综述了日本、美国人工礁的研究进展,重点介绍了人工藻礁的生态学意义及其制作过程中材料与形状的选择,藻场的生态意义及人工藻场建设等方面的内容。重点研究了八种不同材料和四种不同形状的模型礁上部分藻类,例如石莼,浒苔,鼠尾藻,马尾藻,海带的附着生长情况。同时在不同光照条件下观察了海带幼孢子体在不同材料附着基上的附着生长情况,并进行了海带垂挂深度实验。主要研究结果如下:1.日本、美国是世界上人工礁开发和利用最发达的国家。日本在20世纪50年代就开始人工礁的研究,并作为国家事业计划,每年进行大规模人工礁和藻礁的投放。至今,日本大部分沿岸海域已投放了不同类型的人工礁,并形成了较大规模的人工礁渔场和藻场,给鱼、贝类提供了良好的生息场所,有效地保护了渔业资源,取得了明显的经济效益和生态效益。日本人工礁事业之所以成功,主要在于国家对人工礁的关注,大量的资金投入,高素质的渔民,礁体建设过程中科学的态度和方法。美国人工礁建设的原则、宗旨和运作、管理方法与其它国家和地区有着明显的不同。礁体建设分为两个阶段:自主提出申请阶段、科学论证审批许可阶段。美国人工礁投放很多,但政府对人工礁事业投资却比日本少。首先,投放很多废弃物作礁体,建礁费用低。再者,商业性投资发达,社会团体、企业都参与投资,采用投资者管理受益的模式,大量发展礁区游钓事业,全国5400万人次参加游钓,游钓业占全美渔业总产值的35%。2.目前我国沿岸藻场破坏严重,在藻场的修复过程中,可以采用投放人工藻礁的方式。人工藻礁通过以下几方面的作用机制可促进藻场的恢复:第一,提供海藻的附着和生长基质;第二,增加空间异质性;第三,藻礁吸引各种动物,形成平衡的生态系统;第四,可以在短期内形成藻类优势种群。人工藻礁礁体的设计在人工藻礁的建设和投放中是重要而复杂的一项工作,其中礁体的材料和形状等因素在人工藻礁礁体的设计中是必须首先考虑的。混凝土是藻礁建设中最常用的材料,其次钢铁,粉煤灰,硫磺固化体、贝壳、木材和人工合成材料都是建设中采用的材料。20世纪70年代前人工藻礁的建设是粗放式的,即直接向海中投放废旧船只,石块作为近海藻类的附着基。近年来人造藻礁的设计逐渐向精细化、集约化方向发展,其设计有几个趋势:表面凹凸,表面和内部多孔结构,礁体内部材料添加肥料和藻类生长所需营养物质,另外许多国家沿岸堤坝设施的水下部分都涉及带有藻礁的功能,其目的是让藻类易于在其表面附着,附着后可以健康迅速生长。藻礁投入使用后,沿岸藻类群落明显增多,海底森林茂盛,聚居的经济鱼类、贝类在种类和数量上都有所提高。3.藻场是水深大约在20 m以内,海草或海藻群落发达的场所。大多数藻场的底质都是岩礁底,藻场中大型的海藻大部分是褐藻,包括巨藻、海带属的各种海带、马尾藻、鼠尾藻等,也有红藻和绿藻,其中以褐藻门的大型种类形成的藻场最为重要。藻场是海洋中初级生产力最高的区域之一,在藻场内和藻场周围栖息着丰富的动植物。藻场在海洋生态系统中具有重要的意义,是海洋初级生产力的重要贡献者之一。在海洋生态系统的食物链中,藻场所起的作用主要有以下几方面:第一,直接为藻食动物提供食物;第二,进入碎屑食物链为动物提供食物;第三,培养的初级消费者为高级消费者提供食物;第四,吸引丰富的动物种群,形成复杂的食物网。在人工藻场建设过程中,藻场位置的选择、投放前后的管理工作以及对其造成效果的评价都是重要的环节。一片海区是否可以用于建设人工藻场,需要从物理因素、化学因素和生物因素等方面展开调查。藻场建设之前,还需要选定海藻种类和附着礁体。在藻场造成过程中需要不间断的监测和管理,主要是防止草食动物对增殖藻类的摄食,及时清除附着基上的杂藻。藻场造成后需要对藻场内的海藻和动物的种类及数量有所把握,对造成效果进行评价。4.在9±0.5 OC条件下,研究了海带育苗场和实验室控温控光水槽中不同附着基和光照强度对海带幼孢子体附着和生长的影响。实验结果表明,不同材料附着基和光照强度对海带幼孢子体的生长都有极显著影响(P<0.01)。自然光照条件下,海带幼孢子体在PVC波纹板上附着密度最大(P<0.05),但在镜面上的生长效果最好(P<0.05)。在2500lx,1500lx,500lx的实验室条件下,海带幼孢子体在镜子、石棉瓦、混凝土材料制作的附着基上生长效果较好(P<0.05)。其中自然光强下以镜子做附着基的实验组生长显著好于其他实验组(P<0.05)。实验证明波动的自然光线是海带幼孢子体生长的最佳光照条件,表面粗糙且具集光功能的材料是海带幼孢子体适宜的附着基。5.利用不同材料与形状的模型礁开展海区藻类自然附着实验。经在潮间带放置四个半月后,附着的藻类共有3门13种,优势种为绿藻门(Chlorophyta)的石莼类(Ulvaceae)和浒苔类(Enteromorpha)。不同材料的模型礁实验证明,混凝土,煤灰制作的模型礁上藻类的附着效果最好;橡胶,玻璃钢,鲍鱼壳和牡蛎壳制作的模型礁居中;铁皮效果最差,各种模型礁上藻类附着率之间存在显著差异(P<0.05)。不同形状的模型礁实验证明,凸形表面的模型礁上藻类的附着率显著的好于凹形模型礁(P<0.05)。在实验过程中,模型礁表面藻类的附着率和藻类的叶片长度之间存在相关性。6.将不同材料与形状的模型礁放在室内车间中人工附着马尾藻幼体,培养一段时间后投放到潮间带观察其表面马尾藻幼体的附着生长情况,实验历时三个半月。不同材料的模型礁实验证明:各种不同材料模型礁上之间马尾藻幼体的附着率存在着显著的差异(p<0.05);混凝土和煤灰模型礁上马尾藻附着率较高;牡蛎壳,鲍鱼壳和蛤壳模型礁上马尾藻的附着率居中;玻璃钢上马尾藻附着率偏低;铁皮,橡胶上无马尾藻幼体附着,附着效果最差。不同形状的模型礁实验证明:各种不同形状的模型礁之间马尾藻幼体的附着率存在显著差异(p<0.05);锯齿凸形和锯齿凹形模型礁上马尾藻附着率较高;圆凹形和圆凸形模型礁上马尾藻附着率较低。7.将不同材料与形状的模型礁放在室内车间中人工附着鼠尾藻和海带幼体,培养一段时间后观察测量其表面鼠尾藻和海带幼体的附着情况,实验历时两个半月。不同材料的模型礁实验证明:(1)各种不同材料的模型礁上附着的鼠尾藻幼体株数之间存在显著差异(p<0.05);其中鲍鱼壳模型礁上附着的鼠尾藻幼体较多,铁皮和橡胶上无鼠尾藻幼体附着。(2)各种不同材料的模型礁上海带幼体的附着率无显著差异(p>0.05)。不同形状的模型礁实验证明:(1)各种不同形状的模型礁上附着的鼠尾藻幼体株数之间无显著差异(p>0.05)。(2)各种不同形状模型礁上海带幼体的附着率无显著差异(p>0.05)。8.将附着海带幼体的苗绳垂挂在自然海区中10米内不同深度,经15天自然生长,测量发现,随着深度的增加,海带幼体的平均长度显著缩短(p<0.05),烂苗率显著增加(p<0.05)。实验发现水体表面海带平均长度为27.85 cm,水深3米处,海带平均长度为18.63 cm,随着深度增加,海带平均长度均未超过20 cm;在水深3 m处,烂苗率接近50%,随着深度增加,烂苗率高于50%。