2009年美赛C题：多物种养殖与珊瑚礁恢复
2009年美赛C题：多物种养殖与珊瑚礁恢复属于 2009 年 ICM C 题，英文原名为 Creating Food Systems: Re-Balancing Human-Influenced Ecosystems。
博利瑙的生态与养殖问题
珊瑚礁覆盖不足 1% 的海底，却支持约 25% 的海洋生物多样性。菲律宾邦阿西楠省博利瑙、吕宋岛与圣地亚哥岛之间的狭窄水道，原有珊瑚礁与丰富物种。20 世纪 90 年代中期开始的商业虱目鱼（Chanos chanos）养殖，加上过度捕捞和生境损失，使当地大量珊瑚被沉积物覆盖、野生鱼类减少。
目标是用有经济价值的多物种混养替代单养虱目鱼：一种生物的废物可成为另一种的食物，滤食动物和藻类利用鱼类残余物与营养盐，同时产生可销售产品。养殖既要支持居民的营养及收入，也要改善水质，使造礁珊瑚能够重新定居并与养殖场共存。
生物分类与水质背景
题目使用捕食性鱼、植食性鱼、软体动物、甲壳动物、棘皮动物和藻类等类别；按摄食方式还区分初级生产者、滤食者、沉积食者、植食者及捕食者。多数动物生长效率约 10%—20%，其余摄入以热或物理废物等形式离开。珊瑚提供复杂空间，使多种生物在小范围共存，也有一定滤食作用。
题面描述健康博利瑙珊瑚可生活繁殖于每毫升约 50 万至 100 万细菌、每升约 0.25 微克叶绿素的水中，而养殖水道可达到每毫升逾 1,000 万细菌和每升 15 微克叶绿素。过量营养促进藻类竞争，颗粒输入妨碍珊瑚光合作用。海洋酸化和升温在本题作为次要威胁，不作专门研究。
任务一：原有珊瑚礁食物网
建立养殖引入前的完整食物网模型，包含虱目鱼作为唯一捕食性鱼类，以及自行选择的一种植食性鱼、一种软体动物、一种甲壳动物、一种棘皮动物和一种藻类。给出合理的各物种数量，引用依据或说明估计方法，明确物种间作用。
展示模型的稳态水质能够支持所选珊瑚健康生长。如果不足，合理调整各物种数量，说明调整对象、幅度与理由，直到水质令人满意。
任务二：当前单养系统
- 先把所有植食性鱼、软体动物、甲壳动物和棘皮动物的数量设为零，其他种群保持任务一水平。因虱目鱼天然食物被移除，增加代表人工投喂的常量，并选择其数值使模型维持平衡。预测稳态水质，判断能否支持珊瑚，与实地观测比较。
- 实际养殖并不会清除所有其他动物。因此重新加入被删除物种，只调整这些种群，使水质匹配当前博利瑙观测。比较预测与实测种群，讨论哪些模型改动可以改善一致性。
任务三：混养修复
从任务二的当前养殖模型出发，加入能够净水并产生可收获生物量的物种。目标是尽量充分利用投入饲料，减少残余饲料、粪便、营养盐和颗粒物落向下方新生礁体，使原有珊瑚礁生态系统无需人工帮助便能重新建立。题面举例可在网箱周围养滤食贝类、靠近水面的有光处种植经济藻类，部分藻类还可供植食鱼利用。
清楚给出模型及稳态种群，并报告优化目标、约束及其理由、水质、收获量和经济价值。从最优情景出发，进一步把水质提高一个单位需要牺牲多少美元的收获价值？
任务四、五：收获价值与策略
讨论如何用模型研究供人类利用的收获。比较直接最大化总重量、按各物种价格计算总价值、从价值中扣除虱目鱼饲料成本等定义；一磅肉食鱼与一磅海藻是否应同等计量，需要说明。
随后修改模型，从每个物种持续收获一个常量。在保持可接受并尽量高的水质时，提高可销售生物量的价值；食用和副产品销售都可计入。尝试不同收获策略及虱目鱼投喂水平，每次选择能维持平衡的数值。给出总价值及相应水质，绘制水质与收获价值的关系，确定最优策略和收获水平。
任务六：行动建议
向太平洋海洋渔业委员会负责人写情况说明，概括生物多样性与适宜珊瑚生长水质的关系，提出类似博利瑙地区的修复策略及所需时间。展示任务五的最优收获和投喂方案及理由，提出落实方案的捕捞或收获配额。
比较新方案收获价值与当前博利瑙情景收获价值的比值，展示改进幅度，并从生态角度讨论混养系统的利弊。
补充数据与单位
官方 PDF 含采样位置图、两张水质表及生物资料表。A、B 点珊瑚较健康，C 点已明显退化，D 点只剩少量活珊瑚、主要为死珊瑚和藻类，网箱下方无活珊瑚。网箱约 10米×10米×8米，每箱约 50,000 尾鱼，每公顷约十箱。
水质表的溶解有机碳及溶解总氮以微摩尔/升计；叶绿素 a、颗粒有机碳和颗粒总氮以微克/升计。微生物表分别记录病毒样颗粒、自由生活细菌和附着细菌数量，附着比例，大于 3 微米的碎屑与浮游植物颗粒数量，以及按平方微米列示的平均颗粒大小。背景描述与采样表是不同观测口径：例如表中网箱叶绿素 a 为 10.3±0.2 微克/升，不应直接替换背景所说的高值 15。
生物资料是可继续查证补充的起点，并非完整强制参数集。其中虱目鱼投喂示例为每平方米网箱五个月 6.58 千克，排出沉积物干重每平方米每天 242—493 克，干重中约 10% 碳、0.4% 氮、0.6% 磷，参考售价每公吨 1,278 美元。植食鱼示例摄食量为每平方米礁体每月约 18—22 立方厘米藻类；甲壳动物约每只每天 10—20 毫克食物湿重。贝类示例滤水每小时 5—7 升，每克软组织干重每小时吸收 4—15 毫克有机物；代表海胆每克干重每小时摄入约 0.05 克藻类湿重，个体平均干重 6.9 克，粪便指标另以干重计。经济红藻湿重倍增时间随种类、温度可从 2.8 至 50 天，藻类还可能释放溶解有机碳。应保留时间、面积、个体及干湿重基准，使用适合且更完整的资料完成模型。
原题与来源
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