三峡水库十年生态调度%282011—2020年%29期间下游沙市江段产漂流性卵鱼类自然繁殖变化.pdf
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1、 (湖泊科学),():三峡水库十年生态调度(年)期间下游沙市江段产漂流性卵鱼类自然繁殖变化徐 薇,金 瑶,陈桂亚,董 纯,易 燃,赵 娜,陶江平 (:水利部中国科学院水工程生态研究所,水利部水工程生态效应与生态修复重点实验室,湖北省水生态保护与修复工程技术研究中心,武汉)(:长江水利委员会水旱灾害防御创新团队,武汉)摘 要:年,三峡水库共开展了 次促进坝下江段四大家鱼自然繁殖的生态调度试验,于每年 月在长江中游沙市江段开展鱼类早期资源调查研究,旨在掌握生态调度实施以来产漂流性卵鱼类自然繁殖的响应变化,评估生态调度对长江中游鱼类自然繁殖的贡献。十年间共采集到鱼卵 种,其中典型产漂流性卵鱼类有 种
2、,主要种类包括贝氏()、鯿()、银鮈()、草鱼()、鲢()、翘嘴鲌()和花斑副沙鳅();鱼卵群落多样性指数、均匀度指数 和稳定性指数 在年际间呈现先降低后升高的变化趋势,优势度指数 恰好相反,变化拐点出现在 年,表明 年以来群落多样性趋于增加,群落结构趋于稳定;产漂流性卵鱼类繁殖规模总体呈先减少后增加变化,有 个类群的繁殖规模逐年增加,鱼类繁殖高峰频次逐渐升高,大规模繁殖出现的时段逐渐延长,表明鱼类自然繁殖状况趋于稳定。结合生态调度期、非生态调度期鱼类日均产卵规模的比值得出,除了、年生态调度期间没有出现大规模繁殖以外,其它年份生态调度的实施对促进产漂流性卵鱼类繁殖起到了积极的作用。建议今后继续
3、加大三峡水库生态调度力度,针对不同鱼类物种的需求设计更精细的生态调度方案,进一步提升生态调度对长江中游鱼类自然繁殖的贡献。关键词:鱼卵;产卵规模;多样性;三峡水库;生态调度 ,(),(:,)(:,):,:,收稿;收修改稿。国家重点研发计划项目()、水利部重大科技项目()和中国长江三峡集团有限公司科研项目()联合资助。通信作者;:。(湖泊科学),(),:;长江中游为两湖平原(江汉平原、洞庭湖平原),江宽流曲,水流平缓,每年受季风影响形成汛期,水位变动大。该区域水系纵横,水质肥沃,饵料生物丰富,孕育了以四大家鱼、鳊、鳡()、鯮()、鳤()等为典型代表的江湖洄游习性鱼类,具有在湖泊生长育肥、在江河流
4、水环境繁殖、产漂流性卵等生态习性,对江湖复合生态系统具有良好的适应性。历史上,长江干流产漂流性卵的经济鱼类大约有 余种,在长江渔业资源中占有重要地位。但受拦河筑坝、水域污染、过度捕捞等多种人类活动影响,鱼类栖息地环境退化、产卵与育幼等关键生活史受阻,长江鱼类资源状况及多样性受到严重威胁,保护形势十分严峻。大坝建设被认为是鱼类资源及多样性的主要威胁。三峡工程是治理和开发长江的关键性工程,在全面发挥防洪、发电、航运等综合效益同时,也不可避免地对长江中下游鱼类产生了诸多不利影响。年的三峡工程建设和蓄水时期,坝下四大家鱼、中华鲟()等重要物种的繁殖规模持续减少、繁殖时间不断推迟,与三峡蓄水运行导致的水
5、文节律改变和滞温效应密切相关。与此同时,国内许多科研机构深入研究了三峡水库调度运行对宜昌至监利江段四大家鱼自然繁殖状况的影响及其生态调度策略,为三峡水库实施生态调度提供了坚实基础。年 月,三峡水库促进四大家鱼自然繁殖的生态调度试验首次实施,至 年已持续开展了 次;宜都、沙市、监利江段的监测数据一致表明,四大家鱼卵苗量出现大幅回升。然而,三峡水库生态调度实施以来的研究多关注四大家鱼单一对象,对于其它产漂流性卵鱼类的自然繁殖及其早期资源变化鲜有报道。本研究旨在掌握生态调度实施以来长江中游鱼类的繁殖及鱼卵资源变化状况,对于全面分析评估三峡水库生态调度效果,持续优化生态调度方案具有重要意义。材料与方法
6、 采样区域及方法采用常规的产漂流性卵鱼类早期资源调查方法,在鱼类繁殖季节进行采样。本文主要研究鱼类的自然繁殖状况,故调查分析中只以鱼卵样本为对象。固定采样点选择在湖北省荆州市沙市区的荆江水文趸船,位于长江干流北岸主河道一侧(,),距岸边约 。沙市江段上距葛洲坝约,该江段包括了顺直河道、弯曲河道以及沙洲等不同的生境类型;历史上分布着四大家鱼等产漂流性卵鱼类的主要产卵场,能够获得不同种类的鱼卵,具有代表性。采用弶网进行表层定性采集,网口呈半圆形,网口直径 ,网长 ,网口面积 ,网眼 目。集苗网箱长 ,宽、高均为 ,通过矩形木框支撑成长方体形状,网箱的上部不封口,便于收集鱼卵和仔鱼,网箱的近底部开一
7、个椭圆形口,用于与弶网连接。圆锥网进行表、中、底不同水层及断面定量采集,网口呈圆形,网口直径 。采样频次为每天的早(:)、中(:)、晚(:)徐 薇等:三峡水库十年生态调度(年)期间下游沙市江段产漂流性卵鱼类自然繁殖变化 个时段,每个时段的下网时间为 不等。另在卵、苗汛高峰时段进行断面采集,设置左岸()、左中()、江心()、右中()、右岸()个采样点,各采样点采集表()、中()、底()个水层的样品(图)。采样过程中,通过前置的流速仪(型号:)测定网口流速,以计算滤过的流量;采用塞氏盘测定水体透明度,采用玻璃棒式水银温度计测量水温。宜昌至沙市江段的实时水文数据从水利部发布的“全国水雨情信息网”获取
8、。图 沙市常规及断面采样点示意 采样时间为 年每年 月中旬至 月中旬,逐年监测起止时间如下:年 月 日 月 日、年 月 日 月 日、年 月 日 月 日、年 月 日 月 日、年 月 日 月 日、年 月 日 月 日、年 月 日 月 日、年 月 日 月 日、年 月 日 月 日、年 月 日 月 日。不同年份的采样起始时间略有差异,除了 年只采样 个月之外,其它年份均保证连续采样 。数据处理与分析 鱼卵样品鉴定 采集到的鱼卵首先在双筒解剖镜下进行观察,并记录发育期、卵径、颜色等主要性状。所有鱼卵在室内充氧培养通过空调维持水温在,培养 后用 福尔马林溶液固定保存。对于培养过程中死亡的个体,用医用酒精直接保
9、存,抽样送到基因测序公司鉴定种类。采样结束后,所有固定样品在实验室内做进一步鉴定和校核。物种鉴定参考长江鱼类早期资源、江河鱼类早期发育图志以及内部资料。鱼类产卵规模 首先根据逐日采集的鱼卵数量、采集时间、网口面积和流速数据计算鱼卵密度,其次采用逐日断面平均流量数据推算鱼卵的逐日径流量,用来反映鱼卵资源量的日变化。监测期间,逐日鱼卵资源量的加和,用来反映鱼类的产卵规模。)采集期间鱼卵密度:()式中,为采集过程中单位水体体积通过网口的鱼卵密度(个);为采集过程中累计获得的鱼卵数量(个);为网口面积();为网口流速();为采集持续时间()。(湖泊科学),()鱼卵断面流量系数:()式中,为鱼卵平均密度
10、相比系数;为固定采样点的鱼卵密度(个);为某断面各采样点的鱼卵平均密度(个)。)采集期间的鱼卵径流量:()式中,为第 次采集时段内通过该江断面的鱼卵数(个);为第 次采集的鱼卵密度(个);为第 次采集时的断面流量();为鱼卵平均密度相比系数。)非采集期间的鱼卵径流量(用相邻两次采集的鱼卵径流量及其间隔时间进行插补计算):,(),()式中,为第 与第 次采集时间间隔内的鱼卵径流量(个);,为第 次和第 次采集时间间隔()。)鱼卵总径流量():,()式中,为某一时间段内鱼卵总径流量。不同类群产卵规模 有些鱼卵孵出后的仔鱼在外观形态上非常相似,例如草鱼和赤眼鳟,蒙古鲌和翘嘴鲌,蛇鮈和鳅鮀,飘鱼和寡鳞
11、飘鱼等,因此在计算产卵规模(鱼卵径流量)时首先将相似种合并,划分为不同的类群,再对不同类群的产卵规模的年际变化进行分析。产卵时间 记录采集时的鱼卵发育期,依据不同鱼类胚胎发育阶段发育期与发育时长的关系,确定鱼卵采集时历经的发育时间,再反推鱼卵受精时间作为产卵时间。群落多样性指数 采用 多样性指数()、优势度指数()和 均匀度指数(),研究鱼卵群落结构的多样性特征。指数基于物种数量反映群落种类多样性:群落中生物种类增多代表了群落的复杂程度增高,群落所含的信息量愈大;反映的是在同一个样本中随机抽取 个个体,这 个个体来自同一个类的概率,值越大,表明多样性越低,则优势度越高;反映群落中物种数量分布的
12、均匀度。这 个指数是群落生物多样性研究中广泛应用的指数。计算公式如下:(),(),()式中,为样品中包含的种类数量;为第 个物种的个体数占所有物种总个体数的比例。群落稳定性指数 参考国外相关文献,采用群落稳定性指数 来评估生物群落结构稳定性。该指标能够反映生物群落随时间的稳定性,它衡量一个变量相对于其均值的恒定性程度。因此,越高,群落稳定性越高。()式中,代表一段时间内所有生物物种相对多度的平均值;代表相同时间间隔内所有生物物种相对多度平均值的标准差。结果 生态调度实施及水文变化 年,三峡水库共开展了 次促进长江中游四大家鱼等产漂流性卵鱼类自然繁殖的生态调度试验。其中,、年调度 次,其他年份调
13、度 次。年 月首次开展了溪洛渡、向家坝、三峡梯级水库联合生态调度试验,向家坝水库和三峡水库同步加大出库流量,以满足生态调度试验要求。此后在、年继续实施了促进鱼类自然繁殖的三库联合生态调度试验。根据实际调度情况统计,生态调度时间集中在 月下旬至 月下旬,三峡出库起始流量介于 之间,出库流量日增幅介于 之间。表 所示,历年生态调度期间宜昌江段持续徐 薇等:三峡水库十年生态调度(年)期间下游沙市江段产漂流性卵鱼类自然繁殖变化 涨水时间范围 ,水位日均涨幅范围 、流量日均增幅范围 ,调度起始时水温范围,调度期间宜昌江段起始水温除了 年未达到(但沙市江段已达到),其余年份的起始水温都已经达到长江中游大部
14、分鱼类自然繁殖的水温要求。表 年生态调度实施及宜昌站涨水情况 生态调度年份生态调度日期流量日均增幅()水位日均涨幅()涨水持续时间起始水温 年 月 日()()年 月 日()()月 日()()年 月 日()()年 月 日()()年 月 日()()月 日()()年 月 日()()年 月 日()()月 日()()年 月 日()()月 日()()年 月 日()()年 月 日()()繁殖种类组成及多样性 年监测期,在沙市江段共采集到鱼卵 粒、种,隶属于 目、科、属(附表)。各年份采集的鱼卵数量如下:年 粒、年 粒、年 粒、年 粒、年 粒、年 粒、年 粒、年 粒、年 粒、年 粒。鱼卵组成中,典型的产漂流性
15、卵鱼类有 余种,且相对丰度高于其它产卵类型的鱼类,统计各年份的优势繁殖种类(数量百分比高于)组成变化可知,贝氏、鯿、银鮈、花斑副沙鳅、四大家鱼、鲌(翘嘴鲌、蒙古鲌)等是沙市江段各年份间占比相对稳定的繁殖鱼类,飘鱼()、鳅鮀()、银鲴()等在各年份间差异较大(图)。图 年优势繁殖种类组成占比 (湖泊科学),()计算并统计了鱼卵群落多样性指数、稳定性指数的年际变化(图)。各指数的年际变化过程表明,多样性指数 和均匀度指数 的变化趋势一致,大致呈先降低后升高的变化;优势度指数 刚好相反,大致呈先升高后降低的变化;稳定性指数 的趋势性变化比较明显,呈先降低后升高的变化。各指数变化比较剧烈的年份均出现在
16、 年,也是趋势性变化的拐点位置,表明该时期的鱼卵群落很不稳定,表现为多样性和均匀度下降,优势度显著增加,稳定性指数最低。图 鱼卵群落多样性和稳定性指数年际变化 鱼类繁殖规模 年监测期间,沙市江段各年度的鱼卵总径流量变动范围为 亿 亿粒 年,平均值 亿粒 年。其中,生态调度期间的鱼卵径流量变动范围为 亿 亿粒 年,平均值 亿粒年,占年度鱼卵总径流量的 (图)。图 还反映了 年期间,鱼卵径流量呈高低交错变化;与之相反,年鱼卵径流量呈现逐年递增的趋势,至 年达到最高值,表明近年来该江段的鱼类自然繁殖状况趋于稳定。图 漂流性鱼卵总径流量年际变化 统计了家鱼类(四大家鱼、赤眼鳟)、鳊鲌类(鳊、翘嘴鲌、蒙
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