李 捷,李新輝,朱書禮,李躍飛,武 智,楊計平,彭松耀,張 改
(中國水產(chǎn)科學研究院珠江水產(chǎn)研究所/ 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部珠江中下游漁業(yè)資源環(huán)境重點野外科學觀測試驗站,廣東 廣州 510380)
水壩建設(shè)阻礙了魚類遷移,對江河魚類多樣性造成巨大影響[1-3]。過魚通道被認為是有效減緩水壩阻隔對水生生物影響的手段之一[4],而魚道過魚效果的監(jiān)測評估對發(fā)揮其功能以及魚道設(shè)計技術(shù)的改進與調(diào)整起關(guān)鍵作用[5]。魚道建后初期一般很難達到預(yù)期效果,需要進行監(jiān)測和評估并進行適當?shù)募夹g(shù)調(diào)整[6-7]。國外有較多有關(guān)魚道過魚效果監(jiān)測的研究[8-12],我國魚道建設(shè)初期有關(guān)魚道運行效果的研究較少,僅見于安徽省裕溪閘魚道[13]、江蘇省太平閘魚道[14]和湖南省洋塘魚道[15]。近年來我國漁業(yè)工作者逐漸重視魚道效果的監(jiān)測與評價研究[16-20],但評估重點都放在過魚的種類和數(shù)量調(diào)查上[5,21],有關(guān)魚道過魚多樣性方面的研究較少[19,22]。連江西牛過魚通道位于廣東省清遠市連江西牛鎮(zhèn)河段,是我國華南地區(qū)第1座在水壩主體上加建的過魚通道,對其過魚種類及效果有初步研究[23]。該研究采用張網(wǎng)法和堵截法對其過魚種類及數(shù)量進行逐月連續(xù)監(jiān)測,并對其過魚效果與環(huán)境因子之間的關(guān)系進行分析,研究結(jié)果可為連江西牛水利樞紐流量的生態(tài)調(diào)度、魚道的改進、魚道的有效運行提供參考依據(jù),為國內(nèi)已建水壩加建過魚通道起示范作用。
連江西牛魚道是加建在西牛航運樞紐的過魚通道,于2011年4月建成,是華南地區(qū)第1座在水壩主體上重新加建的過魚通道。西牛航運樞紐壩址位于廣東省英德市西牛鎮(zhèn)上游3.5 km處,樞紐控制流域面積8 557 km2,總庫容7 820萬m3,正常蓄水水位29 m,廠房裝機容量10 MW,西牛航運樞紐壩面寬350 m,壩頂高程38.5 m,航道和船閘等級為Ⅵ級,閘室尺寸為140 m×16 m×2.5 m,泄水閘為20孔,寬×高×厚為10.6 m×5.5 m×1.1 m。西牛魚道修建于水壩0號排污孔位置(最左側(cè)泄洪閘與發(fā)電閘孔之間),魚道主體采用垂直豎槽式,垂直豎槽高1.8 m,寬0.2 m,水池間隔1.6 m,水池長1.35 m,寬1 m,坡度(高∶長)為1/16,長82 m,相連水池水位差0.1 m。魚道上下游落差約5 m,設(shè)有2個入口。魚道內(nèi)有休息池,魚道內(nèi)部安裝了攝像頭(圖1)。
圖1 連江西牛魚道設(shè)計平面示意
為深入了解魚道的運行及過魚效果,于2013年每月22—23日采用張網(wǎng)法、堵截法對魚道的過魚情況進行現(xiàn)場監(jiān)測,監(jiān)測只針對上溯的魚類。對采集到的魚類進行現(xiàn)場鑒定、測量、拍照。張網(wǎng)法:在魚道的出魚口設(shè)置張網(wǎng)陷阱(網(wǎng)口長75 cm,高65 cm),張網(wǎng)后有集魚箱(魚只進不出)。堵截法:用一張網(wǎng)或一攔魚柵堵住魚道出口,防止魚從上游水游入,然后排干魚道,將魚道中的魚全部撈出用于統(tǒng)計分析。每隔8 h采樣1次,采樣時間為06:00、14:00 和22:00,每月采樣2 d。魚類種類組成見表1。水文因子如流速、流量、含沙量、魚道下游水位來自魚道下游高道水文站,取每月22—23日數(shù)據(jù)的平均值。魚道上游水位來自西牛航運樞紐每日記錄數(shù)據(jù),水溫、溶解氧、pH值采用便攜式多參數(shù)水質(zhì)分析儀(美國YSI 6600—02)與魚類監(jiān)測同步現(xiàn)場測定,透明度采用薩克斯盤測定。
魚道群落多樣性分析采用PRIMER 軟件包中的多樣性(DIVERSE)計算 Shannon-Wiener指數(shù)(H′)、物種均勻度指數(shù)(J′) 和物種豐富度指數(shù)(D′),群落結(jié)構(gòu)分析利用PRIMER軟件包中的等級聚類分析(CLUSTER)。采用RDA分析方法[24]分析環(huán)境因子與過魚效果之間的關(guān)系,找出最顯著的環(huán)境因子。其他數(shù)據(jù)分析和作圖采用Sigma Plot 10.0和Microsoft Excel 2010軟件。
2013年每月20—22日西牛魚道下游平均水位為22.83~24.01 m,最大值出現(xiàn)在6月,最小值出現(xiàn)在7月;平均流量為132.67~1 065.33 m3·s-1,最大值出現(xiàn)在6月,最小值出現(xiàn)在9月;平均流速為0.06~0.63 m·s-1,最大值出現(xiàn)在4月,最小值出現(xiàn)在9月;平均含沙量為0.002~0.148 kg·m-3,最大值出現(xiàn)在6月,最小值出現(xiàn)在12月。上游水位為28~28.5 m,最大值出現(xiàn)在3—4月,最小值出現(xiàn)在12月;透明度為0.5~0.9 m,pH值為7.04~7.33,水溫為17.2~25.2 ℃,ρ(溶解氧)為7.75~8.09 mg·L-1(圖2)。
2013年在西牛魚道共捕獲魚類16 135尾,計41種,屬于4目9科33屬,近年調(diào)查在魚道下游水域分布有魚類77種,分屬于6目16科67屬,過魚的種類占該水域總種類數(shù)的53.2%。過魚種類以鯉形目鯉科為主。
表1 西牛魚道魚類種類組成
Table 1 Fish species of the Xiniu Fishway
編號魚名數(shù)量占比/% 體重占比/% 體長/cm體重/gSP1南方波魚(Rasbora steineri)0.0310.0143.4~5.52.6~3.5SP2擬細鯽(Nicholsicypris normalis)0.0370.0223.3~5.73.3~5.9SP3馬口魚(Opsariichthys bidens)0.1050.4768.3~15.324.4~45.3SP4寬鰭鱲(Zacco platypus)0.0870.1838.9~10.810.2~18.2SP5草魚(Ctenopharyngodon idellus)0.0060.0572860.6SP6赤眼鱒(Squaliobarbus curriculus)0.1554.20217.6~37.569~328SP7海南紅鲌(Erythroculter recurviceps)0.0120.05614.7~17.925~38.7SP8廣東魴(Megalobrama terminalis)0.0190.19416.2~18.565.2~76.8SP9南方擬( Pseudohemiculter dispar)0.3590.5607.5~16.515.2~35.8SP10( Hmiculter leucisxulus)0.6942.19610.8~13.519.8~26.3SP11棒花魚(Abbottina rivularis)0.2170.0983.5~6.72.8~4.3SP12銀鮈(Squalidus argentatus)36.79616.6324.6~6.82.1~4.5SP13點紋銀鮈(Squalidus wolterstorffi)0.1120.0673.7~5.62.5~5.6SP14麥穗魚(Pseudorasbora pava)0.2230.2024.5~8.75.8~7.9SP15樂山小鰾鮈(Microphysogobiokiatingensis)30.96423.3264.8~7.74.2~5.6SP16黑鰭鳈(Sarcocheilichthys nigripinnis)0.0250.0378.1~127.9~13SP17小鳈(Sarcocheilichthys parvus)6.5323.9374.5~6.32.4~6.1SP18鯉(Cyprinus carpio)0.0192.28812.5~38.745.3~1 284SP19鯽(Carassius auratus)0.0930.4909.8~10.727.4~47.2SP20鯪(Cirrhina moitorella)0.0990.44811.4~13.226.7~38.8SP21側(cè)條光唇魚(Acrossocheilus parallens)0.2670.7239.4~10.512.6~24.3SP22高體鳑鮍(Rhodeus ocellatus)0.6690.3223.3~4.72.9~4.3SP23越南鱊(Acanthorhodeus tonkinensis)0.1430.0863.6~6.13.2~5.4SP24短須鱊(Acheilognathus barbatulus)0.4210.3173.6~6.14.3~5.2SP25美麗沙鰍(Botia pulchra)0.0560.0304.5~6.22.6~4.1SP26沙花鰍(Cobitis arenae)0.0500.0224.1~5.52.1~3.8SP27美麗小條鰍(Micronemacheilus puicher)0.2360.1776.2~9.34.1~6.5SP28壯體沙鰍(Botia robusta)0.1800.1085.3~6.52.8~5.7SP29貴州細尾爬巖鰍(Beaufortia kweichowensis gracilicaudu)0.1050.4763.6~4.92.1~3.6SP30平舟原纓口鰍(Vanmanenia pingchowensis)0.0250.0195.3~5.94.7~5.6SP31黃顙魚(Pelteobagrus fulvidraco0.1050.31711.1~13.621.2~28.8SP32中國少鱗鱖(Coreoperca whiteheadi)0.0430.65412.9~15.874~118SP33大眼鱖(Siniperca kneri)0.0813.64222.5~26.8278~324SP34波紋鱖(Siniperca undulate)0.0120.04610.2~12.630.8~49.6SP35斑鱖(Siniperca scherzeri)2.02018.26510.6~23.826.8~179.3SP36子陵吻鰕虎魚(Rhinogobius giurinus)14.1188.5094.8~6.62.7~5.8SP37溪吻鰕虎魚(Rhinogobius duospilus)2.8081.2693.5~5.83.1~5.4SP38大刺鰍(Mastacembelus armatus)0.1980.83720.2~30.531.6~86.6SP39刺鰍(Mastacembelus aculeatus)0.0250.33618.0~30.723.8~108.6SP40尼羅羅非魚(Tilapia niloticus)1.8288.2647.7~13.615.5~82.3SP41間下鱵(Hemirhamphidae intermedius)0.0310.0933.7~5.22.8~3.4
捕獲的魚類體長為1.8~38.7 cm,最小個體為貴州細尾爬巖鰍(Beaufortiakweichowensis),最大個體為鯉(Cyprinuscarpio)。體重為2.1~1 284 g,最小為溪吻鰕虎魚(Rhinogobiusduospilus),最大為鯉。捕獲的魚類個體數(shù)以銀鮈(Squalidusargentatus)最多,占總數(shù)的36.8%;其次是樂山小鰾鮈(Microphysogobiokiatingensis),占30.9%;再次是子陵吻鰕虎魚(Rhinogobiusgiurinus),占14.1%;排前5位的還有小鳈(Sarcocheilichthysparvos)和溪吻鰕虎魚。魚類體重以樂山小鰾鮈最高,占總數(shù)的23.3%;其次是銀鮈,占16.6%;再次是斑鱖(Sinipercascherzeri),占18.3%;排前5位的還有子陵吻鰕虎魚和尼羅羅非魚(Tilapianiloticus)。魚道中捕獲的優(yōu)勢種子陵吻鰕虎魚、銀鮈、小鳈在3月性腺發(fā)育至Ⅱ期,4月發(fā)育至Ⅴ期,斑鱖在4月性腺發(fā)育至Ⅱ期,5月發(fā)育至Ⅴ期,說明通過魚道上溯的魚群有生殖洄游需求。
監(jiān)測發(fā)現(xiàn),不同月份進入魚道的種類和數(shù)量存在較大差異,種類以5月最多(23種),12月最少(5種);而魚類個體數(shù)量卻以4月最多(5 324尾),其次是5月(4 517尾),12月最少(99尾)(圖3)。
圖2 2013年西牛魚道上下游水環(huán)境因子變化
各月份魚類群落的聚類分析和相似性指數(shù)見圖4和表2,相似性指數(shù)范圍為0.13~0.73,相似性指數(shù)以4月和5月最大(0.73),其次是2月和3月(0.71),4月與12月最小(0.13)。對不同月份魚道內(nèi)捕獲的魚類群落進行聚類分析,可以分為3大類群:1—3月和9—10月成1個類群,4—8月成1個類群,11—12月成1個類群。
圖3 西牛魚道漁獲種類和數(shù)量的季節(jié)差異
連江西牛魚道的過魚種數(shù)、豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)見表3。
對西牛魚道魚類生物多樣性進行分析后發(fā)現(xiàn),魚類Shannon-Wiener多樣性指數(shù)為0.83~1.95,最大值在出現(xiàn)在8月,最小值出現(xiàn)在1月。豐富度指數(shù)為0.93~3.00,最大值在出現(xiàn)在5月,最小值出現(xiàn)在1月。均勻度指數(shù)為0.38~0.92,最大值出現(xiàn)在12月, 最小值出現(xiàn)在2月。
相似性
對魚道內(nèi)各月份采集的魚類群落與水壩下游流速、含沙量、流量、水位、pH值、ρ(溶解氧)、透明度、水溫、水壩上游水位這9個環(huán)境因子進行冗余分析(RDA)(圖5),發(fā)現(xiàn)流速、流量與上游水位等因子主要貢獻于RDA軸1,透明度、水溫與pH值等環(huán)境因子主要貢獻于RDA軸2,軸1和軸2分別解釋60.6%和26.2%的載荷(表4),軸1和軸2能共同解釋所有變量的86.8%。
經(jīng)過1 000次隨機置換檢驗發(fā)現(xiàn),流速、流量、上游水位和透明度4個因子對過魚效果影響顯著(P<0.05),其中上游水位、流速、流量為正相關(guān),透明度為負相關(guān)。含沙量是影響小鳈(SP17)種群數(shù)量的主要因子,流量、流速和上游水位是影響子陵吻鰕虎魚(SP36)種群數(shù)量的主要因子,下游水位是影響7—8月魚類群落的主要因子,透明度、pH值是影響1—2月和10—12月魚道魚類群落的主要因子。
表2 西牛魚道各月魚類群落相似性指數(shù)
Table 2 Similarity index of fish communities in different month in Xiniu Fishway
月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月20.4630.330.7140.250.540.6550.180.400.510.7360.150.340.430.540.6570.190.440.380.470.530.6280.250.590.500.500.490.610.7090.510.590.440.350.370.280.360.36100.410.510.390.320.300.390.410.540.45110.410.380.260.170.160.200.290.340.480.42120.400.250.170.130.140.160.220.220.450.400.53
表3 西牛魚道過魚種數(shù)、豐富度指數(shù)、均勻度指數(shù)和多樣性指數(shù)
Table 3 The value of Shannon-Wiener(H′), richness indices(D′) and species evenness(J′) of fish communities in Xiniu Fishway
月份種數(shù)(S)豐富度指數(shù)(D′)均勻度指數(shù)(J′)多樣性指數(shù)(H′)180.930.400.832101.190.380.873101.050.581.344181.730.551.495233.000.581.836131.780.581.487172.460.591.668111.770.811.959101.670.801.8510142.510.701.861171.430.841.631251.020.921.48
2013年監(jiān)測發(fā)現(xiàn)西牛魚道中出現(xiàn)的魚類種類有41種。根據(jù)李捷等[25]2012年的調(diào)查結(jié)果,魚道下游水域分布有魚類54種,通過魚道的種數(shù)占該水域總種數(shù)的75.9%,認為西牛魚道為大部分該水域的魚類提供了洄游或連通通道。但2012年魚道下游水域魚類群落以鯪、赤眼鱒(Squaliobarbuscurriculus)、鱉(Hmiculterleucisxulus)、銀飄魚(Pseudolaubucasinensis)、黃顙魚等為優(yōu)勢種群,與魚道過魚的優(yōu)勢群落完全不同,魚道魚類群落豐度指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)顯著小于下游水域2012年的調(diào)查結(jié)果。
SP1~SP40為魚類編號,具體說明見表1。
2012年在魚道下游水域采集到了弓斑東方鲀(Takifuguocellatus)、花鰻鱺(Anguillamarmorata)、日本鰻鱺(Anguillajaponica)、花鰶(Clupanodonthrissa)、白肌銀魚(Leucosomachinensis)這5種河口洄游性魚道,該次調(diào)查在魚道中未出現(xiàn)。此外,國家Ⅱ級保護動物花鰻鱺以及列入世界自然保護聯(lián)盟(IUCN)瀕危物種紅色名錄的長臀鮠(Cranoglanididaebouderiusbouderius)、日本鰻鱺在魚道下游有分布,此次調(diào)查在魚道中未采集到樣品。說明魚道在過魚對象、種群數(shù)量等方面還需繼續(xù)監(jiān)測,過魚效果有待進一步提升。
表4 環(huán)境因子冗余分析(RDA)前6軸特征值
Table 4 Statistical characteristics of the 6 axes of the redundancy analysis (RDA) for the environmental factors
RDA軸流速含沙量流量下游水位上游水位pH值溶解氧透明度水溫10.887 10.454 70.868 0-0.210 10.859 7-0.309 4-0.136 1-0.366 60.244 820.265 60.515 90.291 10.211 10.211 9-0.651 3-0.637 6-0.781 30.680 43-0.214 8-0.511 7-0.230 0-0.732 4-0.335 9-0.361 8-0.434 4-0.100 80.354 54-0.115 6-0.116 9-0.030 4-0.405 6-0.074 3-0.120 70.094 9-0.126 60.004 250.046 7-0.395 10.045 80.251 00.091 8-0.181 9-0.396 2-0.032 80.231 060.126 20.150 90.074 90.038 00.118 40.107 9-0.034 3-0.174 10.078 5
魚類具有生態(tài)洄游的習性,且洄游具有很強的季節(jié)性。除了魚類自身的內(nèi)生動機外,月相、洪水、溫度、流速、流量和河流水位等環(huán)境因子對魚類的生殖、覓食洄游起著重要作用[26-27]。沃爾塔水庫觀測實驗結(jié)果表明魚類的活動積極性與水溫呈正相關(guān)[28]。在玻利維亞和阿根廷皮科馬約河,普拉滕鯪脂鯉(Prochilodusplatensis)在滿月的時候洄游數(shù)量顯著增加[29]。在東南亞湄公河,鯽(Cirrhinusauratus)、哈氏紋唇魚(Osteochilushasselti)等白魚洄游的數(shù)量受月相影響強烈。魚道過魚效果的季節(jié)差異主要是不同季節(jié)的環(huán)境因子如溫度、降雨量、月相等引起的[30]。有研究報道,在水廠壩魚道[20]、拉雷多(Lajeado)水壩魚道[22]、塞爾吉奧·莫塔(Sergio Motta)魚道[31]和伊泰普(Itaipu)大壩魚道[32]內(nèi)上溯的魚類種類、數(shù)量出現(xiàn)季節(jié)差異,在漲水季節(jié)通過魚道的個體數(shù)較高。通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)不同月份魚道魚類群落分為3個類群:11—12月為1個類群,這2個月水溫低且雨水少,魚道上游水位低,水體透明度高,連江含沙量低(圖1),魚類處于休眠狀態(tài),因而進入魚道的魚類種類和種群數(shù)量少;4—8月水溫升高,大量降雨使連江流量大、含沙量大,是魚類生殖洄游高峰期,另外漲水期水流會從上游帶來很多食物,大量的魚群會在魚道入口水域聚集,因而過魚效果較好。在監(jiān)測中發(fā)現(xiàn),在這幾月魚道捕獲的大眼鱖(Sinipercakneri)、鯉、鯽、鯪(Cirrhinamoitorella)、黃顙魚(Pelteobagrusfulvidraco)等均性成熟。1—3月和9—10月流量、水溫比11—12月有所提高,魚類活力增強,但與4—8月魚類繁殖高峰期相比,其通過魚道的種類和數(shù)量要少得多,因而這幾個月聚為1個類群。與2012年的監(jiān)測結(jié)果[23]比較,2012年過魚數(shù)量以3月最多,且3—4月聚為1個類群。2次監(jiān)測結(jié)果呈現(xiàn)的差別較小。2012年3月連江處于漲水期,因此該月魚道的魚類種類、數(shù)量高于2013年3月。另一方面,2012年魚道剛建成處于試運行調(diào)試期,運行無規(guī)律,魚類對魚道的適應(yīng)需要一個過程。
由于以往的魚道設(shè)計大多以某種或某幾種洄游性魚類為目標魚類,因而以往的評估重點放在過魚的種類和數(shù)量調(diào)查上[21-22],有關(guān)過魚效果與環(huán)境因子關(guān)系方面的研究報道很少。魚道的作用不應(yīng)僅限于保障魚類完成洄游,更應(yīng)該成為實現(xiàn)上下游物質(zhì)、能量與基因交流的重要通道[33]。魚道過魚效果除與其設(shè)計工藝有關(guān)外,還與魚類本身的生活習性及環(huán)境因子有關(guān)[30]。影響魚道過魚效果的主要生態(tài)環(huán)境因子有水溫、徑流、水位、流速等[34-35],此外還與水壩水輪,渦輪尾水的水路有關(guān)[36]。
該研究結(jié)果表明,影響西牛魚道過魚效果的主要環(huán)境因子為透明度、上游水位、流速、流量和水溫,與上游水位、流速、流量和水溫呈顯著正相關(guān),而與透明度呈顯著負相關(guān)。為了讓更多魚類進入魚道,魚道內(nèi)的水流流速必須大于入口處河流的速度[37],魚道入口的水位變化也會影響過魚效果[38]。譚細暢等[17]對長洲水利樞紐魚道監(jiān)測發(fā)現(xiàn),上游水位與過魚效果顯著正相關(guān)。LEE等[39]對艾斯·哈伯(Ice Harbor)魚道監(jiān)測結(jié)果表明,用網(wǎng)具在魚道出口收集到的魚類個體數(shù)與堰面水位呈正相關(guān)。張艷艷等[20]對流溪河水廠壩魚道的過魚效果監(jiān)測發(fā)現(xiàn),水位對魚道過魚效果影響很大,上游水位較低,進入魚道的魚類數(shù)量較低。魚道內(nèi)的水流流速與過魚效果呈正相關(guān),魚道的坡度和長度與過魚效果呈負相關(guān)[40]。STUART等[41]對澳大利亞一座魚道的研究表明,環(huán)境因子與過魚效果相關(guān),其中鹽度因子貢獻率占21%,流速占38%,表層水溫占11%。張艷艷等[20]研究也發(fā)現(xiàn)低水頭閘壩工程魚道過魚效果與流溪河生境獨特、魚類種類豐富以及水的流態(tài)有一定關(guān)系。水溫的升降變化直接影響著魚類的生命活動。HARO等[42]研究發(fā)現(xiàn)阿拉斯加Steeppass魚道水溫與過魚數(shù)量呈顯著正相關(guān)。隨著溫度升高,魚類通過魚道時間減少。在巴拉那河的一個魚道,當溫度大于25 ℃時,大部分魚類能通過魚道上溯,當溫度低于21 ℃時,洄游魚類數(shù)量大大減少[34]。CASTRO-SANTOS等[43]對七鰓鰻(Lampetrajaponicum)的研究發(fā)現(xiàn),隨著溫度的升高,魚道進入速率增加。JENSEN等[44]研究了溪流中魚的運動,發(fā)現(xiàn)在低溫條件下即使是很小的障礙物魚都很難通過。水體透明度越高,渾濁度越低,說明江河處于枯水期,這個時候往往是冬季,水體溫度低,魚類處于休眠期,因而魚道內(nèi)魚類群落與透明度呈負相關(guān)。
水壩建設(shè)阻礙了魚類洄游通道,對江河魚類多樣性造成巨大影響,魚道被認為是有效減緩水壩阻隔對魚類群落影響的手段之一。連江西牛魚道是華南地區(qū)首座加建在水壩主體的過魚通道,監(jiān)測發(fā)現(xiàn)共有41種魚類通過魚道上溯,魚類群落以銀鮈、樂山小鰾鮈、子陵吻鰕虎魚等小型魚類為優(yōu)勢種群,魚道不同季節(jié)過魚的種類和數(shù)量呈較大差別,過魚種類和數(shù)量以4—6月占優(yōu),過魚生物多樣性指數(shù)5月最高、11月最低;豐富度指數(shù)5月最高、12月最低,影響過魚效果的主要環(huán)境因子為流速、流量、上游水位和透明度。