郭愛環(huán)，劉金殿，原居林，郝雅賓，辛建美，顧志敏

(浙江省淡水水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部淡水漁業(yè)健康養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江省淡水水產(chǎn)遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國水產(chǎn)科學(xué)研究院 東海水產(chǎn)研究所浙江研究中心，浙江 湖州 313001)

各地因飲水、用電、防洪等方面的需求修建了大量水庫，水庫的運(yùn)行顯著影響了水體環(huán)境。一方面，改變了水域原有的徑流特征，導(dǎo)致水體稀釋降解污染物的能力降低；另一方面由于淹沒區(qū)及周邊營養(yǎng)物質(zhì)的匯集，使得水體營養(yǎng)水平急劇升高，易導(dǎo)致水華爆發(fā)以及水環(huán)境惡化，進(jìn)而威脅用水安全。濾食性和碎屑性魚類通過濾食浮游生物和有機(jī)碎屑，能吸收水體中的營養(yǎng)物質(zhì)，有效降低水體的營養(yǎng)水平[1-2]，因此，可通過一些魚類的增殖放流，達(dá)到治理水環(huán)境的目的。為科學(xué)規(guī)劃增殖放流與有效實(shí)現(xiàn)水環(huán)境治理，需對增殖放流后水庫魚類資源量的動態(tài)變化進(jìn)行評估。

基于水聲學(xué)的漁業(yè)資源量評估與傳統(tǒng)調(diào)查相比，具有快速、準(zhǔn)確、覆蓋面大、預(yù)報及時且不破壞魚類資源等諸多優(yōu)點(diǎn)，已成為研究魚類資源量和時空動態(tài)的重要手段[3]。近年來，國內(nèi)外應(yīng)用水聲學(xué)方法在海洋[4]、湖泊[5-6]、水庫[7-8]和江河[9-10]等不同水域進(jìn)行了魚類資源評估研究。如孫明波等[6]采用水聲學(xué)的方法對太湖魚類資源進(jìn)行生態(tài)監(jiān)測；張贊等[7]使用分裂波束科學(xué)魚探儀對大伙房水庫魚類密度的季節(jié)變動和漁業(yè)資源現(xiàn)存量進(jìn)行調(diào)查；Riley等[8]在加拿大曼尼托巴省的寒帶水庫進(jìn)行水聲學(xué)研究，驗(yàn)證基于魚類個體大小的水聲學(xué)調(diào)查方法適用于魚類資源量的動態(tài)評估。但現(xiàn)有研究很少將水聲學(xué)探測方法應(yīng)用到增殖放流的效果評估中。

老虎潭水庫(E 119°56′31.45″，N 30°40′10.12″)位于浙江省湖州市東苕溪支流埭溪上，總庫容為9.966×107m3。平均水深為17.3 m，最深約為28.96 m，是湖州市最主要的飲用水水源地，承擔(dān)著80余萬人的供水功能[11]。水庫集雨面積110 km2，人口約1.6萬。生活污水、農(nóng)業(yè)面源污染、徑流動力學(xué)特征改變等因素均直接增加了老虎潭水庫富營養(yǎng)化的可能，使水庫水質(zhì)管理工作面臨巨大的壓力[12]。自2011年起，水庫通過增殖放流濾食性魚類[鰱魚(Hypophthalmichthysmolitrix)、鳙魚(Aristichthysnobilis)]和碎屑性魚類[黃尾鲴(Xenocyprisdavidi)]來有效抑制水體富營養(yǎng)化加劇，控制藻類的異常增殖。本研究通過水聲學(xué)方法對老虎潭水庫當(dāng)年增殖放流完成后(夏季)和當(dāng)年漁獲期(冬季)的漁業(yè)資源進(jìn)行探測，評估增殖放流后老虎潭水庫魚類資源的動態(tài)變化，以及增殖放流對水庫水體的凈化效果，為水庫增殖放流提供科學(xué)指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)水庫漁業(yè)資源與水環(huán)境治理的共同健康發(fā)展。

1 材料與方法

1.1 水聲學(xué)調(diào)查

使用BioSonics DT-X 科學(xué)回聲探測儀，在2015年增殖放流完成后和冬季漁獲期(8月和12月)選擇天氣狀況穩(wěn)定晴好的上午時間，對老虎潭水庫進(jìn)行漁業(yè)資源的水聲學(xué)探測。采用走航式垂直探測的方式，即將換能器用鐵架固定于船舷，入水0.5 m，垂直于船體進(jìn)行“之”字形航線探測。探測航速約為10 km/h。同時利用Visual Acquistion軟件和GPS(Garmin，17×HVS)同步進(jìn)行水聲學(xué)數(shù)據(jù)和位置數(shù)據(jù)的采集存儲。采集過程中換能器脈沖頻率設(shè)置為4 pps，脈沖寬度為0.5 ms，回波信號采集閾值為-130 dB。探測區(qū)域及探測路線見圖1。

圖1 老虎潭水庫的水聲學(xué)探測路線

1.2 數(shù)據(jù)處理分析和GIS建模

通過Visual Analyzer 4.1分析軟件對獲取的聲學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采用單目標(biāo)分析方法對水體魚類目標(biāo)信號個數(shù)進(jìn)行分析，每500個脈沖作為一個分析單元，分析結(jié)果包括魚類目標(biāo)回聲強(qiáng)度值、單位面積魚類個體數(shù)量(尾/m2)、單位體積魚類個體數(shù)量(尾/m3)、單元起始坐標(biāo)、單元識別結(jié)果、單元平均水深和每個單元的中心脈沖坐標(biāo)[5]。具體分析處理參數(shù)設(shè)置見表1。

表1 Visual Anzlyzer 4.1數(shù)據(jù)分析參數(shù)設(shè)置

采用ArcGIS10.0軟件，運(yùn)用反距離插值法進(jìn)行運(yùn)算將分析計(jì)算出的單位面積魚類個體數(shù)量、單元中心坐標(biāo)GPS數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS平臺，進(jìn)行魚類資源分布的建模，獲取魚類密度水平分布圖。

在對老虎潭水庫進(jìn)行季節(jié)性魚類的目標(biāo)強(qiáng)度值和漁業(yè)資源密度差異比較時，所進(jìn)行的數(shù)據(jù)描述性分析、正態(tài)性檢驗(yàn)、非參數(shù)分析均使用SPSS 17.0軟件。

1.3 魚類長度和資源量估算

參照Foote[13]提出的有鰾魚類經(jīng)驗(yàn)公式對魚類長度進(jìn)行初步估算：

TS=20lgL-71.9

(1)

式中，TS為魚類的目標(biāo)強(qiáng)度(dB)，L為目標(biāo)魚類的體長(cm)。

資源質(zhì)量利用體長與體質(zhì)量的擬合關(guān)系式進(jìn)行換算，采用鰱魚體長—體質(zhì)量經(jīng)驗(yàn)公式為[14]：

m=0.0052L3.118

(2)

式中，m表示體質(zhì)量(kg)；L為標(biāo)準(zhǔn)體長(cm)。

參考唐啟升等[15]的方法，即先單獨(dú)計(jì)算每一采樣單元魚類密度，求出全庫區(qū)平均密度。然后利用公式計(jì)算老虎潭魚類的資源量：

(3)

1.4 魚類資源調(diào)查

利用三層刺網(wǎng)(10、8、5、3 cm)和地籠網(wǎng)采集魚類樣本，每次采集時間為24 h。對采集的漁獲物進(jìn)行種類鑒定，具體分類方法參照《浙江動物志 淡水魚類》[16]，后對魚體進(jìn)行體長(精確至0.1 cm)、全長(精確至0.1 cm)和體質(zhì)量(精確至0.1 g)的測量[17]。

1.5 魚類相對重要性指數(shù)(IRI)計(jì)算[18]

IRI=(m+n)F

(4)

式中，m為某一種群的生物量占全部生物量的百分比，n為該種群的豐度占全部豐度的百分比，F(xiàn)為該種群的出現(xiàn)頻率。

2 結(jié)果與分析

2.1 魚類種類組成及比例

2.2 聲學(xué)探測的魚類目標(biāo)強(qiáng)度

探測結(jié)果表明，漁獲期(冬季)魚類目標(biāo)強(qiáng)度顯著高于增殖放流完成后(夏季)魚類目標(biāo)強(qiáng)度(df=16，P<0.001)。2015年增殖放流完成后(夏季)水聲學(xué)探測的魚類目標(biāo)強(qiáng)度(-60 dB～-25 dB)均值為(-51.76±3.37) dB，峰值范圍為(-54～-48) dB，魚類目標(biāo)強(qiáng)度在(-56～-48) dB魚類個體所占的比例為65%；漁獲期(冬季)魚類目標(biāo)強(qiáng)度均值為(-45.058±4.26) dB，峰值范圍為(-48～-42) dB，魚類目標(biāo)強(qiáng)度在(-56～-48) dB范圍魚類個體所占的比例為33.1%(圖2)。

表2 老虎潭水庫魚類組成及生態(tài)類型

圖2 老虎潭水庫不同季節(jié)魚體目標(biāo)強(qiáng)度分布

2.3 魚類空間分布與季節(jié)變化

在垂直空間上，夏季魚類主要集中在水深5～15 m的區(qū)域，其中10 m水深的魚類密度最高(圖3a)；冬季魚類主要分布在水深10～20 m的位置，其中15 m水深的魚類密度最高(圖3b)。

在水平空間上，夏冬兩季魚類主要分布區(qū)域大致相同，魚類呈不均勻分布。魚類密度最高區(qū)域?yàn)樗畮斓淖畋倍?、南段以及水庫中心區(qū)，夏季魚類分布區(qū)域范圍大于冬季魚類分布范圍(圖4)。

漁獲期(冬季)魚類密度顯著低于增殖放流完成后(夏季)魚類密度(P<0.001)。夏季魚類密度為0 ～5.15 尾/m2，平均密度為(0.189 ± 0.58)尾/m2；冬季魚類密度為0 ～10.09 尾/m2，平均密度為(0.095 ± 0.507)尾/m2。

圖3 老虎潭水庫夏季和冬季魚類密度與水深的關(guān)系a為夏季，b為冬季.

2.4 魚類資源量與增殖放流凈水效果

根據(jù)1.3有鰾魚類經(jīng)驗(yàn)公式[公式(1)]和鰱魚體長—體質(zhì)量經(jīng)驗(yàn)公式[公式(2)]計(jì)算結(jié)果表明，增殖放流完成后(夏季)庫區(qū)魚類的個體平均質(zhì)量為7.9 g，而漁獲期(冬季)庫區(qū)魚類的個體平均質(zhì)量為89.76 g。

圖4 老虎潭水庫魚類密度水平分布

老虎潭水體總體積為7.207×107m3，結(jié)合魚類密度結(jié)果可知老虎潭庫區(qū)夏季魚類的總尾數(shù)為1.297×106尾，冬季魚類的總尾數(shù)約為4.8×105尾，根據(jù)1.3公式(3)，增殖放流完成后(夏季)庫區(qū)的資源量約為10 246 kg，而至漁獲期(冬季)時魚類資源量約為43 085 kg。老虎潭水庫的魚類資源量從夏季到冬季增長了32 839 kg。根據(jù)賈成霞等[19]研究中提出的北京地區(qū)增殖放流品種—鰱從水體中平均去除的碳、氮、磷量分別為102.90、31.40、5.51 g/kg (濕質(zhì)量)進(jìn)行推算，老虎潭水庫魚類在一年中相當(dāng)于從水體中分別轉(zhuǎn)移出碳、氮、磷的凈含量為3.379×103、1.031×103、1.81×102kg。其中，2015年夏季，老虎潭水庫魚類增殖放流種類和數(shù)量分別為鰱魚1.5×105尾、鳙魚2.5×105尾，鯉魚1.0×105尾，放流規(guī)模占夏季魚類總數(shù)量約40%，若將其凈化貢獻(xiàn)率亦按40%計(jì)算，則該規(guī)模的魚類增殖放流為老虎潭水庫水體至少減少了碳1.351×103kg、氮0.412×103kg和磷0.072×103kg。

3 討 論

3.1 魚類資源的空間分布

魚類自身的生活習(xí)性是影響魚類垂直分布的重要因素。魚類資源調(diào)查顯示，老虎潭水庫魚類資源的主要優(yōu)勢種為增殖放流品種鰱魚、鳙魚。已有研究認(rèn)為，鰱魚、鳙魚主要分布于10 m附近的水層而較大個體則分布在相對較深的水層[7]。此次聲學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示，庫區(qū)魚類在5 ～30 m的水深均有分布，且主要集中于10～15 m水深范圍內(nèi)。聲學(xué)調(diào)查結(jié)果與傳統(tǒng)資源調(diào)查結(jié)果得到了相互印證。

此外，影響魚類垂直分布的其他因素有水溫、溶氧和餌料等[20-21]。三峽水庫香溪河魚類密度垂直分布研究認(rèn)為，浮游生物的垂直分布是影響魚類垂直分布的重要因素[10]。對于影響老虎潭水庫魚類密度垂直分布的主要環(huán)境因素還需要進(jìn)一步的研究。

餌料資源和庫區(qū)水深是影響魚類水平分布的重要因素。結(jié)果顯示，水庫北部、西部和南部魚類密度較高，而東部魚類密度較低。這是由于北部、西部和南部沿岸均有人類居住，生活污水的排放一方面會直接帶來餌料資源，另一方面導(dǎo)致水體營養(yǎng)水平升高，使得浮游動植物數(shù)量增加[9]，為魚類覓食提供了有利條件；而水庫其他區(qū)域的餌料資源則相對匱乏。此外，在水庫北部、西部和南部水深較淺，但在水庫東部水深超過20 m(圖5)，深水區(qū)鮮有魚類分布。這與魚類的密度與水深呈負(fù)相關(guān)的觀點(diǎn)相符合[22]。

3.2 魚類資源的季節(jié)動態(tài)變化

在本研究中，冬季魚類主要在10～20 m水深分布，其中15 m水深位置密度最高。魚類垂直密度的季節(jié)變化與鰱魚、鳙魚種群的生態(tài)習(xí)性吻合。冬季鰱魚、鳙魚種群在水體的中下層成群分布，行動緩慢[23]。

圖5 老虎潭水庫水深分布

漁獲期(冬季)魚類在庫區(qū)的分布范圍小于增殖放流后(夏季)魚類分布范圍。一方面，冬季隨著水溫的降低，鰱魚、鳙魚出現(xiàn)團(tuán)聚模式；另一方面，冬季溫度較低，浮游生物生長緩慢，冬季魚類餌料在庫區(qū)的分布范圍比夏季小。

漁獲期(冬季)魚類個體大小顯著大于增殖放流后(夏季)魚類個體。一方面由于增殖放流大量投放體長2～3 cm的魚苗，導(dǎo)致魚類個體的平均體長較??；另一方面，放流魚苗經(jīng)一段時間的生長，到漁獲期(冬季)時個體增大，探測到的魚類個體大小會明顯變大。

漁獲期(冬季)魚類數(shù)量顯著低于增殖放流后(夏季)魚類數(shù)量。夏季開展的水聲學(xué)探測是在老虎潭水庫剛完成鰱魚、鳙魚等魚苗增殖放流活動后進(jìn)行的，增殖放流活動直接導(dǎo)致了水庫的魚類密度增加。放流后的魚苗(體長2～3 cm)會受到捕食者(例如水庫中存在的鲇魚、翹嘴鲌、烏鱧等)以及自身存活條件的影響，數(shù)量會逐漸下降。此外，冬季隨著水溫的降低，鰱魚、鳙魚出現(xiàn)團(tuán)聚模式，因魚探儀設(shè)置分辨率等因素，過大的魚群密度會導(dǎo)致單體目標(biāo)檢測數(shù)量過少而產(chǎn)生采樣偏差[24]。

水聲學(xué)探測能較準(zhǔn)確獲得水域魚類密度，卻難以判定魚類的種類。因此，在進(jìn)行魚類資源量評估時需結(jié)合其他方法，科學(xué)評估魚類資源量變化。本研究采用水聲學(xué)探測和漁獲物調(diào)查結(jié)合的方式對魚類資源動態(tài)進(jìn)行了分析。漁獲物調(diào)查的結(jié)果表明，老虎潭水庫鰱魚、鳙魚在漁獲物的質(zhì)量和數(shù)量上都具有優(yōu)勢，是該水庫的絕對優(yōu)勢種。結(jié)合水聲學(xué)結(jié)果，采用鰱魚的體長—體質(zhì)量經(jīng)驗(yàn)公式，就能較合理準(zhǔn)確評估該水庫的漁業(yè)資源量變化，從增殖放流后(夏季)的10 246 kg到漁獲期(冬季)增長為43 085 kg。該結(jié)果表明增殖放流后水庫的漁業(yè)資源量在當(dāng)年取得了明顯增長。

3.3 魚類增殖放流的凈水效果評價及建議

魚類增殖放流有效地消耗了水域中的營養(yǎng)物，起到了凈化水體的作用。通過分析魚類資源量的動態(tài)變化發(fā)現(xiàn)，夏季魚類的平均體質(zhì)量為7.9 g，冬季魚類的平均體質(zhì)量增至89.76 g，冬季的魚類資源量是夏季的4倍。魚類個體大小顯著增長，庫區(qū)魚類資源總量顯著增加。通過對比文獻(xiàn)報道的鰱魚、鳙魚生長特性，發(fā)現(xiàn)老虎潭水庫冬季魚類平均體質(zhì)量約為1齡鰱魚、鳙魚的體質(zhì)量，而1～2齡的鰱魚、鳙魚的生長速率遠(yuǎn)快于其他年齡階段?？焖俚厣L速率亦有助于大量獲取水體中的營養(yǎng)物。已有研究認(rèn)為餌料生物的保障率和利用率是魚類生長速度的主要制約因素[25-26]，而本研究中老虎潭水庫魚類的生長速度快，表明水庫餌料供應(yīng)充足，尚未對鰱魚、鳙魚的生長速率造成制約。此次魚類增殖放流數(shù)量未超出水庫的容納量，其凈水效果仍可通過增加放流魚體的數(shù)量來提高，具體增殖放流的數(shù)量需要進(jìn)一步開展研究。

作為一項(xiàng)控制水體富營養(yǎng)化的生物手段，鰱魚、鳙魚應(yīng)在其增殖放流后選擇恰當(dāng)時機(jī)進(jìn)行捕撈。魚類生長速率越快，對營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)移效率越高，通常0～2齡的個體生長速率最快[25]，而高齡個體對水體中營養(yǎng)物種的轉(zhuǎn)移作用很小。通過對大個體魚類的捕撈，一方面能加速減少水體中的營養(yǎng)物質(zhì)累積，另一方面可將成體鰱魚、鳙魚轉(zhuǎn)換為商品提高經(jīng)濟(jì)收入，進(jìn)而反饋魚類的增殖放流活動。

根據(jù)水體富營養(yǎng)化情況，合理選擇增殖放流區(qū)域。本研究中發(fā)現(xiàn)，魚類個體多集中于人類活動較多的水域。這些水域通常富營養(yǎng)化水平較高，水體中具有較高的營養(yǎng)物質(zhì)，能提供魚類生長所需的餌料。因此，應(yīng)選擇在富營養(yǎng)化水體水域進(jìn)行放流，一方面可為放流個體快速提供餌料，提高放流存活率；另一方面可直接減輕水體富營養(yǎng)化。

總體上看，老虎潭水庫作為湖州市重要的飲用水源地之一，其水質(zhì)狀況對周邊居民的飲用水安全具有重要作用，其漁業(yè)功能具有維持水庫生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定和潔水保水的作用。了解庫區(qū)魚類的時空動態(tài)變化、評估漁業(yè)資源量和凈水效果，對于發(fā)展庫區(qū)的節(jié)水保水漁業(yè)具有重要意義，也對增殖放流工作提供技術(shù)指導(dǎo)。為促進(jìn)放流魚類的生長有效凈化水體，在魚類生長期可在庫區(qū)魚類密度較高的區(qū)域，加強(qiáng)監(jiān)管禁止捕撈，進(jìn)行針對性管理(如在岸邊設(shè)立警示牌等)；而在冬季，可對鰱魚、鳙魚成體進(jìn)行捕撈，加速水體中營養(yǎng)物質(zhì)的清除。此外，應(yīng)對庫區(qū)魚類資源進(jìn)行常年監(jiān)測，以指導(dǎo)制定合理的放流和捕撈策略。

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