劉春池,牛建功,張 濤,劉 鴻,蔡林鋼,王 麗,米乃瓦爾·木衣提

1 西北政法大學(xué),西安 710122

2 新疆維吾爾自治區(qū)水產(chǎn)科學(xué)研究所,烏魯木齊 830000

3 農(nóng)業(yè)部西北地區(qū)漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站,烏魯木齊 830000

伊犁河是我國(guó)與哈薩克斯坦共和國(guó)之間的國(guó)際河流,屬于中亞內(nèi)流河,位于新疆西部,發(fā)源于天山西部北坡山脈,在我國(guó)境內(nèi)全長(zhǎng)442km,平均年徑流量約為158.6×108m3。上游的特克斯河、喀什河以及鞏乃斯河是其三大支流,其中特克斯河是主源,它自西向東穿過昭蘇-特克斯盆地,沿途接納闊克蘇河、大吉爾尕郎河和小吉爾尕郎河水后轉(zhuǎn)向北,與鞏乃斯河匯合,始稱伊犁河。轉(zhuǎn)向西流后在雅馬渡與喀什河匯合,經(jīng)三道河河段出境,最終匯入巴爾喀什湖。我國(guó)境內(nèi)的伊犁河流域地勢(shì)由東向西傾斜,處于被南北天山山脈包圍的喇叭狀區(qū)域,僅向大西洋、地中海及巴爾喀什湖敞開。這一地理位置使得伊犁河河谷雨量較多,氣候溫和,水量充足,物產(chǎn)豐富[1]。

伊犁河原有魚類區(qū)系較為簡(jiǎn)單,整個(gè)伊犁河水系的土著魚類只有13種[1],多為冷水性魚類。20世紀(jì)初,原蘇聯(lián)漁業(yè)工作者為了提高漁產(chǎn)量,向伊犁河下游巴爾喀什湖及卡甫恰蓋水庫引入了大量歐洲水系的經(jīng)濟(jì)魚類,其中大多已經(jīng)擴(kuò)散到我國(guó)境內(nèi)[1]。20世紀(jì)60年代,伊犁地區(qū)發(fā)展?jié)O業(yè),引種家魚時(shí)一些野雜魚苗流入伊犁河流域[2—3]。Mamilov等人對(duì)伊犁河下游哈薩克斯坦共和國(guó)境內(nèi)的巴爾喀什湖長(zhǎng)達(dá)10年的監(jiān)測(cè)顯示,由于人為活動(dòng)而帶入的外來種種類數(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)超過土著種[4]。

伊犁河流域魚類資源的調(diào)查和研究起步于20世紀(jì)60年代后期,李思忠等人的調(diào)查表明,伊犁河土著魚類10種,移植種類有5種[5]。任慕蓮等對(duì)伊犁河流域魚類資源及漁業(yè)進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)查研究,表明我國(guó)伊犁河魚類共計(jì)32種,其中土著魚類10種[1]。到了21世紀(jì)初,一系列研究表明,由于人為活動(dòng)的影響,伊犁河魚類群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變,其中外來魚類移植、過度捕撈、水利水電樞紐工程建設(shè)和水體污染是引起伊犁河魚類群落結(jié)構(gòu)改變的重要原因[6—8]。

本研究擬對(duì)我國(guó)伊犁河流域魚類群落結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查,查明現(xiàn)階段伊犁河流域主要外來魚類,利用生態(tài)位模型對(duì)這些外來魚類在伊犁河流域的適生區(qū)域進(jìn)行估算,探討外來魚類對(duì)土著魚類的影響,為土著魚類資源保護(hù)提供對(duì)策。

1 研究方法

1.1 魚類資源調(diào)查

根據(jù)伊犁河流域的地理位置,選取6個(gè)采樣斷面(圖1)。斷面S1位于鞏乃斯河中游的新源縣河段,該河段平均河寬為20m,河道蜿蜒曲折,底質(zhì)以泥沙為主；斷面S2,位于特克斯河中上游昭蘇河段,該河段平均河寬為80m,河道平直,彎道較少,河道底質(zhì)卵石較多；斷面S3,位于特克斯河下游與鞏乃斯河匯合處,該河段平均河寬為180m,河道開闊,彎道較少,河道底質(zhì)卵石較多；斷面S4,位于喀什河中下游尼勒克河段,該河段平均河寬為46m,河道蜿蜒曲折,河道底質(zhì)為泥沙卵石。斷面S5,位于伊犁河干流雅瑪渡河段,該河段平均河寬為135m,河道開闊,兩岸為城鎮(zhèn)居民區(qū),河道底質(zhì)以泥沙為主,喀什河在該河段匯入,喀什河河水透明度高,干流河水渾濁,匯入口河水有一道明顯的清濁分界線。斷面S6,位于國(guó)境線附近的三道河河段,平均河寬為135m,河道平直,河道內(nèi)生有水生植物蘆葦,河道泥沙較大。

圖1 伊犁河(中國(guó)境內(nèi))魚類資源調(diào)查采樣斷面示意圖

魚類資源調(diào)查采取流動(dòng)調(diào)查和定點(diǎn)采樣相結(jié)合的方式。由于伊犁河上游支流河段地勢(shì)險(xiǎn)峻,人跡罕至,因此采取自主捕撈、雇用漁民捕撈的方式進(jìn)行流動(dòng)調(diào)查。捕撈漁具包括刺網(wǎng)、地籠和抬網(wǎng)等。走訪河流沿岸水產(chǎn)市場(chǎng)和餐館,補(bǔ)充部分日常采樣中無法采集到的種類。對(duì)采集到的所有魚類標(biāo)本當(dāng)場(chǎng)進(jìn)行種類鑒定,逐尾測(cè)量全長(zhǎng)、體長(zhǎng)和體重等生物學(xué)指標(biāo),并記錄漁具種類、漁具規(guī)格、捕撈時(shí)間和捕撈地點(diǎn)等基本信息。對(duì)于當(dāng)場(chǎng)鑒定到種類的魚類標(biāo)本,測(cè)量完相關(guān)生物學(xué)指標(biāo)之后,放歸到原采集地；對(duì)于當(dāng)場(chǎng)無法鑒定種類的魚類標(biāo)本,以10%福爾馬林溶液固定,帶回實(shí)驗(yàn)室鑒定。定點(diǎn)采樣調(diào)查主要采取固定地點(diǎn)對(duì)商業(yè)漁獲物進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的方式。統(tǒng)計(jì)方法以船次為抽樣單位,統(tǒng)計(jì)所有船次的整船漁獲物。逐尾測(cè)量全長(zhǎng)、體長(zhǎng)和體重等指標(biāo)。并記錄漁具種類、漁具規(guī)格、捕撈時(shí)間和捕撈地點(diǎn)等基本信息。對(duì)于當(dāng)場(chǎng)無法鑒定種類的魚類標(biāo)本,以10%福爾馬林溶液固定,帶回實(shí)驗(yàn)室鑒定。

1.2 資料搜集

外來魚類原產(chǎn)地資料數(shù)據(jù)獲取：查閱文獻(xiàn)、專著、書籍。

物種分布信息數(shù)據(jù)的獲取：①?gòu)奈墨I(xiàn)記錄中收集物種分布信息。②從物種分布信息數(shù)據(jù)庫查詢,Fishbase、GBIF、HerpNET、OBIS、REMIB以及SINGER等。③野外調(diào)查記錄數(shù)據(jù)。

環(huán)境變量數(shù)據(jù)的獲取：選取廣泛應(yīng)用于淡水生態(tài)系統(tǒng)研究的環(huán)境變量。數(shù)據(jù)可以在WorldClim網(wǎng)站(http://www.worldclim.org)查詢。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用以下多樣性特征進(jìn)行研究:

(1)相對(duì)重要性指數(shù)(IRI)：

IRI= (ni/N+wi/W)×fi；

IRI%=(IRI/∑IRI)100%

本研究選取IRI%大于10的種類為各采樣點(diǎn)優(yōu)勢(shì)種[3—6]。

(2)Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)：

H′=-∑(ni/N)ln(ni/N)

(3)Simpson多樣性指數(shù)：

D=1-∑(ni/N)2

(4)Bray-Curtis相似性指數(shù)：

式中,ni為第i種的個(gè)體數(shù),wi為第i種的總重量,N為所有漁獲種類的總個(gè)體數(shù),W為所有漁獲種類的總重量,fi為第i種出現(xiàn)的站數(shù)占總調(diào)查站數(shù)的百分比(即出現(xiàn)頻率)。Na和Nb分別為生境a和生境b魚類群落中各自的總個(gè)體數(shù),Nj為生境a和生境b魚類群落共有種中個(gè)體數(shù)量較小者之和。

(5)生態(tài)位模型分析

本研究應(yīng)用最大熵模型(Maximum Entropy,MaxEnt)對(duì)外來魚類在伊犁河流域的適宜分布區(qū)域進(jìn)行預(yù)測(cè)。最大熵模型依據(jù)物種分布數(shù)據(jù)和環(huán)境因子計(jì)算約束條件,認(rèn)為在此約束條件下熵最大時(shí)物種出現(xiàn)的概率分布與其實(shí)際分布最接近[9—11]。MaxEnt模型具有操作簡(jiǎn)單、預(yù)測(cè)精度高、運(yùn)算速度快等特點(diǎn),因此廣泛應(yīng)用于外來生物入侵以及方物種分布區(qū)預(yù)測(cè)、瀕危動(dòng)植物保護(hù)、傳染疾病的而風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)等方面的研究[12—18]。

本研究的數(shù)據(jù)的分析和處理使用Excel 2010、PRIMER 5.0軟件包(Plymouth Marine Laboratory,UK)、Past軟件以及ArcGIS軟件完成。

2 結(jié)果

2.1 伊犁河魚類種類組成

2012—2019年在伊犁河流域開展魚類資源調(diào)查,總共采集到2654尾魚類數(shù)據(jù),共計(jì)1345.4kg,分屬29種,其中鯉形目魚類共計(jì)18種,鱸形目6種,鲇形目2種,鱘形目、鮭形目和鳉形目各1種 (表1)。

表1 伊犁河流域魚類名錄

2.2 魚類群落結(jié)構(gòu)特征

對(duì)伊犁河流域各個(gè)斷面的群落多樣性進(jìn)行統(tǒng)計(jì),結(jié)果顯示,伊犁河流域魚類整體多樣性為2.21,豐富度為3.55,均勻度為0.66。對(duì)各個(gè)斷面的多樣性指數(shù)進(jìn)行比較,結(jié)果如圖2所示,S5斷面的多樣性、豐富度和均勻度是6個(gè)斷面中最高的。S4斷面的均勻度和多樣性最低,S1斷面的豐富度最低。

圖2 伊犁河流域魚類群落多樣性指數(shù)

利用Bray-Curtis相似性指數(shù)將伊犁河流域6個(gè)斷面的魚類群落進(jìn)行聚類,在相似性50%的基礎(chǔ)上,伊犁河流域魚類群落可以分為三大類,上游支流的4個(gè)采樣斷面聚為一類,S5斷面與S6斷面各自為一類(圖3)。伊犁河流域干流和支流的魚類群落結(jié)構(gòu)差異較大,利用非參數(shù)檢驗(yàn)對(duì)各個(gè)采樣斷面的魚類組成進(jìn)行分析,結(jié)果顯示各采樣斷面魚類種類和組成之無顯著性差異(P>0.05)。

圖3 伊犁河流域魚類群落聚類

2.3 優(yōu)勢(shì)種

表2 伊犁河流域各個(gè)采樣斷面魚類優(yōu)勢(shì)種

2.4 外來魚類的適生性研究

表3 生物氣候變量

利用受試者工作特征曲線(ROC, Receiver Operating characteristic Curve)來評(píng)價(jià)模型預(yù)測(cè)的精度。ROC曲線以假陽性率為橫坐標(biāo), 真陽性率為縱坐標(biāo)所形成的曲線,當(dāng) ROC 模型評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)結(jié)果時(shí),ROC曲線下面積越大,即 AUC(Area Under Curve)值越大,表示物種分布越偏離隨機(jī)分布,環(huán)境變量與模型的相關(guān)性越大,模型預(yù)測(cè)效果越好。由于AUC 值不受閾值影響,因此評(píng)價(jià)結(jié)果比較客觀。

利用生態(tài)位模型對(duì)鯉在伊犁河流域的適生性區(qū)域進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果顯示(圖4)紅色區(qū)域,其適生性最高,可以達(dá)到0.8以上。橙色區(qū)域可以達(dá)到0.6以上,黃色區(qū)域具有一定的適生性,在其余地方,其適生性較差。本研究在實(shí)際調(diào)查中獲取的鯉的分布數(shù)據(jù)顯示,鯉出現(xiàn)在雅瑪渡河段和三道河河段,這與生態(tài)位模型獲得的鯉的適生區(qū)域是吻合的。從圖4可以看出,黃色、橙色和紅色區(qū)域主要集中在雅瑪渡及下游河段。

根據(jù)生態(tài)位模型計(jì)算所得的鯽在伊犁河流域的適生性區(qū)域集中在伊犁河下游河段(圖4),適生性在0.38—0.68之間。鯽在伊犁河流域具有一定的適應(yīng)性,但適生性較低。

圖4 鯉、與鯽在伊犁河流域的適生區(qū)域

圖5 鯉、與鯽的 ROC 曲線

3 討論

3.1 伊犁河流域魚類群落結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

此次伊犁河魚類調(diào)查與歷史記載相比有改變。歷史記載中,伊犁河流域共有魚類32種[1],本研究中調(diào)查到魚類29種,種類數(shù)減少的同時(shí),魚類組成也發(fā)生了變化。歷史研究中的銀色裂腹魚、短頭鲃、銀鯽、鰱、北方泥鰍在本研究中未出現(xiàn)。歷史研究中未見的烏鱧與大口鲇在本研究中有捕獲,這兩種魚類均分布在下游地區(qū),可能是養(yǎng)殖魚類逃逸進(jìn)入伊犁河。土著魚類新疆高原鰍、斯氏高原鰍以及黑背高原鰍在歷史上的分布曾經(jīng)貫穿于我國(guó)伊犁河流域,土著魚類伊犁鱸主要分布在下游地區(qū),在本研究中顯示,這4種土著魚類的分布范圍有向上游遷移的趨勢(shì),其中伊犁鱸在下游未捕獲,這與其歷史記載的分布范圍相差較大。這些土著魚類喜生活于海拔高、水溫低、流速高、溶氧豐富的流水環(huán)境。外來魚類的生境搶占,人為活動(dòng)引起的水質(zhì)變化,捕撈等因素,都是土著魚類分布區(qū)域變化的主要原因。

3.2 伊犁河流域主要外來魚類的適生性

3.3 伊犁河流域土著魚類資源保護(hù)對(duì)策

因此,在外來魚類管理方面,應(yīng)關(guān)注外來魚類的生活史對(duì)策,進(jìn)一步研究外來魚類的入侵機(jī)制和誘因,考慮到鯽的入侵能力和實(shí)際擴(kuò)散能力,應(yīng)將其作為重點(diǎn)關(guān)注種類；對(duì)上游支流河段的生境進(jìn)行監(jiān)測(cè),關(guān)注氣候和水文變化,尤其是土著魚類產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)和越冬場(chǎng)的變化,盡可能減小人類活動(dòng)干擾；對(duì)伊犁河流域的魚類資源進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),關(guān)注魚類群落結(jié)構(gòu)變化,一旦發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取措施；增加對(duì)土著魚類的增殖放流；嚴(yán)格控制進(jìn)出口貿(mào)易和增殖放流時(shí)夾帶的外來魚類。以上這些措施對(duì)有效地維護(hù)伊犁河流域的生態(tài)安全具有十分重要的意義。