王慧博,宋聃,王樂,都雪,黃曉麗,趙晨,霍堂斌
(中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黑龍江流域漁業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,黑龍江 哈爾濱 150070)
關(guān)鍵字:水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū);水生生物;群落結(jié)構(gòu);生物多樣性
2014 年經(jīng)農(nóng)業(yè)部批準(zhǔn)建立了紅旗河馬蘇大麻哈魚陸封型國家級(jí)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護(hù)區(qū)(以下簡稱紅旗河保護(hù)區(qū))。該保護(hù)區(qū)是我國高緯度寒溫帶國家級(jí)特有魚類保護(hù)區(qū),具有比較完整的獨(dú)特高寒生態(tài)系統(tǒng)和極強(qiáng)的代表性、典型性。紅旗河保護(hù)區(qū)地處延邊朝鮮族自治州和龍市境內(nèi),保護(hù)區(qū)范圍包括圖們江上游支流紅旗河及其支流大馬鹿河,地理坐標(biāo)范圍在東經(jīng)128°29'11"~128°58'59",北緯42°03'46"~42°26'07"之間。保護(hù)區(qū)主要保護(hù)對(duì)象為馬蘇大麻哈魚Oncorhynchus masou、花羔紅點(diǎn)鮭Salvelinus malma 和細(xì)鱗鮭Brachymystax lenok。紅旗河發(fā)源于吉林省和龍市龍城鎮(zhèn)西部甑峰山西麓,是圖們江上游中國側(cè)較大的支流,為山澗溪流性季節(jié)性冰封河流,流經(jīng)地域主要為林區(qū),流域植被覆蓋率高。紅旗河流速較快,水較淺,河道平均比降5‰,底質(zhì)以巨石、卵石和石礫為主。紅旗河保護(hù)區(qū)是多種珍稀冷水性魚類的重要聚居區(qū)[1]。
水生生物是水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,具有維系自然界物質(zhì)循環(huán)、能量流動(dòng)、凈化生態(tài)環(huán)境等功能。水生生物的種類組成、豐度和生物量的變化通過食物鏈影響環(huán)境中的其他組成元素及整個(gè)水域生態(tài)系統(tǒng),在維護(hù)生物多樣性、保持生態(tài)平衡中發(fā)揮重要作用[2]。紅旗河流域水生生物相關(guān)研究極少,目前僅本團(tuán)隊(duì)對(duì)紅旗河大型底棲動(dòng)物進(jìn)行了研究,浮游生物和魚類資源研究皆為空白。隨著流域內(nèi)人類活動(dòng)影響日益加劇,保護(hù)區(qū)水資源和生態(tài)現(xiàn)狀越來越受到國家及當(dāng)?shù)貪O政管理部門和環(huán)保部門的重視。本項(xiàng)目通過系統(tǒng)調(diào)查和分析紅旗河保護(hù)區(qū)水生生物資源及群落特征,填補(bǔ)了保護(hù)區(qū)水生生物資源研究的空白,并為保護(hù)區(qū)水環(huán)境及水生生物資源保護(hù)與合理利用及資源保護(hù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
2018 年7 月根據(jù)規(guī)劃區(qū)生境特點(diǎn)共設(shè)置14 個(gè)采樣點(diǎn)(圖1),調(diào)查了紅旗河保護(hù)區(qū)水生生物資源。紅旗河流域5#~14#采樣點(diǎn)位于紅旗河干流河段上,其中5#~7#采樣點(diǎn)為上游,8#~11#采樣點(diǎn)為中游,12#~13#采樣點(diǎn)為下游;1#~4#采樣點(diǎn)位于紅旗河一級(jí)支流大馬鹿河河段上。從紅旗河保護(hù)區(qū)功能規(guī)劃來看,5#采樣點(diǎn)位于保護(hù)區(qū)實(shí)驗(yàn)區(qū),6#采樣點(diǎn)位于核心區(qū)與實(shí)驗(yàn)區(qū)交界處,其余采樣點(diǎn)位于保護(hù)區(qū)核心區(qū)上。浮游生物和底棲動(dòng)物采樣點(diǎn)為1#~14#,魚類采樣點(diǎn)分別為4#、7#、8#、10#和14#。
用5 L 有機(jī)玻璃采水器在各采樣點(diǎn)分別采集2個(gè)水樣,等量混合得到1 L 混合水樣。樣品用魯哥氏碘液固定、染色,帶回實(shí)驗(yàn)室內(nèi),經(jīng)48 h 沉淀后,吸出上清液,留存30 mL 濃縮液用于浮游植物鑒定、計(jì)數(shù)。浮游動(dòng)物中原生動(dòng)物、輪蟲等小型浮游動(dòng)物采樣方法同浮游植物;枝角類和橈足類用5 L 有機(jī)玻璃采水器在各采樣點(diǎn)采集20 L 混合水樣,之后用13 號(hào)浮游生物網(wǎng)過濾,經(jīng)5%的甲醛溶液固定后,沉淀得到30 mL 濃縮液用于鑒定。底棲動(dòng)物采用刷石法,在淺水處石塊上取樣,測量石塊的附著面積進(jìn)行定量計(jì)算;定性樣品使用D 型網(wǎng)在沿岸水草豐茂處采集,同時(shí)在河岸和潛水處拾取軟體動(dòng)物,采集到的樣品先用4%的甲醛溶液固定后,移入75%的酒精溶液中保存、鑒定、計(jì)數(shù)。采用掛網(wǎng)(網(wǎng)長1.5 m×50 m,網(wǎng)目3 cm)和地籠(0.5 m×0.5 m×15 m)采集到的魚類樣本現(xiàn)場鑒定種類,并測量記錄體長、體質(zhì)量、尾數(shù)等數(shù)據(jù),用10%的甲醛溶液固定。
浮游植物種類鑒定參照《中國淡水藻類——系統(tǒng)、分類及生態(tài)》;浮游動(dòng)物中原生動(dòng)物種類鑒定參照《微型生物監(jiān)測新技術(shù)》[3],輪蟲種類鑒定參照《中國淡水輪蟲志》[4],枝角類種類鑒定參照《中國動(dòng)物志》(淡水枝角類)[5],橈足類種類鑒定參照《中國動(dòng)物志》(淡水橈足類)[6];底棲動(dòng)物種類鑒定參照《中國小蚓科研究》、《水生昆蟲學(xué)》、《遼河流域底棲動(dòng)物監(jiān)測》[7-9];魚類種類鑒定參照《中國動(dòng)物志》(硬骨魚綱鯉形目中卷)、《中國淡水魚類檢索表》和《黑龍江省魚類志》[10-12]。
1.3.1 優(yōu)勢種
采用優(yōu)勢度公式(Y)計(jì)算浮游生物優(yōu)勢種:Y=fi×Pi。式中,fi為第i 種物種的出現(xiàn)頻率;Pi為第i種物種個(gè)體數(shù)量占總個(gè)體數(shù)量的比例。將Y>0.02的物種定為優(yōu)勢種[13]。
采用相對(duì)重要性指數(shù)(IRI)計(jì)算底棲動(dòng)物和魚類優(yōu)勢種:IRI=(W+N)×F。
式中:W 為相對(duì)生物量,即某一物種的生物量占底棲動(dòng)物(魚類)總生物量的百分比;N 為相對(duì)豐度,即該物種的豐度占底棲動(dòng)物(魚類)總豐度的百分比;F 為該物種出現(xiàn)的頻率。將IRI>1 000 的物種定為優(yōu)勢種;100~1 000 的物種為重要種;10~100 的物種為常見種;<10 的物種為少見種[14,15]。
1.3.2 多樣性指數(shù)
選取Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)、Pielou 均勻度指數(shù)和Simpson 指數(shù),研究水生生物群落物種的多樣性,公式分別為:
式中,S 為物種總數(shù);Pi為i 物種的個(gè)體數(shù)占總個(gè)體數(shù)的比例;ni為i 物種的個(gè)體數(shù);N 為所有物種的個(gè)體總數(shù)。
紅旗河保護(hù)區(qū)浮游植物群落組成中硅藻為絕對(duì)優(yōu)勢種群,浮游植物群落結(jié)構(gòu)為硅藻-綠藻型。在紅旗河保護(hù)區(qū)14 個(gè)采樣點(diǎn)共鑒定出浮游植物6門15 屬39 種及變種,其中硅藻門16 屬25 種,種數(shù)最多,占種類總數(shù)的64.1%;綠藻門次之,6 屬8種,占20.5%;裸藻門和藍(lán)藻門都為2 屬2 種,占5.1%;隱藻門和甲藻門都為1 屬1 種,各占2.6%(圖2-a)。
紅旗河保護(hù)區(qū)浮游動(dòng)物鑒定到的種類較少,展現(xiàn)出流速較快的北方河流水體浮游動(dòng)物的群落特征。共鑒定出浮游動(dòng)物8 屬10 種,其中原生動(dòng)物和輪蟲均為3 屬3 種,枝角類2 屬3 種。這3 種類群分別占浮游動(dòng)物種類總數(shù)的30.0%;撓足類僅發(fā)現(xiàn)橈足幼體,占種類總數(shù)的10.0%(圖2-b)。
共鑒定出底棲動(dòng)物10 目28 科61 種,其中水生昆蟲7 目24 科57 種,種數(shù)最多,占種類總數(shù)的93.44%,均為耐污染能力較差的種類。甲殼動(dòng)物2目2 科2 種,占種類總數(shù)3.28%;軟體動(dòng)物和扁形動(dòng)物都為1 目1 科1 種,分別占種類總數(shù)1.64%(圖2-c)。
調(diào)查期間,紅旗河保護(hù)區(qū)共采集到魚類4 目6科22 種,其中鯉科魚類最多為11 科,占50.00%,鰍科、鮭科和七鰓鰻科分別為4 種、3 種和2 種,分別占18.18%、13.64%和9.09%,塘鱧科和虎魚科均為1 種,均占4.55%(圖2-d)。
根據(jù)浮游生物出現(xiàn)的頻率和豐度,以優(yōu)勢度Y>0.02 為界來確定優(yōu)勢種。紅旗河保護(hù)區(qū)浮游植物優(yōu)勢種的優(yōu)勢度在0.04~0.15 之間,優(yōu)勢種均為硅藻門種類;浮游動(dòng)物優(yōu)勢種的優(yōu)勢度在0.03~0.09之間,優(yōu)勢種主要為原生動(dòng)物和橈足幼體(表2)。
表2 紅旗河保護(hù)區(qū)浮游生物優(yōu)勢種Tab.2 Dominant species of the plankton in Landlocked Masu Salmon Oncorhynchus masou National Aquatic Germplasm Resources Conservation Zone in Hongqi River
根據(jù)底棲動(dòng)物和魚類相對(duì)重要指數(shù)判斷紅旗河底棲動(dòng)物和魚類優(yōu)勢種。保護(hù)區(qū)底棲動(dòng)物優(yōu)勢種均為水生昆蟲種類,水生昆蟲占絕對(duì)優(yōu)勢;保護(hù)區(qū)魚類中的北方須鰍Noemacheilus nudus 相對(duì)重要指數(shù)最高,其次是鯉科魚類種類占較大優(yōu)勢(表3)。
表3 紅旗河保護(hù)區(qū)底棲動(dòng)物和魚類優(yōu)勢種Tab.3 Dominant species of zoobenthos and the fish in Landlocked Masu Salmon Oncorhynchus masou National Aquatic Germplasm Resources Conservation Zone in Hongqi River
紅旗河保護(hù)區(qū)浮游植物的總平均豐度為61.42×104ind./L,總平均生物量為0.6278 mg/L,其中硅藻門的平均豐度和生物量均最高,分別為48.47×104ind./L 和0.4619 mg/L,綠藻門次之,分別為7.18×104ind./L 和0.0716 mg/L,隱藻門平均豐度最低,為0.77×104ind./L,藍(lán)藻門的平均生物量最低0.0063 mg/L。各采樣點(diǎn)采集到的浮游植物豐度和生物量的水平分布情況見圖3-a,其中紅旗河上游浮游植物豐度和生物量較低,中下游較高。
紅旗河保護(hù)區(qū)浮游動(dòng)物豐度和生物量均較低,總平均豐度為2.86 ind./L,總平均生物量為0.0157 mg/L。其中原生動(dòng)物的平均豐度最高2.17 ind./L,橈足類最低0.27 ind./L。生物量則相反,橈足類平均生物量最高0.0133 mg/L,原生動(dòng)物最低0.0001 mg/L。各采樣點(diǎn)浮游動(dòng)物豐度和生物量的水平分布表明(圖3-b),紅旗河下游靠近圖們江水域浮游動(dòng)物資源量高于其他干流采樣點(diǎn)。雖然大馬鹿河支流水域豐度較高,但生物量相比干流下游水域同樣較低。
紅旗河保護(hù)區(qū)底棲動(dòng)物總平均豐度為67.71 ind./m2,總平均生物量為4.81 g/m2。其中水生昆蟲的平均豐度和生物量最高,分別為64.81 ind./m2和4.60 g/m2,軟體動(dòng)物平均豐度最低0.36 ind./m2,扁形動(dòng)物平均生物量最低0.0016 g/m2。紅旗河中游底棲動(dòng)物豐度和生物量相比均較高(圖3-c)。大馬鹿河支流底棲動(dòng)物豐度和生物量相比紅旗河干流均較低。
調(diào)查期間共采集魚類818 尾,共計(jì)16 844.3 g,其中鯉科魚類和鰍科魚類占較大比例。各采樣點(diǎn)采集到的魚類尾數(shù)和體質(zhì)量水平分布見圖3-d。紅旗河保護(hù)區(qū)下游靠近圖們江水域采集到的魚類種類較多,資源量較高。
每個(gè)采樣點(diǎn)各類水生生物的三種多樣性指數(shù)值見表4。三種多樣性指數(shù)分析結(jié)果一致,均為浮游植物的三種多樣性指數(shù)較高,其次是底棲動(dòng)物,表明紅旗河保護(hù)區(qū)浮游植物和底棲動(dòng)物物種多樣性較好。魚類Shannon-Wiener 指數(shù)低于浮游植物和底棲動(dòng)物群落,Pielou 指數(shù)和Simpson 指數(shù)差異不大。紅旗河保護(hù)區(qū)采集到的浮游動(dòng)物種類和豐度均較少,所以浮游動(dòng)物三種多樣性指數(shù)較低。
表4 紅旗河保護(hù)區(qū)水生生物多樣性Tab.4 Diversity of aquatic organism in Landlocked Masu Salmon Oncorhynchus masou National Aquatic Germplasm Resources Conservation Zone in Hongqi River
紅旗河保護(hù)區(qū)浮游植物資源調(diào)查結(jié)果顯示,硅藻和綠藻是該保護(hù)區(qū)浮游植物群落的最重要類群,其次是藍(lán)藻和裸藻,其他藻類豐度較低,這與國內(nèi)外河流的浮游植物群落組成結(jié)構(gòu)相同[19-21]。本研究中,硅藻種類、豐度和生物量均遠(yuǎn)高于其他種類,也符合了北方河流浮游植物的群落特征。硅藻門占優(yōu)勢與紅旗河水溫較低且水流湍急有關(guān)。硅藻屬于耐低溫藻類[22],相比其他藻類更適宜北方河流水溫。本研究中,浮游植物優(yōu)勢種中脆桿藻科優(yōu)勢度較高。脆桿藻科屬于喜流水藻類,具有高密度的硅質(zhì)外殼,較耐水流的沖刷,較高的水流速有利于其在水體中的懸浮,在高流速下生長狀況較好[23]。
紅旗河水流較湍急,不適宜浮游動(dòng)物生存。在淡水生態(tài)系統(tǒng)中,浮游動(dòng)物的豐度與其在水環(huán)境中的滯留時(shí)間呈正相關(guān)[24]。因此,紅旗河保護(hù)區(qū)浮游動(dòng)物種類、豐度和生物量都較少。其中原生動(dòng)物的平均豐度最高,橈足類最低,而生物量卻相反。原生動(dòng)物為濕重較輕的小型浮游動(dòng)物,雖然豐度較高,但生物量卻低于濕重較大的大型甲殼浮游動(dòng)物橈足類。本次調(diào)查發(fā)現(xiàn),紅旗河下游靠近圖們江水域浮游動(dòng)物資源量高于其他干流采樣點(diǎn),其中13#采樣點(diǎn)大型浮游動(dòng)物橈足類數(shù)量較多,生物量最高,而14#采樣點(diǎn)小型浮游動(dòng)物原生動(dòng)物數(shù)量較多,豐度相比高于其他干流采樣點(diǎn)。同樣,紅旗河上游浮游植物豐度和生物量相比較低,中下游相比較高。這種浮游生物顯著空間分布差異的原因?yàn)椋杭t旗河上游屬于山區(qū)河道型態(tài),中下游水溫更低、流速更湍急;而下游水域更加寬闊,水溫較高、流速稍緩,且人口相比較密集,工農(nóng)業(yè)較發(fā)達(dá),外源營養(yǎng)物質(zhì)輸入較多,因此紅旗河中下游更有利于浮游生物的生長和繁殖[25]。這種河流浮游生物群落的空間分布差異與郝媛媛等[26]對(duì)黑河的研究結(jié)果一致,其原因主要與河流流速和外源物質(zhì)營養(yǎng)有關(guān),有些河流也與浮游藻類有從上游向下游聚集的態(tài)勢有關(guān)[27,28]。
底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)組成與其生境條件相關(guān),生境不同棲息的底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)特征也不同。紅旗河為山區(qū)河流,底質(zhì)多為巨石、卵石和石礫。本次調(diào)查期間,在紅旗河保護(hù)區(qū)采集到的底棲動(dòng)物種類多數(shù)為耐污染能力較差的種類,其中耐污能力較低的水生昆蟲的生物量,相比在底棲動(dòng)物生態(tài)類群上占絕對(duì)優(yōu)勢。紅旗河保護(hù)區(qū)底棲動(dòng)物群落同樣有較明顯的空間分布差異:紅旗河上游支流水質(zhì)貧瘠,水流湍急,不利于底棲動(dòng)物的固著和攝食,其生物量相對(duì)較??;中游河流流速較緩,水體中有機(jī)碎屑增多,底棲動(dòng)物生物量逐漸增大;下游底棲動(dòng)物生物量逐漸降低,可能是由于隨著河道的延伸和拓寬,河流受到干擾和脅迫逐漸加重[1],也與下游魚類資源量較高對(duì)底棲動(dòng)物的攝食壓力較大有關(guān)。
保護(hù)區(qū)中大部分魚類種類屬冷水性魚類,且小型魚類較多,如最占優(yōu)勢物種為北方須鰍(Noemacheilus nudus),其次是鯉科魚類鯽(Carassius auratus)、大鰭(Acheilognathus macrpterus)、洛氏(Phoxinus lagowskii)。紅旗河為山澗溪流性河流,森林植被較茂密,生態(tài)環(huán)境較完整,河床多礫石,水清而湍急,適合冷水魚的棲息、生長、繁育。紅旗河保護(hù)區(qū)下游采集到的魚類種類和資源量較多,原因是保護(hù)區(qū)下游水域比中上游及大馬鹿河支流水溫較高、流速稍緩,河面寬闊、營養(yǎng)物質(zhì)較豐富,溫水性鯉科魚類如鯉(Cyprinus carpio)、鯽等資源量較高。紅旗河底棲動(dòng)物,尤其是水生昆蟲種類數(shù)量豐富,保護(hù)區(qū)魚類餌料比較充足。紅旗河下游魚類資源量較大,對(duì)水生昆蟲的攝食壓力較大,這可能是保護(hù)區(qū)下游底棲動(dòng)物資源量較低的原因。
大馬鹿河支流水生生物生物量低于紅旗河干流。大馬鹿河是紅旗河一級(jí)支流,發(fā)源于和龍林業(yè)局馬鹿溝林場西南海拔1 398 m 的長紅嶺東麓,河道比紅旗河干流河段狹窄,且河流附近多為林場,村屯較少,人口稀疏,河流外源營養(yǎng)物質(zhì)輸入較干流少。因此,大馬鹿河支流水體營養(yǎng)情況比紅旗河干流貧瘠,水生生物資源量較少。僅在大馬鹿河支流發(fā)現(xiàn)扁形動(dòng)物和甲殼動(dòng)物等底棲動(dòng)物,其中渦蟲(Stenostomum sp.)和東北蝲蛄(Cambaroides dauricus)均喜生活在水質(zhì)清澈的溪流石塊間。
紅旗河流域人口密度極低,平均每km2不足2人,當(dāng)?shù)鼐用裰饕獜氖滦∶娣e農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和林業(yè)撫育,面源污染極少,僅下游人口相比較密集[1]。保護(hù)區(qū)下游水域外源營養(yǎng)物質(zhì)輸入較多,水體營養(yǎng)鹽含量比寡營養(yǎng)的上游和支流高,浮游生物資源量較高,而下游底棲動(dòng)物受到干擾和脅迫較大,資源量比較低。紅旗河流域植被覆蓋率較高,水清且見底,采集到的底棲動(dòng)物主要為喜清潔物種。同樣的,在浮游植物群落調(diào)查中,經(jīng)顯微鏡觀察和鑒定,紅旗河藻類色素鮮明且生長良好,多為清潔水體種類。綜合水生生物調(diào)查結(jié)果,紅旗河保護(hù)區(qū)流域內(nèi)污染較輕,保護(hù)區(qū)水環(huán)境狀況較好。
紅旗河保護(hù)區(qū)水生生物資源量與北方流速較快的河流群落結(jié)構(gòu)較一致,水生生物群落結(jié)構(gòu)展現(xiàn)北方河流特征,浮游生物,尤其是浮游動(dòng)物種類和資源量均較少,與多數(shù)北方寒冷地區(qū)小型河流如根河[29]、伊敏河[30,31]等調(diào)查結(jié)果相同,且浮游植物中硅藻占絕對(duì)優(yōu)勢;底棲動(dòng)物則為水生昆蟲占絕對(duì)優(yōu)勢;調(diào)查到的多為喜清潔且耐污性較差種類;保護(hù)區(qū)魚類多為冷水性魚類,小型魚類種類占較大優(yōu)勢。紅旗河保護(hù)區(qū)流域內(nèi)水環(huán)境狀況較好,受人為干擾較輕,僅下游底棲動(dòng)物群落受影響較大。2009年“紅旗河飲水工程”在和龍市飲用水水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)——松月水庫開工建設(shè),取水口在圖們江支流紅旗河上游,工程旨在解決和龍市供水難的問題,因此,紅旗河流域是和龍市城市飲水安全工作的第一環(huán)節(jié)。而紅旗河保護(hù)區(qū)是生態(tài)環(huán)境保持較好的珍稀瀕危冷水性魚類的繁衍棲息地,也是重要的珍稀瀕危冷水性魚類資源寶庫,保護(hù)區(qū)珍稀魚類種類較多,生境極其脆弱,一經(jīng)破壞將極難恢復(fù)。應(yīng)重視其流域內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量的保護(hù)和保持工作,做好保護(hù)區(qū)水生生物資源養(yǎng)護(hù)工作,維系好水環(huán)境質(zhì)量和水域生態(tài)的動(dòng)態(tài)平衡。現(xiàn)針對(duì)保護(hù)區(qū)水生生物資源養(yǎng)護(hù)工作提出以下建議:(1)嚴(yán)格控制人類生產(chǎn)、生活對(duì)保護(hù)區(qū)流域的外在干擾,嚴(yán)密監(jiān)控流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)廢水、廢物的分解處理及排放;(2)建立保護(hù)區(qū)水生生物資源及水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測機(jī)制,嚴(yán)格把控保護(hù)區(qū)水生生物資源數(shù)量及變化趨勢,加強(qiáng)流域內(nèi)生態(tài)綜合管理;(3)涉及到保護(hù)區(qū)的工程建設(shè),在通過國家規(guī)定的相關(guān)影響評(píng)估工作后,應(yīng)采取生態(tài)友好型施工工藝,始終秉持可持續(xù)的生態(tài)保護(hù)和修復(fù)理念。