基于魚類物種狀況的長江生態(tài)環(huán)境質量評估

林鵬程 高 欣 劉 飛 黎明政 劉煥章

(中國科學院水生生物研究所, 中國科學院水生生物多樣性與保護重點實驗室, 武漢 430072)

在全球人類活動日益加劇、生物多樣性喪失愈加嚴重的背景下, 水生態(tài)環(huán)境的保護越來越受到廣泛的重視。如何評估水域生態(tài)環(huán)境的現狀, 并采取合適的保護措施是當前迫切需要解決的問題。傳統(tǒng)的水域環(huán)境評價是通過對水質指標(如溶解氧、總氮、總磷)的分析來反映評價區(qū)域非生物要素所處的條件狀況[1]。隨著生態(tài)系統(tǒng)健康的概念逐漸被認識, 基于生物的多指標評價體系成為生態(tài)學家和生態(tài)環(huán)境管理部門關注的焦點之一[2], 如美國環(huán)境保護署(EPA)提出的快速生物評價方法(Rapid Bioassessment Protocols, RBPs)和歐盟水框架指令(EU Water Framework Directive, WFD)提出的多指標評價體系(European Multimetric Index, EMI)[3,4]。在這些評價體系中, 基于物種數的評價指標是應用頻次最多、適用范圍最廣泛的指標[5]。長江是我國第一大河流, 也是世界上水生生物最為豐富的河流之一, 分布有水生生物4300余種[6]。這些水生生物既是重要的生物多樣性資源, 也是長江生態(tài)環(huán)境質量的指示生物。魚類是水域生態(tài)系統(tǒng)的頂級類群, 對水質的靈敏程度高, 具有良好的指示作用。為此, 本文基于魚類物種狀況, 提出相應的評價指標, 評估長江生態(tài)環(huán)境質量, 并希望對長江大保護工作有一定指導。

1 評價指標及基準

1.1 評價指標

土著魚類物種現狀土著魚類是指長期適應某一水域或特定生態(tài)系統(tǒng), 在地質歷史時間尺度上自然演化形成的原生物種, 它們與其環(huán)境形成了密切的關聯, 因而可以反映生態(tài)環(huán)境的質量狀況。經統(tǒng)計, 長江流域分布有土著魚類463種, 其中長江上游分布有魚類286種, 中游有227種, 下游有147種。

珍稀、特有魚類物種現狀珍稀魚類是指數量極其稀少、奇缺和珍貴的物種。在實際應用中,通常將國家級重點保護動物(魚類)稱為珍稀魚類。根據2021年公布的《國家重點保護野生動物名錄》, 長江分布有珍稀魚類29種(屬), 如白鱘(Psephurus gladius)、中華鱘(Acipenser sinensis)、長江鱘(Acipenser dabryanus)、胭脂魚(Myxocyprinus asiaticus)、川陜哲羅鮭(Hucho bleekeri)和松江鱸(Trachidermus fasciatus)等[7]。其中, 長江上游有珍稀魚類20種, 中下游有9種。在中下游, 中華鱘是長江代表性的旗艦物種, 具有溯河洄游習性。宜昌葛洲壩下分布有中華鱘唯一的自然產卵場, 其生態(tài)環(huán)境質量直接影響中華鱘的繁殖效率和與種群大小。

特有魚類是指僅生存于某一水域或地區(qū)的魚類。長江流域分布有特有魚類183種, 如圓口銅魚(Coreius guichenoti)、巖原鯉(Procypris rabaudi)、長薄鰍(Leptobotia elongata)等。其中, 長江上游分布的特有魚類有124種, 占上游魚類總物種數的43.4%, 且資源現狀多已瀕危, 是上游生物多樣性的主要保護對象。中下游分布有特有魚類59種。

根據長江上游和中下游珍稀、特有魚類的分布狀況, 建議長江上游的珍稀、特有魚類物種現狀以珍稀、特有魚類物種數作為評價指標; 長江中下游的珍稀、特有魚類物種現狀以中華鱘繁殖群體數量作為評價指標。關于中華鱘繁殖群體數量的評估另文描述。

1.2 評價基準

基準值(即期望值)是評價水體曾經達到或者可能達到的最優(yōu)水平, 也表示保護需要達到的目標?？偨Y相關文獻資料和本團隊的野外監(jiān)測數據, 給出了長江各江段及重點水域的土著魚類和珍稀特有魚類物種數的評價基準(表 1)。其中, 長江上游宜賓至合江干流土著魚類物種數為127種, 中游宜昌江段土著魚類物種數為72種, 下游安慶江段土著魚類物種數為92種。長江上游宜賓至合江干流珍稀特有魚類物種數為40種。

表1 長江干流不同江段/水域魚類評價的基準值及評估等級Tab. 1 The benchmark values and evaluation grades for fish richness in different regions of the Yangtze River

2 評價方法和結果

2.1 評價方法

指標計算評價指標的得分值(Metricscores)通過計算觀測值(O)與期望值(E)的比值獲得, 計算公示如下:

以長江上游宜賓至合江江段為例, 2010年監(jiān)測到的土著魚類物種數為88種, 2020年監(jiān)測到的土著魚類物種數為97種。根據確定的期望值, 2010年、2020年土著魚類物種數指標的評價值分別為69.3%和76.4%。

指標的等級劃分參考歐盟《水框架法令》中的生態(tài)健康等級等實例的分級方法[8,9], 并考慮到與前期研究工作的一致性[10,11], 將長江魚類評價指標分為5級, 分別為“優(yōu)”、“良”、“中”、“差”、“極差”(表 2)。同時, 根據本團隊的長期監(jiān)測數據和歷史資料, 基于恢復生態(tài)學的評價理論(采集物種數達基準值80%以上可為優(yōu))和長江水生生物完整性指數評價體系劃分方法, 確立了長江魚類物種狀況指標的劃分標準。其中, 土著魚類物種數占基準值90%以上為“優(yōu)”, 介于80%—90%的為“良”, 介于70%—80%的為“中”, 介于60%—70%的為“差”, 低于60%的為“極差”。珍稀特有魚類物種數占基準值80%以上為“優(yōu)”, 介于60%—80%的為“良”, 介于40%—60%的為“中”, 介于20%—40%的為“差”, 低于20%的為“極差”。

表2 長江生態(tài)環(huán)境質量評估各指標的評價等級及劃分標準Tab. 2 Grades and scoring criteria for the metrics used to assess the ecological environment of the Yangtze River

2.2 評價結果

以2010年和2020年為評價年, 對長江不同水域進行評價。結果顯示, 當前長江上游干流和下游干流的生態(tài)環(huán)境質量優(yōu)于中游; 支流赤水河的生態(tài)環(huán)境質量良好, 大型湖泊鄱陽湖的生態(tài)環(huán)境質量中等。從時間上看, 隨著長江禁漁等一系列生態(tài)保護措施的實施, 長江干流的生態(tài)環(huán)境質量有不同程度地好轉(圖 1)。

圖1 基于魚類的長江生態(tài)環(huán)境評估結果Fig. 1 Results of fish-based ecological assessment of the Yangtze River

3 討論

3.1 評價指標的適用性

在河湖生態(tài)環(huán)境質量評估的研究工作中, 基于生物的多指標評價(Multimetric indices)始建于Karr建立的魚類生物完整性指數(Fish index of biological integrity, F-IBI), 其評價原理區(qū)域就是區(qū)域內魚類等生物群落的物種組成、多樣性等特征與區(qū)域所提供的生境質量具有對應關系[12]。隨著FIBI的推廣, 眾多學者逐漸衍生出以底棲動物、浮游植物和著生藻類等為指示生物的IBI, 并在河流、湖泊和河口等水域得到了廣泛應用[13]。Ruaro等[5]對全球范圍內應用多指標體系進行環(huán)境質量評估的案例進行了文獻計量學分析。結果顯示,55%的研究工作以魚類為指示物種, 且物種數是應用最多的指標之一, 說明基于物種數的評價指標具有較好的適用性。

長江是我國淡水魚類種類最豐富的河流, 也曾是重要的漁業(yè)產區(qū)。但是, 受攔河筑壩、水域污染、過度捕撈、航道整治、岸坡硬化和挖砂采石等多因素綜合作用的結果[14], 長江流域魚類多樣性喪失嚴重, “生物完整性指數到了最差的‘無魚’等級”[9]。農業(yè)農村部及有關部門于2017年出臺了“率先在長江流域水生生物保護區(qū)實現全面禁捕”等一系列保護措施, 赤水河等長江流域重要的水生生物保護區(qū)在2019年底以前已經開始禁捕, 長江魚類資源開始恢復。2020年長江禁漁效果非常明顯, 說明本文的評價指標有很好的敏感性和適用性。

3.2 改善長江生態(tài)環(huán)境的對策與建議

從生態(tài)系統(tǒng)的角度改善長江水域生態(tài)環(huán)境, 恢復物種數量總體來看, 魚類物種數的變化受整體生態(tài)緩解質量的影響, 物種數的提高依賴于整體生態(tài)系統(tǒng)的修復。因此, 建議從生態(tài)系統(tǒng)的角度,在棲息地保護與修復、水污染治理等方面, 整體上改善長江流域的生態(tài)環(huán)境, 恢復魚類多樣性。其中,棲息地保護與修復包括加強對干流自然流水河段保護, 對支流小水電站進行分類整改, 在條件適宜的支流實施全面生態(tài)修復工程, 恢復河流自然流態(tài),恢復特有魚類資源; 逐步有序恢復長江中下游河湖連通及其自然水文過程, 為魚類提供良好的生境條件。水污染治理應加強點、面源污染科學防治, 尤其要嚴格禁止水生生物保護區(qū)、重要棲息地的污染排放, 建立系統(tǒng)污染監(jiān)測網絡, 保障水生生物棲息環(huán)境健康安全。

采取人工輔助措施拯救珍稀瀕危物種隨著十年禁漁等措施的實施, 長江生態(tài)環(huán)境將會明顯改善, 魚類資源將會顯著恢復, 但是仍有部分珍稀特有物種的瀕危狀態(tài)難以得到有效緩解。例如, 中華鱘繁殖群體數量急劇減少, 2020年已不足20尾,而且中華鱘自然繁殖活動出現中斷。長江鱘曾是長江上游重要的經濟捕撈對象。20世紀后期, 長江鱘自然種群規(guī)模急劇縮小, 2000年左右其自然繁殖活動停止, 自然種群已無法自我維持。因此, 建議持續(xù)推進珍稀瀕危物種拯救行動計劃, 通過人工增殖、棲息地保護等多項保護和修復措施, 全力扭轉長江水生生物資源衰退趨勢。

外來種防控監(jiān)測表明, 外來種入侵威脅著長江魚類多樣性和水域生態(tài)安全。蓄水后三峽庫區(qū)發(fā)現外來入侵魚類23種, 且部分物種的種群數量呈暴發(fā)趨勢; 長江下游發(fā)現外來魚類33種[15,16]。這些外來種大多繁殖力高、食性雜、擴散能力強, 具有較強的生態(tài)適應能力, 它們一旦在野外成功建群,可以通過競爭、捕食、雜交等方式對土著物種構成直接威脅, 或者通過對環(huán)境的干擾和破壞間接影響土著種類, 導致生物多樣性降低。建議加強外來種的管控, 通過研究其入侵途徑和擴散機制, 科學預測外來種入侵引起的生態(tài)學效應, 建立科學有效的預警、防控技術體系。