潘文杰，張俊鋒，劉天云，黃 偉，羅宏偉，王 勖，楊順益，李 楊

(1.交通運(yùn)輸部長(zhǎng)江航務(wù)管理局環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，武漢 430019； 2.湖北江曉環(huán)?？萍加邢薰?，武漢 430019；3.長(zhǎng)江航道局，武漢 430019)

長(zhǎng)江三峽水庫(kù)漁業(yè)資源豐富，是水生生物不可或缺的棲息繁殖地，對(duì)特有魚(yú)類(lèi)的物種保護(hù)具有極其重要的意義[1]。近年來(lái)，過(guò)度捕撈、環(huán)境污染和傳統(tǒng)航道建設(shè)等不利影響導(dǎo)致長(zhǎng)江三峽水庫(kù)漁業(yè)資源出現(xiàn)衰退趨勢(shì)，部分特有魚(yú)類(lèi)棲息環(huán)境受到了嚴(yán)重威脅。為修復(fù)水域生態(tài)環(huán)境，在生態(tài)航道建設(shè)過(guò)程中實(shí)施了多種生態(tài)修復(fù)措施，其中人工魚(yú)礁是用于修復(fù)的有效措施之一[2]。人工魚(yú)礁主要通過(guò)流場(chǎng)效應(yīng)改變水體的理化環(huán)境和生物環(huán)境，營(yíng)造適宜魚(yú)類(lèi)棲息的環(huán)境，也為底棲魚(yú)類(lèi)提供隱蔽物，有效避免敵害生物。

目前，長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)的研究主要集中于漁業(yè)資源現(xiàn)狀[3-5]以及其他修復(fù)措施的利用效果[6]，人工魚(yú)礁生態(tài)效果評(píng)估主要集中于長(zhǎng)江中下游以及海洋[7-9]中，長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)缺乏人工魚(yú)礁建設(shè)后的修復(fù)效果研究。為了解三峽庫(kù)區(qū)人工魚(yú)礁生態(tài)效果，本研究對(duì)銅鑼?shí){漁業(yè)資源現(xiàn)狀進(jìn)行了研究，以期為生態(tài)航道建設(shè)中人工魚(yú)礁的利用提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)為三峽庫(kù)區(qū)漁業(yè)資源的保護(hù)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 研究區(qū)域、材料與方法

1.1 研究區(qū)域

本研究集中于長(zhǎng)江三峽變動(dòng)回水區(qū)銅鑼?shí){江段。其中，漁業(yè)資源調(diào)查區(qū)域?yàn)殂~鑼?shí){江段人工魚(yú)礁工程區(qū)域，水聲學(xué)探測(cè)區(qū)域?yàn)榱吮阌诜治霰容^人工魚(yú)礁效果，將調(diào)查江段分為上游(YJS)人工魚(yú)礁工程區(qū)和下游(YJX)對(duì)照區(qū)，人工魚(yú)礁布設(shè)區(qū)域(YJ)為試驗(yàn)區(qū)(圖1)。

人工魚(yú)礁群布設(shè)區(qū)域?yàn)?.6×104m2，單個(gè)人工魚(yú)礁長(zhǎng)23 m、寬9 m、厚2～3 m。拋投位置選取水深大于20 m處，以離水面15 m為最高高度，采用開(kāi)體泥駁運(yùn)輸方式，通過(guò)GPS定位后進(jìn)行拋投，其后進(jìn)行水下1 ∶500地形圖測(cè)量，不足部分進(jìn)行補(bǔ)拋。

圖1 研究區(qū)域Fig.1 Study area

1.2 材料

于2019年8月(夏季)及12月(冬季)在銅鑼?shí){江段進(jìn)行了周期性漁業(yè)資源調(diào)查和水聲學(xué)探測(cè)。其中漁業(yè)資源調(diào)查利用流刺網(wǎng)(網(wǎng)目3～6 cm)和搬罾網(wǎng)采集，夏季采集6 195尾，共計(jì)374 083.1 g，冬季采集4 730尾，共計(jì)164 739.6 g，測(cè)量其體長(zhǎng)、全長(zhǎng)(精確至0.1 cm)和體重(精確至0.1 g)[7]。

1.3 方法

1.3.1 漁業(yè)資源調(diào)查方法

采取現(xiàn)場(chǎng)捕撈、市場(chǎng)考察、水產(chǎn)部門(mén)及漁民走訪相結(jié)合等方法進(jìn)行。選定有代表性的作業(yè)工具，進(jìn)行漁獲量、漁獲物組成統(tǒng)計(jì)，記錄所有所見(jiàn)的魚(yú)類(lèi)品種；走訪調(diào)查當(dāng)?shù)貪O民的漁獲量和捕撈方式，了解珍稀魚(yú)類(lèi)活動(dòng)情況，且隨時(shí)收集未記錄的物種[10-12]。

計(jì)算相對(duì)重要性指數(shù)(index of relative importance，簡(jiǎn)稱(chēng)IRI)[13]，對(duì)群落優(yōu)勢(shì)種進(jìn)行區(qū)分：

IRI=(Ni+Wi)×F

式中：Ni為第i種魚(yú)的尾數(shù)占總尾數(shù)的百分比；Wi為第i種魚(yú)的質(zhì)量占總質(zhì)量的百分比；F為某一漁獲物種類(lèi)在總調(diào)查站位出現(xiàn)的百分比。

本研究將IRI≥500的物種定位優(yōu)勢(shì)種，100≤IRI<500的物種定位常見(jiàn)種，10≤IRI<100的物種定位一般種，IRI<10的物種定為少見(jiàn)種[14]。

統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS 22.0和相關(guān)軟件完成。

1.3.2 水聲學(xué)探測(cè)方法

采用EK80型寬帶科研魚(yú)探儀對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集[15]。數(shù)據(jù)采集時(shí)調(diào)查船只沿固定路線(xiàn)行駛，上行船速在6～8 km/h，下行船速在10～14 km/h。數(shù)字換能器探頭入水約50 cm深，進(jìn)行垂直聲學(xué)探測(cè)，同時(shí)采用EK80軟件對(duì)聲學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。將Garmin公司生產(chǎn)的GPS-72H接PC端口供軟件EK80顯示坐標(biāo)。在儀器運(yùn)行過(guò)程前，在PC端用軟件Simrad EK80設(shè)置相關(guān)參數(shù)，設(shè)定好之后進(jìn)行聲學(xué)數(shù)據(jù)記錄。

采用Echoview9軟件轉(zhuǎn)換EK80采集的水聲學(xué)原始數(shù)據(jù)。在Echoview9軟件中對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)設(shè)置頂部線(xiàn)、底部線(xiàn)，并進(jìn)行人工校對(duì)，去除明顯的噪聲。利用回聲積分法計(jì)算魚(yú)類(lèi)資源量；利用不同區(qū)域單體魚(yú)類(lèi)的現(xiàn)場(chǎng)平均TS(dB)，以及不同區(qū)域的TS(dB)分布進(jìn)行魚(yú)類(lèi)單體目標(biāo)檢測(cè)和軌跡追蹤。

本次調(diào)查采用回聲積分法對(duì)魚(yú)類(lèi)密度進(jìn)行估算，算法如下：

Sa=NASC/(4π·18522)

σbs=10^(TS/10)

由于調(diào)查水域以鯉科魚(yú)類(lèi)為主，因此參考常規(guī)漁業(yè)資源調(diào)查中目標(biāo)強(qiáng)度-體長(zhǎng)轉(zhuǎn)換公式對(duì)魚(yú)類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)體長(zhǎng)進(jìn)行換算[16]，公式如下：

TS=20logL-71.9

其中：TS為魚(yú)類(lèi)的目標(biāo)強(qiáng)度(dB)，L為目標(biāo)魚(yú)類(lèi)的體長(zhǎng)(cm)。

2 結(jié)果與分析

2.1 人工魚(yú)礁區(qū)域漁業(yè)資源的組成

兩次調(diào)查，共采集魚(yú)類(lèi)70種，隸屬于6目14科。其中，夏季59種，隸屬于5目10科。冬季53種，隸屬于5目11科。調(diào)查發(fā)現(xiàn)2種國(guó)家級(jí)保護(hù)魚(yú)類(lèi)，分別為達(dá)氏鱘、胭脂魚(yú)，發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江上游珍稀特有魚(yú)類(lèi)10種，如圓筒吻鮈、巖原鯉、圓口銅魚(yú)、短體副鰍和雙斑副沙鰍等(表1)。

魚(yú)類(lèi)組成以鯉形目和鲇形目魚(yú)類(lèi)為主，且鯉形目占明顯優(yōu)勢(shì)，占比為74.29%，其次為鲇形目，占比14.29%。采集到魚(yú)類(lèi)隸屬于14科，其中鯉科魚(yú)類(lèi)占明顯優(yōu)勢(shì)，共計(jì)40種，占比為57.14%，其次為鰍科魚(yú)類(lèi)，共計(jì)9種，占比為12.86%，鲿科魚(yú)類(lèi)7種，占比為10.00%，其他各科魚(yú)類(lèi)均較少。其中，夏季調(diào)查結(jié)果顯示，鯉形目占比為76.27%，其次為鲇形目，占比15.25%，其他魚(yú)類(lèi)占比均較少(圖2)。冬季調(diào)查結(jié)果顯示，鯉形目在魚(yú)類(lèi)種類(lèi)中占比為71.70%，其次為鲇形目，占比18.87%，其他魚(yú)類(lèi)占比均較少(圖3)。

表1 漁業(yè)資源組成名錄表Tab.1 List of fishery resources

圖2 夏季魚(yú)類(lèi)結(jié)構(gòu)組成Fig.2 Structure composition of fish in summer

圖3 冬季魚(yú)類(lèi)結(jié)構(gòu)組成Fig.3 Structure composition of fish in winter

2.2 人工魚(yú)礁區(qū)域漁業(yè)資源的優(yōu)勢(shì)種

對(duì)魚(yú)類(lèi)相對(duì)重要性及其規(guī)格組成進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明人工魚(yú)礁區(qū)域漁業(yè)資源優(yōu)勢(shì)種組成在夏季和冬季均以小型魚(yú)類(lèi)為主，優(yōu)勢(shì)種組成中棲息于各水層的魚(yú)類(lèi)均有分布。

表2 夏季漁業(yè)資源優(yōu)勢(shì)種組成Tab.2 Composition of dominant species of fishery resources in summer

續(xù)表2

表3 冬季漁業(yè)資源優(yōu)勢(shì)種組成Tab.3 Composition of dominant species of fishery resources in winter

續(xù)表3

2.3 人工魚(yú)礁區(qū)域魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度特征

經(jīng)shapiro-wilk正態(tài)性檢驗(yàn)，研究水域夏季探測(cè)到的魚(yú)類(lèi)回聲信號(hào)TS值不符合正態(tài)分布(P<0.05)。研究江段魚(yú)類(lèi)種群組成以小個(gè)體為主，具體表現(xiàn)為，夏季小個(gè)體魚(yú)類(lèi)于人工魚(yú)礁布設(shè)區(qū)域及對(duì)照區(qū)較為均勻分布，冬季小個(gè)體魚(yú)類(lèi)更趨于聚集至人工魚(yú)礁布設(shè)區(qū)域(圖4)。

夏季人工魚(yú)礁布設(shè)區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度值范圍為-64.73～-30.04 dB，平均值為(-54.73±5.44) dB，魚(yú)類(lèi)TS值主要集中在-60～-50 dB，累計(jì)占總數(shù)的65.74%；對(duì)照區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度值范圍為-64.85～-30.30 dB，平均值為(-61.57±1.48)dB，魚(yú)類(lèi)TS值主要集中在-70～-50 dB，累計(jì)占總數(shù)的93.71%。按照方法中體長(zhǎng)轉(zhuǎn)化公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，夏季調(diào)查魚(yú)類(lèi)平均體長(zhǎng)為13.25 cm，以小型魚(yú)類(lèi)為主，體長(zhǎng)大多不超過(guò)6 cm。調(diào)查江段魚(yú)類(lèi)可捕撈體長(zhǎng)即體長(zhǎng)大于6 cm個(gè)體累計(jì)占總數(shù)的20.81%(圖5)。

圖4 布設(shè)區(qū)及對(duì)照區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度分布圖Fig.4 Target intensity profile in experimental area and control area

冬季人工魚(yú)礁布設(shè)區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度值范圍為-64.64～-30.15 dB，平均值為(-57.86±8.06) dB，魚(yú)類(lèi)TS值主要集中在-70～-50 dB，累計(jì)占總數(shù)的73.57%；對(duì)照區(qū)目標(biāo)強(qiáng)度值范圍為-64.06～-30.01 dB，平均值為(-45.79±9.46) dB，魚(yú)類(lèi)TS值主要集中在-60～-30 dB之間，累計(jì)占總數(shù)的93.26%。按照常規(guī)漁業(yè)資源調(diào)查中目標(biāo)強(qiáng)度與體長(zhǎng)經(jīng)驗(yàn)公式TS=20lgL-71.9進(jìn)行轉(zhuǎn)換，冬季調(diào)查江段魚(yú)類(lèi)平均全長(zhǎng)為11.75 cm，以小型魚(yú)類(lèi)為主，體長(zhǎng)大多不超過(guò)6 cm。調(diào)查江段魚(yú)類(lèi)可捕撈體長(zhǎng)即體長(zhǎng)大于6 cm個(gè)體累計(jì)占總數(shù)的22.19%(圖6)。

圖5 夏季魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度分布圖Fig.5 Target intensity profile of fish in summer

2.4 人工魚(yú)礁區(qū)域魚(yú)類(lèi)密度的時(shí)空分布

采用Echoview9軟件對(duì)人工魚(yú)礁區(qū)域探測(cè)到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，人工魚(yú)礁布設(shè)區(qū)的魚(yú)類(lèi)密度分布明顯高于對(duì)照區(qū)。夏季全航段平均密度為27.06 ind/hm2，人工魚(yú)礁布設(shè)區(qū)平均密度為50.78 ind/hm2，對(duì)照區(qū)平均密度為21.67 ind/hm2；冬季全航段平均密度為65.76 ind/hm2，人工魚(yú)礁布設(shè)區(qū)平均密度為86.23 ind/hm2，對(duì)照區(qū)平均密度為52.22 ind/hm2。

研究水域不同水層魚(yú)類(lèi)密度分布有一定差異，主要表現(xiàn)為中下層高于上層。將數(shù)據(jù)分析單元的水深分為3層，水深的0～33%為上層，33%～66%為中層，66%～100%為下層。夏季全航段魚(yú)類(lèi)主要集中在中層，占55.17%，人工魚(yú)礁布設(shè)區(qū)魚(yú)類(lèi)集中在中下層，占87.79%，對(duì)照區(qū)魚(yú)類(lèi)主要集中在中層，占41.30%；冬季全航段魚(yú)類(lèi)主要集中在中下層，占71.88%，人工魚(yú)礁布設(shè)區(qū)魚(yú)類(lèi)集中在下層，占48.34%，對(duì)照區(qū)魚(yú)類(lèi)在各水層分布較為均勻。

圖6 冬季魚(yú)類(lèi)目標(biāo)強(qiáng)度分布圖Fig.6 Target intensity profile of fish in winter

表4 魚(yú)類(lèi)密度分布Tab.4 Density distribution of fish ind./hm2

3 討論

3.1 人工魚(yú)礁對(duì)三峽庫(kù)區(qū)魚(yú)類(lèi)的保護(hù)

據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，庫(kù)區(qū)干流江段在三峽大壩建設(shè)后魚(yú)類(lèi)種類(lèi)數(shù)呈下降趨勢(shì)[17-19]。本研究結(jié)果顯示，三峽水庫(kù)人工魚(yú)礁區(qū)域魚(yú)類(lèi)為6目14科70種，較三峽大壩建設(shè)前后有一定下降，但較2010年[17]、2013年至2015年[19]的結(jié)果有一定的上升。其原因可能與人工魚(yú)礁建設(shè)后水體的理化環(huán)境和生物環(huán)境發(fā)生變化，營(yíng)造了適宜棲息的生長(zhǎng)環(huán)境，從而使得漁業(yè)資源得到了一定的恢復(fù)。

人工魚(yú)礁結(jié)構(gòu)復(fù)雜有利于魚(yú)類(lèi)的棲息。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，庫(kù)區(qū)干流江段的魚(yú)類(lèi)在三峽大壩建設(shè)前至今以中小型個(gè)體為主，棲息水層主要集中于中下層，代表魚(yú)類(lèi)有圓口銅魚(yú)、南方鲇、黃顙魚(yú)等[17]。通過(guò)魚(yú)類(lèi)對(duì)人工魚(yú)礁的反應(yīng)可以將魚(yú)類(lèi)分為趨觸性魚(yú)類(lèi)(底層魚(yú)類(lèi))、戀礁性魚(yú)類(lèi)(中層魚(yú)類(lèi))和滯留性魚(yú)類(lèi)(表層魚(yú)類(lèi))3種類(lèi)型。本研究結(jié)果顯示，魚(yú)類(lèi)主要分布于中下層水域，其原因不僅為人工魚(yú)礁空隙較多有利于小型魚(yú)類(lèi)避害，同時(shí)，礁體附近水流的紊亂加快了水體和地質(zhì)中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)，引起浮游生物的快速生長(zhǎng)，從而有利于魚(yú)類(lèi)的索餌行為，人工魚(yú)礁的作用效果對(duì)棲息于各水層魚(yú)類(lèi)均有較好作用效果。

3.2 人工魚(yú)礁的集魚(yú)效果

人工魚(yú)礁主要利用魚(yú)類(lèi)的趨性，以及流場(chǎng)、餌料和避敵等效應(yīng)聚集魚(yú)類(lèi)[20]。本研究結(jié)果顯示，人工魚(yú)礁布設(shè)區(qū)域的魚(yú)類(lèi)密度明顯高于對(duì)照區(qū)域，魚(yú)類(lèi)組成主要以小個(gè)體魚(yú)類(lèi)為主。其主要原因可能如下，一方面人工魚(yú)礁導(dǎo)致水域的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)交換方式發(fā)生改變，同時(shí)魚(yú)礁為水生生物附著提供了更大的面積，更有利于魚(yú)類(lèi)索餌，另一方面，人工魚(yú)礁導(dǎo)致環(huán)境中的流速發(fā)生變化，形成了較對(duì)照區(qū)域中干流環(huán)境更為緩和的流場(chǎng)環(huán)境，更有利于小個(gè)體魚(yú)類(lèi)的棲息。杜浩等[21]的研究也表明體長(zhǎng)較小的魚(yú)游泳能力相對(duì)較弱，趨向于選擇流速較緩的環(huán)境中進(jìn)行索餌。銅鑼?shí){江段人工魚(yú)礁為魚(yú)類(lèi)提供了較好的索餌和棲息環(huán)境，對(duì)魚(yú)類(lèi)形成了誘集作用。

3.3 人工魚(yú)礁區(qū)域魚(yú)類(lèi)時(shí)空分布

人工魚(yú)礁水域魚(yú)類(lèi)分布呈現(xiàn)季節(jié)性變化。三峽庫(kù)區(qū)在冬季蓄水后，水域的整體生境會(huì)發(fā)生變化[22]，同時(shí)水體透明度升高有利于浮游生物生長(zhǎng)[23]。本研究結(jié)果顯示，人工魚(yú)礁布設(shè)區(qū)域魚(yú)類(lèi)密度冬季高于夏季，其原因可能為冬季三峽庫(kù)區(qū)蓄水，水流速減緩，水體滯留時(shí)間延長(zhǎng)，水體環(huán)境更適宜魚(yú)類(lèi)的棲息，同時(shí)微環(huán)境中餌料生物的生長(zhǎng)也有利于魚(yú)類(lèi)的聚集。另外，結(jié)果還顯示魚(yú)類(lèi)少見(jiàn)種由夏季的32.5%升高為冬季的55.1%，表明冬季的魚(yú)類(lèi)少見(jiàn)種在一定程度上也增加了人工魚(yú)礁的總體魚(yú)類(lèi)密度。人工魚(yú)礁區(qū)域魚(yú)類(lèi)密度的季節(jié)性變化與河流生境的改變以及魚(yú)類(lèi)生態(tài)類(lèi)型的變化有著一定聯(lián)系。

人工魚(yú)礁區(qū)域魚(yú)類(lèi)的分布呈現(xiàn)空間變化。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)記載，海洋人工魚(yú)礁魚(yú)類(lèi)分布的水層會(huì)發(fā)生季節(jié)變化[24]，魚(yú)類(lèi)主要集中于中上層水域。本研究結(jié)果顯示，人工魚(yú)礁布設(shè)區(qū)域中夏季魚(yú)類(lèi)主要分布在中層和下層，冬季雖然中上層魚(yú)類(lèi)密度出現(xiàn)了升高，但主要魚(yú)類(lèi)仍集中分布在下層。本研究結(jié)果與張翔[24]的研究結(jié)果有一定差異，其原因可能與魚(yú)類(lèi)的生態(tài)類(lèi)型有關(guān)，長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)銅鑼?shí){江段魚(yú)類(lèi)以趨觸性魚(yú)類(lèi)和戀礁性魚(yú)類(lèi)為主。冬季全航段魚(yú)類(lèi)的整體密度均出現(xiàn)了升高，因此出現(xiàn)中上層魚(yú)類(lèi)密度升高，下層魚(yú)類(lèi)密度明顯上升，其原因可能為三峽大壩蓄水后人工魚(yú)礁位置水位出現(xiàn)了明顯上升有關(guān)。表明人工魚(yú)礁水域水位升高時(shí)，對(duì)趨觸性魚(yú)類(lèi)和戀礁性魚(yú)類(lèi)作用更明顯。