林鵬程 高 欣 劉 飛 黎明政 劉煥章

(中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所, 中國(guó)科學(xué)院水生生物多樣性與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 武漢 430072)

在全球人類活動(dòng)日益加劇、生物多樣性喪失愈加嚴(yán)重的背景下, 水生態(tài)環(huán)境的保護(hù)越來(lái)越受到廣泛的重視。如何評(píng)估水域生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀, 并采取合適的保護(hù)措施是當(dāng)前迫切需要解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的水域環(huán)境評(píng)價(jià)是通過(guò)對(duì)水質(zhì)指標(biāo)(如溶解氧、總氮、總磷)的分析來(lái)反映評(píng)價(jià)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(rèn)識(shí), 基于生物的多指標(biāo)評(píng)價(jià)體系成為生態(tài)學(xué)家和生態(tài)環(huán)境管理部門關(guān)注的焦點(diǎn)之一[2], 如美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)提出的快速生物評(píng)價(jià)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(biāo)評(píng)價(jià)體系(European Multimetric Index, EMI)[3,4]。在這些評(píng)價(jià)體系中, 基于物種數(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)是應(yīng)用頻次最多、適用范圍最廣泛的指標(biāo)[5]。長(zhǎng)江是我國(guó)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(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的指示生物。魚類是水域生態(tài)系統(tǒng)的頂級(jí)類群, 對(duì)水質(zhì)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(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo), 評(píng)估長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境質(zhì)量, 并希望對(duì)長(zhǎng)江大保護(hù)工作有一定指導(dǎo)。

1 評(píng)價(jià)指標(biāo)及基準(zhǔn)

1.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

土著魚類物種現(xiàn)狀土著魚類是指長(zhǎng)期適應(yīng)某一水域或特定生態(tài)系統(tǒng), 在地質(zhì)歷史時(shí)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(guān)聯(lián), 因而可以反映生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量狀況。經(jīng)統(tǒng)計(jì), 長(zhǎng)江流域分布有土著魚類463種, 其中長(zhǎng)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(xiàn)狀珍稀魚類是指數(shù)量極其稀少、奇缺和珍貴的物種。在實(shí)際應(yīng)用中,通常將國(guó)家級(jí)重點(diǎn)保護(hù)動(dòng)物(魚類)稱為珍稀魚類。根據(jù)2021年公布的《國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物名錄》, 長(zhǎng)江分布有珍稀魚類29種(屬), 如白鱘(Psephurus gladius)、中華鱘(Acipenser sinensis)、長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)江代表性的旗艦物種, 具有溯河洄游習(xí)性。宜昌葛洲壩下分布有中華鱘唯一的自然產(chǎn)卵場(chǎng), 其生態(tài)環(huán)境質(zhì)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(zhǎng)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(zhǎng)薄鰍(Leptobotia elongata)等。其中, 長(zhǎng)江上游分布的特有魚類有124種, 占上游魚類總物種數(shù)的43.4%, 且資源現(xiàn)狀多已瀕危, 是上游生物多樣性的主要保護(hù)對(duì)象。中下游分布有特有魚類59種。

根據(jù)長(zhǎng)江上游和中下游珍稀、特有魚類的分布狀況, 建議長(zhǎng)江上游的珍稀、特有魚類物種現(xiàn)狀以珍稀、特有魚類物種數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo); 長(zhǎng)江中下游的珍稀、特有魚類物種現(xiàn)狀以中華鱘繁殖群體數(shù)量作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。關(guān)于中華鱘繁殖群體數(shù)量的評(píng)估另文描述。

1.2 評(píng)價(jià)基準(zhǔn)

基準(zhǔn)值(即期望值)是評(píng)價(jià)水體曾經(jīng)達(dá)到或者可能達(dá)到的最優(yōu)水平, 也表示保護(hù)需要達(dá)到的目標(biāo)?？偨Y(jié)相關(guān)文獻(xiàn)資料和本團(tuán)隊(duì)的野外監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù), 給出了長(zhǎng)江各江段及重點(diǎn)水域的土著魚類和珍稀特有魚類物種數(shù)的評(píng)價(jià)基準(zhǔn)(表 1)。其中, 長(zhǎng)江上游宜賓至合江干流土著魚類物種數(shù)為127種, 中游宜昌江段土著魚類物種數(shù)為72種, 下游安慶江段土著魚類物種數(shù)為92種。長(zhǎng)江上游宜賓至合江干流珍稀特有魚類物種數(shù)為40種。

表1 長(zhǎng)江干流不同江段/水域魚類評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)值及評(píng)估等級(jí)Tab. 1 The benchmark values and evaluation grades for fish richness in different regions of the Yangtze River

2 評(píng)價(jià)方法和結(jié)果

2.1 評(píng)價(jià)方法

指標(biāo)計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的得分值(Metricscores)通過(guò)計(jì)算觀測(cè)值(O)與期望值(E)的比值獲得, 計(jì)算公示如下:

以長(zhǎng)江上游宜賓至合江江段為例, 2010年監(jiān)測(cè)到的土著魚類物種數(shù)為88種, 2020年監(jiān)測(cè)到的土著魚類物種數(shù)為97種。根據(jù)確定的期望值, 2010年、2020年土著魚類物種數(shù)指標(biāo)的評(píng)價(jià)值分別為69.3%和76.4%。

指標(biāo)的等級(jí)劃分參考?xì)W盟《水框架法令》中的生態(tài)健康等級(jí)等實(shí)例的分級(jí)方法[8,9], 并考慮到與前期研究工作的一致性[10,11], 將長(zhǎng)江魚類評(píng)價(jià)指標(biāo)分為5級(jí), 分別為“優(yōu)”、“良”、“中”、“差”、“極差”(表 2)。同時(shí), 根據(jù)本團(tuán)隊(duì)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史資料, 基于恢復(fù)生態(tài)學(xué)的評(píng)價(jià)理論(采集物種數(shù)達(dá)基準(zhǔn)值80%以上可為優(yōu))和長(zhǎng)江水生生物完整性指數(shù)評(píng)價(jià)體系劃分方法, 確立了長(zhǎng)江魚類物種狀況指標(biāo)的劃分標(biāo)準(zhǔn)。其中, 土著魚類物種數(shù)占基準(zhǔn)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(shù)占基準(zhǔn)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(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)估各指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)及劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab. 2 Grades and scoring criteria for the metrics used to assess the ecological environment of the Yangtze River

2.2 評(píng)價(jià)結(jié)果

以2010年和2020年為評(píng)價(jià)年, 對(duì)長(zhǎng)江不同水域進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示, 當(dāng)前長(zhǎng)江上游干流和下游干流的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)于中游; 支流赤水河的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量良好, 大型湖泊鄱陽(yáng)湖的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量中等。從時(shí)間上看, 隨著長(zhǎng)江禁漁等一系列生態(tài)保護(hù)措施的實(shí)施, 長(zhǎng)江干流的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有不同程度地好轉(zhuǎn)(圖 1)。

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

3 討論

3.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的適用性

在河湖生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)估的研究工作中, 基于生物的多指標(biāo)評(píng)價(jià)(Multimetric indices)始建于Karr建立的魚類生物完整性指數(shù)(Fish index of biological integrity, F-IBI), 其評(píng)價(jià)原理區(qū)域就是區(qū)域內(nèi)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(zhì)量具有對(duì)應(yīng)關(guān)系[12]。隨著FIBI的推廣, 眾多學(xué)者逐漸衍生出以底棲動(dòng)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(yīng)用[13]。Ruaro等[5]對(duì)全球范圍內(nèi)應(yīng)用多指標(biāo)體系進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量評(píng)估的案例進(jìn)行了文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)分析。結(jié)果顯示,55%的研究工作以魚類為指示物種, 且物種數(shù)是應(yīng)用最多的指標(biāo)之一, 說(shuō)明基于物種數(shù)的評(píng)價(jià)指標(biāo)具有較好的適用性。

長(zhǎng)江是我國(guó)淡水魚類種類最豐富的河流, 也曾是重要的漁業(yè)產(chǎn)區(qū)。但是, 受攔河筑壩、水域污染、過(guò)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(jié)果[14], 長(zhǎng)江流域魚類多樣性喪失嚴(yán)重, “生物完整性指數(shù)到了最差的‘無(wú)魚’等級(jí)”[9]。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部及有關(guān)部門于2017年出臺(tái)了“率先在長(zhǎng)江流域水生生物保護(hù)區(qū)實(shí)現(xiàn)全面禁捕”等一系列保護(hù)措施, 赤水河等長(zhǎng)江流域重要的水生生物保護(hù)區(qū)在2019年底以前已經(jīng)開始禁捕, 長(zhǎng)江魚類資源開始恢復(fù)。2020年長(zhǎng)江禁漁效果非常明顯, 說(shuō)明本文的評(píng)價(jià)指標(biāo)有很好的敏感性和適用性。

3.2 改善長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境的對(duì)策與建議

從生態(tài)系統(tǒng)的角度改善長(zhǎng)江水域生態(tài)環(huán)境, 恢復(fù)物種數(shù)量總體來(lái)看, 魚類物種數(shù)的變化受整體生態(tài)緩解質(zhì)量的影響, 物種數(shù)的提高依賴于整體生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)。因此, 建議從生態(tài)系統(tǒng)的角度,在棲息地保護(hù)與修復(fù)、水污染治理等方面, 整體上改善長(zhǎng)江流域的生態(tài)環(huán)境, 恢復(fù)魚類多樣性。其中,棲息地保護(hù)與修復(fù)包括加強(qiáng)對(duì)干流自然流水河段保護(hù), 對(duì)支流小水電站進(jìn)行分類整改, 在條件適宜的支流實(shí)施全面生態(tài)修復(fù)工程, 恢復(fù)河流自然流態(tài),恢復(fù)特有魚類資源; 逐步有序恢復(fù)長(zhǎng)江中下游河湖連通及其自然水文過(guò)程, 為魚類提供良好的生境條件。水污染治理應(yīng)加強(qiáng)點(diǎn)、面源污染科學(xué)防治, 尤其要嚴(yán)格禁止水生生物保護(hù)區(qū)、重要棲息地的污染排放, 建立系統(tǒng)污染監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò), 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(shí)施, 長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境將會(huì)明顯改善, 魚類資源將會(huì)顯著恢復(fù), 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(shù)量急劇減少, 2020年已不足20尾,而且中華鱘自然繁殖活動(dòng)出現(xiàn)中斷。長(zhǎng)江鱘曾是長(zhǎng)江上游重要的經(jīng)濟(jì)捕撈對(duì)象。20世紀(jì)后期, 長(zhǎng)江鱘自然種群規(guī)模急劇縮小, 2000年左右其自然繁殖活動(dòng)停止, 自然種群已無(wú)法自我維持。因此, 建議持續(xù)推進(jìn)珍稀瀕危物種拯救行動(dòng)計(jì)劃, 通過(guò)人工增殖、棲息地保護(hù)等多項(xiàng)保護(hù)和修復(fù)措施, 全力扭轉(zhuǎn)長(zhǎng)江水生生物資源衰退趨勢(shì)。

外來(lái)種防控監(jiān)測(cè)表明, 外來(lái)種入侵威脅著長(zhǎng)江魚類多樣性和水域生態(tài)安全。蓄水后三峽庫(kù)區(qū)發(fā)現(xiàn)外來(lái)入侵魚類23種, 且部分物種的種群數(shù)量呈暴發(fā)趨勢(shì); 長(zhǎng)江下游發(fā)現(xiàn)外來(lái)魚類33種[15,16]。這些外來(lái)種大多繁殖力高、食性雜、擴(kuò)散能力強(qiáng), 具有較強(qiáng)的生態(tài)適應(yīng)能力, 它們一旦在野外成功建群,可以通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)、捕食、雜交等方式對(duì)土著物種構(gòu)成直接威脅, 或者通過(guò)對(duì)環(huán)境的干擾和破壞間接影響土著種類, 導(dǎo)致生物多樣性降低。建議加強(qiáng)外來(lái)種的管控, 通過(guò)研究其入侵途徑和擴(kuò)散機(jī)制, 科學(xué)預(yù)測(cè)外來(lái)種入侵引起的生態(tài)學(xué)效應(yīng), 建立科學(xué)有效的預(yù)警、防控技術(shù)體系。