天鵝洲故道水生態研究進展

武俊梅周巧紅徐 棟龔 成吳振斌賀 鋒

(1.中國科學院水生生物研究所淡水生態與生物技術國家重點實驗室, 武漢 430072; 2.湖北長江天鵝洲白鱀豚國家級自然保護區管理處, 石首 434400)

天鵝洲故道水生態研究進展

武俊梅1周巧紅1徐 棟1龔 成2吳振斌1賀 鋒1

(1.中國科學院水生生物研究所淡水生態與生物技術國家重點實驗室, 武漢 430072; 2.湖北長江天鵝洲白鱀豚國家級自然保護區管理處, 石首 434400)

20世紀90年代初, 湖北長江天鵝洲故道水質良好, 魚類資源豐富, 被認為是建立長江豚類半自然保護區和四大家魚種質資源生態庫的理想場所, 而對之開展了水生態研究, 之后由于成功實現了長江江豚的遷地保護而受到越來越多的關注。學者們從水質和沉積物等環境因素, 浮游植物、浮游動物、底棲動物和高等水生植物等生物因素, 水體初級生產力、漁產潛力和魚類等資源因素多角度開展了天鵝洲故道水生態研究。天鵝洲故道水質呈惡化趨勢。浮游植物數量增加了2個數量級, 且從單細胞個體轉變為多細胞群體, 同時帶有膠被的藍藻在種類和密度上占有絕對優勢; 浮游動物優勢種呈小型化趨勢; 底棲動物密度有所下降; 高等水生植物呈逐漸衰退趨勢。魚類資源量呈下降趨勢。根據水質化學和生物學評價結果, 結合天鵝洲故道受人類活動的影響, 本文指出故道與長江阻隔、漁業活動和環境污染是天鵝洲故道水生態面臨的主要問題, 其通過水質、餌料和棲息地等方面影響長江江豚的可持續性生存。同時, 提出5個方面的建議: 首先, 實施通江工程, 恢復故道水文特征, 提高故道理化環境異質性; 其次, 控制外源和內源營養負荷, 提高故道水體水質; 然后, 持續監測水質、沉積物和水生生物狀況, 建立故道水生態數據庫; 再次, 實施生態修復工程, 提高水生生物多樣性; 最后, 規范漁業活動, 優化故道漁業資源, 為保護天鵝洲故道水環境質量和水生態健康, 維持江豚可持續生存提供依據。

天鵝洲故道; 水質; 沉積物; 水生生物; 魚類資源

湖北長江天鵝洲白鱀豚國家級自然保護區于1992年由國務院正式批準成立, 是首批國家級水生野生動物自然保護區, 目前主要保護動物為長江江豚(Neophocaena phocaenoides asiaeorientalis)。長江江豚對棲息地的選擇一方面受地形地貌、水文水動力等因素的影響[1—5], 另一方面, 水質、食物和人類活動等也影響著江豚的分布和行為。水質對江豚的活動有直接的影響, 江豚有明顯的回避渾水、污水的行為[1, 4—6], 且喜歡選擇蘆葦毗鄰的水域作為棲息環境[3]; 江豚的生境選擇與餌料魚類聚集相關[1, 3—11]; 漁業捕撈、水上航運、水利水電工程等人類活動嚴重影響著江豚的棲息, 對其生存構成極大的威脅[1, 2, 5, 6, 12—14]。銅陵長江大橋的修建對其上下河道、沙洲產生了一定的影響, 和悅洲和成德洲附近的灘槽沖淤明顯, 匯、分流區主流擺動不確定, 導致附近的江豚活動次數明顯減少[12]; 董首悅等[13]研究了江西鄱陽湖湖口水域船舶通行對江豚發聲行為的影響; 時文靜等[14]研究了碼頭建設施工期的打樁噪聲對江豚造成的潛在影響。

天鵝洲故道水生態的研究始于20世紀90年代建立白鱀豚半自然保護區和四大家魚種質資源天然生態庫的可行性研究[15—20], 從水質理化性質、水生生物狀況、水體初級生產力、餌料魚類資源等多角度系統分析了天鵝洲的生態環境特征; 另外,劉建華等[21]對天鵝洲故道水域理化狀況、水生生物狀況以及四大家魚種質資源、白鱀豚、江豚和麋鹿等生物多樣性保護進行了概述。何緒剛等[22]研究了天鵝洲故道水體氮、磷營養元素變化規律。21世紀后, 學者們分別針對水質、沉積物、浮游植物、浮游動物、底棲動物、水質評價等開展了研究工作[23—32], 特別是關于沉積物, 研究了其基本物化性質、泥沙沉積、有殼變形蟲記錄、木質素特征、重金屬和稀土元素記錄等沉積特點和年代序列[23, 25, 33—40]。

本文從水質和沉積物等環境因素, 浮游植物、浮游動物、底棲動物和高等水生植物等生物因素,水體初級生產力、漁產潛力和魚類等資源因素多角度分析了天鵝洲故道水生態演變趨勢, 根據水質化學和生物學評價結果, 結合天鵝洲故道受人類活動的影響, 探討其水生態面臨的主要問題和可行的有效對策, 為保護天鵝洲故道水環境質量和水生態健康, 維持江豚可持續生存提供依據。

1 天鵝洲故道概況

天鵝洲故道(29°46′71″—29°51′45″N, 112°31′36″—112°36′90″E)于1972年7月經過自然裁彎取直形成, 位于湖北省石首市下游約20 km處的長江北岸, 全長20.9 km。豐水期水面最寬1500 m,最狹400 m, 平均水深4.5 m, 最深處可達15—25 m。正常水位(33.0 m)時, 面積為13.7 km2, 高水位(36.0 m)時, 故道和長江大面積通連, 面積達30.0 km2。故道上口僅在汛期時(5月至10月)與長江相通, 下口則全年與長江相連。1998年沙灘子大堤修筑后, 天鵝洲故道僅有下口天鵝閘在汛期通過人為調控與長江連通,水位漲落幅度變小, 漫灘萎縮。故道主要水源為長江水, 另外馮灘閘、春風閘排放少量地面水進入故道。

2 水體環境狀況

2.1 水質理化性質

表 1 天鵝洲故道水質變化Tab.1 Water quality Changes in Tian’e Zhou Oxbow

水體污染是導致長江江豚種群數量下降和分布減少的主要原因之一[6], 首先, 江豚對棲息地的選擇有回避污水的趨勢, 水體污染會縮小江豚的活動范圍、降低江豚棲息地環境質量, 從而影響江豚的生存、生長和發育; 其次, 水體中重金屬和持久性有機物可通過食物鏈富集到位于食物鏈頂端且體內富含脂肪的江豚體內, 影響其生命機能, 研究表明部分持久性有機物的殘留風險系數已超過閾值[41, 42]; 最后, 水體污染會導致漁業資源量的下降,間接導致江豚食物資源減少[43]。20世紀80、90年代, 天鵝洲故道水質好, 無污染, 與長江水質相近(表 1), 其中三氮(氨氮、亞硝態氮和硝態氮)含量和混濁度低于同期長江水, 重金屬、類金屬及氟化物、酚類、氰化物等有毒物質及大腸桿菌含量極微, 均在我國漁業水質標準規定的范圍內, 只有硫化物含量偏高[15, 18]。進入21世紀, 故道水質氮和磷等營養元素濃度明顯升高, 季節性變化差異顯著,以夏季污染情況最為嚴重[30]。

比較不同形態氮、磷濃度發現, 氮元素以硝酸鹽氮和有機氮為主, 其高峰值出現在夏季, 導致三氮或總氮的高峰值也出現在夏季[22, 30]; 磷酸根離子占總磷比例較低, 在春季最高, 植物生長季節逐漸下降[22], 總磷濃度在夏季最高[30]。比較豐、枯水期水質發現, 總磷、CODMn、鉛、鎘差異不顯著, 而氨氮、懸浮物、銅和砷在豐水期顯著高于枯水期[26],主要是豐水期間, 雨水沖刷故道周圍農田和農戶生活區, 將污染物通過溝渠、地表徑流帶入故道, 引起某些指標的升高。

在不同地理分組間, 故道水質各指標均無顯著性差異, 原因在于風生環流的作用使得故道內水體混合較為均勻, 但是靠近污染源的水域水體污染物濃度有高于其他水域的趨勢, 因此污染源輸入仍有可能會造成部分水域水體污染程度升高[30]。天鵝洲故道的主要污染源為農業非點源污染、自然礦化輸入、畜禽糞便及有機質腐敗污染, 在水域污染管理時, 應特別注重夏季降雨量較大時隨馮家潭開閘進入故道的周邊非點源污染[30], 開閘灌江納苗可改善故道水質, 降低pH、總含鹽量(或電導率)等[25, 30], 建議在長江干流與故道水位差允許的情況下, 向故道內引水不低于1747.6萬m3(約故道蓄水量的十分之一), 用于改善農業非點源污染源對故道水體造成的污染[30]。

2.2 水質化學評價

以一些代表性較強的化學指標作為評價因子的水質化學評價結果表明, 20年來, 天鵝洲故道水質呈下降趨勢。何緒剛等[22]比較COD、總氮和總磷等指標值, 表明1993年天鵝洲故道屬于中-富營養型湖泊。以溶解氧、高錳酸鹽指數、氨氮、總氮、總磷、鉛、石油類等7項指標作為評價因子,模糊綜合評價表明2005年天鵝洲故道水質維持在地表水Ⅰ類水平, 主要污染物是有機物、氨氮和總磷[23, 24, 26]。以pH、溶解氧、總氮、總磷、氨氮、六價鉻、硝酸鹽氮等作為評價因子, 模糊綜合評價表明2012—2014年天鵝洲故道水質降低至地表水Ⅲ類, 主要污染物是總氮和總磷[30]。

2.3 沉積物特征及環境意義

水體沉積物既是營養物質和重金屬等污染物質的匯, 又是對水質有潛在污染的次生源; 一方面可結合水相和生物相對水環境質量進行實時評價,另一方面沉積物特征有助于評價水體環境狀況歷史演變趨勢, 揭示自然事件和人為活動對水體生態環境的影響。江永明等[23]分析了2005年7月天鵝洲故道沉積物的泥炭層面積、厚度、容重、含水量、凱氏氮含量等基本特征。吳門伍等[25]研究表明灌江納苗引入了部分泥沙沉積在閘前盲腸河段及故道中。余國安等[34]分析了2006年3月故道底泥中的汞等重金屬、有機質、總氮和總磷, NOAA和背景值標準評價均為Ⅰ類, 質量良好, 優于洞庭湖、東湖和梁子湖等其他長江中游湖泊。

學者們分別通過有殼變形蟲記錄、木質素特征、重金屬和稀土元素記錄等沉積特點和年代序列研究了人類活動和河道變遷對天鵝洲故道生態和環境的影響。有殼變形蟲記錄表明1975—1987年, 水位較低, 天鵝洲故道接受較多的外源有機物質, 營養水平上升; 1987—1994年, 水體穩定,水質變得清澈; 1994—2001年, 自然保護區建立以后, 外源有機物輸入減少, 營養化程度降低; 2001—2005年, 隨著故道環境由開敞式過渡到封閉式, 水體的生產力提高, 富營養化加劇[33]。天鵝洲柱樣(2007年4月)中的粒度、總有機碳、總氮、碳氮比和木質素含量及參數表明自然環境變遷和人為活動強度的變化對陸源有機物在流域內部的遷移沉積影響顯著。底部沉積物顆粒粗、有機物含量低、降解程度高, 可能是1972年長江截彎取直前的河灘沉積; 向上沉積物顆粒顯著變細、有機物含量升高、降解程度降低, 可能是20世紀80年代農業的發展使得當地的陸源物質輸入增多、營養水平升高; 20世紀90年代初自然保護區的建立則使水土流失減弱; 1998年大堤的修筑使水動力減弱、顆粒物變細; 另外, 1998年洪水層的特征具有判別洪水災害事件的潛在價值, 識別出20世紀70年代初和80年代初兩個疑似洪水層, 可能與對應年代的洪水事件有關[35]。重金屬和稀土元素記錄表明天鵝洲長江故道沉積物剖面與長江河道變遷及流域人類活動具有很好的相關性, 1950—1990年, 處于工業化前期, 重金屬含量變化幅度較小, 主要受物源和沉積環境等自然因素控制; 1990—2007年, 流域工業化進程加快, 人類活動帶來的污染增多, 同時流域水利工程的興修, 使得來沙量降低, 河流自凈能力減弱, 沉積物重金屬含量提高15%—40%[36, 37]。基于牛軛湖沉積的基本序列、沉積特點與年代學框架,可以較好地記錄河流流域洪水事件, 鉛元素記錄表明其非自然因素富集起始于20世紀80年代初, 并于2000年后呈下降狀態, 與我國鉛污染歷史及禁用含鉛汽油的時間基本吻合[38—40]。

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3 水生生物狀況

3.1 浮游植物

浮游植物表征著水體初級生產力, 是濾食性魚類的主要餌料, 因此, 浮游植物生物量是水體漁產潛力的重要參數; 同時, 大多數浮游植物對環境條件的變化非常敏感, 存在著明顯的種間差異, 因此浮游植物的群落結構是水體水質監測的重要指標。2011—2012年天鵝洲故道浮游植物數量較20世紀90年代增加了2個數量級, 生物量增加了數倍, 表明水質存在惡化的趨勢(表 2)。優勢種呈單細胞個體向多細胞群體轉變的趨勢, 帶有膠被的藍藻在種類和密度上占有絕對優勢。原因一方面在于大量放養的鰱鳙濾食大型浮游動物, 導致占優勢的小型浮游動物不能攝食個體較大的藻類, 另一方面在于浮游植物食性魚類如鰱鳙更容易捕食消化沒有膠被的藻類[28]。天鵝洲故道浮游植物數量和生物量的季節變化表現為夏秋季大于春冬季[18, 19, 28]。

天鵝洲故道浮游植物在種類上, 綠藻門種類最多, 其次是藍藻門和硅藻門(表 3)。在數量上, 20世紀80、90年代, 以綠藻門、硅藻門和隱藻門為主; 2011—2012年, 藍藻門占絕大多數, 其次為綠藻門和硅藻門, 表明天鵝洲故道浮游植物群落向喜好富營養化水體的藍藻轉變, 水質存在惡化的趨勢。不同種類浮游植物數量和生物量最大值出現的季節不一樣, 藍藻數量最大值出現在夏季, 其他藻類出現在春秋季[18, 28]; 藍藻、綠藻、隱藻和裸藻生物量最大出現在秋季, 硅藻和金藻出現在春季[28]。

黃丹[28]研究結果表明不同年份間(2011—2012年)氣候變化導致的浮游植物現存量差異主要原因在于水位的變化會改變水體中無機鹽濃度。風力作用和營養鹽濃度使得藻類密度在空間變化上表現為故道下游的均值較上游大, 最上游采樣點水體較淺, 受風力攪動較大, 水質較差, 透明度較低,使得該處具有較大的藻類密度和生物量。

表 2 天鵝洲故道浮游植物種類、數量或生物量變化Tab.2 Species, numbers and biomasses changes of phytoplankton in Tian’e Zhou Oxbow

表 3 天鵝洲故道不同種類浮游植物種類、數量或生物量變化Tab.3 Species, numbers and biomasses changes of different kinds of phytoplankton in Tian’e Zhou Oxbow

3.2 浮游動物

浮游動物群落結構能及時準確地反映水域生態環境狀況, 也是淡水水體中魚蝦的餌料基礎, 因此對保護區水體中浮游動物群落結構進行研究, 一方面可以用于分析保護區水質狀況, 另一方面可以及時了解魚類的餌料分布情況, 從而反映出江豚的生存狀態。天鵝洲故道浮游動物類群向小型化轉變, 原生動物和輪蟲的種類和優勢種百分比明顯增加(表 4), 另外, 在同一類群內也存在小型化現象,如在枝角類中, 體積較大的溞類數量很少, 而體型較小的長額象鼻溞(Bosmina longirostris)占枝角類總密度的96.8%[28, 29]。浮游動物群落結構的小型化可能是鰱鳙的濾食和小型魚類對大型浮游動物的選擇性捕食以及水質惡化造成的, 可能使得水體中大型浮游植物的數量增多, 從而提高發生水華的可能性。浮游動物密度和生物量的季節性變化表現為高峰值出現在夏秋季, 最低值出現在春冬季[18, 19, 28, 29], 可能夏秋季水體溫度更適宜浮游生物的生長和繁殖, 另一方面, 浮游植物的生長和繁殖為浮游動物提供了豐富的食物。浮游動物空間分布顯示受污染程度較大和營養物質較豐富的樣點浮游動物數量高于其他樣點[19, 28, 29]。

3.3 底棲動物

表 4 天鵝洲故道浮游動物種類、數量和生物量變化Tab.4 Species, numbers and biomasses changes of zooplankton in Tian’e Zhou Oxbow

底棲動物的現存量、群落結構和優勢種等參數可以反映環境因素的長期變化, 另外可以加速水底碎屑的分解以提高水體的自凈能力, 同時也是魚類的天然活餌料, 是水體漁產潛力的重要參數。天鵝洲故道底棲動物分布均勻, 種類組成較復雜和豐富[23], 密度呈下降趨勢, 軟體動物生物量所占比例比其他類群高(表 5)。長江天鵝洲故道各季度底棲動物年均密度表現為冬季>秋季>夏季>春季, 年均生物量表現為秋季>冬季>夏季>春季[31]。潘保柱等[27]研究表明, 天鵝洲故道底棲動物優勢種有蘇氏尾鰓蚓(Branchiura sowerbyi)、多毛管水蚓(Aulodrilus pluriseta)、環棱螺(Bellamya sp.)、內搖蚊(Endochironomus sp.)、異搖蚊(Xenochironomus sp.), 其中內搖蚊密度占86.5%, 生物量占37.1%, 環棱螺生物量占57.1%。馬秀娟等[31]研究表明天鵝洲故道底棲動物優勢種有菱附搖蚊(Clinotanypus sp.)、指突隱搖蚊(Cryptochironomus digitatus)、克拉泊水絲蚓(Limnodrilus claparedeianus)、霍甫水絲蚓(Limnodrilus hoffmeisteri), 優勢種由中污染指示種轉變為中-重污染指示種。潘保柱等[27]進一步分析其功能攝食類群發現, 直接收集者種數和個體數最多, 分別占41.4%和53.3%, 刮食者生物量最大,占58.8%。在類群組成上, 故道以螺類和水生昆蟲為主, 與阻隔湖泊(不含城郊污染湖泊)類似, 但就物種而言, 又有自己的特點, 流水性和冷水性種類較多。

3.4 高等水生植物

高等水生植物能夠吸收水體中的營養物質, 對水體有一定的凈化作用, 另外為植食性魚類提供餌料, 為其他水生生物提供合適生境, 如長江江豚喜歡選擇蘆葦毗鄰的水域作為棲息環境[3]。20世紀90年代以前, 天鵝洲故道水草非常豐富, 可見明顯的水草帶。之后在故道內人為放養大量河蟹, 嚴重破壞了水草資源, 加之大規模的拉網捕撈, 嚴重干擾了水生植被的自然演替進程, 使天鵝洲故道水生植物呈逐漸衰退趨勢, 只在天鵝洲故道上口和下口的淺灘上分布有蘆葦(Phragmites communis Tria)群落, 菰(Zizaniacaduciflora Turcz et Trin)群落鑲嵌分布在蘆葦群落臨水面的邊緣, 沉水植物稀疏分布在故道兩邊淺水處, 沒有明顯的水草帶[23, 26]。高等水生植物生物量從1987—1988年的2.7×106kg[15, 18]分別降低到1993—1994年的1.5×106kg[17]和2005—2006年的0.9×106kg[23, 26]。天鵝洲故道挺水植物生長與分布主要受人類對岸邊帶利用活動的影響; 沉水植物的主要限制因素除水深、透明度和湖底沉積物組成外, 受人為干擾因素較多。由于沙灘子大堤的阻隔, 天鵝洲故道每年有規律的水位漲落消失了, 湖底含沙較多, 淤泥也較厚, 在下口附近,泥沙厚度可達l m, 對高等水生植物的生長和分布也有一定的影響。

3.5 水質生物學評價

根據水生生物的一些代表性參數進行生物學評價的結果表明天鵝洲故道水質呈惡化趨勢。張征等[19]根據浮游植物現存量和優勢種群評價標準,認為1992—1993年天鵝洲故道屬貧營養型水體, 并開始由寡污性水體向乙型中污性過渡。根據初級生產力評價標準, 2005年天鵝洲故道屬中營養型水體[23, 26]。黃丹[28]根據浮游植物現存量和多樣性指數評價標準, 認為2011—2012年天鵝洲故道屬富營養型水體, 呈中污染水平; 同時浮游動物現存量和優勢種群評價結果與浮游植物一致, 但是浮游動物各種多樣性指數評價結果存在差異, Simpson和Margalef多樣性指數的評價結果為寡污型或清潔型水體, 與故道實際水質狀況不符[29]。馬秀娟等[31]根據底棲動物多樣性指數評價標準, 認為2011年天鵝洲故道水質污染狀況為中-重污染。

4 水體資源狀況

4.1 水體初級生產力

水體初級生產力與漁產量息息相關, 間接影響著長江江豚的餌料數量。天鵝洲故道浮游植物初級生產力1987至2006年無明顯變化(表 6)。研究表明, 水柱日產氧量最高值出現在夏季, 最低值出現在冬季, 春秋季差別不大[18, 19, 23, 26], 與浮游植物生物量和輻射能變化一致[26]。水柱日產氧量水平空間分布差別不大, 其垂直分布特征表現為一般隨水深的增加, 先上升后降低, 最高層出現在水體透明度0.5倍處, 冬季各水層初級生產力均較低, 沒有明顯差異[23, 26], 其主要影響因素為光照強度, 冬季則溫度影響較大[26]。陳佩薰等[15]和張先鋒等[18]測定了浮游植物的葉綠素a、脫鎂葉綠素和表層日產氧量等其他水體初級生產力指標, 其平均值和范圍分別為4.2 (0.1—9.0) μg/L、1.9 (0.0—3.8) μg/L和0.9 (0.3—2.4) mg O2/(L·d)。沈子偉[26]計算得浮游植物和高等水生植物初級生產力年產量分別為7.2× 1010和9.2×107kJ, 對輻射能的轉化效率分別為0.083%和0.101%。

4.2 漁產潛力

關于漁產潛力的研究主要集中在20世紀90年代初, 進入21世紀后對其研究很少, 缺乏基礎數據。張征等[19]估算表明1992—1993年4—10月間浮游生物提供漁產潛力為266.82 t。凌去非和李思發[20]報道1993年2月至1994年1月間天鵝洲故道浮游植物、浮游動物、環節動物、螺、水草、細菌、碎屑等的漁產潛力合計為942 t。

4.3 魚類資源

魚類資源減少被認為是造成長江江豚種群數量下降和分布減少的主要原因之一[6], 天鵝洲故道魚類以鯉科在屬和種數量上最大, 符合國內各主要水系或水體魚類區系組成的共同特點, 包括青魚(Mylopharyngodonpiceus Richardson)、草魚(Ctenopharyngodonidellus Cuvier et Valenciennes)、鰱(Hypophthalmichthysmolitrix Cuvier et Valenciennes)、鳙(Aristichthysnobilis Richardson)等江湖江湖半洄游性魚類, 鯉(Cyprinus carpio Linnaeus)、鯽(Carassiusauratus Linnaeus)等湖泊定居性魚類, 漁獲物總產量呈下降趨勢[15, 17, 18, 20, 23]。實際漁產量只達到估算漁產潛力的39.77%, 可能是因為魚類群落結構存在不合理性。同時, 由于捕撈過度, 天鵝洲故道魚類群落出現小型化、低值化趨勢, 年總漁獲量的66.18%為小型的和低值的魚類, 必須控制捕撈, 使資源得以休生養息[20]。

5 天鵝洲故道水生態存在問題和對策建議

表 6 天鵝洲故道水體初級生產力變化Tab.6 Primary production in Tian’e Zhou Oxbow

天鵝洲故道水生態主要受故道與長江阻隔、漁業活動和環境污染等3個方面的影響, 通過水質、餌料和棲息地等方面影響長江江豚的可持續性生存。故道與長江阻隔一方面降低了故道水體的流動性及其與長江水體的交換, 使得故道水體不能有效更新, 有機物質和營養元素不能充分稀釋,水質呈現下降趨勢; 一方面降低了水文地貌理化環境的異質性以及生物環境水生生物的多樣性; 另一方面也影響了故道漁業資源的更新和補充。關于漁業活動, 一方面鰱鳙等魚類對大型浮游動物的選擇性捕食, 使得浮游動物優勢種呈小型化趨勢, 進而導致個體較大或者帶有膠被的浮游植物成為優勢種, 另外魚類或河蟹可以直接攝食底棲動物和破壞沉水植物; 另一方面, 目前天鵝洲故道長江江豚種群數量約為40頭, 按江豚體重50 kg, 日攝食量為體重的10%, 生態效率為10%—20%計算, 每年需要餌料魚類(365—730) ×103kg, 漁業的投放結構和過度捕撈威脅著江豚的食物資源。天鵝洲故道水體污染主要來源于周邊區域的地表徑流和生活污水,集水區域主要包括石首市橫溝、人民大垸和新廠3個鄉鎮以及監利縣的部分農田。由于這一區域地勢西高東低, 地表徑流大部分通過蛟子河東瀉經馮家潭泵站排入天鵝洲故道, 只有少部分通過馮家潭二站直接排入長江。據粗略估計, 這一區域的耕地面積近60 km2, 人口近10萬人, 平均每年由馮家潭泵站排入故道的地表徑流和生活污水近3億m3。環境污染導致天鵝洲故道水質惡化, 影響著水生生物的種群密度和群落結構, 使得水生生物多樣性降低,優勢種由寡污種朝耐污種轉變, 繼而影響著長江江豚棲息地的環境質量及其生長、發育和生命機能。

針對天鵝洲故道水生態現狀及其存在的問題,結合長江江豚物種保護, 對天鵝洲故道水生態保護提出五點對策和建議。首先, 實施通江工程, 恢復故道水文特征, 提高故道理化環境異質性。天鵝洲故道季節性漲落的水文條件有利于提高水體自凈能力和魚類群落結構合理化, 基于目前條件, 建議制定合理的天鵝洲閘口調度機制, 模擬長江水位變化; 長期性來看可以通過水利工程實現故道水體更大范圍和程度的通江交換, 改善故道水體環境和資源。其次, 控制外源和內源營養負荷, 提高故道水體水質。建議控制故道周邊畜禽養殖規模, 減少馮家潭泵站農業徑流輸入; 通過調控天鵝洲閘口增加故道水體和長江干流的交換, 稀釋水體中氮、磷等營養元素濃度; 構建人工濕地等旁路處理工程降低地表徑流營養負荷或內源污染物濃度等。然后, 持續監測水質、沉積物和水生生物狀況, 建立故道水生態數據庫。文獻查閱過程中發現, 關于天鵝洲故道水生生物數據比較零散, 缺乏連續性數據, 浮游生物和底棲動物近5年的相關數據和高等水生植物近10年的相關數據都是空白。建立故道水生態數據庫, 有利于及時了解故道水生態變化趨勢, 以便于分析其對長江江豚物種保護的影響。再次, 實施生態修復工程, 提高水生生物多樣性。在水環境質量改善的基礎上, 實施生態修復工程, 如恢復故道高等水生植物群落, 提高水體自凈能力。最后, 規范漁業活動, 優化故道漁業資源, 逐步全部實施漁民的轉產分流是解決故道漁業生產和生物保護之間矛盾的根本措施, 現階段建議加強對故道漁業活動的規范管理。充分利用天鵝洲閘口的調度在漁汛期進行“灌江納苗”, 提高故道魚類群落的生物多樣性; 統籌規劃故道人工投苗種群結構, 協調經濟魚類和江豚適口魚類產量; 嚴格規劃捕撈活動的時間、規模、方式和工具等, 優化捕撈模式。

致謝:

感謝中國科學院水生生物研究所張甬元先生、劉保元先生、肖恩榮副研究員、劉碧云副研究員、張義副研究員和張麗萍高級實驗師和學科組其他成員在論文撰寫過程中提出的寶貴建議; 感謝湖北長江天鵝洲白鱀豚國家級自然保護區管理處各位領導在資料收集過程中提供的熱心幫助。

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PROGRESS IN STUDIES ON WATER ECOLOGY IN TIAN’E ZHOU OXBOW

WU Jun-Mei1, ZHOU Qiao-Hong1, XU Dong1, GONG Cheng2, WU Zhen-Bin1and HE Feng1

(1.State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology, Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China; 2.Baiji National Natural Reserve of the Tian’e Zhou Oxbow in Yangtze River, Shishou 434400, China)

In the early 1990s, the Tian’e Zhou Oxbow in Yangtze River in Hubei Province had good water quality and rich fish resources, which was considered to be an ideal location for the establishment of semi-natural reserve for Yangtze finless porpoise (Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis) and germplasm ecological reservoir for four major Chinese carps.Consequently, water ecology researches on Tian’e Zhou Oxbow from the environmental factor of water quality and sediments, the biological factor of phytoplankton, zooplankton, zoobenthos and aquatic macrophytes, as well as the resource factor of primary productivity, fish potential production and fish resource have made great progress with the successful implementation of the ex-situ conservation for Yangtze finless porpoise.The water quality in Tian’e Zhou Oxbow showed a trend of deterioration.The number of phytoplankton increased by two orders of magnitude, and the form of phytoplankton changed from single-celled individuals to multicellular colony, and cyanobacteria with gelatinous envelope displayed an absolute predominance in species and densities.The dominant species of zooplankton showed a trend of miniaturization.The density of zoobenthos decreased dramatically.Aquatic macrophytes displayed a trend of gradual recession.Fish resources showed a downward trend.The chemical evaluation and biological assessment of water quality and human activities on Tian’e Zhou Oxbow indicated that disconnection between Oxbow lake and Yangtze River, fishery activity and environmental pollution were the main factors impacting water ecology of Tian’e Zhou Oxbow, which affected the sustainability of Yangtze finless porpoise through water quality, bait resources and habitat.Five suggestions were proposed to protect water environment quality and water ecological health, and then maintain the sustainable survival of Yangtze finless porpoise.First, the connecting engineering between Tian’e Zhou Oxbow and Yangtze River should be implemented to restore the water ecological characteristics and improve the heterogeneity of physicochemical environment.Second, nutrient loading from internal and external source should be controlled to improve the water quality of Tian’e Zhou Oxbow.Third, the condition of water quality, sediments and aquatic organisms should be monitored continuously to establish the database of water ecology.Fourth,ecological restoration project should be implemented to improve the biodiversity of aquatic organism in Tian’e Zhou Oxbow.Finally, fishery activity should be regulated to optimize fishery resources.

Tian’e Zhou Oxbow; Water quality; Sediments; Aquatic organisms; Fish resources

Q178.1

A

1000-3207(2017)04-0935-12

10.7541/2017.117

2016-07-11;

2017-01-17

長江航道局委托項目“航道整治工程影響區域生態修復技術研究”; 湖北省技術創新專項軟科學研究類項目“湖北省人工濕地工程調研和管理信息系統設計與實現”資助 [Supported by the Authorized Project by Changjiang Waterway Bureau “Ecological Restoration Technology in the Affected Region of Waterway Regulation Engineering”; the Soft Science Research Project of Technological Innovation Special Project in Hubei Province “Engineering Survey and the Design and Implementation of Management Information System of Constructed Wetlands in Hubei Province”, No.2016ADC101]

武俊梅(1985—), 女, 湖北仙桃人; 博士, 工程師; 研究方向為生態工程技術研發和應用。E-mail: wujunmei@ihb.ac.cn

賀鋒, E-mail: hefeng@ihb.ac.cn