董箐庫區(qū)水環(huán)境變化對魚類分布影響

王 瑤 王從鋒，2 秦孝輝

(1. 三峽大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443002； 2. 三峽地區(qū)地質(zhì)災(zāi)害與生態(tài)環(huán)境湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心， 湖北 宜昌 443002； 3. 珠江水利科學(xué)研究院，廣州 510611)

庫區(qū)的建立可以通過增加漁業(yè)水域面積的方式實現(xiàn)養(yǎng)殖增產(chǎn)，但另一方面又因阻斷特殊魚種洄游制約了魚類資源多樣性的發(fā)展，對天然魚類資源、物種多樣性、種質(zhì)資源產(chǎn)生了嚴(yán)重影響[1]．張慧杰[2]等指出水流的流態(tài)、速度和水質(zhì)是影響葛洲壩壩下魚類分布的重要因素；任玉芹[3]等在研究三峽庫區(qū)支流魚類分布的差異性時，認(rèn)為魚類的生活習(xí)性、地形、水深等對魚類具有一定影響．在本文所研究的北盤江流域，有學(xué)者對光照建壩前后庫區(qū)內(nèi)魚類資源通過傳統(tǒng)漁獲物調(diào)查的方式進(jìn)行比較研究，其結(jié)論是光照電站的建設(shè)對庫區(qū)河段的魚類資源影響顯著[4]．隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及儀器性能的提高，相比于傳統(tǒng)的水聲學(xué)調(diào)查方法，具有速度快、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點，能夠?qū)崿F(xiàn)整個水體的觀測，提供豐富的魚類時空分布數(shù)據(jù)[5]．目前，許多國內(nèi)外學(xué)者應(yīng)用美國BioSonics DT-X科學(xué)探魚儀、圖像聲吶DIDSON等水聲學(xué)方法對魚類資源量進(jìn)行評估[6-8]，但在本文所涉及的北盤江流域，該研究首次采用挪威Simrad EY-60科學(xué)探魚儀，分別在2015年4月、7月、9月、12月對董箐庫區(qū)魚類資源進(jìn)行水聲學(xué)走航式調(diào)查，同步進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，旨在結(jié)合時空尺度上的水質(zhì)、流速變化特性，研究魚類資源的時空分布特征以及環(huán)境因子改變對魚類資源分布所造成的差異性影響，為庫區(qū)魚類資源的保護(hù)提供一定的參考．

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)域

董箐水庫作為北盤江下游最末級電站，是連接北盤江、南盤江和紅水河流域魚類洄游和種群交流的重要紐帶，因此其庫區(qū)魚類具有較高的研究價值．

水庫調(diào)節(jié)庫容1.44億m3，壩址處多年平均流量398 m3/s，多年年平均徑流量為125.55億m3，多年平均徑流深623.3 mm(如圖1所示)．董箐庫區(qū)河道地形、水文特性較為特殊，分為干流和支流兩大水域，支流屬典型的高山峽谷型(“V”型)河道，河道狹窄，流速較大，水力特性較為復(fù)雜．而其支流打幫河大部分河道與“U”型相似，江面相對寬闊，流速相對較小，水力特性較為簡單．故文章重點研究干流水域的水文、水質(zhì)、魚類資源情況．

圖1 董箐庫區(qū)監(jiān)測采樣走航示意圖

1.2 研究方法

檢測路線采用“之”字形走航式方法，航速保持在6～8 km/h范圍之內(nèi)．探測過程中將EY60固定于船右舷，淹沒深度0.5 m．該研究所采用的EY60回聲探測儀換能器工作頻率為120 kHz，其波束形式為分裂波束，波束擴(kuò)散角為7°，采樣間隔時間為64 μs．在航線的每個拐點處同步采集水質(zhì)參數(shù)，包括水溫、pH、DO、流速及水深，監(jiān)測儀器采用哈希公司生產(chǎn)的HydrolabDS5多參數(shù)水質(zhì)分析儀測定，每1 m水深讀取一次數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel中處理．流速運用挪威Nortek公司生產(chǎn)的VectrinoPlus聲學(xué)多普勒點式流速儀測定．由于研究區(qū)域水深過大(大部分區(qū)域水深在50 m左右)，數(shù)據(jù)線較短，采用hydrolabDS5離線測量模式，以人工拉索繩的方式將多參水質(zhì)分析儀探頭按0.1 m/s的速率放入水中，索繩長30 m．計算出每個區(qū)域的水質(zhì)參數(shù)及流速平均值，利用Excel進(jìn)行初步統(tǒng)計．

1.3 數(shù)據(jù)處理計算

在水聲學(xué)方法中，目標(biāo)強度是根據(jù)回波積分值對魚類資源的個體組成及資源密度評估的重要參數(shù)，該研究采用Foote[9]提出的有鰾魚類魚體體長與目標(biāo)強度的經(jīng)驗公式TS=20logL-71.9對流域內(nèi)魚類資源生長結(jié)構(gòu)進(jìn)行估算，其中TS為魚體目標(biāo)強度；L為魚體體長．當(dāng)魚類個體分散密度較低時，Misund[10]指出通過水聲學(xué)儀器直接計數(shù)的方法進(jìn)行密度估算．水質(zhì)數(shù)據(jù)由于得到的各監(jiān)測點水深數(shù)據(jù)隨機(jī)性較大，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)計算出每個區(qū)域的水質(zhì)參數(shù)及流速平均值．將四次監(jiān)測的水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計，分析年度的水質(zhì)參數(shù)的差異性，P<0.05時差異具有統(tǒng)計學(xué)意義．為了分析引起魚類密度變化的決定性因素，本文劃分了水質(zhì)參數(shù)及流速的區(qū)間范圍，將不同環(huán)境參數(shù)值(水質(zhì)、流速、時間)分別作為固定因素，將魚類密度作為因變量，運用SPSS19軟件，通過單因素方差(ANOVA)方法來分析．

2 結(jié)果分析

2.1 不同季節(jié)魚類目標(biāo)強度分布

魚類目標(biāo)強度百分比分布正態(tài)性檢驗結(jié)果表明，4個季節(jié)的目標(biāo)強度分布呈偏態(tài)分布，春、夏、秋、冬四季的目標(biāo)強度平均值分別為-47.84±3.27 dB、-52.94±2.85 dB、-53.47±2.07 dB、-51.36±2.17 dB，對4個季節(jié)采用單因素方差分析結(jié)果顯示，不同季節(jié)的TS百分比分布呈顯著性差異(F=25.64，P=0.024)．多重方差分析顯示，春季與夏季、秋季差異較顯著，且春季目標(biāo)強度顯著大于夏季、秋季；夏、秋、冬3個季節(jié)無顯著性差異(P值均大于0.05)．

如圖2所示，春季魚類目標(biāo)強度百分比值隨體長的增加，先增加后減小的趨勢，其中目標(biāo)強度為-55～-40 dB的魚體所占百分比為82.5%，對應(yīng)的體長范圍為7～39.36 cm；夏季魚類目標(biāo)強度百分比值隨體長呈鋸齒狀變化，且-52～-49 dB體長的百分比顯著小于附近體長范圍的百分比值．與春季相比，目標(biāo)強度大于-40 dB以上魚類體長所占比例有所增加；秋季魚類目標(biāo)強度為-58～-52 dB所占百分比為49.3%，占到所有體長的一半，其對應(yīng)的體長為4.95～9.89 cm，秋季的魚類體長百分比隨體長的增加，基本呈減小的趨勢，且魚類體長在-46～-30 dB之間相對春、夏季向高體長值遷移；冬季魚類體長分布相對“矮胖”．隨季節(jié)的變化，董箐庫區(qū)春、冬兩個季節(jié)體長分布較為符合魚類自然增長規(guī)律．春季到夏季之間魚類以成熟個體開始產(chǎn)卵、孵化，到進(jìn)入秋季時大多數(shù)受精卵長成幼小育苗，且每年的3月、9月初在董箐庫區(qū)進(jìn)行保護(hù)魚種的魚苗放流，數(shù)量均為萬尾以上，秋季魚類主要以幼小魚體為主．

圖2 不同季節(jié)魚類目標(biāo)強度百分比分布

2.2 魚類資源密度分布

在2015年間共4次的走航式水聲學(xué)探測，由于走航探測的連續(xù)性，在分析計算魚類密度時，將走航式探測的數(shù)據(jù)以約0.5 nm(約900 m)的基本采樣距離單元進(jìn)行分割，而在分析區(qū)域時將整個庫區(qū)分成9個子區(qū)域(Ⅰ～Ⅸ)，故所有區(qū)域平均魚類密度均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示(見表1)．

表1 2015年董箐庫區(qū)魚類平均密度分布(單位：ind/1 000 m3)

干流、近壩區(qū)以及支流的水下地形、流速流態(tài)和水質(zhì)特征的差異決定了魚類密度在時空分布上的差異性．表1給出了整個董箐庫區(qū)魚類密度檢測結(jié)果．從數(shù)據(jù)看出干流區(qū)域(Ⅰ～Ⅳ分區(qū))的相比于其他區(qū)域具有更為豐富的魚類密度．對年度內(nèi)不同季節(jié)的魚類資源進(jìn)行K-S檢驗，檢驗發(fā)現(xiàn)4月份魚類密度非正態(tài)分布，故對魚類密度數(shù)據(jù)進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換，正態(tài)檢驗所得sig.均大于0.05，接受原假設(shè)．由ANOVA方差分析結(jié)果得出：顯著性sig.為0.033，因此不同季節(jié)的魚類密度季節(jié)差異性具有統(tǒng)計學(xué)意義．

2.3 同步水環(huán)境因子監(jiān)測

2.3.1 流速監(jiān)測結(jié)果分析

通過分析監(jiān)測點流速值沿斷面變化情況發(fā)現(xiàn)，從測點D01到D11，流速的年度變化維持在0～1.2 m/s范圍之內(nèi)(如圖3所示)．

圖3 監(jiān)測點流速變化

因為董箐庫區(qū)屬日調(diào)節(jié)電站，受上游馬馬崖電站日調(diào)節(jié)來水影響，除汛期以外，整個庫區(qū)的流速分布無明顯的季節(jié)特征．對4、7、9、12月份的流速進(jìn)行正態(tài)性檢驗，結(jié)果顯示流速年度變化上的差異性并不顯著(Kruskal-Wallis檢驗結(jié)果的sig.值大于0.05)，且兩兩之間并無顯著差異，這與庫區(qū)內(nèi)流速的年際變化實際情況相一致．空間分布上，水體流速受地形及河道影響，具有較為明顯的差異性．

2.3.2 溫度、DO、pH、濁度分析

為分析各參數(shù)指標(biāo)在不同季節(jié)的差異性，對不同季節(jié)的溫度、DO、pH、濁度進(jìn)方差分析及Kruskal-Wallis檢驗．結(jié)果顯示除溶氧服從正態(tài)分布(sig.值為0.144、0.200*、0.152、0.200*)，另外3個參數(shù)只有部分季節(jié)服從正態(tài)分布．對上述3個因子(溫度除外，溫度受季節(jié)影響差異性顯著)分別進(jìn)行相應(yīng)的統(tǒng)計：從不同季度間溶氧值的LSD多重分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)四個季節(jié)溶氧值存在顯著性變化(P<0.05)，其中4月與12月、7月與9月之間差異最為顯著．對pH、濁度分別進(jìn)行Kruskal-Wallis檢驗，檢驗結(jié)果sig.值均為小于0.05，故拒絕原假設(shè)，認(rèn)為pH和濁度在季節(jié)差異性上變化顯著．根據(jù)spss分析結(jié)果初步看出，在流域范圍上季節(jié)變化除了影響溫度和降雨條件，同時也影響了水體的水質(zhì)狀況，包括pH、濁度和pH值等，所以這些水質(zhì)參數(shù)的改變對魚類資源的影響程度需要進(jìn)一步的分析驗證．

2.3.3 水質(zhì)因子與魚類資源的相關(guān)性分析

初步分析發(fā)現(xiàn)影響魚類資源時空分布的水質(zhì)因子具有復(fù)雜性，因此對其進(jìn)行因素整合分析，并結(jié)合魚類密度與多項水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析．該研究鑒于各因子在數(shù)據(jù)上的疊加性，運用Bartlett球型和KMO檢驗法檢驗各因子的相關(guān)關(guān)系，其中KMO的值為0.416，顯著性水平為0.000，說明這些指標(biāo)之間至少有兩個是相關(guān)的，進(jìn)行主成分分析最終計算得主成分函數(shù)如下：

Y1=0.58×水溫+0.34×溶氧+0.62×濁度+0.40×pH

Y2=-0.38×水溫+0.64×溶氧

Y3=-0.07×水溫-0.05×溶氧-0.31×濁度+0.61×pH

表2 主成分因子與魚類密度的相關(guān)性

**.置信度(雙側(cè))為0.01時，顯著性是相關(guān)的

從主成分表達(dá)式可以看出，在第一主成分Y1上濁度具有較高的載荷，第二主成分Y2上溶氧載荷較高第三主成分，Y3則主要依賴于pH值．綜合來看，溶氧、濁度以及pH值是影響魚類資源分布的主要原因．表2給出了經(jīng)過Pearson相關(guān)性分析的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)董箐庫區(qū)魚類資源密度與水體中溶氧值顯著相關(guān)，與濁度和pH呈微弱相關(guān)．

3 討 論

3.1 影響董箐庫區(qū)魚類資源分布水質(zhì)因素

影響魚類資源在時間尺度上分布的差異性主要體現(xiàn)在水溫、濁度、pH、溶氧等因子隨季節(jié)性變化呈現(xiàn)出的變化，由于監(jiān)測條件限制，該研究只對本次監(jiān)測所得的溫度、溶氧、pH、濁度以及流速進(jìn)行分析研究．通過主成分分析及Pearson相關(guān)性分析提取了影響魚類分布的3個主成分，分別為溶氧、濁度和pH．許多研究指出溫度是影響魚類分布的重要參量，但在該研究中，通過提取主成分，發(fā)現(xiàn)溫度與溶氧、濁度及pH具有一定的相關(guān)性，因此不考慮溫度變量．通過分析將溶氧確定為影響庫區(qū)魚類資源分布的主要因子，在Y2主成分上具有0.64的高載荷系數(shù)，說明溶氧作為影響魚類資源分布的主要的水質(zhì)因子是被接受的．

在董箐庫區(qū)所進(jìn)行的4次監(jiān)測中，4月、7月以及9月份的水體溶氧值要明顯高于冬季12月份，從生物代謝角度而言，溶氧通過魚鰓經(jīng)血液循環(huán)運送到魚的各個組織，保證魚類的正常生理活動[11]．Wilhelm Filho[12]指出高溶解氧水平可提高魚類的生長速度、調(diào)節(jié)魚類的生理平衡，而減少溶解氧含量能夠限制魚的攝食活動，或者改變動物體對食物的消化和吸收．因此，魚類生活的水體，溶解氧必須滿足呼吸的需要[13]．楊凱等通過測定不同溶氧水平下的黃顙魚稚魚攝食、生長及呼吸代謝過程，發(fā)現(xiàn)溶解氧的差異能夠直接影響魚體的攝食活動和營養(yǎng)物質(zhì)的利用效率[14]．在流域內(nèi)，不同的魚類對水中溶氧的需求量不同，魚類在水中缺氧時，就向溶氧豐富水域游去．故筆者認(rèn)為，造成魚類密度季節(jié)差異性的原因為春夏秋三季水體中較高的溶氧值為董箐庫區(qū)的魚類資源提供了良好的生長繁殖條件，旺盛的生命活動使得魚類密度顯著上升，所以導(dǎo)致溶氧成為制約董箐庫區(qū)魚類資源時間序列上的分布差異性的關(guān)鍵因素．

濁度和pH分別作為反映水中懸浮物質(zhì)多少和水體酸堿程度的量化指標(biāo)，對魚體的生境選擇也有著相應(yīng)關(guān)系．由于夏季汛期由于上游來水量增大，干支流來水夾雜的泥沙和微小顆粒直接導(dǎo)致董箐庫區(qū)的濁度升高，其中對魚類生存最直接的影響是對水體光線的阻礙作用，濁度較大的水體有助于幼魚躲避敵害，因此幼魚多偏向于棲息在濁度較大的水體．劉淑德等人[15]的研究還指出濁度對于魚類還存在著間接影響，從其生活環(huán)境方面來講，濁度越大致使水體的透明度越差，不利于浮游植物的生長繁殖，從而影響魚類資源的分布．除濁度影響外，魚類生活的水體pH需保持在一定的范圍之內(nèi)，超出特定范圍會引起魚類死亡．弱酸性水體中，魚體的載氧能力要明顯下降，導(dǎo)致生存能力下降．整個董箐庫區(qū)的水體pH介于7.7～8.4之間，常年呈弱堿性，較適合魚類的水體棲息選擇，故與魚類資源密度呈弱相關(guān)性特征．

3.2 流速對魚類資源的影響

該研究按走航路線所獲取的魚類資源密度數(shù)據(jù)顯示，董箐庫區(qū)干流的魚類資源密度值最大，發(fā)現(xiàn)干流Ⅰ～Ⅳ分區(qū)的流速與近壩區(qū)和支流的流速具有顯著性的差異，決定了干流區(qū)域的魚類密度大于近壩區(qū)及支流，得出董箐庫區(qū)魚類資源對流速具有較為明顯的選擇性的結(jié)論，且魚類資源大多集中在流態(tài)穩(wěn)定，水面較為開闊的流速較大水體(如干流Ⅰ、Ⅱ分區(qū))．究其原因可能位于河口斷面變化明顯的地方，該位置相對于其余各個分區(qū)，水流流態(tài)復(fù)雜多變，其豐富的水下地形和流態(tài)為不同生態(tài)習(xí)性(喜急流、緩流的魚類為主)的魚類提供了棲息地、索餌場甚至產(chǎn)卵場，說明了水下地形對魚類棲息有著重要影響，水體環(huán)境中魚類密度的分布與水文條件密切相關(guān)[16]．生活在水中的魚類對于流速的變化具有敏感的反應(yīng)機(jī)能，趨流性的魚類主要依靠流速的大小判斷其行進(jìn)路線[17]，同時流速的大小也影響魚類在行進(jìn)過程中的耗能方式．許多研究表明流速對魚類的生境選擇有著重要的影響：不同流速下的魚類聚集和棲息行為具有顯著的差異性，熊鋒[18]等通過對葛洲壩1號船閘運行時的流速變化與魚類行為進(jìn)行監(jiān)測，亦發(fā)現(xiàn)魚類密度與水流流速的相關(guān)關(guān)系．從整個董箐庫區(qū)而言，因其豐富的水地形，導(dǎo)致不同區(qū)域的水動力特性差異顯著，相關(guān)資料顯示該庫區(qū)存在喜急流、喜流水以及靜緩均有的生態(tài)群落結(jié)構(gòu)，因此流速的空間差異性對于維持生物尤其是魚類資源的多樣性有著積極的作用．

由于條件限制，本研究只對董箐庫區(qū)魚類資源與部分水環(huán)境因子進(jìn)行了相關(guān)性的研究，未深入的討論通過改善水環(huán)境對魚類資源進(jìn)行保護(hù)和恢復(fù)．在后期研究中，應(yīng)進(jìn)一步結(jié)合水庫生態(tài)調(diào)度理論，科學(xué)的提出魚類資源保護(hù)和水生態(tài)修復(fù)的具體工程措施．

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