黑龍江省穆棱河流域魚類物種多樣性研究

孫 旭,侯文久,2,李曉鈺,趙 菲,3,陳 慶,4,于洪賢*,柴方營,于 婷,鞠永富

黑龍江省穆棱河流域魚類物種多樣性研究

孫 旭1,侯文久1,2,李曉鈺1,趙 菲1,3,陳 慶1,4,于洪賢1*,柴方營5,于 婷6,鞠永富7,8

(1.東北林業大學野生動物與自然保護地學院,黑龍江 哈爾濱 150040；2.錦州醫科大學畜牧獸醫學院,遼寧 錦州121001；3.哈爾濱市水文水資源勘測總站水生態實驗室,黑龍江 哈爾濱 150028；4.黑龍江省林業信息中心,黑龍江 哈爾濱 150001；5.黑龍江省節約用水技術中心,黑龍江 哈爾濱 150001；6.黑龍江省灌溉排水與節水技術中心,黑龍江 哈爾濱 150001；7.哈爾濱學院地理與旅游學院,黑龍江 哈爾濱 150086；8.黑龍江省水文局,哈爾濱 150001)

2015年5月、7月及10月對穆棱河流域的魚類種類和分布進行了野外調查,設置魚類采樣點28個.確定穆棱河水域共有魚類46種,隸屬于5目11科,其中鯉形目,有31種,占魚類總種數的68.89%;其次是鮭形目,含有5種;鯰形目和鱸形目均含4種;而七鰓鰻目僅含一種.穆棱河流域的全年平均綜合污染指數、魚類物種多樣性指數Shannon-Wiener、Pielou均勻度指數及Margalef豐富度指數分別為=1.10、=1.97、=0.36、=1.16.穆棱河水質全年整體呈現中污或重污.典范對應分析結果表明,三個季節影響魚類物種的水環境因子各不相同, 春季pH值、CODMn、DO、Fe3+、TN、ORP;夏季Fe3+、ORP、TN、pH值、TD;秋季WT、NO2--N、COND、NO3--N.

穆棱河流域；魚類；物種多樣性；水環境因子

我國有淡水魚類將近1000種,廣布于我國境內各大水系中[1].河流生態系統可比喻海洋與陸地兩大生態系統之間的橋梁[2],是魚類重要的生活棲息場所,所以河流水質的好壞對魚類資源的影響巨大.同時,魚類在河流生態系統中處于高級消費者的生態位,調節著物質循環的效率和能量流動的走向[3],對河流生態系統的穩定性起到重要作用[4].

穆棱河地處黑龍江省三江平原地區,是中俄邊界烏蘇里江左岸的最大支流,約有500余萬人居住于流域兩岸,以其為飲用水源地的居民就有近200萬人[5],其水質的好壞不僅關系到當地居民的日常生活,還會間接影響到烏蘇里江.歷史上漁業資源非常豐富,先民多以捕魚為生,但近幾年隨著人類活動的加劇和水利工程的建設、過度捕撈和環境污染等因素影響,嚴重破壞了當地的生態環境,導致魚類的生境喪失[6].目前針對該地區已經開始正式實施生態補償監測[7].本文則以穆棱河流域魚類為研究對象,通過對水環境因子的測定,找出影響魚類的因素,對該區域魚類多樣性持續健康發展具有重要科學意義.

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

穆棱河發源于原始森林的老爺嶺,地處海拔763m,全長834km,流經穆棱、雞西、雞東、密山虎林五個縣市,在虎頭鎮以南18km處注入中俄界河烏蘇里江[8].流域面積18427km2,河道總落差為699m,年平均徑流量為23.5億m3.流域屬于溫帶半濕潤季風氣候,年平均氣溫3.2℃,一月平均氣溫-19℃,七月平均氣溫21.3℃,年平均降水量532mm,無霜期為148d.

1.2 研究方法

1.2.1 魚類及水質數據來源 2015年5、7、10月對穆棱河流域進行了3次魚類調查,調查方法按照《內陸水域漁業自然資源調查手冊》[9]的原則和要求.物種鑒定參照《黑龍江省魚類志》[10]、《中國動物志—硬骨魚綱》[11]、《中國淡水魚類檢索》[12].團結水庫內采樣點的魚類標本采集用40m刺網,網眼為3~7cm,網具于傍晚設置,24h后統計漁獲物,并測定相關特征值,其余采樣點魚類標本使用電魚器(2000W,650V)采集.對現場無法鑒定的品種,進行標記拍照留檔并帶回實驗室做進一步的處理.在采樣的同時,走訪當地居民、漁民深入了解穆棱河魚類資源現狀.

水環境因子監測方法按照《水和廢水監測方法》(第四版)[13]的要求,測取電導率(COND)、溶解氧(DO)、pH值(pH)、水溫(WT)、氧化還原電位(ORP)、總氮(TN)、總磷(TP)、硬度(TD)、亞硝酸鹽氮(NO2--N)、氨氮(NH4+-N)、硝酸鹽氮(NO3--N)、高錳酸鹽指數(CODMn)、三價鐵離子(Fe3+)、二價銅離子(Cu2+)、透明度(SD).

1.2.2 水質評價方法

(1)綜合污染指數法()[14]:

式中:ci和c0分別為第i個水環境因子濃度和水質標準,mg/L,n為水環境因子個數;執行《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)中Ⅲ水質標準[14].

(2)魚類物種多樣性指數法:

Shannon-Wiener多樣性指數()[15]:

式中:P為第種個體總數占總個體數的百分比.

Pielou均勻度指數()[16]:

式中:為Shannon-Wiener指數;為總物種數.

Margalef種類豐度指數()[17]:

式中:為總物種數;為所有個體的總數.

各季節水環境因子進行單因素方差分析(One- way ANOVA),若<0.05,則差異顯著;若<0.01,則差異極顯著;若>0.05,則無顯著差異.魚類與水環境因子的關系分析采用CANOCO 4.5軟件進行典范對應分析(簡稱CCA分析).在分析之前,為了減少極端數據的影響,各數據矩陣均經過lg(1)轉換.

2 結果與分析

2.1 水環境因子特征

穆棱河各季節水環境因子測定結果總結于表1.單因素方差分析結果表明,COND、ORP、TN、TD、CODMn、SD在不同季節之間具有極顯著差異,pH值、NO2--N在不同季節之間具有顯著差異性,DO、WT、TP、NH4+-N、NO3--N、Fe3+、Cu2+在不同季節之間沒有差異.

表1 穆棱河流域水環境因子季節性變化特征(mean±SD)

注:*表示<0.05,**<0.01.

2.2 魚類群落結構特征

本次調查共鑒定出漁獲物22種,共計4762尾,隸屬于4目5科16屬,并確定生態類型(表2).優勢種為拉氏鱥、麥穗魚、突吻鮈、銀鯽、鳙、黑龍江花鰍、北方花鰍、葛氏鱸塘鱧,占魚類總個體數的67.60%.結合走訪調查,最后確定穆棱河流域魚類共46種,隸屬于5目11科37屬,并由此制作了穆棱河流域魚類名錄及其地理分布表(附錄).穆棱河流域上游共有魚類26種,占總種數的58.70%;中游有7種,占12.50%;下游有35種,占76.09%.其中鯉形目魚類最多 31種,占總種數的68.89%;其次是鮭形目5種,占11.11%;鯰形目和鱸形目各4種,分別占8.89%;七鰓鰻目1種,僅占2.2%.

表2 穆棱河流域漁獲物種類組成及編碼

續表2

2.3 水質評價結果

水質評價標準及評價結果分別見表3和表4.通過綜合污染指數評價結果來看,各季節多數采樣點為重污,其中夏季水質污染最重,只有S2~S6為中污;秋季S5、S6、S8、S11、S25和S28為輕污.通過魚類物種多樣性指數來看,春季S1~S5、春季S13、S14;夏季S1~S5、夏季S14;秋季S1~S5、秋季S17,水質呈現出輕污,其余為中污或重污.全年平均Shannon-Wiener指數=1.97,平均Pielou均勻度指數=2.94,平均Margalef豐富度指數=1.16.整體水質呈現為中污或重污狀態.

表3 綜合污染指數及魚類物種多樣性指數水質評價標準

表4 各季節水質評價結果

續表4

2.4 魚類與水環境因子的關系

選取調查中漁獲物作為穆棱河流域魚類的代表并對其編碼見表1,CCA分析結果排序圖見圖2.

在夏季(圖2b),pH值、Cu2+與軸1呈負相關;WT、ORP、TN、Fe3+、DO與軸1呈正相關;TD與軸2呈負相關;CODMn、NO3--N與軸2呈正相關;TP、NO2--N、NH4+-N、COND相關性較弱.從向量長短上來看,在夏季Fe3+、ORP、TN、pH值、TD是主要影響穆棱河魚類物種的環境因子.草魚、真鱥、拉式鱥、突吻鮈、銀鯽、鳙、鰱、北鰍、黑龍江花鰍、北方泥鰍、鯰、葛氏鱸塘鱧、雷氏七鰓鰻,集中分布在軸1左側軸2下側,主要受水文因子影響;花江鱥、麥穗魚、突吻鮈、鯉、黑龍江花鰍主要受營養鹽和水文因子影響.

3 討論

3.1 穆棱河流域魚類區系組成

魚類區系是在不同魚類種群間的相互聯系及綜合各類環境因子條件,在長期影響和適應的過程中形成的[18-23].李思忠[24]對中國淡水魚類區系的劃分,穆棱河流域位于古北界黑龍江過度亞區,具有南北區系交融的特點.

與黑龍江省的魚類區系類群相比,缺少北極淡水區系這一些耐嚴寒的種類,而穆棱河流域屬溫帶大陸性氣候,不適于其類群的生存.與相鄰的水系比較,烏蘇里江的魚類種數42種[25],兩條水域都有分布的魚類有20種,說明了穆棱河作為烏蘇里江左岸最大支流,與烏蘇里江魚類區系既有密切聯系又有明顯的差異性.

3.2 穆棱河流域水質評價

綜合污染指數評價結果顯示多數采樣點為重污,一般為中污,少有輕污,說明穆棱河水質受水環境因子污染較大.三個魚類物種多樣性指數水質評價結果均為重度污染的采樣點為春季S8、S11、S17、S26、S27;夏季S7、S12;秋季S23.其中S7和S8分別位于村屯的上下游,年均總磷分別為0.45mg/L和0.36mg/L水質為Ⅴ類,村民的活動(耕種、挖砂、釣魚、生活污水)可能是造成總磷超標的原因.11#采樣點處的河道較窄、泥沙含量高、水淺且渾濁,年均總氮總磷分別為1.23mg/L和0.72mg/L,水質達到Ⅳ~Ⅴ類.S12采樣點河岸邊是農田,所施的農藥化肥對河水水質造成農業面源污染,氮磷污染較重(Ⅳ~Ⅴ類水).調查時發現,此河段暗布大量砂坑,部分河床裸露,底質的泥砂、石頭已混入河水,使水體變渾濁.S17采樣點位于八面通鎮下游,生活污水排放嚴重,氮磷元素嚴重超標,水質為Ⅴ類.周圍多為荒地,植被稀少,地表裸露,水土流失、生態環境受損嚴重,造成水污染.S23采樣點河段位于橋下,并發現有大面積的河床裸露,周圍樹木稀疏且有農田,氮磷超標使水質達Ⅴ類.S26采樣點水體渾濁,河床裸露嚴重,部分河段較窄,出現斷流的現象.S27采樣點位于村屯附近,河邊有農田,水體污染可能是化肥農藥使大量氮磷進入河中導致的.水質為輕污的S1采樣點位于團結水庫上游,靠近穆棱河源頭,地處生態環境良好的山區,水體污染少.又作為水源地,當地村民保護意識強,水質良好.

由表4可以看出,各采樣點三個魚類物種多樣性指數變化趨勢大致一致,但Pielou均勻度指數與Shannon-Wiener指數和Margalef指數變化趨勢略有不同.S1~S5、S13和S14采樣點全年數值相對較高,說明物種多樣性高,水質較好,更適應魚類生存;S6、S7、S8、S11、S17和S23采樣點相反,全年數值相對較低,這可能是因為位于村屯附近,受人為干擾因素比較大,挖砂、捕魚、生活污水排入河中,導致水質下降,破壞魚類生境,多樣性減少.水體污染對魚類的免疫系統強度、生理生化作用、魚類胚胎發育與生長都有不同程度的影響[26].

根據穆棱河流域地理環境來看,其上游處于山區,森林植被較為茂密,生態環境較為完整,山澗溪流河水較清澈,小型魚類多.人類活動對魚類的干擾較小,物種較為豐富,魚類分布較多.穆棱河中游部分魚類物種數量降低到7種,這可能是因為人類活動加劇所導致的.對魚類物干擾較大的行為是挖砂,不僅使水體渾濁,還能降低透明度,破壞水體環境[27].中游地區集中出現大量砂坑,破壞了穆棱河原有的生態環境,而且是居民集中分布區域,生活污水的排放和農田退水導致水質極具下降.另外各種大型挖砂機械的作業、被挖出的砂子堆成山,大量的土壤混入河水中,富含的氮磷元素導致魚類物種多樣性的降低.工程作業后余下的砂坑很可能破壞了上游通向中下游的河道,也阻斷下游魚類逆流而上的洄游行為,這可能是導致魚類物種多樣性減少的另外一個原因.下游河段魚類種類豐富,由于河段接近河口區,有來自烏蘇里江逆流而上的魚類物種,因此魚類種類較多.

3.3 穆棱河流域魚類與水環境因子的關系

CCA分析結果表明,魚類多樣性指數與環境因子的關系密切.韓潔等調查發現魚類受到水環境因子季節性變化的影響[28].李麗娟等[29]研究太子河流域發現不同土地利用類型會對魚類群落結構產生影響.Kadye等[30]研究了位于尼卡高原的馬維拉湖中影響魚類的環境因子,主要是水深、水溫和湖底底質.朱召軍[31]闡明表明魚類物種數與pH、水溫、河寬、平均水深呈顯著正相關,與溶解氧呈顯著負相關,且不同季節魚類組成受不同的環境因子主導.董純等[32]連續三年調查三峽庫區干流魚類資源,提出保護棲息地以保護魚類多樣性的建議.

鐵作為影響植物葉綠素合成的元素,也是浮游植物生長所需的微量元素[33].痕量元素銅是細胞膜中的微量元素、植物代謝不可或缺的金屬元素,會影響浮游生物的生長[34].春季農民耕地,向田地里施加農藥化肥,這些金屬元素可能促進水生植物及浮游生物的生長,為以其為食物來源的魚類(如草魚、真鱥、洛式鱥、花江鱥、突吻鮈、鰱、鳙)提供充足的餌料.

穆棱河夏季降雨豐富,表現在夏季降雨后水體被稀釋,pH值有所降低[35],而夏季采樣是在降雨之后進行的.由表1可知,夏季pH平均值最低.春季流域附近的農田,沉積的農藥化肥中含有大量的營養鹽(氮、磷鹽),陳玲玲等[36]研究表明氮素可通過魚類分泌、排泄等方式進入水體,水體中含氮營養鹽被藻類生長吸收,并通過地表徑流一同攜帶下來,為浮游生物的生長提供充足的營養物質.這促使北方花鰍、突吻鮈、黑龍江花鰍、麥穗魚、銀鯽、鳙形成優勢種,同時增加了葛氏鱸塘鱧等肉食性魚類的食物來源.重金屬元素不僅存在于魚類肌肉,還能通過食物鏈積累在人體內[37],張小磊等[38]發現兒童面臨的魚類重金屬膳食攝入健康風險要高于成人,加強水質監管減少重金屬污染對造福子孫后代具有重大意義.

4 結論

4.1 本次調查研究確定穆棱河流域共有魚類46種,隸屬于5目11科37屬,鯉形目最多,有31種,占魚類總種數的68.89%;其次是鮭形目,含有5種,占魚類總種數的11.11%;鯰形目和鱸形目均含4種,分別占8.89%;而七鰓鰻目僅含一種,占2.27%.

4.2 對魚類分布區系的研究顯示:穆棱河流域魚類由上第三紀區系、北方平原區系、北方山區區系、江河平原區系、亞熱帶平原區系五種類群組成.

4.3 利用各季節綜合污染指數()、Shannon-Wiener多樣性指數()、Pielou均勻度指數()和Margalef豐富度指數()對穆棱河流域水質及魚類物種多樣性進行評價分析.穆棱河流域全年整體水質呈現為中污或重污狀態,秋季水質好于春夏兩季.水環境因子導致河流污染、水質下降,又直接或間接降低了魚類物種多樣性.

4.4 CCA結果表明,影響魚類物種的水環境因子各季節略有不同.春季是pH、CODMn、DO、Fe3+、TN、ORP;夏季是Fe3+、ORP、TN、pH、TD;秋季是WT、NO2--N、COND、NO3--N.

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Fish species diversity in Muling River basin of Heilongjiang Province.

SUN Xu1, HOU Wen-jiu1,2, LI Xiao-yu1, ZHAO Fei1,3, CHEN Qing1,4, YU Hong-xian1*, CHAI Fang-ying5, YU Ting6, JU Yong-fu7,8

(1.College of Wildlife and Protected Area, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China；2.College of Animal Husbandry & Veterinary Medicine, Jinzhou Medical University, Jinzhou 121001, China；3.The Water Ecology Laboratory, Hydrology and Water Resources Survey Station in Harbin, Harbin 150028, China；4.Heilongjiang Provincial Forestry Information Center, Harbin 150001, China；5.Water Saving Technology Center of Heilongjiang Province, Harbin 150001, China；6.Irrigation, Drainage and Water-saving Technology Center of Heilongjiang Province, Harbin 150001, China；7.School of Geography and Tourism, Harbin University, Harbin 150086, China；8.Hydrology Bureau of Heilongjiang Province, Harbin 150001, China)., 2019,39(10)：4435~4443

Fish species from 28 sampling sites in Muling River basin in May, July and September in 2015 were investigated. 46 fish species belonging to 5 orders, 11 families. 31 species of Cypriniformes contributing 68.89%, followed by Salmoniformes (5species, 11.11%). Siluriformes and Cyprinodontiformes were both included 4 species, while Petromyzoniformes was only 1 species. The annual mean values comprehensive pollution index, Shannon-Wiener, Pielou and Margalef index were 1.10, 1.97, 0.36 and 1.16, respectively. The water quality was moderate or heavy pollution. CCA results showed that water environmental factors influencing fish species varied among three seasons. In spring, main factors were pH, CODMn, DO, Fe3+, TN and ORP. In summer, vital parameters were Fe3+, ORP, TN, pH and TD. In autumn, important variables were WT, NO2--N, COND and NO3--N.

Muling River basin；fish；species diversity；water environmental factors

X176

A

1000-6923(2019)10-4435-09

孫 旭(1991-),男,黑龍江省牡丹江人,東北林業大學博士研究生,主要從事水生生物學和濕地生態學研究.

2019-04-01

國家重點研發計劃(2016YFC0500406)

* 責任作者, 教授, china.yhx@163.com