秋香江水電梯級開發對魚類資源影響的調查研究

劉 潔，陳 蘭，崔 科，張麗娟，劉協亭,李 歆，胡國成

(1.廣東省社會科學院，廣東 廣州 510635；2.生態環境部華南環境科學研究所，廣東 廣州 510535；3.華南農業大學，廣東 廣州 510642；4.國家環境保護環境污染健康風險評價重點實驗室,廣東 廣州 510535；5.廣東省水利電力勘測設計研究院，廣東 廣州 510170)

水利水電開發會對水生態產生重要影響[1]。流域梯級開發的影響更為顯著，流域梯級開發，對流域水生生態及相關聯的陸生生態的完整性與穩定性、生態系統結構與功能、生物多樣性等均會產生很復雜的、長期的不利影響[2]。魚類作為水生態系統中的頂級群落，是水生態系統的主要組成部分。魚類的多樣性和群落結構在很大程度上能反映河流的健康狀態，因此在維護生態平衡特別是保護水資源環境安全方面有著不可替代的作用[3]。崔磊[4]認為長江水電開發導致下游水文泥沙狀況顯著改變、庫區回水區富營養化和庫區干支流江段長江上游特有魚類種類減少；洪歡[5]認為黃河源干流梯級水電開發對河流形態的改變、河流連通性變化、魚類分布情況影響顯著；張范平等[6]認為贛南地區小水電站對生態環境的影響主要是改變水生生物的生境條件的間接影響和對魚類的產卵和繁殖產生直接影響兩大類；李朝霞等[7]研究指出巴河干流上梯級水電站的建設會影響下游水生動植物種類及數量，尤其對魚類的影響較為突出。中小河流水電開發對水生態的影響主要表現為對魚類的影響，其中，最大影響就是破壞了魚類適宜的棲息環境。魚類的棲息環境是魚類完成其生命周期所必需的水域范圍和相關環境的總稱，水域范圍包括產卵場、育肥場、索餌場、越冬場以及洄游場通道等，相關環境要素是指水溫、地形、流速、流量、河流地貌等。因此，研究中小河流魚類資源，可以為因地制宜地制定符合該流域的生態友好型水電開發體系提供技術支撐，保障流域開發的協調性、完整性、可持續性[8]。廣東省中小河流水能資源豐富，梯級電站是廣東省中小河流水電開發的主要形式。因此，本文以廣東省東江流域一級支流秋香江為研究對象，通過現場調查、采樣分析，對秋香江的水質及魚類生物的現狀進行評價，并通過文獻調研，與歷史情況進行對比。

1 研究區域概況

秋香江是東江一級支流，發源于紫金縣的黎頭寨。流域跨河源、惠州兩市，流經惠陽、惠東、紫金3市縣，流域面積約1 670 km2，其中紫金縣占95.9%。地勢東高西低，流向自東向西南流，至紫金縣古竹鎮江口注入東江。干流全長144 km，河道平均坡降為1.11‰。秋香江流域建有梯級水電站共21座，含7座引水式電站、12座河床式電站、2座壩后式電站，其中，支流青溪河建有3座引水式電站、1座河床式電站(圖1)。裝機總容量為18 730 kW，多年平均總發電量為4 381萬kW·h。秋香江流域的社會經濟發展程度一般，除水電開發外，河流及沿岸無其他大規模、高強度的人類活動干擾源，因此，選擇秋香江作為調查研究的對象，能夠較好地體現中小河流水電梯級開發對于魚類資源的影響。

圖1 秋香江水電站分布

2 調查方法

2.1 地表水水質現狀監測

2017年6月與2018年11月，秋香江采集地表水樣本，每期1天，1天1次。地表水采集方法參照HJ/T 91—2002《地表水和污水監測技術規范》?，F場監測指標包括：水溫、pH值、DO值、電導率、透明度、海拔、坐標。理化分析指標包括：葉綠素a、氨氮、硝酸鹽氮、總氮、總磷、BOD5、CODCr、懸浮物、高錳酸鹽指數、糞大腸菌群、銅、鎘、鉛、六價鉻。采集水樣加固定劑密封保存后運回實驗室以待分析。

2017年6月采樣點分別位于秋香江上、中、下游的楊梅坳水電站(引水式)、深紫水電站(河床式)和鳳凰水電站(河床式)和亞公角水電站(河床式)附近；2018年11月采樣點位于深紫水電站、鳳凰水電站和亞公角水電站上下游各200 m處(圖2)。

圖2 秋香江采樣點

2.2 魚類生物資源調查

魚類調查時間為2017年5月至2018年4月，干流共設上、中、下游3個采樣區域，同時在支流清溪河上設一個采樣區域。

采用刺網、地籠等多種作業方式采集樣品。將魚類收集清洗后測量體長和體重，并用5%～10%甲醛溶液固定。

3 調查結果

3.1 地表水水質監測結果

豐水期監測結果表明：監測斷面中除總氮、總磷、糞大腸菌群的單因子標準指數均大于1外，其余監測指標均滿足GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅲ類水質要求?？菟诒O測結果顯示：各水電站監測斷面中總氮、總磷的單因子標準指數均大于1，深紫水電站上游和下游中氨氮的單因子標準指數大于1，其余監測指標均滿足GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅲ類水質要求。

秋香江監測斷面總體水質基本滿足GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅲ類水質要求。但由于流域內的生活污染、農業污染，總磷、總氮和糞大腸菌群污染超出Ⅲ類水質要求。

值得注意的是，枯水期在3個水電站的上下游布點采樣，結果顯示：除位于中游城鎮聚居點附近的深紫水電站外，其余2個水電站下游中總氮含量均低于上游，這可能源于下游水量增加而稀釋河流中總氮的濃度或源于河流自凈。因總氮主要源于生活污水的貢獻，深紫水電站位于縣城中央，上下游均有居民生活污水排放，深紫水電站下游河流中總氮含量沒有得到削減。

3.2 魚類資源現狀評價

3.2.1評價方法

采用Jaccard’s相似性指數、相對重要性指數(index of relative importance，IRI)[9]指數對秋香江不同區段的魚類進行比較及分析，對秋香江魚類群落多樣性變化采用分類學多樣性指數[10]。

a)Jaccard’s相似性指數。以Jaccard’s相似性指數分析秋香江流域不同采樣區域魚類群落的相似性，公式如下：

I=j/(a+b-j)

(1)

式中I——Jaccard’s相似性指數；j——秋香江2個采樣區域共有的魚類種數；a——其中一江段的魚類種數；b——另一江段的魚類種數。

b)相對重要性指數(IRI)。流域內優勢物種采用相對重要性指數(IRI)來確定：

IRI=(N%+W%)×F%×103

(2)

式中N%——某種類的魚類的尾數占總漁獲物尾數的百分比；W%——某種類的魚類的總質量占總漁獲物總質量的百分比；F%——某種類魚類在調查的采樣區域中出現的次數與總采樣區域的數目的百分比。

本文將IRI≥100定義為優勢種，100>IRI≥50之間定義為主要種，50>IRI>10為一般種，IRI≤10為偶見種。

c)分類學多樣性指數。由于本次調查魚類種數與數目偏少，所以采用分類學多樣性指數來對秋香江魚類多樣性進行鑒定。所采用的2個分類學多樣性指數為平均分類差異指數△+和分類差異變異指數∧+。平均分類差異指數公式如下：

△+=(ΣΣi

(3)

分類差異變異指數公式如下：

∧+=ΣΣi

(4)

平均分類差異指數△+表示在該魚類群落中任意2個物種之間平均路徑長度，∧+為與△+的偏離程度，也可看作是衡量物種之間分類關系均勻程度的一個指數(∧+越小，則可以認為表明群落物種之間的分類學關系越均勻)。其中，ωij為第i和j個種類在分類系統樹中的路徑長度，S為種類數，不同分類等級間加權路徑長度的權重設置，見表1。本次調查的秋香江魚類都為硬骨魚類，所以將分類等級確定為目、科、屬、種4個水平。平均分類差異指數△+和分類差異變異指數∧+采用PRIMER7.0軟件中的TAXDTEST程序計算。

表1 各分類等級多樣性權重值

變異指數越小，說明這個魚類種群更均勻，相似度一致，多樣性較差。

3.2.2評價結果

3.2.2.1Jaccard’s相似性指數

秋香江干流及支流采樣區域采樣結果如下：秋香江上游(華陽-縣城段)共采得魚類4目11科27屬29種，中游(縣城-九和段)共采得魚類4目10科26屬26種，下游(九和-東江口段)共采得魚類5目10科33屬34種；秋香江支流(青溪河)共采得魚類5目13科34屬35種，見表2。

從秋香江流域不同區段來看，上游與中游的相似性指數為0.41，中游與下游為0.40，上游與下游為0.31，秋香江干流上、中、下游與秋香江支流的相似性指數分別為：0.60、0.33、0.35，見表3。4個區段相似性指數差別較大，表示秋香江上、中、下游以及支流之間的魚類的群落結構出現了較大的差異。其中秋香江上游與下游之間、中游與支流之間、下游與支流之間的魚類種群結構有較大差距，干流中游與上、下游均有所差距，僅上游與支流之間表現為較為相似。

表2 秋香江魚類組成名錄

續表2 秋香江魚類組成名錄

續表2 秋香江魚類組成名錄

表3 秋香江魚類相似性指數與共有種數

秋香江干流與支流(青溪河)之間的相似性指數見表3，秋香江干流與支流之間魚類群落的Jaccard’s相似性指數在種級水平上為0.74，在屬級水平上為0.81，在科級水平上為0.95，目級上水平上為1，與歷史數據對比(表4)，秋香江干流和支流的相似度指數均下降。其中差異顯著的為是鲿科魚類，其次是原纓口鰍科以及斗魚科魚類。鯉科和鰍科魚類在秋香江干流和支流之間無較大差異。

表4 秋香江現場調查與歷史資料魚類相似性指數

3.2.2.2相對重要性指數

在秋香江流域，鯉形目的鯉科和鰍科魚類與鲇形目的胡子鯰科魚類占據優勢，鯉、鯽、尼羅羅非魚、埃及革胡子鯰、泥鰍為秋香江流域的優勢種。在這之中，尼羅羅非魚和埃及革胡子鯰均為外來種，在歷史資料中，這2種魚為少見或無，本次調查中卻成為了秋香江流域的優勢種。而鯉、鯽可能是由增殖放流使得數量增加，而本地魚類大多為一般種，由此可見秋香江流域魚類的群落多樣性正在逐漸下降。

3.2.2.3分類學多樣性指數

秋香江現存魚類種數遠遠少于歷史數據，魚類物種數目減少和分類多樣性指數的變化可能與長期以來人類活動對秋香江的生境破壞導致的物種減少有關，特別是一些鯉科魚類種類數急劇減少。秋香江流域分類學多樣性指數見表5。

表5 秋香江魚類分類學多樣性指數

4 魚類調查結果分析

根據《珠江魚類志》[11]記載，秋香江歷史存在魚類數6目19科59屬77種，本次調查采集的漁獲物6目18科48屬57種，鯉形目魚類占總調查魚類的70.2%，鱸形目占14.0%，鲇形目占8.8%，鱂形目占3.4%，合鰓目占比為1.8%，鰻鱺目占比1.8%，魚類種數較歷史數據急劇下降。在秋香江的上、中、下流以及支流，魚類群落結構差距較大?，F存的魚類中，鯉、鯽、尼羅羅非魚、埃及革胡子鯰以及部分鰍類為優勢種，在秋香江干流各個區段和支流都分布較廣。

本次秋香江調查魚類與《廣東淡水魚類資源調查與研究》[12]上的歷史數據相比，也存在較大差異，一些激流水體棲息類群與激流生境繁殖、適應靜水生活類群未發現，如間、花、平鰭鰍、大部分鰍科魚類等。究其原因，主要是由于近年來水電開發、環境污染、人類活動等因素導致。秋香江現存魚類種數遠遠少于歷史數據，魚類物種數目減少和分類多樣性指數的變化與長期以來人類活動對秋香江的生境破壞有關，特別是一些鯉科魚類種類數急劇減少。

中小河流梯級水電的開發，能提高水資源的利用率，有利于防洪發電，灌溉農田，但對魚類資源和生態環境影響巨大。許多調查報告表明，梯級水電工程建成后，當地河流徑流量、水質、溫度、河流底質、營養物質等因子均產生變化；崔科等[13]對韓江的淡水魚類資源現狀進行調查，由于韓江在上中下游修筑水利樞紐，造成洄游魚類資源急劇衰退；廣東東江流域，在梯級水電壩斜坡下，東江流域魚類產卵場功能急劇退化[14]，壩上魚類群落多樣性等指數明顯高于壩下[15]。

秋香江梯級水電建成后，使得秋香江干流片段化，形成了一連串的小水庫群，嚴重影響了當地的水動力條件。在本次調查中發現一些適合急流底棲的魚類逐漸減少，如：寬鰭鱲、平舟原纓口鰍、馬口魚、美麗小條鰍等；而一些適應緩流靜水環境的魚類，種群數量上升，成為了秋香江流域的優勢種群。對于產漂流性卵的魚類，如青魚、草魚、鰱、鳙等，水電開發對生境造成的破壞，使得這些魚類沒有合適的產卵場，即使有零星符合該魚類產卵的生境，產下的卵也會因為沒有充足的水動力條件，而沉入江底死亡。由于秋香江干流江段缺乏魚類合適的棲息環境，魚類的種類和數量都比歷史記錄少了許多，很難形成穩定的魚類種群結構，魚類多樣性也隨之降低。

5 結語

在各類環境因素對魚類資源的影響中，人類活動的影響是最廣泛的，而這種影響往往都是不可逆的。捕撈強度的增加、河流水電的開發、養殖業污染、生活污水以及外來物種入侵都是導致當地漁獲量減少、魚類多樣性降低的因素。本文通過現狀調查研究以及與歷史資料對比發現，在水電梯級開發的中小河流，魚類資源也受到了不可逆轉的影響。增加中小河流水電梯級調度的研究，進行流域水能資源開發的總體規劃以及對其進行環境影響評價與后評估，嚴格要求小水電站建設泄流設施并對其運行情況加強監管，都是保證河流生態需水量的有效且必要的措施；同時，對本土魚類進行增殖放流，在減脫水河段采取補水措施、建設人工濕地等措施，也是保護中小河流魚類資源的方式。根據魚類洄游特性及水利水電工程特點，建設能夠保障魚類上下通行的魚道，維護流域水生生態。過魚設施的類型多樣，為有效實施并保障魚類能夠順利能通行。建設有針對性、確保有效的過魚設施，是水利水電工程恢復以保護魚類資源為主的水生生態需要深入研究的重要課題[16]。目前在廣東省境內，珠江水系已完成多條魚道的加建工作，包括與秋香江的生境相似的北江支流連江，可以考慮在充分研究工程可行性及成本效益的基礎上，加建魚道。