東江下游河流魚類群落健康研究

馬卓犖,胡良和, 蔣任飛,王 賽

(1.中水珠江規劃勘測設計有限公司,廣東 廣州 510610;2.水利部珠江水利委員會水生態工程中心,廣東 廣州 510610;3.海南大學南海海洋資源利用國家重點實驗室,海南 海口 570228)

關鍵字：魚類;群落健康;河流健康評價;東江下游

東江是珠江水系干流之一,是粵港澳大灣區重要的水源地和生態廊道。東江干流自博羅縣觀音閣起為下游河段,至東莞市石龍鎮分北干流和南支流,經東江三角洲入獅子洋,最終匯入珠江口,沿程有增江、石馬河等支流匯入。增江是東江右岸一級支流,發源于新豐縣七星嶺,于廣州市增城區官海口匯入東江,全長203 km;派潭河為增江一級支流,河長36 km。石馬河是東江左岸一級支流,發源于深圳寶安大腦殼山,河長73.5 km,于東莞市橋頭鎮匯入東江。東江三角洲由東江沖積發育而成,以主要水道河汊為骨架,現已建成多個聯圍,圍內水系發達、河網密布,內河涌多通過水閘與外江水道相連。

東江下游地貌以丘陵、平原和三角洲為主,由于地勢平緩、土地肥沃,歷史上是著名的魚米之鄉。近現代以來,東江下游區域發展迅速,現已成中國重要的制造業基地。在產業發展、人口聚集的同時,由于未足夠重視環境問題,大量污水未經處理直接排放,導致東江下游區域內的河流普遍受到了污染[1],甚至出現了較多的黑臭水體[2]。與此同時,水利工程建設和城鎮化開發等人為活動破壞了河流天然生境,造成河流生態系統急劇退化。魚類作為河流生態系統的頂級群落,受到了水質污染和生境被破壞的劇烈沖擊[3]。

通過開展河流魚類群落調查,可以摸清河流水生態健康狀況,為制定水生態修復對策提供基礎參考。近年來東江水系魚類群落的研究主要集中在干流[4-5],而對支流尤其是受人類活動影響較大的東江下游區域內的支流關注較少。本次對東江下游區域河流的魚類群落開展調查,評價群落健康狀況,并分析其與水質因子的關系,找出影響魚類群落健康的關鍵因素,以期為制定流域魚類群落恢復計劃和生態環境治理策略提供參考。

1 材料與方法

1.1 采樣位點

2020年3月,調查了東江下游區域內15個河流位點,涵蓋東江三角洲、增江、石馬河、茅洲河等小流域,涉及廣州、深圳、東莞3地(圖1)。15個調查位點所屬的河流(河段)代表了不同程度的污染和開發建設強度,同時也包含了山區、平原、河網等不同類型的地理屬性(表1)。

表1 各采樣位點基本情況

注:S1—增江;S2—派潭河大封門;S3—派潭河東洞村;S4—派潭河派潭鎮;S5—觀瀾河;S6—廈坭河;S7—龍尾河;S8—沙涌;S9—新民排渠;S10—大沙河;S11—鷗涌;S12—冼沙五支渠;S13—利是陂水;S14—清溪河;S15—鹿嘴河。

1.2 樣品采集與鑒定

在采樣位點上下游各500 m的河長范圍內,采用三重流刺網(網口孔徑3、2、1 cm,各5張,網長50 m,網高1.2 m)、定置陷阱網(網孔口徑1 cm,網長15 m,網高和網寬均為0.3 m)對調查區域魚類樣品進行采集,每個位點連續3 d不再發現新種后更換采樣點。采樣區域包括不同的生境條件,如淺灘、急流、深潭、水生植物密集區等,以增加魚類采樣的代表性。魚類標本采集后,種類鑒定參考《廣東淡水魚類志》[6]《珠江魚類志》《東江流域水環境與水生態研究》[8]《東江魚類生態及原色圖譜》[9]《珠江水系魚類原色圖集(廣東段)》[10]和《珠江魚類圖鑒》[11]等文獻資料。在每個位點同步進行了水質采樣,使用有機玻璃采水器采集表層和底層混合水樣,運回實驗室后4℃保存,于24 h內開展監測分析實驗。監測分析方法按照《水和廢水監測方法》(第四版)[12],指標有化學需氧量(CODCr)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)和總磷(TP),水質類別評價標準依據GB 3838—2002《地表水環境質量標準》。

1.3 分析評價

評價魚類群落健康的指標參考相關研究及指南[13-15],采用反映魚類群落結構特征的生物多樣性指數,包括豐富度指數(dM)和香農-威納指數(H′)。

1.3.1豐富度指數

(1)

式中S——采樣位點內剔除外來物種后的魚類種數;N——采樣位點內所有魚類個體的數量。

1.3.2香農-威納指數

(2)

式中n——總個體數;S——種類數;ni——第i種魚類個體數。

1.3.3評價標準

參考《廣東省2021年河湖健康評價技術指引》[15],根據指標結果劃分為健康、亞健康、不健康、劣態4種狀態,見表2。

表2 魚類群落健康狀況評價標準

1.3.4數據處理

文中所用統計分析在SPSS 23中完成,繪圖分析采用Origin Pro 9.1和Microsoft Excel 2013。

2 結果與分析

2.1 水質

水質監測結果表明:S1、S2、S3、S4、S11、S14、S15的水質良好,屬于地表水Ⅱ—Ⅲ類;S5、S6、S13水質一般,屬于地表水Ⅳ—Ⅴ類;S7、S8、S9、S10、S12水質較差,全部為劣Ⅴ類,尤其是S12位點,水體表觀黑臭,各項污染物濃度均很高。劣Ⅴ類水體中,最普遍的超標因子為TP(表3)。

表3 各采樣位點水質監測結果 單位:mg/L

2.2 魚類種類組成

本次調查共發現魚類50種,隸屬于7目19科43屬,魚類物種組成見圖2和表4。其中鯉形目2科21屬25種,占本次調查魚類物種總數的50%;脂鯉目1科1屬1種,占本次調查魚類物種總數的2%;鱸形目7科10屬15種,占本次調查魚類物種總數的30%;鲇形目4科4屬5種,占本次調查魚類物種總數的10%;鳉形目為2科2屬2種,占本次調查魚類物種總數的4%;合鰓魚目為1科1屬1種,占本次調查魚類物種總數的2%;鯡形目為1科1屬1種,占本次調查魚類物種總數的2%。外來魚類有10種,分別為麥瑞加拉鯪Cirrhinusmrigala、露斯塔野鯪Labeorohita、條紋鯪脂鯉Prochiloduslineatus、齊氏羅非魚Coptodonzillii、尼羅羅非魚Oreochromisniloticus、莫桑比克羅非魚Oreochromismossambicus、大口黑鱸Micropterussalmoides、下口鲇Hypostomusplecostomus、革胡子鯰Clariasgariepinus、食蚊魚Gambusiaaffinis。

表4 各位點魚類樣品種類名錄

圖2 魚類種數組成

與20世紀80年代東江魚類調查資料相比[16],有27種為本次調查新增,除9種為外來魚類外,新增非外來魚類較多屬于喜好生活在溪流環境的種類,如鰕虎魚科、銀鮈、大眼卷口魚、月鱧和越南隱鰭鯰等。這主要因為20世紀80年代調查的范圍為東江干流,而本次調查的位點屬于東江下游的支流或山溪,因此相比前者新發現了多種棲息于小河溪流中的魚類。

從各位點的魚類物種豐度來看(圖3),S4發現的魚類種數最多,共有20種;其次為S11和S14,分別有19種和18種;S10僅發現有1種魚類,黑臭水體位點S12則未發現有魚類存在。從各類群的分布情況來看,鯉形目、鱸形目、鲇形目和鳉形目廣泛分布于各個位點;合鰓魚目僅在S4位點發現1種,為黃鱔;脂鯉目僅在S8位點發現1種,為條紋鯪脂鯉;鯡形目僅在S15位點發現1種,為斑鰶。在有魚類存在的14個位點中,有13個位點出現了外來魚類,只有S2位點未發現外來魚類。通過計算外來魚類個體數量占該位點全部漁獲數量的比例可知(圖4),S1、S2、S3、S4、S6、S11、S15的外來魚類個體數量占比較低,均不超過40%。S5、S7、S8、S9、S10、S13、S14的外來魚類個體數量占比較高,均超過60%,其中S10位點采集的魚類全部為外來物種,未發現有本土魚類。

圖3 各位點魚類物種豐度

注:由于S12位點未采集到魚類,故未統計其外來魚類個體數量占比。

2.3 魚類多樣性指數

香農-威納指數評價結果表明多個位點魚類群落的健康狀況不佳(表5),僅S3、S4、S11和S14共4個位點為健康。而豐富度指數評價結果表明各位點魚類群落的健康狀況更差,只有S4為健康,劣態的位點則有7個,不健康或劣態的位點占比達到73.3%。其中S7、S8、S9、S10、S12這幾個位點的水質均為劣Ⅴ類,其豐富度指數評價結果全部為劣態。

表5 魚類多樣性指數評價結果

2.4 魚類多樣性指數與水質因子關系

將各位點魚類豐富度指數和香農-威納指數與主要水質污染因子進行相關性分析(表6),結果表明:豐富度指數與CODCr、BOD5和TP呈現出極顯著的負相關性(P<0.01);香農-威納指數與CODCr呈現出極顯著的負相關性(P<0.01),與BOD5和TP呈現出顯著的負相關性(P<0.05);而NH3-N與豐富度指數、香農-威納指數均未表現出顯著的相關性。

表6 魚類多樣性指數與水質因子的相關性分析

2.5 外來魚類與水質因子關系

外來魚類個體數量占比與TP呈現出極顯著的正相關性(P<0.01),與CODCr、BOD5和NH3-N呈現出顯著的正相關性(P<0.05),見表7。這揭示了在污染水體中,外來魚類相比本土魚類更具競爭優勢。

表7 外來魚類個體數量占比與水質因子的相關性分析

3 討論

本次魚類群落健康評價結果表明,東江下游河流大部分位點健康狀況不佳,并且魚類群落健康狀況與CODCr、BOD5、TP等水質污染因子呈現出顯著或極顯著的負相關性。水體污染會導致魚類的性腺、胚胎發育及神經系統發育受到嚴重影響[17-18],從而使得部分魚類從污染的河流中消失,魚類多樣性減少。河流中的污染物主要來自于生活污水、工業廢水、畜禽養殖排放及農業面源[19],加強城鄉污染管控、削減入河污染物量,是恢復河流魚類群落健康的有效措施。

本次調查發現,在河流渠化、硬質化較嚴重的位點,即使水質未受到明顯污染,其魚類種類數和群落健康狀況也均不如保留較多天然生境的河流位點。這可能是因為適宜且多樣性的棲息地對魚類群落健康同樣重要,而水利工程建設、城鎮化開發等人為活動侵占了河流生態空間[20],對駁岸、河床進行了硬質化改造,修建的水壩、閘等設施阻斷了棲息地的連通性[21],均會導致魚類群落健康受損。因此,為了促進河流魚類多樣性恢復,既要削減入河污染物量,同時也需要消除閘壩阻隔效應[22],恢復多樣性的魚類棲息地。

外來魚類在本次調查的大部分位點均有發現,甚至個別位點采集到的樣品全部為外來魚類。對比歷史魚類調查結果,20世紀80年代東江僅發現1種外來魚類(食蚊魚),在21世紀10年代東江惠州段發現有5種[4],東莞段發現有9種[23],而本次發現有10種,外來魚類種類數量呈現出上升的趨勢。本次調查還發現外來魚類個體數量占比與水質污染因子存在顯著或極顯著的正相關性,推測是由于部分外來魚類耐受污染能力較強,在水體受污染的情況下更具有競爭力,從而進一步擠占了本土魚類的生存空間。面對外來魚類對東江流域水生態系統入侵愈發嚴重的問題,亟需采取科學的手段進行管理和防控[24]。

魚類多樣性指數近年來在河湖健康評價領域中廣泛應用[25],本次參考相關研究及指南,選用了豐富度指數和香農-威納指數2種評價方法。其中豐富度指數在計算時剔除了外來物種,實際參與計算的種類數減少,使得豐富度指數評價結果比香農-威納指數較差,但也正因為排除了外來物種的干擾,能更真實地反映出本地魚類群落健康狀況。

4 結論

a)調查了東江下游區域15個河流位點,共發現魚類50種。魚類多樣性指數評價結果顯示大部分位點的魚類群落健康狀況不佳。水質污染影響到魚類群落健康,其中CODCr、BOD5、TP的影響較顯著。此外,河流被侵占、硬質化改造、建設閘壩攔河設施等破壞棲息地的行為也對魚類群落造成了不利影響。

b)大部分調查位點發現有外來魚類,種類共計有10種,且在受污染河流中外來魚類更占據優勢。

c)下一步需要從改善河流水質、恢復魚類棲息地多樣性與連通性以及加強外來魚類管理防控等多方面入手,制定科學的治理對策及管理措施,推動流域魚類保護與恢復工作。