金沙江下游中華金沙鰍自然繁殖的生態水文需求研究

張登成 王孟 李斐 樊皓 于江 阮婭 張可可

摘要：開展中華金沙鰍的生態需求研究，在此基礎上制定有針對性的生態調度方案，為國內外水利水電工程的生態調度提供參考與借鑒。2017-2019年5-7月在金沙江下游巧家斷面進行魚類早期資源調查，分析中華金沙鰍卵苗徑流量與同期水溫、流量日上漲量、漲水持續時間等生態水文指標之間的響應關系，掌握刺激中華金沙鰍自然繁殖的生態水文指標和水溫閾值，在此基礎上提出烏東德水電站生態調度運行要求。結果表明：巧家江段中華金沙鰍產卵高峰期為5月下旬至6月中下旬，產卵高峰期起始水溫不低于19.0℃；對應的洪峰過程流量日上漲量平均為358 m3/s，漲水持續天數平均為 5 d，洪峰過程2～3 d后開始大規模產卵；偏相關分析表明中華金沙鰍卵苗徑流量與起始水位呈負相關關系，與水位日上漲量、漲水持續時間呈正相關關系，推薦人造洪峰的起始（3-7月）流量為1 160 m3/s，此時對應的烏東德水文站水位為791.1 m。加大流量日增長率以及增加漲水持續時間，可有效促進中華金沙鰍產卵繁殖。

關鍵詞：中華金沙鰍；繁殖；生態水文指標；烏東德水電站

中圖分類號：X176? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1674-3075（2024）01-0096-07

中華金沙鰍（Jinshaia sinensis）隸屬于鯉形目（Cypriniformes）平鰭鰍科（Balitoridae）金沙鰍屬（Jinshaia），為激流底棲小型魚類，主要分布于長江上游干支流、金沙江及其支流、雅礱江、岷江、沱江、嘉陵江、烏江、赤水河、大寧河等，食物組成包括藻類、高等植物碎片、水生昆蟲、軟體動物等（賈礫，2013；Zhu & Yang，2016）。中華金沙鰍為典型的產漂流性卵魚類，其產卵對水流漲落和水溫變化較為敏感，產出的受精卵需順水漂流孵化方可順利孵化和完成仔幼魚發育過程（吳金明等，2010）。中華金沙鰍是烏東德水電站壩下江段重要保護對象（張登成等，2022）。

烏東德水電站位于金沙江下游干流，電站裝機容量10 200 MW，多年平均發電量389.3億kW·h，工程建設在產生巨大經濟效益的同時，也將對中華金沙鰍等魚類產卵繁殖造成不利影響，如壩下江段洪峰弱化對產漂流性卵魚類繁殖不利，低溫水下泄導致魚類繁殖期推遲和當年生長期縮短等（Yang et al， 2020）。為減緩電站建設對中華金沙鰍等產漂流性卵魚類的不利影響，《金沙江烏東德水電站環境影響報告書》（長江水資源保護科學研究所，2015）提出了實施基荷發電、開展人造洪峰、采取疊梁門分層取水等保護措施，其目的就是通過優化水庫調度創造適宜的水溫和下泄流量過程，以滿足壩下游江段魚類產卵繁殖的需求。2015年3月，原環境保護部以環審[2015]78號文批復了環評報告書，明確要求在烏東德水電站運行期開展促進魚類繁殖的生態調度試驗。

由于生態調度方案都是針對特定的魚類種類和繁殖類群而制定的（Sinnathamby et al， 2018；Qiu et al， 2019），需要對目標魚類繁殖生態需求有較為深入的研究，包括魚類繁殖適宜的水溫、水深、流速、流量或水位變化過程以及河床底質、黏附基質、生物群落結構等因子（朱正偉，2013；Wang et al， 2017）。目前，國內除中華鱘、四大家魚等少量魚類繁殖生態需求相關研究較為深入外（陳永柏等，2009；張曉敏等，2009；Yang et al， 2021），中華金沙鰍等長江上游特有魚類自然繁殖需求的研究較為匱乏，制約了烏東德水電站生態調度方案的制定。此外，同種魚類由于地處不同的江段，其繁殖生態需求也有所不同（劉淑偉等，2013）。基于此，本研究通過分析代表性河段水文節律、水溫等和中華金沙鰍卵苗徑流量響應關系，開展中華金沙鰍的生態需求研究，在此基礎上制定有針對性的生態調度方案，以期為國內外水利水電工程的生態調度提供參考與借鑒。

1? ?材料與方法

1.1? ?數據來源

本研究選用金沙江烏東德至白鶴灘壩址之間的巧家斷面（圖1）（110°47′58′′E，26°36′35′′N）2017-2019年中華金沙鰍早期資源調查數據。巧家斷面早期資源調查根據《內陸水域漁業自然資源調查手冊》以及相關文獻進行，監測網具為圓錐網，調查時間為每年的5-7月，在河流的表層（0.5 m）、中層（1.5 m）、下層（3 m）進行卵苗采集，期間每日持續進行2次監測，分別為上午（7：30-9：30））和下午（16：30-18：30），每次采集10～15 min。漂流經過巧家斷面的卵、苗總量計算方法參考易伯魯等調查方法，相關調查結果引自《金沙江下游流域水生生態監測（2016-2018年）》（中國水產科學研究院長江水產研究所，2018）《金沙江下游流域水生生態監測（2019年）》（水利部中國科學院水工程生態研究所，2019）。

根據調查，金沙江烏東德壩址至巧家斷面之間主要支流有普渡河、小江和以禮河3條，其河口處多年平均流量分別為74.7、49.1、120.8 m3/s，而金沙江烏東德壩址處多年平均流量為3 850 m3/s。3條支流多年平均流量占巧家斷面多年平均來流量的比例僅為5.97%，可見巧家斷面的來流量主要取決于金沙江干流烏東德壩址處的來流量。考慮到人造洪峰調度過程主要通過烏東德水電站持續加大下泄流量來實現，因此本研究選取烏東德水文站2017-2019年的逐日流量、水溫等基礎數據，以此分析刺激中華金沙鰍等產卵繁殖所需的水溫條件以及下泄流量過程要求。

1.2? ?分析方法

根據巧家斷面2017-2019年中華金沙鰍產卵高峰期對應監測時段水文資料，參考張曉敏等（2009）、王珂等（2019），將洪水過程分成不同的要素以模擬魚類自然繁殖所需要的水文條件，選擇洪峰初始流量、洪峰期末流量、流量日上漲量、洪峰初始水位、洪峰期末水位、水位日上漲量、漲水持續時間等生態水文指標進行研究。考慮到各年份參與產卵繁殖的中華金沙鰍親本數量的差異，本研究采用偏相關分析中華金沙鰍卵苗徑流量與生態水文指標之間的相關性。在此基礎上，統計中華金沙鰍產卵高峰期的卵苗徑流量、產卵高峰起止時間以及同期烏東德水文站的漲水起止時間、洪峰起始流量、期末流量、流量日上漲量、初始水位、期末水位、水位日上漲量等，以卵苗徑流量為權重對生態水文指標進行加權處理，求得刺激中華金沙鰍自然繁殖的水文過程條件。

由于水溫是影響魚類產卵時機以及產卵規模等的關鍵生態因子（Tonkin et al， 2019），本研究除了對生態水文指標進行分析外，同時也對刺激中華金沙鰍自然繁殖的水溫因子進行分析。對應于中華金沙鰍集中產卵繁殖期，分析同期烏東德水文站的水溫資料，并結合已有的關于中華金沙鰍產卵水溫需求的研究成果，綜合確定其產卵繁殖期對水溫的需求。統計分析通過Excel 2016和SPSS 19.0軟件完成。

2? ?結果與分析

2.1? ?巧家斷面中華金沙鰍早期資源

采用形態學和分子生物學手段對采集的魚卵和魚苗種類進行鑒定，2017年巧家斷面共鑒定出產漂流性卵魚類8種，分別為短身金沙鰍（Jinshaia bbreviata）、寡鱗飄魚（Pseudolaubuca engraulis）、紅唇薄鰍（Leptobotia rubrilaris）、犁頭鰍（Lepturichthys fimbriata）、圓口銅魚（Coreius guichenoti）、長薄鰍（Leptobotia elongata）、中華金沙鰍、中華沙鰍（Botia superciliaris）；2018年共鑒定出產漂流性卵魚類12種，分別為短身金沙鰍、犁頭鰍、銀飄魚（Pseudolaubuca sinensis）、圓筒吻鮈（Rhinogobio cylindricus）、異鰾鰍鮀（Xenophysogobio boulengeri）、中華金沙鰍、寡鱗飄魚、長薄鰍、紅唇薄鰍、中華沙鰍、圓口銅魚、圓尾擬鲿（Pseudobagrus tenuis）；2019年共鑒定出產漂流性卵魚類10種，分別為長鰭吻鮈（Rhinogobio ventralis）、中華金沙鰍、寡鱗飄魚、翹嘴鲌（Culter alburnus）、長薄鰍、中華沙鰍、圓口銅魚、裸體異鰾鰍鮀（Xenophysogobio nudicorpa）、犁頭鰍、紅唇薄鰍。其中，2017-2019年巧家斷面均監測到的產漂流性卵魚類包括寡鱗飄魚、紅唇薄鰍、犁頭鰍、圓口銅魚、長薄鰍、中華金沙鰍、中華沙鰍等7種。

2017-2019年通過巧家斷面的魚類卵苗徑流量分別為1.29×107、1.56×108、1.51×108 粒（尾），其中中華金沙鰍卵苗徑流量呈增加趨勢，2017-2019年中華金沙鰍苗徑流量分別為1.29×106、1.57×107、3.29×107 粒（尾），占比分別為10%、10.1%和21.8%，見表1。

2.2? ?中華金沙鰍自然繁殖對水溫的需求

2017-2019年巧家斷面中華金沙鰍產卵高峰期對應的水溫統計結果見圖2。2017-2019年巧家斷面中華金沙鰍共出現了6次產卵高峰過程，集中在5月下旬至6月中下旬，每次持續時間為2～5 d，卵苗徑流量為5.64×105 ～6.11×106 粒（尾），產卵高峰期對應的烏東德水文站水溫均在19.0℃以上，且不超過22.7℃。

2.3? ?中華金沙鰍自然繁殖對水文過程的需求

2017-2019年調查期間，巧家斷面分別出現2、1和3次產卵高峰（圖3），卵苗徑流量分別為251.4、590、1 341萬粒（尾），卵苗徑流量呈現逐年增加趨勢，2019年魚卵總量比2018年增加了56%。

中華金沙鰍產卵高峰期間巧家斷面均出現了不同程度的洪峰過程（圖4），且變化趨勢存在一定的相似性。通過構建洪峰期間中華金沙鰍卵苗徑流量與同期日均流量、日均水位等的響應關系曲線，可以發現2017-2019華金沙鰍產卵高峰期均伴隨有明顯的洪峰過程，通常在洪峰過程中或洪峰后出現產卵高峰期。中華金沙鰍產卵高峰期通常出現在水位開始上漲后1～4 d，平均滯后洪峰過程2 d左右。

中華金沙鰍卵苗徑流量與水文過程響應關系見表2。卵苗高峰期對應的烏東德水文站起始流量為 1 860～2 950 m3/s，平均2 385 m3/s；漲水期末流量為2 910～8 710 m3/s，平均期末流量為4 186 m3/s；流量日上漲量為130～960 m3/s，平均358 m3/s；起始水位為792.9～794.94 m，平均793.96 m；漲水期末水位為794.88～802.46 m，平均為796.9 m；水位日上漲量為0.24～1.25 m，平均0.59 m；漲水持續天數為3～6 d，平均漲水天數5 d。

考慮到不同年份參與產卵繁殖的親本量可能存在差異，進而對卵苗徑流量產生影響，因此本研究采取偏相關分析了卵苗徑流量與水文指標之間的關系（表3）。結果表明，中華金沙鰍的卵苗徑流量與起始水位呈負相關關系，與水位日上漲量、漲水持續時間呈正相關關系。2017年第2次產卵高峰期洪峰過程的水位日上漲量、漲水持續時間為第1次產卵高峰期的3.8倍和2倍，而卵苗徑流量為第1次產卵高峰期的3.5倍；2019年第3次產卵高峰期洪峰過程的水位日上漲量、漲水持續時間分別為第1次和第2次產卵高峰期的1.4倍、1.2倍和2.8倍、2倍，而卵苗徑流量分別為前2次產卵高峰期的1.3倍和2.5倍。說明當金沙江下游水溫達到中華金沙鰍產卵水溫閾值后，適當降低烏東德水電站出庫流量、加大流量日增長率并延長漲水持續時間，有助于更好地刺激中華金沙鰍產卵繁殖。

3? ?討論

3.1? ?中華金沙鰍自然繁殖水溫需求

水溫是魚類進行繁殖活動的必要條件（Tonkin et al， 2019），不同魚類均有其產卵下限溫度（王導群等，2019）。本研究指出金沙江下游中華金沙鰍產卵高峰起始水溫不低于19.0℃，這與王導群等（2019）的報道較為一致，王導群等于2016-2018年在金沙江攀枝花市銀江鎮開展魚類早期資源調查，采集到中華金沙鰍等產漂流性卵魚類的受精卵和仔幼魚，結合同期江水水溫判斷該江段中華金沙鰍繁殖期集中在6月中旬至7月，對應的水溫變動范圍為18.6～21.7℃，繁殖盛期為20.4～21℃。

不同江段中華金沙鰍繁殖水溫有所不同，總體上看中華金沙鰍繁殖時期和繁殖適宜水溫從上游至下游呈沿程遞增趨勢。王芊芊（2008）研究表明，中華金沙鰍在赤水河的繁殖時間集中在6月上旬至7月下旬，水溫和水位漲落是影響繁殖的主要環境因素，其繁殖期水溫為19.4～27.8℃，高于本研究結果，這可能與赤水河位于本研究區域的下游、同期水溫相對較高有關；劉淑偉等（2013）在云南省玉龍縣大具鄉渡口斷面開展魚類早期資源調查，調查期間中華金沙鰍出現卵汛2次，分別為8月1日-8月4日以及8月9日-8月13日，根據胚胎發育經歷時間以及江段平均流速推算，虎跳峽以上的金沙江中、上游江段分布有中華金沙鰍的產卵場，其繁殖期集中在8月。根據石鼓水文站多年（1960-2009年）實測長系列水溫資料，石鼓水文站斷面8月多年平均水溫為17.2℃，據此可初步判斷金沙江上游中華金沙鰍群體繁殖水溫閾值低于17.2℃，相對于金沙江下游、赤水河等繁殖群體繁殖期較晚，其原因可能是金沙江上游江段海拔較高，同期水溫上升滯后于金沙江下游江段以及赤水河等支流，故其繁殖期相應推遲。

3.2? ?中華金沙鰍繁殖水文過程需求

魚類的繁殖活動與其所處的生境密切相關，其產卵受到江水流量、水位、流速、水溫等多方面影響（段辛斌等，2008），其中持續流量和水位上漲過程是刺激中華金沙鰍產卵的重要條件。本研究中，2017年2次產卵高峰、2018年1次產卵高峰、2019年3次產卵高峰期間，流量、水位維持一定的日上漲量，漲水持續時間3～6 d。這表明，特定時段流量持續增加和水位持續上漲能在一定程度上有效促進金沙江下游江段中華金沙鰍的產卵繁殖。本研究結果與金沙江上游（劉淑偉等，2013）、金沙江中游（王導群等，2019）、赤水河（王芊芊，2008）等江段的研究結論一致。同時，由于中華金沙鰍為產漂流性卵魚類，其受精卵產出后吸水膨脹，比重略大于水，因此需要有一定的流速維持其漂流狀態，否則魚卵將下沉導致缺氧死亡（吳金明等，2010）。特定時段流量的持續增加促進了江水流速的增加，有助于魚卵順水漂流孵化并完成仔幼魚發育。

本研究的流量數據來源于烏東德水文站（位于烏東德壩下4.8 km處），并不能直接代表巧家江段的流量變化情況，但通過流量與魚卵苗徑流量的變化圖可以發現，巧家斷面的卵苗徑流量會在烏東德水文站斷面漲水之后1～4 d出現高峰期。因此，巧家斷面中華金沙鰍產卵繁殖與一定的洪水過程刺激是密切相關的。

本研究采用的魚類早期資源調查資料時限為2017-2019年，建議下階段以長序列魚類卵苗徑流量與生態水文因子之間的響應關系為基礎，進一步復核中華金沙鰍產卵繁殖對水溫和水文過程的需求。此外，通過在生態調度期間同步進行魚類早期資源以及水溫、水文過程等的監測，并開展效果評估，可據此優化烏東德水電站生態調度方案，從而使生態調度方案日益完善。

需要指出的是，本次生態調度方案僅考慮烏東德水電站調度運行，實際上人造洪峰過程還受到下游梯級調度運行的影響。尤其是實施人造洪峰后，烏東德壩下江段產漂流性卵魚類受精卵漂流孵化所需要的>0.2 m/s流水江段長度會受到下游白鶴灘水電站調度運行的影響。為切實保護中華金沙鰍等特有魚類資源，建議下階段開展金沙江下游梯級聯合生態調度研究。

4? ?結論

（1）金沙江下游巧家江段中華金沙鰍卵苗高峰期在5月底至6月中下旬，產卵高峰起始水溫不低于19.0℃，且適宜水溫不超過22.7℃。

（2）通常在烏東德水文站洪峰過程2～3 d后中華金沙鰍開始大規模產卵，其產卵規模與洪峰起始水位、水位日上漲量、漲水持續時間等特征要素有關。通過適當降低洪峰過程的起始流量、加大流量日增長率以及增加漲水持續時間，更有利于刺激中華金沙鰍產卵繁殖。

（3）為滿足烏東德壩下江段中華金沙鰍等產漂流性卵魚類繁殖需求，在5月底至6月底之間，當壩下江段水溫達到19.0℃以上時，即可伺機開展人造洪峰生態調度試驗，推薦洪峰過程起始流量為1 160 m3/s（即烏東德水電站3-7月的生態基流，此時對應的烏東德水文站水位為791.1 m），流量日上漲量為358 m3/s，漲水持續天數5 d。

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（責任編輯? ?鄭金秀）

Eco-hydrological Characteristics for Natural Reproduction of

Jinshaia sinensis in the Lower Jinsha River

ZHANG Deng‐cheng1， WANG Meng1， LI Fei1， FAN Hao1， YU Jiang2， RUAN Ya1， ZHANG Ke-ke1

（1. Changjiang Water Resources Protection Institute， Wuhan? ?430051， P.R. China；

2. China Three Gorges Construction Engineering Corporation， Chengdu? ?610041， P.R. China）

Abstract：Jinshaia sinensis， a key protected fish species in the river section below the dam of Wudongde Hydropower Station. J. sinensis is typical of the species producing pelagic eggs and spawning is sensitive to changes of water temperature and fluctuations of water flow. In this study， we analyzed the relationship of egg and fry emergence and eco-hydrological parameters during spawning season and identified the ecological conditions associated with J. sinensis spawning. Our aim was to identify the key eco-hydrological parameters and water temperature threshold that stimulates natural reproduction of J. sinensis in the lower reaches of Jinsha River and to provide a reference for the ecological operation of Wudongde Hydropower Station. The study was based on the early fish resource investigation carried out in the Qiaojia section of lower Jinsha River from 2017 to 2019. From May through July， daily sampling of eggs and fry was conducted at depths of 0.5 m， 1.5 m and 3 m below the water surface. Data on daily water flow and temperature were obtained from the Wudongde Hydrological Station. Results show that egg and fry runoff of J. sinensis in the Qiaojia section trended upward during 2017-2019， with respective egg counts of 1.29×106， 1.57×107， 3.29×107. J. sinensis spawning in the Qiaojia section peaked six times during the investigation period， with peak values ranging from 5.64×105 to 6.11×106 eggs. The spawning peaks occurred from late May to late June and lasted 2-5 days. The initial water temperature for spawning peaks was at least 19.0℃， the average daily flow increase was 358 m3/s， and the average flooding period was 5 days. Large scale spawning occurred 2-3 days after the flood peak. Partial correlation analysis shows a negative correlation between J. sinensis egg/fry runoff and initial water level， and a positive correlation with the daily increase in water level and the duration of flooding. Therefore， to effectively promote J. sinensis spawning， we recommend that the initial flow of the artificial flood peak and water level at Wudongde Hydrological Station should be set at 1 160 m3/s and 791.1 m， and that the daily increase in water flow be intensified and the duration time of flooding be extended.

Key words： Jinshaia sinensis; reproduction; eco-hydrology parameters; Wudongde Hydropower Station

收稿日期：2022-05-15? ? ? 修回日期：2023-10-23

基金項目：中國長江三峽集團有限公司科研項目（JG/20041B）。

作者簡介：張登成，男，工程師，主要從事水利水電工程環境影響評價、水生態保護與修復研究。E-mail：569095890@qq.com

通信作者：王孟，男，教授級高級工程師，主要從事流域水資源保護規劃研究。E-mail：280342187@qq.com