黃河上游茨哈峽至羊曲河段生態調度目標魚類篩選

潘文光 石文良 楊志 侯軼群 李平

摘要：選擇黃河上游茨哈峽至羊曲干支流河段內生態調度目標魚類并明確其需求次序，可為生態調度方案的制訂提供決策依據。采用2005-2006年、2011-2012年、2014-2017年、2022年茨哈峽至羊曲干支流河段漁獲物調查結果，考慮不同魚類繁殖活動對生態水文過程的需求以及數據可得性，選擇反映魚類生活史特征、地理分布特征、保護必要性、種質資源價值和資源量現狀等信息的10個指標構建評價體系，采用聚類分析與非維度排序方法對茨哈峽至羊曲干支流河段分布的21種土著魚類生態調度需求次序進行分組分析。結果顯示，生態需求等級最高的有厚唇裸重唇魚（Gymnodiptychus pachycheilus）、黃河高原鰍（Triplophysa pappenheimi）、黃河裸裂尻魚（Schizopygopsis pylzovi）、擬鲇高原鰍（T. siluroides）、花斑裸鯉（Gymnocypris eckloni）、刺鮈（Acanthogobio guentheri）、骨唇黃河魚（Chuanchia labiosa）、極邊扁咽齒魚（Platypharodon extremus）8種魚，主要為適應緩流生境且均為砂礫產卵類型魚類；根據評價體系綜合結果分析，這8種魚為茨哈峽至羊曲河段的主要生態調度目標魚類，其他13種魚作為該河段生態調度的兼顧對象。

關鍵詞：生態調度；目標魚類；聚類分析；非維度排序；黃河上游；茨哈峽至羊曲干支流河段

中圖分類號：S932.4? ? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? 文章編號：1674-3075（2024）01-0120-07

黃河上游茨哈峽至羊曲河段為寬谷河段，河道曲折蜿蜒，近岸多漫灘和灣沱，江心多沙洲，灘潭交替，流態復雜多樣，分布著適應流水棲息生境的高原土著魚類，是許多產沉性卵魚類產卵場的集中分布區域，目前該江段規劃有3座水電站，分別為茨哈峽水電站（未建）、班多水電站（已建）和羊曲水電站（在建）。規劃中的茨哈峽水電站正常蓄水位2 990 m，具有季調節性能，最大壩高257.5 m，裝機容量4 200 MW。水庫上游與規劃的爾多梯級尾水銜接，下游為已建班多水電站庫尾，班多水電站正常蓄水位2 760 m，相應庫容1 500萬m3，死水位2 757 m，無調節能力，為徑流式電站。班多水電站下游為羊曲水電站，目前處于在建狀態，正常蓄水位2 715 m，死水位2 710 m，生態限制水位2 710 m，水庫無調節特性。

水利工程的運行在帶來巨大綜合效益的同時也對生態環境尤其是河段內魚類資源帶來了一些不利影響，主要表現為：大壩建設阻隔了魚類的洄游路線使其不能有效完成生活史，造成洄游型魚類資源的嚴重下降；在河流上游產卵的魚類其幼魚下行時由于活動能力較差在通過大壩時很容易被吸入水輪機而受到傷害；在水庫生長的魚類也很容易在大壩泄洪時受到高速水流和高水位落差的傷害；大壩修建使原有連續的河流生態系統被分隔成不連續的環境單元，在造成了生態景觀破壞的同時也導致魚類種群遺傳多樣性下降；高壩溢流時，流水翻滾卷入大量空氣，引起氮氣過飽和，使魚患氣泡病而死（陳慶偉等，2007；陳小娟，2014）。

生態調度作為緩解水電工程對魚類不利影響的有效保護措施，其作用是在魚類繁殖期通過實施基荷發電、制造洪峰過程等調度措施，滿足刺激魚類產卵以及保障受精卵孵化所需的水文條件（袁超和陳永柏，2011）。研究表明開展水庫生態調度，制訂科學合理的調度運行方案，可以使工程在發揮其功能和效益的同時，減少對河流生態系統造成的影響和破壞，是當前大型河流生態恢復中的一項重要舉措（郭文獻等，2009；張登成等，2022）。同時，水庫生態調度是一個系統工程，涉及到保護物種識別、生態需求分析、調度方案制定、跟蹤監測及效果評估等方面（Wang et al，2021）。確定水庫生態調度目標，識別關鍵保護物種是首要步驟。劉軍（2004）首次從受威脅程度、遺傳多樣性損失大小及物種價值3個方面對長江上游16種特有魚類的優先保護順序進行了定量分析；Zhang等（2014）構建了包含8個評價指標的評價體系，使用線性評級系統計算長江上游64種魚類的滅絕風險指數和保護優先指數；徐薇等（2013）采用模糊評價法，構建了包括物種珍稀性、物種價值和人為干擾程度3個子系統組成的魚類優先保護等級評估體系，并對長江上游46種受威脅特有魚類的優先保護等級進行了分析；宋一清等（2018）運用瀕危系數、遺傳價值系數和物種價值系數對黑水河35種魚類進行優先保護次序的定量分析；李雷等（2019）采用珍稀性、物種價值和人為干擾3個評價指標對西藏雅魯藏布江中游6種裂腹魚類的資源狀況及瀕危狀況進行評價，確定了裂腹魚類的優先保護等級。上述關于魚類優先保護等級的研究對各地區的魚類保護提供了重要依據和參考價值。但是由于不同研究涉及不同的研究對象、研究區域，所面臨的環境也存在較大差異，因此，構建的魚類優先保護等級評價體系以及評價方法也都有所差異。在實際應用中也應該根據不同研究區域的實際情況進行合理調整（朱挺兵等，2021）。

本文通過資料收集與調研，并綜合考慮了魚類的生活史特征是否受水電工程調度運行的嚴重影響，構建了生態調度評價體系，對黃河上游茨哈峽至羊曲干支流河段內魚類生態調度需求次序進行分析，以期篩選出生態調度的主要目標魚類，為生態調度方案的制訂和實施提供參考依據。

1? ?材料與方法

1.1? ?數據來源

研究區域為黃河上游茨哈峽至羊曲干支流河段，調查區域包括干流拉家鎮（軍功水文站所在地）、大米灘、班多、唐乃亥、野狐峽、拉干村及支流切木曲、巴溝河、曲什安河、大河壩河、茫拉河等。根據中國水產科學研究院黃河水產研究所、青海省漁業環境監測站以及水利部中國科學院水工程生態研究所等單位，2005-2006年、2011-2012年、2014-2017年和2022年等在茨哈峽至羊曲干支流河段獲取的魚類資源數據（水利部中國科學院水工程生態研究所，2023），綜合文獻和歷史資料（蔡文仙，2013；李思忠，2017）以及唐文家和何德奎（2013）于2005-2010年在黃河上游茨哈峽至積石峽段魚類資源調查的結果，茨哈峽至羊曲干支流河段內分布有26種非土著魚類，21種土著魚類（表1），包括極危（CR）魚類1種、瀕危（EN）魚類5種、易危（VU）魚類5種、無危（LC）魚類7種；國家二級保護動物4種（樂佩琦和陳宜瑜，1998；蔣志剛等，2016；蔣志剛，2023），將這21種土著魚類作為生態調度目標魚類篩選的對象。

1.2? ?生態調度需求優先等級評價指標體系

通過資料收集和調研，參考有關魚類優先保護等級評價指標體系的構建（徐薇等，2013；宋一清等，2018；李雷等，2019），確定10個備選二級指標（表2），這些指標反映了魚類的生活史特征、地理分布特征、保護必要性、種質資源價值和資源量現狀等魚類繁殖的調度需求和物種保護重要性的信息。這些指標被賦予1分（生態調度需求最低級）到3分（生態調度需求最高級），然后由10個指標按照專家打分確定的權重累加得到魚類生態調度需求的得分。魚類數據來源于現有研究文獻、數據庫以及課題組未公開發表的研究成果。部分魚類數據缺失，用其近緣種來替代。

體現生活史特征的有產卵類型、初次性成熟年齡和水流偏好等3個指標。（1）產卵類型。由于水庫的削峰效應以及蓄水倒灌導致壩下和庫區水文情勢的改變，導致許多依賴自然水文過程繁殖的魚類自然繁殖過程受到較為明顯的影響，特別是對流水產卵類型的魚類影響較大，因此，流水產卵類型魚類設為3分，靜緩流產卵類型魚類設為1分；權重為0.1。（2）初次性成熟年齡。通常地初次性成熟年齡較大的魚類，個體繁殖力較弱，種群恢復較慢，其產卵需要更高的水文情勢條件，因此更需要采取生態調度來恢復；初次性成熟年齡大于4齡的設為3分，2～3齡的設為2分，1齡的設為1分；權重為0.05。（3）水流偏好。該指標可分為湖沼型、廣適型和喜流型3個類型，其中湖沼型為在庫區生境能夠自然繁殖的種群，設為1分；廣適型為能夠適應流水生境和靜緩流生境，其在庫區或微流水中均能夠自然繁殖的種群，設為2分；而喜流型魚類為適應流水生境，只能在流水生境中才能自然繁殖的種群，設為3分；權重為0.1。

反映地理特有性的指標有1個，即評價河段生境維持在魚類種群維系中的地理獨有性。該指標主要反映魚類在地理上的分布特征，如果某種魚類在評價區域所屬的流域范圍內，僅分布在評價區域河段干流內，則評價區域河段流水生境的維持對于該種魚類種群的維系具有重要的意義，那么該種魚類在評價區域河段的地理特有性就為高，設為3分；如果某種魚類在評價區域所屬的流域范圍內，分布在評價區域河段干支流內，則該種魚類的地理特有性為中等，設為2分；如果某種魚類在評價區域所屬的流域范圍內，既分布在評價河段干支流河段，也分布在評價河段以外的干支流河段內，則該種魚類的地理特有性為低，設為1分；權重為0.1。

體現保護必要性的有物種的瀕危等級、保護等級和全人工繁殖實現情況等3個指標。（1）物種的瀕危等級。瀕危（EN）及以上等級魚類具有高的保護必要性，設為3分，易危（VU）及近危（NT）等級魚類具有中等的保護必要性，設為2分，無危（LC）等級魚類具有低的保護必要性，設為1分；瀕危等級指標參考生態環境部（2023）發布的中國生物多樣性紅色名錄―脊椎動物卷進行等級劃分，本文將無數據DD等級認定為瀕危以上等級；權重為0.15。（2）保護等級。該指標反映物種需要保護的程度，國家一級重點保護動物設為3分，國家二級保護動物設為2分，非國家重點保護動物設為1分；該指標的等級根據農業部（2021）頒布的《國家重點保護野生動物名錄》確定；權重為0.15。（3）全人工繁殖實現情況。主要反映評估魚類是否能夠實現全人工繁殖，如果全人工繁殖技術已完全突破，該種魚類已實現規模化養殖，那么其生態調度的需求等級為低，反之，則為高。將未實現全人工繁殖的設為3分，部分實現的設為2分，全部實現的設為1分；權重為0.05。

建壩影響專門用于體現本流域建壩對區域內不同魚類的影響程度。本文根據目前不同魚類種類在黃河上游自然棲息生境縮減的大小來確定建壩影響的等級，其中自然生境減少50%以上的設為3分；自然生境減少20%～50%的設為2分；自然生境減少20%以下的設為1分；權重為0.15。

反映物種價值的有種質資源價值和生態價值2個指標。（1）種質資源價值。該指標反映物種在水產養殖種質資源上的潛力，劃分為3個等級，種質資源價值高的魚類設為3分，非種質資源魚類中的中大型魚類設為2分，非種質資源中的小型魚類設為1分；種質資源魚類的確定根據農業部頒布的相關文件確定，包括種質資源魚類名錄及水產種質資源保護區名錄等；本文中大型魚類指極限體長達到25 cm及以上長度的種類，而小型魚類指極限體長達不到25 cm的種類；權重為0.05。（2）生態價值。根據相對重要性指數（IRI）進行確定，IRI≥500優勢種為3分，100≤IRI<500常見種為2分，IRI<100少見種為1分（王家樵等，2017）；權重為0.1。

相對重要性指數（IRI）計算公式如下：

IRI =（N + W） × F? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?①

式中：IRI為相對重要性指數，N為某一種類的尾數占總尾數的百分比，W為某一種類的重量占總重量的百分比，F為發現某一種類的樣點數占總調查樣點數的百分比。

權重的分配：權重分配是根據各評價系數的相對重要程度而確定的。本研究的權重分配采取專家咨詢法確定（謝季堅，1992）。

1.3? ?聚類分析和非維度排序

結合權重進行系統聚類分析，對目標魚類進行分組。本文基于物種10個指標得分的加權距離矩陣和平方歐式距離，利用R語言R i386 4.0.3進行Q型樣本聚類分析，得到不同魚類種類的分組，隨后進行非維度排序，得到不同組別的生態調度需求排序結果。

2? ?結果與分析

2.1? ?生態調度需求得分

對不同魚類的各項評價指標得分按照權重累加，得到不同魚類的生態調度需求得分（圖1），厚唇裸重唇魚（Gymnodiptychus pachycheilus）的生態調度需求得分最高（2.10分），其次為黃河高原鰍（Triplophysa pappenheimi）、骨唇黃河魚（Chuanchia labiosa）、擬鲇高原鰍（T. siluroides）、黃河雅羅魚（Leuciscus chuanchicus）和極邊扁咽齒魚（Platypharodon extremus），得分分別為2.05分、1.90分、1.85分、1.85分和1.85分，得分最低的種類為北方花鰍（Cobitis sibirica），1.05分。

2.2? ?生態調度需求等級劃分

根據不同魚類生態需求得分結果對茨哈峽至羊曲河段的魚類生態調度需求等級進行分級。設定2個假想物種（MAX和MIN）作為參照，MAX代表生態調度需求等級最高的物種，其各項評估指標的得分均取最大值；相反，MIN為假設的生態調度需求等級最低的物種，各項評估指標的得分均賦予最小值。隨后，基于物種的距離矩陣和平方歐式距離對打分結果進行聚類分析，并繪制聚類分析樹狀圖。然后，對分組結果采用ANOSIM進行顯著性檢驗，檢驗分組結果是否良好；采用非維度排序方法對分組結果進行排序，最終確定不同魚類種類的生態調度需求等級。

聚類分析（圖2）結果顯示：具有不同生態調度需求等級的21種土著魚類可以通過聚類分成3個組，其中A組包括8種魚，為厚唇裸重唇魚、黃河高原鰍、黃河裸裂尻魚（Schizopygopsis pylzovi）、擬鲇高原鰍、花斑裸鯉（Gymnocypris eckloni）、刺鮈（Acanthogobio guentheri）、骨唇黃河魚和極邊扁咽齒魚；B組包括3種魚，為蘭州鲇（Silurus lanzhouensis）、黃河雅羅魚和黃河鮈（Gobio huanghensis）；C組包括其他10種魚，為東方高原鰍（T. orientalis）、北方花鰍（Cobitis sibirica）、窄尾高原鰍（T. tenuicauda）、擬硬刺高原鰍（T. pseudoscleroptera）、硬鰭高原鰍（T. scleroptera）、粗壯高原鰍（T. robusta）、短尾高原鰍（T. brevviuda）、梭形高原鰍（T. leptosoma）、細尾高原鰍（T. stenura）、斯氏高原鰍（T. stolickai）。ANOSIM檢驗結果顯示，生態調度需求等級在不同魚類組間存在顯著的差異（總體R=0.777，P=0.1%；A組 vs B組： R=0.755，P=0.6%；A組 vs C組： R=0.750，P=0.1%；B組vs C組： R=0.878，P=0.3%）。ANOSIM檢驗結果表示聚類分析結果良好。

非維度排序結果可以更加直觀地顯示生態調度需求等級在不同魚類種類間的差異（圖3），stress=0.09，表明排序結果良好。A組的質心與假定物種MAX更近，而C組的質心與假定物種MIN更近，表明生態調度需求等級最高的魚類為A組的魚類，其次為B組的魚類，C組最低。因此，在開展生態調度時，A組魚類棲息繁殖所需的生境條件需優先滿足。

2.3? ?生態調度目標魚類篩選

生態調度需求等級劃分結果顯示，生態調度需求等級最高的為A組的8種魚，需求等級處于中間的為B組的3種魚，需求等級最低的為C組的10種魚。因此，將A組的8種魚作為生態調度的主要目標魚類，將其余13種魚作為生態調度的兼顧對象。

3? ?討論

3.1? ?黃河上游茨哈峽至羊曲江段魚類種群現狀

根據2005-2022年間在黃河上游茨哈峽至羊曲干支流河段進行的魚類資源調查結果以及相關文獻記載（蔡文仙，2013；李思忠，2017），黃河上游茨哈峽至羊曲河段共計分布有土著魚類21種，除刺鮈和黃河鮈2種魚在支流分布概率較低以外，其余土著魚類在干支流均有分布。非土著的魚類共26種，包括鯉（Cyprinus carpio）、鯽（Carassius auratus）、鲇（Silurus asotus）、虹鱒（Oncorhynchus mykiss）等。茨哈峽至羊曲河段漁獲物中基于IRI值的優勢種有12種，分別為花斑裸鯉、極邊扁咽齒魚、骨唇黃河魚、刺鮈、擬鲇高原鰍、麥穗魚（Pseudorasbora parva）、池沼公魚（Hypomesus olidus Pallas）、鯽、黃河裸裂尻魚、黃河高原鰍、硬鰭高原鰍和擬硬刺高原鰍，其中土著魚類9種，非土著魚類3種。這些魚類在漁獲物中的尾數百分比均在2%以上，是調查區域最為常見的種類。從棲息生境特征來看，這些魚類多棲息在流水環境、有礫石的河段；從食性上看，這些魚類主要以藻類和小型昆蟲為主；從產卵類型來看，產沉性卵和黏性卵的魚類均有分布（王恒山等，2016；權全等，2018）。

3.2? ?生態調度目標魚類篩選

本研究參照了徐薇等（2013）、宋一清等（2018）構建的魚類優先保護順序評價體系來建立生態調度需求評價體系，通過多方面反映魚類生態調度需求次序的指標以及對各指標不同的權重賦值使結果更加合理。

根據生態調度需求等級劃分結果，黃河上游茨哈峽至羊曲河段生態調度的主要目標魚類為厚唇裸重唇魚、黃河高原鰍、黃河裸裂尻魚、擬鲇高原鰍、花斑裸鯉、刺鮈、骨唇黃河魚和極邊扁咽齒魚，除黃河高原鰍為適應流水生境魚類，其他7種魚均為適應緩流生境的魚類；所有魚類均以著生藻類或底棲無脊柱動物為食；所有魚類均為砂礫產卵類型魚類。生態調度主要目標魚類中，極邊扁咽齒魚和骨唇黃河魚是瀕危（EN）魚類且是國家二級重點保護動物，刺鮈是瀕危（EN）魚類；厚唇裸重唇魚和擬鲇高原鰍是易危（VU）魚類且是國家二級重點保護動物，黃河高原鰍、黃河裸裂尻魚和花斑裸鯉是易危（VU）魚類，瀕危等級和保護等級高造成這些魚類的生態調度需求得分較高。本研究中的評價指標數據基本來源于相關研究文獻（樂佩琦和陳宜瑜，1998；蔣志剛等，2016；蔣志剛，2023），一些基礎生物學和生態學數據缺失的魚類采用的是其近緣種進行替代（宋一清，2018），為了確保評價結果的可靠性，下一階段應結合魚類的基礎生物學和生態學研究進展，對采用近緣種替代的魚類評價指標賦分進行復核更新。

3.3? ?生態調度管理

通過對生態調度主要目標魚類的棲息生境特征、食性、產卵類型、仔稚魚出現時間分析，結果表明生態調度主要目標魚類所需的關鍵生境為流水礫石區域（王恒山等，2016；權全等，2018）。在繁殖季節應通過生態調度制造洪峰來創造流水生境刺激目標魚類繁殖。在非繁殖季節維持目標魚類適宜的攝食生境十分重要，而目標魚類的主要食物來源通常分布在淺水及礫石生境區域，應通過生態調度來保持一定的水位來維持目標魚類適宜的攝食生境。

根據2000-2021年班多逐月入庫流量在各年間和各月間的變動情況可知，月平均入庫流量通常在7月和9月達到峰值，從4月開始直到月平均流量達到峰值期間月平均入庫流量逐月遞增。2022年4月至6月在曲什安鎮曲什安河下游礫石灘涂上開展魚類早期資源調查結果，仔稚魚出現的高峰期為5月下旬至6月下旬，5月下旬時，仔稚魚開始能被采集到，6月初時，沿岸帶仔稚魚開始大量出現，這表明入庫流量的遞增在一定程度上能有效刺激茨哈峽至羊曲河段魚類繁殖。

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（責任編輯? ?熊美華）

Target Fish Screening for the Ecological Operation of the

Cihaxia-Yangqu Section of the Upper Yellow River

PAN Wen‐guang1， SHI Wen‐liang2， YANG Zhi3， HOU Yi-qun3， LI Ping1

（1. China Power Construction Group northwest Survey and design Research Institute limited company，

Xi'an? ?710065， P.R. China;

2. College of Hydraulic and Environmental Engineering， China Three Gorges University，

Yichang? ?443002， P.R. China;

3. Key Laboratory of Ecological Impacts of Hydraulic-Projects and Restoration of Aquatic Ecosystem

of Ministry of Water Resources， Institute of Hydroecology， Ministry of Water Resources and

Chinese Academy of Sciences， Wuhan? ?430079， P.R. China）

Abstract：The Cihaxia-Yangqu section of the upper Yellow River is home to many indigenous plateau fish species adapted to flowing habitats， and a concentrated distribution area for fish species that produce demersal eggs. In this study， we developed an evaluation index system to determine the conservation priority for 21 indigenous fish species distributed in the Cihaxia-Yangqu section， aiming to screen the target fish species for the ecological operation of that section and provide a reference for formulating and implementing ecological operation. Ten evaluation indices were selected for development of the evaluation index system that reflected the life history， geographical distribution， conservation necessity， germplasm resource value and current resource status of the fish. The evaluation indices were based on fish catch surveys in 2005-2006， 2011， 2012， 2014-2015， 2016， 2017 and 2022 in the study reach， and considered the ecohydrological differences in reproductive requirements of species and data availability. Cluster analysis and non-dimensional ranking were used to analyze the priority of ecological operation demand of the 21 indigenous species. There were 8 fish species with the highest ecological demand and they are the target fish species for ecological operation， including Gymnodiptychus pachycheilus， Triplophysa pappenheimi， Schizopygopsis pylzovi， Triplophysa siluroides， Gymnocypris eckloni， Acanthogobio guentheri， Chuanchia labiosa， Platypharodon extremus. These species are primarily adapted to slow flowing water and are all gritty spawning types. The other 13 species were in the second group with less ecological demand. The results of this study provide a basis for decision making about ecological operation in the Cihaxia-Yangqu reach of Yellow River.

Key words：ecological operation; target fish species; cluster analysis; non-dimensional sorting; upper Yellow River; Cihaxia-Yangqu section

收稿日期：2023-12-05

基金項目：國家自然科學基金長江水科學研究聯合基金（U2340218）。

作者簡介：潘文光，主要從事水利水電工程環境影響評價、環境科學與資源利用研究。E-mail： pwg_xs@qq.com

通信作者：李平。E-mail： yogol@nwh.cn