林鵬程 高 欣 劉 飛 黎明政 劉煥章

(中國科學院水生生物研究所, 中國科學院水生生物多樣性與保護重點實驗室, 武漢 430072)

在全球人類活動日益加劇、生物多樣性喪失愈加嚴重的背景下, 水生態(tài)環(huán)境的保護越來越受到廣泛的重視。如何評估水域生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀, 并采取合適的保護措施是當前迫切需要解決的問題。傳統(tǒng)的水域環(huán)境評價是通過對水質指標(如溶解氧、總氮、總磷)的分析來反映評價區(qū)域非生物要素所處的條件狀況[1]。隨著生態(tài)系統(tǒng)健康的概念逐漸被認識, 基于生物的多指標評價體系成為生態(tài)學家和生態(tài)環(huán)境管理部門關注的焦點之一[2], 如美國環(huán)境保護署(EPA)提出的快速生物評價方法(Rapid Bioassessment Protocols, RBPs)和歐盟水框架指令(EU Water Framework Directive, WFD)提出的多指標評價體系(European Multimetric Index, EMI)[3,4]。在這些評價體系中, 基于物種數(shù)的評價指標是應用頻次最多、適用范圍最廣泛的指標[5]。長江是我國第一大河流, 也是世界上水生生物最為豐富的河流之一, 分布有水生生物4300余種[6]。這些水生生物既是重要的生物多樣性資源, 也是長江生態(tài)環(huán)境質量的指示生物。魚類是水域生態(tài)系統(tǒng)的頂級類群, 對水質的靈敏程度高, 具有良好的指示作用。為此, 本文基于魚類物種狀況, 提出相應的評價指標, 評估長江生態(tài)環(huán)境質量, 并希望對長江大保護工作有一定指導。

1 評價指標及基準

1.1 評價指標

土著魚類物種現(xiàn)狀土著魚類是指長期適應某一水域或特定生態(tài)系統(tǒng), 在地質歷史時間尺度上自然演化形成的原生物種, 它們與其環(huán)境形成了密切的關聯(lián), 因而可以反映生態(tài)環(huán)境的質量狀況。經統(tǒng)計, 長江流域分布有土著魚類463種, 其中長江上游分布有魚類286種, 中游有227種, 下游有147種。

珍稀、特有魚類物種現(xiàn)狀珍稀魚類是指數(shù)量極其稀少、奇缺和珍貴的物種。在實際應用中,通常將國家級重點保護動物(魚類)稱為珍稀魚類。根據(jù)2021年公布的《國家重點保護野生動物名錄》, 長江分布有珍稀魚類29種(屬), 如白鱘(Psephurus gladius)、中華鱘(Acipenser sinensis)、長江鱘(Acipenser dabryanus)、胭脂魚(Myxocyprinus asiaticus)、川陜哲羅鮭(Hucho bleekeri)和松江鱸(Trachidermus fasciatus)等[7]。其中, 長江上游有珍稀魚類20種, 中下游有9種。在中下游, 中華鱘是長江代表性的旗艦物種, 具有溯河洄游習性。宜昌葛洲壩下分布有中華鱘唯一的自然產卵場, 其生態(tài)環(huán)境質量直接影響中華鱘的繁殖效率和與種群大小。

特有魚類是指僅生存于某一水域或地區(qū)的魚類。長江流域分布有特有魚類183種, 如圓口銅魚(Coreius guichenoti)、巖原鯉(Procypris rabaudi)、長薄鰍(Leptobotia elongata)等。其中, 長江上游分布的特有魚類有124種, 占上游魚類總物種數(shù)的43.4%, 且資源現(xiàn)狀多已瀕危, 是上游生物多樣性的主要保護對象。中下游分布有特有魚類59種。

根據(jù)長江上游和中下游珍稀、特有魚類的分布狀況, 建議長江上游的珍稀、特有魚類物種現(xiàn)狀以珍稀、特有魚類物種數(shù)作為評價指標; 長江中下游的珍稀、特有魚類物種現(xiàn)狀以中華鱘繁殖群體數(shù)量作為評價指標。關于中華鱘繁殖群體數(shù)量的評估另文描述。

1.2 評價基準

基準值(即期望值)是評價水體曾經達到或者可能達到的最優(yōu)水平, 也表示保護需要達到的目標?？偨Y相關文獻資料和本團隊的野外監(jiān)測數(shù)據(jù), 給出了長江各江段及重點水域的土著魚類和珍稀特有魚類物種數(shù)的評價基準(表 1)。其中, 長江上游宜賓至合江干流土著魚類物種數(shù)為127種, 中游宜昌江段土著魚類物種數(shù)為72種, 下游安慶江段土著魚類物種數(shù)為92種。長江上游宜賓至合江干流珍稀特有魚類物種數(shù)為40種。

表1 長江干流不同江段/水域魚類評價的基準值及評估等級Tab. 1 The benchmark values and evaluation grades for fish richness in different regions of the Yangtze River

2 評價方法和結果

2.1 評價方法

指標計算評價指標的得分值(Metricscores)通過計算觀測值(O)與期望值(E)的比值獲得, 計算公示如下:

以長江上游宜賓至合江江段為例, 2010年監(jiān)測到的土著魚類物種數(shù)為88種, 2020年監(jiān)測到的土著魚類物種數(shù)為97種。根據(jù)確定的期望值, 2010年、2020年土著魚類物種數(shù)指標的評價值分別為69.3%和76.4%。

指標的等級劃分參考歐盟《水框架法令》中的生態(tài)健康等級等實例的分級方法[8,9], 并考慮到與前期研究工作的一致性[10,11], 將長江魚類評價指標分為5級, 分別為“優(yōu)”、“良”、“中”、“差”、“極差”(表 2)。同時, 根據(jù)本團隊的長期監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史資料, 基于恢復生態(tài)學的評價理論(采集物種數(shù)達基準值80%以上可為優(yōu))和長江水生生物完整性指數(shù)評價體系劃分方法, 確立了長江魚類物種狀況指標的劃分標準。其中, 土著魚類物種數(shù)占基準值90%以上為“優(yōu)”, 介于80%—90%的為“良”, 介于70%—80%的為“中”, 介于60%—70%的為“差”, 低于60%的為“極差”。珍稀特有魚類物種數(shù)占基準值80%以上為“優(yōu)”, 介于60%—80%的為“良”, 介于40%—60%的為“中”, 介于20%—40%的為“差”, 低于20%的為“極差”。

表2 長江生態(tài)環(huán)境質量評估各指標的評價等級及劃分標準Tab. 2 Grades and scoring criteria for the metrics used to assess the ecological environment of the Yangtze River

2.2 評價結果

以2010年和2020年為評價年, 對長江不同水域進行評價。結果顯示, 當前長江上游干流和下游干流的生態(tài)環(huán)境質量優(yōu)于中游; 支流赤水河的生態(tài)環(huán)境質量良好, 大型湖泊鄱陽湖的生態(tài)環(huán)境質量中等。從時間上看, 隨著長江禁漁等一系列生態(tài)保護措施的實施, 長江干流的生態(tài)環(huán)境質量有不同程度地好轉(圖 1)。

圖1 基于魚類的長江生態(tài)環(huán)境評估結果Fig. 1 Results of fish-based ecological assessment of the Yangtze River

3 討論

3.1 評價指標的適用性

在河湖生態(tài)環(huán)境質量評估的研究工作中, 基于生物的多指標評價(Multimetric indices)始建于Karr建立的魚類生物完整性指數(shù)(Fish index of biological integrity, F-IBI), 其評價原理區(qū)域就是區(qū)域內魚類等生物群落的物種組成、多樣性等特征與區(qū)域所提供的生境質量具有對應關系[12]。隨著FIBI的推廣, 眾多學者逐漸衍生出以底棲動物、浮游植物和著生藻類等為指示生物的IBI, 并在河流、湖泊和河口等水域得到了廣泛應用[13]。Ruaro等[5]對全球范圍內應用多指標體系進行環(huán)境質量評估的案例進行了文獻計量學分析。結果顯示,55%的研究工作以魚類為指示物種, 且物種數(shù)是應用最多的指標之一, 說明基于物種數(shù)的評價指標具有較好的適用性。

長江是我國淡水魚類種類最豐富的河流, 也曾是重要的漁業(yè)產區(qū)。但是, 受攔河筑壩、水域污染、過度捕撈、航道整治、岸坡硬化和挖砂采石等多因素綜合作用的結果[14], 長江流域魚類多樣性喪失嚴重, “生物完整性指數(shù)到了最差的‘無魚’等級”[9]。農業(yè)農村部及有關部門于2017年出臺了“率先在長江流域水生生物保護區(qū)實現(xiàn)全面禁捕”等一系列保護措施, 赤水河等長江流域重要的水生生物保護區(qū)在2019年底以前已經開始禁捕, 長江魚類資源開始恢復。2020年長江禁漁效果非常明顯, 說明本文的評價指標有很好的敏感性和適用性。

3.2 改善長江生態(tài)環(huán)境的對策與建議

從生態(tài)系統(tǒng)的角度改善長江水域生態(tài)環(huán)境, 恢復物種數(shù)量總體來看, 魚類物種數(shù)的變化受整體生態(tài)緩解質量的影響, 物種數(shù)的提高依賴于整體生態(tài)系統(tǒng)的修復。因此, 建議從生態(tài)系統(tǒng)的角度,在棲息地保護與修復、水污染治理等方面, 整體上改善長江流域的生態(tài)環(huán)境, 恢復魚類多樣性。其中,棲息地保護與修復包括加強對干流自然流水河段保護, 對支流小水電站進行分類整改, 在條件適宜的支流實施全面生態(tài)修復工程, 恢復河流自然流態(tài),恢復特有魚類資源; 逐步有序恢復長江中下游河湖連通及其自然水文過程, 為魚類提供良好的生境條件。水污染治理應加強點、面源污染科學防治, 尤其要嚴格禁止水生生物保護區(qū)、重要棲息地的污染排放, 建立系統(tǒng)污染監(jiān)測網絡, 保障水生生物棲息環(huán)境健康安全。

采取人工輔助措施拯救珍稀瀕危物種隨著十年禁漁等措施的實施, 長江生態(tài)環(huán)境將會明顯改善, 魚類資源將會顯著恢復, 但是仍有部分珍稀特有物種的瀕危狀態(tài)難以得到有效緩解。例如, 中華鱘繁殖群體數(shù)量急劇減少, 2020年已不足20尾,而且中華鱘自然繁殖活動出現(xiàn)中斷。長江鱘曾是長江上游重要的經濟捕撈對象。20世紀后期, 長江鱘自然種群規(guī)模急劇縮小, 2000年左右其自然繁殖活動停止, 自然種群已無法自我維持。因此, 建議持續(xù)推進珍稀瀕危物種拯救行動計劃, 通過人工增殖、棲息地保護等多項保護和修復措施, 全力扭轉長江水生生物資源衰退趨勢。

外來種防控監(jiān)測表明, 外來種入侵威脅著長江魚類多樣性和水域生態(tài)安全。蓄水后三峽庫區(qū)發(fā)現(xiàn)外來入侵魚類23種, 且部分物種的種群數(shù)量呈暴發(fā)趨勢; 長江下游發(fā)現(xiàn)外來魚類33種[15,16]。這些外來種大多繁殖力高、食性雜、擴散能力強, 具有較強的生態(tài)適應能力, 它們一旦在野外成功建群,可以通過競爭、捕食、雜交等方式對土著物種構成直接威脅, 或者通過對環(huán)境的干擾和破壞間接影響土著種類, 導致生物多樣性降低。建議加強外來種的管控, 通過研究其入侵途徑和擴散機制, 科學預測外來種入侵引起的生態(tài)學效應, 建立科學有效的預警、防控技術體系。