丁一桐,潘保柱

西安理工大學(xué),西北旱區(qū)生態(tài)水利國家重點實驗室,陜西 西安 710048

黃河以含沙量高聞名于世,有著“河流迅且濁,湯湯不可陵”的湍急水流,以及“九曲黃河萬里沙,浪淘風(fēng)簸自天涯”的蜿蜒河道,千百年來奔騰不息,與長江一同哺育著中華民族,被譽為中華民族的“母親河”。 在中華5 000 年的歷史長河中,黃河流域有3 000 多年作為全國的政治、經(jīng)濟、文化中心,當(dāng)前是我國重要的能源化工基地和農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)[1-2]。 同時,作為我國“兩屏三帶”中的生態(tài)屏障的重要組成部分,黃河流域是聯(lián)結(jié)青藏高原、蒙新高原、黃土高原和華北平原的生態(tài)廊道,且是嚴(yán)重缺水的西北、華北地區(qū)的重要水資源庫[3]。 因此,保證黃河流域水資源安全可靠及可持續(xù)發(fā)展十分重要。

黃河流域橫跨南溫帶、中溫帶和高原氣候區(qū)[4],復(fù)雜的自然條件和特殊的地理氣候?qū)е曼S河水患變幻無常、復(fù)雜難治,為沿岸居民帶來肥沃的黃土農(nóng)田的同時,也曾帶來無窮的災(zāi)難。 近3 000 年來,黃河下游共決溢1 590 次以上,改道高達26 次[5],可以說“三年兩決口、百年一改道”。 善淤、善決、善徙的黃河多年來一直是懸在沿岸居民頭上的一把“利劍”。 “黃河寧,天下平”,因此,中華民族的發(fā)展史也是黃河水患的治理史。

自20 世紀(jì)70 年代以來,一系列水利工程的修建使黃河日趨安穩(wěn)[6],但同時也不可逆轉(zhuǎn)地改變了黃河流域的自然地理屬性[7]。 此外,黃河流域總?cè)丝谟?964 年的5 896 萬人[8]持續(xù)增加至2019 年的1.6 億人,導(dǎo)致資源需求量越來越大。由此可見,隨著全球氣候變化以及人類活動的加劇,黃河流域水資源開發(fā)利用程度加大、供需矛盾突出、水沙關(guān)系不協(xié)調(diào)等狀況仍將長期存在[9]。在黃河流域生態(tài)保護和高質(zhì)量發(fā)展成為重大國家戰(zhàn)略的背景下,其水資源短缺、水環(huán)境污染和水生生物多樣性降低等問題仍十分突出[10],嚴(yán)重阻礙了流域內(nèi)的生態(tài)環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展。 其中,土地利用類型的改變、水壩建設(shè)的增加以及河流水動力的不穩(wěn)定等因素,均直接或間接加速了本地物種的滅絕[11]。 因此,有必要對黃河流域各水體中的水生生物所面臨的危機進行深入研究,積極探索黃河流域水生生物資源量對各脅迫因素的響應(yīng)機制,為科學(xué)制定生物多樣性保護和管理措施提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),為促進黃河流域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展提供理論參考。

1 水生生物資源量變化

1.1 魚類資源量變化

1)漁獲量變化。 黃河干流大部分河段在20世紀(jì)80 年代的漁獲總量相比20 世紀(jì)50 年代銳減約80%[13],如寧蒙河段在20 世紀(jì)60 年代的年均漁獲量約為120 t,而到了20 世紀(jì)80 年代則不足50 t[14]。 此外,近年來,在黃河流域捕獲的主要經(jīng)濟魚類的魚齡多由成年魚(Ⅴ～Ⅵ齡)變?yōu)橛佐~(Ⅱ～Ⅳ齡),且個體平均重量由1～5 kg 下降為不足1 kg[15]。 大型和超大型魚類的漁獲量急劇減少,導(dǎo)致黃河流域漁獲物的經(jīng)濟價值呈顯著下跌狀態(tài)。

2)物種數(shù)變化。 自20 世紀(jì)60 年代至今,黃河流域有記載的魚類總物種數(shù)約為202 種,其中以鯉形目占主導(dǎo)(50%以上)。 從種群空間分布上看,黃河流域的魚類資源主要分布在中下游,包括入海口20 余種過河口洄游性魚類,如達氏鱘(Acipenserdabryanus)、 銀 魚 (Hemisalanxprognathus)等[16]。 從時間變化上看,黃河的魚類物種數(shù)由20 世紀(jì)60—80 年代的182 種減少為當(dāng)前的112 種,物種數(shù)下降了38%[17]。 此外,趙亞輝等[18]對黃河干流指示性魚類的完整性進行了分析,發(fā)現(xiàn)黃河魚類的完整性整體較低且呈逐漸降低趨勢。

3)食性類群變化。 根據(jù)近親類群研究[19],可將黃河流域的魚類劃分為浮游動物食性、浮游植物食性、雜食性、肉食性、草食性、水生昆蟲食性、軟體動物食性和著生藻類食性共8 種食性類型。20 世紀(jì)80 年代后,黃河流域各食性魚類的物種多樣性均有所降低。 其中:水生昆蟲食性魚類物種數(shù)下降比例最高(達40%),該食性魚類主要分布在黃河中上游;其次為肉食性魚類,多分布在河口區(qū)域。

黃河流域分布有中國特有魚類共69 種,其中黃河特有種27 種[18]。 受水利工程修建、人類捕撈、污染物排放等人為干擾的影響,相關(guān)魚類原有的自然棲息地環(huán)境遭受破壞,極大地威脅了其生存繁衍[20-22],甚至導(dǎo)致部分物種處于瀕危狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計,流域內(nèi)共有珍稀瀕危魚類24 種,其中屬于黃河特有種的有11 種[18],如骨唇黃河魚(Chuanchialabiosa)、 北 方 銅 魚 (Coreius septentrionalis)等[23]。 北方銅魚作為黃河珍貴經(jīng)濟魚類,原本在黃河中上游均有分布[24],然而目前其分布范圍不斷縮小且數(shù)量不斷下降,已處于極危狀態(tài)。 此外,秦嶺細(xì)鱗鮭(Brachymystaxlenok tsinlingensis)作為中國特有魚種,是國家Ⅱ級野生保護動物,在黃河流域僅分布于渭河上游及其支流的高海拔(1 200 km 以上)且人口稀少地區(qū),目前其種群數(shù)量日趨減少且多為Ⅱ～Ⅲ齡的未成熟個體[25]。

1.2 浮游生物資源量變化

浮游生物具有體型微小、遷移能力強、對水環(huán)境變化敏感等特點,作為較高營養(yǎng)級生物的天然優(yōu)質(zhì)餌料,其動態(tài)變化直接影響著無脊椎動物和魚類的現(xiàn)存量[26]。 因此,浮游生物群落結(jié)構(gòu)可直觀、全面地反映河流健康狀態(tài),是河流生態(tài)平衡研究的重點。 從浮游生物的歷史分布上看,20 世紀(jì)60 年代,研究人員在黃河水系共鑒定出浮游植物80 余種、浮游動物近20 種[27]。 由于早期物種鑒定水平有限,鑒定出的物種數(shù)較低,然而其生物量同樣偏低,說明極為貧乏的浮游生物現(xiàn)存量可能是水流湍急和含沙量高導(dǎo)致的。 隨后,在20 世紀(jì)80 年代開展的黃河水系調(diào)查中,共鑒定出浮游植物197 種、浮游動物164 種,其中干流浮游植物平均生物量為0.441 mg/L,浮游動物平均生物量為0.128 mg/L[28],相比20 世紀(jì)60 年代調(diào)查結(jié)果均有顯著增長,可能是由于水壩修建改變了河流的連續(xù)性。 而在近幾年對黃河干流進行的全面調(diào)查中,共鑒定出浮游植物350 種,平均生物量為2.79 mg/L;浮游動物172 種,平均生物量為0.431 mg/L。 相比以往研究,浮游動植物現(xiàn)存量均大幅度提升[29],可能是由于水沙關(guān)系發(fā)生了變化。 進入21 世紀(jì)以來,黃河多年平均年輸沙量已由16 億t 降至3 億t 左右,含沙量顯著減少有助于浮游生物的生長繁衍。

1.3 底棲動物資源量變化

底棲動物對環(huán)境的長期變化有著很好的指示作用,是了解河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及健康狀況的關(guān)鍵類群[30]。 黃河底棲動物的早期資料來自20 世紀(jì)60 年代和80 年代的黃河水系漁業(yè)資源調(diào)查[27-28]。 調(diào)查結(jié)果顯示,黃河流域底棲動物物種數(shù)分別為25 種和71 種,主要為水生昆蟲。 受調(diào)查能力和鑒定水平的限制,20 世紀(jì)60 年代的數(shù)據(jù)并不完善,而20 世紀(jì)80 年代調(diào)查得到的底棲動物生物量約為2.44 g/m2。 近年來,趙偉華[31]對黃河干流蘭州-小浪底水庫河段底棲動物進行了全面調(diào)查,共鑒定出底棲動物73 種,生物量為0.62 g/m2;底棲動物多樣性受水質(zhì)和底質(zhì)的影響整體偏低;優(yōu)勢類群中,除水生昆蟲(搖蚊科)外,寡毛類(顫蚓科)的占比增加。 謝元[32]對黃河流域干支流進行了進一步調(diào)查,共鑒定出底棲動物145 種,雖然物種數(shù)和生物量相比以往調(diào)查有顯著提高,但多樣性仍整體偏低(Shannon-Weaver 指數(shù)范圍為0.5～2.5),且優(yōu)勢類群并未發(fā)生變化。 以上對于黃河底棲動物的調(diào)查結(jié)果顯示,黃河底棲動物多樣性整體偏低,且生物群落結(jié)構(gòu)在60 a 內(nèi)發(fā)生了明顯變化[33],底棲動物生物完整性整體顯著降低。

1.4 珍稀動物資源量變化

大鯢(Andriasdavidianus)作為由億萬年前泥盆紀(jì)時期的魚類演變而成的有尾兩棲類動物,曾廣泛生活在長江、黃河和珠江的中上游山澗溪流內(nèi),但目前已被列入《中國物種紅色名錄》[34],為極危物種。 20 世紀(jì)70—80 年代,秦巴山區(qū)溪河中的大鯢資源量高達30 萬～50 萬尾,個體重量一般為3～ 6 kg,而目前僅剩2 萬余尾,且在海拔800 m 以下的山澗溪流中基本絕跡[35]。 這主要是由于近年來的過渡捕獵和環(huán)境變遷[36]導(dǎo)致大鯢棲息地被明顯破壞,呈現(xiàn)為日趨片段化和島嶼化,極大程度地阻礙了其生存與繁衍。

袁家村鐵礦的礦體圍巖以綠泥片巖、鎂鐵閃片巖、變輝綠巖與絹云綠泥片巖等為主，次為含鐵石英巖、石英巖和含鐵綠泥片巖等。圍巖與鐵礦礦石均堅硬，難以遭到破壞。研究區(qū)周圍沒有太大的地表水體，其地下水源于降雨。礦床的含水層內(nèi)水量少，其水文地質(zhì)條件單一。

2 水生生物資源量脅迫因素

2.1 水壩建設(shè)

20 世紀(jì)50 年代至今,黃河流域共建設(shè)大、中型水庫219 座,其中大型水庫34 座,總庫容超過700 億m3[37]。 黃河干支流已(待)建的代表性水庫見圖1。 修建水壩為沿黃兩岸人民帶來防洪、發(fā)電、航運等益處的同時,也產(chǎn)生了一系列不可忽視的負(fù)面影響。 水利工程尤其是攔河大壩的修建使自然界歷經(jīng)千百年形成的穩(wěn)定性較強的河流生態(tài)系統(tǒng)在人類活動的干擾下遭受破壞,降低了自然狀態(tài)下河流生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力[38]。然而目前黃河干支流仍存在正在建設(shè)或規(guī)劃中的水壩,如支流涇河上正在建設(shè)的東莊水庫,以及規(guī)劃中位于北干流下游的黃河古賢水利樞紐工程。 因此,在進一步協(xié)調(diào)黃河水沙關(guān)系、優(yōu)化水資源調(diào)度的同時,應(yīng)該對水壩建設(shè)對流域水生態(tài)的影響進行深入研究,緩解因水壩建設(shè)而產(chǎn)生的維持黃河水生生物多樣性的壓力,重塑黃河的“生命之河”活力。

圖1 黃河干支流已(待)建的代表性水庫Fig.1 Representative reservoir has been built (or to be built) on mainstream and tributaries of the Yellow River

黃河多處河段筑壩成庫后,一方面,水庫內(nèi)水體的垂向水溫呈現(xiàn)為分層分布[39],不同位置的泄水溫度與天然河道的水體溫度存在顯著差異,因此,下泄的底層低溫水會對壩下水生生物資源產(chǎn)生不利影響,尤其是對于魚類而言,會使其產(chǎn)卵期滯后。 另一方面,大壩的修建將自然狀態(tài)下完整的河流環(huán)境分割成了多個河段[40],使河流破碎化,改變了魚類的自然生存環(huán)境,嚴(yán)重影響了黃河魚類的生存繁殖,尤其是洄游性魚類,阻隔了其生殖、索餌、越冬等的洄游通道。 例如,黃河上游寧夏青銅峽水庫修建后(1978 年竣工),阻斷了洄游性魚類北方銅魚的產(chǎn)卵通道,致使其捕撈量急劇下降[41];中游河南三門峽水庫開工后(1958 年開工),淹沒了大量原本供鯉魚繁衍生長的淺水區(qū)產(chǎn)卵場,導(dǎo)致其在漁獲量中的占比由20 世紀(jì)50年代的70%下降至20 世紀(jì)80 年代的20%[42]。除此之外,水壩建設(shè)還改變了河道內(nèi)的水資源分布,導(dǎo)致下游水文地貌特征發(fā)生變化,從而直接或間接地影響到河道內(nèi)水生生物的現(xiàn)存量[43]。 其中,黃河的底質(zhì)類型以泥沙型為主[44],水壩的修建改變了庫區(qū)及壩下河道底質(zhì),使庫區(qū)以淤泥為主,壩下多為卵礫石和粗沙,而底質(zhì)類型的改變會對底棲動物的生長發(fā)育產(chǎn)生直接影響。 同時,修建水壩導(dǎo)致的水溫升高、保水時間增長以及營養(yǎng)物質(zhì)累積均可引起浮游生物的大量繁殖,在一定程度上破壞河流原本的生物地球化學(xué)循環(huán)和水生生物群落結(jié)構(gòu)。

2.2 河道斷流

20 世紀(jì)70—90 年代,黃河斷流頻發(fā),在1997年甚至曾斷流200 余d。 引發(fā)斷流的原因較多,其中:全球氣候變化以及黃河源頭和重要支流的生態(tài)破壞,在一定程度上導(dǎo)致了黃河水量的減少[45];同時,中上游梯級水庫的修建導(dǎo)致水庫庫容超過天然徑流量,也不可避免地影響了下游水量;此外,地下水的過度開采以及沿黃取水量的不斷增加,均促使了黃河斷流的發(fā)生[46]。 黃河斷流不僅阻斷了水沙資源以及各類營養(yǎng)物質(zhì)的傳輸,加速了黃河生態(tài)環(huán)境的惡化,同時也對黃河三角洲的濕地生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了不可忽視的影響,導(dǎo)致生物棲息地面積縮減、水生生物多樣性驟減[47]。雖然黃河斷流情況在21 世紀(jì)初期隨著小浪底水利樞紐工程的修建得到了一定改善,但斷流對其生態(tài)系統(tǒng)造成的負(fù)面影響卻是不可逆轉(zhuǎn)的。

歷史上,黃河枯水期主要對應(yīng)3—7 月,在此期間極易發(fā)生季節(jié)性斷流,而黃河魚類的繁殖期為4—7 月,因此,河道斷流會導(dǎo)致魚類繁衍所需的生態(tài)流量無法得到保障。 由此可知,斷流的發(fā)生嚴(yán)重影響了黃河下游河道魚類尤其是洄游性魚類的生存與繁衍。 例如,黃河下游河道中的江海洄游性魚類日本鰻鱺(Anguillasp.),受斷流的影響,其在三門峽以上河段已經(jīng)絕跡[48]。 對于其他水生生物而言,黃河斷流后的水體自凈能力會下降,復(fù)流后又會有大量淤積在河槽中的泥沙攜帶著營養(yǎng)物質(zhì)被沖刷掉,對河道及河口的生態(tài)環(huán)境和生物資源的可持續(xù)性產(chǎn)生不利影響。 其中,2002 年黃河口及鄰近海域的浮游植物資源量相比于1984 年同期下降了約20%,浮游動物資源量下降了近50%[49]。

2.3 水質(zhì)惡化

黃河是我國華北和西北地區(qū)主要的供給水源,且需向流域外部分地區(qū)遠距離調(diào)水,其流域的水質(zhì)狀況一直備受關(guān)注。 自改革開放以來,我國城鎮(zhèn)化、工業(yè)化發(fā)展進程加速,使得黃河流域水污染加劇,水環(huán)境惡化加重。 1994 年黃河流域干支流水質(zhì)評價顯示,6 554.6 km 參評總河長中,Ⅲ類水占31.2%,其余為Ⅳ類及以下,甚至出現(xiàn)了超Ⅴ類水[50]。 隨著城鎮(zhèn)生活源、農(nóng)業(yè)面源和工業(yè)點源 污 染 的 增 加, 黃 河 干 流 總 氮(TN)、 氨 氮(NH3-N)、化學(xué)需氧量(COD)等指標(biāo)濃度一直呈增加趨勢[51]。 2005 年前后,黃河干流的超標(biāo)河長曾超過參評總河長的50%,最高可達80%[52]。近年來,隨著國家生態(tài)文明建設(shè)的加強,水污染監(jiān)測與防治力度不斷加大。 《2019 中國生態(tài)環(huán)境狀況公報》顯示,黃河流域整體水質(zhì)得到顯著提升(為輕度污染),但其中仍有8.8%為劣V 類水,高于全國地表水平均水平(3.4%)。

黃河流域以占全國2%的水資源承納了全國約6%的廢污水和7%的COD 排放量,其中:20 世紀(jì)90 年代黃河下游花園口斷面的污染物濃度相比20 世紀(jì)80 年代增加了2～3 倍;到2012 年,黃河流域共有入河排污口2 000 余個[53]。 黃河水體環(huán)境質(zhì)量的惡化會直接影響到水生生物的生長發(fā)育,水體中的污染物會通過食物鏈產(chǎn)生富集和放大作用[54],因此,隨著水體中有毒污染物(如重金屬、持久性有機污染物以及新型有機污染物等)濃度的增加,其在水生生物體內(nèi)的富集量也會相應(yīng)增加,并產(chǎn)生一系列危害[55]。 例如,Hg 作為毒性較高的重金屬,其在魚體內(nèi)的富集會導(dǎo)致魚的呼吸、免疫、生殖等系統(tǒng)的功能發(fā)生紊亂[56]。因此,日趨嚴(yán)重的黃河水污染情勢會威脅魚類的生長、發(fā)育和繁殖,使魚類繁殖能力減弱,甚至逐漸喪失生育功能,直接導(dǎo)致魚類種群大規(guī)模消減,許多珍稀特有魚類瀕臨滅絕。 根據(jù)《重點流域水生生物多樣性保護方案》(環(huán)生態(tài)〔2018〕3 號),削減黃河流域廢污水排放量、改善水質(zhì)、提高水生生物生活環(huán)境質(zhì)量、保護魚類資源迫在眉睫。

2.4 酷漁濫捕

20 世紀(jì)80 年代調(diào)查資料顯示,黃河流域的漁業(yè)資源主要是魚類,而目前黃河流域的魚類資源已極為匱乏[57],主要原因之一就是人類無節(jié)制的捕撈威脅了魚類的生存。 其中,在黃河中上游的河套平原以及下游的沖積平原,河床地勢平緩、水流緩慢,有利于捕撈,且人口較為密集,對魚類資源的需求量較大。 隨著沿岸居民生活水平的提高,黃河流域特有魚種, 如蘭州鲇(Silurus lanzhouensis)、黃河鯉(Cyprinuscarpio)、北方銅魚等的價格大幅度上漲,酷漁濫捕現(xiàn)象頻頻發(fā)生[13]。 “竭澤而漁,豈不獲得? 而明年無魚”一幕正在黃河流域上演,其天然水域的野生魚類資源在人類的濫捕下銳減。

黃河流域的酷漁濫捕首先表現(xiàn)在在春秋繁殖期對洄游魚類進行集中捕撈,導(dǎo)致魚類繁衍發(fā)育受阻;其次是采用非常規(guī)捕撈方式,如使用網(wǎng)孔較小的漁網(wǎng)網(wǎng)魚、毒魚、炸魚等,導(dǎo)致黃河魚類資源迅速枯竭[57]。 直至21 世紀(jì)初,面對捕獲量的劇降,多個省份(如甘肅、寧夏等)啟動了黃河禁漁期制度。 例如,寧夏在2003 年率先實施了休漁期制度[58],經(jīng)過10 余年的休養(yǎng)生息,黃河寧夏段魚類生物量顯著提高,其中在2018 年漁獲中,蘭州鯰(SiluruslanzhouensisChen)的生物量相比2015年提高了10.40%,其他魚類的生物量也有大幅度提高,最高達292.79%,且銀川-石嘴山段瀕危物種大鼻吻魚句(Rhinogobionasutus)的種群數(shù)量顯著增加。 自2019 年起,每年4—6 月,黃河流域?qū)嵭腥饔蚪麧O期制度,極大程度地緩解了黃河流域魚類資源量不足的壓力,在提高黃河水生生物資源量、保護生物多樣性、促進黃河漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)上邁出了一大步。

2.5 人工引種

自20 世紀(jì)80 年代開始,為充分發(fā)揮黃河流域漁業(yè)資源的社會和經(jīng)濟效益,黃河流域魚類引種活動日益頻繁[59],部分外來物種已在多個河段形成自然種群,如虹鱒(Oncorhynchusmykiss,黃河上游)、克氏原螯蝦(Procambarusclarkii,三門峽水庫)、池沼公魚(Hypomesusolidus,龍羊峽水庫)、大銀魚(Protosalanxhyalocranius,小浪底水庫)等[15,60]。 但在人工引種時,不能只注重經(jīng)濟效益,而忽略了其對土著種的遺傳多樣性的影響。

通過文獻整理和實地調(diào)查發(fā)現(xiàn),黃河干流和主要支流土著魚類已由20 世紀(jì)60—80 年代的182 種減少至當(dāng)前的93 種,減少48.90%,而引入魚類則達到了31 種[59]。 如1984 年引入黃河流域的德國鏡鯉(Cyprinuscarpiovar.specularis),其在被引入后很快適應(yīng)了棲息環(huán)境的變化,且因生長速度快、營養(yǎng)價值高,被認(rèn)定為水產(chǎn)優(yōu)良養(yǎng)殖品種[61]。 但人工引種在豐富黃河魚類物種多樣性、促進水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的同時,也可能帶來一些潛在的危害[62],如其他魚類的無意引入導(dǎo)致有害物種入侵,或者引入魚類占據(jù)生態(tài)位而對土著魚類產(chǎn)生威脅等。 目前在黃河天然水域捕獲到的鯉魚大多為德國鏡鯉和土著鯉雜交繁衍的后代[63],這在一定程度上削弱了河流中土著鯉的自然生長與繁殖,產(chǎn)生遺傳侵蝕,甚至?xí)?dǎo)致土著鯉滅絕。

2.6 海水入侵

隨著全球氣候變暖,過去100 年,全球海平面年平均上升0.18 cm[64],已引起國際社會的共同關(guān)注。 黃河三角洲也不可避免地受到氣候變暖的影響,自1986 年以來,黃河三角洲海水入侵速度不斷加快, 入侵面積至1995 年已累計高達62 km2[65]。 受黃河干流下游人口激增、斷流頻發(fā)以及調(diào)水調(diào)沙的影響,黃河入海泥沙量銳減,進而發(fā)生海岸蝕退和海水入侵現(xiàn)象[66]。 有研究預(yù)測,到2050 年,黃河三角洲區(qū)域相對海平面的上升幅度約為0.4～0.5 m[67]。

當(dāng)海水入侵時,因海水中含有大量鹽類,原有水體和土壤的理化性質(zhì)會發(fā)生變化,而原本生存于此的淡水生物也會因為生境的變化而退化甚至滅絕[68]。 隨著海水入侵的加劇,黃河口的漁業(yè)生產(chǎn)力也隨之受到削弱,其中黃河口及其附近海域1998 年的漁獲量僅為1959 年的3.3%[69],且目前魚類物種多樣性下降的趨勢仍在持續(xù)。 此外,海水的侵襲使大面積濱岸濕地急劇減少,水體礦化度和鹽度顯著增加[70],浮游生物和底棲動物的棲息環(huán)境發(fā)生改變,其中2002 年在黃河口區(qū)域共鑒定出底棲動物117 種,相比20 世紀(jì)80 年代下降了約40%[71-72]。 因此,海水入侵導(dǎo)致了黃河三角洲的國土資源流失、土壤堿化、生態(tài)環(huán)境惡化以及生物多樣性衰減。

2.7 調(diào)水調(diào)沙

黃河作為全球河流泥沙從陸地輸入海洋的最大貢獻者之一[73],目前的輸沙能力已下降至不足60 年前的1/10,且在20 世紀(jì)90 年代持續(xù)斷流的影響下,水沙關(guān)系極度不平衡,導(dǎo)致下游河道主槽淤積嚴(yán)重,20 世紀(jì)50—90 年代的年均淤積量高達2.2 億t[74]。 自2002 年開始,通過一系列的調(diào)水調(diào)沙工程,黃河河道淤積現(xiàn)象得到改善,上述問題得到了一定程度的緩解。 但調(diào)水調(diào)沙過程導(dǎo)致下游河道內(nèi)的水量和含沙量激增,快速變化的水沙關(guān)系不可避免地改變了下游河道原本相對穩(wěn)定的河床地貌和水質(zhì)指標(biāo)(如總磷、NH3-N 等營養(yǎng)鹽在短期內(nèi)急劇增加)[75],總輸沙量的降低則導(dǎo)致下游河道及河岸帶的植被與濕地面積呈萎縮趨勢,因此,調(diào)水調(diào)沙對水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能造成了較大擾動。

小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙過程對黃河的漁業(yè)資源也產(chǎn)生了較大影響。 有調(diào)查表明,調(diào)水調(diào)沙前后的漁業(yè)資源種類組成和資源量產(chǎn)生了明顯變化[76-77]。 調(diào)水調(diào)沙過程會在短期內(nèi)引起黃河水位的劇烈波動,同時會引起下游河道下切和河床縮窄,對魚類“三場”(越冬、產(chǎn)卵和索餌場)產(chǎn)生較大影響[78],其中水生態(tài)環(huán)境的突變對魚卵、仔稚魚的損害尤為嚴(yán)重。 實施調(diào)水調(diào)沙時,水庫中的水體大量下泄,下游河道含沙量急劇增加,使得魚類呼吸受阻甚至產(chǎn)生窒息,大量魚類為獲取更多的氧分而在水面跳躍,出現(xiàn)非自然“流魚”現(xiàn)象[79]。 此外,對其他水生生物也造成了較大擾動。 宋劼等[80-81]對近幾年小浪底水庫調(diào)水調(diào)沙前中后期的下游河流浮游生物進行了研究,發(fā)現(xiàn)調(diào)水調(diào)沙過程改變了浮游生物群落的內(nèi)部關(guān)系,削弱了浮游動物對浮游植物的捕食。 而調(diào)水調(diào)沙對下游河道的持續(xù)沖刷,會導(dǎo)致部分河段呈現(xiàn)顯著的河床沖刷粗化[82],對棲息地造成擾動,對下游底棲動物的生長繁殖產(chǎn)生不利影響。

結(jié)合以上對黃河流域水生生物群落變化原因的剖析,將具體原因、發(fā)生區(qū)域及持續(xù)時間進行整合(圖2)。 由此可見,自20 世紀(jì)80 年代起,人為活動對黃河流域生態(tài)環(huán)境的干擾逐漸加劇,且各類干擾對于水生生物群落的不利影響逐年累加,導(dǎo)致即使近年發(fā)布了多項針對黃河流域的生態(tài)治理政策并實施了一系列生態(tài)保護措施,仍無法使黃河流域的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量快速恢復(fù)到20 世紀(jì)80年代以前的健康水平。 其原因主要是高含沙環(huán)境下的水生生物的繁殖發(fā)育與水環(huán)境擾動的相互關(guān)系仍不清晰,這就對現(xiàn)階段黃河流域生態(tài)保護與高質(zhì)量發(fā)展提出了更大的挑戰(zhàn)。

圖2 黃河流域水生生物群落變化原因解析Fig.2 Analysis on the causes of aquatic community change in the Yellow River Basin

3 保護與應(yīng)對建議

3.1 加強流域水資源保護,改善水沙不協(xié)調(diào)關(guān)系

由于大量水壩的建設(shè)以及調(diào)水調(diào)沙工程的實施,黃河下游河道斷流情況已不再出現(xiàn),但這也在一定程度上導(dǎo)致水資源開發(fā)負(fù)荷加大。 目前黃河流域的水資源開發(fā)率已超過80%,遠高于國際認(rèn)定的生態(tài)警戒標(biāo)準(zhǔn)(<40%)[83]。 即便是保障地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展,也應(yīng)建立在水資源保護的基礎(chǔ)上。因此,應(yīng)加強對流域水資源的統(tǒng)一管理和調(diào)度,確定流域內(nèi)各區(qū)域水資源超載情況,分區(qū)域?qū)嵤┧Y源保護策略,其中:源區(qū)應(yīng)加強水源涵養(yǎng);上游應(yīng)抑制不合理的用水需求;中下游應(yīng)發(fā)展節(jié)水產(chǎn)業(yè)與技術(shù),有效緩解水資源開發(fā)沖突,并抑制海水入侵形勢。 此外,應(yīng)在全流域統(tǒng)籌協(xié)調(diào)徑流-泥沙關(guān)系,加強梯級水庫調(diào)度,如通過建設(shè)古賢水庫提高小浪底水庫的調(diào)水調(diào)沙能力,減緩下游河道泥沙淤積嚴(yán)重的現(xiàn)狀。 依據(jù)新理念完善水沙調(diào)控體系,充分意識到減沙的同時必然減水,實施用水總量控制和徑流統(tǒng)一調(diào)度,充分發(fā)揮水流的輸沙作用,保障足夠的水資源和造陸泥沙輸送。

3.2 推進水生態(tài)環(huán)境治理,開展分區(qū)域生態(tài)調(diào)度

要全面實施水污染防治,在保證水量的同時,提高水體質(zhì)量。 對于黃河這種跨度大、地貌復(fù)雜的河流,不僅應(yīng)注意加強對控制點源污染排放、因地制宜推廣面源污染防治技術(shù)等單一目標(biāo)的管理,更應(yīng)注重加強對水生態(tài)環(huán)境的統(tǒng)籌治理。 水質(zhì)惡化不僅會直接影響魚類及其餌料生物的生長與發(fā)育,更會降低人們的生活質(zhì)量與幸福指數(shù)。與此同時,水質(zhì)改善的生態(tài)效果也最為直觀。 目前,黃河流域生態(tài)保護與經(jīng)濟發(fā)展關(guān)系緊張。 例如,傳統(tǒng)水庫調(diào)度方式多以經(jīng)濟效益為目標(biāo),較少考慮下游生態(tài)需求,導(dǎo)致下游河流水體污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化以及生態(tài)功能喪失。 在截斷污染源、監(jiān)測排放水體、實施污水處理再利用等的基礎(chǔ)上,應(yīng)將水文、水環(huán)境、水生態(tài)三者有效結(jié)合,分區(qū)域開展水庫科學(xué)調(diào)度,降低污染物濃度的同時,提高水環(huán)境的承載能力,有效維系整個河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的完整性。

3.3 完善生態(tài)影響評估體系,實施水壩科學(xué)改造

為促進經(jīng)濟發(fā)展和保障人居安全,在黃河流域大規(guī)模建設(shè)水利工程是不可避免的。 但隨著時間的推移,一些老化的小水電站不僅無法產(chǎn)生效益,還可能存在較大的安全隱患,如黃河源水電站。 為加強上游生態(tài)環(huán)境保護,恢復(fù)源區(qū)河流連通性,已對黃河源水電站實施拆除。 因此,應(yīng)針對小水電站開展生態(tài)評估,依據(jù)評估結(jié)果進行科學(xué)改造,適當(dāng)拆除并對河道進行清淤處理,提高可再生水電資源對流域發(fā)展的服務(wù)價值,恢復(fù)河流生命體的連續(xù)性,重塑洄游魚類生態(tài)廊道。 對于已建或在建的水利工程,也應(yīng)注重評估工程開發(fā)對生態(tài)環(huán)境的影響,協(xié)調(diào)好防洪、供水、發(fā)電、生態(tài)保護之間的關(guān)系,盡可能維持下游河流原本的物質(zhì)場、能量場及生物場。 此外,對流域進行生態(tài)功能區(qū)劃分,統(tǒng)籌規(guī)劃干支流生態(tài)環(huán)境保護與治理,并根據(jù)各區(qū)域優(yōu)勢修建水利景觀,營造良好的生態(tài)環(huán)境,有效促進物種多樣性的提升。

3.4 注重漁業(yè)資源保護,保障生物棲息地完整

結(jié)合水文、水環(huán)境變化和人類干擾對水生生物生長發(fā)育的影響,開展黃河流域水生態(tài)基礎(chǔ)研究,建立水生態(tài)動態(tài)監(jiān)測體系。 加強黃河流域土著魚類和珍稀瀕危魚類及其棲息地保護,嚴(yán)禁破壞魚類“三場”生境,建立魚類種質(zhì)資源庫,并在重點保護河段建設(shè)水產(chǎn)種質(zhì)資源保護區(qū),嚴(yán)格實施禁漁區(qū)和禁漁期制度。 加強對土著魚類的基礎(chǔ)生物學(xué)和生態(tài)學(xué)研究,確保土著魚類的資源量,并適當(dāng)開展增殖放流與引種工作。 針對不同的珍稀瀕危生物建設(shè)各類自然保護區(qū),減少人類活動對其棲息地的干擾,如建立大鯢產(chǎn)卵保護區(qū),并在其永久棲息地設(shè)立救護站。 此外,為了從根本上實現(xiàn)漁業(yè)資源的可持續(xù)利用,要注重維持生物棲息地保護與恢復(fù),優(yōu)化黃河流域水庫生態(tài)調(diào)度,堅持跟蹤調(diào)查水壩建設(shè)前后的水生生物資源和生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化,改善水環(huán)境質(zhì)量,利用水質(zhì)-水量對水生態(tài)健康的約束機制,促進水生生物平衡發(fā)展,維持黃河流域自然生態(tài)系統(tǒng)的完整性。

3.5 協(xié)同多目標(biāo)發(fā)展策略,促進流域水生態(tài)修復(fù)

基于黃河流域“一盤棋”的生態(tài)修復(fù)理念,充分考慮上中下游的差異,協(xié)調(diào)好工農(nóng)業(yè)發(fā)展、城鎮(zhèn)化建設(shè)與生態(tài)環(huán)境保護之間的關(guān)系。 其中:上游要以提升水源涵養(yǎng)能力為目標(biāo),針對三江源、祁連山、甘南黃河上游等水源涵養(yǎng)區(qū)實施一批重大生態(tài)保護修復(fù)和建設(shè)工程;中游要突出抓好水土保持及污染治理;下游要開展多水庫聯(lián)合調(diào)度,建設(shè)綠色生態(tài)廊道,做好黃河三角洲濕地生態(tài)系統(tǒng)保護與修復(fù),提高生物多樣性,在海水入侵嚴(yán)重的地區(qū)因地制宜地興建引水工程。 然而,目前黃河生態(tài)保護與修復(fù)工作面臨的最大挑戰(zhàn)就是已有的研究數(shù)據(jù)和結(jié)果并不足以明確黃河流域的生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀及演化趨勢,因此,迫切需要全面、系統(tǒng)地開展黃河流域生態(tài)系統(tǒng)調(diào)查工作(圖3),建立黃河水文-環(huán)境-生態(tài)數(shù)據(jù)庫,為開展山水林田湖草沙系統(tǒng)治理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖3 黃河流域水生生物危機應(yīng)對措施Fig.3 Resolving measures of aquatic organisms crisis in the Yellow River Basin

4 結(jié)語

本研究通過對相關(guān)資料和調(diào)查數(shù)據(jù)的整理分析,發(fā)現(xiàn)自20 世紀(jì)80 年代起,隨著全球氣候變化及人類活動干擾的加劇,如筑壩建閘、河道斷流、水質(zhì)惡化、酷漁濫捕、人工引種、海水入侵、調(diào)水調(diào)沙等,黃河流域水生態(tài)狀況逐漸惡化。 直至21 世紀(jì)初,一系列水沙調(diào)節(jié)和生態(tài)保護措施的實施取得了顯著成效,使黃河流域水生態(tài)狀況逐漸改善。然而,當(dāng)前黃河流域水生態(tài)狀況仍未恢復(fù)到20 世紀(jì)80 年代前的最優(yōu)狀態(tài)。 面對新時代流域內(nèi)多目標(biāo)同步推進的要求,當(dāng)前的首要任務(wù)就是明確導(dǎo)致流域內(nèi)水生生物多樣性和資源量下降的主要原因,堅持水文-環(huán)境-生態(tài)協(xié)同保護與修復(fù)的發(fā)展策略,將綠色生態(tài)和可持續(xù)發(fā)展的理念貫穿始終,為更優(yōu)的水資源保護以及更有效的水生態(tài)修復(fù)工作提供數(shù)據(jù)支持與理論基礎(chǔ),將黃河打造成為造福人民的幸福河。