永定河系为海河流域七大水系之一,流域面积4.7万km2,是海河北系的最大河流。永定河全长747 km,流经内蒙古、山西、河北3省区和北京、天津2个直辖市,共43个县市,上游处在太行山、阴山、燕山余脉、内蒙古黄土高原,下游处于华北平原地区。上游有两大支流,南部为桑干河,北部为洋河[1]。随着永定河流域经济的迅速发展,河系生态环境遭到持续破坏。大量污水入河,使水质处于不健康状态,水质达标率仅43%。水工程的建设切断了河流自然生态系统,河道断流率达到56%,官厅水库入库径流量从1950年的19亿m3降至2009年的0.2亿m3[2]。因此对永定河系生态环境的研究已迫在眉睫,然而目前对永定河系的研究主要集中在防洪体系[3]、规划设计和治理[4]、生态价值[5]、水土保持[6]等方面,而关于永定河系鱼类资源的调查报道较少。

鱼类作为水生态系统中的顶级群落,是水生态系统的主要组成部分。鱼类的多样性和群落结构在很大程度上能反映河流的健康状态,因此在维护生态平衡特别是保护水资源环境安全方面有着不可替代的作用。王所安等[7]于20世纪80年代对永定河系的鱼类资源进行过详细的调查与分析,其后关于永定河系鱼类资源的调查分析较少。因此,为了解永定河系的自然环境和鱼类种群组成、区系分布特点,本研究于2016年5、8月(枯水期和丰水期)对永定河系鱼类进行了定点调查,并根据历史相关文献记载,采用鱼类损失指数对河流健康予以评价,通过分析流域生态系统的变化对鱼类群落结构及多样性的影响,提出永定河系鱼类资源恢复的建议,以期对永定河系生态资源的合理开发和生态环境保护政策的制定提供参考。

1、研究方法

1.1样品采集与分析

2016年5、8月,根据永定河水系特点及水功能区分布状况,在永定河干、支流共选择了34个样点进行鱼类采集(图1)。样品分析包括野外监测和实验室分析,采集工具以网捕为主,野外调查中走访河道和水库管理人员、河道附近渔民了解河系鱼类种类及分布状况。

将采集的样本保存好后带回实验室,主要参照李明德[8]、曾祥琮[9]、张春光[10]、王所安[11]、朱松泉等[12]检索资料进行种类鉴定和分析。

图1永定河系鱼类采样点分布

1.2鱼类生物损失指数

鱼类生物损失指数指评估河段内鱼类种数现状与历史参考系鱼类种数(不包括外来种)的差异状况,反映流域开发后,河流生态系统中顶级物种受损状况。鱼类生物损失指数的建立采用历史背景调查方法确定,以1980s年为历史基点,以永定河系的历史鱼类相关参考资料数据进行分析。鱼类生物损失指数见式(1)[13]。

FOE=FOFE         (1)

式中FOE——土著鱼类生物损失指数:FO——评估河段调查获得的鱼类种类数量:FE——1980s评估河段的鱼类种类数。

赋分标准见表1。根据赋分值,将河流健康状态分为5级,80～100分为理想状况、60～80为健康、40～60为亚健康、20～40为不健康、0～20为病态。

表1土著鱼类生物损失指数赋分标准

2、鱼类调查分析

2.1历史鱼类种类

《中国内陆水域渔业资源》[14]记录了中国主要河流常见鱼类,但永定河水系鱼类未进行详细叙述。《中国渔业区划》[15]记录了海河鱼类75种,隶属于7目18科,并介绍了主要经济鱼类种类及优势种类,但未介绍永定河系鱼类状况。王所安等[14]于1983年对位于河北省境内的各河段进行了定点调查,从所获597号鱼类标本中分析,共发现鱼类34种,隶属3目7科27属,以第三纪早期的鲤、鲫、棒花鱼、麦穗鱼等鲤亚科鱼类为主。李国良[16]总结过去一百余年来有关河北淡水鱼类分类学资料,并根据天津自然博物馆历年所采集标本,于1975年整理出《河北省淡水鱼类名录》,并在接下来几年中对永定河系进行鱼类考察和补充采集,共记录永定河鱼类36种。参考上述资料及其他文献资料[17],将永定河曾在文献资料中记录的历史鱼类汇总见表2,共计6目13科53种,其中鲤形目种类最多。

表2永定河系历史鱼类与现存鱼类种类及生态类型组成

2.2鱼类现存种类

为了解永定河系目前鱼类种群组成,于2016年5、8月(枯水期和丰水期)对永定河干流及上游两大支流分别进行了鱼类种类野外调查及走访当地渔民,并参考了农业部渔政管理局统计年鉴[18]、永定河鱼类相关文献资料[10,11,12,13,14,15,16,17,18,19],经调查和统计,永定河系目前共有7目13科44种,见表2。

其中鲤科鱼类所占比例为50%,小型鱼类、小个体鱼类所占比例较大。整体来看鲤形目最多,占比70.5%;其次为鲈形目,占比11.4%;再次为鲇形目和鲑形目,占比分别为6.8%、4.5%;鳢形目、鳉形目、以及刺鱼目均只采集到1种,分别为乌鳢、青鳉和中华多刺鱼。现存种类与历史统计种类鱼类重合31种,现存种类与历史种类不重合13种。

与历史种类相比,现状调查中未调查到的种类有22种。其中鲤形目有18种,分别为中华细鲫、长春鳊、银飘、三角鲂、团头鲂、逆鱼、银鲴、黄尾鲴、彩副鱊、大鳍鱊、兴凯鱊、花鱼骨、唇鱼骨、钝吻棒花、蛇鮈、蒙古红鲌、尖头高原鳅、二色中泥鳅;鲈形目有真吻鰕虎鱼、刺鳅2种未调查到;鲇形目有瓦氏黄颡鱼1种未调查到;现状调查中未调查到合鳃目鱼类。

现状调查中虽然没有具体的渔获量,但根据采集和走访情况可知鲫、高原鳅、麦穗鱼、棒花鱼、泥鳅、鰕虎鱼等鱼类在各样点出现的频次较高,为永定河系的广布种类。其中上游地处太行山、阴山、燕山余脉和内蒙古黄土高原等山地平原区,河流底质多以砂质为主,南部桑干河以鲫、棒花鱼、麦穗鱼、高原鳅等为主,北部洋河以鲫、棒花鱼、麦穗鱼、洛氏鱥、条鳅等为主,其中洋河支流东洋河由于水流较急且清澈,洛氏鱥和犬首鮈较其他区域分布广且种群数量大。永定河山峡段位于官厅水库坝下,较其他区域流量较大、水流湍急且清澈,除分布较广的鲫外,马口鱼较为常见;下游地处华北平原地区,河流底质积淤相对严重,水体浑浊且流速极小,以耐污种和中上层鱼类为主,以鲫和较为常见。

2.3鱼类损失指数赋分及完整性评估

本次评估中历史鱼类有53种,目前鱼类现状调查及整理共44种,但现状调查的种类有13种未出现在历史记录数据中,可能为历史调查样本采集不全面、研究区域不尽一致(上下游)、鉴定参考资料及鉴定水平差异等原因造成,因此将不重合种类也纳入历史数据中,由鱼类生物损失指数赋分标准表进行内插法计算可知,永定河系鱼类指标赋分为48.93,属于“亚健康”等级。

2.4鱼类生态类型及其变化

依据生态位划分,中下层鱼类占总种数的66%,主要为鲫、麦穗鱼、棒花鱼、高原鳅等常见种,中上层鱼类占比34%,代表性物种为、洛氏鱥、红鳍鲌等;依据食性划分,杂食性鱼类占总种数72.7%,主要为鲫、麦穗鱼、高原鳅、等;肉食性鱼类占比18.2%,主要为鲶、马口鱼、红鳍鲌等;现存鱼类为植食性鱼类的仅有草鱼和鰕虎鱼两类;依据产卵类型划分,产沉性卵鱼类和产粘性卵鱼类均占总种数的14%,前者有赤眼鳟、虹鳟、黄颡鱼、鳅科鱼类等,后者主要以鲫、麦穗鱼、棒花鱼等为代表,产漂浮性卵鱼类占比25%,代表物种有、青鳉、鲢、鳙等,现存物种中喜贝性产卵鱼类仅有中华鳑鲏和高体鰟鮍2种,鱼类生态类型见表2。

与历史调查相比,中下层鱼类占比下降34.1%,中上层鱼类下降31.8%;肉食性、植食性、杂食性鱼类占比分别减少27.3%、50%和31.9%;产沉性卵、浮性卵、黏性卵鱼类及喜贝性产卵鱼类占比分别下降17.6%、33.3%、60%及36.4%。中下层鱼类、植食性鱼类及喜贝性产卵鱼类占比下降幅度相对较大。

3、讨论

由于本次调查时间及鱼类鉴定水平有限,采集方式较单一,鱼类调查存在着不全面的状况,需要进行大量的补充调查及细致分析,因此本次调查仅作为永定河系鱼类资源的初步分析,作为本流域的生态环境现状及河流健康评价等方面的参考,下一步将继续进行鱼类样本采集、鉴定及调查工作,以期获取更为全面和细致的数据资料。

3.1永定河鱼类历史记录种类更正

历史文献[16]中,彩石鲋(即彩石鰟鮍[11])应是中华鰟鮍的同物异名;大鳍刺鰟鮍、斑条刺鳑鮍应是大鳍鱊的同物异名[20];历史文献[7,16]中,黑臀刺鳑鮍应是兴凯鱊的同物异名[20];历史文献[7]中,董氏条鳅、吉林条鳅应是北方须鳅的同物异名,后鳍条鳅应是达里湖高原鳅的同物异名,楔头巴鳅应是尖头高原鳅的同物异名,须鼻鳅应是北鳅的同物异名[7]。

3.2永定河系鱼类区系讨论

张春霖[21]认为中国淡水鱼类区域可分为黑龙江区、西北高原区、江河平原区、东洋区及怒江区5区。李思忠[22]将中国淡水鱼分布区划为5区,北方区、华西区、宁蒙区、华东区、华南区。李明德[8]按照动物地理学上鱼类区系的组成,分为6个复合体,江河平原复合体、古代新第三纪复合体、北方平原复合体、北方山地复合体、中亚山地复合体和印度平原复合体,中国以江河平原复合体为主。

根据张春霖[21]淡水鱼类区域划分,永定河系应属于江河平原区,其代表性鱼类有鲫、鲤、马口鱼、麦穗鱼、棒花鱼、属、鲌属等。根据李思忠[22]鱼类区系划分,永定河系属于华东区,并且与北方、宁蒙2个淡水鱼类区划有密切关系。根据李明德[8]鱼类区系的组成,永定河系鱼类主要属于江河平原种类,大多为广布性种类,如鲫、鲤、麦穗鱼、棒花鱼等。除各区系均存在的广布性种类外,调查结果显示仍存在其他区系的物种分布于永定河系。如黑龙江区的洛氏鱥、中华多刺鱼等;西北高原区的达里湖高原鳅等;东洋区的乌鳢、圆尾斗鱼等;北方平原复合体的种类,如鮈属、雅罗鱼等;晚第三纪早期区系复合体,如鰟鮍属、泥鳅、鲇等;以及印度平原复合体,如乌鳢等。分析认为,出现此现象是由于这些鱼类的环境抵抗力特强,或为肉食性动物具有锋利牙齿,或因身体构造适宜特殊环境,使得因区系贯通、船舶行驶或人为因素所造成异区系分布物种得以存活。

3.3永定河系鱼类资源减少及多样性变化原因分析

随着永定河流域近年来人口激增、经济发展迅速,流域生态环境遭到持续破坏。一方面水资源过度开发,上游地区由于用水结构变化、用水量增加及小型水库拦截等因素使流域内径流显著减少,官厅水库入库径流量从1950年的19亿m3降至2009年0.2亿m3。由于北京水资源紧缺,三家店以上河水几乎全部引入市区,导致三家店以下70余km长年断流[2,23]。王立明等[24]调查显示永定河流域中桑干河、洋河以及永定河山峡段全年生态水量亏缺在17.36%～67.98%,桑干河年汛期生态水量亏缺已达90.49%。另一方面水质持续恶化,水域环境承纳了大量城市排污、工业排废和农田废水等,造成水域水质恶化、水体富营养严重、水华频发[25]。水资源短缺及水污染加重等因素引起永定河系相关水生态系统退化,使流域内鱼类的栖息环境受到严重破坏,鱼类资源减少,群落结构简单,自然鱼类出现低龄化和小型化趋势。

王晖文[26]调查总结到永定河有大型水库3座、中型水库20余座、小型水库540余座,河道断流率达到56%,由于水坝阻隔效应,产浮性卵鱼类及过河口型的鱼类种群数量将减少以至消失,这与现状调查中如长春鳊、三角鲂、逆鱼、银鲴、花鱼骨、唇鱼骨、蛇鮈、黄鳝等鱼类难以调查到存在重要联系,尤其在下游地区,由于闸坝阻隔以及平原河段断流影响,实地调查中尚未发现过河口性鱼类。而对于部分产浮性卵鱼类,如草鱼、鲢、鳙等则由于属引入种,且官厅水库自1955年开始即有放养历史,因此并未与结论产生矛盾。同时上游入河排污口约130个,下游至三家店污染源约30个,水质达标率仅43%,水污染的加重对贝类的生存产生影响,从而使得喜贝性产卵鱼类如鱊属难以发现。同时对中下层鱼类如鲂属、鱼骨属、鳅科等的生存产生影响。Karr等[27]研究也表明,鱼类资源减少、肉食性鱼类比例下降、杂食性鱼类比例上升是水域环境质量下降的典型特征,这与河系鱼类生态类型变化的分析相吻合。由于断流影响,永定河下游多处采样点基本无流速且积淤严重,不仅物种显著减少,以耐受性强的鲫和为优势种,群落结构也发生变化,上游地区常见的喜栖砂质底的鱼类如棒花鱼难以发现。

3.4永定河系鱼类资源恢复的建议

鱼类资源的恢复应以改善流域自然生态条件,修复水生态系统为目标,修复过程应结合水文、土壤、植被等多方面进行,注重防治并行。

a)重视河道生态水量及河流连通性等方面的恢复。如加强节水改造,注重挖掘农业节水潜力,王立明等[24]总结到永定河农业用水量占官厅水库上游地区总用水量的69%,而自2003年在官厅水库上游兴建农业节水重点项目后,可增加农业节水面积9.79×108 m2,农业节水能力为2.18×108 m3。加强雨水、洪水等再生水利用技术研发,Luo等[28]研究发现,永定河张家口市的雨水收集再利用系统可年均提供40.5%的市供水量。因此,推进永定河综合治理与生态修复,以河流生态水量保障为目标,继续强化农业节水,统筹当地水、外调水、雨洪水和再生水等多种水源,制定科学合理的生态水量保障方案,实现流域水资源统一调度,保持河流水体的连通性,对于产浮性卵的鱼类及过河口型的鱼类种群恢复具有重要意义。

b)加强流域内水污染防治工作。加强对工业废水、生活污水排放的监管,进行区域性综合治理。同时对下游积淤严重地段应开展清淤行动,对于生活垃圾及建筑垃圾堵塞河道的现象,应加强监管及宣传并及时清理垃圾以恢复河道。这对于恢复流域生物多样性,改善鱼类产卵场所环境,提高敏感性鱼类、中下层鱼类以及喜贝性产卵鱼类的多样性恢复至关重要。

c)加强河岸带植被建设。选择抗逆性强、耐冲刷、根系发达且繁殖更新能力强的优势植被,如上游沙化严重地带种植沙棘、沙柳等,其他区域种植杨柳或乡土草木灌木等。这对于稳固河岸,减轻下游积淤压力,创造流域多样性生境条件,保护河系生态系统及物种多样性具有重要意义。

d)继续加强河湖禁渔工作,重点水域可全年禁渔。生态修复是一件复杂而漫长、任重而道远的历史任务,应充分结合区域发展预期,考虑后期状况,维持修复的可持续性。

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