长江口中华鲟幼鲟栖息地适宜性评价

2012-08-14杨红丁骏王春峰陈锦辉吴建辉陈健刘成秀

海洋通报 2012年6期

杨红，丁骏，王春峰，陈锦辉，吴建辉，陈健，刘成秀

（1.上海海洋大学海洋科学学院，上海 201306；2.上海市长江口中华鲟自然保护区管理处，上海 200092）

中华鲟（acipenser sinensis）是典型的江海洄游性珍稀鱼类，栖息于我国沿海和长江主干河流（张涛等，2010），是我国长江特有的3种鲟鱼（中华鲟、达氏鲟、白鲟）之一，被列为国家一级水生野生保护动物。长江河口是中华鲟性成熟亲鱼进行溯河生殖洄游和幼鱼降河洄游入海的必经唯一通道，是中华鲟生命周期中特别是幼鱼阶段唯一的、栖息时间最长、数量最集中、同时最易受到侵害的天然栖息地（庄平等，2009），对中华鲟物种生存具有重要意义。近30多年来，因为长江口区域滩涂围垦、环境污染、大型涉水工程、误捕等，加上长江干流重大水利工程阻断了中华鲟生殖洄游通道，使其生境丧失、退化与破碎化日趋严重，为了更好的保护物种，有必要进行长江口中华鲟栖息地适宜性评价。目前，就中华鲟栖息地评价研究方面，仅开展了葛洲坝中华鲟产卵场适宜性模型（易雨君，2007）和葛洲坝下游中华鲟栖息地适宜度标准（班璇等，2009）的研究，以及对长江口中华鲟保护区生态环境初步评价（王春峰等，2010）。本文在地理信息系统的基础上采用栖息地适宜性指数法进行长江口中华鲟幼鲟栖息地评价，为中华鲟物种保护和保护区建设提供科学参考依据。

1 材料和方法

1.1 区域范围与数据来源

中华鲟8～10龄性成熟个体在7-8月陆续由近海进入长江，溯河而上于翌年秋季10-11月到达长江上游产卵繁殖，产卵后亲鱼即顺流而下入海育肥，孵出的仔鱼降河于翌年5月中下旬到达长江口（杨德国等，2005），逐渐适应海水环境。在长江口，中华鲟幼鱼的集群时间为每年5-9月，以1龄个体为主（何绪刚，2008）。本研究区域范围为121°00′E-122°30′E，30°50′N-31°53′N，总面积6 446 km2。见图 1。

图1 中华鲟幼鱼栖息地评价范围

采用2006年上海市908专项水体调查（ST1、ST2和ST4）夏季航次的20个站点水质、生物数据，包括浮游动物生物量（湿重）、底栖生物生物量（湿重）、温度和盐度指标，以及上海市中华鲟保护区管理处提供的数据，包括2004-2010年长江口崇明东滩插网点团结沙（31°28′N，121°58′E）、东旺沙（31°30′N，122°00′E）附近水质、生物实测数据和相应年月插网监测的中华鲟幼鲟单位捕获努力渔获量（CPUE；单位：尾/网次）数据。

1.2 模型描述

中华鲟幼鲟栖息地适宜性评价指标是栖息地评价的基础，指标是否具有较好的代表性、客观性，将会影响评价的整个过程及最终结果。在现有调查数据基础上，通过长江口崇明东滩插网点附近水质、生物实测数据和相应年月中华鲟幼鱼的CPUE相关性分析、专家评分分析整理出其栖息选择的浮游动物生物量（湿重）、底栖生物生物量（湿重）、温度和盐度4个关键指标。并确定了中华鲟生长阶段为幼鲟（1龄鲟为主），其栖息范围为河口。

1.3 单指标适宜度标准

对应幼鲟栖息地选择的4个指标，S1-S4分别为中华鲟栖息选择浮游动物、底栖生物、温度和盐度的适宜度指数（SI），是用来评价研究区域该因素对所研究生物生存的好坏程度（易雨君，2007；班璇等，2009；方宇等，2010；David et al，1985）。适宜度以0，1为界，0为完全不适宜，1为最适宜状态，中间值表示物种对特定因素的适宜程度（Thomas，1983；英晓明等，2007）。本文通过对文献资料的分析，得出了幼鲟对典型环境因素的适宜度的临界范围（表1）。

根据梯形模糊隶属函数（宋新山等，2008；肖辞源，2004）关系和栖息地指标研究结果，得出影响中华鲟幼鲟栖息地的主要生态指标适宜度曲线（图 2）。

1.4 栖息地适宜度方程

Thomas（1983）在对鲑鱼的栖息地适宜性指数模型中采用了最受限制性的栖息地参数，即SI最低值，定义栖息地适宜度方程。Crance（1986）提出了美国短鼻鲟的栖息地适宜度方程。易雨君等（2007）采用了最小值法方程对葛洲坝下游中华鲟产卵场进行评价。方宇等（2010）采用了算术平均、几何平均、最大值、最小值法对东南太平洋智利竹筴鱼栖息地指数进行了比较研究。结合幼鲟特点，本文采用的栖息地适宜度方程为：

其中SI为幼鱼生存的单指标适宜度。

图2 中华鲟幼鲟栖息地主要指标适宜度曲线

1.5 评价标准及分级

将栖息地适宜度HSI[0，1]区间，按照等范围法（李东旭等，2010）划分为4个等级（表2）。

表2 栖息地评价标准及分级

2 结果与分析

2.1 模型验证结果

将2004-2010年8组长江口崇明东滩插网点团结沙（31°28′N，121°58′E）和东旺沙（31°30′N，122°00′E）附近水质、生物实测数据。根据图2中的关系计算得到各指标的适宜度SI值，最后将各组SI值代入栖息地适宜度方程计算HSI值，见表3。

表3 实测指标适宜度

通过以上8组HSI值和相应年月中华鲟幼鱼的CPUE数据进行验证。图3显示了HSI值与幼鲟CPUE关系，为高度相关（Pearson Correlation=0.830，Sig.（2-tailed）=0.011，N=8）。

回归方程：y=29.34x-5.73

显著性：R2=0.69

结果说明，插网点幼鲟CPUE随着其栖息地适合度指数增大而增大，验证了该方法可以用于长江口中华鲟幼鱼的栖息地评价。

2.2 栖息地适宜性指数法评价结果

将2006年8月上海市908专项水体调查数据，即浮游动物生物量、底栖生物生物量、温度和盐度20个站点数据在arcgis9.3中进行kriging差值后，根据图2中的关系，进行栅格计算得到各指标的适合度SI图层，将4个图层进行叠加统计最小值，即HSI值，最后生成评价结果图，并按照评价标准（见表2）进行了分级，见图4，在GIS中计算栖息面积。最适宜栖息地面积为142 km2，占评价范围的2.2%；适宜面积为1 322 km2，占20.5%；一般适宜面积为2 098 km2，占32.54%，不适宜面积为2 884 km2，占44.8%。

2.3 结果分析

由栖息地适宜性指数法评价结果可知，在崇明东滩中华鲟栖息地表现为适宜（0.5≤HSI＜0.75），栖息地功能较为完善，受到干扰后一般可以恢复，说明中华鲟保护区的建设对中华鲟物种保护发挥了重要作用；在九段沙下沙HSI≥0.25，为中适宜度以上级别，表明栖息地受到一定破坏，但尚可维持基本功能，主要因为建立九段沙湿地自然保护区使得中华鲟的栖息地得到了一定的保护；另外，在长江口上游处由于受到的污染和人为干扰较少，栖息地表现为适宜（HSI≥0.5）。但在长江口南支南港北槽段，由于深水航道工程施工及横沙东滩围垦工程对中华鲟栖息地造成了严重的破坏，表现为不适宜（HSI＜0.25），栖息地功能退化；长江口南岸的大规模滩涂围垦、兴建海塘、保滩护岸和码头等建设使得原来复杂曲折的岸线变得单调平直，潮沟环境大量丧失，导致中华鲟栖息地受到威胁，在长江口南岸表现为不适宜状态（HSI＜0.25）；在长兴岛上游段和下游段的北港段栖息地表现为适宜（0.5≤HSI＜0.75），而在下游段的南港部分和横沙岛周边显示为不适宜，主要因为2004年开工的上海长江隧桥工程的影响，使得南港部分的不适宜栖息地有向北港入侵的趋势。

3 讨论

栖息地适宜性指数法（HSI）评价的缺点在于它的复杂性、狭窄的物种定位，适用于单个物种的评价；其运用到的许多数学公式很容易被理解，但在实际应用上要严格得多（伦纳德·奥托兰诺等，2004）。例如，如图2，适宜度曲线经常表现的是鱼类和野生动植物专家的专业判断或模拟实验所得结果；另外，HSI评价和验证需要的数据需要出海调查获取，不但消耗时间且花费较大。例如，表3，2004-2010年调查的时间上很难一致。尽管存在这些限制，HSI还是提供了与栖息地适宜性有关的组织和分析科学信息有关的方法。

基于GIS的栖息地适宜性评价可以综合考虑空间信息和属性信息的关系，使得评价结果更科学、合理和规范，管理层可以通过直观的评价分级图为以后的物种保护管理作出决策，但最终评价结果的准确性主要取决于数据质量。以GIS的空间插值、图形和属性的叠加、分级生成适宜性评价结果应用表明，GIS技术和评价模型的有效集成既节约了时间提高了效率，又提高了精度，使结果更为客观、更符合实际。

另外，从评价结果来看，中华鲟栖息地不适宜面积已占44.8%，除了建立保护区加强保护，还应包括保护空缺（conservation gaps）（Burley，1988）的保护，对航运、岸线利用、滩涂围垦等长江口的开发与中华鲟栖息地保护关系的协调上，也应加强统一管理，推进立法，构建数据共享利用平台和有效的协商合作机制。

4 结论

本文通过对影响长江口中华鲟幼鲟的各种生态因子的统计研究，分析整理出其栖息选择的4个关键指标，并确定了指标的临界范围和最适范围，采用适宜性指数法结合GIS技术进行了定量评价。确定了长江口中华鲟幼鲟栖息地最适宜栖息地斑块面积为142 km2，适宜面积为1 322 km2，一般适宜面积为2 098 km2，不适宜面积为2 884 km2。研究表明，在对中华鲟进行管理保护的绩效、速度和花费上，适宜性指数评价效果不仅能客观、科学的解释栖息地的适宜性状况，而且能快速找到不适宜地区斑块，进而可以根据长江口中华鲟幼鲟的栖息地现状，开展针对性的保护，即除了建立保护区保护外，还应包括保护空缺的保护；对长江口的开发与中华鲟栖息地保护关系的协调上，应加强统一管理，建立有效的协商合作机制。

Burley FW，1988.Monitoring biological diversity for setting priorities in conservation.National Academy Press，Washington，DC.In Biodiversity.

Crance J H，1986.Habitat suitability index models and instream flow suitability curves：Shortnose Sturgeon.U.S.Fish and Wildlife Service，BiologicalReport，82（10.129）：31.

David JS，Johnie H C，1985.Habitat suitability index models and instream flow suitability curves：American Shad.U.S.Fish and Wildlife Service，Biological Report，82（10.88）：14.

Thomas EM，1983.Habitat suitability indexmodels：Coho Salmon.Fish and Wildlife Service，OBS-82（1 0.49）：22.

班璇，李大美，2009.葛洲坝下游中华鲟产卵栖息地适宜度标准研究.武汉大学学报（工学版），42（2）：172-177.

戴国梁，1991.长江口及其邻近水域底栖动物生态特点.水产学报，15（2）：104-116.

方宇，邹晓荣，张敏，等，2010.东南太平洋智利竹筴鱼栖息地指数的比较研究.海洋渔业，32（2）：178-184.

郭忠东，连常平，2001.中华鲟小水体养殖试验初报.水产科学，20（2）：15-16.

国家农业信息化工程技术研究中心，2004.中华鲟的人工繁殖.http：∥www.nercita.org.cn/stur geon_zzxt/liulanxx/zhonghuaxun/zhxyangz hi.htm l.

何绪刚，2008.中华鲟海水适应过程中生理变化及盐度选择行为研究.博士学位论文.武汉：华中农业大学.

李东旭，赵锐，宋维玲，2010.近海海洋主体功能区划技术方法研究.海洋环境科学，29（6）：940-943.

伦纳德·奥托兰诺[美]，郭怀成，梅凤乔，等，2004.环境管理与影响评价.北京：化学工业出版社.

毛翠凤，庄平，刘健，等，2005.长江口中华鲟幼鱼的生长特性.海洋渔业，27（3）：177-181.

宋新山，邓伟，张琳，等，2008.Matlab在环境科学中的应用.北京：化学工业出版社.

王春峰，陈锦辉，黄硕林，等，2010.长江口中华鲟保护区生态环境初步评价.上海海洋大学学报，19（5）：674-678.