基于生物标记法的鱼类创伤防治策略分析

［美国］A.米诺可 等

1 创伤风险及防治措施

鱼类经过水电站设施时，主要会受水轮机和泄流孔水力学变化，以及水深骤变等因素引起的物理损伤。依照生物学观点，美国陆军工程师兵团(USACE)对FCRPS 水坝的结构和运行方式进行了修正。措施主要包括增加辅助鱼类绕过水轮机的旁道系统，改进内部水轮机构造以及优化溢洪道和闸口等。

这些措施旨在增加进水量，在保证水质中的总溶解气体不会过高的同时，以便鱼类安全通过这些设施。此外，还提供了表层定向水流，减少了迁徙幼鱼通过大坝的时间。

FCRPS 水坝在大部分水轮机入口处都安装了隔板，以便幼鱼顺着水流进入旁道系统，改变方向，而不通过大坝。水轮机的改进措施还包括安装新型的水轮机转动组件，以减少鱼体接触水轮机和液压变速的伤害。

在FCRPS 水坝的初始设计中考虑了水流超负荷通过泄洪道时的液压容量，包括一些碎屑和冰块通过闸口。一旦幼鱼能够找到没有水轮机的通道，便可对这些物理结构进行评估和改进，进而优化其运行方式，以保证幼鱼安全通过。没有水轮机的鱼道有多种选择方案，从简单添加滑槽式水流偏转器，到大力改进闸口将水流引入导水管，使鱼类通过管道运送至大坝较远处的下游。实践证明，将表层水引入到大坝泄洪道改造措施能够帮助鱼类安全通过，这是利用幼年鲑偏好于接近表层洄游的行为特征。

采用流量较大的表层通道路线，使单位水体中能够通过更多的鱼类个体，这样不仅可优化鱼道，而且允许更多的水流通过水轮机用于发电。用于表层鱼道设计的泄洪道全部用堰构成，但在构造细节、造价和操作复杂性方面有所差异。最复杂的是泄洪道内部堰坝，大量的金属结构跨立于泄洪道顶部，在河水高流量时期能够移除这些堰坝，以发挥泄洪道的基本功能。其次是位于堵水闸门通道的堰，原本是用于在控制门失效时或辅助控制门关闭泄洪道。在FCRPS 水坝结构的重新设计以及水流通过没有水轮机通道的配置中，在满足“生物学观点”及恢复种群需求的同时，也考虑到水电站的发电效能。然而，以“生物学观点”为指导框架的大坝重构设计，需要在其有效性评估方面进一步加强。

2 创伤生物标记

将幼鲑暴露在不同水力学作用条件下进行试验研究。结果表明，冲击、切力、压力梯度以及定向障碍等因素均会对鱼体造成不同程度的伤害。近期研究也发现，在高切力和紊流水体中的鱼类，较之在无紊流通道中的运动个体，更易遭到伤害和直接被捕食的风险。

利用试验，计算鱼类个体通过鱼道48 h 后的直观创伤和死亡率，以完成创伤评估。而亚急性损伤由于不可见的伤害或特征而无法常规测定，由于缺乏定向障碍的试验处理，这种观测一般不适用于检测水电结构配置的现场研究中。鱼类创伤生物标志物是评估鱼体受伤程度的量化指标，因为鱼类头部损伤很可能源于物理创伤，如撞击到一个物理结构或受到极端高水流的冲击，基于亚急性物理创伤快速评价的生物标志物方法，对于确定水电站结构对鱼类健康的影响至关重要。

2009 年，米诺可等人率先通过实验和调查相结合的研究方法，利用分子蛋白标记，评估和比较大鳞大马哈鱼(Chinook salmon)洄游幼鱼发生头部创伤的情况。该方法基于人类生化研究中采用特殊哺乳动物标记来快速评价人脑外部创伤的方法。应用于人类健康方面的分子标记一般也适用于其他哺乳动物。然而，由于目前缺乏对生物标记暴露及其对环境、化学和物理方面胁迫效应的认识，因此难以将其应用到非哺乳类野生动物的风险管理。生物标记法特异性检测α－Ⅱ血影蛋白的分解产物——一种重要的分子结构蛋白。

结合应用分子标记法与可见性创伤率观察法，可实现在各种溢洪道结构中进行两种现场研究，还能作为分子蛋白标记来研究通过鱼道引起的亚急性脑损伤。在这两种研究中均采用了总死亡个体数与鱼类总数之比，并提供了简单信息来评价对迁徙幼鲑伤害最小的特殊溢洪道和结构。这些成果的重大意义在于，在遴选物理学和水文学压力测定方法时，发现生物标记与历经冲击和压力的鱼类具有更为密切的联系。

3 前 景

近年来，通过生物标记法检测血浆样品，诊断鱼体的内部创伤，而不仅限于脑部创伤。这一特殊应用具有重要意义，即不需要致死取样，并且生物标记能够用于检测对某一条件、或一系列水电运行监控条件下做出响应的系统性创伤。最新研究正致力于将生物标记结果与鱼类生理学和行为学信息结合起来，构建生物标记表达水平的个体死亡率。

迟发型死亡的相对风险评估对于FCRPS 的运行至关重要，此外为满足鱼类存活和大坝运行有效优化，应用生物标记法对指导其他水电设施，减轻对本地鱼类的影响也非常重要。