天鹅洲故道水生态研究进展

武俊梅周巧红徐 栋龚 成吴振斌贺 锋

(1.中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室, 武汉 430072; 2.湖北长江天鹅洲白鱀豚国家级自然保护区管理处, 石首 434400)

天鹅洲故道水生态研究进展

武俊梅1周巧红1徐 栋1龚 成2吴振斌1贺 锋1

(1.中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室, 武汉 430072; 2.湖北长江天鹅洲白鱀豚国家级自然保护区管理处, 石首 434400)

20世纪90年代初, 湖北长江天鹅洲故道水质良好, 鱼类资源丰富, 被认为是建立长江豚类半自然保护区和四大家鱼种质资源生态库的理想场所, 而对之开展了水生态研究, 之后由于成功实现了长江江豚的迁地保护而受到越来越多的关注。学者们从水质和沉积物等环境因素, 浮游植物、浮游动物、底栖动物和高等水生植物等生物因素, 水体初级生产力、渔产潜力和鱼类等资源因素多角度开展了天鹅洲故道水生态研究。天鹅洲故道水质呈恶化趋势。浮游植物数量增加了2个数量级, 且从单细胞个体转变为多细胞群体, 同时带有胶被的蓝藻在种类和密度上占有绝对优势; 浮游动物优势种呈小型化趋势; 底栖动物密度有所下降; 高等水生植物呈逐渐衰退趋势。鱼类资源量呈下降趋势。根据水质化学和生物学评价结果, 结合天鹅洲故道受人类活动的影响, 本文指出故道与长江阻隔、渔业活动和环境污染是天鹅洲故道水生态面临的主要问题, 其通过水质、饵料和栖息地等方面影响长江江豚的可持续性生存。同时, 提出5个方面的建议: 首先, 实施通江工程, 恢复故道水文特征, 提高故道理化环境异质性; 其次, 控制外源和内源营养负荷, 提高故道水体水质; 然后, 持续监测水质、沉积物和水生生物状况, 建立故道水生态数据库; 再次, 实施生态修复工程, 提高水生生物多样性; 最后, 规范渔业活动, 优化故道渔业资源, 为保护天鹅洲故道水环境质量和水生态健康, 维持江豚可持续生存提供依据。

天鹅洲故道; 水质; 沉积物; 水生生物; 鱼类资源

湖北长江天鹅洲白鱀豚国家级自然保护区于1992年由国务院正式批准成立, 是首批国家级水生野生动物自然保护区, 目前主要保护动物为长江江豚(Neophocaena phocaenoides asiaeorientalis)。长江江豚对栖息地的选择一方面受地形地貌、水文水动力等因素的影响[1—5], 另一方面, 水质、食物和人类活动等也影响着江豚的分布和行为。水质对江豚的活动有直接的影响, 江豚有明显的回避浑水、污水的行为[1, 4—6], 且喜欢选择芦苇毗邻的水域作为栖息环境[3]; 江豚的生境选择与饵料鱼类聚集相关[1, 3—11]; 渔业捕捞、水上航运、水利水电工程等人类活动严重影响着江豚的栖息, 对其生存构成极大的威胁[1, 2, 5, 6, 12—14]。铜陵长江大桥的修建对其上下河道、沙洲产生了一定的影响, 和悦洲和成德洲附近的滩槽冲淤明显, 汇、分流区主流摆动不确定, 导致附近的江豚活动次数明显减少[12]; 董首悦等[13]研究了江西鄱阳湖湖口水域船舶通行对江豚发声行为的影响; 时文静等[14]研究了码头建设施工期的打桩噪声对江豚造成的潜在影响。

天鹅洲故道水生态的研究始于20世纪90年代建立白鱀豚半自然保护区和四大家鱼种质资源天然生态库的可行性研究[15—20], 从水质理化性质、水生生物状况、水体初级生产力、饵料鱼类资源等多角度系统分析了天鹅洲的生态环境特征; 另外,刘建华等[21]对天鹅洲故道水域理化状况、水生生物状况以及四大家鱼种质资源、白鱀豚、江豚和麋鹿等生物多样性保护进行了概述。何绪刚等[22]研究了天鹅洲故道水体氮、磷营养元素变化规律。21世纪后, 学者们分别针对水质、沉积物、浮游植物、浮游动物、底栖动物、水质评价等开展了研究工作[23—32], 特别是关于沉积物, 研究了其基本物化性质、泥沙沉积、有壳变形虫记录、木质素特征、重金属和稀土元素记录等沉积特点和年代序列[23, 25, 33—40]。

本文从水质和沉积物等环境因素, 浮游植物、浮游动物、底栖动物和高等水生植物等生物因素,水体初级生产力、渔产潜力和鱼类等资源因素多角度分析了天鹅洲故道水生态演变趋势, 根据水质化学和生物学评价结果, 结合天鹅洲故道受人类活动的影响, 探讨其水生态面临的主要问题和可行的有效对策, 为保护天鹅洲故道水环境质量和水生态健康, 维持江豚可持续生存提供依据。

1 天鹅洲故道概况

天鹅洲故道(29°46′71″—29°51′45″N, 112°31′36″—112°36′90″E)于1972年7月经过自然裁弯取直形成, 位于湖北省石首市下游约20 km处的长江北岸, 全长20.9 km。丰水期水面最宽1500 m,最狭400 m, 平均水深4.5 m, 最深处可达15—25 m。正常水位(33.0 m)时, 面积为13.7 km2, 高水位(36.0 m)时, 故道和长江大面积通连, 面积达30.0 km2。故道上口仅在汛期时(5月至10月)与长江相通, 下口则全年与长江相连。1998年沙滩子大堤修筑后, 天鹅洲故道仅有下口天鹅闸在汛期通过人为调控与长江连通,水位涨落幅度变小, 漫滩萎缩。故道主要水源为长江水, 另外冯滩闸、春风闸排放少量地面水进入故道。

2 水体环境状况

2.1 水质理化性质

表 1 天鹅洲故道水质变化Tab.1 Water quality Changes in Tian’e Zhou Oxbow

水体污染是导致长江江豚种群数量下降和分布减少的主要原因之一[6], 首先, 江豚对栖息地的选择有回避污水的趋势, 水体污染会缩小江豚的活动范围、降低江豚栖息地环境质量, 从而影响江豚的生存、生长和发育; 其次, 水体中重金属和持久性有机物可通过食物链富集到位于食物链顶端且体内富含脂肪的江豚体内, 影响其生命机能, 研究表明部分持久性有机物的残留风险系数已超过阈值[41, 42]; 最后, 水体污染会导致渔业资源量的下降,间接导致江豚食物资源减少[43]。20世纪80、90年代, 天鹅洲故道水质好, 无污染, 与长江水质相近(表 1), 其中三氮(氨氮、亚硝态氮和硝态氮)含量和混浊度低于同期长江水, 重金属、类金属及氟化物、酚类、氰化物等有毒物质及大肠杆菌含量极微, 均在我国渔业水质标准规定的范围内, 只有硫化物含量偏高[15, 18]。进入21世纪, 故道水质氮和磷等营养元素浓度明显升高, 季节性变化差异显著,以夏季污染情况最为严重[30]。

比较不同形态氮、磷浓度发现, 氮元素以硝酸盐氮和有机氮为主, 其高峰值出现在夏季, 导致三氮或总氮的高峰值也出现在夏季[22, 30]; 磷酸根离子占总磷比例较低, 在春季最高, 植物生长季节逐渐下降[22], 总磷浓度在夏季最高[30]。比较丰、枯水期水质发现, 总磷、CODMn、铅、镉差异不显著, 而氨氮、悬浮物、铜和砷在丰水期显著高于枯水期[26],主要是丰水期间, 雨水冲刷故道周围农田和农户生活区, 将污染物通过沟渠、地表径流带入故道, 引起某些指标的升高。

在不同地理分组间, 故道水质各指标均无显著性差异, 原因在于风生环流的作用使得故道内水体混合较为均匀, 但是靠近污染源的水域水体污染物浓度有高于其他水域的趋势, 因此污染源输入仍有可能会造成部分水域水体污染程度升高[30]。天鹅洲故道的主要污染源为农业非点源污染、自然矿化输入、畜禽粪便及有机质腐败污染, 在水域污染管理时, 应特别注重夏季降雨量较大时随冯家潭开闸进入故道的周边非点源污染[30], 开闸灌江纳苗可改善故道水质, 降低pH、总含盐量(或电导率)等[25, 30], 建议在长江干流与故道水位差允许的情况下, 向故道内引水不低于1747.6万m3(约故道蓄水量的十分之一), 用于改善农业非点源污染源对故道水体造成的污染[30]。

2.2 水质化学评价

以一些代表性较强的化学指标作为评价因子的水质化学评价结果表明, 20年来, 天鹅洲故道水质呈下降趋势。何绪刚等[22]比较COD、总氮和总磷等指标值, 表明1993年天鹅洲故道属于中-富营养型湖泊。以溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总氮、总磷、铅、石油类等7项指标作为评价因子,模糊综合评价表明2005年天鹅洲故道水质维持在地表水Ⅰ类水平, 主要污染物是有机物、氨氮和总磷[23, 24, 26]。以pH、溶解氧、总氮、总磷、氨氮、六价铬、硝酸盐氮等作为评价因子, 模糊综合评价表明2012—2014年天鹅洲故道水质降低至地表水Ⅲ类, 主要污染物是总氮和总磷[30]。

2.3 沉积物特征及环境意义

水体沉积物既是营养物质和重金属等污染物质的汇, 又是对水质有潜在污染的次生源; 一方面可结合水相和生物相对水环境质量进行实时评价,另一方面沉积物特征有助于评价水体环境状况历史演变趋势, 揭示自然事件和人为活动对水体生态环境的影响。江永明等[23]分析了2005年7月天鹅洲故道沉积物的泥炭层面积、厚度、容重、含水量、凯氏氮含量等基本特征。吴门伍等[25]研究表明灌江纳苗引入了部分泥沙沉积在闸前盲肠河段及故道中。余国安等[34]分析了2006年3月故道底泥中的汞等重金属、有机质、总氮和总磷, NOAA和背景值标准评价均为Ⅰ类, 质量良好, 优于洞庭湖、东湖和梁子湖等其他长江中游湖泊。

学者们分别通过有壳变形虫记录、木质素特征、重金属和稀土元素记录等沉积特点和年代序列研究了人类活动和河道变迁对天鹅洲故道生态和环境的影响。有壳变形虫记录表明1975—1987年, 水位较低, 天鹅洲故道接受较多的外源有机物质, 营养水平上升; 1987—1994年, 水体稳定,水质变得清澈; 1994—2001年, 自然保护区建立以后, 外源有机物输入减少, 营养化程度降低; 2001—2005年, 随着故道环境由开敞式过渡到封闭式, 水体的生产力提高, 富营养化加剧[33]。天鹅洲柱样(2007年4月)中的粒度、总有机碳、总氮、碳氮比和木质素含量及参数表明自然环境变迁和人为活动强度的变化对陆源有机物在流域内部的迁移沉积影响显著。底部沉积物颗粒粗、有机物含量低、降解程度高, 可能是1972年长江截弯取直前的河滩沉积; 向上沉积物颗粒显著变细、有机物含量升高、降解程度降低, 可能是20世纪80年代农业的发展使得当地的陆源物质输入增多、营养水平升高; 20世纪90年代初自然保护区的建立则使水土流失减弱; 1998年大堤的修筑使水动力减弱、颗粒物变细; 另外, 1998年洪水层的特征具有判别洪水灾害事件的潜在价值, 识别出20世纪70年代初和80年代初两个疑似洪水层, 可能与对应年代的洪水事件有关[35]。重金属和稀土元素记录表明天鹅洲长江故道沉积物剖面与长江河道变迁及流域人类活动具有很好的相关性, 1950—1990年, 处于工业化前期, 重金属含量变化幅度较小, 主要受物源和沉积环境等自然因素控制; 1990—2007年, 流域工业化进程加快, 人类活动带来的污染增多, 同时流域水利工程的兴修, 使得来沙量降低, 河流自净能力减弱, 沉积物重金属含量提高15%—40%[36, 37]。基于牛轭湖沉积的基本序列、沉积特点与年代学框架,可以较好地记录河流流域洪水事件, 铅元素记录表明其非自然因素富集起始于20世纪80年代初, 并于2000年后呈下降状态, 与我国铅污染历史及禁用含铅汽油的时间基本吻合[38—40]。

网络文学变现方式多样化，尤其是优质网络文学作品，主要通过创新性和趣味性满足受众的心理需求，持续关注和讨论即可实现内容变现。如盛大文学拥有的内容资源，它的变现方式分为以下几种。

3 水生生物状况

3.1 浮游植物

浮游植物表征着水体初级生产力, 是滤食性鱼类的主要饵料, 因此, 浮游植物生物量是水体渔产潜力的重要参数; 同时, 大多数浮游植物对环境条件的变化非常敏感, 存在着明显的种间差异, 因此浮游植物的群落结构是水体水质监测的重要指标。2011—2012年天鹅洲故道浮游植物数量较20世纪90年代增加了2个数量级, 生物量增加了数倍, 表明水质存在恶化的趋势(表 2)。优势种呈单细胞个体向多细胞群体转变的趋势, 带有胶被的蓝藻在种类和密度上占有绝对优势。原因一方面在于大量放养的鲢鳙滤食大型浮游动物, 导致占优势的小型浮游动物不能摄食个体较大的藻类, 另一方面在于浮游植物食性鱼类如鲢鳙更容易捕食消化没有胶被的藻类[28]。天鹅洲故道浮游植物数量和生物量的季节变化表现为夏秋季大于春冬季[18, 19, 28]。

天鹅洲故道浮游植物在种类上, 绿藻门种类最多, 其次是蓝藻门和硅藻门(表 3)。在数量上, 20世纪80、90年代, 以绿藻门、硅藻门和隐藻门为主; 2011—2012年, 蓝藻门占绝大多数, 其次为绿藻门和硅藻门, 表明天鹅洲故道浮游植物群落向喜好富营养化水体的蓝藻转变, 水质存在恶化的趋势。不同种类浮游植物数量和生物量最大值出现的季节不一样, 蓝藻数量最大值出现在夏季, 其他藻类出现在春秋季[18, 28]; 蓝藻、绿藻、隐藻和裸藻生物量最大出现在秋季, 硅藻和金藻出现在春季[28]。

黄丹[28]研究结果表明不同年份间(2011—2012年)气候变化导致的浮游植物现存量差异主要原因在于水位的变化会改变水体中无机盐浓度。风力作用和营养盐浓度使得藻类密度在空间变化上表现为故道下游的均值较上游大, 最上游采样点水体较浅, 受风力搅动较大, 水质较差, 透明度较低,使得该处具有较大的藻类密度和生物量。

表 2 天鹅洲故道浮游植物种类、数量或生物量变化Tab.2 Species, numbers and biomasses changes of phytoplankton in Tian’e Zhou Oxbow

表 3 天鹅洲故道不同种类浮游植物种类、数量或生物量变化Tab.3 Species, numbers and biomasses changes of different kinds of phytoplankton in Tian’e Zhou Oxbow

3.2 浮游动物

浮游动物群落结构能及时准确地反映水域生态环境状况, 也是淡水水体中鱼虾的饵料基础, 因此对保护区水体中浮游动物群落结构进行研究, 一方面可以用于分析保护区水质状况, 另一方面可以及时了解鱼类的饵料分布情况, 从而反映出江豚的生存状态。天鹅洲故道浮游动物类群向小型化转变, 原生动物和轮虫的种类和优势种百分比明显增加(表 4), 另外, 在同一类群内也存在小型化现象,如在枝角类中, 体积较大的溞类数量很少, 而体型较小的长额象鼻溞(Bosmina longirostris)占枝角类总密度的96.8%[28, 29]。浮游动物群落结构的小型化可能是鲢鳙的滤食和小型鱼类对大型浮游动物的选择性捕食以及水质恶化造成的, 可能使得水体中大型浮游植物的数量增多, 从而提高发生水华的可能性。浮游动物密度和生物量的季节性变化表现为高峰值出现在夏秋季, 最低值出现在春冬季[18, 19, 28, 29], 可能夏秋季水体温度更适宜浮游生物的生长和繁殖, 另一方面, 浮游植物的生长和繁殖为浮游动物提供了丰富的食物。浮游动物空间分布显示受污染程度较大和营养物质较丰富的样点浮游动物数量高于其他样点[19, 28, 29]。

3.3 底栖动物

表 4 天鹅洲故道浮游动物种类、数量和生物量变化Tab.4 Species, numbers and biomasses changes of zooplankton in Tian’e Zhou Oxbow

底栖动物的现存量、群落结构和优势种等参数可以反映环境因素的长期变化, 另外可以加速水底碎屑的分解以提高水体的自净能力, 同时也是鱼类的天然活饵料, 是水体渔产潜力的重要参数。天鹅洲故道底栖动物分布均匀, 种类组成较复杂和丰富[23], 密度呈下降趋势, 软体动物生物量所占比例比其他类群高(表 5)。长江天鹅洲故道各季度底栖动物年均密度表现为冬季>秋季>夏季>春季, 年均生物量表现为秋季>冬季>夏季>春季[31]。潘保柱等[27]研究表明, 天鹅洲故道底栖动物优势种有苏氏尾鳃蚓(Branchiura sowerbyi)、多毛管水蚓(Aulodrilus pluriseta)、环棱螺(Bellamya sp.)、内摇蚊(Endochironomus sp.)、异摇蚊(Xenochironomus sp.), 其中内摇蚊密度占86.5%, 生物量占37.1%, 环棱螺生物量占57.1%。马秀娟等[31]研究表明天鹅洲故道底栖动物优势种有菱附摇蚊(Clinotanypus sp.)、指突隐摇蚊(Cryptochironomus digitatus)、克拉泊水丝蚓(Limnodrilus claparedeianus)、霍甫水丝蚓(Limnodrilus hoffmeisteri), 优势种由中污染指示种转变为中-重污染指示种。潘保柱等[27]进一步分析其功能摄食类群发现, 直接收集者种数和个体数最多, 分别占41.4%和53.3%, 刮食者生物量最大,占58.8%。在类群组成上, 故道以螺类和水生昆虫为主, 与阻隔湖泊(不含城郊污染湖泊)类似, 但就物种而言, 又有自己的特点, 流水性和冷水性种类较多。

3.4 高等水生植物

高等水生植物能够吸收水体中的营养物质, 对水体有一定的净化作用, 另外为植食性鱼类提供饵料, 为其他水生生物提供合适生境, 如长江江豚喜欢选择芦苇毗邻的水域作为栖息环境[3]。20世纪90年代以前, 天鹅洲故道水草非常丰富, 可见明显的水草带。之后在故道内人为放养大量河蟹, 严重破坏了水草资源, 加之大规模的拉网捕捞, 严重干扰了水生植被的自然演替进程, 使天鹅洲故道水生植物呈逐渐衰退趋势, 只在天鹅洲故道上口和下口的浅滩上分布有芦苇(Phragmites communis Tria)群落, 菰(Zizaniacaduciflora Turcz et Trin)群落镶嵌分布在芦苇群落临水面的边缘, 沉水植物稀疏分布在故道两边浅水处, 没有明显的水草带[23, 26]。高等水生植物生物量从1987—1988年的2.7×106kg[15, 18]分别降低到1993—1994年的1.5×106kg[17]和2005—2006年的0.9×106kg[23, 26]。天鹅洲故道挺水植物生长与分布主要受人类对岸边带利用活动的影响; 沉水植物的主要限制因素除水深、透明度和湖底沉积物组成外, 受人为干扰因素较多。由于沙滩子大堤的阻隔, 天鹅洲故道每年有规律的水位涨落消失了, 湖底含沙较多, 淤泥也较厚, 在下口附近,泥沙厚度可达l m, 对高等水生植物的生长和分布也有一定的影响。

3.5 水质生物学评价

根据水生生物的一些代表性参数进行生物学评价的结果表明天鹅洲故道水质呈恶化趋势。张征等[19]根据浮游植物现存量和优势种群评价标准,认为1992—1993年天鹅洲故道属贫营养型水体, 并开始由寡污性水体向乙型中污性过渡。根据初级生产力评价标准, 2005年天鹅洲故道属中营养型水体[23, 26]。黄丹[28]根据浮游植物现存量和多样性指数评价标准, 认为2011—2012年天鹅洲故道属富营养型水体, 呈中污染水平; 同时浮游动物现存量和优势种群评价结果与浮游植物一致, 但是浮游动物各种多样性指数评价结果存在差异, Simpson和Margalef多样性指数的评价结果为寡污型或清洁型水体, 与故道实际水质状况不符[29]。马秀娟等[31]根据底栖动物多样性指数评价标准, 认为2011年天鹅洲故道水质污染状况为中-重污染。

4 水体资源状况

4.1 水体初级生产力

水体初级生产力与渔产量息息相关, 间接影响着长江江豚的饵料数量。天鹅洲故道浮游植物初级生产力1987至2006年无明显变化(表 6)。研究表明, 水柱日产氧量最高值出现在夏季, 最低值出现在冬季, 春秋季差别不大[18, 19, 23, 26], 与浮游植物生物量和辐射能变化一致[26]。水柱日产氧量水平空间分布差别不大, 其垂直分布特征表现为一般随水深的增加, 先上升后降低, 最高层出现在水体透明度0.5倍处, 冬季各水层初级生产力均较低, 没有明显差异[23, 26], 其主要影响因素为光照强度, 冬季则温度影响较大[26]。陈佩薰等[15]和张先锋等[18]测定了浮游植物的叶绿素a、脱镁叶绿素和表层日产氧量等其他水体初级生产力指标, 其平均值和范围分别为4.2 (0.1—9.0) μg/L、1.9 (0.0—3.8) μg/L和0.9 (0.3—2.4) mg O2/(L·d)。沈子伟[26]计算得浮游植物和高等水生植物初级生产力年产量分别为7.2× 1010和9.2×107kJ, 对辐射能的转化效率分别为0.083%和0.101%。

4.2 渔产潜力

关于渔产潜力的研究主要集中在20世纪90年代初, 进入21世纪后对其研究很少, 缺乏基础数据。张征等[19]估算表明1992—1993年4—10月间浮游生物提供渔产潜力为266.82 t。凌去非和李思发[20]报道1993年2月至1994年1月间天鹅洲故道浮游植物、浮游动物、环节动物、螺、水草、细菌、碎屑等的渔产潜力合计为942 t。

4.3 鱼类资源

鱼类资源减少被认为是造成长江江豚种群数量下降和分布减少的主要原因之一[6], 天鹅洲故道鱼类以鲤科在属和种数量上最大, 符合国内各主要水系或水体鱼类区系组成的共同特点, 包括青鱼(Mylopharyngodonpiceus Richardson)、草鱼(Ctenopharyngodonidellus Cuvier et Valenciennes)、鲢(Hypophthalmichthysmolitrix Cuvier et Valenciennes)、鳙(Aristichthysnobilis Richardson)等江湖江湖半洄游性鱼类, 鲤(Cyprinus carpio Linnaeus)、鲫(Carassiusauratus Linnaeus)等湖泊定居性鱼类, 渔获物总产量呈下降趋势[15, 17, 18, 20, 23]。实际渔产量只达到估算渔产潜力的39.77%, 可能是因为鱼类群落结构存在不合理性。同时, 由于捕捞过度, 天鹅洲故道鱼类群落出现小型化、低值化趋势, 年总渔获量的66.18%为小型的和低值的鱼类, 必须控制捕捞, 使资源得以休生养息[20]。

5 天鹅洲故道水生态存在问题和对策建议

表 6 天鹅洲故道水体初级生产力变化Tab.6 Primary production in Tian’e Zhou Oxbow

天鹅洲故道水生态主要受故道与长江阻隔、渔业活动和环境污染等3个方面的影响, 通过水质、饵料和栖息地等方面影响长江江豚的可持续性生存。故道与长江阻隔一方面降低了故道水体的流动性及其与长江水体的交换, 使得故道水体不能有效更新, 有机物质和营养元素不能充分稀释,水质呈现下降趋势; 一方面降低了水文地貌理化环境的异质性以及生物环境水生生物的多样性; 另一方面也影响了故道渔业资源的更新和补充。关于渔业活动, 一方面鲢鳙等鱼类对大型浮游动物的选择性捕食, 使得浮游动物优势种呈小型化趋势, 进而导致个体较大或者带有胶被的浮游植物成为优势种, 另外鱼类或河蟹可以直接摄食底栖动物和破坏沉水植物; 另一方面, 目前天鹅洲故道长江江豚种群数量约为40头, 按江豚体重50 kg, 日摄食量为体重的10%, 生态效率为10%—20%计算, 每年需要饵料鱼类(365—730) ×103kg, 渔业的投放结构和过度捕捞威胁着江豚的食物资源。天鹅洲故道水体污染主要来源于周边区域的地表径流和生活污水,集水区域主要包括石首市横沟、人民大垸和新厂3个乡镇以及监利县的部分农田。由于这一区域地势西高东低, 地表径流大部分通过蛟子河东泻经冯家潭泵站排入天鹅洲故道, 只有少部分通过冯家潭二站直接排入长江。据粗略估计, 这一区域的耕地面积近60 km2, 人口近10万人, 平均每年由冯家潭泵站排入故道的地表径流和生活污水近3亿m3。环境污染导致天鹅洲故道水质恶化, 影响着水生生物的种群密度和群落结构, 使得水生生物多样性降低,优势种由寡污种朝耐污种转变, 继而影响着长江江豚栖息地的环境质量及其生长、发育和生命机能。

针对天鹅洲故道水生态现状及其存在的问题,结合长江江豚物种保护, 对天鹅洲故道水生态保护提出五点对策和建议。首先, 实施通江工程, 恢复故道水文特征, 提高故道理化环境异质性。天鹅洲故道季节性涨落的水文条件有利于提高水体自净能力和鱼类群落结构合理化, 基于目前条件, 建议制定合理的天鹅洲闸口调度机制, 模拟长江水位变化; 长期性来看可以通过水利工程实现故道水体更大范围和程度的通江交换, 改善故道水体环境和资源。其次, 控制外源和内源营养负荷, 提高故道水体水质。建议控制故道周边畜禽养殖规模, 减少冯家潭泵站农业径流输入; 通过调控天鹅洲闸口增加故道水体和长江干流的交换, 稀释水体中氮、磷等营养元素浓度; 构建人工湿地等旁路处理工程降低地表径流营养负荷或内源污染物浓度等。然后, 持续监测水质、沉积物和水生生物状况, 建立故道水生态数据库。文献查阅过程中发现, 关于天鹅洲故道水生生物数据比较零散, 缺乏连续性数据, 浮游生物和底栖动物近5年的相关数据和高等水生植物近10年的相关数据都是空白。建立故道水生态数据库, 有利于及时了解故道水生态变化趋势, 以便于分析其对长江江豚物种保护的影响。再次, 实施生态修复工程, 提高水生生物多样性。在水环境质量改善的基础上, 实施生态修复工程, 如恢复故道高等水生植物群落, 提高水体自净能力。最后, 规范渔业活动, 优化故道渔业资源, 逐步全部实施渔民的转产分流是解决故道渔业生产和生物保护之间矛盾的根本措施, 现阶段建议加强对故道渔业活动的规范管理。充分利用天鹅洲闸口的调度在渔汛期进行“灌江纳苗”, 提高故道鱼类群落的生物多样性; 统筹规划故道人工投苗种群结构, 协调经济鱼类和江豚适口鱼类产量; 严格规划捕捞活动的时间、规模、方式和工具等, 优化捕捞模式。

致谢:

感谢中国科学院水生生物研究所张甬元先生、刘保元先生、肖恩荣副研究员、刘碧云副研究员、张义副研究员和张丽萍高级实验师和学科组其他成员在论文撰写过程中提出的宝贵建议; 感谢湖北长江天鹅洲白鱀豚国家级自然保护区管理处各位领导在资料收集过程中提供的热心帮助。

[1]Yang J, Chen P X.Movement and behavior of finless porpoise (Neophocaena phocaenoides Cuvier) at Swan Oxbow, Hubei Province [J].Acta Hydrobiologica Sinica, 1996, 20(1): 32—40 [杨健, 陈佩薰.湖北天鹅洲故道江豚的活动与行为.水生生物学报, 1996, 20(1): 32—40]

[2]Xiao W, Zhang X F.Distribution and population size of Yangtze finless porpoise in Poyang Lake and its branches [J].Acta Theriologica Sinica, 2002, 22(1): 7—14 [肖文,张先锋.鄱阳湖及其支流长江江豚种群数量及分布.兽类学报, 2002, 22(1): 7—14]

[3]Yu D P, Wang J, Yang G, et al.Primary analysis on habitat selection of Yangtze finless porpoise in spring in the section between Hukou and Digang [J].Acta Theriologica Sinica, 2005, 25(3): 302—306 [于道平, 王江, 杨光,等.长江湖口至荻港段江豚春季对生境选择的初步分析.兽类学报, 2005, 25(3): 302—306]

[4]Xiong Y H, Zhang X Q.Population size, distribution and activities of the Yangtze finless porpoise in the Yangtze Xinluo Baiji National Nature Reserve, Hubei [J].Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2011, 20(2): 143—149 [熊远辉, 张新桥.长江湖北新螺江段长江江豚数量、分布和活动的研究.长江流域资源与环境, 2011, 20(2): 143—149]

[5]Zhang X Q, Xian Y J, Wang L M, et al.Behaviour and habitat selection of Yangtze finless porpoises in Dongting Lake, China, and the adjacent waters: impact of human activity [J].Pakistan Journal Zoology, 2013, 45(3):635—642

[6]Wang D.Population status, threats and conservation of the Yangtze finless porpoise [J].Chinese Science Bulletin, 2009, 54(19): 3473—3484

[7]Wei Z, Zhang X F, Wang K X, et al.Habitat use and preliminary evaluation of the habitat status of the Yangtze finless porpoise (Neophocaena phocaenoides asiaeorientalis) in the Baijiang Section of the Yangtze River, China [J].Acta Zoologica Sinica, 2003, 49(2): 163—170 [魏卓, 张先锋, 王克雄, 等.长江江豚对八里江江段的利用及其栖息地现状的初步评价.动物学报, 2003, 49(2): 163—170]

[8]Dai L L, Gong Y C, Feng W S, et al.Community structure of zooplankton and its relationship to survivability of Yangtze dolphin in Zhenjiang Yangtze Dolphin Nature Reserve, Jiangsu province [J].Journal of Hydroecology, 2011, 32(5): 30—36 [代梨梨, 龚迎春, 冯伟松, 等.江苏镇江长江豚类保护区浮游动物群落结构特征及江豚生存状况评估.水生态学杂志, 2011, 32(5): 30—36]

[9]Kimura S, Akamatsu T, Li S H, et al.Seasonal changes in the local distribution of Yangtze finless porpoises related to fish presence [J].Marine Mammal Science, 2012, 28(2): 308—324

[10]Zhang X K, Yu D P, Wang H L, et al.Effects of fish community on occurrences of Yangtze finless porpoise in confluence of the Yangtze and Wanhe Rivers [J].Environmental Science and Pollution Research, 2015, 22(12): 9524—9533

[11]Zhang X K, Yu D P, Wang H L, et al.Study of fish community structure in the main habitat of the finless porpoise, the Anqing Section of Yangtze River [J].Acta Ecologica Sinica, 2016, 36(7): 1—8 [张晓可, 于道平, 王慧丽, 等.长江安庆段江豚主要栖息地鱼类群落结构.生态学报, 2016, 36(7): 1—8]

[12]Yu D P, Tang H B, Wang K L.The impact of Tongling Yangtze Bridge on the dolphins’ habitats [J].Acta Ecologica Sinica, 2002, 22(12): 2079—2084 [于道平, 唐海滨,汪克来.铜陵长江大桥对豚类栖息地的影响.生态学报, 2002, 22(12): 2079—2084]

[13]Dong S Y, Dong L J, Li S H, et al.Effects of vessel traffic on the acoustic behavior of Yangtze finless porpoises (Neophocaena phocaenoides asiaeorientalis) in the confluence of Poyang Lake and the Yangtze River: using fixed passive acoustic observation methods [J].Acta Hydrobiologica Sinica, 2012, 36(2): 246—254 [董首悦, 董黎君, 李松海, 等.江西鄱阳湖湖口水域船舶通行对长江江豚发声行为的影响.水生生物学报, 2012, 36(2): 246—254]

[14]Shi W J, Wang Z T, Fang L, et al.A preliminary study on impact of piling underwater noise on the Yangtze finless porpoise (Neophocaena phocaenoides asiaeorientalis) [J].Acta Hydrobiologica Sinica, 2015, 39(2): 399—407 [时文静, 王志陶, 方亮, 等.打桩水下噪声对长江江豚影响初探.水生生物学报, 2015, 39(2): 399—407]

[15]Cheng P X, Zhang X F, Wei Z, et al.Appraisal of the influence-upon Baiji, Lipotes vexillifer by the Three-gorge Project and conservation strategy [J].Acta Hydrobiologica Sinica, 1993, 17(2): 101—111 [陈佩薰, 张先锋, 魏卓, 等.白鱀豚的现状和三峡工程对白鱀豚的影响评价及保护对策.水生生物学报, 1993, 17(2): 101—111]

[16]Li S F, Lu G Q, Zhou B Y.Evaluation on the potential capacity of the Swan Oxbow for the conservation of the major Chinese carps [J].Aquaculture, 1995, 137(1-4): 46—47

[17]Li S F, Lü G Q, Zhou B Y.Feasibility studies on genetic conservation of Chinese carps in Swan Oxbow of the Changjiang River [J].Journal of Fisheries of China, 1995, 19(3): 193—202 [李思发, 吕国庆, 周碧云.长江天鹅洲故道“四大家鱼”种质资源天然生态库建库可行性研究.水产学报, 1995, 19(3): 193—202]

[18]Zhang X F, Wei Z, Wang X Q, et al.Studies on the feasibility of establishment of a semi-natural reserve at Tiane-zhou (Swan) Oxbow for Baiji, Lipotes vexillifer [J].Acta Hydrobiologica Sinica, 1995, 19(2): 110—123 [张先锋, 魏卓, 王小强, 等.建立长江天鹅洲白鱀豚保护区的可行性研究.水生生物学报, 1995, 19(2): 110—123]

[19]Zhang Z, Zhai L A, Li G, et al.Studies on the investigation of plankton and the estimation of fish productivity in Tian-e-zhou (Swan) Oxbow of the Yangtze River [J].Freshwater Fisheries, 1995, 25(5): 16—18 [张征, 翟良安, 李谷, 等.长江天鹅洲故道浮游生物调查及鱼产力的估算.淡水渔业, 1995, 25(5): 16—18]

[20]Ling Q F, Li S F.The comparison of fish community structures of Tianezhou Old Course and Laohe Old Course of Changjiang River [J].Journal of Huazhong Agricultural University, 1999, 18(5): 472—475 [凌去非, 李思发.长江天鹅洲故道、老河故道鱼类群落结构比较.华中农业大学学报, 1999, 18(5): 472—475]

[21]Liu J H, Zhang Z M, Chen C Y.Studies on aquatic and wetland biodiversity conservation in Tian-e-zhou (Swan) Oxbow of the Yangtze River [J].Freshwater Fisheries, 1996, 26(2): 31—32 [刘建华, 张泽民, 陈昌湧.长江天鹅洲通江故道水生和湿地生物多样性保护.淡水渔业, 1996, 26(2): 31—32]

[22]He X G, Luo J B, Huang X N, et al.Studies on change law of nitrogen and phosphorus nutrition elements in Tian-e-zhou (Swan) Oxbow of the Yangtze River [J].Reservoir Fisheries, 1999, 19(5): 54—55 [何绪刚, 罗静波, 黄晓南, 等.天鹅洲长江故道水体氮、磷营养元素变化规律的研究.水利渔业, 1999, 19(5): 54—55]

[23]Jiang Y M.Investigation of aquatic ecology and researches on the energy analysis of Tian’e-zhou and Heiwa-wu Oxbows of the Yangtze River [D].Thesis for Master of Science.Huazhong Agricultural University, Wuhan.2006 [江永明.天鹅洲、黑瓦屋长江故道湿地水生态调查及能值分析研究.硕士学位论文, 华中农业大学, 武汉.2006]

[24]Jiang Y M, Ni C H, Fan Q X, et al.Fuzzy synthetic evaluation of water quality in Tian’e-zhou and Hei-wa-wu Oxbows of the Yangtze River [J].Freshwater Fisheries, 2006, 36(6): 16—20 [江永明, 倪朝辉, 樊启学, 等.天鹅洲、黑瓦屋长江故道湿地水质的模糊综合评价.淡水渔业, 2006, 36(6): 16—20]

[25]Wu M W, Chen L, Yan L, et al.Analysis of effect of a doption of fries by filling with river flows on water quality and sediment of Tianezhou Wetland [J].Engineering Journal of Wuhan University, 2006, 39(3): 36—40 [吴门伍, 陈立, 严黎, 等.浅析灌江纳苗对天鹅洲湿地水质及泥沙的影响.武汉大学学报(工学版), 2006, 39(3): 36—40]

[26]Shen Z W.Study on the primary productivity of the Tian’e-zhou and Hei-wa-wu Oxbows of the Yangtze River and its relationships with several ecological factors [D].Thesis for Master of Science.Southwest University, Chongqing.2007 [沈子伟.长江天鹅洲、黑瓦屋故道水域初级生产力及其与若干生态因子的关系研究.硕士学位论文, 西南大学, 重庆.2007]

[27]Pan B Z, Wang H J, Liang X M, et al.Macrozoobenthos in Yangtze oxbows: community characteristics and causes of resources decline [J].Journal of Lake Sciences, 2008, 20(6): 806—813 [潘保柱, 王海军, 梁小民, 等.长江故道底栖动物群落特征及资源衰退原因分析.湖泊科学, 2008, 20(6): 806—813]

[28]Huang D.Community structure of plankton and planktonbased fish productivity in Tian-e-zhou Oxbow of the Yangtze River [D].Thesis for Master of Science.Huazhong Agricultural University, Wuhan.2013 [黄丹.长江天鹅洲故道浮游生物群落结构及鱼产力.硕士学位论文, 华中农业大学, 武汉.2013]

[29]Huang D, Shen J Z, Hu S D, et al.Zooplankton community structure and water quality assessment in Tian-ezhou Oxbow of the Yangtze River [J].Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2014, 23(3): 328—334 [黄丹, 沈建忠, 胡少迪, 等.长江天鹅洲故道浮游动物群落结构及水质评价.长江流域资源与环境, 2014, 23(3): 328—334]

[30]Li Q Q.Study on water quality characteristics of the Yangtze finless porpoise habitat [D].Thesis for Master of engineering.Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan.2014 [李青青.长江江豚栖息地水质特征研究.硕士学位论文, 中国科学院水生生物研究所, 武汉.2014]

[31]Ma X J, Shen J Z, Wang T, et al.Macrozoobenthos community structure and water quality evaluation of Tian’e Zhou Oxbows [J].Environmental Science, 2014, 35(10): 3952—3958 [马秀娟, 沈建忠, 王腾, 等.天鹅洲故道底栖动物群落特征及水质生物学评价.环境科学, 2014, 35(10): 3952—3958]

[32]Wu S K, Xie P, Ni L Y, et al.Cyanobacteria genus and its relationship with nitrogen and phosphorus concentration in lakes along the middle and lower reaches of the Yangtze River [J].Journal of Hydroecology, 2014, 35(3): 19—25 [吴世凯, 谢平, 倪乐意, 等.长江中下游地区湖泊中蓝藻及其与氮磷浓度的关系.水生态学杂志, 2014, 35(3): 19—25]

[33]Qin Y M, Gu Y S, Wang Y S, et al.Recent environmental changes in the Swan Oxbow of the Yangtze River: evidence from testate amoebae records [J].Geological Science and Technology Information, 2007, 26(3): 37—42 [秦养民, 顾延生, 王银善, 等.天鹅洲长江故道近代环境变化的有壳变形虫记录.地质科技情报, 2007, 26(3): 37—42]

[34]Yu G A, Wang Z Y, Liu C, et al.Investigation on sediment quality in the middle Yangtze River [J].Journal of Sediment Research, 2007(4): 14—20 [余国安, 王兆印,刘成, 等.长江中游底泥质量现状调查研究.泥沙研究, 2007(4): 14—20]

[35]Yang L Y.Preliminary study on lignin phenols in sediments for tracing terrigenous organic matter and reconstructing environmental change [D].Thesis for Master of Science.East China Normal University, Shanghai.2009 [杨丽阳.沉积物中的木质素在物源示踪和环境演变研究中的应用初探.硕士学位论文, 华东师范大学, 上海.2009]

[36]He R.Preliminary study on the transport of heavy metals from river basin to the coastal shelf of East China Sea [D].Thesis for Master of Science.East China Normal University, Shanghai.2011 [何荣.从流域到东海近岸重金属输送的初步研究.硕士学位论文, 华东师范大学,上海.2011]

[37]He R, Deng B, Du J Z, et al.Response to the anthropogenic impact on heavy metals in the sediment core from the Swan Oxbow in the middle Yangtze River [J].Journal of East China Normal University (Natural Science), 2012, (4): 173—180 [何荣, 邓兵, 杜金洲, 等.长江中游天鹅洲沉积物重金属元素记录对流域人类活动的响应.华中师范大学学报(自然科学版), 2012, (4): 173—180]

[38]Jia T F, Wang F, Wang A M, et al.Sediment lead enrichment records and its environment significances of oxbow lakes in Jingjiang Section of the Yangtze River during last100 years [J].Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2015, 24(11): 1935—1943 [贾铁飞, 王峰, 王阿敏,等.近百年来长江中游牛轭湖沉积物铅元素富集记录及其环境意义——以长江荆江段牛轭湖群为例.长江流域资源与环境, 2015, 24(11): 1935—1943]

[39]Jia T F, Wang F, Yuan S F.Oxbow lake sedimentary characteristics and their environmental significance in Tianezhou and Zhongzhouzi Lakes in the middle Yangtze River [J].Geographical Research, 2015, 34(5): 861—871 [贾铁飞, 王峰, 袁世飞.长江中游沿江牛轭湖沉积及其环境意义—以长江荆江段天鹅洲、中洲子为例.地理研究, 2015, 34(5): 861—871]

[40]Wang F.Sedimentary characteristics and their environmental significance of oxbow lakes in Jingjiang Section of the Yangtze River during last 100 years [D].Thesis for Master of Science.Shanghai Normal University, Shanghai.2015 [王峰.近百年来长江中游牛轭湖沉积特征及其环境意义—以长江荆江段牛轭湖群为例.硕士学位论文, 上海师范大学, 上海.2015]

[41]Yang F X, Zhang Q H, Xu Y, et al.Preliminary hazard assessment of polychlorinated biphenyls, polybrominated diphenyl ethers, and polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans to Yangtze finless porpoise in Dongting Lake, China [J].Environmental Toxicology and Chemistry, 2008, 27(4): 991—996

[42]Tong W W.Studies on persistent organic pollutants accumulation in Yangtze finless porpoise and its habitats [D].Thesis for Doctor of Science.Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan.2009 [童玮玮.持久性有机污染物在长江江豚体内及其栖息地中的积累规律研究.博士学位论文, 中国科学院水生生物研究所,武汉.2009]

[43]Mao Z G, Gu X H, Zeng Q F, et al.Status and changes of fishery resources (2009-2010) in Lake Taihu and their responses to water eutrophication [J].Journal of Lake Sciences, 2011, 23(6): 967—973 [毛志刚, 谷孝鸿, 曾庆飞,等.太湖渔业资源现状(2009-2010年)及与水体富营养化关系浅析.湖泊科学, 2011, 23(6): 967—973]

PROGRESS IN STUDIES ON WATER ECOLOGY IN TIAN’E ZHOU OXBOW

WU Jun-Mei1, ZHOU Qiao-Hong1, XU Dong1, GONG Cheng2, WU Zhen-Bin1and HE Feng1

(1.State Key Laboratory of Freshwater Ecology and Biotechnology, Institute of Hydrobiology, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430072, China; 2.Baiji National Natural Reserve of the Tian’e Zhou Oxbow in Yangtze River, Shishou 434400, China)

In the early 1990s, the Tian’e Zhou Oxbow in Yangtze River in Hubei Province had good water quality and rich fish resources, which was considered to be an ideal location for the establishment of semi-natural reserve for Yangtze finless porpoise (Neophocaena asiaeorientalis asiaeorientalis) and germplasm ecological reservoir for four major Chinese carps.Consequently, water ecology researches on Tian’e Zhou Oxbow from the environmental factor of water quality and sediments, the biological factor of phytoplankton, zooplankton, zoobenthos and aquatic macrophytes, as well as the resource factor of primary productivity, fish potential production and fish resource have made great progress with the successful implementation of the ex-situ conservation for Yangtze finless porpoise.The water quality in Tian’e Zhou Oxbow showed a trend of deterioration.The number of phytoplankton increased by two orders of magnitude, and the form of phytoplankton changed from single-celled individuals to multicellular colony, and cyanobacteria with gelatinous envelope displayed an absolute predominance in species and densities.The dominant species of zooplankton showed a trend of miniaturization.The density of zoobenthos decreased dramatically.Aquatic macrophytes displayed a trend of gradual recession.Fish resources showed a downward trend.The chemical evaluation and biological assessment of water quality and human activities on Tian’e Zhou Oxbow indicated that disconnection between Oxbow lake and Yangtze River, fishery activity and environmental pollution were the main factors impacting water ecology of Tian’e Zhou Oxbow, which affected the sustainability of Yangtze finless porpoise through water quality, bait resources and habitat.Five suggestions were proposed to protect water environment quality and water ecological health, and then maintain the sustainable survival of Yangtze finless porpoise.First, the connecting engineering between Tian’e Zhou Oxbow and Yangtze River should be implemented to restore the water ecological characteristics and improve the heterogeneity of physicochemical environment.Second, nutrient loading from internal and external source should be controlled to improve the water quality of Tian’e Zhou Oxbow.Third, the condition of water quality, sediments and aquatic organisms should be monitored continuously to establish the database of water ecology.Fourth,ecological restoration project should be implemented to improve the biodiversity of aquatic organism in Tian’e Zhou Oxbow.Finally, fishery activity should be regulated to optimize fishery resources.

Tian’e Zhou Oxbow; Water quality; Sediments; Aquatic organisms; Fish resources

Q178.1

A

1000-3207(2017)04-0935-12

10.7541/2017.117

2016-07-11;

2017-01-17

长江航道局委托项目“航道整治工程影响区域生态修复技术研究”; 湖北省技术创新专项软科学研究类项目“湖北省人工湿地工程调研和管理信息系统设计与实现”资助 [Supported by the Authorized Project by Changjiang Waterway Bureau “Ecological Restoration Technology in the Affected Region of Waterway Regulation Engineering”; the Soft Science Research Project of Technological Innovation Special Project in Hubei Province “Engineering Survey and the Design and Implementation of Management Information System of Constructed Wetlands in Hubei Province”, No.2016ADC101]

武俊梅(1985—), 女, 湖北仙桃人; 博士, 工程师; 研究方向为生态工程技术研发和应用。E-mail: wujunmei@ihb.ac.cn

贺锋, E-mail: hefeng@ihb.ac.cn