日本有明海及周边水域刀鲚耳石微化学研究

刘洪波，姜 涛，轩中亚，邱 晨，杨 健,

( 1.中国水产科学研究院 淡水渔业研究中心，长江中下游渔业生态环境评价和资源养护重点实验室，江苏 无锡 214081; 2.南京农业大学 无锡渔业学院，江苏 无锡 214081 )

除我国外，刀鲚(Coilianasus)在日本也有分布，但仅限于九州有明海海域及与之相连的河流中，是当地重要的渔业资源[1]，对地方经济有举足轻重的作用[2]。有明海及其周边水域盐度适中，潮间带广，饵料丰富，河川众多，淡水资源充沛，很适合刀鲚栖息[3]。近些年由于筑坝、围堰等人类活动影响[4]，刀鲚渔获量急剧下滑，已被列入日本珍稀野生水生生物“危急种”目录[3]。

迄今通常认为，有明海及周边水域的刀鲚为溯河洄游生态型，亲鱼生殖洄游时仅进入与有明海相连通筑后川中的产卵场产卵[5]；有明海及其周边水域的刀鲚资源均孵化起源于筑后川中。而汇入有明海的河流多达112条[3]，且除筑后川外，其他河川尚缺乏对刀鲚的长期实质性调查。最近的研究发现，在与有明海相通的六角川也采到了刀鲚的受精卵和各种体长规格个体[6-7]；故笔者认为，对刀鲚这种倾向母河回归、洄游生活史多样的鱼类而言[8-9]有必要从新角度来再确认目前有明海及其周边筑后川和六角川中刀鲚真实的生态型分布、生活史模式和资源起源等特征。

近年来，耳石微化学研究已成功运用于包括刀鲚在内的洄游型鱼类的生活史重建和环境履历的破解等领域[9-12]。鱼类耳石核心形成于受精卵孵化期，之后耳石围绕着核心沉积生长；从核心到边缘区的元素[如锶(Sr)、钙(Ca)]组成通常按鱼类从出生到被捕获时间序列先后客观记录着其所经历的不同空间生境履历，且具有代谢惰性[13-14]。由于元素在耳石中沉积的稳定性和生境相关性, 即使仅有数枚标本的微化学研究也可以客观、准确地反演出鱼类全生活史生境的动态变化过程[15]。笔者拟基于近期在日本有明海及其周边筑后川和六角川采捕到的刀鲚，利用电子探针耳石微化学分析技术，反演3种水域刀鲚的生活史过程，重建其生境履历特征,辨识其不同的生态类型，推定其孵化起源的生境，并与我国刀鲚耳石微化学的相关研究结果进行比较，以期为中日两国刀鲚资源的养护提供有益的参考和借鉴。

1 材料与方法

本研究涉及的日本有明海及其周边的筑后川和六角川采集刀鲚样本共17尾，详细信息见表1，采样地点见图1。

表1 本研究所用刀鲚的标本信息

图1 有明海及其周边筑后川和六角川刀鲚的采样点示意

刀鲚耳石前处理主要参照笔者实验室前期的方法[9,16-17]，即统一使用矢耳石，耳石样本取出后，用去离子水洗净并干燥，平整面朝下，将耳石整体包埋于环氧树脂(EpoFix，丹麦Struers公司)中。待包埋样本完全固化后，对其切割及碾磨(Discoplan-TS型，丹麦Struers公司)。耳石样本经粗磨至精磨后使耳石核心暴露，再经磨抛机(LaboPol-35，丹麦Struers公司)表面抛光。于Milli-Q水超声波水浴5 min后晾干，真空镀膜机(JEE-420，日本电子株式会社)镀碳膜后，用电子微探针分析仪(Electron Probe Microanalyzer，EPMA；JXA-8100，日本电子株式会社)进行耳石微化学测定。包括从其核心顺着最长轴依次向边缘进行Sr、Ca元素含量定量线分析测定，及对耳石过核心截面Sr强度进行面分布图谱分析。仪器分析设定条件见表2。测定结果用标准物质钛酸锶(SrTiO3)和碳酸钙(CaCO3)来检验。

表2 本研究电子微探针分析仪测定参数

按惯例，根据氧化锶(SrO)和氧化钙(CaO)的分子量将Sr∶Ca含量比值标准化为Sr∶Ca×103。参考基于t-检验的序贯格局转换分析法(STARS)[18-20]，运用Excel 2013导出和分析数据。稳态转换依截断长度为10、置信度水平为0.1、权重为1参数来设定。参考笔者前期对不同海域或地区刀鲚耳石微化学研究[15,20-21]所获规律来区分其不同盐度的生境，即耳石对应淡水、半咸水、海水生境的Sr∶Ca×103值分别为≤3，3～7，>7；在相应耳石Sr强度分色面分布分析上，三者分别对应于蓝色、绿黄色、红色图谱。

为有效区分洄游性鱼类早期生活史阶段对淡水生境的依存程度，参考文献[22]，引入淡水系数(FC)的概念，计算公式如下：

FC=Lf/LT

式中，LT为耳石定量线分析的最长轴，Lf为自耳石核心开始连续对应淡水生境Sr∶Ca×103值≤3的耳石半径长度。

2 结 果

日本有明海及周边水域刀鲚耳石从核心(0 μm)至边缘Sr∶Ca定量线分析结果见图2。样本Sr元素面分布图谱分析结果见图3。各刀鲚样品的生态类型的分类见表3。

2.1 有明海刀鲚耳石元素的微化学

6尾有明海幼鱼起源于淡水；但依据其耳石上对应淡水环境区域的不同，又可将其分为3种生活史模式。YMH1、3、6可归为一种模式。它们在淡水孵化并生长一段时间(第一阶段对应淡水区域径长为210～300 μm)后转换进盐度较高的水域中栖息(图2)，该类个体的淡水系数在0.2～0.3间(表3)；之后，依个体的不同，其可分别在淡水(蓝色环)、半咸水(绿黄色环)或海水(红色环)环境间活动(图3)，直至被捕获;YMH2则是另一种模式。该个体在淡水域孵化并生长较长时间(第一阶段对应淡水区域径长达1070 μm)，淡水系数高达0.93(表3)，在被捕获之前刚入海不久(对应半咸水区域始末点径长差值仅90 μm);YMH4、5则属于第3种模式(图2)。它们亦在淡水中孵化(第一阶段淡水径长40～50 μm)，但淡水系数<0.1(表3)，能较早地适应高盐度半咸水或海水环境。生活史大部分时间在有明海较高或高盐度(红绿色环)水域中度过(图3)。

2.2 六角川刀鲚耳石元素的微化学

六角川鱼样本均为1～2龄(图2、图3之LJC27、29、33、37、40)，依据其耳石微化学类型的不同，可将其分为两种类型。LJC29、33在淡水孵化并发育一段时间(第一阶段淡水径长170～290 μm)，淡水系数在0.1～0.2间(表3)，然后才降河至河口半咸水直至海水生境栖息，随后的生长期间可在淡水和半咸水环境间转换；LJC40亦在淡水出生孵化，但第一阶段淡水径长50 μm，淡水系数仅为0.03(表3)，随后的生活史过程均显示河口半咸水环境履历；LJC27、37则在河口半咸水环境出生孵化，淡水系数为0 (特别是LJC27)，全生活史几乎无淡水栖息的履历(图3)。

2.3 筑后川刀鲚耳石元素的微化学

筑后川刀鲚样本中，ZHC3、5、6在淡水孵化(第一阶段的淡水径长90～390 μm)，但之后的生境履历各不相同，ZHC3的淡水系数仅为0.04(表3)，孵化不久即进入河口半咸水环境。ZHC5、6的淡水系数约0.2(表3)，表明在淡水域孵化并发育一段时间后再入海，待发育至成鱼后溯河洄游至筑后川样点被捕获(图2，图3)。ZHC1、2、4则在半咸水环境孵化，淡水系数为0，生活史绝大部分时间显示半咸水甚至远岸海水(红色环)履历(图3)。

图2 刀鲚耳石的Sr∶Ca比值波动(灰线)和趋势转换(黑线)

图3 刀鲚耳石Sr含量的面分布

表3 本研究中刀鲚的生态类型及其生境模式

3 讨 论

3.1 本研究基于刀鲚耳石元素微化学反演生境的可靠性

由于环境元素在耳石中沉积的稳定性和生境相关性, 即使仅有数枚耳石标本的微化学研究也可以客观、准确地反演出鱼类全生活史生境的动态变化过程并重建其生境履历的模式。迄今国内外许多相关研究中不同种类或种群鱼类耳石的样本数都并不大，但仍然不影响其相应结论的可靠性，如鄱阳湖刀鲚的标本数为2[23]，信江刀鲚的样本数为7[15]，黄河口、长江口、杭州湾、瓯江口的信江刀鲚样本数分别为10、9、12、10[19]，钱塘江刀鲚的标本数为23[21]，常熟刀鲚的样本数为16[24]；长江口鲻鱼(Mugilcephalus)的样本数为3[25]，太湖湖鲚(C.ectenestaihuensis)、长江口刀鲚、凤鲚(C.mystus)的样本数分别为7、14、10[26]；日本32个河流样点吻虾虎鱼(Rhinogobiussp.)的标本数分别为1～5尾/样点不等[27]，斐济豹纹裸胸鳝(Gymnothoraxpolyuranodon)的标本数为4[28]等。因此，虽然本研究中刀鲚的总样本数为17，并不大，但其结果的可靠性应该是有保证的。

3.2 刀鲚的生态类型和生境履历模式

迄今的捕捞调查认为，日本分布的刀鲚全是溯河洄游生态型[29]，即其整个生活史要经历在淡水的孵化及仔稚鱼发育，幼鱼在河口半咸水水域生长，再到有明海远岸高盐度海水中发育至性成熟后，溯河进筑后川淡水环境的产卵场繁殖等不同盐度生境转换过程[30]。本研究基于前述具有全生活史时间及空间纪录性、沉积稳定性和生境相关性的耳石微化学结果却发现，采自有明海、六角川和筑后川刀鲚个体淡—海水生境转换存在差异性，但总体上归纳为2种生态类型(表3、图4)。其一为淡水产卵场起源型。它又可细分为3种生态模式：(1)适度淡水依存型[31]。有明海的YMH1、3、6，六角川的LJC29、33及筑后川的ZHC5、6刀鲚均为此类，该类型的耳石都有一个明显的蓝色核心区域，意味着这些个体均在距河口较远的淡水域出生(耳石上第一阶段淡水径长500 μm以内，0.1<淡水系数<0.3)，孵化后的仔稚鱼在淡水生长几个月后入海，按照先半咸水(绿色环纹)再海水(红色环纹)的顺序，完成自河口入海的生境转换，生长发育到2龄左右性成熟后再回到河川淡水中繁殖。(2)长期淡水依存型[31]。有明海刀鲚YMH2在距河口很远的淡水水域出生，孵化后有相当长的时间需在淡水发育(第一阶段淡水径长达1070 μm，淡水系数0.93)，但仍需经历咸淡水环境转换后在海区发育至性成熟。(3)非淡水依存型。有明海YMH4、5，六角川LJC40和筑后川的ZHC3刀鲚个体在淡水环境出生(第一阶段淡水径长40～90 μm，淡水系数0.1)，几乎没有明显的蓝色核心区域(图3)，孵化后短期之内即进入半咸水环境生长，对淡水的依存度很低。其二为非淡水产卵场起源型。六角川样本LJC27、37及筑后川样本ZHC1、2、4等刀鲚个体均在咸淡水区域出生孵化(3

图4 基于耳石微化学的本研究刀鲚生境履历模式

3.3 日本有明海及周边水域刀鲚的资源组成和生境特征

本研究基于耳石微化学所获生活史过程、生境履历、生态类型、孵化起源环境多样性的趋势说明，有明海及其周边筑后川和六角川水域刀鲚资源群体的个体组成非常复杂。它们很可能来自不同的产卵场。同时，非淡水起源类型个体的发现则显示，除传统上淡水区域的产卵场外，河口外的半咸水或海水区域也应存在有刀鲚的产卵场。

距筑后川河口23 km处的城岛町附近水域是刀鲚传统的产卵场(图1)，其上游即为筑后川大坝[32]。笔者以前对在该产卵场水域所捕刀鲚的微化学研究发现，耳石核心均有较大范围的低Sr蓝色区域，表明该处刀鲚入海前需在淡水孵化并滞留较长时间[16]。本研究中有明海的适度淡水依存型(YMH1、3、6)和长期淡水依存型(YMH2)的刀鲚个体与之类似，但与本研究分析的已进入高繁殖期的筑后川大川市附近水域刀鲚成鱼的类型明显不同。后者甚至出现了耳石核心无明显蓝色区域的个体(图3，ZHC1、2、4)。因大川市水域更接近河口，位于传统的城岛町附近水域产卵场下游8 km处(图1)，且多数样本已达性成熟Ⅴ期，故前者水域极有可能是刀鲚筑后川中一个尚未被发现的产卵场。

一般认为，刀鲚必须在淡水区繁殖并发育一段时间后方可进入较高盐度半咸水或海水生境，因为后者易导致受精卵死亡和仔鱼畸形[33-34]。伊藤等[6]认为，体长为5.9～182 mm的刀鲚均为仔稚鱼。松井等[35]认为刀鲚产卵成鱼体长一般应大于250 mm(雌280～370 mm,雄250～350 mm)。本研究中有明海和六角川采样点刀鲚个体的体长分别为68～126 mm和201～218 mm，应该分别对应于刀鲚仔稚鱼和幼鱼期，而筑后川刀鲚个体的体长为301～313 mm，已达到成鱼规格；但其中一些幼鱼(LJC27、37)或成鱼(ZHC1、2、4)耳石的微化学结果却表明其非淡水产卵场起源型的特征，即刀鲚不一定非要在淡水区繁殖和发育，却可以直接在河口半咸水域出生孵化。这种类型的个体甚至可占到本研究17尾刀鲚的30%(图3、表3)。这种现象反映出，除相关水域传统淡水起源的资源补充量外，非传统上的河口域半咸水起源的补充量同样不可忽视。在我国瓯江[22]和钱塘江[21]的刀鲚资源群体中也发现有类似的情况。筑后川河口与有明海常年有大片的海淡水交汇区，高潮时半咸水可迅速深入至筑后川内23 km的范围[26]。这些环境特征均与强潮型的瓯江[36]和钱塘江[37]十分类似。这种为适应不同栖息地环境而衍生出新生活史模式亦发生在同为鲚属鱼类的凤鲚和七丝鲚(C.grayii)上[38]。

3.4 人类活动对日本有明海及周边水域刀鲚资源和生境可能的影响

刀鲚被认为是母河回归繁殖的鱼类[8-9]。对这类江—海洄游鱼而言，其遗传多样性偏低[39]，但也有可能出现非江—海洄游的繁群。不进入淡水生长的海生鳗鲡(Anguillajaponica)[12]也是这种现象的实例。对有明海及其周边水域刀鲚而言，出现不同生态类型的原因可能与其传统生境的改变密不可分，如随着有明海谏早湾围垦工程(图1)的完工，在蓄水坝内已出现了无法入海的刀鲚淡水陆封种群[40]。筑后川大坝的建成也造成了坝址以上刀鲚的产卵场消失。不同刀鲚群体对逐渐被压缩的产卵场及栖息地生境的竞争，也很可能导致海生刀鲚的出现。虽然陆封和海生刀鲚的出现只是该鱼种为适应环境变化而被迫采取的应对策略，但营养价值和经济价值更高的淡水起源(即溯河洄游)刀鲚却因生境破坏、洄游通道受阻等原因导致资源量大幅下降，势必会对其传统渔业造成不利影响。这种现象值得引起中日两国渔业管理部门和科研人员的高度关注。

4 结 论

刀鲚在日本被称为大陆遗存种[40-41]，有明海及周边水域刀鲚生境与我国长江口及周边水域刀鲚生境极为相似[22,42]。目前两国相关水域溯河洄游的刀鲚资源均面临着严重的衰退[2,43-44]。基于耳石微化学的分析，本研究发现，有明海海区及六角川、筑后川河口水域刀鲚有着生态类型(淡水产卵场起源型和非淡水产卵场起源型)及生境履历模式(适度淡水依存型、长期淡水依存型、非淡水依存型)的多样性特征，反映出3种水域分布刀鲚生活史和生境需求的可塑性及对不同盐度生境较好的适应性。如前所述，耳石微化学特征因具有客观、准确、代谢惰性、沉积稳定性和生境相关性优势，的确可以在客观分析刀鲚的生境履历、生态类型、孵化场环境等方面起到重要作用。这些信息也可以为中日两国刀鲚资源的养护提供急需的基础资料。

致 谢

日本有明海及其周边筑后川和六角川刀鲚标本的采集得到了日本九州大学农学院大嶋雄治教授的帮助，谨表谢意！