儒艮保护区秋冬季鱼类多样性研究

张 迪,戴建华,孟祥垚,杨宝田,张宏科,周 煜,乔 莹,陈炳耀

(1.沈阳师范大学生命科学学院,辽宁 沈阳 110034) (2.南京师范大学生命科学学院,江苏 南京 210023) (3.广西壮族自治区合浦儒艮国家级自然保护区管理中心,广西 北海 536000) (4.自然资源部第四海洋研究所,北部湾鲸豚研究与保护中心,广西 北海 536000)

广西合浦儒艮国家级自然保护区(以下简称:儒艮保护区)位于北部湾的东北部,最初成立于1986年,1992年经国务院批准,升级为国家级自然保护区,是全国唯一的儒艮(Dugong)保护区,也是北部湾目前唯一以海洋哺乳动物为保护对象的国家级自然保护区. 目前儒艮在保护区内数量极少,2002年之后未见实体,现在儒艮保护区以保护中华白海豚(Sousachinensis)和印太江豚(Neophocaenaphocaenoides)为主. 中华白海豚和印太江豚以鱼类为食,渔业资源的丰富度与可获得度,可能是影响它们分布的最主要因素[1].

北部湾是我国著名的渔场,鱼类多样性高,资源量丰富,北部湾自然条件优越,生态系统完整. 前期研究表明,北部湾海域共记录鱼类626种,隶属2纲27目371属[2];沿岸海区鱼类有326种[3];北部湾东北部海域2009年至2010年共有鱼类209种,隶属于15目、70科、119属[4]. 但是,在经历长期的捕捞之后,北部湾渔业资源出现了明显的衰退[5],渔业资源密度在1962年至1992年下降了57%,1992年至1998年又下降了57%,1962年至1998年渔业资源密度下降81%[6]. 北部湾东北部海域潜在渔业资源量为1.092×105t/a,最大可捕量为5.460×104t/a,但是目前每年的捕捞量达到2.190×106t,是最大可捕量的40.1倍,捕捞能力严重过度[4].

目前,对儒艮保护区内的鱼类资源研究并不多[7],仍然缺乏较为科学的了解,不利于对儒艮保护区内重点保护动物的科学保护. 同时,儒艮保护区及附近海域是沙田、草潭等沿海渔村的主要捕鱼区域,渔业资源变化较快,也需要监测. 综上,在2018—2019年对儒艮保护区及其附近海域进行了渔业资源的拖网调查,丰富北部湾鱼类资源基础资料,并提出相关保护与管理建议.

1 材料与方法

1.1 调查区域

儒艮保护区界线坐标(21°30.00′,109°38.50′)(21°30.00′,109°46.50′)(21°18.00′,109°34.50′)(21°18.00′,109°44.00′)四点0 m等深线以下的海域内,北侧海岸线全长15.6 km,总面积309.4 km2,其中广西范围面积189.7 km2,广东范围面积119.7 km2[8]. 由于儒艮保护区北侧近岸水浅,船只无法行进,同时基于以往调查结果,确定本次调查范围为儒艮保护区中南部及邻近的铁山港、草潭部分海域,鱼类资源调查共布设12个站点(图1).

图1 2018—2019年儒艮保护区及其邻近海域拖网站点位置Fig.1 Location of trawling sites in Hepu Dugong Nature Reserve and adjacent waters between 2018 and 2019

1.2 调查内容和方法

渔业资源调查分别在2018年10月(秋季),2019年1月(冬季),2019年10月(秋季)进行3航次底拖网调查,保证基本的调查力度,以满足渔业资源季节性和年际间的对比分析.

所有底拖网调查均使用同一艘单拖网渔船(船长15 m,功率36 kw). 网具主要参数:网口960目,网目尺寸43 mm,网口周长41.28 m,网囊网目20 mm,网长12 m,上纲长度约45 m. 调查时间均选在天气较好的白天,拖网行驶方向统一为站点的正南方,拖网速度严格控制在2 kn左右,保持恒定拖速. 每个站点拖曳1 h.

参考Eschmeyer等[9]的鱼类分类系统和《中国海洋鱼类》[10],对采集的鱼类进行物种鉴定. 按照中华人民共和国原农业部《海洋渔业资源调查规范》SC/T9403—2012要求记录渔获物的数量和体重等数据,用于计算渔获物的优势度及渔获率.

1.3 分析方法

1.3.1 鱼类的渔获率

鱼类渔获率的计算采用指数(y)的计算公式:y=m/t,式中m为渔获种类的质量(kg),t为各站拖网作业时间(h)[3].

1.3.2 重要性指数IRI分析

采用相对重要性指数IRI来评价鱼类的优势度,该指数综合了物种体重、数量和出现频率[10-11],应用比较广泛.IRI公式如下[12-14]:IRI=(N+W)×F×10 000.式中:N表示某特定物种的渔获数量与总渔获数量的比值(%);W表示某特定物种的渔获重量与总渔获重量的比值(%);F为某特定物种的站位出现频率,即某特定物种有渔获的站位数量占整个调查航次总站位数的比例(%).若IRI≥1 000被定义为优势种,100≤IRI<1 000定为重要种,10≤IRI<100定为常见种,IRI<10定为少见种[12-14].

1.3.3 群落结构相似性分析

使用软件SPSS 24.0选用系统聚类的Q型分类法,距离测量选择欧氏距离的平方,聚类方式选组间均联法[15]生成系统聚类分析树状图. 分析其群落结构相似性.

聚类分析是研究“物以类聚”的系统方法,定量计算指标间距离,以确定样本亲疏关系. 系统聚类是最常用的聚类方法,其基本原理是先将n个样本各看成一类,然后定义并计算这n类间的距离,将距离最小两类合并成新类,再在这n-1 类中找出距离最小的两类合并,变为n-2类;重复上述步骤,直至所有的样本都聚成一大类,最终根据实际问题的特征进行分类[16]. 聚类树状图能清晰表现聚类动态的全过程. 它将实际距离按比例调整到 0～25 的范围内,用逐级连线的方式连接性质相近的案例,直到聚为一类. 在距离标尺中根据需要选定一个划分类的距离值,然后垂直标尺画线,该垂线将与水平连线相交,交点数即为分类的类别数[15]. 聚类结果分析差异性越小,在树状图中表现为距离越短,从而越容易聚为一类;差异性越大,就越晚聚为一类[17].

1.3.4 鱼类多样性指数

鱼类多样性指数采用G-F指数法,其公式分别为:

G-F指数:

DG-F=1-DG/DF.

式中,Pi=Ski/Sk,Ski为鱼类名录中k科i属中的物种数;Sk为名录中k科中的物种数;n为k科中的属数;m为名录中鱼类的科数.qj=Sj/S,Sj为属中的物种数,S为名录中鱼类的物种数,P为名录中的属数.G-F指数是0～1的测度,非单种的科越多,G-F指数越高,反之,该指数值越低.G-F指数仅从属、种水平和单种科的多寡来反映某一地区较长一段时间的物种多样性,而不必考虑种群数量和均匀度[18-21].

2 结果与讨论

2.1 鱼类资源组成及优势种

2018年10月—2019年10月共完成26站次的渔业资源调查,每个站点的渔获量是不同的(图2). 鱼类总重73.165 kg,共计鱼类124种,隶属14目44科92属(表1). 由于调查期间,部分站点正被其他渔船拖网作业,2018年10月完成7个站点的渔业资源调查,鱼类总重37.1 kg,尾数1 182条,46种,平均鱼类个体重量31.39 g,平均渔获率为5.3 kg/h;同样原因,2019年1月仅完成7个站点的渔业资源调查,鱼类总重9.495 kg,尾数608条,50种,平均鱼类个体重量15.62 g,平均渔获率为1.37 kg/h;2019年10月完成所有12个站点渔业资源调查,鱼类总重26.57 kg,尾数1 957条,108种,平均鱼类个体重量13.58 g,平均渔获率为2.21 kg/h.

图2 2018—2019年儒艮保护区及其邻近海域鱼类资源拖网站点平均渔获率Fig.2 The average catch rate of fish resources in Hepu Dugong Nature Reserve and adjacent waters between 2018 and 2019

依据相对重要性指数IRI(表1)显示:2018年10月线纹鳗鲶(Plotosuslineatus)为优势种,日本海鰶(Nematalosajaponica)、黄棘颈斑鲾(Nuchequulamannusella)和横纹东方鲀(横纹多纪鲀)(Takifuguoblongus)为重要种;2019年1月铅点东方鲀(Takifuguoblongus)和犬牙缰鰕虎鱼(Amoyacaninus)为优势种,红鳍拟鳞鲉(Paracentropogonrubripinnis)、粗高鳍鲉(Vespiculatrachinoides)、长棘拟鳞鲉(Paracentropogonlongispinis)、瘤眶棘鲬(Sorsogonatuberculata)、多鳞鱚(Sillagosihama)、黑棘鲷(Acanthopagrusschlegelii)、眼斑拟鲈(Parapercisommatura)、沙带鱼(Lepturacanthussavala)、卵鳎(Soleaovata)和棕斑兔头鲀(Lagocephalusspadiceus)为重要种;2019年10月条马鲾(Equulitesrivulatus)、鹿斑仰口鲾(Secutorruconius)为其中优势种,黑尾吻鳗(Rhynchocymbaectenurus)、日本海鰶、线纹鳗鲶、多鳞鱚、游鳍叶鲹(Atulemate)、条纹叫姑鱼(Johniusfasciatus)、大头银姑鱼(Pennahiamacrocephalus)、长丝犁突鰕虎鱼(Myersinafilifer)和犬牙缰鰕虎鱼为重要种.

表1 2018—2019年儒艮保护区及其邻近海域鱼类多样性组成及相对重要性指数Table 1 Species composition and index of relative importance of fish diversity in Hepu Dugong Nature Reserve and adjacent waters between 2018 and 2019

续表1Table 1 continued

续表1Table 1 continued

本研究共渔获124种鱼类,对比同一海域在2003—2004年仅识别56种的结果[7],相差较大,可能主要是源于调查频次和调查范围的差异. 王倩等[7]仅布置了4个位点,且调查了2次,而在3个时期分别布设了7、7和12个位点,调查力度要远超王倩等[7]. 因此,调查的鱼类种类数多于王倩等[7]是比较合理的,并不支持鱼类种类的增多.

袁华荣等[3]在2009—2010年北部湾东北部海域识别鱼类209种,同时发现,早在2011年游泳生物个体普遍出现了小型化、低龄化、低质化的现象. 本次调查也发现了此现象,鲾科最为明显,捕获的个体平均重量不及5 g. 鲉科及鲽形目也以小型见多,这在一定程度上都说明北部湾海域鱼类资源正在下降.

2.2 季节及年际变化

由于天气原因等客观因素,每一个阶段能调查的站点不完全一致,本研究仅对比三个阶段均调查过的6个站点(2#、3#、4#、5#、7#和8#站点)的数据(图3). 2018年10月鱼类平均渔获率,除7#站点外,其余5个站点均高于2019年10月平均渔获率. 2019年10月相比2019年1月,4#和7#站点平均渔获率较高,但是2#、5#和8#站点的平均渔获率均略低于1月份.

图3 2018—2019年儒艮保护区及其邻近海域 各站点鱼类平均渔获率对比Fig.3 Comparison of fish catch rate of six trawling sites in Hepu Dugong Nature Reserve and adjacent waters between 2018 and 2019

虽然王倩等[7]未提及渔获物的重量、数量等相关信息,无法对比13年前的鱼类密度的变化,但是结果与1962年至1998年渔业资源相比密度下降81%[5],北部湾东北部海域的过度捕捞40倍[3]的趋势是相符的. 而2019年10月部分站点的捕获量超过了同年1月,可能是与南海禁渔期使部分渔业资源得到休憩和恢复有关. 相对重要性IRI指数表明,主要优势种更换率100%,说明优势种存在一定的时间上的差异,这可能也与季节性鱼的洄游和繁殖有关系.

2.3 聚类结果

2018年10月,鱼类群落聚类分析可看出,在距离为10的相似性水平上,可以将各调查站点分为3组,第一组群为7号站点,第二组群为4、6号站点,第三组群为2、3、5、8号站点(图4,左). 2019年1月(图4,中),在距离为10的相似性水平上,可以将各调查站点分为3组,第一组群为8号站点,第二组群为4、5号站点,第三群组为1、2、3、7号站点. 2019年10月(图4,右),在距离为10的相似性水平上,可以将各调查站点分为5组,第一组群为7号站点,第二组群为10号站点,第三群组为12号站点,第四群组为5、6、9、11号站点,第五群组为1、2、3、4、8号站点.

图4 2018年10月(左)、2019年1月(中)和2019年10月(右)各站点鱼类群落聚类分析结果Fig.4 Cluster analysis results of fish community of each trawling sites in October 2018(left), January 2019(middle)and October 2019(right)

通过聚类分析结果可以看出,儒艮保护区及其邻近海域鱼类群落结构空间季节性差异较明显,远岸海域站点相似度较高,铁山港、英罗港和草潭近岸海域均与远岸海域相似性不高,可能是水文环境不同,导致群落的基本特征差异性较大[22].

2.4 鱼类多样性

鱼类多样性G-F指数法结果如下:2018年10月属多样性指数G指数(DG)为2.33,科多样性指数F指数(DF)为7.31,属-科多样性指数(G-F指数)为0.68.2019年1月属多样性指数G指数(DG)为2.49,科多样性指数F指数(DF)为9.78,属-科多样性指数(G-F指数)为0.75.2018年10月属多样性指数G指数(DG)为4.87,科多样性指数F指数(DF)为16.55,属-科多样性指数(G-F指数)为0.71.3次调查平均属多样性指数G指数(DG)为3.23,平均科多样性指数F指数(DF)为11.21,平均属-科多样性指数(G-F指数)为0.71.

3次调查的属多样性指数G指数(DG)和科多样性指数F指数(DF)均呈现出增长趋势,但是属多样性增长显然没有科多样性增长速度快.G-F指数从0.68上升到0.75再降低 0.71.表明2018年10月到2019年1月群落中非单种科的数目在上升,种级物种分化渐为强烈,属的生物多样性在升高.而2019年1月到2019年10月略有下降,捕获的物种数却升高,说明群落中单种科的数目显著上升,且高于种级物种分化速度,鱼类物种多样性在上升.

注:数据来源广西都安澄江国家湿地公园[19]、象山湾、台州湾、三门湾、乐清湾、杭州湾[20]、清流罗口溪[21].图5 儒艮保护区DG、DF和G-F指数与其他水域的比较Fig.5 Comparison of DG,DF and G-F indices of Hepu Dugong Nature Reserve with other waters

由图5可以看出,儒艮保护区的平均科多样性指数F指数(DF)高于其他流域,说明儒艮保护区科多样性较高;儒艮保护区的属-科多样性指数(G-F指数)均高于其他水域,表明其非单种的科比较多,物种多样性较高.

生物多样性可视作所有生物不可降低的复杂性,不存在一个单一的客观的指数测度生物多样性,只存在与特定目的相关的测定方法[21-23].G-F指数从属、种水平和单种科的多寡来反映某一地区较长一段时间的物种多样性,而不必考虑种群数量和均匀度[18].本文利用G-F指数对不同年份数据分析可知,儒艮保护区及其邻近海域属多样性指数G指数(DG)和科多样性指数F指数(DF)均呈现出增长趋势,但2019年10月科多样性指数F指数(DF)增长趋势迅猛,造成此现象的原因可能是2019年10月增加调查5个站点,而儒艮保护区及其邻近海域鱼类群落空间差异较大,增设的站点与之前站点的水文环境不同,拥有许多特有的物种.通过对比其他水域的各项指数,儒艮保护区及其邻近海域鱼类的科多样性还是比较高的,但属的多样性略低,说明虽然儒艮保护区的生物多样性较高,但是属内种级分化是较弱的,说明属内种间可能存在较大竞争压力.

2.5 面临的威胁及保护

目前儒艮保护区内主要的保护对象是中华白海豚和江豚,而鱼类资源是中华白海豚和江豚的主要食物.导致鱼类资源的下降有很多原因.北部湾一直处于过度捕捞状态,沿岸海域渔业资源衰退更为严重[24].截至2017年,北部湾沿岸地区(广东、广西、海南)的捕捞生产渔船96 542艘,总功率达416.1万kw[25].沿岸工厂、港口建设和污水排放,造成了水体污染和栖息地的破坏,这也会造成鱼类资源的下降[26-27].拖网对海床的破坏力很大,还会不可避免的影响鱼类的洄游路线和繁殖场,影响鱼类的繁殖和补充群体的增加[28].

目前,对鱼类资源的保护措施起到了一定成效.北部湾休渔时间为每年的5月1日12时至8月16日12时,经过休渔期后,鱼类大量繁殖生长,所以2019年10月的鱼类资源较2019年1月有所回升.但是,休渔期过后报复性的捕捞,会使休渔期的作用大打折扣.针对目前存在的实际问题,建议尽快完成立法,将捕捞网具的网目大小调高,只捕捞大鱼,避免捕捞仔鱼;赋予儒艮保护区管理中心执法权,严厉处罚电拖网的使用者,避免将大鱼小鱼一窝端的现象;有序降低捕捞量,恢复到正常程度;对于鱼类生物多样性较高,与其他海域鱼类相似度较低的近岸海域应加强保护,降低捕捞.

3 结论

儒艮保护区及其邻近海域鱼类生物多样性相较于其他地区较高,但是自身种间存在较大竞争压力,属多样性较低.虽然南海禁渔期使部分渔业资源得到休憩和恢复,但是儒艮保护区及其邻近海域鱼类资源整体呈下降趋势.儒艮保护区及其邻近海域鱼类优势种存在一定时间上的差异.群落结构空间季节性差异明显,远岸海域站点相似度较高,铁山港、英罗港和草潭近岸海域均与远岸海域相似性不高.群落较为脆弱,总体来说应加大保护力度,保护该海域鱼类多样性,渔业资源密度,水体环境及其栖息地.