长江流域珍稀特有物种中华鲟生态保护措施

张陵, 郭文献, 李泉龙

(1.华北水利水电大学,河南 郑州 450046; 2.河南财经政法大学,河南 郑州 450016)

长江流域是拥有鱼类种类和数量最多的流域,被称为我国淡水鱼类基因的摇篮,是经济鱼类的重要养殖基地,同时也是生物多样性的典型代表流域。已有调查表明,人类活动的影响导致长江流域珍稀特有物种的生活环境受到破坏,生存家园甚至遭到威胁,中华鲟就是一个活生生的例子。

近些年来,未跟踪到野生中华鲟自然产卵的迹象,按照最保守估计,再过37年,整个物种可能将从自然界中消失[1]。而野生中华鲟肩负着稀缺性、珍贵性、古老性、经济性和可研性等多种标签,其种群系统的稳定决定了长江流域生态系统的健康。因此,加大对中华鲟产卵繁殖的保护力度是目前最紧迫的一项任务。

中华鲟种群资源的迅速减少,主要是由于葛洲坝水利枢纽的建设彻底隔断了中华鲟的洄游路径,使其无法顺利到达天然产卵场,被迫在葛洲坝下游寻找适宜的新产卵场,但三峡水库蓄水改变了长江中下游江段径流的时空分配格局,影响了新产卵场的生态水文要素变化状况,特别是中华鲟的产卵期(10—11月)近年已推迟到12月。多项研究结果表明[2-4],三峡水库蓄水已经导致了坝下江段中的中华鲟产卵时间推迟、产卵次数减少、产卵规模缩小和受精率降低现象的发生,亟须进行人工干预。

1 中华鲟资源概况

1.1 中华鲟种群资源

长江中下游重要鱼类——中华鲟可追溯至1.4亿年前的恐龙时期,是我国一级保护野生动物,也是渔业资源的重要组成品种。中华鲟属于溯河洄游性鱼类,具有溯河产卵的习性,其生活区域主要分布在长江流域长江口外的浅海域,其他水系也有发现,但为数不多。据历史资料可知[5],中华鲟的产卵场位于坝下宜昌江段的西坝位置,产卵期为10—11月,产卵适宜水温为16.5～20.0 ℃,特别在17.5～20.0 ℃最佳。

每年春末夏初,性成熟的中华鲟会历经数月从东海洄游到长江流域的产卵场,于10月初开始产卵,时间大约持续4～5周。卵附着于河床的岩石和砂砾上,亲鱼孵出卵5～7 d后,幼鱼离开产卵场洄游至下游浅水摄食。次年6月或7月,幼鱼到达河口以下,并在河口逗留几个月育肥后,最终迁移到大海[6]。幼鱼在大海中需要经历约8～14个春夏秋冬才能成长为可繁殖的成鱼,继续以这种方式洄游产卵繁殖后代。

1.2 水利枢纽建设前后中华鲟产卵场分布变化

葛洲坝水利枢纽施工前,中华鲟种群的历史产卵场分布在金沙江至重庆约800 km长的长江流域江段上,共计16处,其中有5处较为集中的产卵场分布在合江至屏山之间约200 km的江段上,这5处产卵场也是中华鲟最主要的产卵场所,分别包括三块石、偏岩子、金堆子、铁炉滩以及望龙碛产卵场[7]。铁炉滩和望龙碛产卵场分布在宜宾县的下游。三块石、偏岩子和金堆子3个产卵场均分布在金沙江下游至宜宾河段内。3个产卵场内的地势条件相似,江段南岸为陡峭的山岩,江底排列有大量的岩层、卵石,江面比降较大,容易产生湍急的水流,从而有助于中华鲟产卵繁殖。

1981年1月,葛洲坝水利工程投入运行,葛洲坝对江段的阻隔导致性成熟的中华鲟无法继续前往历史产卵场,不得不在坝下游江段寻找新的适宜产卵的场所进行繁殖活动。监测结果表明,新产卵场的范围主要分布在长江中游葛洲坝至庙咀之间4 km的江段内,分为上、下两个产卵区,其分布如图1所示。与在上游河段的历史产卵场相比,中华鲟在新产卵场的繁殖能力显著降低。事实上,新产卵场的面积仅约为历史区域的3%。2008年,新产卵场保护区的长度从坝下80 km被缩减为50 km,核心保护区也由原来的50 km被缩减为20 km。

图1 葛洲坝下游中华鲟新产卵场示意图

1.3 三峡水库蓄水后中华鲟产卵期生态水文变化

采用线性倾向估计法、Mann-Kendall趋势检验法对宜昌站1956—2019年10—11月(中华鲟产卵期)的流量、水温和含沙量要素在三峡水库蓄水后的变化情况进行趋势估计,进而分析三峡水库蓄水对中华鲟产卵繁殖的影响。中华鲟产卵期宜昌站的水文指标趋势分析结果见表1。表1中,置信度α=0.05；r反映了水文指标与年份之间的相关程度,r的绝对值越大,表示两者间的关系越密切;a为回归常数;b为回归系数,其正负代表样本水文指标的趋势倾向,b>0时,水文指标随时间的增加呈上升趋势,反之呈下降趋势,b值的大小反映了样本的变化速率,表示趋势的倾向程度。

由表1可知:中华鲟产卵期内的月均流量呈下降趋势,且10月份的下降趋势更为显著;月均水温呈上升趋势,且两个月的上升趋势均为显著;月均含沙量呈下降趋势,两个月的下降趋势均为显著,且变化程度最高,可达98.0%。由此可见,为达到适宜中华鲟产卵的水文条件,需要进一步加大增加产卵期流量、降低产卵期水温、增大产卵期含沙量的调控力度。

表1 中华鲟产卵期宜昌站的水文指标趋势分析结果

1.4 三峡水库蓄水后中华鲟产卵期繁殖情况变化

2002年三峡水库蓄水后中华鲟的产卵繁殖情况发生了明显改变,本次分析主要从中华鲟产卵的时间、次数、规模和受精率方面进行。由于2012年后未监测到中华鲟自然产卵迹象,因此依据宜昌站1982—2012年30年间共49次产卵记录,绘制出中华鲟历史产卵日期分布图,如图2所示。

图2 中华鲟历史产卵日期分布图

由图2可知:三峡水库蓄水前,中华鲟的产卵时间主要集中在10月至11月之间,最早的产卵行为发生在10月13日,最晚的产卵行为发生在11月18日,共发生38次产卵行为,其中15次为第2次产卵行为,2次为第3次产卵行为;三峡水库蓄水后,中华鲟的产卵时间明显推移,且10月份未有产卵行为发生,而最早的产卵行为发生在11月6日,相比蓄水前推迟了24 d,最晚的产卵行为发生在12月5日,共发生11次产卵行为,其中仅有1次为第2次产卵行为。以上分析说明,三峡水库蓄水以来已经导致了坝下江段中华鲟产卵时间推迟、产卵次数减少的现象发生。

整理1996—2012年宜昌站中华鲟的平均采卵受精率和产卵规模情况,结果见表2和如图3所示。由表2和图3可知:三峡水库蓄水前,采获鱼卵的受精率最高为96.0%,出现年份为1996年,受精率最低为62.0%,出现年份为1997年,采获鱼卵的多年平均受精率为84.2%;三峡水库蓄水后,采获鱼卵的受精率最大值仅为34.5%,还未及蓄水前多年平均值的一半,采获鱼卵的多年平均受精率为29.7%,较蓄水前下降了54.6%;同时,中华鲟的产卵规模也出现了逐年缩小的趋势。以上分析较充分地说明:三峡水库蓄水已经导致了坝下江段中华鲟产卵规模缩小和受精率降低的现象发生。

图3 三峡水库蓄水前后宜昌站中华鲟产卵受精率变化图

表2 三峡水库蓄水前后中华鲟产卵情况统计表

中华鲟产卵时间推迟、产卵次数减少、产卵规模缩小和受精率降低现象的发生,正是由于三峡水库的蓄水作用,阻隔了中华鲟的洄游路径、改变了产卵场的地形条件、影响了江段的生态水文条件、干扰了中华鲟的繁殖条件,进而严重破坏了中华鲟产卵场的生态水文情势。对产卵场生态水文的合理调控是维系中华鲟种群正常繁殖的直接手段。

2 中华鲟保护措施

2.1 工程措施

2.1.1 修建过鱼工程

葛洲坝水利枢纽建设对河道造成的阻隔效应是影响中华鲟产卵繁殖的最直接因素。修建过鱼工程是解决大坝阻隔鱼类洄游路径最直接有效的措施,也是盛行国内外的方法[8]。过鱼工程措施,简而言之即利用不同的水流流动诱导鱼类进入进鱼口,从而顺利到达大坝上游。适宜的进鱼口水流流速控制和鱼类对诱导水流的识别,关乎到过鱼工程措施的设计水平。目前主要的过鱼工程措施有:鱼道、鱼闸、升鱼机和集运鱼船等其他辅助措施[9]。

鱼道有利于鱼类群体连续过坝,且不会伤害鱼体,运行时不易发生故障,但鱼道设计较长,总投资较大,耗水多,鱼类难以适应较大水位变幅;鱼闸运行时,鱼类可轻松通过,特别对于游泳能力差的鱼类最为合适,但鱼闸建设投资较大,还需修建多个上闸室以适应不同水位变化,运行费用和维护费用均较大;升鱼机与同水头鱼道相比,造价较低、占地小、便于在水利枢纽中布置,但其机械结构较为复杂,易发生故障,不能连续过鱼且数量有限,运行费用昂贵,还需要多人管理运行;集运鱼船运行方式机动灵活,能适应各种工况变化,随时变换集鱼地点、随时调整补水诱鱼流速,可确保亲鱼定向游到上游产卵场,但其耗电量大,运行管理复杂,运行费用较高,且国内实施还不够完善。

综合对比,4种过鱼工程措施各有优劣。由于三峡工程和下游葛洲坝工程构成了一个长达38 km的巨型梯级水库,修建鱼道时需要过长的溯游路线,因此需耗费巨大的水量和高额投资;三峡大坝自身修建有双线五级永久船闸和垂直升船机,葛洲坝修建有单级船闸,因此可在中华鲟从东海洄游时(4—6月)借助三峡大坝和葛洲坝的通航建筑物到达上游,待幼鱼返回东海时(6—7月)再用同样方式迁移,但中华鲟的具体洄游时间不容易掌控,需要借助于中国三峡集团中华鲟研究所(设立于1982年)的大量实时监测资料,且运行期间维护费用较大;集运鱼船虽方式灵活，但也同样需要专门机构的监测数据且管理运行费用较高。

相比之下，目前保护中华鲟种群资源最有效的途径就是对新产卵场的维护和修复,使其能够与天然产卵场水文条件相近。

2.1.2 修建人工模拟产卵场

人工模拟产卵场一方面包括对现有产卵场的修复和保护,另一方面包括对产卵场的再建。

各种监测结果表明,中华鲟现有产卵场的范围主要分布在长江中游葛洲坝至庙咀之间4 km的江段内,其面积仅仅约为历史区域的3%。对现有产卵场的修复和保护更显得迫在眉睫。查阅文献[10]发现,中华鲟产卵场适宜的地形条件是:产卵场上游水深较大且有急滩,场中存在深洼的漩涡区,下游是较为宽阔的卵、砾石浅滩;产卵场必然在河流转弯处,因此该河段必须有促使河流转向的峡谷、巨石或其他延伸于江中的石梁。与该条件相比，葛洲坝下西坝具有适合中华鲟产卵的地形条件。因此,可选取葛洲坝下西坝区域作为中华鲟的再造人工模拟产卵场。同时,应通过对现有产卵场或再造人工模拟产卵场的河床地形、河床质改良或修缮工程,改善中华鲟产卵场的流场、河床质等条件,扩大中华鲟产卵场的繁殖容量,提高自然繁殖的规模和效果。

2.2 非工程措施

2.2.1 人工增殖放流

人工增殖放流,即人工培育种鱼并辅助其产卵和孵化,再将鱼苗进行放流的增殖形式。有计划地开展人工增殖放流,是目前拯救濒危鱼种的最有效手段,可起到增加种群数量、扩大种群规模、延续种群生命的作用。目前,成功的范例也有很多,例如爵鱼、鲑鳟鱼类、四大家鱼的放流等。人工增殖放流的优点可以大致概括为:①可同时进行多种鱼类的增殖;②实施地点不受限制,可对河段的多个地点进行同时增殖放流;③可全面规划,统一部署,分阶段实施长远战略目标;④效果明显、可操作性强等[11]。

我国对于中华鲟的人工增殖技术已在20世纪90年代末初见成效,并于近几年实现了中华鲟的再成熟并繁殖技术。这标志着中华鲟可以在人工养殖条件下完成整个生命周期,其放流可以不完全依赖野外成熟亲鱼。这对于中华鲟的保护具有里程碑意义。

长江流域每年均会进行不同规模的中华鲟人工增殖放流活动,虽适当补充了中华鲟的种群数量,但增长值不大,每年人工放流的中华鲟数量还不到野生群体总数的4%。为达到保护中华鲟野生资源的目的,在保证中华鲟繁殖成活率的前提下,人工增殖放流数量和规模还需进一步扩大，确保每年放流数量不少于5万尾，且放流个体来自不少于10组父母本。此外,还应加强对人工增殖放流效果的评估。

2.2.2 实时监测体系

在修复和保护中华鲟个体的同时,还需加大对现有产卵场中的水生态环境、亲鱼培育、苗种培育、洄游环境和种群资源的监测。特别要加强对中华鲟资源量(雌雄老幼组成、种群结构、数量等)、亲鱼培育、苗种培育、种群动态、时空分布、水文要素、产卵场的分布与规模、产卵的时间和频次、洄游时间和路径等的监测和评估。

2.2.3 生态调度

根据对中华鲟产卵繁殖习性的分析得知,中华鲟的产卵行为必定在一定的水文条件下发生,因此产卵场的修复可以通过改变产卵场的水文条件来促进产卵和繁殖。针对前文分析得出的三峡水库蓄水后坝下江段生态水文要素的变化情况,可通过三峡水库的合理调度,对坝下江段产卵场内水文条件进行补偿,从而达到保护中华鲟产卵繁殖的目的。起初,务必要确定中华鲟产卵期内的生态水文目标值。

由于2002年三峡水库蓄水前,中华鲟产卵繁殖情况良好,因此选取1982—2002年21年间共38次产卵日水文要素资料进行统计分析,整理并计算各水文要素的均值、标准差、变化范围以及适宜变化区间。其中流量的适宜范围为8 869～18 171 m3/s,流速为0.97～1.57 m/s,水位为42.11～45.54 m,水温为17.5～19.7 ℃,含沙量为0.14～0.74 kg/m3,具体特征值计算结果详见表3。

表3 长江流域宜昌站中华鲟产卵日生态水文特征值

在分析宜昌站中华鲟产卵日水文条件的基础上,对三峡水库蓄水前的10月和11月水文变化特征进行定量分析,统计1956—2002年流量、水位、水温、含沙量、流速各水文要素的生态水文目标,其计算结果见表4。由表4可知:10月份,流量的生态水文目标取值范围为12 482～20 652 m3/s,流速的为1.35～1.65 m/s,水位的为43.37～47.11 m,水温的为19.0～21.8 ℃,含沙量的为0.217～0.885 kg/m3;11月份,流量的生态水文目标取值范围为7 987～11 407 m3/s,流速的为0.85～1.15 m/s,水位的为41.06～43.78 m,水温的为15.3～18.7 ℃,含沙量的为0.065～0.465 kg/m3。

表4 长江流域中华鲟产卵期生态水文目标

通过前文对中华鲟产卵日和产卵期生态水文目标值的分析,可采用改变蓄水时间的方式对三峡水库进行调控,从而达到降低三峡大坝对中华鲟生态环境影响的目的。查阅文献资料可知,有许多关于以防洪、发电、通航等为目的进行的改变三峡水库蓄水时间的研究成果。但以保护珍稀物种为目的的研究成果较少。

通常情况下,9月份洪水期过后,三峡水库才开始蓄水。根据中华鲟产卵时间及其适宜的生态流量分析,可将三峡水库的蓄水时间提前,具体方案可按如下执行:方案一,在保证水电站发电量不变的前提下,将三峡水库的蓄水时间提前至9月21日,并于10月20日前完成蓄水目标(水位稳定蓄至正常高水位),期间若不能完成目标,蓄水时间允许延长;方案二,在保证水电站发电量不变的前提下,将三峡水库的蓄水时间提前至9月16日,并于10月15日前完成蓄水目标(水位稳定蓄至正常高水位),期间若不能完成目标,蓄水时间允许延长。通过以上对三峡水库的生态调度措施，可达到增加产卵期流量、降低产卵期水温、增大产卵期含沙量的目的，尽可能提高中华鲟对新时期水文条件的适应能力。

2.2.4 政府立法

目前,长江流域江边虽然建有中华鲟保护区(长江湖北宜昌中华鲟自然保护区和上海长江口中华鲟自然保护区)和保护站,但每年抢救被误伤(被渔民误捕、被航运误伤、被水体污染致残)的中华鲟仍高达百余尾,且该数据并不包括被恶意捕杀的中华鲟尾数,可见保护效果不理想。政府部门可通过如下3个方面的法律手段来规范人类的行为：立法禁渔、立法规范通航、立法保护水质。同时，还需加大法律的推广力度。

1)立法禁渔。2020年6月6日上海正式施行了《上海中华鲟保护管理条例》,该条例是我国首个对特有物种进行保护的法律[12]。2021年1月1日,长江流域重点水域“十年禁渔”全面启动。该禁渔令的发布不仅保护了中华鲟的种群资源,而且可为长江生态系统的可持续发展起到法律保障作用。但针对濒危物种中华鲟来说,作者认为“十年禁渔”远远不够,政府还应长远规划,用多种法律手段对中华鲟种群资源进行保护,也可设立奖励举报制度鼓励公众对捕杀中华鲟行为进行举报和监督。

2)立法规范航运。中华鲟经常被轮浆误伤或因行船噪音等航运事故被致伤甚至致死。为更直接有效地减少航运事故对中华鲟的伤害,政府应制定具体的航运区域和通航路线。一方面,规范中华鲟保护区范围内船舶的航运路线和航行限制,禁止船舶越界航行;另一方面,在中华鲟产卵和索饵期间,规范中华鲟保护区外1 km江段范围内船舶的航运路线,避免行船噪音对中华鲟鱼卵和幼鱼发育的影响。

3)立法保护水质。保护水环境的同时更要注重保护水质。大量的监测结果表明[13-15],被污染的水体环境会对中华鲟的各个生长阶段均产生不利的影响,比如性腺发育不完全甚至不发育、亲鱼没有产卵行为、受精卵畸形以及幼鲟发生病变等。水体环境的恶化,导致长江口幼鲟群体的栖息区域明显缩小,而水质污染也导致长江口幼鲟鱼出现了肝癌病变。依据监测结果同时可以看出,中华鲟亲鱼的性别比例严重失调,雌性鲟鱼群体数量最高，是雄性鲟鱼群体数量的5倍之多,雄性鲟鱼的精子活力也呈现出逐年降低的趋势,这些改变从根本上影响了中华鲟的产卵和繁殖,而水体环境的常年污染是其最直接原因。水质污染对中华鲟的一系列影响充分说明了改善水质的重要性和迫切性。

3 结语

通过分析长江流域宜昌江段三峡水库蓄水前后中华鲟产卵期生态水文和繁殖情况的变化，发现三峡水库蓄水引起了坝下江段生态水文要素的改变，导致中华鲟出现了产卵时间推迟、产卵次数减少、产卵规模缩小和受精率降低的现象，严重影响了坝下中华鲟的产卵和繁殖。针对水库建设与不合理运用影响中华鲟的产卵和繁殖的问题，给出如下建议:

1)工程措施方面。结合中华鲟繁殖期洄游特点及三峡和葛洲坝工程的特点,可依据中华鲟产卵场适宜的地形、生态水文条件,对中华鲟现有产卵场进行修复以及对产卵场进行再建，并通过改善现有中华鲟产卵场的流场、河床质等条件，扩大现有中华鲟自然产卵场繁殖容量，提高自然繁殖规模和效果。

2)非工程措施方面。①扩大人工增殖放流数量和规模。在保证中华鲟繁殖成活率的前提下,有计划地开展人工增殖放流,确保每年放流数量不少于5万尾，且放流个体来自不少于10组父母本。同时，加强对人工增殖放流效果的评估。②建立实时监测体系。加大对现有产卵场中水生态环境、亲鱼培育、苗种培育、洄游监测环境和种群资源的监测和评估。③注重生态调度。可通过两种生态调度方案(方案一：三峡水库蓄水时间提前至9月21日,并于10月20日前完成蓄水目标；方案二：三峡水库蓄水时间提前至9月16日,并于10月15日前完成蓄水目标)对三峡水库水资源进行调控，以改变中华鲟产卵场的水文条件，达到产卵场修复的目的。④加强政府立法。政府部门可通过立法禁渔、立法规范通航、立法保护水质的法律手段来规范人类的行为，从而为中华鲟各项保护措施的良好实施提供法制保障。