东江下游河流鱼类群落健康研究

马卓荦,胡良和, 蒋任飞,王 赛

(1.中水珠江规划勘测设计有限公司,广东 广州 510610;2.水利部珠江水利委员会水生态工程中心,广东 广州 510610;3.海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室,海南 海口 570228)

关键字：鱼类;群落健康;河流健康评价;东江下游

东江是珠江水系干流之一,是粤港澳大湾区重要的水源地和生态廊道。东江干流自博罗县观音阁起为下游河段,至东莞市石龙镇分北干流和南支流,经东江三角洲入狮子洋,最终汇入珠江口,沿程有增江、石马河等支流汇入。增江是东江右岸一级支流,发源于新丰县七星岭,于广州市增城区官海口汇入东江,全长203 km;派潭河为增江一级支流,河长36 km。石马河是东江左岸一级支流,发源于深圳宝安大脑壳山,河长73.5 km,于东莞市桥头镇汇入东江。东江三角洲由东江冲积发育而成,以主要水道河汊为骨架,现已建成多个联围,围内水系发达、河网密布,内河涌多通过水闸与外江水道相连。

东江下游地貌以丘陵、平原和三角洲为主,由于地势平缓、土地肥沃,历史上是著名的鱼米之乡。近现代以来,东江下游区域发展迅速,现已成中国重要的制造业基地。在产业发展、人口聚集的同时,由于未足够重视环境问题,大量污水未经处理直接排放,导致东江下游区域内的河流普遍受到了污染[1],甚至出现了较多的黑臭水体[2]。与此同时,水利工程建设和城镇化开发等人为活动破坏了河流天然生境,造成河流生态系统急剧退化。鱼类作为河流生态系统的顶级群落,受到了水质污染和生境被破坏的剧烈冲击[3]。

通过开展河流鱼类群落调查,可以摸清河流水生态健康状况,为制定水生态修复对策提供基础参考。近年来东江水系鱼类群落的研究主要集中在干流[4-5],而对支流尤其是受人类活动影响较大的东江下游区域内的支流关注较少。本次对东江下游区域河流的鱼类群落开展调查,评价群落健康状况,并分析其与水质因子的关系,找出影响鱼类群落健康的关键因素,以期为制定流域鱼类群落恢复计划和生态环境治理策略提供参考。

1 材料与方法

1.1 采样位点

2020年3月,调查了东江下游区域内15个河流位点,涵盖东江三角洲、增江、石马河、茅洲河等小流域,涉及广州、深圳、东莞3地(图1)。15个调查位点所属的河流(河段)代表了不同程度的污染和开发建设强度,同时也包含了山区、平原、河网等不同类型的地理属性(表1)。

表1 各采样位点基本情况

注:S1—增江;S2—派潭河大封门;S3—派潭河东洞村;S4—派潭河派潭镇;S5—观澜河;S6—厦坭河;S7—龙尾河;S8—沙涌;S9—新民排渠;S10—大沙河;S11—鸥涌;S12—冼沙五支渠;S13—利是陂水;S14—清溪河;S15—鹿嘴河。

1.2 样品采集与鉴定

在采样位点上下游各500 m的河长范围内,采用三重流刺网(网口孔径3、2、1 cm,各5张,网长50 m,网高1.2 m)、定置陷阱网(网孔口径1 cm,网长15 m,网高和网宽均为0.3 m)对调查区域鱼类样品进行采集,每个位点连续3 d不再发现新种后更换采样点。采样区域包括不同的生境条件,如浅滩、急流、深潭、水生植物密集区等,以增加鱼类采样的代表性。鱼类标本采集后,种类鉴定参考《广东淡水鱼类志》[6]《珠江鱼类志》《东江流域水环境与水生态研究》[8]《东江鱼类生态及原色图谱》[9]《珠江水系鱼类原色图集(广东段)》[10]和《珠江鱼类图鉴》[11]等文献资料。在每个位点同步进行了水质采样,使用有机玻璃采水器采集表层和底层混合水样,运回实验室后4℃保存,于24 h内开展监测分析实验。监测分析方法按照《水和废水监测方法》(第四版)[12],指标有化学需氧量(CODCr)、五日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3-N)和总磷(TP),水质类别评价标准依据GB 3838—2002《地表水环境质量标准》。

1.3 分析评价

评价鱼类群落健康的指标参考相关研究及指南[13-15],采用反映鱼类群落结构特征的生物多样性指数,包括丰富度指数(dM)和香农-威纳指数(H′)。

1.3.1丰富度指数

(1)

式中S——采样位点内剔除外来物种后的鱼类种数;N——采样位点内所有鱼类个体的数量。

1.3.2香农-威纳指数

(2)

式中n——总个体数;S——种类数;ni——第i种鱼类个体数。

1.3.3评价标准

参考《广东省2021年河湖健康评价技术指引》[15],根据指标结果划分为健康、亚健康、不健康、劣态4种状态,见表2。

表2 鱼类群落健康状况评价标准

1.3.4数据处理

文中所用统计分析在SPSS 23中完成,绘图分析采用Origin Pro 9.1和Microsoft Excel 2013。

2 结果与分析

2.1 水质

水质监测结果表明:S1、S2、S3、S4、S11、S14、S15的水质良好,属于地表水Ⅱ—Ⅲ类;S5、S6、S13水质一般,属于地表水Ⅳ—Ⅴ类;S7、S8、S9、S10、S12水质较差,全部为劣Ⅴ类,尤其是S12位点,水体表观黑臭,各项污染物浓度均很高。劣Ⅴ类水体中,最普遍的超标因子为TP(表3)。

表3 各采样位点水质监测结果 单位:mg/L

2.2 鱼类种类组成

本次调查共发现鱼类50种,隶属于7目19科43属,鱼类物种组成见图2和表4。其中鲤形目2科21属25种,占本次调查鱼类物种总数的50%;脂鲤目1科1属1种,占本次调查鱼类物种总数的2%;鲈形目7科10属15种,占本次调查鱼类物种总数的30%;鲇形目4科4属5种,占本次调查鱼类物种总数的10%;鳉形目为2科2属2种,占本次调查鱼类物种总数的4%;合鳃鱼目为1科1属1种,占本次调查鱼类物种总数的2%;鲱形目为1科1属1种,占本次调查鱼类物种总数的2%。外来鱼类有10种,分别为麦瑞加拉鲮Cirrhinusmrigala、露斯塔野鲮Labeorohita、条纹鲮脂鲤Prochiloduslineatus、齐氏罗非鱼Coptodonzillii、尼罗罗非鱼Oreochromisniloticus、莫桑比克罗非鱼Oreochromismossambicus、大口黑鲈Micropterussalmoides、下口鲇Hypostomusplecostomus、革胡子鲶Clariasgariepinus、食蚊鱼Gambusiaaffinis。

表4 各位点鱼类样品种类名录

图2 鱼类种数组成

与20世纪80年代东江鱼类调查资料相比[16],有27种为本次调查新增,除9种为外来鱼类外,新增非外来鱼类较多属于喜好生活在溪流环境的种类,如鰕虎鱼科、银鮈、大眼卷口鱼、月鳢和越南隐鳍鲶等。这主要因为20世纪80年代调查的范围为东江干流,而本次调查的位点属于东江下游的支流或山溪,因此相比前者新发现了多种栖息于小河溪流中的鱼类。

从各位点的鱼类物种丰度来看(图3),S4发现的鱼类种数最多,共有20种;其次为S11和S14,分别有19种和18种;S10仅发现有1种鱼类,黑臭水体位点S12则未发现有鱼类存在。从各类群的分布情况来看,鲤形目、鲈形目、鲇形目和鳉形目广泛分布于各个位点;合鳃鱼目仅在S4位点发现1种,为黄鳝;脂鲤目仅在S8位点发现1种,为条纹鲮脂鲤;鲱形目仅在S15位点发现1种,为斑鰶。在有鱼类存在的14个位点中,有13个位点出现了外来鱼类,只有S2位点未发现外来鱼类。通过计算外来鱼类个体数量占该位点全部渔获数量的比例可知(图4),S1、S2、S3、S4、S6、S11、S15的外来鱼类个体数量占比较低,均不超过40%。S5、S7、S8、S9、S10、S13、S14的外来鱼类个体数量占比较高,均超过60%,其中S10位点采集的鱼类全部为外来物种,未发现有本土鱼类。

图3 各位点鱼类物种丰度

注:由于S12位点未采集到鱼类,故未统计其外来鱼类个体数量占比。

2.3 鱼类多样性指数

香农-威纳指数评价结果表明多个位点鱼类群落的健康状况不佳(表5),仅S3、S4、S11和S14共4个位点为健康。而丰富度指数评价结果表明各位点鱼类群落的健康状况更差,只有S4为健康,劣态的位点则有7个,不健康或劣态的位点占比达到73.3%。其中S7、S8、S9、S10、S12这几个位点的水质均为劣Ⅴ类,其丰富度指数评价结果全部为劣态。

表5 鱼类多样性指数评价结果

2.4 鱼类多样性指数与水质因子关系

将各位点鱼类丰富度指数和香农-威纳指数与主要水质污染因子进行相关性分析(表6),结果表明:丰富度指数与CODCr、BOD5和TP呈现出极显著的负相关性(P<0.01);香农-威纳指数与CODCr呈现出极显著的负相关性(P<0.01),与BOD5和TP呈现出显著的负相关性(P<0.05);而NH3-N与丰富度指数、香农-威纳指数均未表现出显著的相关性。

表6 鱼类多样性指数与水质因子的相关性分析

2.5 外来鱼类与水质因子关系

外来鱼类个体数量占比与TP呈现出极显著的正相关性(P<0.01),与CODCr、BOD5和NH3-N呈现出显著的正相关性(P<0.05),见表7。这揭示了在污染水体中,外来鱼类相比本土鱼类更具竞争优势。

表7 外来鱼类个体数量占比与水质因子的相关性分析

3 讨论

本次鱼类群落健康评价结果表明,东江下游河流大部分位点健康状况不佳,并且鱼类群落健康状况与CODCr、BOD5、TP等水质污染因子呈现出显著或极显著的负相关性。水体污染会导致鱼类的性腺、胚胎发育及神经系统发育受到严重影响[17-18],从而使得部分鱼类从污染的河流中消失,鱼类多样性减少。河流中的污染物主要来自于生活污水、工业废水、畜禽养殖排放及农业面源[19],加强城乡污染管控、削减入河污染物量,是恢复河流鱼类群落健康的有效措施。

本次调查发现,在河流渠化、硬质化较严重的位点,即使水质未受到明显污染,其鱼类种类数和群落健康状况也均不如保留较多天然生境的河流位点。这可能是因为适宜且多样性的栖息地对鱼类群落健康同样重要,而水利工程建设、城镇化开发等人为活动侵占了河流生态空间[20],对驳岸、河床进行了硬质化改造,修建的水坝、闸等设施阻断了栖息地的连通性[21],均会导致鱼类群落健康受损。因此,为了促进河流鱼类多样性恢复,既要削减入河污染物量,同时也需要消除闸坝阻隔效应[22],恢复多样性的鱼类栖息地。

外来鱼类在本次调查的大部分位点均有发现,甚至个别位点采集到的样品全部为外来鱼类。对比历史鱼类调查结果,20世纪80年代东江仅发现1种外来鱼类(食蚊鱼),在21世纪10年代东江惠州段发现有5种[4],东莞段发现有9种[23],而本次发现有10种,外来鱼类种类数量呈现出上升的趋势。本次调查还发现外来鱼类个体数量占比与水质污染因子存在显著或极显著的正相关性,推测是由于部分外来鱼类耐受污染能力较强,在水体受污染的情况下更具有竞争力,从而进一步挤占了本土鱼类的生存空间。面对外来鱼类对东江流域水生态系统入侵愈发严重的问题,亟需采取科学的手段进行管理和防控[24]。

鱼类多样性指数近年来在河湖健康评价领域中广泛应用[25],本次参考相关研究及指南,选用了丰富度指数和香农-威纳指数2种评价方法。其中丰富度指数在计算时剔除了外来物种,实际参与计算的种类数减少,使得丰富度指数评价结果比香农-威纳指数较差,但也正因为排除了外来物种的干扰,能更真实地反映出本地鱼类群落健康状况。

4 结论

a)调查了东江下游区域15个河流位点,共发现鱼类50种。鱼类多样性指数评价结果显示大部分位点的鱼类群落健康状况不佳。水质污染影响到鱼类群落健康,其中CODCr、BOD5、TP的影响较显著。此外,河流被侵占、硬质化改造、建设闸坝拦河设施等破坏栖息地的行为也对鱼类群落造成了不利影响。

b)大部分调查位点发现有外来鱼类,种类共计有10种,且在受污染河流中外来鱼类更占据优势。

c)下一步需要从改善河流水质、恢复鱼类栖息地多样性与连通性以及加强外来鱼类管理防控等多方面入手,制定科学的治理对策及管理措施,推动流域鱼类保护与恢复工作。