長江口中華鱘幼鱘棲息地適宜性評價(jià)

楊紅，丁駿，王春峰，陳錦輝，吳建輝，陳健，劉成秀

（1.上海海洋大學(xué) 海洋科學(xué)學(xué)院，上海 201306；2.上海市長江口中華鱘自然保護(hù)區(qū)管理處，上海 200092）

中華鱘（acipenser sinensis）是典型的江海洄游性珍稀魚類，棲息于我國沿海和長江主干河流（張濤等，2010），是我國長江特有的3種鱘魚（中華鱘、達(dá)氏鱘、白鱘）之一，被列為國家一級水生野生保護(hù)動物。長江河口是中華鱘性成熟親魚進(jìn)行溯河生殖洄游和幼魚降河洄游入海的必經(jīng)唯一通道，是中華鱘生命周期中特別是幼魚階段唯一的、棲息時間最長、數(shù)量最集中、同時最易受到侵害的天然棲息地（莊平等，2009），對中華鱘物種生存具有重要意義。近30多年來，因?yàn)殚L江口區(qū)域?yàn)┩繃鷫?、環(huán)境污染、大型涉水工程、誤捕等，加上長江干流重大水利工程阻斷了中華鱘生殖洄游通道，使其生境喪失、退化與破碎化日趨嚴(yán)重，為了更好的保護(hù)物種，有必要進(jìn)行長江口中華鱘棲息地適宜性評價(jià)。目前，就中華鱘棲息地評價(jià)研究方面，僅開展了葛洲壩中華鱘產(chǎn)卵場適宜性模型（易雨君，2007）和葛洲壩下游中華鱘棲息地適宜度標(biāo)準(zhǔn)（班璇等，2009）的研究，以及對長江口中華鱘保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境初步評價(jià)（王春峰等，2010）。本文在地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上采用棲息地適宜性指數(shù)法進(jìn)行長江口中華鱘幼鱘棲息地評價(jià)，為中華鱘物種保護(hù)和保護(hù)區(qū)建設(shè)提供科學(xué)參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 區(qū)域范圍與數(shù)據(jù)來源

中華鱘8～10齡性成熟個體在7-8月陸續(xù)由近海進(jìn)入長江，溯河而上于翌年秋季10-11月到達(dá)長江上游產(chǎn)卵繁殖，產(chǎn)卵后親魚即順流而下入海育肥，孵出的仔魚降河于翌年5月中下旬到達(dá)長江口（楊德國等，2005），逐漸適應(yīng)海水環(huán)境。在長江口，中華鱘幼魚的集群時間為每年5-9月，以1齡個體為主（何緒剛，2008）。本研究區(qū)域范圍為121°00′E-122°30′E，30°50′N-31°53′N，總面積6 446 km2。見圖 1。

圖1 中華鱘幼魚棲息地評價(jià)范圍

采用2006年上海市908專項(xiàng)水體調(diào)查（ST1、ST2和ST4）夏季航次的20個站點(diǎn)水質(zhì)、生物數(shù)據(jù)，包括浮游動物生物量（濕重）、底棲生物生物量（濕重）、溫度和鹽度指標(biāo)，以及上海市中華鱘保護(hù)區(qū)管理處提供的數(shù)據(jù)，包括2004-2010年長江口崇明東灘插網(wǎng)點(diǎn)團(tuán)結(jié)沙 （31°28′N，121°58′E）、東旺沙 （31°30′N，122°00′E）附近水質(zhì)、生物實(shí)測數(shù)據(jù)和相應(yīng)年月插網(wǎng)監(jiān)測的中華鱘幼鱘單位捕獲努力漁獲量（CPUE；單位：尾/網(wǎng)次）數(shù)據(jù)。

1.2 模型描述

中華鱘幼鱘棲息地適宜性評價(jià)指標(biāo)是棲息地評價(jià)的基礎(chǔ)，指標(biāo)是否具有較好的代表性、客觀性，將會影響評價(jià)的整個過程及最終結(jié)果。在現(xiàn)有調(diào)查數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過長江口崇明東灘插網(wǎng)點(diǎn)附近水質(zhì)、生物實(shí)測數(shù)據(jù)和相應(yīng)年月中華鱘幼魚的CPUE相關(guān)性分析、專家評分分析整理出其棲息選擇的浮游動物生物量（濕重）、底棲生物生物量（濕重）、溫度和鹽度4個關(guān)鍵指標(biāo)。并確定了中華鱘生長階段為幼鱘（1齡鱘為主），其棲息范圍為河口。

1.3 單指標(biāo)適宜度標(biāo)準(zhǔn)

對應(yīng)幼鱘棲息地選擇的4個指標(biāo)，S1-S4分別為中華鱘棲息選擇浮游動物、底棲生物、溫度和鹽度的適宜度指數(shù)（SI），是用來評價(jià)研究區(qū)域該因素對所研究生物生存的好壞程度（易雨君，2007；班璇 等，2009；方宇 等，2010；David et al，1985）。適宜度以0，1為界，0為完全不適宜，1為最適宜狀態(tài)，中間值表示物種對特定因素的適宜程度（Thomas，1983；英曉明等，2007）。本文通過對文獻(xiàn)資料的分析，得出了幼鱘對典型環(huán)境因素的適宜度的臨界范圍（表1）。

根據(jù)梯形模糊隸屬函數(shù)（宋新山等，2008；肖辭源，2004）關(guān)系和棲息地指標(biāo)研究結(jié)果，得出影響中華鱘幼鱘棲息地的主要生態(tài)指標(biāo)適宜度曲線（圖 2）。

1.4 棲息地適宜度方程

Thomas（1983）在對鮭魚的棲息地適宜性指數(shù)模型中采用了最受限制性的棲息地參數(shù)，即SI最低值，定義棲息地適宜度方程。Crance（1986）提出了美國短鼻鱘的棲息地適宜度方程。易雨君等（2007）采用了最小值法方程對葛洲壩下游中華鱘產(chǎn)卵場進(jìn)行評價(jià)。方宇等（2010）采用了算術(shù)平均、幾何平均、最大值、最小值法對東南太平洋智利竹筴魚棲息地指數(shù)進(jìn)行了比較研究。結(jié)合幼鱘特點(diǎn)，本文采用的棲息地適宜度方程為：

其中SI為幼魚生存的單指標(biāo)適宜度。

圖2 中華鱘幼鱘棲息地主要指標(biāo)適宜度曲線

1.5 評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級

將棲息地適宜度HSI[0，1]區(qū)間，按照等范圍法（李東旭等，2010）劃分為4個等級（表2）。

表2 棲息地評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及分級

2 結(jié)果與分析

2.1 模型驗(yàn)證結(jié)果

將2004-2010年8組長江口崇明東灘插網(wǎng)點(diǎn)團(tuán)結(jié)沙 （31°28′N，121°58′E）和東旺沙 （31°30′N，122°00′E）附近水質(zhì)、生物實(shí)測數(shù)據(jù)。根據(jù)圖2中的關(guān)系計(jì)算得到各指標(biāo)的適宜度SI值，最后將各組SI值代入棲息地適宜度方程計(jì)算HSI值，見表3。

表3 實(shí)測指標(biāo)適宜度

通過以上8組HSI值和相應(yīng)年月中華鱘幼魚的CPUE數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。圖3顯示了HSI值與幼鱘CPUE關(guān)系，為高度相關(guān)（Pearson Correlation=0.830，Sig.（2-tailed）=0.011，N=8）。

回歸方程：y=29.34x-5.73

顯著性：R2=0.69

結(jié)果說明，插網(wǎng)點(diǎn)幼鱘CPUE隨著其棲息地適合度指數(shù)增大而增大，驗(yàn)證了該方法可以用于長江口中華鱘幼魚的棲息地評價(jià)。

2.2 棲息地適宜性指數(shù)法評價(jià)結(jié)果

將2006年8月上海市908專項(xiàng)水體調(diào)查數(shù)據(jù)，即浮游動物生物量、底棲生物生物量、溫度和鹽度20個站點(diǎn)數(shù)據(jù)在arcgis9.3中進(jìn)行kriging差值后，根據(jù)圖2中的關(guān)系，進(jìn)行柵格計(jì)算得到各指標(biāo)的適合度SI圖層，將4個圖層進(jìn)行疊加統(tǒng)計(jì)最小值，即HSI值，最后生成評價(jià)結(jié)果圖，并按照評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（見表2）進(jìn)行了分級，見圖4，在GIS中計(jì)算棲息面積。最適宜棲息地面積為142 km2，占評價(jià)范圍的2.2%；適宜面積為1 322 km2，占20.5%；一般適宜面積為2 098 km2，占32.54%，不適宜面積為2 884 km2，占44.8%。

2.3 結(jié)果分析

由棲息地適宜性指數(shù)法評價(jià)結(jié)果可知，在崇明東灘中華鱘棲息地表現(xiàn)為適宜（0.5≤HSI＜0.75），棲息地功能較為完善，受到干擾后一般可以恢復(fù)，說明中華鱘保護(hù)區(qū)的建設(shè)對中華鱘物種保護(hù)發(fā)揮了重要作用；在九段沙下沙HSI≥0.25，為中適宜度以上級別，表明棲息地受到一定破壞，但尚可維持基本功能，主要因?yàn)榻⒕哦紊碀竦刈匀槐Ｗo(hù)區(qū)使得中華鱘的棲息地得到了一定的保護(hù)；另外，在長江口上游處由于受到的污染和人為干擾較少，棲息地表現(xiàn)為適宜（HSI≥0.5）。但在長江口南支南港北槽段，由于深水航道工程施工及橫沙東灘圍墾工程對中華鱘棲息地造成了嚴(yán)重的破壞，表現(xiàn)為不適宜（HSI＜0.25），棲息地功能退化；長江口南岸的大規(guī)模灘涂圍墾、興建海塘、保灘護(hù)岸和碼頭等建設(shè)使得原來復(fù)雜曲折的岸線變得單調(diào)平直，潮溝環(huán)境大量喪失，導(dǎo)致中華鱘棲息地受到威脅，在長江口南岸表現(xiàn)為不適宜狀態(tài)（HSI＜0.25）；在長興島上游段和下游段的北港段棲息地表現(xiàn)為適宜（0.5≤HSI＜0.75），而在下游段的南港部分和橫沙島周邊顯示為不適宜，主要因?yàn)?004年開工的上海長江隧橋工程的影響，使得南港部分的不適宜棲息地有向北港入侵的趨勢。

3 討論

棲息地適宜性指數(shù)法（HSI）評價(jià)的缺點(diǎn)在于它的復(fù)雜性、狹窄的物種定位，適用于單個物種的評價(jià)；其運(yùn)用到的許多數(shù)學(xué)公式很容易被理解，但在實(shí)際應(yīng)用上要嚴(yán)格得多（倫納德·奧托蘭諾等，2004）。例如，如圖2，適宜度曲線經(jīng)常表現(xiàn)的是魚類和野生動植物專家的專業(yè)判斷或模擬實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果；另外，HSI評價(jià)和驗(yàn)證需要的數(shù)據(jù)需要出海調(diào)查獲取，不但消耗時間且花費(fèi)較大。例如，表3，2004-2010年調(diào)查的時間上很難一致。盡管存在這些限制，HSI還是提供了與棲息地適宜性有關(guān)的組織和分析科學(xué)信息有關(guān)的方法。

基于GIS的棲息地適宜性評價(jià)可以綜合考慮空間信息和屬性信息的關(guān)系，使得評價(jià)結(jié)果更科學(xué)、合理和規(guī)范，管理層可以通過直觀的評價(jià)分級圖為以后的物種保護(hù)管理作出決策，但最終評價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性主要取決于數(shù)據(jù)質(zhì)量。以GIS的空間插值、圖形和屬性的疊加、分級生成適宜性評價(jià)結(jié)果應(yīng)用表明，GIS技術(shù)和評價(jià)模型的有效集成既節(jié)約了時間提高了效率，又提高了精度，使結(jié)果更為客觀、更符合實(shí)際。

另外，從評價(jià)結(jié)果來看，中華鱘棲息地不適宜面積已占44.8%，除了建立保護(hù)區(qū)加強(qiáng)保護(hù)，還應(yīng)包括保護(hù)空缺 （conservation gaps）（Burley，1988）的保護(hù)，對航運(yùn)、岸線利用、灘涂圍墾等長江口的開發(fā)與中華鱘棲息地保護(hù)關(guān)系的協(xié)調(diào)上，也應(yīng)加強(qiáng)統(tǒng)一管理，推進(jìn)立法，構(gòu)建數(shù)據(jù)共享利用平臺和有效的協(xié)商合作機(jī)制。

4 結(jié)論

本文通過對影響長江口中華鱘幼鱘的各種生態(tài)因子的統(tǒng)計(jì)研究，分析整理出其棲息選擇的4個關(guān)鍵指標(biāo)，并確定了指標(biāo)的臨界范圍和最適范圍，采用適宜性指數(shù)法結(jié)合GIS技術(shù)進(jìn)行了定量評價(jià)。確定了長江口中華鱘幼鱘棲息地最適宜棲息地斑塊面積為142 km2，適宜面積為1 322 km2，一般適宜面積為2 098 km2，不適宜面積為2 884 km2。研究表明，在對中華鱘進(jìn)行管理保護(hù)的績效、速度和花費(fèi)上，適宜性指數(shù)評價(jià)效果不僅能客觀、科學(xué)的解釋棲息地的適宜性狀況，而且能快速找到不適宜地區(qū)斑塊，進(jìn)而可以根據(jù)長江口中華鱘幼鱘的棲息地現(xiàn)狀，開展針對性的保護(hù)，即除了建立保護(hù)區(qū)保護(hù)外，還應(yīng)包括保護(hù)空缺的保護(hù)；對長江口的開發(fā)與中華鱘棲息地保護(hù)關(guān)系的協(xié)調(diào)上，應(yīng)加強(qiáng)統(tǒng)一管理，建立有效的協(xié)商合作機(jī)制。

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