防止和修復(fù)湖泊水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化漁業(yè)操縱的探討

王宇庭,葉金云,鄭榮泉

(1.湖州師范學(xué)院浙江省水生生物資源養(yǎng)護(hù)與開發(fā)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院水生動(dòng)物繁育與營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江湖州313000;2.浙江師范大學(xué)浙江省野生動(dòng)物生物技術(shù)與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江金華321004)

防止和修復(fù)湖泊水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化漁業(yè)操縱的探討

王宇庭1,葉金云1,鄭榮泉2

(1.湖州師范學(xué)院浙江省水生生物資源養(yǎng)護(hù)與開發(fā)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院水生動(dòng)物繁育與營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江湖州313000;2.浙江師范大學(xué)浙江省野生動(dòng)物生物技術(shù)與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,浙江金華321004)

為防止和修復(fù)湖泊水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化,通過漁業(yè)操縱實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的上岸,找到適合所有水體的生態(tài)治理方式,本研究中系統(tǒng)歸納了在不同營(yíng)養(yǎng)類型、不同水體形態(tài)和不同營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入節(jié)奏水體的漁業(yè)操縱對(duì)策。結(jié)果表明：對(duì)于受面源污染較小,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入分散的貧、中營(yíng)養(yǎng)水體,應(yīng)以保護(hù)生物多樣性的長(zhǎng)食物鏈的漁業(yè)形式為主,即實(shí)行以肉食性魚類為主要對(duì)象的漁業(yè)操縱;隨著水體富營(yíng)養(yǎng)化程度的提高或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入集中度的提高,逐漸增加雜食性魚類的比例,其中濾食性魚類和底層雜食性魚類的放養(yǎng)比例應(yīng)根據(jù)水體深度和面積進(jìn)行調(diào)整,不應(yīng)夸大濾食性魚類在所有形態(tài)水體中的除藻效果,尤其在淺而大的湖泊中,底層雜食性魚類可通過吞食或刮食被湖盆吸附的藻類,實(shí)現(xiàn)除藻作用;對(duì)于超富營(yíng)養(yǎng)水體,除了以雜食性魚類為主的漁業(yè)操縱方式外,還需要增加水體的異質(zhì)性,以提高水體的生物多樣性,以及水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(魚產(chǎn)量)被濃縮上岸的速度。本研究中首次提出對(duì)大而淺的富營(yíng)養(yǎng)水體進(jìn)行圍欄分割,將大生態(tài)系統(tǒng)分割為互相依托的小生態(tài)系統(tǒng)景觀集合體的生態(tài)修復(fù)方法,同時(shí)還闡述了漁業(yè)操縱效果的評(píng)價(jià)方法。

漁業(yè)操縱;富營(yíng)養(yǎng)化;異質(zhì)性;生態(tài)修復(fù)

中國(guó)各地因水文、氣候和土壤等差異較大,各地水質(zhì)狀況也不同。為充分利用中國(guó)有限的淡水資源,需要從保護(hù)水質(zhì)角度出發(fā),優(yōu)化水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以提高水體的自凈能力。富營(yíng)養(yǎng)化(Eutrophication)是中國(guó)水資源面臨的嚴(yán)峻問題,尤其大中型湖泊水庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化[1-3],給科研人員帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn),也是70年來水科學(xué)領(lǐng)域在世界范圍內(nèi)的難題[4-10]。中國(guó)作為湖泊水庫(kù)(以下簡(jiǎn)稱為湖庫(kù))漁業(yè)開發(fā)力度最大的國(guó)家,如何進(jìn)行更合理的湖庫(kù)放牧漁業(yè),實(shí)現(xiàn)防止和修復(fù)湖庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化,即漁業(yè)操縱(Fisheries manipulation),已成為中國(guó)漁業(yè)產(chǎn)業(yè)的重要任務(wù)。近10年來,中國(guó)的湖庫(kù)漁業(yè)一直在該領(lǐng)域不斷探索,至今尚無重復(fù)的漁業(yè)操縱方法大幅減少藻類的范例,雖然武漢東湖有“水華”消失的良好狀況,但使用相同的方法——用濾食性魚類抑制藻類,在其他大型淺水湖泊,如太湖、巢湖和天池并無理想的效果,太湖仍然在人工撈藻。同時(shí),另一種相反的措施——禁止任何漁業(yè)行為的水源水庫(kù)保護(hù)措施,也在長(zhǎng)三角部分地區(qū)實(shí)行。因此,有必要對(duì)用漁業(yè)方式優(yōu)化水生態(tài)結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)行總結(jié)和反思,以便為科研、環(huán)保和漁業(yè)部門提供湖庫(kù)魚類調(diào)控的全面思路。

1 富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生

富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的外部原因是水層營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度達(dá)到一定程度,同時(shí)光照、水溫適當(dāng);內(nèi)部原因是藻類的主要消費(fèi)者生物量不足或生物多樣性過低,使得部分或全部藻類群落因不能及時(shí)消耗,而得以大量滋生。當(dāng)前,外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入和內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放是導(dǎo)致水層營(yíng)養(yǎng)鹽過高的原因,其中,外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入的點(diǎn)源和面源兩個(gè)方式中,面源污染在中國(guó)季風(fēng)氣候區(qū)因降雨的不均尤其嚴(yán)重[2]。由此發(fā)現(xiàn),夏季汛期水位一定范圍內(nèi)越高,水位下降后營(yíng)養(yǎng)鹽的密度就越大,并導(dǎo)致水體生產(chǎn)力增加[11]。內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的釋放是由于河床或湖盆經(jīng)長(zhǎng)期吸附水層營(yíng)養(yǎng)鹽而形成的營(yíng)養(yǎng)鹽庫(kù),經(jīng)物理攪動(dòng)或水質(zhì)波動(dòng)(如pH降低),再次釋放出來[12]。對(duì)中國(guó)水體營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)、形態(tài)和地理位置與富營(yíng)養(yǎng)化特征指標(biāo)的回歸分析發(fā)現(xiàn),總磷和水體營(yíng)養(yǎng)特征與水體高程、水體深度、體積和緯度相關(guān),同時(shí),不同水體表現(xiàn)出對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入有不同的緩沖能力[13]。本研究中進(jìn)一步探討了水體特征和富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的關(guān)系。

1.1 易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化水體的水文和生態(tài)特征

1.1.1 水文特征與富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)系 兩者的關(guān)系主要表現(xiàn)在：(1)中國(guó)季風(fēng)氣候使得降雨量不均勻,導(dǎo)致集水區(qū)內(nèi)面源營(yíng)養(yǎng)鹽輸入總量大且集中,因而集水區(qū)內(nèi)的工農(nóng)業(yè)規(guī)模和人口密度,直接影響面源輸入營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的總量,如人口密度大的發(fā)達(dá)地區(qū),汛期后的湖泊容易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象[12];(2)降雨量與富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)系密切相關(guān),除與集水區(qū)內(nèi)的人口密度和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模有關(guān)外,也與該區(qū)域的土壤和植被有關(guān),通常降雨量越大,面源污染物越多,富營(yíng)養(yǎng)化越易發(fā)生,但降雨量過大,又會(huì)稀釋營(yíng)養(yǎng)鹽,降低富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生的機(jī)會(huì);(3)作為人工湖泊的水庫(kù),尤其是山谷型水庫(kù),出水口較低(死庫(kù)容以上),因而能將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)比較豐富的下層水排放出去,從整體上更有效地降低了水體的營(yíng)養(yǎng)鹽濃度,因此,發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化的機(jī)會(huì)相對(duì)天然湖泊要低;(4)水位波動(dòng)劇烈的水體,底層積累大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的機(jī)會(huì)較低,所以突發(fā)富營(yíng)養(yǎng)化的機(jī)會(huì)也較低;(5)入水口與出水口的距離與水體周長(zhǎng)的比值同樣影響營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累,也影響富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)生。

1.1.2 生態(tài)特征與富營(yíng)養(yǎng)化的關(guān)系 兩者的關(guān)系主要表現(xiàn)在：(1)當(dāng)浮游動(dòng)物的生物多樣性較高但生物量較低時(shí),浮游動(dòng)物增殖速度較慢,若外界環(huán)境條件變得有利于植物的生長(zhǎng),浮游植物會(huì)迅速滋生,超過浮游動(dòng)物的增殖速度,如春、秋季水的上下對(duì)流使內(nèi)源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量釋放到水層,藻類便持續(xù)增加直到營(yíng)養(yǎng)鹽缺乏或形成自蔭現(xiàn)象,之后被規(guī)模不斷增大的浮游動(dòng)物攝食而藻類規(guī)模開始下降,一般此類情況季節(jié)性發(fā)生在分層湖庫(kù)中;(2)初級(jí)消費(fèi)者多樣性較低,水體缺乏消耗水中各種藻類的動(dòng)物群落,使得個(gè)別藻類大量繁殖,尤其是小型藻類,例如濾食性或小型雜食性魚類較多的水體,因這些魚類對(duì)大型藻類和浮游動(dòng)物的攝食,使得小型藻類在缺少捕食者和競(jìng)爭(zhēng)者的情況下大量滋生;(3)當(dāng)上述富營(yíng)養(yǎng)化發(fā)生后,藻類優(yōu)勢(shì)種群密度過大且發(fā)生老化,同時(shí)產(chǎn)生藻毒素,如微囊藻的微囊藻毒素,抑制競(jìng)爭(zhēng)者[14]和部分捕食者[15-16],使水體的富營(yíng)養(yǎng)化持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)。

1.2 易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化水體的形態(tài)特征

水體的形態(tài)特征決定水環(huán)境的空間異質(zhì)性(Spatial heterogeneity),空間異質(zhì)性決定水體現(xiàn)時(shí)的生物多樣性[17],同時(shí),在捕食者和被捕食者的關(guān)系中,空間異質(zhì)性決定著被捕食者庇護(hù)所的密度,從而影響捕食者和被捕食者關(guān)系的緊張程度。由此,本研究中推測(cè)水體的空間異質(zhì)性影響著濾食性魚類對(duì)浮游動(dòng)物的壓力,影響著水體浮游動(dòng)物與浮游植物生物量的比值(Bz∶Bp)。Bz∶Bp可作為評(píng)價(jià)水體對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化緩沖能力的重要指標(biāo)[18]。由于湖盆粗糙度難以測(cè)定,本研究中用湖盆表面積與水面面積的比值表示水體的異質(zhì)性,進(jìn)一步簡(jiǎn)化用湖庫(kù)周長(zhǎng)(P)×水深(Z)/水面面積(S)表示,當(dāng)樣本水體形狀一致時(shí),再簡(jiǎn)化為根據(jù)李德尚等[19]的調(diào)查數(shù)據(jù)和何志輝[20]引用的數(shù)據(jù),分別計(jì)算出二者的關(guān)系如圖1所示,即：

(1)深度大、面積小的水體,浮游動(dòng)、植物生物量比值在較小范圍內(nèi)波動(dòng),緩沖性較差,當(dāng)營(yíng)養(yǎng)鹽濃度增加,容易發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化。

(2)隨著水深與水面面積比值的增加,浮游動(dòng)、植物生物量比值的波動(dòng)范圍迅速增大并達(dá)到最高值,即在該數(shù)值附近的湖泊水庫(kù)中,營(yíng)養(yǎng)鹽過量也不易導(dǎo)致富營(yíng)養(yǎng)化,因?yàn)楦∮蝿?dòng)物的現(xiàn)存量可增加到相對(duì)較高的比值,從而抑制浮游植物的滋生。

(3)李德尚等[19]的研究中,山東水庫(kù)異質(zhì)性數(shù)據(jù)在0.017時(shí),浮游動(dòng)、植物比值最大(0.9),何志輝[20]的研究中,湖泊異質(zhì)性數(shù)據(jù)在0.7時(shí),浮游動(dòng)、植物比值最大(1.8)。

(4)水體深度和水面面積的比值大于該數(shù)值后,浮游動(dòng)、植物的比值會(huì)緩慢下降,即水體對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化的緩沖能力會(huì)緩慢下降。這表明,水體的形態(tài)影響著浮游動(dòng)、植物的比例,因而影響著浮游動(dòng)物對(duì)浮游植物的抑制作用,當(dāng)水體濁度較低且日照合適時(shí),水體易發(fā)生“水華”。

2 漁業(yè)操縱對(duì)策

從物質(zhì)流動(dòng)的角度實(shí)現(xiàn)水質(zhì)保護(hù)就是最大程度地以魚類等水生生物為載體,從水中提取出磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),減少其在水層中的負(fù)荷和在水底的淤積,提高水的純凈程度和延長(zhǎng)湖庫(kù)的壽命。其中,以魚類為載體的漁業(yè)操縱行為是最經(jīng)濟(jì)的措施。為實(shí)現(xiàn)此目標(biāo),使得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入等于或小于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸出,需要相應(yīng)的湖庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)具備完備的食物網(wǎng)和高效的牧食鏈(Grazing food chain)。相對(duì)于海洋生態(tài)系統(tǒng)幾十億年的歷史,湖庫(kù)食物網(wǎng)組織的歷史較短,且因水體規(guī)模小而易受到環(huán)境突變的干擾,所以需要人為干預(yù),以構(gòu)建和維護(hù)相應(yīng)的牧食鏈和食物網(wǎng)。本研究中,主要探討防止、抑制和修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化的3種漁業(yè)操縱方式。

圖1 水庫(kù)湖泊形態(tài)(Z/S)與浮游動(dòng)物、植物生物量比值(Bz:Bp)的關(guān)系Fig.1 Relationship between morphologic factor and biomass ratio of zooplankton to phytoplankton Bz:Bp in reservoirs and lakes

2.1 以肉食性魚類為主的漁業(yè)操縱

此類水體中,磷的輸入量、負(fù)載量和水體初級(jí)生產(chǎn)力均較低,決定了魚產(chǎn)量也較低,因而不論以哪種魚類為主,只要牧食鏈各環(huán)節(jié)沒有障礙,現(xiàn)存量合適,產(chǎn)量大體一致,與牧食鏈的長(zhǎng)度無關(guān),因?yàn)樵谀潦虫湼鳝h(huán)節(jié)沒有障礙的情況下,其局部反復(fù)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸和濃縮到食物鏈末端的速度等于或超過營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入的速度。因此,這類水體應(yīng)該以高附加值的肉食性和土著魚類的增殖為主,既抑制水體的富營(yíng)養(yǎng)化,又保護(hù)生物多樣性,同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益(因肉食性魚類的經(jīng)濟(jì)價(jià)值一般比雜食性魚類高)。

該方法與流行于歐美的以修復(fù)水體富營(yíng)養(yǎng)化為目的的生物操縱(Biomanipulation)[5-8]方法類似,不同的是生物操縱方法注重抑制雜食性魚類(Omnivores),而不注重人為收獲肉食性魚類(Piscivores),使肉食性魚類年齡組成不合理,生產(chǎn)力下降,水生態(tài)系統(tǒng)食物鏈的基本功能——傳遞水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)并使之上岸,得不到發(fā)揮。統(tǒng)計(jì)顯示,歐美生物操縱方法僅使外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)得到有效控制,對(duì)面積小于0.4 km2的大部分淺水體(平均為0.18 km2)有效[7]。本研究中所述漁業(yè)操縱更注重食物鏈各環(huán)節(jié)中最大生產(chǎn)力的實(shí)現(xiàn),以實(shí)現(xiàn)食物鏈的暢通和高效。

在新合攏的水庫(kù)中,由于長(zhǎng)牧食鏈和對(duì)應(yīng)食物網(wǎng)形成需要的時(shí)間較長(zhǎng),加上肉食性魚類容易被垂釣,資源量容易遭到破壞,管理部門更傾向投放食物鏈短的鰱、鳙魚類,或放流銀魚等小型經(jīng)濟(jì)魚類。但鰱、鳙切短食物鏈,使魚類和浮游生物的多樣性降低[21-23];小型魚類產(chǎn)量會(huì)因自身的密度調(diào)節(jié)和水文情況的變化而大幅波動(dòng)[24]。因此,正確的做法是：對(duì)食物鏈薄弱環(huán)節(jié)的生物群落進(jìn)行必要的增殖活動(dòng),以實(shí)現(xiàn)其最大產(chǎn)量;其次是適當(dāng)投放底層雜食性魚類,如鯉、鯽、河蟹等,以攪動(dòng)底泥,抑制沉積,釋放底泥中積累的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。這方面許多水庫(kù)均有過失誤,如遼寧省碧流河水庫(kù)在大規(guī)模放養(yǎng)鰱、鳙后,香魚和斑鱖明顯減少。也有些小型水庫(kù)為了提高鰱、鳙產(chǎn)量,而大量施肥,導(dǎo)致一些對(duì)水質(zhì)要求高的土著經(jīng)濟(jì)魚類難以恢復(fù)。

適用于該方法的水體,一般是貧、中營(yíng)養(yǎng)型的水庫(kù)和湖泊,如位于長(zhǎng)江、黃河、遼河、鴨綠江、圖們江和松花江的上游、支流,以及珠江流域的大部分河段和沿海丘陵的短河流域[1-3],除珠江下游外的水體,一般屬山谷型水庫(kù)或高原湖泊,全年大部分時(shí)期水質(zhì)清澈,只有在枯水期有大量藻類發(fā)生,同時(shí)透明度下降。水庫(kù)的透明度在不同斷面的差異,主要是由泥沙懸浮量決定。

2.2 以雜食性魚類為主的漁業(yè)操縱

此類水體主要位于長(zhǎng)江、黃河和遼河的中下游,包括中游山谷型水庫(kù)、下游平原型水庫(kù)和各河段的湖泊[1-3]。這類水體水質(zhì)通常季節(jié)變化明顯,一年中至少有一段時(shí)間發(fā)生“水華”。要實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的最少積累,僅靠肉食性魚類是不夠的,因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入速度已經(jīng)超過了由長(zhǎng)牧食鏈的運(yùn)輸和濃縮的速度,需要增加食物鏈短的濾食性和底層雜食性魚類,以抑制富營(yíng)養(yǎng)化的趨勢(shì),穩(wěn)定水質(zhì),使之即無“水華”也無異常清澈的時(shí)期。其中,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入速度過快,主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一方面,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)年際輸入的總量過大;另一方面,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入過于集中,在一段時(shí)間內(nèi)超過了食物鏈傳遞的速度,造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累。

中國(guó)的非經(jīng)典生物操縱(Non-traditional biomanipulation)理論和實(shí)踐與此類似[25],只是目前該理論的實(shí)際應(yīng)用中,僅重視了鰱、鳙對(duì)藻類的直接攝食作用,而忽視了其他雜食性魚類通過吞食或刮食被湖盆吸附藻類的食藻作用。本研究中強(qiáng)調(diào)所有雜食性魚類的作用,包括中上層濾食性魚類和底層雜食性魚類,尤其后者在面積大、水淺的湖泊中作用更大。因此,在確定富營(yíng)養(yǎng)化水體中食藻魚鰱、鳙的比例時(shí),應(yīng)結(jié)合水體的形態(tài)、湖盆土質(zhì)和氣候：(1)水體形態(tài)方面,應(yīng)根據(jù)湖盆表面積與水體積的比例,確定底層雜食性魚類與濾食性魚類的放養(yǎng)比例,即表面積比例越大,淺、小、岸線發(fā)育學(xué)指數(shù)高的水體,應(yīng)放養(yǎng)更高比例的底層魚類,尤其夏季沒有穩(wěn)定溫躍層的持續(xù)循環(huán)湖庫(kù),但具體數(shù)值尚缺乏定量的研究成果,如筆者在黃河三角洲平原型湖泊(水庫(kù))的漁業(yè)操縱經(jīng)驗(yàn)是,濾食性魚類白鰱和底層雜食性魚類鯉、鯪和梭魚等作為主要放養(yǎng)魚類,其中底層魚類所占比例均為牧養(yǎng)魚總量的40%～60%,白鰱為30%～50%,花鰱僅為10%;(2)湖盆土質(zhì)影響懸浮物顆粒大小和豐度,從而影響對(duì)小型藻類的吸附作用,如長(zhǎng)江水稻土、黃河土母質(zhì)和東北黑鈣土均有不同的吸附藻類能力,因而底層雜食性魚類的放養(yǎng)比例在相同形態(tài)的水體中也應(yīng)不同;(3)氣候特點(diǎn)決定水體的風(fēng)成環(huán)流和垂直對(duì)流的強(qiáng)度,從而影響底質(zhì)顆粒的懸浮和運(yùn)動(dòng),以及對(duì)藻類的吸附作用,因而溫度日差較大、風(fēng)大的地區(qū),底層魚類應(yīng)投放較高比例。

2.3 增加異質(zhì)性為主雜食性魚類為輔的漁業(yè)操縱

在富營(yíng)養(yǎng)化程度嚴(yán)重的淺湖泊,上述漁業(yè)操縱實(shí)現(xiàn)的魚產(chǎn)品攜帶營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)上岸的速度,已經(jīng)不足以實(shí)現(xiàn)所有過量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)上岸的目標(biāo)。這類水體目前主要分布于長(zhǎng)江、淮河流域,屬平原型湖泊或水庫(kù),尤其是淺而大的水體,水平環(huán)流和垂直對(duì)流比較充分,水環(huán)境的異質(zhì)性較低,浮游動(dòng)物更易受到濾食性魚類的壓制,不能發(fā)揮抑制小型浮游植物的作用,使得牧食鏈的運(yùn)行不夠通暢,微型藻類大量滋生,如水深為2 m、面積為2300 km2的太湖。滇池水深為4.4 m、面積為330 km2,但因海拔高,晝夜溫差大,密度環(huán)流較強(qiáng),不能形成穩(wěn)定溫躍層,浮游動(dòng)物同樣容易被壓制,而使浮游植物大量滋生。為了發(fā)揮雜食性魚類短食物鏈的優(yōu)勢(shì),又發(fā)揮浮游動(dòng)物抑制微型藻類的作用,需減少濾食性魚類尤其是鳙的比例,增加底層雜食性魚類的比例,同時(shí)增加水體的異質(zhì)性,例如使用生態(tài)庇護(hù)所對(duì)浮游動(dòng)物的現(xiàn)存量進(jìn)行保護(hù),以提高其生產(chǎn)力,抑制微型藻類[26]。目前,中國(guó)集約化養(yǎng)殖中的綜合技術(shù)已經(jīng)有此理論的運(yùn)用[27]。增加水體異質(zhì)性的方法包括人工魚礁、圍欄、圍隔等,其中在不同的圍欄內(nèi)投放不同魚類,并成為相互協(xié)調(diào)的類似景觀生態(tài)系統(tǒng)的斑塊和廊道的功能體系的方法,應(yīng)該最為有效。目前,該方法國(guó)內(nèi)外尚屬空白,國(guó)內(nèi)有關(guān)部門或?qū)＜覍W(xué)者尚未給予關(guān)注和支持。

3 生物操縱效果的評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)生物操縱的效果,首先要檢驗(yàn)環(huán)境化學(xué)和環(huán)境生物學(xué)指標(biāo)是否好轉(zhuǎn),以及環(huán)境生物是否受到了合適的影響,其次是評(píng)價(jià)關(guān)鍵種——大型動(dòng)植物群落結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定而合理,從而確定生態(tài)系統(tǒng)是否穩(wěn)定,環(huán)境指標(biāo)的變化是一種趨勢(shì)還是暫時(shí)狀況。環(huán)境指標(biāo)在所有相關(guān)研究中均可觀察到,但大型動(dòng)植物的指標(biāo)卻經(jīng)常被忽視,即在研究不同水草對(duì)環(huán)境影響時(shí),忽略不同水草在不同生長(zhǎng)階段的差異;研究魚類對(duì)環(huán)境影響時(shí),僅僅關(guān)注了藻類等環(huán)境指標(biāo)的變化,而沒有關(guān)注魚類本身是否生長(zhǎng)正常,魚類群體結(jié)構(gòu)是否可以持續(xù)穩(wěn)定[28]。

3.1 環(huán)境化學(xué)和環(huán)境生物學(xué)指標(biāo)

實(shí)踐中這是用以判斷環(huán)境質(zhì)量的直接指標(biāo),通過監(jiān)測(cè)其時(shí)空變化,結(jié)合大型動(dòng)植物(魚類和水草)的結(jié)構(gòu)和生長(zhǎng)周期,可以預(yù)報(bào)水環(huán)境的發(fā)展趨勢(shì)。主要化學(xué)指標(biāo)包括：水層總磷、礦化度(或氯度、電導(dǎo)率)、pH和溶解氧,以及底泥總磷、底泥生物有效磷等。這些指標(biāo)包含水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)和發(fā)展趨勢(shì)的信息,如礦化度較高意味著水在地表的歷程較長(zhǎng),其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的積累較大程度是因不斷濃縮造成;pH的持續(xù)弱堿性意味著有機(jī)物產(chǎn)生的速度持續(xù)超過分解的速度等。

環(huán)境生物學(xué)的指標(biāo)包括：葉綠素含量、浮游植物現(xiàn)存量及其群落結(jié)構(gòu)、浮游動(dòng)物現(xiàn)存量及其群落結(jié)構(gòu)、底棲動(dòng)物現(xiàn)存量及其群落結(jié)構(gòu),以及生物多樣性指數(shù)和空間異質(zhì)性指數(shù)?，F(xiàn)存量特別是葉綠素a含量和浮游植物的現(xiàn)存量可以用來評(píng)價(jià)水質(zhì)狀況,而多樣性指數(shù)和空間異質(zhì)性指數(shù)可以作為評(píng)價(jià)魚類下行影響的敏感指標(biāo)——魚類的下行影響首先會(huì)使低等生物群落的多樣性指數(shù)和空間異質(zhì)性降低到一定水平[17]。持續(xù)一段時(shí)間直到魚類的生長(zhǎng)速度減慢,再人為減少魚類的現(xiàn)存量,藻類個(gè)體增大、豐度下降,營(yíng)養(yǎng)鹽(水層總磷和底泥總磷)含量下降,水質(zhì)得到改善。

3.2 魚類組成指標(biāo)

作為水生態(tài)系統(tǒng)中的大型動(dòng)物,魚類通常是控制和影響整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵種,因此,要關(guān)注水中現(xiàn)存魚類的生長(zhǎng)狀況和群體結(jié)構(gòu),以確保生物操縱過程中魚類的正常生長(zhǎng),且正在實(shí)現(xiàn)最大魚產(chǎn)量。因?yàn)槿绻~類的生產(chǎn)量未達(dá)到最大,或小于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沉積的速度,富營(yíng)養(yǎng)化將不可避免。分析評(píng)價(jià)時(shí),首先檢測(cè)魚類生長(zhǎng)是否正常,其次是評(píng)估放養(yǎng)捕撈維持的魚類群體結(jié)構(gòu)和捕獲量是否合理。通過測(cè)定其體長(zhǎng)組成,結(jié)合個(gè)別樣本的鱗片、鰭條或耳石的年輪鑒定,可以確定該群體的年齡結(jié)構(gòu)和年生長(zhǎng)速率,再結(jié)合肥滿度指標(biāo),可以斷定該魚的生長(zhǎng)速度、群體生產(chǎn)量和放養(yǎng)捕撈量是否達(dá)到最大[29]。

判斷魚類的群體結(jié)構(gòu)和捕獲量是否合理,相對(duì)比較復(fù)雜。首先通過餌料生物的豐度和最大個(gè)體大小的變化判斷餌料生物的豐欠程度,最佳狀態(tài)是餌料生物現(xiàn)存量沒變,但個(gè)體大小略有下降;其次是通過競(jìng)爭(zhēng)者的豐度變化,如野生小型雜食性魚類豐度提高,意味著主要投放的雜食性魚類密度不足;通過野生大型肉食性魚類豐度的變化,如果其豐度增加,意味著主要經(jīng)濟(jì)魚類放養(yǎng)不足或放養(yǎng)個(gè)體規(guī)格偏小。

生產(chǎn)實(shí)踐中通常情況下是魚類現(xiàn)存量不足,導(dǎo)致生產(chǎn)量不足,進(jìn)而營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累,富營(yíng)養(yǎng)化速度加速。魚類現(xiàn)存量不足的原因：一方面,捕撈過度或?yàn)E捕無序,這從太湖的漁業(yè)狀況中可見一斑[30-31];另一方面,管理部門未隨湖庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的提高增加現(xiàn)存量以提高產(chǎn)量,即增大放養(yǎng)量或提高捕撈規(guī)格,如遼寧大伙房水庫(kù),富營(yíng)養(yǎng)化程度提高[32],但魚產(chǎn)量反而降低。

4 結(jié)語(yǔ)

受人類行為的影響,內(nèi)陸水域水層營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的增加成為必然,因而強(qiáng)化水體生態(tài)功能和結(jié)構(gòu)成為維持水體功能的必然需要。國(guó)內(nèi)外的非經(jīng)典和經(jīng)典生物操縱理論,強(qiáng)調(diào)了生物要素間的關(guān)系,本研究中提出的漁業(yè)操縱理論更關(guān)注營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)沿食物鏈流動(dòng)和上岸的暢通性,提出了根據(jù)水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入節(jié)奏和水體形態(tài)確定最經(jīng)濟(jì)的富營(yíng)養(yǎng)化防止和修復(fù)的漁業(yè)操縱方案。

[1] 張萍,高麗娜,孫翀.中國(guó)主要河湖水生態(tài)綜合評(píng)價(jià)[J].水利學(xué)報(bào),2016,47(1)：94-100.

[2] 陳小鋒,揣小明,楊柳燕.中國(guó)典型湖區(qū)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)狀、歷史演變趨勢(shì)及成因分析[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào),2014,30 (4)：438-443.

[3] 成小英,李世杰.長(zhǎng)江中下游典型湖泊富營(yíng)養(yǎng)化演變過程及其特征分析[J].科學(xué)通報(bào),2006,51(7)：848-855.

[4] 劉其根,張真.富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中的鰱、鳙控藻問題：爭(zhēng)議與共識(shí)[J].湖泊科學(xué),2016,28(3)：463-475.

[5] J?rgensen S E,de Bernardi R.The use of structural dynamic models to explain successes and failures of biomanipulation[J].Hydrobiologia,1998,379(1-3)：147-158.

[6] Drenner R W,Hambright K D.Biomanipulation of fish assemblages as a lake restoration technique[J].Archiv Fur Hydrobiologie, 1999,146(2)：129-165.

[7] Jeppesen E,Meerhoff M,Jacobsen B A,et al.Restoration of shallow lakes by nutrient control and biomanipulation-the successful strategy varies with lake size and climate[J].Hydrobiologia,2007,581 (1)：269-285.

[8] Bernes C,Carpenter S R,G?rdmark A,et al.What is the influence of a reduction of planktivorous and benthivorous fish on water quality in temperate eutrophic lakes?A systematic review[J].Environmental Evidence,2015,4：7.

[9] VanMiddlesworth T D,McClelland N N,Sass G G,et al.Fish community succession and biomanipulation to control two common aquatic ecosystem stressors during a large-scale floodplain lake restoration[J].Hydrobiologia,2016,769(1)：1-16.

[10] 秦伯強(qiáng),高光,朱廣偉,等.湖泊富營(yíng)養(yǎng)化及其生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)[J].科學(xué)通報(bào),2013,58(10)：855-864.

[11] 史為良,夏德昌,董雙林,等.大伙房和柴河兩水庫(kù)的環(huán)境因子同鰱、鳙生長(zhǎng)和產(chǎn)量變動(dòng)的關(guān)系[J].海洋與湖沼,1994,25 (1)：77-86.

[12] 史靜,于秀芳,夏運(yùn)生,等.影響富營(yíng)養(yǎng)化湖泊底泥氮、磷釋放的因素[J].水土保持通報(bào),2016,36(3)：241-244.

[13] Liu Wenzhi,Zhang Quanfa,Liu Guihua.Lake eutrophication associated with geographic location,lake morphology and climate in China[J].Hydrobiologia,2010,644(1)：289-299.

[14] Bittencourt-Oliveira M D C,Chia M A,Oliveira H S B D,et al. Allelopathic interactions between microcystin-producing and non-microcystin-producing cyanobacteria and green microalgae：implications for microcystins production[J].Journal of Applied Phycology,2015,27(1)：275-284.

[15] Chen Feizhou,Dai Xi,Shu Tingting,et al.Microcystins derived from lysing Microcystis cells do not cause negative effects on crustacean zooplankton in Lake Taihu,China[J].Aquatic Ecology, 2013,47(4)：379-387.

[16] Zhang Junqian,Xie Zhicai,Wang Zhi.Oxidative stress responses and toxin accumulation in the freshwater snail Radix swinhoei (Gastropoda,Pulmonata)exposed to microcystin-LR[J].Environmental Science and Pollution Research,2016,23(2)：1353-1361.

[17] Brock W,Kinzig A,Perrings C.Modeling the economics of biodiversity and environmental heterogeneity[J].Environmental and Resource Economics,2010,46(1)：43-58.

[18] Havens K E,Beaver J R.Zooplankton to phytoplankton biomass ratios in shallow Florida lakes：an evaluation of seasonality and hypotheses about factors controlling variability[J].Hydrobiologia,2013,703(1)：177-187.

[19] 李德尚,焦念志,周春生,等.山東省大中型水庫(kù)魚產(chǎn)力的綜合評(píng)估[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào),1993,17(2)：95-104.

[20] 何志輝.中國(guó)湖泊和水庫(kù)的營(yíng)養(yǎng)分類[J].大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào),1987(1)：1-10.

[21] Byers J E.Impact of non-indigenous species on natives enhanced by anthropogenic alteration of selection regimes[J].Oikos,2002, 97(3)：449-458.

[22] Domaizon I,Devaux J.Experimental study of the impacts of silver carp on plankton communities of eutrophic Villerest reservoir (France)[J].Aquatic Ecology,1999,33(2)：193-204.

[23] 王宇庭,孫建,閻紅山.魚類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)下行影響敏感指標(biāo)初探[J].萊陽(yáng)農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào),2002,19(2)：139-144.

[24] 黃真理,常劍波.銀魚的產(chǎn)量能預(yù)報(bào)嗎[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2001, 21(1)：86-93.

[25] Xie Ping,Liu Jiankang.Practical success of biomanipulation using filter-feeding fish to control cyanobacteria blooms：a synthesis of decades of research and application in a subtropical hypereutrophic lake[J].The Scientific World,2001,1：337-356.

[26] 王宇庭.生態(tài)庇護(hù)所式富營(yíng)養(yǎng)化水的處理方法：中國(guó), 201610429504.4[P].2016-06-15.

[27] 董雙林.中國(guó)綜合水產(chǎn)養(yǎng)殖的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社,2015.

[28] 唐匯娟,謝平.圍隔中不同密度鰱對(duì)浮游植物的影響[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,25(3)：277-280.

[29] 王宇庭,趙文,張久國(guó),等.根據(jù)漁獲物評(píng)價(jià)鰱、鳙放養(yǎng)比例的方法及應(yīng)用[J].大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào),2001,16(2)：99-105.

[30] 劉恩生,劉正文,鮑傳和.太湖鯽魚數(shù)量變化的規(guī)律及與環(huán)境間關(guān)系的分析[J].湖泊科學(xué),2007,19(3)：345-350.

[31] 何俊,谷孝鴻,王小林,等.太湖魚類放流增殖的有效數(shù)量和合理結(jié)構(gòu)[J].湖泊科學(xué),2012,24(1)：104-110.

[32] 焉鴻啟,趙文,郭凱,等.遼寧省6座水源水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化狀況的分析與評(píng)價(jià)[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報(bào),2016,31(2)：180-184.

Insight into fisheries manipulations to inhibit and restore eutrophications in lakes and reservoirs

WANG Yu-ting1,YE Jin-yun1,ZHENG Rong-quan2
(1.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Aquatic Resources Conservation and Development,Key Laboratory of Aquatic Animal Genetic Breeding and Nutrition,Chinese Academy of Fishery Sciences,Huzhou University,Huzhou 313000,China;2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Biotechnology and Protective Utilization of Wild Animals,Zhejiang Normal University,Jinhua 321004,China)

The fisheries manipulation strategies were surveyed in lakes and reserviors with various trophic types, basin morphology,and nutrient input rhythm to inhibit and restore eutrophications in lakes and reservoirs.The statistic data collected from some reservoirs and lakes indicate that long food chain piscivorous fish and indigenous fish should be protected to increase the biodiversties in oligotrophic waters with less non-point pollution and nutrient input.Omnivores are stocked into the waters as eutrophication become more and more serious,and ratio of filtering feeder to benthivorous fish should be controlled mainly depending on water depth and area,instead of exaggeration of the algae removal effect by filter feeding fishes in all waters.Especially,benthivorous fish should be stocked more to remove algae in shallow lakes by swallowing and scraping the algae that are adhered by lake basins.In ultra eutrophic lakes,the restoration must be carried out by omnivorous fish together with increase of the water heterogeneity such as implanting refuges for zooplankton in order to improve biodiversity and fish production,or increase in the rate of nutrients being concentrated and unloaded from the waters.It is first suggested that fence segmentation be conducted in shallow and large eutrophic waters so that a large ecosystem is divided into small ecosystem landscape complexes that depend on each other.

fisheries manipulation;eutrophication;heterogeneity;ecological restoration

Q954.4

A

10.16535/j.cnki.dlhyxb.2017.04.013

2095-1388(2017)04-0451-06

2016-12-02

浙江省野生動(dòng)物生物技術(shù)與保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放項(xiàng)目(20161106);浙江省水生生物資源養(yǎng)護(hù)與開發(fā)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(2013E10014);浙江省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2015C03018)

王宇庭(1966—),男,副教授。E-mail：wang.yt@hotmail.com

鄭榮泉(1969—),男,博士,教授。E-mail：zhengrq@zjnu.cn