新疆伊犁河不同河段魚類的物種多樣性和優(yōu)勢種

蔡林鋼牛建功劉春池鄒 明謝 鵬阿達(dá)克·白克劉 建李 紅

(1.新疆水產(chǎn)科學(xué)研究所, 農(nóng)業(yè)部西北地區(qū)漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站, 烏魯木齊 830000; 2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 武漢 430000)

新疆伊犁河不同河段魚類的物種多樣性和優(yōu)勢種

蔡林鋼1牛建功1劉春池1鄒 明2謝 鵬2阿達(dá)克·白克1劉 建1李 紅1

(1.新疆水產(chǎn)科學(xué)研究所, 農(nóng)業(yè)部西北地區(qū)漁業(yè)資源環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站, 烏魯木齊 830000; 2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 武漢 430000)

為了了解伊犁河魚類群落結(jié)構(gòu)和多樣性特征, 于2012—2014年連續(xù)3年對我國境內(nèi)新疆伊犁河上、中和下游不同河段進(jìn)行魚類資源調(diào)查。獲得27種魚類樣本, 隸屬于6目9科23屬。伊犁河中、上游河段主要以斯氏高原鰍、新疆裸重唇魚、新疆高原鰍和伊犁裂腹魚等土著魚類為優(yōu)勢種, 下游河段的優(yōu)勢種主要有鯉、草魚和鯽等外來種。伊犁河中、上游河段魚類種類稀少, 大中型魚類資源稀少, 魚類群落多樣性低。梯級水電站的開發(fā)、過度捕撈以及外來種入侵對伊犁河魚類魚類群落造成了很大的影響。

伊犁河; 魚類群落; 多樣性; 優(yōu)勢種

伊犁河是新疆最大的一條河流, 也是我國與哈薩克斯坦共和國之間三大國際河流之一。伊犁河流域在我國境內(nèi)全長442.0 km, 多年平均徑流量167.0× 108m3。特克斯河是伊犁河的主源, 發(fā)源于天山海拔6995.0 m的騰格里峰北坡, 從哈薩克斯坦流入中國, 自西向東穿過昭蘇-特克斯盆地, 折向北接納鞏乃斯河后向西與喀什河匯合, 在國界由霍爾果斯河匯入后流入哈薩克斯坦共和國。伊犁河流域地形復(fù)雜, 伊犁河干流及其三大支流特克斯河、鞏乃斯河和喀什河穿流于谷地之間, 這些支流年徑流量的年際變化小而穩(wěn)定, 河流落差大。整個(gè)伊犁河流域地勢自東向西海拔和氣溫逐漸降低, 降水量減小,蒸發(fā)量增加。獨(dú)特的地勢使伊犁河流域水資源豐沛、氣候溫和, 土地肥沃、有豐美的草場和茂密的森林, 是新疆少有的物種多樣性豐富的區(qū)域[1,2]。近年來隨著人類經(jīng)濟(jì)活動加劇, 魚類種群資源正逐步發(fā)生變化, 而對魚類物種多樣性研究罕有報(bào)道。本文根據(jù)近3年來連續(xù)對伊犁河流域(我國境內(nèi))上下游不同河段魚類資源調(diào)查結(jié)果進(jìn)行物種多樣性和優(yōu)勢種研究, 以期為伊犁河漁業(yè)資源合理開發(fā)利用及生物多樣性保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點(diǎn)的設(shè)置和方法

在伊犁河我國境內(nèi)上、中、下游河段共布設(shè)6個(gè)采樣站, 分別為: 上游特克斯河大橋(A)、鞏乃斯河團(tuán)結(jié)鄉(xiāng)(B)和喀什河尼勒克(C), 中游山口水庫下1 km河段(D)、雅瑪渡河段(E), 以及下游國境三道河河段(F), 這些采樣點(diǎn)覆蓋了伊犁河的主要支流以及干流。各采樣站中心坐標(biāo)位置、海拔進(jìn)見表 1。采樣時(shí)間為2012—2014年每年6—7月和9—10月,共計(jì)6次。采樣的網(wǎng)具主要是單層刺網(wǎng)、三層刺網(wǎng)和地籠, 每次每個(gè)采樣點(diǎn)所用網(wǎng)具類型、數(shù)量基本相同。采樣范圍為坐標(biāo)點(diǎn)上下1 km河段內(nèi)。對所采集的漁獲物分別進(jìn)行種類鑒別, 體長和體重測量。

1.2 數(shù)據(jù)分析

采用以下多樣性特征進(jìn)行研究:

(1)相對重要性指數(shù)(IRI): IRI=(ni/N+wi/W)×fi;

IRI%=(IRI/∑IRI)100%

本研究選取IRI%大于10的種類為各采樣點(diǎn)優(yōu)勢種[3—6]。

(2)Shannon-Wiener多樣性指數(shù): H′= –∑(ni/N)· ln(ni/N)

(3)Simpson多樣性指數(shù): D=1 – ∑(ni/N)2

以上各式中ni為第i種的個(gè)體數(shù), wi為第i種的總重量, N為所有漁獲種類的總個(gè)體數(shù), W為所有漁獲種類的總重量, fi為第i種出現(xiàn)的站數(shù)占總調(diào)查站數(shù)的百分比(即出現(xiàn)頻率)。Na和Nb分別為生境a和生境b魚類群落中各自的總個(gè)體數(shù), Nj為生境a和生境b魚類群落共有種中個(gè)體數(shù)量較小者之和。

表 1 采樣點(diǎn)地理位置Tab.1 Geographic description of sampling stations

(5)豐度生物量比較曲線分析

豐度生物量比較曲線(Abundance biomass comparison curve, 簡稱ABC曲線)是在同一坐標(biāo)系中比較生物量優(yōu)勢度曲線和數(shù)量優(yōu)勢度曲線, 通過兩條曲線的分布情況[7]。

2 結(jié)果

2.1 伊犁河魚類種類組成

本次調(diào)查中共獲得魚類種類27種, 隸屬于6目9科23屬, 共計(jì)1004尾, 1166.7 kg。其中鯉科魚類最多, 有13種, 占總種數(shù)的48.1%; 其次是鰍科魚類, 有4種, 占總種數(shù)的14.8%。種類最多的是站點(diǎn)F, 有16種, 占總種數(shù)的59.3%, 分布種類最少的是站點(diǎn)B,僅8種, 占總種數(shù)的29.6%。此次調(diào)查中調(diào)查到土著魚類9種。在支流特克斯河的11種魚類中, 土著魚類有9種; 鞏乃斯河除了麥穗魚, 其余7種魚類均為土著魚類; 喀什河除麥穗魚、鯽以外, 其余7種均為土著魚類, 雅瑪渡河段出現(xiàn)的土著魚類僅有3種, 伊犁河國境(三道河)河段的土著魚類僅有伊犁裂腹魚一種。綜合分析各種類6個(gè)采樣點(diǎn)的出現(xiàn)情況, 結(jié)果顯示伊犁裂腹魚和鯽在6個(gè)采樣點(diǎn)的出現(xiàn)率為100%; 新疆裸重唇魚和新疆高原鰍出現(xiàn)率為83.3%;其次是穗唇須鰍、斯氏高原鰍和麥穗魚, 出現(xiàn)率為66.7%(表 2)。非參數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果顯示6個(gè)采樣點(diǎn)魚類群落組成無顯著性差異(P>0.5)。

2.2 伊犁河魚類優(yōu)勢種

通過對各個(gè)采樣點(diǎn)7魚類的相對重要性指數(shù)分析, 結(jié)果表明: 斯氏高原鰍、新疆裸重唇魚、新疆高原鰍和伊犁裂腹魚是A站點(diǎn)的優(yōu)勢種類; 在采樣站點(diǎn)B和C, 優(yōu)勢種類主要是新疆裸重唇魚和新疆高原鰍; 而在D、E兩個(gè)采樣站點(diǎn), 新疆裸重唇魚和伊犁裂腹魚是該河段的優(yōu)勢種類; 在下游的F站點(diǎn),優(yōu)勢種主要是伊犁裂腹魚、鯉、草魚和鯽。其中新疆裸重唇魚是A、B、C和D站點(diǎn)的優(yōu)勢種類, 伊犁裂腹魚是調(diào)查站點(diǎn)A、D、E和F的優(yōu)勢種?？傮w上, 目前伊犁河(中國境內(nèi))中、上游河段優(yōu)勢種仍以斯氏高原鰍、新疆裸重唇魚、新疆高原鰍和伊犁裂腹魚等土著魚類為優(yōu)勢種, 而下游國境線三道河河段魚類優(yōu)勢種以鯉、草魚和鯽為優(yōu)勢種(表 3)。

2.3 伊犁河魚類多樣性指數(shù)空間變化

對伊犁河6個(gè)采樣點(diǎn)多樣性指數(shù)計(jì)算分析顯示,在伊犁河下游國境(三道河)河段漁獲種類最多, 魚類群落多樣性最高, Shannon-Wiener多樣性指數(shù)為2.058, Simpson多樣性指數(shù)為0.826。B站點(diǎn)魚類物種數(shù)最少, 其多樣性指數(shù)最小。采樣點(diǎn)C和采樣點(diǎn)E的物種數(shù)均為9, 采樣點(diǎn)E的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)為和Simpson多樣性指數(shù)分別為1.478和0.660, 而采樣點(diǎn)C的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)為1.298, Simpson多樣性指數(shù)為0.596(圖 1)。

2.4 伊犁河魚類群落結(jié)構(gòu)分析

通過對6個(gè)采樣點(diǎn)之間魚類組成相似性系數(shù)統(tǒng)計(jì)分析, 表明伊犁河上游4個(gè)采樣點(diǎn)之間魚類組成相似性較高, 兩兩之間的Bray-Curtis相似性指數(shù)均在50%以上, 同時(shí)D、E兩個(gè)采樣點(diǎn)相似性也大于50%, F點(diǎn)與ABCD四個(gè)點(diǎn)的的B-C指數(shù)均小于20%, E、F二者之間的B-C指數(shù)為38.64%。等級聚類分析根據(jù)Bray-Curtis相似性指數(shù)將6個(gè)采樣點(diǎn)魚類群落分為兩大類。第Ⅰ類包括采樣站點(diǎn)A、B、C、D以及E站點(diǎn); 第Ⅱ類為F站點(diǎn)(圖 2)。應(yīng)用ANOSM分析進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)顯示這兩個(gè)群聚之間無顯著性差異(P>0.05)。

對伊犁河6個(gè)采樣站點(diǎn)的7種優(yōu)勢種魚類進(jìn)行MDS排序分析, MDS脅強(qiáng)系數(shù)為0.01, 表明MDS排序圖能夠很好地解釋物種之間的相似性關(guān)系。根據(jù)Bray-Curtis相似性指數(shù)將魚類物種分為兩大類群。類群A包括斯氏高原鰍、新疆裸重唇魚、新疆高原鰍和伊犁裂腹魚4種(圖 3)。類群B包括鯉、鯽和草魚3種。應(yīng)用ANOSM對這兩大類群進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)顯示這兩大類群之間具有顯著性差異(P<0.05)。

表 2 伊犁河魚類名錄Tab.2 Fish species of the Ili River

續(xù)表2

表 3 伊犁河各采樣點(diǎn)優(yōu)勢種Tab.3 Dominant fish in each sampling station of the Ili River

2.5 伊犁河魚類群落ABC曲線

伊犁河支流和干流6個(gè)采樣點(diǎn)魚類群落的ABC曲線結(jié)果顯示, 在B站點(diǎn)和C站點(diǎn), W值為負(fù)。在采樣站點(diǎn)D和F, 生物量優(yōu)勢度曲線始終位于豐富度優(yōu)勢度曲線的上方; 在采樣站點(diǎn)A、B和E, 生物量優(yōu)勢度曲線和豐富度優(yōu)勢度曲線都有不同程度的相交; 而在C站點(diǎn), 生物量優(yōu)勢度曲線位于豐富度優(yōu)勢度曲線下方(圖 4)。A、B和E站點(diǎn)的ABC曲線發(fā)生交叉變化, 結(jié)果顯示引起A點(diǎn)ABC曲線交叉變化的物種是新疆裸重唇魚和斑重唇魚; B點(diǎn)ABC曲線交叉變化主要是由黑背高原鰍和伊犁裂腹魚引起; E站點(diǎn)ABC曲線交叉變化主要是由南方鲇引起。

3 討論

3.1 伊犁河魚類組成

本研究在伊犁河(中國境內(nèi))的6個(gè)調(diào)查點(diǎn)中總共調(diào)查到魚類27種, 與歷史資料記載[1]相比, 未捕獲到的魚類有Can、短頭鲃、銀色裂腹魚、銀鯽、鰱和北方泥鰍6種。伊犁河流域(中國境內(nèi))的10種土著魚類分別是新疆裸重唇魚、斑重唇魚、伊犁裂腹魚、銀色裂腹魚、新疆高原鰍、斯氏高原鰍、黑背高原鰍、穗唇須鰍、短尾鰂和伊犁鱸。其中銀色裂腹魚從1996年調(diào)查至今一直未捕獲到樣本,在本次調(diào)查中, 銀色裂腹魚也是唯一一種沒有捕獲到的土著魚類。

圖 1 伊犁河魚類群落多樣性指數(shù)Fig.1 Diversity indices of the fish community in the Ili River

李思忠[8]將伊犁河(中國境內(nèi))按魚類區(qū)劃劃為華西區(qū)(中亞高山區(qū))伊犁、額敏亞區(qū)。魚類組成以鯉科裂腹魚亞科魚類和條鰍屬魚類為主。這些魚類能夠適應(yīng)高海拔、低水溫、水流急、大陸性氣候強(qiáng)的水域生態(tài)環(huán)境。伊犁河(中國境內(nèi))中上游河段, 裂腹魚亞科和條鰍屬的一些土著魚類仍然是優(yōu)勢種。而在伊犁河國境(三道河)河段, 優(yōu)勢種類與上中游河段的差異較大, 主要以外來種類為主。同時(shí), 在伊犁河國境(三道河)河段和伊犁河雅瑪渡河段還捕獲到南方鲇, 這在伊犁河流域魚類的歷史調(diào)查中是沒有記載的。推測這些外來種可能從養(yǎng)殖場逸入伊犁河流域, 但是受到上游河段水溫和流速的限制, 所以沒有在中、上游河段形成一定規(guī)模,從而使伊犁河中、上游河段較好的維持了原有的魚類群落結(jié)構(gòu)。

3.2 伊犁河魚類群落結(jié)構(gòu)特征

α多樣性和β多樣性一起構(gòu)成了群落的總體多樣性或生物異質(zhì)性[9]。對它們的測度可以體現(xiàn)群落的結(jié)構(gòu)類型、組織水平和生境差異, 是群落生物組成結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)。群落的多樣性指數(shù)屬于α多樣性指標(biāo), 很好的反映了不同群落內(nèi)部在物種組成方面的差異[10]。Shannon-Wiener多樣性指數(shù)包含了物種豐富度和均勻性兩個(gè)方面, 物種數(shù)量或者均勻度增加, 都可能使Shannon-Wiener多樣性指數(shù)增加[11]。伊犁河下游國境(三道河)河段漁獲物種類最多, 因而Shannon-Wiener多樣性指數(shù)最高。喀什河尼勒克河段與伊犁河雅瑪渡河段的漁獲物種類相同, 而Shannon-Wiener多樣性指數(shù)卻有差異, 這說明喀什河尼勒克河段魚類均勻度小于伊犁河雅瑪渡河段。β多樣性指數(shù)是指群落之間的多樣性, 用來度量不同群落之間物種組成的差異[12]。本研究利用群落的Bray-Curtis相似性指數(shù)將6個(gè)采樣站點(diǎn)的魚類群落分為兩大類。這也客觀地反映了伊犁河魚類群落結(jié)構(gòu)的地域差異。一些廣適性物種如鯽、麥穗魚、南方鲇等在各個(gè)采樣點(diǎn)也形成一定捕撈規(guī)模, 同時(shí)伊犁裂腹魚在6個(gè)采樣點(diǎn)都有出現(xiàn),仍然是主要捕撈對象, 這是引起兩大類魚類群落差異不顯著的主要原因。新疆裸重唇魚、斯氏高原鰍和新疆裸重唇魚都屬于冷水性魚類, 體型呈棒狀,適應(yīng)于急流、低溫的山區(qū)溪流型水域環(huán)境[13]。由于溫度和流速影響魚類的繁殖、生存以及生境利用[14,15]。因此, 水溫和流速在一定程度上影響魚類群落結(jié)構(gòu)。主要物種的排序也揭示了物種隨著空間的變化特征。斯氏高原鰍、新疆裸重唇魚、新疆高原鰍和伊犁裂腹魚之間的物種相似性較高, 以這些物種為優(yōu)勢種類的魚類群落分布在伊犁河上游河段; 以鯉、草魚和鯽為優(yōu)勢種的群落分布在伊犁河國境(三道河)河段, 這一結(jié)論與與采樣站點(diǎn)的聚類是吻合的。

3.3 伊犁河魚類資源保護(hù)啟示

圖 2 伊犁河各采樣站點(diǎn)等級排序Fig.2 Dendrogram and MDS ordination plot of each sampling station in the Ili River

過度捕撈、外來種入侵、水利工程修建與農(nóng)業(yè)引水灌溉、水體污染是公認(rèn)的影響天然水體土著魚類組成與分布的重要因素[16—18]。銀色裂腹魚曾是伊犁河主產(chǎn)土著經(jīng)濟(jì)魚類, 20世紀(jì)50至60年代其產(chǎn)量占伊犁河(我國境內(nèi))年捕撈量的60%以上,而近些年卻從未采集到樣本。造成伊犁河中下游河段土著種類數(shù)量急劇減小的主要原因是過度捕撈。伊犁河(中國境內(nèi))下游三道河河段較上游河段水溫較高、水流平緩, 沿岸多水生植物及河漫灘,適宜草上產(chǎn)卵的溫水性或廣溫性魚類棲息繁衍, 這些適應(yīng)能力強(qiáng)的外來種在生態(tài)位競爭中處于優(yōu)勢,再加上漁業(yè)開發(fā)過度, 外來種逐漸演化成為該河段的優(yōu)勢種類。盡管這些種類的入侵增加了物種數(shù),使多樣性指數(shù)增大, 但是由于生態(tài)脅迫, 造成了土著種的資源退縮, 改變了該河段原有魚類群落結(jié)構(gòu)。

圖 3 伊犁河優(yōu)勢種魚類等級排序圖Fig.3 Dendrogram and MDS ordination plot showing the main species in the Ili River

圖 4 伊犁河各采樣點(diǎn)魚類群落ABC曲線Fig.4 Plots ABC of each sampling station in the Ili River

伊犁河(中國境內(nèi))新疆裸重唇魚、斯氏高原鰍和斑重唇魚屬于冷水性魚類。然而相關(guān)研究表明這3種魚類的分布水域并不完全重疊[15,19]。新疆裸重唇魚和斑重唇魚產(chǎn)卵場分布、微生境也具有明顯的差異[20]。這表明保護(hù)棲息地生境是保護(hù)魚類物種多樣性的前提條件。

魚類群落中各個(gè)物種的生活史策略不同, 對捕撈和環(huán)境影響的反應(yīng)程度也不同[21]。ABC曲線用來反映群落中大型和小型種類的組成變化[7]。在本研究中, A、B、E站點(diǎn)的ABC曲線交叉點(diǎn)物種很好的反映了魚類群落中大型個(gè)體和小型個(gè)體的組成變化。在群落未受干擾的情況下, 群落主要以生長慢、性成熟晚、個(gè)體大k選擇體種類為主, 此時(shí), 生物量曲線位于優(yōu)勢度曲線之上; 隨著干擾增加, k選擇物種生物量或數(shù)量減小, 當(dāng)達(dá)到中度干擾狀態(tài)時(shí),兩條曲線相交; 當(dāng)群落逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐詒選擇的物種為主時(shí), 此時(shí)生物量曲線位于豐富度曲線之上, 群落受到重度干擾[22]。本研究表明, C站點(diǎn)魚類群落受到嚴(yán)重干擾, 其主要原因可能是喀什河上多級梯級電站的修建, 改變了河流原有的水文性質(zhì)而引起。水電站的修建改變了河道原始水量、水位、水質(zhì)、水溫, 對河道的浮游生物產(chǎn)生影響, 進(jìn)而影響到野生魚類的食物鏈。同時(shí)洄游通道被切斷, 產(chǎn)卵場受到破壞[24—27]。伊犁裂腹魚曾是伊犁河重要的冷水性土著經(jīng)濟(jì)魚類, 受到梯級水電站的隔斷,伊犁裂腹魚無法進(jìn)入餌料豐富的河岸洄水灣覓食,再加上高強(qiáng)度捕撈, 造成群體低齡化近些年資源量呈下降趨勢, 個(gè)體小型化, 已不能形成穩(wěn)定的捕撈產(chǎn)量[1,28,29]。但是伊犁裂腹魚仍然是主要的捕撈對象, 因此迫切需要制定合理的措施, 對伊犁裂腹魚種群進(jìn)行恢復(fù)和保護(hù)。

伊犁河上游河段魚類種類稀少, 大中型魚類資源稀少, 優(yōu)勢種多以體型較小的冷水性土著魚類為主, 魚類多樣性較低, 魚類群落已受到干擾。因此需要加強(qiáng)伊犁河魚類生境保護(hù), 同時(shí)加強(qiáng)伊犁河土著魚類生物學(xué)與生態(tài)學(xué)研究, 對已建水電站進(jìn)行水生生物及環(huán)境監(jiān)測, 控制外來種入侵, 嚴(yán)格按照相關(guān)法規(guī)進(jìn)行增殖放流來保護(hù)土著魚類。

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SPECIES DIVERSITY AND DOMINANT FISH SPECIES IN DIFFERENT REACHES OF THE ILI RIVER, XINJIANG

CAI Lin-Gang1, NIU Jian-Gong1, LIU Chun-Chi1, ZOU Ming2, XIE Peng2, A dakbek1, LIU Jian1and LI Hong1
(1.Xinjiang Fishery Research Institute, Scientific Observing and Experimental Station and Environment Northwest China, Ministry of Agriculture, Urumqi 830000, China; 2.Huazhong Agriculture University, Wuhan 430000, China)

From 2012 to 2014, fishing surveys were conducted upstream, midstream, and downstream of the Ili River to understand the characteristics of fish community structure and diversity.A total of 27 fish species were collected, belonging to 6 genera, 9 families, and 23 orders.In the upper and middle branches of the Ili River, the dominant species were T.strauchii (Kessler), T.stoliczkae (Steindachner), G.dybowskii (Kessler), and S.pseudaksaiensis Herzenstein, which are native fish of the Ili River.C.idellus (Cuvier et Valenciennes), C.carpio (Temminck et Schlegel) and C.auratus (Linnaeus) were the dominant species downstream of the Ili River.In the upper and middle branches of the Ili River, the species richness, resources of large fish, and community diversity were low.The construction of cascaded hydroelectric plants, over fishing, and exotic fish invasions have significantly affected the fish communities of the Ili River.

Ili River; Fish community; Diversity; Dominant species

S931.3

A

1000-3207(2017)04-0819-08

10.7541/2017.102

2016-01-14;

2016-10-11

國家科技基礎(chǔ)性工作專項(xiàng)(2012FY112700); 國家自然科學(xué)基金(31060357)資助 [Supported by the Ministry of Science and Technology (2012FY112700); the National Natural Science Foundation of China (31060357)]

蔡林鋼(1970—), 男, 研究員, 主要從事魚類生態(tài)及冷水魚類增養(yǎng)殖研究。E-mail: ywqclg@163.com