秋香江水電梯級開發(fā)對魚類資源影響的調(diào)查研究

劉 潔，陳 蘭，崔 科，張麗娟，劉協(xié)亭,李 歆，胡國成

(1.廣東省社會(huì)科學(xué)院，廣東 廣州 510635；2.生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境科學(xué)研究所，廣東 廣州 510535；3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，廣東 廣州 510642；4.國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境污染健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,廣東 廣州 510535；5.廣東省水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510170)

水利水電開發(fā)會(huì)對水生態(tài)產(chǎn)生重要影響[1]。流域梯級開發(fā)的影響更為顯著，流域梯級開發(fā)，對流域水生生態(tài)及相關(guān)聯(lián)的陸生生態(tài)的完整性與穩(wěn)定性、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能、生物多樣性等均會(huì)產(chǎn)生很復(fù)雜的、長期的不利影響[2]。魚類作為水生態(tài)系統(tǒng)中的頂級群落，是水生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分。魚類的多樣性和群落結(jié)構(gòu)在很大程度上能反映河流的健康狀態(tài)，因此在維護(hù)生態(tài)平衡特別是保護(hù)水資源環(huán)境安全方面有著不可替代的作用[3]。崔磊[4]認(rèn)為長江水電開發(fā)導(dǎo)致下游水文泥沙狀況顯著改變、庫區(qū)回水區(qū)富營養(yǎng)化和庫區(qū)干支流江段長江上游特有魚類種類減少；洪歡[5]認(rèn)為黃河源干流梯級水電開發(fā)對河流形態(tài)的改變、河流連通性變化、魚類分布情況影響顯著；張范平等[6]認(rèn)為贛南地區(qū)小水電站對生態(tài)環(huán)境的影響主要是改變水生生物的生境條件的間接影響和對魚類的產(chǎn)卵和繁殖產(chǎn)生直接影響兩大類；李朝霞等[7]研究指出巴河干流上梯級水電站的建設(shè)會(huì)影響下游水生動(dòng)植物種類及數(shù)量，尤其對魚類的影響較為突出。中小河流水電開發(fā)對水生態(tài)的影響主要表現(xiàn)為對魚類的影響，其中，最大影響就是破壞了魚類適宜的棲息環(huán)境。魚類的棲息環(huán)境是魚類完成其生命周期所必需的水域范圍和相關(guān)環(huán)境的總稱，水域范圍包括產(chǎn)卵場、育肥場、索餌場、越冬場以及洄游場通道等，相關(guān)環(huán)境要素是指水溫、地形、流速、流量、河流地貌等。因此，研究中小河流魚類資源，可以為因地制宜地制定符合該流域的生態(tài)友好型水電開發(fā)體系提供技術(shù)支撐，保障流域開發(fā)的協(xié)調(diào)性、完整性、可持續(xù)性[8]。廣東省中小河流水能資源豐富，梯級電站是廣東省中小河流水電開發(fā)的主要形式。因此，本文以廣東省東江流域一級支流秋香江為研究對象，通過現(xiàn)場調(diào)查、采樣分析，對秋香江的水質(zhì)及魚類生物的現(xiàn)狀進(jìn)行評價(jià)，并通過文獻(xiàn)調(diào)研，與歷史情況進(jìn)行對比。

1 研究區(qū)域概況

秋香江是東江一級支流，發(fā)源于紫金縣的黎頭寨。流域跨河源、惠州兩市，流經(jīng)惠陽、惠東、紫金3市縣，流域面積約1 670 km2，其中紫金縣占95.9%。地勢東高西低，流向自東向西南流，至紫金縣古竹鎮(zhèn)江口注入東江。干流全長144 km，河道平均坡降為1.11‰。秋香江流域建有梯級水電站共21座，含7座引水式電站、12座河床式電站、2座壩后式電站，其中，支流青溪河建有3座引水式電站、1座河床式電站(圖1)。裝機(jī)總?cè)萘繛?8 730 kW，多年平均總發(fā)電量為4 381萬kW·h。秋香江流域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度一般，除水電開發(fā)外，河流及沿岸無其他大規(guī)模、高強(qiáng)度的人類活動(dòng)干擾源，因此，選擇秋香江作為調(diào)查研究的對象，能夠較好地體現(xiàn)中小河流水電梯級開發(fā)對于魚類資源的影響。

圖1 秋香江水電站分布

2 調(diào)查方法

2.1 地表水水質(zhì)現(xiàn)狀監(jiān)測

2017年6月與2018年11月，秋香江采集地表水樣本，每期1天，1天1次。地表水采集方法參照HJ/T 91—2002《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》?，F(xiàn)場監(jiān)測指標(biāo)包括：水溫、pH值、DO值、電導(dǎo)率、透明度、海拔、坐標(biāo)。理化分析指標(biāo)包括：葉綠素a、氨氮、硝酸鹽氮、總氮、總磷、BOD5、CODCr、懸浮物、高錳酸鹽指數(shù)、糞大腸菌群、銅、鎘、鉛、六價(jià)鉻。采集水樣加固定劑密封保存后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室以待分析。

2017年6月采樣點(diǎn)分別位于秋香江上、中、下游的楊梅坳水電站(引水式)、深紫水電站(河床式)和鳳凰水電站(河床式)和亞公角水電站(河床式)附近；2018年11月采樣點(diǎn)位于深紫水電站、鳳凰水電站和亞公角水電站上下游各200 m處(圖2)。

圖2 秋香江采樣點(diǎn)

2.2 魚類生物資源調(diào)查

魚類調(diào)查時(shí)間為2017年5月至2018年4月，干流共設(shè)上、中、下游3個(gè)采樣區(qū)域，同時(shí)在支流清溪河上設(shè)一個(gè)采樣區(qū)域。

采用刺網(wǎng)、地籠等多種作業(yè)方式采集樣品。將魚類收集清洗后測量體長和體重，并用5%～10%甲醛溶液固定。

3 調(diào)查結(jié)果

3.1 地表水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果

豐水期監(jiān)測結(jié)果表明：監(jiān)測斷面中除總氮、總磷、糞大腸菌群的單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)均大于1外，其余監(jiān)測指標(biāo)均滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)要求。枯水期監(jiān)測結(jié)果顯示：各水電站監(jiān)測斷面中總氮、總磷的單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)均大于1，深紫水電站上游和下游中氨氮的單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)大于1，其余監(jiān)測指標(biāo)均滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)要求。

秋香江監(jiān)測斷面總體水質(zhì)基本滿足GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)要求。但由于流域內(nèi)的生活污染、農(nóng)業(yè)污染，總磷、總氮和糞大腸菌群污染超出Ⅲ類水質(zhì)要求。

值得注意的是，枯水期在3個(gè)水電站的上下游布點(diǎn)采樣，結(jié)果顯示：除位于中游城鎮(zhèn)聚居點(diǎn)附近的深紫水電站外，其余2個(gè)水電站下游中總氮含量均低于上游，這可能源于下游水量增加而稀釋河流中總氮的濃度或源于河流自凈。因總氮主要源于生活污水的貢獻(xiàn)，深紫水電站位于縣城中央，上下游均有居民生活污水排放，深紫水電站下游河流中總氮含量沒有得到削減。

3.2 魚類資源現(xiàn)狀評價(jià)

3.2.1評價(jià)方法

采用Jaccard’s相似性指數(shù)、相對重要性指數(shù)(index of relative importance，IRI)[9]指數(shù)對秋香江不同區(qū)段的魚類進(jìn)行比較及分析，對秋香江魚類群落多樣性變化采用分類學(xué)多樣性指數(shù)[10]。

a)Jaccard’s相似性指數(shù)。以Jaccard’s相似性指數(shù)分析秋香江流域不同采樣區(qū)域魚類群落的相似性，公式如下：

I=j/(a+b-j)

(1)

式中I——Jaccard’s相似性指數(shù)；j——秋香江2個(gè)采樣區(qū)域共有的魚類種數(shù)；a——其中一江段的魚類種數(shù)；b——另一江段的魚類種數(shù)。

b)相對重要性指數(shù)(IRI)。流域內(nèi)優(yōu)勢物種采用相對重要性指數(shù)(IRI)來確定：

IRI=(N%+W%)×F%×103

(2)

式中N%——某種類的魚類的尾數(shù)占總漁獲物尾數(shù)的百分比；W%——某種類的魚類的總質(zhì)量占總漁獲物總質(zhì)量的百分比；F%——某種類魚類在調(diào)查的采樣區(qū)域中出現(xiàn)的次數(shù)與總采樣區(qū)域的數(shù)目的百分比。

本文將IRI≥100定義為優(yōu)勢種，100>IRI≥50之間定義為主要種，50>IRI>10為一般種，IRI≤10為偶見種。

c)分類學(xué)多樣性指數(shù)。由于本次調(diào)查魚類種數(shù)與數(shù)目偏少，所以采用分類學(xué)多樣性指數(shù)來對秋香江魚類多樣性進(jìn)行鑒定。所采用的2個(gè)分類學(xué)多樣性指數(shù)為平均分類差異指數(shù)△+和分類差異變異指數(shù)∧+。平均分類差異指數(shù)公式如下：

△+=(ΣΣi

(3)

分類差異變異指數(shù)公式如下：

∧+=ΣΣi

(4)

平均分類差異指數(shù)△+表示在該魚類群落中任意2個(gè)物種之間平均路徑長度，∧+為與△+的偏離程度，也可看作是衡量物種之間分類關(guān)系均勻程度的一個(gè)指數(shù)(∧+越小，則可以認(rèn)為表明群落物種之間的分類學(xué)關(guān)系越均勻)。其中，ωij為第i和j個(gè)種類在分類系統(tǒng)樹中的路徑長度，S為種類數(shù)，不同分類等級間加權(quán)路徑長度的權(quán)重設(shè)置，見表1。本次調(diào)查的秋香江魚類都為硬骨魚類，所以將分類等級確定為目、科、屬、種4個(gè)水平。平均分類差異指數(shù)△+和分類差異變異指數(shù)∧+采用PRIMER7.0軟件中的TAXDTEST程序計(jì)算。

表1 各分類等級多樣性權(quán)重值

變異指數(shù)越小，說明這個(gè)魚類種群更均勻，相似度一致，多樣性較差。

3.2.2評價(jià)結(jié)果

3.2.2.1Jaccard’s相似性指數(shù)

秋香江干流及支流采樣區(qū)域采樣結(jié)果如下：秋香江上游(華陽-縣城段)共采得魚類4目11科27屬29種，中游(縣城-九和段)共采得魚類4目10科26屬26種，下游(九和-東江口段)共采得魚類5目10科33屬34種；秋香江支流(青溪河)共采得魚類5目13科34屬35種，見表2。

從秋香江流域不同區(qū)段來看，上游與中游的相似性指數(shù)為0.41，中游與下游為0.40，上游與下游為0.31，秋香江干流上、中、下游與秋香江支流的相似性指數(shù)分別為：0.60、0.33、0.35，見表3。4個(gè)區(qū)段相似性指數(shù)差別較大，表示秋香江上、中、下游以及支流之間的魚類的群落結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了較大的差異。其中秋香江上游與下游之間、中游與支流之間、下游與支流之間的魚類種群結(jié)構(gòu)有較大差距，干流中游與上、下游均有所差距，僅上游與支流之間表現(xiàn)為較為相似。

表2 秋香江魚類組成名錄

續(xù)表2 秋香江魚類組成名錄

續(xù)表2 秋香江魚類組成名錄

表3 秋香江魚類相似性指數(shù)與共有種數(shù)

秋香江干流與支流(青溪河)之間的相似性指數(shù)見表3，秋香江干流與支流之間魚類群落的Jaccard’s相似性指數(shù)在種級水平上為0.74，在屬級水平上為0.81，在科級水平上為0.95，目級上水平上為1，與歷史數(shù)據(jù)對比(表4)，秋香江干流和支流的相似度指數(shù)均下降。其中差異顯著的為是鲿科魚類，其次是原纓口鰍科以及斗魚科魚類。鯉科和鰍科魚類在秋香江干流和支流之間無較大差異。

表4 秋香江現(xiàn)場調(diào)查與歷史資料魚類相似性指數(shù)

3.2.2.2相對重要性指數(shù)

在秋香江流域，鯉形目的鯉科和鰍科魚類與鲇形目的胡子鯰科魚類占據(jù)優(yōu)勢，鯉、鯽、尼羅羅非魚、埃及革胡子鯰、泥鰍為秋香江流域的優(yōu)勢種。在這之中，尼羅羅非魚和埃及革胡子鯰均為外來種，在歷史資料中，這2種魚為少見或無，本次調(diào)查中卻成為了秋香江流域的優(yōu)勢種。而鯉、鯽可能是由增殖放流使得數(shù)量增加，而本地魚類大多為一般種，由此可見秋香江流域魚類的群落多樣性正在逐漸下降。

3.2.2.3分類學(xué)多樣性指數(shù)

秋香江現(xiàn)存魚類種數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于歷史數(shù)據(jù)，魚類物種數(shù)目減少和分類多樣性指數(shù)的變化可能與長期以來人類活動(dòng)對秋香江的生境破壞導(dǎo)致的物種減少有關(guān)，特別是一些鯉科魚類種類數(shù)急劇減少。秋香江流域分類學(xué)多樣性指數(shù)見表5。

表5 秋香江魚類分類學(xué)多樣性指數(shù)

4 魚類調(diào)查結(jié)果分析

根據(jù)《珠江魚類志》[11]記載，秋香江歷史存在魚類數(shù)6目19科59屬77種，本次調(diào)查采集的漁獲物6目18科48屬57種，鯉形目魚類占總調(diào)查魚類的70.2%，鱸形目占14.0%，鲇形目占8.8%，鱂形目占3.4%，合鰓目占比為1.8%，鰻鱺目占比1.8%，魚類種數(shù)較歷史數(shù)據(jù)急劇下降。在秋香江的上、中、下流以及支流，魚類群落結(jié)構(gòu)差距較大。現(xiàn)存的魚類中，鯉、鯽、尼羅羅非魚、埃及革胡子鯰以及部分鰍類為優(yōu)勢種，在秋香江干流各個(gè)區(qū)段和支流都分布較廣。

本次秋香江調(diào)查魚類與《廣東淡水魚類資源調(diào)查與研究》[12]上的歷史數(shù)據(jù)相比，也存在較大差異，一些激流水體棲息類群與激流生境繁殖、適應(yīng)靜水生活類群未發(fā)現(xiàn)，如間、花、平鰭鰍、大部分鰍科魚類等。究其原因，主要是由于近年來水電開發(fā)、環(huán)境污染、人類活動(dòng)等因素導(dǎo)致。秋香江現(xiàn)存魚類種數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于歷史數(shù)據(jù)，魚類物種數(shù)目減少和分類多樣性指數(shù)的變化與長期以來人類活動(dòng)對秋香江的生境破壞有關(guān)，特別是一些鯉科魚類種類數(shù)急劇減少。

中小河流梯級水電的開發(fā)，能提高水資源的利用率，有利于防洪發(fā)電，灌溉農(nóng)田，但對魚類資源和生態(tài)環(huán)境影響巨大。許多調(diào)查報(bào)告表明，梯級水電工程建成后，當(dāng)?shù)睾恿鲝搅髁?、水質(zhì)、溫度、河流底質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)等因子均產(chǎn)生變化；崔科等[13]對韓江的淡水魚類資源現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查，由于韓江在上中下游修筑水利樞紐，造成洄游魚類資源急劇衰退；廣東東江流域，在梯級水電壩斜坡下，東江流域魚類產(chǎn)卵場功能急劇退化[14]，壩上魚類群落多樣性等指數(shù)明顯高于壩下[15]。

秋香江梯級水電建成后，使得秋香江干流片段化，形成了一連串的小水庫群，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐乃畡?dòng)力條件。在本次調(diào)查中發(fā)現(xiàn)一些適合急流底棲的魚類逐漸減少，如：寬鰭鱲、平舟原纓口鰍、馬口魚、美麗小條鰍等；而一些適應(yīng)緩流靜水環(huán)境的魚類，種群數(shù)量上升，成為了秋香江流域的優(yōu)勢種群。對于產(chǎn)漂流性卵的魚類，如青魚、草魚、鰱、鳙等，水電開發(fā)對生境造成的破壞，使得這些魚類沒有合適的產(chǎn)卵場，即使有零星符合該魚類產(chǎn)卵的生境，產(chǎn)下的卵也會(huì)因?yàn)闆]有充足的水動(dòng)力條件，而沉入江底死亡。由于秋香江干流江段缺乏魚類合適的棲息環(huán)境，魚類的種類和數(shù)量都比歷史記錄少了許多，很難形成穩(wěn)定的魚類種群結(jié)構(gòu)，魚類多樣性也隨之降低。

5 結(jié)語

在各類環(huán)境因素對魚類資源的影響中，人類活動(dòng)的影響是最廣泛的，而這種影響往往都是不可逆的。捕撈強(qiáng)度的增加、河流水電的開發(fā)、養(yǎng)殖業(yè)污染、生活污水以及外來物種入侵都是導(dǎo)致當(dāng)?shù)貪O獲量減少、魚類多樣性降低的因素。本文通過現(xiàn)狀調(diào)查研究以及與歷史資料對比發(fā)現(xiàn)，在水電梯級開發(fā)的中小河流，魚類資源也受到了不可逆轉(zhuǎn)的影響。增加中小河流水電梯級調(diào)度的研究，進(jìn)行流域水能資源開發(fā)的總體規(guī)劃以及對其進(jìn)行環(huán)境影響評價(jià)與后評估，嚴(yán)格要求小水電站建設(shè)泄流設(shè)施并對其運(yùn)行情況加強(qiáng)監(jiān)管，都是保證河流生態(tài)需水量的有效且必要的措施；同時(shí)，對本土魚類進(jìn)行增殖放流，在減脫水河段采取補(bǔ)水措施、建設(shè)人工濕地等措施，也是保護(hù)中小河流魚類資源的方式。根據(jù)魚類洄游特性及水利水電工程特點(diǎn)，建設(shè)能夠保障魚類上下通行的魚道，維護(hù)流域水生生態(tài)。過魚設(shè)施的類型多樣，為有效實(shí)施并保障魚類能夠順利能通行。建設(shè)有針對性、確保有效的過魚設(shè)施，是水利水電工程恢復(fù)以保護(hù)魚類資源為主的水生生態(tài)需要深入研究的重要課題[16]。目前在廣東省境內(nèi)，珠江水系已完成多條魚道的加建工作，包括與秋香江的生境相似的北江支流連江，可以考慮在充分研究工程可行性及成本效益的基礎(chǔ)上，加建魚道。