長江上游宜賓-江津與涪陵-豐都江段魚類早期資源分布研究

張先炳，楊勝發(fā)，楊 威，李文杰，肖 毅，胡 江，王 麗，童思陳

(國家內(nèi)河航道整治工程技術(shù)研究中心，重慶市生態(tài)航道重點實驗室，重慶交通大學(xué)，重慶 400074)

長江上游珍稀特有魚類國家級自然保護區(qū)分布的魚類高達(dá)286種，其中上游特有魚類124種[1]，包括瀕危的長江鱘(Acipenserdabryanus)和胭脂魚(Myxocyprinusasiaticus)等，具有不可替代的物種價值[2]。隨著長江上游向家壩電站和三峽水庫的運行、航道開發(fā)、采砂、沿線城鎮(zhèn)取水等活動的開展，長江上游的河流形態(tài)和水文過程均有一定程度的改變[3]，進而影響魚類棲息、生長、繁殖所需的生境條件[4-5]，最終導(dǎo)致魚類資源的變動。

魚類早期資源的變化能很好地反映魚類的繁殖規(guī)模和種群的變動趨勢[6]，其可作為評估長江上游水利工程和航道建設(shè)對魚類資源影響程度的基礎(chǔ)資料。已有研究報道了長江上游某些河段如金沙江下游[7-8]、岷江下游[9]、瀘州[10]、豐都[11]等江段魚類早期資源的監(jiān)測結(jié)果。但對于長江上游卵苗過境峰值與水文過程相互關(guān)系以及魚類早期資源的空間分布差異性還不夠完善。因此，為探尋魚類產(chǎn)卵與水文動態(tài)過程的相互關(guān)系，本實驗于2019年6-7月對長江上游宜賓-江津江段和涪陵-豐都江段的魚類早期資源的動態(tài)過程進行了連續(xù)監(jiān)測，分析了卵苗空間分布的差異性、過境峰值與漲水的關(guān)系和魚卵敗育的原因。

1 研究方法

1.1 卵苗采樣點設(shè)置及采集方法

本次采樣設(shè)置的五個點(見圖1)，重慶上游為南溪、朱沱和江津，重慶下游為涪陵和豐都，參照三峽庫區(qū)干流采樣點的設(shè)置方法[12]，于2019年6月22日-7月13日進行采樣監(jiān)測，圖1中的公里數(shù)表示采樣點之間的距離。各采樣點的經(jīng)緯度坐標(biāo)分別為南溪(北緯28°50′40.275 6″，東經(jīng)104°59′13.58″)、朱沱(北緯29°2′0.48″，東經(jīng)105°52′55.41″)、江津(北緯29°13′54.59″、東徑106°13′34.99″)、涪陵(北緯29°42′50.99″，東經(jīng)107°17′25.37″)、豐都(北緯29°51′7.11″、東經(jīng)107°39′29.99″)。

參照范思林等[13]的方法采用自制的卵苗采集裝置(見圖1)，網(wǎng)口尺寸為1 m×1 m，附帶有2 cm×2 cm的格柵網(wǎng)，用于截留江水中的漂浮物，網(wǎng)口的四角采用尼龍繩固定在躉船上，卵苗采集時，盡量保持進水方向與網(wǎng)口平面垂直；網(wǎng)口與魚卵采集器之間的瓊網(wǎng)為圓錐形，寬口端連接進水網(wǎng)口，窄口端連接卵苗收集器，長度為2.5 m，圓形窄口段直徑為10 cm；卵苗收集器為邊長40 cm正方體框架結(jié)構(gòu)，裝有頂部不封口的可拆卸網(wǎng)兜(孔眼直徑1 mm)以收集卵苗，卵苗收集器順?biāo)膬蓚?cè)裝有兩個直徑25 cm的浮筒，使得魚卵采集器工作時漂浮于水面。

圖1 漂流性魚卵采樣點位置及采樣裝置照片

連續(xù)20 d于每日10:00及15:00進行樣品采集，每次采樣時間為15 min，并采用流速儀(裕澤，ls1206b)同步測定流速，便攜式溶氧儀(哈希，HQ30D)測定水溫，同步記錄臨近水文站的流量和水位。

1.2 卵苗的形態(tài)觀測及種類鑒定

采集的魚卵和仔魚用OPTIKA B-10000熒光顯微鏡觀測形態(tài)特征并拍照，根據(jù)形態(tài)特征甄別魚卵的發(fā)育階段，并比較其卵核是否具有完整結(jié)構(gòu)或者有無卵核離散現(xiàn)象來判斷魚卵是否敗育，之后結(jié)合形態(tài)學(xué)的特征對魚卵和仔魚進行種類的初步鑒定[14]。同時將未鑒定種類的樣品用無水乙醇保存，返回實驗室提取DNA，而后對細(xì)胞色素b基因[15]進行PCR擴增后測序(上海生工生物工程股份有限公司)。測序結(jié)果用Chromas軟件比對峰型圖并剪輯后，用DNAMAN軟件對雙向測序結(jié)果進行拼接、比對和歸類，然后將基因序列在NCBI網(wǎng)站(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)中進行比對，依據(jù)匹配程度來確定魚卵和仔魚種類。

1.3 魚類早期資源量估算

調(diào)查期間，漂流經(jīng)過采樣斷面的魚卵、仔魚總量估算參照易伯魯[16]等的計算方法。

2 結(jié)果

2.1 卵苗的數(shù)量分布與漲水過程

采集的魚卵和仔魚的數(shù)量見圖2，共采集到2 034粒魚卵和1 086尾仔魚。其中南溪和朱沱采集的魚卵數(shù)量較少，但采集的仔魚數(shù)量較多。宜賓-豐都江段魚類早期資源的徑流總量沿程增加，采樣期間從上至下各采樣點的累積過境卵苗總量估算值分別為：0.56億、0.83億、2.90億、5.15億、7.67億ind.。

圖2 各采樣點魚卵及仔魚采集數(shù)量(a)及資源量估算(b)

魚卵數(shù)量與流量和水位的動態(tài)變化過程見圖3和表1，在6月24日、6月29日、7月3日和7月10日前后均出現(xiàn)卵苗數(shù)量的激增。以江津(6月29日)和涪陵(6月30日)為例，魚卵數(shù)量峰值對應(yīng)的流量漲幅為20%和54%，水位分別增長了0.74 m和2.76 m。卵苗數(shù)量峰值出現(xiàn)在持續(xù)漲水2 d以后，重慶上游的南溪、朱沱和江津的流量日漲幅超過10%時且水位日漲幅在0.5 m以上；重慶下游的涪陵和豐都屬于三峽水庫的變動匯水區(qū)，卵苗出現(xiàn)峰值時的流量日漲幅超過40%且水位日漲幅大于2 m。

表1 魚卵數(shù)量與生態(tài)水文指標(biāo)的關(guān)系

圖3 各采樣點魚卵數(shù)量、水位和流量的變化趨勢及仔魚的數(shù)量波動

2.2 漂流性魚卵的發(fā)育程度

5個采樣點正常發(fā)育魚卵509粒所處發(fā)育階段及其占比見圖4。其中，各發(fā)育時期魚卵數(shù)量分別為：細(xì)胞期10粒、囊胚晚期24粒、原腸晚期29粒、胚胎封閉期60粒、眼囊期64粒、尾芽期53粒、晶體出現(xiàn)期92粒、內(nèi)效應(yīng)期84粒、孵化期94粒。圖4顯示上游的南溪和朱沱采集的魚卵處于發(fā)育早期的比例較高，如處于原腸晚期之前發(fā)育階段的魚卵均發(fā)現(xiàn)于重慶上游的采樣點，而下游的涪陵和豐都采集的魚卵大都處于發(fā)育中后期。

圖4 各采樣點處于不同發(fā)育階段魚卵的數(shù)量占比

2.3 卵苗種類的分布

通過形態(tài)學(xué)和分子生物學(xué)的手段對魚卵和仔魚進行了種類鑒定，其結(jié)果見表2和圖5。采集到的漂流性魚卵共鑒定出1目4科16屬18種，其中長江上游特有魚類9種。5個采樣點均采集到草魚、鰱、鳙、和銅魚的魚卵；僅在江津以上河段采集到的魚卵有10種，分別是青魚(Mylopharyngodonpiceus)、似鳊(Pseudobramasimony)、寡鱗飄魚(Pseudolaubucaengraulis)、翹嘴鲌(Culteralburnus)、中華倒刺鲃(Spinibarbussinensis)、犁頭鰍(Lepturichthysfimbriata)、中華金沙鰍(Jinshaiasinensis)、中華沙鰍(Botiasuperciliaris)、花斑副沙鰍(Parabotiafasciata)和雙斑副沙鰍(P.bimaculata)；而蛇(Saurogobiodabryi)、宜昌鰍鮀(Gobiobotiafilifer)和黃顙魚的魚卵僅在涪陵和豐都采集到。仔魚共鑒定到4目6科38屬53種，有14種仔魚在5個采樣點均有分布，其中11種屬于鯉科；僅在江津以上分布的仔魚有34種，如屬于近紅鲌屬、鰁屬、金沙鰍屬和沙鰍屬的魚類；宜昌鰍鮀和壯體沙鰍(B.robusta)的仔魚僅在涪陵采樣點發(fā)現(xiàn)。

表2 2019年6月22日-7月13日南溪至豐都斷面魚類早期資源種類組成

圖5 各采樣點鑒定的魚卵及仔魚種類數(shù)量

2.4 魚卵死亡率分布

在對魚卵樣品進行顯微結(jié)構(gòu)觀測和分析的同時，發(fā)現(xiàn)了大量魚卵敗育(圖6)。采集的魚卵中正常發(fā)育有509粒，約占總數(shù)的25%；敗育的魚卵為1518粒，約占總數(shù)的75%。各采樣點的敗育率依次為：南溪38%、朱沱68%、江津71%、涪陵80%、豐都72%。

續(xù)表2

圖6 正常發(fā)育魚卵(a)和敗育魚卵(b)微觀照片

3 討論

3.1 卵苗數(shù)量與漲水的關(guān)系

對比圖3中不同采樣點的魚卵數(shù)量、流量和水位的數(shù)據(jù)可知，從南溪和豐都采樣點魚卵峰值過境時間相差約1 d，此趨勢同漲水的水文過程一致[9,10,12]。水流刺激(流量、流速和水位漲幅的刺激)是“四大家魚”等漂流性魚卵繁殖的必要條件，在產(chǎn)卵期內(nèi)漲水持續(xù)2 d以上，南溪-宜賓江段流量漲幅超過10%且水位日漲幅>0.5 m時即可能出現(xiàn)規(guī)模產(chǎn)卵，而涪陵和豐都江段則需要更大的流量(>40%)和水位漲幅(>2 m)刺激才可能出現(xiàn)大規(guī)模的產(chǎn)卵(見表1)。此外，長江上游的產(chǎn)卵現(xiàn)象會持續(xù)至7月中旬[17]，而對于魚卵的孵化過程而言則會持續(xù)到更晚的時間。根據(jù)上述產(chǎn)卵量行為同流量和水位漲幅的關(guān)系，通過產(chǎn)卵期流量和水位的監(jiān)測，可預(yù)判漂流性魚卵的產(chǎn)卵時間、產(chǎn)卵量、魚卵過境時間等，進而合理統(tǒng)籌水運、發(fā)電、防洪、城市取水等多個目標(biāo)，并最大程度保護魚類資源。

3.2 長江上游卵苗的空間分布特性

卵苗的數(shù)量分布顯示(圖2)，南溪、朱沱和江津斷面監(jiān)測到的仔魚種類要明顯高于豐都和涪陵，而在朱沱和江津采樣點鑒別出的漂流性魚卵類種類要多于其它采樣點，像中華金沙鰍等某些特定魚類的魚卵只在江津以上江段監(jiān)測到。南溪采樣點雖然采集的魚卵種類較少，但其上游漫長的江段為魚類的多樣性提供了豐富的生境[18-20]，本次采集到了除產(chǎn)漂流性卵魚類的仔魚外，還采集到了一些產(chǎn)黏性或沉性卵魚類的仔魚(表1)。

魚卵和仔魚的分布受魚類生活習(xí)性、產(chǎn)卵特性、水溫以及河床底質(zhì)等生境條件影響。如鯉魚等在流水和靜水環(huán)境中均能產(chǎn)卵，對環(huán)境的適應(yīng)性強，其魚卵在宜賓-豐都均有廣泛分布；而像中華沙鰍則偏好于在卵石河底的急流淺灘中產(chǎn)卵[21]，此類生境在江津以上江段有更為廣泛的分布，而在涪陵-豐都的變動回水區(qū)范圍類則較少有其適宜產(chǎn)卵的生境[22]；而像蛇等中下層小型魚類，喜生活于緩水沙底處，產(chǎn)卵則多發(fā)生于微流水的卵石和沙質(zhì)底質(zhì)的淺水河灘，因而在涪陵和豐都變動回水區(qū)有發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)卵[23]；像黃顙魚則喜靜水或緩流淺灘，產(chǎn)卵期為5月中旬至7月中旬且繁殖水溫要求25～30.5 ℃[24]，涪陵和豐都江段的水溫是整個長江上游水溫較高的區(qū)域[25]，適合黃顙魚的繁殖產(chǎn)卵。魚類的習(xí)性和生境條件是決定魚類產(chǎn)卵分布的關(guān)鍵因素，因而對于生境多樣性的保護是魚類資源多樣性保護的前提。

3.3 魚卵致死原因

影響魚卵正常發(fā)育的關(guān)鍵因素有水溫、溶解氧、流速等[26-29]。首先，水溫是影響魚卵發(fā)育的關(guān)鍵因子，適合家魚產(chǎn)卵的水溫為18～24 ℃，且當(dāng)水溫低于18 ℃時，產(chǎn)卵停止，所以可以把18 ℃作為家魚產(chǎn)卵的下限溫度[26]。六月份，朱沱站的平均水溫約為22 ℃，在此溫度條件下，魚卵的孵化成功率(以草魚為例)為80%，死亡率最高的魚卵發(fā)育階段為原腸期。產(chǎn)卵期長江上游水體的溶解氧不會成為魚卵致死的制約因素[30]。因水溫對于魚卵死亡率的貢獻(xiàn)程度遠(yuǎn)沒有實測值那么高，由此課題組認(rèn)為，除了水溫和溶解氧之外，被長期忽略的水流對魚卵的作用亦是導(dǎo)致魚卵死亡的另一個重要因素，如高流速條件下水流的紊動導(dǎo)致的剪切作用力，魚卵在流場中的持續(xù)旋轉(zhuǎn)、啟停等運動過程中能量從水流向魚卵轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的魚卵死亡[31]。其次，受精卵是漂流性魚卵正常發(fā)育的前提，而漂流性魚卵通常是體外受精，產(chǎn)卵期長江上游水流高流速和復(fù)雜流態(tài)的水流特性，亦會造成魚卵難以完全受精，進而導(dǎo)致魚卵敗育。此外，也不能完全排除水體中的泥砂、有機物、新型污染物[32]等可能導(dǎo)致魚卵敗育的原因。

4 結(jié)論和建議

根據(jù)2019年6-7月長江上游宜賓-豐都江段卵苗數(shù)量、形態(tài)特征觀測和種類鑒定結(jié)果，分析了長江上游卵苗的時空分布以及魚卵死亡的原因，得到主要結(jié)論如下。

(1)各采樣點魚卵與魚苗的資源量估算處于相同數(shù)量級，南溪和朱沱采集的魚卵數(shù)量較少但處于發(fā)育早期的魚卵比例高，而涪陵和豐都采集的魚卵大多處于發(fā)育中后期。江津上游魚類物種多樣性遠(yuǎn)多于下游的涪陵和豐都，如中華金沙鰍等珍稀特有魚類主要分布在江津以上江段，但宜昌鰍鮀和壯體沙鰍的仔魚僅在涪陵采樣點發(fā)現(xiàn)。

(2)漲水是漂流性卵魚類產(chǎn)卵的必要條件，南溪-宜賓江段流量漲幅超過10%且水位日漲幅>0.5 m時既會出現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)卵，而涪陵和豐都江段則需要更大的流量(>40%)和水位漲幅(>2 m)刺激才可能出現(xiàn)大規(guī)模產(chǎn)卵。

(3)采集的魚卵中約3/4死亡，高流速和高紊動的水流特性可能是導(dǎo)致魚卵死亡的另一個重要原因，水流對魚卵孵化過程的影響亟需進一步的研究。