長(zhǎng)江安慶段航道整治對(duì)長(zhǎng)江江豚數(shù)量和分布的時(shí)空影響

陳敏敏,張 康,張 平,嚴(yán) 燕,張四剛,王康偉,于道平,*

1 水生生物保護(hù)與水生態(tài)修復(fù)安徽省高等學(xué)校工程技術(shù)研究中心,安慶師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,安慶 246133

2 安慶市水產(chǎn)技術(shù)推廣中心站,安慶 246002

淡水鯨類動(dòng)物主要棲息在河流及附屬湖泊中,其種群長(zhǎng)期發(fā)展依賴河流生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定[1]。作為與人類接觸最密切的自然生態(tài)系統(tǒng),河流生態(tài)系統(tǒng)遭受了水壩建設(shè)、航道建設(shè)、城鎮(zhèn)發(fā)展、農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)等多重破壞,生物多樣性嚴(yán)重下降[2]。生活在河流中的淡水鯨類也因?yàn)闂⒌貑适?、破碎化和食物資源短缺等因素,普遍處于功能性滅絕、極度瀕?；蛘邽l危狀態(tài)[3—12]。

長(zhǎng)江江豚是世界上六種珍稀淡水鯨類動(dòng)物之一[1],我國(guó)一級(jí)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物。長(zhǎng)江中下游干流及兩個(gè)附屬湖泊是長(zhǎng)江江豚僅有的棲息地[13]。在過(guò)去幾十年中,長(zhǎng)江江豚種群數(shù)量快速衰退,尤其是自20世紀(jì)90年代至今,其種群迅速下降至極度瀕危狀態(tài)[14—17]。目前,長(zhǎng)江江豚的種群數(shù)量?jī)H剩約1000頭,其中長(zhǎng)江干流僅約450頭[17]。食物資源短缺和棲息地喪失是導(dǎo)致江豚種群下降的兩大主要因素[9]?？上驳氖亲?019年開(kāi)始,為保護(hù)長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境,恢復(fù)長(zhǎng)江生物多樣性,長(zhǎng)江流域開(kāi)展了“十年禁漁”。隨著該措施的實(shí)施,預(yù)計(jì)食物資源短缺對(duì)江豚種群長(zhǎng)期生存的威脅在未來(lái)將逐漸減緩。然而逐漸增加的航運(yùn)、碼頭、航道整治工程等充斥著整個(gè)長(zhǎng)江包括長(zhǎng)江江豚自然保護(hù)區(qū),成為壓縮江豚棲息地和導(dǎo)致棲息地破碎化的主要因素[18—20]。其中,航道整治工程對(duì)江豚棲息地的影響尤為嚴(yán)重,這些工程主要集中在自然的淺灘、洲頭和洲尾等江豚重要棲息地,工程常形成大量水工建筑如固化河岸、拋石護(hù)底、潛水壩等,徹底改變了江豚棲息所需的水域環(huán)境,造成棲息地喪失。已有研究發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)江江豚的分布密度與固化河岸長(zhǎng)度呈顯著負(fù)相關(guān)[18],固化河岸導(dǎo)致自然河岸的破碎化可能是江豚分布破碎化的主要因素之一[19]。

航道整治對(duì)江豚的影響研究較少,主要是分析已有航道整治水工建筑對(duì)江豚分布或棲息地的影響[18—19],或是定性描述其影響方式[21]。到目前為止,江豚的數(shù)量和分布在時(shí)空上如何響應(yīng)航道整治對(duì)棲息地的干擾仍沒(méi)有被定量研究。于道平等[22]雖然發(fā)現(xiàn)東流河道航道整治后江豚數(shù)量明顯下降,但其江豚數(shù)量調(diào)查時(shí)間跨度較久(1994—2011年),干流江豚種群本身在此時(shí)間段就經(jīng)歷了快速衰退[15—16],因此該研究結(jié)果難以客觀反映航道整治對(duì)江豚數(shù)量的影響。了解航道整治不同時(shí)期(施工前、施工期和運(yùn)行期)施工水域江豚數(shù)量和分布的時(shí)空變動(dòng),不僅有助于更好地了解航道整治工程對(duì)江豚的影響,還可為施工期和運(yùn)行期江豚的動(dòng)態(tài)保護(hù)、航道整治工程設(shè)計(jì),以及工程對(duì)江豚的影響評(píng)價(jià)等提供有效支撐,是十分必要的。長(zhǎng)江安慶江段是江豚分布密度最高的江段之一[23—24],也是航道整治較為密集的江段。2019年初—2021年4月,該江段馬當(dāng)-東流水道的心灘、瓜子洲、老虎灘和玉帶洲4處洲灘水域開(kāi)展了航道整治。本研究將通過(guò)比較工程施工前、施工期和初步運(yùn)行期主要施工區(qū)及上下游水域江豚的數(shù)量和分布差異,研究工程對(duì)江豚數(shù)量和分布格局的影響。

1 材料與方法

1.1 研究水域與研究時(shí)間

研究水域?yàn)楹?吉陽(yáng)磯水域,全長(zhǎng)約120 km,將整個(gè)水域等分為12段,每段約10 km。航道整治工程主要施工區(qū)位于S2—S8段(圖1),工程段為S2段(玉帶洲右緣護(hù)岸工程)、S3段(老虎灘洲頭洲尾疏浚和洲側(cè)護(hù)岸工程)、S5段(瓜子洲護(hù)灘工程)和S6段(心灘潛水壩加高工程)。工程于2019年開(kāi)始施工,2021年4月施工結(jié)束。江豚數(shù)量和分布調(diào)查分為三個(gè)時(shí)間段進(jìn)行,施工前:2015年12月、2016年6月和12月、2017年4月和12月,各調(diào)查一次;施工期:2020年6月、8月、10月、12月和2021年1月,各調(diào)查一次;初步運(yùn)行期:2021年12月初和12月尾,各調(diào)查一次。

圖1 研究水域及航道整治工程點(diǎn)分布Fig.1 The study area and distribution of the water regulation engineeringS1—S12:研究水域分段Section1—Section12

1.2 研究方法

江豚目視數(shù)量和分布的調(diào)查方法采用基于小型船只的截線抽樣法,即利用小型漁船作為目視觀測(cè)平臺(tái),沿長(zhǎng)江和沙洲兩岸,對(duì)近岸300 m水域內(nèi)的江豚數(shù)量和分布進(jìn)行考察。在長(zhǎng)江干流中,約有80%的長(zhǎng)江江豚棲息在近岸300 m水域內(nèi)[14,25]。因此,近岸考察結(jié)果能很好地反應(yīng)江豚的數(shù)量和分布特征。具體調(diào)查和記錄方法請(qǐng)參照陳敏敏等[18]。

采用Kruskal-Wallis方差分析比較施工前、施工期和初步運(yùn)行期,湖口-吉陽(yáng)磯水域和主要施工區(qū)江豚目視觀察數(shù)量的差異、集群規(guī)模的差異,采用Dunn-Bonferroni檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較。統(tǒng)計(jì)分析均利用SPSS 19.0(SPSS,Inc.,Chicago,IL,USA)進(jìn)行。不同時(shí)期不同江段江豚的近岸分布密度基于目視觀察數(shù)據(jù)算得,即ρ=N/L,其中N為單次考察該段目視觀察到的江豚頭次,L為江段長(zhǎng)度。采用Mann-Whitney U-test比較施工前后平均分布密度差異。顯著水平P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 江豚目視觀察數(shù)量

2015年12月—2021年12月在湖口-吉陽(yáng)磯水域共進(jìn)行了12次調(diào)查,共觀察到江豚258群次613頭次,施工前、施工期和初步運(yùn)行期單次考察平均分別觀察到江豚(67.0±24.3)頭次、(35.6±22.2)頭次和(50.0±2.8)頭次。在主要施工區(qū)S2—S8江段,共觀察到江豚79群次185頭次,施工前、施工期和初步運(yùn)行期單次考察平均分別在施工區(qū)觀察到江豚(18.60±12.03)頭次、(10.4±7.3)頭次和(20.0±4.2)頭次(表1)。Kruskal-Wallis方差分析顯示,施工前,施工期和初步運(yùn)行期,湖口-吉陽(yáng)磯水域及主要施工區(qū)江豚目視觀察數(shù)量沒(méi)有顯著差異(湖口-吉陽(yáng)磯:χ2=3.919,df=2,P=0.141;主要施工區(qū):χ2=2.038,df=2,P=0.361)。三個(gè)時(shí)期,主要施工區(qū)江豚目視觀察數(shù)量占整個(gè)研究水域的占比也沒(méi)有顯著差異(表1,χ2=3.023,df=2,P=0.221)。

表1 工程不同時(shí)期觀察到的江豚群次和數(shù)量Table 1 Number of groups and porpoises observed during different stages of the engineering

2.2 集群規(guī)模

施工前,整個(gè)研究水域觀察到江豚群體大小1—9頭,平均群體大小2.51±1.51;主要施工區(qū)觀察到江豚群體大小1—6頭,平均群體大小2.35±1.29(圖2)。施工期,研究水域觀察到江豚群體大小1—7頭,平均群體大小1.82±0.93;主要施工區(qū)觀察到江豚群體大小1—5頭,平均群體大小1.88±0.89。初步運(yùn)行期,研究水域觀察到江豚群體大小1—9頭,平均群體大小2.68±1.81;主要施工區(qū)觀察到江豚群體大小1—9,平均群體大小2.61±1.91。三個(gè)時(shí)期整個(gè)研究水域江豚群體大小之間存在顯著差異(χ2=16.393,df=2,P=0.000),主要表現(xiàn)為施工前與初步運(yùn)行期的江豚群體大小顯著大于施工期。但是,三個(gè)時(shí)期主要施工區(qū)江豚群體大小之間沒(méi)有顯著差異(χ2=3.094,df=2,P=0.213)。

圖2 工程不同時(shí)期江豚集群規(guī)模Fig.2 Group size of porpoises during different stages of the engineering

2.3 江豚分布

在主要施工區(qū)中,S2、S3、S5和S6 四個(gè)工程段施工前江豚平均分布密度分別為(0.62±0.16)頭/km、(0.40±0.29)頭/km、(0.28±0.43)頭/km和(0.78±0.81)頭/km;施工期分別為(0.18±0.17)頭/km、(0.04±0.08)頭/km、(0.22±0.31)頭/km和(0.36±0.28)頭/km;運(yùn)行期分別為(0.40±0.28)頭/km、(0.05±0.07)頭/km、(0.40±0.14)頭/km和(0.80±0.98)頭/km。S5和S6段施工期江豚平均分布密度較施工前下降不顯著(S5:Z=-0.64,P=0.52;S6:Z=-0.85,P=0.39),S2和S3段施工期江豚平均分布密度較施工前顯著下降(S2:Z=-2.53,P=0.01;S3:Z=-2.01,P=0.04)。主要施工區(qū)非工程段S4段施工前、施工期和施工后江豚平均分布密度分別為(0.36±0.41)頭/km、(0.30±0.20)頭/km和(0.70±0.42)頭/km,施工期較施工前下降不顯著(Z=-0.11,P=0.91)。江豚在S7和S8段平均分布密度低,在不同時(shí)期略有變化(圖3)。整體上,2015—2017年江豚在湖口-吉陽(yáng)磯呈現(xiàn)連續(xù)分布(圖4),工程實(shí)施后S2—S3段和S5—S6段出現(xiàn)極低密度分布區(qū)(圖5)。

圖3 主要施工區(qū)各江段江豚平均分布密度Fig.3 Distribution density of porpoises in different sections of the main construction area *所示江段為工程段

圖4 施工前研究水域江豚分布Fig.4 Distribution of porpoises in the study area in pre-construction stage

圖5 施工期和初步運(yùn)行期研究水域江豚分布Fig.5 Distribution of porpoises in the study area in construction and post-construction stages

3 討論

本研究通過(guò)對(duì)航道整治主要施工區(qū)及上下游水域江豚數(shù)量和分布持續(xù)多年監(jiān)測(cè),詳細(xì)分析了航道整治施工前、施工期和初步運(yùn)行期,江豚數(shù)量、集群規(guī)模以及分布的變動(dòng)。研究顯示航道整治工程的施工和初步運(yùn)行對(duì)主要施工區(qū)江豚的數(shù)量及集群規(guī)模沒(méi)有明顯影響,但對(duì)江豚的分布格局影響較大。工程施工和初步運(yùn)行對(duì)江豚數(shù)量沒(méi)有明顯影響主要體現(xiàn)在三點(diǎn)。首先,雖然主要施工區(qū)施工前和施工后江豚目視數(shù)量相當(dāng),施工期江豚目視數(shù)量減少,但是統(tǒng)計(jì)學(xué)分析發(fā)現(xiàn),三個(gè)時(shí)期主要施工區(qū)江豚目視數(shù)量的差異并沒(méi)有達(dá)到顯著水平。其次,主要施工區(qū)江豚目視數(shù)量的變動(dòng)趨勢(shì)與整個(gè)研究水域的變動(dòng)趨勢(shì)相一致。從整個(gè)研究水域來(lái)看,江豚目視數(shù)量也存在施工前和初步運(yùn)行期高于施工期的現(xiàn)象(差異不顯著)。第三,主要施工區(qū)江豚目視數(shù)量占整個(gè)研究水域目視數(shù)量的比例在施工前、施工期和初步運(yùn)行期沒(méi)有明顯變化(表1),在統(tǒng)計(jì)學(xué)上也沒(méi)有顯著差異。因此推測(cè),工程施工沒(méi)有造成江豚數(shù)量顯著降低。以往研究表明,雖然長(zhǎng)江江豚地理種群不像海洋鯨類那樣做長(zhǎng)距離遷徙,但是也存在短距離遷移現(xiàn)象[26—30],因此,本研究在三個(gè)時(shí)期觀察到的數(shù)量變動(dòng)很可能與地理種群數(shù)量的自然變動(dòng)有關(guān)。另外,2020年為洪水年,較高的水位使得江面更加寬闊,江豚活動(dòng)空間大,影響目視觀察效率,這也可能是施工期觀察到的江豚數(shù)量相對(duì)較少的原因之一。一般來(lái)說(shuō),工程施工短期內(nèi)對(duì)江豚數(shù)量產(chǎn)生影響最主要的原因就是意外傷害。隨著長(zhǎng)江生態(tài)大保護(hù)工作的高強(qiáng)度推進(jìn),航道整治工程施工前和施工期均采取了充分的江豚保護(hù)措施,比如實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、巡護(hù)、宣傳宣教等,這些措施的實(shí)施將施工期江豚意外傷害降到了最低,從而使工程短期內(nèi)對(duì)江豚數(shù)量的影響降到最低。

安慶段航道整治工程施工和運(yùn)行均對(duì)主要施工區(qū)江豚的分布格局產(chǎn)生較大影響。S2和S3工程段施工期江豚分布密度較施工前顯著降低,S6工程段施工期江豚分布密度下降雖然沒(méi)有達(dá)到顯著水平,但較非工程段以及對(duì)棲息地干擾較小的S5工程段下降幅度更大。S2段為玉帶洲右緣護(hù)岸工程,S3段為老虎灘疏浚和加固工程,S6為心灘底壩加固工程。玉帶洲洲頭及右緣、老虎灘和心灘均屬于自然淺水沙洲水域,屬于江豚喜愛(ài)的棲息地類型[14,24,30—32],從圖4可以看出,施工前工程所處位點(diǎn)均是江豚棲息水域,江豚呈連續(xù)分布。施工期S2和S3工程段沒(méi)有或僅有零星江豚分布,S6工程段江豚遠(yuǎn)離心灘施工點(diǎn),主要分布在棉船洲洲頭水域(圖5)。工程建筑、施工船舶、水下噪音、水文攪動(dòng)等對(duì)江豚棲息地直接或者間接占據(jù),是施工期江豚遠(yuǎn)離這些水域的主要因素[21,33]。S5段雖然也有瓜子洲護(hù)灘帶工程,但該段江豚平均分布密度比施工前僅略有下降,這可能是由于S5段工程位于瓜子洲南側(cè)。從圖4可以看出,施工前瓜子洲南側(cè)并不是江豚分布區(qū),該段江豚主要分布在棉船洲洲尾匯流區(qū)及長(zhǎng)江南側(cè)江岸。因此,瓜子洲南側(cè)工程施工沒(méi)有影響到洲尾匯流區(qū)江豚的分布。

本次航道整治工程4處施工點(diǎn)均有水工建筑,S6段為淺水壩,其余3處為固化河岸。本次工程2021年4月份施工結(jié)束,2021年12月份兩次調(diào)查發(fā)現(xiàn),S6段江豚平均分布密度回升到施工前水平;S2段平均分布密度較施工期有所回升,但未達(dá)到施工前水平;S3段平均分布密度仍停留在施工期水平,較施工前大幅度降低。S2和S6段雖然有部分棲息地被水工建筑侵占,但這兩個(gè)江段仍有較多江豚棲息水域,比如S6段的棉船洲洲頭大片淺灘水域、S2段玉帶洲左緣和洲尾匯流水域。因此工程結(jié)束后,隨著施工船舶、水下噪音、水文攪動(dòng)等不利因素的減少,S2和S6段江豚分布有所恢復(fù),但仍然遠(yuǎn)離工程點(diǎn)向鄰近適宜水域集中,如S6段江豚主要集中分布在棉船洲洲頭,S2段江豚主要集中分布在洲左緣-洲尾,分布連續(xù)性下降。工程結(jié)束后,S3段江豚平均分布密度仍然停留在施工期水平。從圖4可以看出,S3段江豚的主要棲息地是老虎灘水域,該段的工程也主要集中在老虎灘,包括老虎灘洲頭和洲尾疏浚、洲側(cè)河岸固化。施工結(jié)束后,老虎灘水域自然緩坡淺灘消失、河床和河岸固化、水流加速,不再適宜江豚棲息。主要棲息地被高度破壞可能是運(yùn)行期S3段江豚分布密度得不到恢復(fù)的主要原因。相反,S3的上游江段即S4和S5段在運(yùn)行期江豚平均分布密度要高于施工前水平,尤其是與S3相鄰的非工程段S4段,江豚分布密度為施工前的2倍,推測(cè)這可能是江豚對(duì)S3段主要棲息地丟失的響應(yīng)。以往研究表明,隨著棲息地的萎縮和破碎化,淡水鯨類動(dòng)物會(huì)逐漸集中靠攏,且呈斑塊化分布[34]。S4—S5段是自然淺灘發(fā)育充分的水域,且擁有較大的洲尾匯流區(qū),這些均是江豚主要棲息地斑塊[14,24,30—32],且?guī)缀鯖](méi)有受到工程影響。因此推測(cè),S3段棲息地丟失后,江豚更多向S4—S5水域集中,導(dǎo)致S4—S5段江豚分布密度高于施工前水平。

總之,安慶段航道整治工程短期內(nèi)并沒(méi)有對(duì)江豚數(shù)量產(chǎn)生影響,但對(duì)江豚分布格局產(chǎn)生明顯影響,主要表現(xiàn)為江豚更加集中地分布在未受干擾的適宜棲息地斑塊,整體上分布連續(xù)性降低、斑塊化加劇。以往研究也曾發(fā)現(xiàn)干流存在眾多江豚極低密度分布區(qū),這些極低密度分布區(qū)多出現(xiàn)在固化河岸水域,并推測(cè)固化河岸可能對(duì)江豚棲息地造成侵占[18—19]。本研究通過(guò)施工前后江豚分布的對(duì)比,進(jìn)一步證實(shí)了河岸固化等水工建筑可導(dǎo)致江豚對(duì)原有棲息地的放棄,向鄰近適宜棲息地聚集。當(dāng)前,長(zhǎng)江江豚面臨的最主要壓力就是棲息地萎縮和破碎化。基于研究結(jié)果我們建議:(1)航道整治工程應(yīng)盡量避讓江豚主要棲息地斑塊,或者盡量降低對(duì)某一棲息地斑塊的占用比例,給江豚留出棲息空間;(2)航道整治水工建筑位點(diǎn)和體量設(shè)計(jì)要充分考慮對(duì)江豚分布格局的影響,要注意保持棲息地斑塊的自然連貫性,以降低江豚遷移受阻和分布破碎化的風(fēng)險(xiǎn)。