神頭泉域魚類群落結構及生物多樣性分析

梁文明，張大偉，張元，崔松林

（1.山西省水產育種養殖科學實驗中心，山西 清徐 030400；2.山西省水產科學研究所，山西 太原 030006）

神頭泉位于山西省朔州市朔城區東北部的神頭鎮，是山西著名巖溶大泉，泉水集中出露于洪濤山脈前的源子河兩岸及河道中，有大小泉眼100余處，呈散流狀排泄，排泄區面積約5km2[1]，泉域總面積4 756 km2。神頭泉域主要由3個較大的泉組形成：位于神頭鎮附近的神頭泉組、司馬泊村東的司馬泊泉組和河道泉組。泉水排出后形成較大水面，包括三泉灣、五花泉、蓮花池等；河道泉組主要為大量散泉，分布于神頭鎮附近的源子河河道中。

神頭泉是海河流域永定河水系主流桑干河的重要水源補給地，其巖溶地下水為HCO3-Ca·Mg型水質，出水水溫常年維持在14～14.5℃之間，水質優良，是朔州市工農業發展和人民生活用水的主要水源，在國民經濟和社會生活中具有不可替代的作用[2]。隨著社會經濟發展和城市規模不斷擴大，神頭泉域水資源開發利用逐年增加，泉水流量持續下降，甚至在泉域部分區域還出現了水質污染現象[3]，威脅泉域水生態環境。因此，保護神頭泉域水生生物，合理開發利用泉水資源，實現泉域水生態系統可持續發展，具有重大意義。有關海河流域漁業資源的研究報道顯示[4-6]，海河水質含鹽量自上游至下游逐漸增加，上游生活著淡水魚類，下游入海口附近生活著海產魚類。海河流域魚類中鯉科魚類種類最多，是所在水域魚類群落優勢種。神頭泉域屬海河流域，然而，巖溶泉水域自然環境特殊，魚類群落獨具特點，開展神頭泉域漁業資源調查，以期保護、恢復泉域水生態環境，為制定泉域可持續發展規劃提供參考。為此，于2016年6月3日—8日、8月13日—19日對神頭泉域進行魚類資源調查，以分析評價泉域魚類生物多樣性。

1 材料與方法

1.1 研究區域

本次調查區域位于神頭泉域東北部的一類泉域保護區內[1]。參考《內陸水域漁業自然資源調查手冊》的方法[7]，結合水域面積、水深、流速、底質及水生植物類型等設置了4個采樣點。它們屬同一泉域，部分水系相通，但所處地理位置及地形不盡相同，水域環境存在差異。

三泉灣采樣點是典型的池塘生態系統，微流水，底部鍋底形，底質為塘泥覆蓋礫砂；水圍寺采樣點是上游沼澤、下游水面漸寬的微流水濕地，水面開闊處水深小于1.5m，底質為淤泥；五花泉采樣點是水面寬闊，微流水，上游與水圍寺相通，底部鍋底形，底質為塘泥覆蓋礫砂；源子河采樣點是典型的河流生態系統，流速快，河水裹挾著大量泥沙，透明度低，河道平均寬度約6.5m，底質為礫石及礫砂，缺乏大型水生植物，岸上生長有蘆葦Phragmites com－munis、小香蒲Typha minima等。各采樣點自然環境概況見表1，位置關系見圖1。

圖1 神頭泉域采樣點示意圖Fig.1 The diagrammatic sketch of sampling sites in Shentou Spring region

表1 神頭泉域采樣點位置及自然環境概況Tab.1 The position and natural environment of sampling sites in Shentou Spring region

1.2 研究方法

依據采樣點水深，選擇設置地籠或電捕方法采集魚類樣品[7]，此外還從垂釣者處獲得個別魚類樣品。

在現場對漁獲物作初步鑒定、計數和稱重，做必要的文字與影像記錄。然后，隨機留取約1/5漁獲物，用10%福爾馬林溶液固定，編號帶回實驗室分析、鑒定[8-10]。剩余漁獲物在盡可能短的時間內放歸原棲息水域。

1.3 數據統計方法

1.3.1 魚類群落優勢度分析

采用Pinkas相對重要性指數（Index of Relative Importance,IRI）[11,12]分析魚類群落優勢度。IRI=（N+W）F，式中：N為魚的數量百分比，W為重量百分比，F為出現頻率。IRI≥1000為優勢種；100≤IRI＜1000為主要種；10≤IRI＜100 為常見種；1≤IRI＜10為一般種；IRI＜1為稀有種。

1.3.2 魚類群落多樣性分析

采用下列指標[15,16]綜合分析各采樣點魚類群落的多樣性：（1）Margalef豐富度指數（R）：R=（S-1）/log2N，（2）Pielou 均勻度指數（J′）：J′=-∑Pilog2Pi/log2S，（3）Shannon-Wiener多樣性指數（H′）：H′=-∑Pilog2Pi。

式中：S為種類數，N為總數量，Pi為第i種個體的重量百分比。

1.3.3 魚類群落相似度分析

采用 Jaccard相似性系數（SimilarityIndex，SI）[17,18]分析各采樣點間魚類群落相似性：SI=C/（A+B-C）

式中：A和B分別為2個采樣點物種數，C為2個采樣點共有物種數。0≤SI＜0.25、0.25≤SI＜0.5、0.5≤SI＜0.75和0.75≤SI＜1為2個采樣點群落極不相似、中等不相似、中等相似和極相似。

2 結果與分析

2.1 魚類物種組成

本次調查共采集魚類16種，分屬5目7科14屬，鯉科魚類最多，共6種，占總種類數的37.5%，分屬屬Phoxinus、麥穗魚屬Pseudorasbora屬Gobio、棒花魚屬Abbottina、鯉屬 Cyprinus和鯽屬 Carassius；其次為鰍科4種，占25.0%；虎魚科2種，占12.5%；鳉科、刺魚科、塘鱧科和鮭科均僅1種，合計占25.0%。

4個采樣點中，三泉灣采到10種魚類、水圍寺采到8種、五花泉和源子河各采到12種（表2），其中虹鱒Oncorhynchus mykiss為外逃的人工養殖個體。表2顯示，神頭泉域魚類群落組成主要以喜冷水的小型溪流魚類為主，大部分種類要求水質清澈、溶氧量較高的環境。有資料顯示，中華多刺魚Pungitius sinensis在山西境內僅分布于神頭泉域[6]。

2.2 漁獲物優勢種

兩次野外調查共采集漁獲物4 307尾，21.81kg。以尾數計，位列前3的依次是達里湖高原鰍Triplophysa dalaica、麥穗魚Pseudorasbora parva和拉氏Phoxinus lagowskii；按重量計，位列前3的依次是達里湖高原鰍、鯽Carassius auratus和拉氏。

綜合考慮各種類數量、重量和出現頻率，采用相對重要性指數（IRI）分析顯示，達里湖高原鰍、拉氏、麥穗魚和鯽為優勢種，占總漁獲物數量的90.92%、重量的89.27%；泥鰍Misgurnus anguillicaudatus、棒花魚 Abbottina rivularis、黃黝魚Hypseleotris swinhonis和黃河Gobio huanghensis 4種為主要種，占總漁獲物數量的6.66%、重量的9.88%；中華多刺魚、武威高原鰍Triplophysa wuweiensis、子陵吻虎魚Rhinogobius giurinus、鯉Cyprinus carpio和波氏吻虎魚Rhinogobius cliffordpopei 5種為常見種，北鰍Lefua costata和青鳉Oryzias latipes2種為一般種，這7種魚類共占總漁獲物數量的2.42%、重量的0.85%（表3）。

2.3 各采樣點漁獲物種類的區域差異分析

由表4可知，源子河與水圍寺間的相似性（SI）是0.43，為中等不相似，與五花泉和三泉灣間的SI分別是0.53和0.62，為中等相似；水圍寺與三泉灣和五花泉間SI分別是0.55和0.73，同樣都是中等相似；三泉灣與五花泉間SI為0.82，達極相似水平（表4），說明神頭泉域各采樣點漁獲物種類存在一定區域差異。

漁獲物IRI分析表明，各采樣點魚類群落優勢種不盡相同：三泉灣優勢種為麥穗魚、泥鰍、鯽和拉氏；水圍寺優勢種為達里湖高原鰍、拉氏和麥穗魚；五花泉優勢種為達里湖高原鰍；源子河優勢種為鯽、達里湖高原鰍、黃河和拉氏。

表2 調查中在神頭泉域發現的魚類名錄與分布Tab.2 Fish species list and distribution in Shentou Spring region in field survey

2.4 魚類生物多樣性分析

由表5可知，神頭泉域4個采樣點漁獲物豐富度指數均值為0.92，均勻度指數均值為0.45，多樣性指數均值為1.48。其中，三泉灣均勻度指數和多樣性指數均最大（0.71和2.26）；五花泉均勻度指數和多樣性指數均最小（0.15和0.51）；水圍寺和源子河均勻度指數和多樣性指數都圍繞均值小范圍波動；源子河豐富度指數最大，五花泉和三泉灣依次減小，水圍寺最小，這與各采樣點實際采集的魚類種數、數量及重量等關系基本相符。

表3 神頭泉域魚類優勢種分析Tab.3 Analysis of dominant fish species in Shentou Spring region

表4 神頭泉域各采樣點漁獲物組成相似性Tab.4 Similarity （SI）of the catches composition in the different sampling sites in Shentou Spring region

3 討論

3.1 魚類群落組成特點分析

表5 神頭泉域魚類多樣性指數Tab.5 Indices of fish species diversity in Shentou Spring region

多刺魚屬魚類喜低溫，集中分布于北半球溫帶、寒帶的環北極地區。中華多刺魚體型較小、繁殖周期短，常棲息于底質多沙石和水草的微流水中，對輸入能量利用率較高。中華多刺魚胚胎發育的適溫為14～16℃[24]。推測水溫是影響中華多刺魚在山西分布范圍狹窄的因素之一，神頭泉域可能是該魚在山西自然分布的最南區域。

3.2 魚類群落多樣性分析

神頭泉域各采樣點魚類群落間的異質性與采樣點自然環境的多樣性及人類活動影響程度等有一定關系。三泉灣屬自然池塘型水體，池底呈鍋底形，中央水深約2.0～2.5m，底質為塘泥礫砂，水體透明度近30cm，泉水自池底泉眼涌出補給。沿岸帶豐富的水生植物及底棲動物為魚類生存提供了必要的隱蔽、攝食場所和餌料來源[25]，岸邊時有釣魚者垂釣，但三泉灣距附近村莊有一定距離，受持續性人類活動影響較小，水生態環境利于魚類生存，魚類群落多樣性水平和均勻度較高，結構較穩定。水圍寺為小型沼澤濕地生境，最大水深約1.5m，淤泥底質，終年微流水，下游蓄積水面與五花泉相通。但水圍寺水域范圍較小限制了魚類群落的豐富度。一般而言，水域面積越大，魚類群落的豐富度越高，即種類越多，群落組成也越復雜[26]。然而，生境與三泉灣類似，但水面范圍更大、水更深的五花泉魚類群落多樣性水平和均勻度卻較低。五花泉周圍有數家虹鱒養殖場、垂釣場和餐飲場所，可能是人類活動影響了該處魚類的生存[27]。源子河為典型的河流生境，河道寬窄不一，水流速度快，河水裹挾著泥沙及懸浮物，透明度不高，礫砂及礫石底質，幾乎沒有大型水生植物生長。源子河較強的流動性影響了魚類的均勻分布，群落均勻度偏低，而流程長、水量大，導致群落豐富度變大。源子河采樣點漁獲物中，鯽的數量占比不多，但生物量占比卻較大。這可能是綜合考量各種因素時，源子河魚類群落多樣性水平較低的原因。

3.3 外來魚類影響

三泉灣和五花泉采到的虹鱒為周邊養殖場外逃個體，數量不多，卻需引起重視。虹鱒性情兇猛、肉食性，營養層級高、幾乎位于食物鏈頂端。自然條件下，以水生昆蟲、甲殼類、軟體動物及小型魚類為食。進入入侵地后，能與土著魚類形成種間競爭、甚至捕食小型魚類，還能傳播病害。由于缺乏天敵，當種群達到一定規模時，能影響土著魚類存活，導致某些種類瀕危甚至滅絕，破壞原有生物多樣性。令人擔憂的是，虹鱒現已在黃河上游干流部分河段形成了自然繁殖群體[28]。神頭泉域某些溪流流速快、水溫低、溶氧高，底質為砂礫或卵石，能滿足虹鱒自然繁殖要求，有形成虹鱒自然繁殖群體的客觀條件。為保護泉域良好水生態環境和魚類生物多樣性，建議加強對神頭泉域周邊水產養殖場的科學管理，嚴防虹鱒等外來魚類逃逸形成自然繁殖種群，最大限度減小外來魚類對泉域魚類生物多樣性的負面影響。

3.4 人類活動影響

在水域面積、水溫、流速、底質類型、餌料豐富程度、水生植物（魚類躲避、覓食及繁殖場所）等因素影響魚類群落結構組成及多樣性水平的同時，目前愈加頻繁的人類活動對魚類群落產生的影響變得越來越顯著。工業用水嚴重超采使地下水補給不足，神頭泉域水位持續下降；養殖、捕撈、垂釣、戲水及野餐燒烤等人類活動留下的廢物、垃圾等環境污染。據報道，司馬泊泉組和河道泉組的某些水體已被細菌、亞硝酸離子污染[3]，神頭泉域水生態環境面臨人類活動的威脅，加劇了對當地魚類生物多樣性的不利影響。

生物多樣性喪失后不可逆，預防永遠重于治理。從踐行“綠水青山就是金山銀山”生態發展理念出發，以保護當地泉域水生態系統為可持續發展的前提和基礎，在神頭泉域劃定部分生態脆弱區域建立以泉域原生魚類及其生境為主要保護對象的水產種質資源保護區勢在必行。建議當地漁業、環保和工商行政主管部門開展聯合執法，加強監管，全面禁止在保護區內進行電魚、毒魚、酷漁濫捕等行為；嚴禁在保護區內打井取水、從事經營性休閑餐飲活動；嚴格限制放生，合理規范開展水產養殖活動；嚴厲查處并堅決取締破壞泉域生態環境的其他行為。在嚴管的同時，繼續加大生態保護宣傳力度，普及泉域生態環境保護常識，激發廣大人民群眾主動保護生態環境的積極性和自覺性，最大程度地緩解人類活動對魚類等水生生物造成的影響，逐步恢復當地遭到破壞的水生態環境，保護魚類生物多樣性。