日本有明海及周邊水域刀鱭耳石微化學研究

劉洪波，姜 濤，軒中亞，邱 晨，楊 健,

( 1.中國水產科學研究院 淡水漁業研究中心，長江中下游漁業生態環境評價和資源養護重點實驗室，江蘇 無錫 214081; 2.南京農業大學 無錫漁業學院，江蘇 無錫 214081 )

除我國外，刀鱭(Coilianasus)在日本也有分布，但僅限于九州有明海海域及與之相連的河流中，是當地重要的漁業資源[1]，對地方經濟有舉足輕重的作用[2]。有明海及其周邊水域鹽度適中，潮間帶廣，餌料豐富，河川眾多，淡水資源充沛，很適合刀鱭棲息[3]。近些年由于筑壩、圍堰等人類活動影響[4]，刀鱭漁獲量急劇下滑，已被列入日本珍稀野生水生生物“危急種”目錄[3]。

迄今通常認為，有明海及周邊水域的刀鱭為溯河洄游生態型，親魚生殖洄游時僅進入與有明海相連通筑后川中的產卵場產卵[5]；有明海及其周邊水域的刀鱭資源均孵化起源于筑后川中。而匯入有明海的河流多達112條[3]，且除筑后川外，其他河川尚缺乏對刀鱭的長期實質性調查。最近的研究發現，在與有明海相通的六角川也采到了刀鱭的受精卵和各種體長規格個體[6-7]；故筆者認為，對刀鱭這種傾向母河回歸、洄游生活史多樣的魚類而言[8-9]有必要從新角度來再確認目前有明海及其周邊筑后川和六角川中刀鱭真實的生態型分布、生活史模式和資源起源等特征。

近年來，耳石微化學研究已成功運用于包括刀鱭在內的洄游型魚類的生活史重建和環境履歷的破解等領域[9-12]。魚類耳石核心形成于受精卵孵化期，之后耳石圍繞著核心沉積生長；從核心到邊緣區的元素[如鍶(Sr)、鈣(Ca)]組成通常按魚類從出生到被捕獲時間序列先后客觀記錄著其所經歷的不同空間生境履歷，且具有代謝惰性[13-14]。由于元素在耳石中沉積的穩定性和生境相關性, 即使僅有數枚標本的微化學研究也可以客觀、準確地反演出魚類全生活史生境的動態變化過程[15]。筆者擬基于近期在日本有明海及其周邊筑后川和六角川采捕到的刀鱭，利用電子探針耳石微化學分析技術，反演3種水域刀鱭的生活史過程，重建其生境履歷特征,辨識其不同的生態類型，推定其孵化起源的生境，并與我國刀鱭耳石微化學的相關研究結果進行比較，以期為中日兩國刀鱭資源的養護提供有益的參考和借鑒。

1 材料與方法

本研究涉及的日本有明海及其周邊的筑后川和六角川采集刀鱭樣本共17尾，詳細信息見表1，采樣地點見圖1。

表1 本研究所用刀鱭的標本信息

圖1 有明海及其周邊筑后川和六角川刀鱭的采樣點示意

刀鱭耳石前處理主要參照筆者實驗室前期的方法[9,16-17]，即統一使用矢耳石，耳石樣本取出后，用去離子水洗凈并干燥，平整面朝下，將耳石整體包埋于環氧樹脂(EpoFix，丹麥Struers公司)中。待包埋樣本完全固化后，對其切割及碾磨(Discoplan-TS型，丹麥Struers公司)。耳石樣本經粗磨至精磨后使耳石核心暴露，再經磨拋機(LaboPol-35，丹麥Struers公司)表面拋光。于Milli-Q水超聲波水浴5 min后晾干，真空鍍膜機(JEE-420，日本電子株式會社)鍍碳膜后，用電子微探針分析儀(Electron Probe Microanalyzer，EPMA；JXA-8100，日本電子株式會社)進行耳石微化學測定。包括從其核心順著最長軸依次向邊緣進行Sr、Ca元素含量定量線分析測定，及對耳石過核心截面Sr強度進行面分布圖譜分析。儀器分析設定條件見表2。測定結果用標準物質鈦酸鍶(SrTiO3)和碳酸鈣(CaCO3)來檢驗。

表2 本研究電子微探針分析儀測定參數

按慣例，根據氧化鍶(SrO)和氧化鈣(CaO)的分子量將Sr∶Ca含量比值標準化為Sr∶Ca×103。參考基于t-檢驗的序貫格局轉換分析法(STARS)[18-20]，運用Excel 2013導出和分析數據。穩態轉換依截斷長度為10、置信度水平為0.1、權重為1參數來設定。參考筆者前期對不同海域或地區刀鱭耳石微化學研究[15,20-21]所獲規律來區分其不同鹽度的生境，即耳石對應淡水、半咸水、海水生境的Sr∶Ca×103值分別為≤3，3～7，>7；在相應耳石Sr強度分色面分布分析上，三者分別對應于藍色、綠黃色、紅色圖譜。

為有效區分洄游性魚類早期生活史階段對淡水生境的依存程度，參考文獻[22]，引入淡水系數(FC)的概念，計算公式如下：

FC=Lf/LT

式中，LT為耳石定量線分析的最長軸，Lf為自耳石核心開始連續對應淡水生境Sr∶Ca×103值≤3的耳石半徑長度。

2 結 果

日本有明海及周邊水域刀鱭耳石從核心(0 μm)至邊緣Sr∶Ca定量線分析結果見圖2。樣本Sr元素面分布圖譜分析結果見圖3。各刀鱭樣品的生態類型的分類見表3。

2.1 有明海刀鱭耳石元素的微化學

6尾有明海幼魚起源于淡水；但依據其耳石上對應淡水環境區域的不同，又可將其分為3種生活史模式。YMH1、3、6可歸為一種模式。它們在淡水孵化并生長一段時間(第一階段對應淡水區域徑長為210～300 μm)后轉換進鹽度較高的水域中棲息(圖2)，該類個體的淡水系數在0.2～0.3間(表3)；之后，依個體的不同，其可分別在淡水(藍色環)、半咸水(綠黃色環)或海水(紅色環)環境間活動(圖3)，直至被捕獲;YMH2則是另一種模式。該個體在淡水域孵化并生長較長時間(第一階段對應淡水區域徑長達1070 μm)，淡水系數高達0.93(表3)，在被捕獲之前剛入海不久(對應半咸水區域始末點徑長差值僅90 μm);YMH4、5則屬于第3種模式(圖2)。它們亦在淡水中孵化(第一階段淡水徑長40～50 μm)，但淡水系數<0.1(表3)，能較早地適應高鹽度半咸水或海水環境。生活史大部分時間在有明海較高或高鹽度(紅綠色環)水域中度過(圖3)。

2.2 六角川刀鱭耳石元素的微化學

六角川魚樣本均為1～2齡(圖2、圖3之LJC27、29、33、37、40)，依據其耳石微化學類型的不同，可將其分為兩種類型。LJC29、33在淡水孵化并發育一段時間(第一階段淡水徑長170～290 μm)，淡水系數在0.1～0.2間(表3)，然后才降河至河口半咸水直至海水生境棲息，隨后的生長期間可在淡水和半咸水環境間轉換；LJC40亦在淡水出生孵化，但第一階段淡水徑長50 μm，淡水系數僅為0.03(表3)，隨后的生活史過程均顯示河口半咸水環境履歷；LJC27、37則在河口半咸水環境出生孵化，淡水系數為0 (特別是LJC27)，全生活史幾乎無淡水棲息的履歷(圖3)。

2.3 筑后川刀鱭耳石元素的微化學

筑后川刀鱭樣本中，ZHC3、5、6在淡水孵化(第一階段的淡水徑長90～390 μm)，但之后的生境履歷各不相同，ZHC3的淡水系數僅為0.04(表3)，孵化不久即進入河口半咸水環境。ZHC5、6的淡水系數約0.2(表3)，表明在淡水域孵化并發育一段時間后再入海，待發育至成魚后溯河洄游至筑后川樣點被捕獲(圖2，圖3)。ZHC1、2、4則在半咸水環境孵化，淡水系數為0，生活史絕大部分時間顯示半咸水甚至遠岸海水(紅色環)履歷(圖3)。

圖2 刀鱭耳石的Sr∶Ca比值波動(灰線)和趨勢轉換(黑線)

圖3 刀鱭耳石Sr含量的面分布

表3 本研究中刀鱭的生態類型及其生境模式

3 討 論

3.1 本研究基于刀鱭耳石元素微化學反演生境的可靠性

由于環境元素在耳石中沉積的穩定性和生境相關性, 即使僅有數枚耳石標本的微化學研究也可以客觀、準確地反演出魚類全生活史生境的動態變化過程并重建其生境履歷的模式。迄今國內外許多相關研究中不同種類或種群魚類耳石的樣本數都并不大，但仍然不影響其相應結論的可靠性，如鄱陽湖刀鱭的標本數為2[23]，信江刀鱭的樣本數為7[15]，黃河口、長江口、杭州灣、甌江口的信江刀鱭樣本數分別為10、9、12、10[19]，錢塘江刀鱭的標本數為23[21]，常熟刀鱭的樣本數為16[24]；長江口鯔魚(Mugilcephalus)的樣本數為3[25]，太湖湖鱭(C.ectenestaihuensis)、長江口刀鱭、鳳鱭(C.mystus)的樣本數分別為7、14、10[26]；日本32個河流樣點吻蝦虎魚(Rhinogobiussp.)的標本數分別為1～5尾/樣點不等[27]，斐濟豹紋裸胸鱔(Gymnothoraxpolyuranodon)的標本數為4[28]等。因此，雖然本研究中刀鱭的總樣本數為17，并不大，但其結果的可靠性應該是有保證的。

3.2 刀鱭的生態類型和生境履歷模式

迄今的捕撈調查認為，日本分布的刀鱭全是溯河洄游生態型[29]，即其整個生活史要經歷在淡水的孵化及仔稚魚發育，幼魚在河口半咸水水域生長，再到有明海遠岸高鹽度海水中發育至性成熟后，溯河進筑后川淡水環境的產卵場繁殖等不同鹽度生境轉換過程[30]。本研究基于前述具有全生活史時間及空間紀錄性、沉積穩定性和生境相關性的耳石微化學結果卻發現，采自有明海、六角川和筑后川刀鱭個體淡—海水生境轉換存在差異性，但總體上歸納為2種生態類型(表3、圖4)。其一為淡水產卵場起源型。它又可細分為3種生態模式：(1)適度淡水依存型[31]。有明海的YMH1、3、6，六角川的LJC29、33及筑后川的ZHC5、6刀鱭均為此類，該類型的耳石都有一個明顯的藍色核心區域，意味著這些個體均在距河口較遠的淡水域出生(耳石上第一階段淡水徑長500 μm以內，0.1<淡水系數<0.3)，孵化后的仔稚魚在淡水生長幾個月后入海，按照先半咸水(綠色環紋)再海水(紅色環紋)的順序，完成自河口入海的生境轉換，生長發育到2齡左右性成熟后再回到河川淡水中繁殖。(2)長期淡水依存型[31]。有明海刀鱭YMH2在距河口很遠的淡水水域出生，孵化后有相當長的時間需在淡水發育(第一階段淡水徑長達1070 μm，淡水系數0.93)，但仍需經歷咸淡水環境轉換后在海區發育至性成熟。(3)非淡水依存型。有明海YMH4、5，六角川LJC40和筑后川的ZHC3刀鱭個體在淡水環境出生(第一階段淡水徑長40～90 μm，淡水系數0.1)，幾乎沒有明顯的藍色核心區域(圖3)，孵化后短期之內即進入半咸水環境生長，對淡水的依存度很低。其二為非淡水產卵場起源型。六角川樣本LJC27、37及筑后川樣本ZHC1、2、4等刀鱭個體均在咸淡水區域出生孵化(3

圖4 基于耳石微化學的本研究刀鱭生境履歷模式

3.3 日本有明海及周邊水域刀鱭的資源組成和生境特征

本研究基于耳石微化學所獲生活史過程、生境履歷、生態類型、孵化起源環境多樣性的趨勢說明，有明海及其周邊筑后川和六角川水域刀鱭資源群體的個體組成非常復雜。它們很可能來自不同的產卵場。同時，非淡水起源類型個體的發現則顯示，除傳統上淡水區域的產卵場外，河口外的半咸水或海水區域也應存在有刀鱭的產卵場。

距筑后川河口23 km處的城島町附近水域是刀鱭傳統的產卵場(圖1)，其上游即為筑后川大壩[32]。筆者以前對在該產卵場水域所捕刀鱭的微化學研究發現，耳石核心均有較大范圍的低Sr藍色區域，表明該處刀鱭入海前需在淡水孵化并滯留較長時間[16]。本研究中有明海的適度淡水依存型(YMH1、3、6)和長期淡水依存型(YMH2)的刀鱭個體與之類似，但與本研究分析的已進入高繁殖期的筑后川大川市附近水域刀鱭成魚的類型明顯不同。后者甚至出現了耳石核心無明顯藍色區域的個體(圖3，ZHC1、2、4)。因大川市水域更接近河口，位于傳統的城島町附近水域產卵場下游8 km處(圖1)，且多數樣本已達性成熟Ⅴ期，故前者水域極有可能是刀鱭筑后川中一個尚未被發現的產卵場。

一般認為，刀鱭必須在淡水區繁殖并發育一段時間后方可進入較高鹽度半咸水或海水生境，因為后者易導致受精卵死亡和仔魚畸形[33-34]。伊藤等[6]認為，體長為5.9～182 mm的刀鱭均為仔稚魚。松井等[35]認為刀鱭產卵成魚體長一般應大于250 mm(雌280～370 mm,雄250～350 mm)。本研究中有明海和六角川采樣點刀鱭個體的體長分別為68～126 mm和201～218 mm，應該分別對應于刀鱭仔稚魚和幼魚期，而筑后川刀鱭個體的體長為301～313 mm，已達到成魚規格；但其中一些幼魚(LJC27、37)或成魚(ZHC1、2、4)耳石的微化學結果卻表明其非淡水產卵場起源型的特征，即刀鱭不一定非要在淡水區繁殖和發育，卻可以直接在河口半咸水域出生孵化。這種類型的個體甚至可占到本研究17尾刀鱭的30%(圖3、表3)。這種現象反映出，除相關水域傳統淡水起源的資源補充量外，非傳統上的河口域半咸水起源的補充量同樣不可忽視。在我國甌江[22]和錢塘江[21]的刀鱭資源群體中也發現有類似的情況。筑后川河口與有明海常年有大片的海淡水交匯區，高潮時半咸水可迅速深入至筑后川內23 km的范圍[26]。這些環境特征均與強潮型的甌江[36]和錢塘江[37]十分類似。這種為適應不同棲息地環境而衍生出新生活史模式亦發生在同為鱭屬魚類的鳳鱭和七絲鱭(C.grayii)上[38]。

3.4 人類活動對日本有明海及周邊水域刀鱭資源和生境可能的影響

刀鱭被認為是母河回歸繁殖的魚類[8-9]。對這類江—海洄游魚而言，其遺傳多樣性偏低[39]，但也有可能出現非江—海洄游的繁群。不進入淡水生長的海生鰻鱺(Anguillajaponica)[12]也是這種現象的實例。對有明海及其周邊水域刀鱭而言，出現不同生態類型的原因可能與其傳統生境的改變密不可分，如隨著有明海諫早灣圍墾工程(圖1)的完工，在蓄水壩內已出現了無法入海的刀鱭淡水陸封種群[40]。筑后川大壩的建成也造成了壩址以上刀鱭的產卵場消失。不同刀鱭群體對逐漸被壓縮的產卵場及棲息地生境的競爭，也很可能導致海生刀鱭的出現。雖然陸封和海生刀鱭的出現只是該魚種為適應環境變化而被迫采取的應對策略，但營養價值和經濟價值更高的淡水起源(即溯河洄游)刀鱭卻因生境破壞、洄游通道受阻等原因導致資源量大幅下降，勢必會對其傳統漁業造成不利影響。這種現象值得引起中日兩國漁業管理部門和科研人員的高度關注。

4 結 論

刀鱭在日本被稱為大陸遺存種[40-41]，有明海及周邊水域刀鱭生境與我國長江口及周邊水域刀鱭生境極為相似[22,42]。目前兩國相關水域溯河洄游的刀鱭資源均面臨著嚴重的衰退[2,43-44]。基于耳石微化學的分析，本研究發現，有明海海區及六角川、筑后川河口水域刀鱭有著生態類型(淡水產卵場起源型和非淡水產卵場起源型)及生境履歷模式(適度淡水依存型、長期淡水依存型、非淡水依存型)的多樣性特征，反映出3種水域分布刀鱭生活史和生境需求的可塑性及對不同鹽度生境較好的適應性。如前所述，耳石微化學特征因具有客觀、準確、代謝惰性、沉積穩定性和生境相關性優勢，的確可以在客觀分析刀鱭的生境履歷、生態類型、孵化場環境等方面起到重要作用。這些信息也可以為中日兩國刀鱭資源的養護提供急需的基礎資料。

致 謝

日本有明海及其周邊筑后川和六角川刀鱭標本的采集得到了日本九州大學農學院大嶋雄治教授的幫助，謹表謝意！