我國伊犁河魚類群落結構及外來魚類適生性

劉春池,牛建功,張 濤,劉 鴻,蔡林鋼,王 麗,米乃瓦爾·木衣提

1 西北政法大學,西安 710122

2 新疆維吾爾自治區水產科學研究所,烏魯木齊 830000

3 農業部西北地區漁業資源環境科學觀測實驗站,烏魯木齊 830000

伊犁河是我國與哈薩克斯坦共和國之間的國際河流,屬于中亞內流河,位于新疆西部,發源于天山西部北坡山脈,在我國境內全長442km,平均年徑流量約為158.6×108m3。上游的特克斯河、喀什河以及鞏乃斯河是其三大支流,其中特克斯河是主源,它自西向東穿過昭蘇-特克斯盆地,沿途接納闊克蘇河、大吉爾尕郎河和小吉爾尕郎河水后轉向北,與鞏乃斯河匯合,始稱伊犁河。轉向西流后在雅馬渡與喀什河匯合,經三道河河段出境,最終匯入巴爾喀什湖。我國境內的伊犁河流域地勢由東向西傾斜,處于被南北天山山脈包圍的喇叭狀區域,僅向大西洋、地中海及巴爾喀什湖敞開。這一地理位置使得伊犁河河谷雨量較多,氣候溫和,水量充足,物產豐富[1]。

伊犁河原有魚類區系較為簡單,整個伊犁河水系的土著魚類只有13種[1],多為冷水性魚類。20世紀初,原蘇聯漁業工作者為了提高漁產量,向伊犁河下游巴爾喀什湖及卡甫恰蓋水庫引入了大量歐洲水系的經濟魚類,其中大多已經擴散到我國境內[1]。20世紀60年代,伊犁地區發展漁業,引種家魚時一些野雜魚苗流入伊犁河流域[2—3]。Mamilov等人對伊犁河下游哈薩克斯坦共和國境內的巴爾喀什湖長達10年的監測顯示,由于人為活動而帶入的外來種種類數已經遠超過土著種[4]。

伊犁河流域魚類資源的調查和研究起步于20世紀60年代后期,李思忠等人的調查表明,伊犁河土著魚類10種,移植種類有5種[5]。任慕蓮等對伊犁河流域魚類資源及漁業進行了系統的調查研究,表明我國伊犁河魚類共計32種,其中土著魚類10種[1]。到了21世紀初,一系列研究表明,由于人為活動的影響,伊犁河魚類群落結構發生了改變,其中外來魚類移植、過度捕撈、水利水電樞紐工程建設和水體污染是引起伊犁河魚類群落結構改變的重要原因[6—8]。

本研究擬對我國伊犁河流域魚類群落結構現狀進行調查,查明現階段伊犁河流域主要外來魚類,利用生態位模型對這些外來魚類在伊犁河流域的適生區域進行估算,探討外來魚類對土著魚類的影響,為土著魚類資源保護提供對策。

1 研究方法

1.1 魚類資源調查

根據伊犁河流域的地理位置,選取6個采樣斷面(圖1)。斷面S1位于鞏乃斯河中游的新源縣河段,該河段平均河寬為20m,河道蜿蜒曲折,底質以泥沙為主；斷面S2,位于特克斯河中上游昭蘇河段,該河段平均河寬為80m,河道平直,彎道較少,河道底質卵石較多；斷面S3,位于特克斯河下游與鞏乃斯河匯合處,該河段平均河寬為180m,河道開闊,彎道較少,河道底質卵石較多；斷面S4,位于喀什河中下游尼勒克河段,該河段平均河寬為46m,河道蜿蜒曲折,河道底質為泥沙卵石。斷面S5,位于伊犁河干流雅瑪渡河段,該河段平均河寬為135m,河道開闊,兩岸為城鎮居民區,河道底質以泥沙為主,喀什河在該河段匯入,喀什河河水透明度高,干流河水渾濁,匯入口河水有一道明顯的清濁分界線。斷面S6,位于國境線附近的三道河河段,平均河寬為135m,河道平直,河道內生有水生植物蘆葦,河道泥沙較大。

圖1 伊犁河(中國境內)魚類資源調查采樣斷面示意圖

魚類資源調查采取流動調查和定點采樣相結合的方式。由于伊犁河上游支流河段地勢險峻,人跡罕至,因此采取自主捕撈、雇用漁民捕撈的方式進行流動調查。捕撈漁具包括刺網、地籠和抬網等。走訪河流沿岸水產市場和餐館,補充部分日常采樣中無法采集到的種類。對采集到的所有魚類標本當場進行種類鑒定,逐尾測量全長、體長和體重等生物學指標,并記錄漁具種類、漁具規格、捕撈時間和捕撈地點等基本信息。對于當場鑒定到種類的魚類標本,測量完相關生物學指標之后,放歸到原采集地；對于當場無法鑒定種類的魚類標本,以10%福爾馬林溶液固定,帶回實驗室鑒定。定點采樣調查主要采取固定地點對商業漁獲物進行統計的方式。統計方法以船次為抽樣單位,統計所有船次的整船漁獲物。逐尾測量全長、體長和體重等指標。并記錄漁具種類、漁具規格、捕撈時間和捕撈地點等基本信息。對于當場無法鑒定種類的魚類標本,以10%福爾馬林溶液固定,帶回實驗室鑒定。

1.2 資料搜集

外來魚類原產地資料數據獲取：查閱文獻、專著、書籍。

物種分布信息數據的獲?。孩購奈墨I記錄中收集物種分布信息。②從物種分布信息數據庫查詢,Fishbase、GBIF、HerpNET、OBIS、REMIB以及SINGER等。③野外調查記錄數據。

環境變量數據的獲取：選取廣泛應用于淡水生態系統研究的環境變量。數據可以在WorldClim網站(http://www.worldclim.org)查詢。

1.3 數據分析

采用以下多樣性特征進行研究:

(1)相對重要性指數(IRI)：

IRI= (ni/N+wi/W)×fi；

IRI%=(IRI/∑IRI)100%

本研究選取IRI%大于10的種類為各采樣點優勢種[3—6]。

(2)Shannon-Wiener 多樣性指數：

H′=-∑(ni/N)ln(ni/N)

(3)Simpson多樣性指數：

D=1-∑(ni/N)2

(4)Bray-Curtis相似性指數：

式中,ni為第i種的個體數,wi為第i種的總重量,N為所有漁獲種類的總個體數,W為所有漁獲種類的總重量,fi為第i種出現的站數占總調查站數的百分比(即出現頻率)。Na和Nb分別為生境a和生境b魚類群落中各自的總個體數,Nj為生境a和生境b魚類群落共有種中個體數量較小者之和。

(5)生態位模型分析

本研究應用最大熵模型(Maximum Entropy,MaxEnt)對外來魚類在伊犁河流域的適宜分布區域進行預測。最大熵模型依據物種分布數據和環境因子計算約束條件,認為在此約束條件下熵最大時物種出現的概率分布與其實際分布最接近[9—11]。MaxEnt模型具有操作簡單、預測精度高、運算速度快等特點,因此廣泛應用于外來生物入侵以及方物種分布區預測、瀕危動植物保護、傳染疾病的而風險預測等方面的研究[12—18]。

本研究的數據的分析和處理使用Excel 2010、PRIMER 5.0軟件包(Plymouth Marine Laboratory,UK)、Past軟件以及ArcGIS軟件完成。

2 結果

2.1 伊犁河魚類種類組成

2012—2019年在伊犁河流域開展魚類資源調查,總共采集到2654尾魚類數據,共計1345.4kg,分屬29種,其中鯉形目魚類共計18種,鱸形目6種,鲇形目2種,鱘形目、鮭形目和鳉形目各1種 (表1)。

表1 伊犁河流域魚類名錄

2.2 魚類群落結構特征

對伊犁河流域各個斷面的群落多樣性進行統計,結果顯示,伊犁河流域魚類整體多樣性為2.21,豐富度為3.55,均勻度為0.66。對各個斷面的多樣性指數進行比較,結果如圖2所示,S5斷面的多樣性、豐富度和均勻度是6個斷面中最高的。S4斷面的均勻度和多樣性最低,S1斷面的豐富度最低。

圖2 伊犁河流域魚類群落多樣性指數

利用Bray-Curtis相似性指數將伊犁河流域6個斷面的魚類群落進行聚類,在相似性50%的基礎上,伊犁河流域魚類群落可以分為三大類,上游支流的4個采樣斷面聚為一類,S5斷面與S6斷面各自為一類(圖3)。伊犁河流域干流和支流的魚類群落結構差異較大,利用非參數檢驗對各個采樣斷面的魚類組成進行分析,結果顯示各采樣斷面魚類種類和組成之無顯著性差異(P>0.05)。

圖3 伊犁河流域魚類群落聚類

2.3 優勢種

表2 伊犁河流域各個采樣斷面魚類優勢種

2.4 外來魚類的適生性研究

表3 生物氣候變量

利用受試者工作特征曲線(ROC, Receiver Operating characteristic Curve)來評價模型預測的精度。ROC曲線以假陽性率為橫坐標, 真陽性率為縱坐標所形成的曲線,當 ROC 模型評價預測結果時,ROC曲線下面積越大,即 AUC(Area Under Curve)值越大,表示物種分布越偏離隨機分布,環境變量與模型的相關性越大,模型預測效果越好。由于AUC 值不受閾值影響,因此評價結果比較客觀。

利用生態位模型對鯉在伊犁河流域的適生性區域進行計算,結果顯示(圖4)紅色區域,其適生性最高,可以達到0.8以上。橙色區域可以達到0.6以上,黃色區域具有一定的適生性,在其余地方,其適生性較差。本研究在實際調查中獲取的鯉的分布數據顯示,鯉出現在雅瑪渡河段和三道河河段,這與生態位模型獲得的鯉的適生區域是吻合的。從圖4可以看出,黃色、橙色和紅色區域主要集中在雅瑪渡及下游河段。

根據生態位模型計算所得的鯽在伊犁河流域的適生性區域集中在伊犁河下游河段(圖4),適生性在0.38—0.68之間。鯽在伊犁河流域具有一定的適應性,但適生性較低。

圖4 鯉、與鯽在伊犁河流域的適生區域

圖5 鯉、與鯽的 ROC 曲線

3 討論

3.1 伊犁河流域魚類群落結構現狀

此次伊犁河魚類調查與歷史記載相比有改變。歷史記載中,伊犁河流域共有魚類32種[1],本研究中調查到魚類29種,種類數減少的同時,魚類組成也發生了變化。歷史研究中的銀色裂腹魚、短頭鲃、銀鯽、鰱、北方泥鰍在本研究中未出現。歷史研究中未見的烏鱧與大口鲇在本研究中有捕獲,這兩種魚類均分布在下游地區,可能是養殖魚類逃逸進入伊犁河。土著魚類新疆高原鰍、斯氏高原鰍以及黑背高原鰍在歷史上的分布曾經貫穿于我國伊犁河流域,土著魚類伊犁鱸主要分布在下游地區,在本研究中顯示,這4種土著魚類的分布范圍有向上游遷移的趨勢,其中伊犁鱸在下游未捕獲,這與其歷史記載的分布范圍相差較大。這些土著魚類喜生活于海拔高、水溫低、流速高、溶氧豐富的流水環境。外來魚類的生境搶占,人為活動引起的水質變化,捕撈等因素,都是土著魚類分布區域變化的主要原因。

3.2 伊犁河流域主要外來魚類的適生性

3.3 伊犁河流域土著魚類資源保護對策

因此,在外來魚類管理方面,應關注外來魚類的生活史對策,進一步研究外來魚類的入侵機制和誘因,考慮到鯽的入侵能力和實際擴散能力,應將其作為重點關注種類；對上游支流河段的生境進行監測,關注氣候和水文變化,尤其是土著魚類產卵場、索餌場和越冬場的變化,盡可能減小人類活動干擾；對伊犁河流域的魚類資源進行長期監測,關注魚類群落結構變化,一旦發現異常及時采取措施；增加對土著魚類的增殖放流；嚴格控制進出口貿易和增殖放流時夾帶的外來魚類。以上這些措施對有效地維護伊犁河流域的生態安全具有十分重要的意義。