長江安慶段航道整治對長江江豚數量和分布的時空影響

陳敏敏,張 康,張 平,嚴 燕,張四剛,王康偉,于道平,*

1 水生生物保護與水生態修復安徽省高等學校工程技術研究中心,安慶師范大學生命科學學院,安慶 246133

2 安慶市水產技術推廣中心站,安慶 246002

淡水鯨類動物主要棲息在河流及附屬湖泊中,其種群長期發展依賴河流生態系統的穩定[1]。作為與人類接觸最密切的自然生態系統,河流生態系統遭受了水壩建設、航道建設、城鎮發展、農業開發等多重破壞,生物多樣性嚴重下降[2]。生活在河流中的淡水鯨類也因為棲息地喪失、破碎化和食物資源短缺等因素,普遍處于功能性滅絕、極度瀕危或者瀕危狀態[3—12]。

長江江豚是世界上六種珍稀淡水鯨類動物之一[1],我國一級重點保護野生動物。長江中下游干流及兩個附屬湖泊是長江江豚僅有的棲息地[13]。在過去幾十年中,長江江豚種群數量快速衰退,尤其是自20世紀90年代至今,其種群迅速下降至極度瀕危狀態[14—17]。目前,長江江豚的種群數量僅剩約1000頭,其中長江干流僅約450頭[17]。食物資源短缺和棲息地喪失是導致江豚種群下降的兩大主要因素[9]。可喜的是自2019年開始,為保護長江生態環境,恢復長江生物多樣性,長江流域開展了“十年禁漁”。隨著該措施的實施,預計食物資源短缺對江豚種群長期生存的威脅在未來將逐漸減緩。然而逐漸增加的航運、碼頭、航道整治工程等充斥著整個長江包括長江江豚自然保護區,成為壓縮江豚棲息地和導致棲息地破碎化的主要因素[18—20]。其中,航道整治工程對江豚棲息地的影響尤為嚴重,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、拋石護底、潛水壩等,徹底改變了江豚棲息所需的水域環境,造成棲息地喪失。已有研究發現長江江豚的分布密度與固化河岸長度呈顯著負相關[18],固化河岸導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,江豚的數量和分布在時空上如何響應航道整治對棲息地的干擾仍沒有被定量研究。于道平等[22]雖然發現東流河道航道整治后江豚數量明顯下降,但其江豚數量調查時間跨度較久(1994—2011年),干流江豚種群本身在此時間段就經歷了快速衰退[15—16],因此該研究結果難以客觀反映航道整治對江豚數量的影響。了解航道整治不同時期(施工前、施工期和運行期)施工水域江豚數量和分布的時空變動,不僅有助于更好地了解航道整治工程對江豚的影響,還可為施工期和運行期江豚的動態保護、航道整治工程設計,以及工程對江豚的影響評價等提供有效支撐,是十分必要的。長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-東流水道的心灘、瓜子洲、老虎灘和玉帶洲4處洲灘水域開展了航道整治。本研究將通過比較工程施工前、施工期和初步運行期主要施工區及上下游水域江豚的數量和分布差異,研究工程對江豚數量和分布格局的影響。

1 材料與方法

1.1 研究水域與研究時間

研究水域為湖口-吉陽磯水域,全長約120 km,將整個水域等分為12段,每段約10 km。航道整治工程主要施工區位于S2—S8段(圖1),工程段為S2段(玉帶洲右緣護岸工程)、S3段(老虎灘洲頭洲尾疏浚和洲側護岸工程)、S5段(瓜子洲護灘工程)和S6段(心灘潛水壩加高工程)。工程于2019年開始施工,2021年4月施工結束。江豚數量和分布調查分為三個時間段進行,施工前:2015年12月、2016年6月和12月、2017年4月和12月,各調查一次;施工期:2020年6月、8月、10月、12月和2021年1月,各調查一次;初步運行期:2021年12月初和12月尾,各調查一次。

圖1 研究水域及航道整治工程點分布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

江豚目視數量和分布的調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平臺,沿長江和沙洲兩岸,對近岸300 m水域內的江豚數量和分布進行考察。在長江干流中,約有80%的長江江豚棲息在近岸300 m水域內[14,25]。因此,近岸考察結果能很好地反應江豚的數量和分布特征。具體調查和記錄方法請參照陳敏敏等[18]。

采用Kruskal-Wallis方差分析比較施工前、施工期和初步運行期,湖口-吉陽磯水域和主要施工區江豚目視觀察數量的差異、集群規模的差異,采用Dunn-Bonferroni檢驗進行多重比較。統計分析均利用SPSS 19.0(SPSS,Inc.,Chicago,IL,USA)進行。不同時期不同江段江豚的近岸分布密度基于目視觀察數據算得,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 結果與分析

2.1 江豚目視觀察數量

2015年12月—2021年12月在湖口-吉陽磯水域共進行了12次調查,共觀察到江豚258群次613頭次,施工前、施工期和初步運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、施工期和初步運行期單次考察平均分別在施工區觀察到江豚(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,施工期和初步運行期,湖口-吉陽磯水域及主要施工區江豚目視觀察數量沒有顯著差異(湖口-吉陽磯:χ2=3.919,df=2,P=0.141;主要施工區:χ2=2.038,df=2,P=0.361)。三個時期,主要施工區江豚目視觀察數量占整個研究水域的占比也沒有顯著差異(表1,χ2=3.023,df=2,P=0.221)。

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

2.2 集群規模

施工前,整個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;主要施工區觀察到江豚群體大小1—9,平均群體大小2.61±1.91。三個時期整個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),主要表現為施工前與初步運行期的江豚群體大小顯著大于施工期。但是,三個時期主要施工區江豚群體大小之間沒有顯著差異(χ2=3.094,df=2,P=0.213)。

圖2 工程不同時期江豚集群規模Fig.2 Group size of porpoises during different stages of the engineering

2.3 江豚分布

在主要施工區中,S2、S3、S5和S6 四個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,在不同時期略有變化(圖3)。整體上,2015—2017年江豚在湖口-吉陽磯呈現連續分布(圖4),工程實施后S2—S3段和S5—S6段出現極低密度分布區(圖5)。

圖3 主要施工區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

本研究通過對航道整治主要施工區及上下游水域江豚數量和分布持續多年監測,詳細分析了航道整治施工前、施工期和初步運行期,江豚數量、集群規模以及分布的變動。研究顯示航道整治工程的施工和初步運行對主要施工區江豚的數量及集群規模沒有明顯影響,但對江豚的分布格局影響較大。工程施工和初步運行對江豚數量沒有明顯影響主要體現在三點。首先,雖然主要施工區施工前和施工后江豚目視數量相當,施工期江豚目視數量減少,但是統計學分析發現,三個時期主要施工區江豚目視數量的差異并沒有達到顯著水平。其次,主要施工區江豚目視數量的變動趨勢與整個研究水域的變動趨勢相一致。從整個研究水域來看,江豚目視數量也存在施工前和初步運行期高于施工期的現象(差異不顯著)。第三,主要施工區江豚目視數量占整個研究水域目視數量的比例在施工前、施工期和初步運行期沒有明顯變化(表1),在統計學上也沒有顯著差異。因此推測,工程施工沒有造成江豚數量顯著降低。以往研究表明,雖然長江江豚地理種群不像海洋鯨類那樣做長距離遷徙,但是也存在短距離遷移現象[26—30],因此,本研究在三個時期觀察到的數量變動很可能與地理種群數量的自然變動有關。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量相對較少的原因之一。一般來說,工程施工短期內對江豚數量產生影響最主要的原因就是意外傷害。隨著長江生態大保護工作的高強度推進,航道整治工程施工前和施工期均采取了充分的江豚保護措施,比如實時監測、巡護、宣傳宣教等,這些措施的實施將施工期江豚意外傷害降到了最低,從而使工程短期內對江豚數量的影響降到最低。

安慶段航道整治工程施工和運行均對主要施工區江豚的分布格局產生較大影響。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有達到顯著水平,但較非工程段以及對棲息地干擾較小的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均是江豚棲息水域,江豚呈連續分布。施工期S2和S3工程段沒有或僅有零星江豚分布,S6工程段江豚遠離心灘施工點,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、水文攪動等對江豚棲息地直接或者間接占據,是施工期江豚遠離這些水域的主要因素[21,33]。S5段雖然也有瓜子洲護灘帶工程,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。從圖4可以看出,施工前瓜子洲南側并不是江豚分布區,該段江豚主要分布在棉船洲洲尾匯流區及長江南側江岸。因此,瓜子洲南側工程施工沒有影響到洲尾匯流區江豚的分布。

本次航道整治工程4處施工點均有水工建筑,S6段為淺水壩,其余3處為固化河岸。本次工程2021年4月份施工結束,2021年12月份兩次調查發現,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。因此工程結束后,隨著施工船舶、水下噪音、水文攪動等不利因素的減少,S2和S6段江豚分布有所恢復,但仍然遠離工程點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,分布連續性下降。工程結束后,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、洲側河岸固化。施工結束后,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行期S3段江豚分布密度得不到恢復的主要原因。相反,S3的上游江段即S4和S5段在運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,推測這可能是江豚對S3段主要棲息地丟失的響應。以往研究表明,隨著棲息地的萎縮和破碎化,淡水鯨類動物會逐漸集中靠攏,且呈斑塊化分布[34]。S4—S5段是自然淺灘發育充分的水域,且擁有較大的洲尾匯流區,這些均是江豚主要棲息地斑塊[14,24,30—32],且幾乎沒有受到工程影響。因此推測,S3段棲息地丟失后,江豚更多向S4—S5水域集中,導致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并沒有對江豚數量產生影響,但對江豚分布格局產生明顯影響,主要表現為江豚更加集中地分布在未受干擾的適宜棲息地斑塊,整體上分布連續性降低、斑塊化加劇。以往研究也曾發現干流存在眾多江豚極低密度分布區,這些極低密度分布區多出現在固化河岸水域,并推測固化河岸可能對江豚棲息地造成侵占[18—19]。本研究通過施工前后江豚分布的對比,進一步證實了河岸固化等水工建筑可導致江豚對原有棲息地的放棄,向鄰近適宜棲息地聚集。當前,長江江豚面臨的最主要壓力就是棲息地萎縮和破碎化。基于研究結果我們建議:(1)航道整治工程應盡量避讓江豚主要棲息地斑塊,或者盡量降低對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和體量設計要充分考慮對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險。