长江上游珍稀、特有鱼类生态水温目标研究

李 倩，李 翀，骆辉煌

（1.中国水利水电科学研究院 水环境研究所，北京 100038；2.中国长江三峡集团公司，北京 100038）

1 研究背景

水温是影响鱼类生长发育最重要的生态因子之一[1]，它通过影响新陈代谢的速率，对鱼类生活史的各个阶段均有一定的影响。每种鱼都有各自的生长适温，在适温范围内，消化速率、摄食率和耗氧量等因素往往与水温呈正相关关系，因此，温度的变化会影响到摄食、呼吸等鱼类生命活动[2]，繁殖期和鱼类的早期发育阶段（包括卵、仔鱼和稚鱼3个时期[3]）对水温的变化尤其敏感。Jensen[4]通过对温度与大马哈鱼体重的相关关系的研究，发现在饵料供应充足的条件下，最适生长温度大约为15℃；易伯鲁等[5]认为，当水温超过18℃后，江水上涨，四大家鱼就会产卵；郭永灿[6]认为在适宜条件下鱼类的胚胎发育速度随水温的增高而加快。

大型水库蓄水后，下泄水温会发生变化。年调节和多年调节水库，由于水库的兴建形成了巨大的停滞水域，太阳辐射和水的理化特性改变，使河道原来流动的、水温基本混掺均匀的水体转变为相对静止或流动十分缓慢的大体积水体[7]，会在垂向方向上呈现出水温分层现象。由于水库水温分层现象或滞温效应等作用，下泄水温会异于原天然河道的水温，一般是春夏季节偏低，秋冬季节偏高。若水库下泄低温水，对鱼类的直接影响是导致其繁殖季节推迟、当年幼鱼的生长期缩短、生长速度减缓、个体变小等[8]。

为保护国家及地方重点保护的珍稀濒危鱼类和其它长江上游特有鱼类及其赖以生存的自然环境，2000年4月国务院批准建立长江上游珍稀、特有鱼类国家级自然保护区（以下简称“保护区”），保护区内有达氏鲟、白鲟、胭脂鱼等3种国家重点保护鱼类以及圆口铜鱼、岩原鲤、长薄鳅等65种特有鱼类。

根据《长江流域综合利用规划》，金沙江下游干流已在建或规划向家坝、溪洛渡、白鹤滩和乌东德4座梯级电站。这4座梯级总库容459.88亿m3，总装机容量4 296万kW，均为高坝巨型电站。从图1中可以看出，金沙江梯级电站最下游的向家坝水电站距保护区上游仅1.8km，梯级电站运行造成的低温水下泄将直接影响其下游干流保护区河段[9]。

上游保护区的鱼类，作为金沙江下游梯级电站下泄低温水的主要影响对象，其生命史各阶段的水温需求，即生态水温目标，是梯级电站采取环境保护措施、制定水库生态调度方案的基础。但是，目前对于保护区鱼类的生态水温需求研究仅限于某几种濒危级别高或者经济价值高的鱼，对保护区内所有珍稀特有鱼类的生态水温需求尚无系统研究。本文在相关生物学资料较为稀缺的条件下，根据水文站多年观测水温数据，提出应用生态水文学中的变化范围法（Ranges of Variability Approach，RVA）[10]来确定保护区鱼类生态适宜水温的方法，研究保护区珍稀特有鱼类的生态水温目标。

2 数据与方法

2.1 水温数据屏山水文站位于向家坝坝址上游33km处（如图1所示），是距坝址最近的有水温观测记录水文站。屏山水文站与向家坝坝址区间无支流汇入，水温、气象条件基本一致，因此，可将天然条件下向家坝坝址处的水温取为屏山站的水温。本文搜集了屏山水文站1961—1976年、1978—1988年的实测水温数据。屏山站的实测水温数据为月序列数据，包含旬均、月均、月最高及月最低水温。其中1977年水温数据在水文年鉴中无记录，考虑到资料的连续性对本研究结果的影响不大，未进行插补。近年来金沙江支流的二滩水电站、干流的溪洛渡、向家坝水电站相继开工建设，不能排除外界干扰，因此未采用近年来的观测数据。

2.2 鱼类信息以中国水产科学研究院长江水产研究所编制的《长江上游珍稀、特有鱼类及保护区鱼类资源与环境检测（Ⅱ）2007年度报告》中提到的65种特有鱼类和3种珍稀鱼类为研究对象，通过文献调研的方式搜集了其生活史各阶段的适宜水温。资料的主要来源是《四川鱼类志》[11]、《长江鱼类》[12]、《长江鱼类早期资源》[3]、《长江水系渔业资源》[13]、中国科学院中国动物物种编目数据库以及其他一些网站资料和生物学研究论文[15-36]。

2.3 天然水温包络图统计屏山站1961—1976年、1978—1988年各月最高水温和最低水温，找出各月最高水温中的最大值（极限最大值）和最低水温中的最小值（极限最小值）分别绘制成曲线，水温就在极限最大值曲线和极限最小值曲线包围的区间内波动。同时将多年月平均水温也绘制在图中，得屏山站天然水温包络图见图2。

鱼类经过长久以来的适应及进化，选择生存在各自的水域中。从这个角度来讲，保护区河段的天然水温范围可以代表生存在保护区的珍稀特有鱼类的生长水温范围，但是这个范围相对鱼类生命周期的各个阶段的适宜范围来讲，是有些宽泛的，且不能排除极端情况的干扰，因此，本文采用变动范围法来进一步缩小区间，确定更为适宜的水温范围作为生态水温目标。

2.4 变动范围法变动范围法（RVA）建立在水文变化指标（Indicators of Hydrological Alteration，IHA）体系之上。IHA指标体系采用各月平均流量、年最大流量出现日期等32个水文指标变量来评价生态水文情势的适宜度[10]。RVA法是用来确定32个水文指标变量管理目标的一种方法。首先，确定32个水文指标在天然情况下的变动范围。然后，根据RVA法，用一定的规则或算法确定每一个水文指标满足生态需求的适宜变动范围，以此作为管理目标。基于这个管理目标，可以建立一套管理规则或管理体系，并以其运用后反馈的生态效应的监测结果来进一步改善管理规则[14]。

RVA方法确定适宜变动范围的方法有两种，一种是用平均值加减一个标准差作为其上下限[10]，另外一种是用各指标多年资料排频后25%～75%的区间作为适宜变动范围[15]。

本文采用RVA方法的思路，以水温为唯一的生态指标，在其天然情况下的变动范围（即屏山站天然水温包络图2）以及平均值已知的情况下，采用平均值加减标准差的方法确定满足生态需求的适宜变动范围。

3 结果与讨论

3.1 鱼类适宜产卵水温调研结果通过资料调研，发现有关保护区68种珍稀特有鱼类除白鲟、达氏鲟、胭脂鱼、长薄鳅、黑尾近红鲌、厚颌鲂、岩原鲤等濒危程度较高或经济价值较大的鱼类之外，对其他鱼类的研究较少。统计结果表明，有文献资料记载繁殖时期的鱼共有35种，其中有产卵时期适宜水温范围记录的仅有17种，统计结果见表1。

表1 保护区珍稀特有鱼类繁殖期及产卵适宜水温范围统计

3.2 生态水温需求计算采用RVA方法，计算了1961—1976年、1978—1988年共28年的序列的水温多年月平均值、标准差，统计了月平均水温波动的上下范围，并将多年月平均值加减标准差作为RVA目标的上限和下限，见图3。

3.3 生态水温目标与已有文献成果对比将调研得到的17种有确切鱼类生物学研究的产卵水温范围与用RVA方法推求的生态水温目标相进行比较，结果见表2。

表2 保护区珍稀特有鱼类适宜生态水温

由RVA方法推求的鱼类生态水温目标，与通过纯生物学方法研究的鱼类各生命史过程中不同阶段的水温需求是有一定差别的。首先在于研究室内确定的水温需求与鱼类在野外河流中的水温需求，由于环境条件、空间尺度等因素的差别，是存在不一致的。再者，月尺度上的水温分析，对于月内的水温过程变化进行了光滑平均，反映的是水温的月平均或一种趋势。但是，二者的差别，是在可以接受的范围内。

由表2可见，在17种有产卵适宜水温记录的鱼类中，文献记录中的产卵适宜水温与RVA方法推求的产卵生态水温目标的相近程度高的有12种，相近程度中等的有3种，相近程度低的有2种，可以认为用RVA方法确定的鱼类产卵期的适宜水温目标是比较可靠的，可以用来进一步缩小由水温包络图确定的适宜水温范围。

另外，由于对保护区珍稀特有鱼类产卵场的具体分布江段调研资料稀缺，目前无法具体推算到某种鱼类在某个江段的水温需求。但是，研究表明在较短范围内水库下泄的低温水的水温沿程变化缓慢，因此，鱼类在保护区内产卵场的具体分布对本研究的影响不大。

因此，基于水文站多年水温观测，由RVA方法推求的鱼类生态水温目标，在没有生物学研究的鱼类具体水温需求情形下，可以作为一种快速的应用方法，提出受电站下泄低温水影响的鱼类生态水温目标，确定各月适宜水温范围，为电站环境保护措施采取、水库生态调度方案制定提供生物保护目标需求。

4 结论

本文根据屏山水文站1961—1976年、1978—1988年的水温观测记录，绘制出天然水温包络图，并基于生态水文学中的变化范围法（RVA方法），研究了保护区鱼类生态适宜水温，确定了保护区珍稀特有鱼类的生态水温目标。本研究用有文献记录的17种保护区鱼类的产卵适宜水温范围与用变化范围法确定的适宜生态水温目标进行了对比，二者重叠比例较高，可认为RVA方法确定的适宜生态水温目标是可靠的。

在相关生物学资料较为稀缺的条件下，根据水文站多年观测水温数据，采用基于变化范围法的生态适宜水温确定方法来研究保护区鱼类生态水温目标，是一种快速有效的方法。根据该方法提出的各月适宜水温范围以及鱼类生态水温目标，可为电站环境保护措施采取、水库生态调度方案制定提供生物保护目标需求。

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