神头泉域鱼类群落结构及生物多样性分析

梁文明，张大伟，张元，崔松林

（1.山西省水产育种养殖科学实验中心，山西 清徐 030400；2.山西省水产科学研究所，山西 太原 030006）

神头泉位于山西省朔州市朔城区东北部的神头镇，是山西著名岩溶大泉，泉水集中出露于洪涛山脉前的源子河两岸及河道中，有大小泉眼100余处，呈散流状排泄，排泄区面积约5km2[1]，泉域总面积4 756 km2。神头泉域主要由3个较大的泉组形成：位于神头镇附近的神头泉组、司马泊村东的司马泊泉组和河道泉组。泉水排出后形成较大水面，包括三泉湾、五花泉、莲花池等；河道泉组主要为大量散泉，分布于神头镇附近的源子河河道中。

神头泉是海河流域永定河水系主流桑干河的重要水源补给地，其岩溶地下水为HCO3-Ca·Mg型水质，出水水温常年维持在14～14.5℃之间，水质优良，是朔州市工农业发展和人民生活用水的主要水源，在国民经济和社会生活中具有不可替代的作用[2]。随着社会经济发展和城市规模不断扩大，神头泉域水资源开发利用逐年增加，泉水流量持续下降，甚至在泉域部分区域还出现了水质污染现象[3]，威胁泉域水生态环境。因此，保护神头泉域水生生物，合理开发利用泉水资源，实现泉域水生态系统可持续发展，具有重大意义。有关海河流域渔业资源的研究报道显示[4-6]，海河水质含盐量自上游至下游逐渐增加，上游生活着淡水鱼类，下游入海口附近生活着海产鱼类。海河流域鱼类中鲤科鱼类种类最多，是所在水域鱼类群落优势种。神头泉域属海河流域，然而，岩溶泉水域自然环境特殊，鱼类群落独具特点，开展神头泉域渔业资源调查，以期保护、恢复泉域水生态环境，为制定泉域可持续发展规划提供参考。为此，于2016年6月3日—8日、8月13日—19日对神头泉域进行鱼类资源调查，以分析评价泉域鱼类生物多样性。

1 材料与方法

1.1 研究区域

本次调查区域位于神头泉域东北部的一类泉域保护区内[1]。参考《内陆水域渔业自然资源调查手册》的方法[7]，结合水域面积、水深、流速、底质及水生植物类型等设置了4个采样点。它们属同一泉域，部分水系相通，但所处地理位置及地形不尽相同，水域环境存在差异。

三泉湾采样点是典型的池塘生态系统，微流水，底部锅底形，底质为塘泥覆盖砾砂；水围寺采样点是上游沼泽、下游水面渐宽的微流水湿地，水面开阔处水深小于1.5m，底质为淤泥；五花泉采样点是水面宽阔，微流水，上游与水围寺相通，底部锅底形，底质为塘泥覆盖砾砂；源子河采样点是典型的河流生态系统，流速快，河水裹挟着大量泥沙，透明度低，河道平均宽度约6.5m，底质为砾石及砾砂，缺乏大型水生植物，岸上生长有芦苇Phragmites com－munis、小香蒲Typha minima等。各采样点自然环境概况见表1，位置关系见图1。

图1 神头泉域采样点示意图Fig.1 The diagrammatic sketch of sampling sites in Shentou Spring region

表1 神头泉域采样点位置及自然环境概况Tab.1 The position and natural environment of sampling sites in Shentou Spring region

1.2 研究方法

依据采样点水深，选择设置地笼或电捕方法采集鱼类样品[7]，此外还从垂钓者处获得个别鱼类样品。

在现场对渔获物作初步鉴定、计数和称重，做必要的文字与影像记录。然后，随机留取约1/5渔获物，用10%福尔马林溶液固定，编号带回实验室分析、鉴定[8-10]。剩余渔获物在尽可能短的时间内放归原栖息水域。

1.3 数据统计方法

1.3.1 鱼类群落优势度分析

采用Pinkas相对重要性指数（Index of Relative Importance,IRI）[11,12]分析鱼类群落优势度。IRI=（N+W）F，式中：N为鱼的数量百分比，W为重量百分比，F为出现频率。IRI≥1000为优势种；100≤IRI＜1000为主要种；10≤IRI＜100 为常见种；1≤IRI＜10为一般种；IRI＜1为稀有种。

1.3.2 鱼类群落多样性分析

采用下列指标[15,16]综合分析各采样点鱼类群落的多样性：（1）Margalef丰富度指数（R）：R=（S-1）/log2N，（2）Pielou 均匀度指数（J′）：J′=-∑Pilog2Pi/log2S，（3）Shannon-Wiener多样性指数（H′）：H′=-∑Pilog2Pi。

式中：S为种类数，N为总数量，Pi为第i种个体的重量百分比。

1.3.3 鱼类群落相似度分析

采用 Jaccard相似性系数（SimilarityIndex，SI）[17,18]分析各采样点间鱼类群落相似性：SI=C/（A+B-C）

式中：A和B分别为2个采样点物种数，C为2个采样点共有物种数。0≤SI＜0.25、0.25≤SI＜0.5、0.5≤SI＜0.75和0.75≤SI＜1为2个采样点群落极不相似、中等不相似、中等相似和极相似。

2 结果与分析

2.1 鱼类物种组成

本次调查共采集鱼类16种，分属5目7科14属，鲤科鱼类最多，共6种，占总种类数的37.5%，分属属Phoxinus、麦穗鱼属Pseudorasbora属Gobio、棒花鱼属Abbottina、鲤属 Cyprinus和鲫属 Carassius；其次为鳅科4种，占25.0%；虎鱼科2种，占12.5%；鳉科、刺鱼科、塘鳢科和鲑科均仅1种，合计占25.0%。

4个采样点中，三泉湾采到10种鱼类、水围寺采到8种、五花泉和源子河各采到12种（表2），其中虹鳟Oncorhynchus mykiss为外逃的人工养殖个体。表2显示，神头泉域鱼类群落组成主要以喜冷水的小型溪流鱼类为主，大部分种类要求水质清澈、溶氧量较高的环境。有资料显示，中华多刺鱼Pungitius sinensis在山西境内仅分布于神头泉域[6]。

2.2 渔获物优势种

两次野外调查共采集渔获物4 307尾，21.81kg。以尾数计，位列前3的依次是达里湖高原鳅Triplophysa dalaica、麦穗鱼Pseudorasbora parva和拉氏Phoxinus lagowskii；按重量计，位列前3的依次是达里湖高原鳅、鲫Carassius auratus和拉氏。

综合考虑各种类数量、重量和出现频率，采用相对重要性指数（IRI）分析显示，达里湖高原鳅、拉氏、麦穗鱼和鲫为优势种，占总渔获物数量的90.92%、重量的89.27%；泥鳅Misgurnus anguillicaudatus、棒花鱼 Abbottina rivularis、黄黝鱼Hypseleotris swinhonis和黄河Gobio huanghensis 4种为主要种，占总渔获物数量的6.66%、重量的9.88%；中华多刺鱼、武威高原鳅Triplophysa wuweiensis、子陵吻虎鱼Rhinogobius giurinus、鲤Cyprinus carpio和波氏吻虎鱼Rhinogobius cliffordpopei 5种为常见种，北鳅Lefua costata和青鳉Oryzias latipes2种为一般种，这7种鱼类共占总渔获物数量的2.42%、重量的0.85%（表3）。

2.3 各采样点渔获物种类的区域差异分析

由表4可知，源子河与水围寺间的相似性（SI）是0.43，为中等不相似，与五花泉和三泉湾间的SI分别是0.53和0.62，为中等相似；水围寺与三泉湾和五花泉间SI分别是0.55和0.73，同样都是中等相似；三泉湾与五花泉间SI为0.82，达极相似水平（表4），说明神头泉域各采样点渔获物种类存在一定区域差异。

渔获物IRI分析表明，各采样点鱼类群落优势种不尽相同：三泉湾优势种为麦穗鱼、泥鳅、鲫和拉氏；水围寺优势种为达里湖高原鳅、拉氏和麦穗鱼；五花泉优势种为达里湖高原鳅；源子河优势种为鲫、达里湖高原鳅、黄河和拉氏。

表2 调查中在神头泉域发现的鱼类名录与分布Tab.2 Fish species list and distribution in Shentou Spring region in field survey

2.4 鱼类生物多样性分析

由表5可知，神头泉域4个采样点渔获物丰富度指数均值为0.92，均匀度指数均值为0.45，多样性指数均值为1.48。其中，三泉湾均匀度指数和多样性指数均最大（0.71和2.26）；五花泉均匀度指数和多样性指数均最小（0.15和0.51）；水围寺和源子河均匀度指数和多样性指数都围绕均值小范围波动；源子河丰富度指数最大，五花泉和三泉湾依次减小，水围寺最小，这与各采样点实际采集的鱼类种数、数量及重量等关系基本相符。

表3 神头泉域鱼类优势种分析Tab.3 Analysis of dominant fish species in Shentou Spring region

表4 神头泉域各采样点渔获物组成相似性Tab.4 Similarity （SI）of the catches composition in the different sampling sites in Shentou Spring region

3 讨论

3.1 鱼类群落组成特点分析

表5 神头泉域鱼类多样性指数Tab.5 Indices of fish species diversity in Shentou Spring region

多刺鱼属鱼类喜低温，集中分布于北半球温带、寒带的环北极地区。中华多刺鱼体型较小、繁殖周期短，常栖息于底质多沙石和水草的微流水中，对输入能量利用率较高。中华多刺鱼胚胎发育的适温为14～16℃[24]。推测水温是影响中华多刺鱼在山西分布范围狭窄的因素之一，神头泉域可能是该鱼在山西自然分布的最南区域。

3.2 鱼类群落多样性分析

神头泉域各采样点鱼类群落间的异质性与采样点自然环境的多样性及人类活动影响程度等有一定关系。三泉湾属自然池塘型水体，池底呈锅底形，中央水深约2.0～2.5m，底质为塘泥砾砂，水体透明度近30cm，泉水自池底泉眼涌出补给。沿岸带丰富的水生植物及底栖动物为鱼类生存提供了必要的隐蔽、摄食场所和饵料来源[25]，岸边时有钓鱼者垂钓，但三泉湾距附近村庄有一定距离，受持续性人类活动影响较小，水生态环境利于鱼类生存，鱼类群落多样性水平和均匀度较高，结构较稳定。水围寺为小型沼泽湿地生境，最大水深约1.5m，淤泥底质，终年微流水，下游蓄积水面与五花泉相通。但水围寺水域范围较小限制了鱼类群落的丰富度。一般而言，水域面积越大，鱼类群落的丰富度越高，即种类越多，群落组成也越复杂[26]。然而，生境与三泉湾类似，但水面范围更大、水更深的五花泉鱼类群落多样性水平和均匀度却较低。五花泉周围有数家虹鳟养殖场、垂钓场和餐饮场所，可能是人类活动影响了该处鱼类的生存[27]。源子河为典型的河流生境，河道宽窄不一，水流速度快，河水裹挟着泥沙及悬浮物，透明度不高，砾砂及砾石底质，几乎没有大型水生植物生长。源子河较强的流动性影响了鱼类的均匀分布，群落均匀度偏低，而流程长、水量大，导致群落丰富度变大。源子河采样点渔获物中，鲫的数量占比不多，但生物量占比却较大。这可能是综合考量各种因素时，源子河鱼类群落多样性水平较低的原因。

3.3 外来鱼类影响

三泉湾和五花泉采到的虹鳟为周边养殖场外逃个体，数量不多，却需引起重视。虹鳟性情凶猛、肉食性，营养层级高、几乎位于食物链顶端。自然条件下，以水生昆虫、甲壳类、软体动物及小型鱼类为食。进入入侵地后，能与土著鱼类形成种间竞争、甚至捕食小型鱼类，还能传播病害。由于缺乏天敌，当种群达到一定规模时，能影响土著鱼类存活，导致某些种类濒危甚至灭绝，破坏原有生物多样性。令人担忧的是，虹鳟现已在黄河上游干流部分河段形成了自然繁殖群体[28]。神头泉域某些溪流流速快、水温低、溶氧高，底质为砂砾或卵石，能满足虹鳟自然繁殖要求，有形成虹鳟自然繁殖群体的客观条件。为保护泉域良好水生态环境和鱼类生物多样性，建议加强对神头泉域周边水产养殖场的科学管理，严防虹鳟等外来鱼类逃逸形成自然繁殖种群，最大限度减小外来鱼类对泉域鱼类生物多样性的负面影响。

3.4 人类活动影响

在水域面积、水温、流速、底质类型、饵料丰富程度、水生植物（鱼类躲避、觅食及繁殖场所）等因素影响鱼类群落结构组成及多样性水平的同时，目前愈加频繁的人类活动对鱼类群落产生的影响变得越来越显著。工业用水严重超采使地下水补给不足，神头泉域水位持续下降；养殖、捕捞、垂钓、戏水及野餐烧烤等人类活动留下的废物、垃圾等环境污染。据报道，司马泊泉组和河道泉组的某些水体已被细菌、亚硝酸离子污染[3]，神头泉域水生态环境面临人类活动的威胁，加剧了对当地鱼类生物多样性的不利影响。

生物多样性丧失后不可逆，预防永远重于治理。从践行“绿水青山就是金山银山”生态发展理念出发，以保护当地泉域水生态系统为可持续发展的前提和基础，在神头泉域划定部分生态脆弱区域建立以泉域原生鱼类及其生境为主要保护对象的水产种质资源保护区势在必行。建议当地渔业、环保和工商行政主管部门开展联合执法，加强监管，全面禁止在保护区内进行电鱼、毒鱼、酷渔滥捕等行为；严禁在保护区内打井取水、从事经营性休闲餐饮活动；严格限制放生，合理规范开展水产养殖活动；严厉查处并坚决取缔破坏泉域生态环境的其他行为。在严管的同时，继续加大生态保护宣传力度，普及泉域生态环境保护常识，激发广大人民群众主动保护生态环境的积极性和自觉性，最大程度地缓解人类活动对鱼类等水生生物造成的影响，逐步恢复当地遭到破坏的水生态环境，保护鱼类生物多样性。