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在大坝周边开辟近自然的旁通道将为鲟鱼的保护点亮希望 精选

已有 6771 次阅读 2023-3-25 06:35 |系统分类:科普集锦

On the white sand of the bottom

Lay the monster Mishe-Nahma,

Lay the sturgeon, King of Fishes;

Through his gills he breathed the water

With his fins he fanned and winnowed,

With his tail he swept the sand-floor.

……

一段描述鲟鱼的诗歌,摘自美国诗人亨利·华兹华斯·朗费罗于1855年创作的叙事诗——《海华沙之歌》

 

鲟鱼是北半球很多大河和临近海域中的旗舰物种,在地球上已经存在超过2亿年1。鲟鱼曾和恐龙共存在地球上,即使经历了两次物种大灭绝事件,依然存活到现在2。但是,近两个世纪以来,所有现生种的鲟鱼因为人类活动的干扰都处于濒危状况,人类对鲟鱼的影响越来越显著。20227月世界自然保护联盟(IUCN)宣布我国特有的白鲟灭绝,把长江鲟由“极度濒危”改为“野外灭绝”。至此(20227月),世界上仅剩下26种鲟鱼,且都处在灭绝的边缘,而2009年时,濒危的鲟鱼种类还只有85%22种)3。世界上大部分极度濒危的鲟鱼种类则主要分布在黑海-里海、欧洲和中国。


ChinesePaddlefishZhengZhong.jpg

明代搜山图中的白鲟(郑重)

 

鲟鱼寿命长(可长达170年),性成熟晚(8-30龄不等),过度捕捞、栖息地恶化、水污染和基因退化等都是导致鲟鱼濒危的原因4,5。一些可逆的人为影响(例如:捕捞、水污染)可以通过国际或区域的保护工作加以缓解或改变(例如我国的长江禁渔)6。但是,从19世纪以来人类修建大坝,阻隔了鲟鱼的洄游路线,导致鲟鱼洄游栖息地丧失,繁殖数量急剧下降,已经引发世界各地的鲟鱼野外种群大量减少,基因多样性也极大的退化4,5,7,8

在可预测的未来一段时间内,世界上水电闸坝的数量还会继续增多,我们认为,为了保护鲟鱼,现在是时候考虑在闸坝的周边修建较大型的洄游水道,以保护或恢复鲟鱼的生殖洄游路线。这样的水道需要设计类似于天然水道,足够长(可参考建坝前河段的比降和水文条件),水道的进、出水口要离大坝足够远的距离,水道中的水量和流速足够可以刺激鲟鱼发现并通过这样的人工水道。

 

鲟鱼和大坝

鲟鱼的大体型、生理和洄游习性,限制了它们利用各种各样的鱼道和升鱼机。闸坝给鲟鱼带来的负面影响是多样的,例如,截断鲟鱼的洄游路线,大坝蓄水后导致的河流水温和水文变化。即使有鲟鱼的人工增殖放流,闸坝带来的影响也会极大影响鲟鱼种群的恢复1, 4, 7, 8。在过去的100年中,世界上的水电大坝呈现出指数级的上升趋势,导致了鲟鱼必要栖息地的破碎,而鲟鱼繁殖季节大坝上下适当的水流速度、河流底部基质都是鲟鱼完成洄游的必要条件5-8。一些大坝处在两个或几个国家交界处,设计时考虑了灌溉、航运、防洪等因素,大坝的寿命大都在50-100年甚至更长。因此,大坝的影响往往是几十年,上百年,而这样长时间的生殖阻隔,足够导致鲟鱼的濒危(附图1)。


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附图1 对鲟鱼种群产生负面影响的代表性水坝建成时间表(上图)。左下方的地图显示了鲟鱼在世界范围的分布(1),右下图显示了19962022年期间鲟鱼的IUCN濒危等级的变化

 

为了应对鲟鱼自然种群的下降,很多国家都对鲟鱼实施了异地保护。但是,即使在很好的环境条件下,异地保护也只能维持很小的野生种群规模,且会导致鲟鱼的行为退化、遗传多样性不断衰减(近亲繁殖)等。

 

让鲟鱼通过水坝

早在19世纪中期,研究人员已经认识到大坝给鲟鱼带来的负面影响,但直到20世纪50年代,前苏联才开始采取一些措施去帮助鲟鱼完成繁殖洄游。尽管人类已经修建了一些较大型的鱼道、鱼梯、升鱼机,但是这些都没有成功解决鲟鱼通过大坝的问题,只有极少数的鲟鱼个体可以通过这些设施8,反映了这些过鱼设施(对帮助鲟鱼通过大坝阻隔)的理念和可操作性方面的局限性。这里面主要表现在过鱼通道的大小,通道中的水流,通道的进、出水口的设计都缺乏对鲟鱼洄游的需要8,9。大部分过鱼设施都是为小型鱼类(例如三文鱼等)设计的,而洄游的鲟鱼大都体型较大,在大河中需要充裕的活动空间,这就导致已有过鱼设施中鲟鱼通过的成功率小于2%11,这些过鱼设施极大的偏离了鲟鱼自然洄游通道的状况,且这些过鱼设施中的水流、水温条件与鲟鱼亿万年来洄游过程中的水流条件也偏差极大。

 

寻找新的选择

移除大坝是让鲟鱼回归江河的一个有效措施。在美国俄亥俄州,Kennebec 河上Edwards大坝,Sandusky河上Ballville大坝的移除就是很好的例子,两个大坝移除之后很短时间(2-4周)内,鲟鱼就迅速通过原来建坝的河段12。但是,由于水坝往往还具有其他的社会功能,例如防洪、发电、工农业供水等,政府和动物保护人员需要寻找其他方法使得鲟鱼能完成它们原本的生活史(繁殖洄游路线)。为了恢复鲟鱼的野生种群,我们人类需要恢复(重建)鲟鱼历史上的洄游路线,避开大坝的影响,以确保野生鲟鱼足够的基因多样性。

 

隧道尽头的亮光几个成功案例

鲟鱼在大河或大的支流中产卵需要合适的栖息地与合适的水流和水量1,13。考虑到已有过鱼设施在帮助鲟鱼洄游上不尽人意的表现,我们认为,在大坝不能移除的条件下,类似于自然河流的大坝周边的旁通道是最好的办法。以下几个例子可以支持我们的观点。

早在上世纪80年代,在俄罗斯(前苏联)顿河(Don River)上 Konstantinovskiy大坝旁边,当地政府为鲟鱼洄游修建了防自然的人工水道,该水道长6公里,宽22米,平均深度为2米,水道上下游(进出水口)落差16米,水道中水流平均速为1.1 /秒;在1987年和1994年,研究人员分布监测到大约有250尾和2590尾鲟鱼通过了该防自然人工水道,1999年,研究人员在该水道中发现了闪光鲟(Acipenser stellatus)的鱼卵,证明了该人工水道的有效性10

加拿大哥伦比亚省的Fraser河上,大西洋鲟(A. oxyrinchus)常年通过副河道(side channel)完成生殖洄游13。加拿大安大略省的Namakan河上,因为该河的主河道上有一个瀑布(鲟鱼无法通过),而在副河道上有一段自然水道长约2.0公里,水道上下游(进出水口)落差约7米。分子生物学的证据表明,湖鲟(A. fulvescens) 常年利用这个副河道中的自然水道,到达Namakan河上游完成繁殖洄游,以保持该河中湖鲟的自然种群14

最近的一个有希望的例子在美国的蒙大拿州,在Yellowstone河的下游,政府在Intake Diversion水坝的旁边为鲟鱼修建的一段长约3.4公里的旁通道,于20224月下旬竣工,几周之后,3尾野生的和9尾人工标记的白铲鲟(Scaphirhynchusalbus albus)就自然通过了该人工水道15

 

绕过大坝

人工水道(旁通道)可以为鲟鱼生殖洄游提供补充的栖息地(附图2)。水道的设计应该充分考虑鲟鱼历史上栖息地的需求,例如水量、流速、水道坡度(比降)、水面的宽度和深度,以及水质。考虑到水资源的合理利用,鲟鱼人工通道的运行应该由立法机构或政府部门给予特别许可和执行,在每年鲟鱼繁殖洄游的季节,以及鲟鱼产卵、幼鱼返回下游水域期间,大坝和水库运营单位要拿出20-30%的水量在人工水道中,来满足鲟鱼生殖洄游的需要,以确保大体型的鲟鱼可以找到水道的进出水口,并充分利用这样的人工水道。


Fig 2.jpg

附图2 已有的成功的鲟鱼迁徙通道(自然的和人工的各两个,上图)。在八个鲟鱼栖息河流中设想的水坝周边的旁通道,它们有利于保护鲟鱼种群数量而无需移去水坝(下图),红色文字表示受大坝影响的鲟鱼种类。这仅仅是示意图,而不是详细的建议

物种的保护往往代价很大,特别是物种濒临灭绝之后,需要多种技术手段去恢复一个物种1,4,6,7 我国白鲟的灭绝,以及我国在中华鲟、长江鲟保护上巨大的资金投入,都证明了这一点。 在现有的条件下,修建可以让鲟鱼通过的大型水道,可以在人类利益(发电)与水生态保护(包括鲟鱼)之间找到平衡点。修建鲟鱼的洄游通道可能需要较大的投资,但这些资金本就应该包括在修建大坝的费用里面(而过去的大坝建设都忽视了这一点)。

鲟鱼已经在地球上存活了上亿年,人类没有理由在短短200年内就让这些珍贵物种灭绝或濒危。保持鲟鱼的野生功能种群,不但是生物多样性保护的一部分,也是世界各地大河文明和民族记忆的一部分。为了防止这些珍贵物种的灭绝,政府和动物保护专家应该行动起来,拿出更根本、有效的办法去减缓水坝对鲟鱼的负面影响,在大坝周边为鲟鱼修建繁殖洄游通道,现在,或是我们人类需要补偿鲟鱼的时候了。

参考文献:

1.      W. E. Bemis, B. Kynard. Sturgeon rivers: an introduction to Acipenseriform biogeography and life history. Environ. Biol. Fish 48, 167-183 (1997).

2.      M. A. D. During et al. The Mesozoic terminated in boreal spring. Nature 603, 91-94 (2022).

3.      International Union for Conservation of Nature, IUCN Red List, Global Sturgeon Reassessment (2022).

4.      R. Billard, G. Lecointre, Biology and conservation of sturgeon and paddlefish. Rev. Fish Biol. Fish 10, 355-392. (2001).

5.      J. Gessner, T. Hein, T. Friedrich, Flagship species of the Danube - will there be sturgeons in the future? Danube Watch 1, 10-11 (2019).

6.      World Sturgeon Conservation Society and WWF, Pan-European Action Plan for Sturgeons, Convention on the conservation of European wildlife and natural habitats standing committee, 38th meeting Strasbourg (2018).

7.      T. J. Haxton, T. M. Cano, A global perspective of fragmentation on a declining taxon—the sturgeon (Acipenseriformes). Endang. Species Res. 31, 203-210 (2016).

8.      S. J. Cooke et al., Water resource development and sturgeon (Acipenseridae): state of the science and research gaps related to fish passage, entrainment, impingement and behavioural guidance. Rev. Fish Biol. Fish. 30, 219-244 (2020).

9.      P. Xie, Three-gorges dam: risk to ancient fish. Science 302, 1149 (2003).

10.   D. S. Pavlov, M. A. Skorobogatov, in Fish migrations in regulated rivers. Russian Academy of Sciences, KMK Scientific Peress (Moscow, 2014). pp. 413.

11.   J. D. Thiem, Behavior and energetics of sturgeon fishway passage. PhD thesis, Carleton University. Ottawa, Canada (2013).

12.   Great Lakes Now, Lake Erie’s Sturgeon Revival https://www.greatlakesnow.org (2019).

13.   C. J. Perrin et al., White sturgeon spawning habitat in an unregulated river: Fraser River, Canada. Trans. Am. Fish. Soc. 132, 154-165 (2003).

14.   A. B. Welsh, D. T. McLeod, Detection of natural barriers to movement of lake sturgeon (Acipenser fulvescens) within the Namakan River, Ontario. Can. J. Zool. 88, 390-397 (2010).

15.   The Spokesman-Review (Spokane, Washington), Pallid sturgeon passage: New dam bypass on Yellowstone River luring fish upstream. https://www.spokesman.com/stories/2022/may/23/pallid-sturgeon-passage-new-dam-bypass-on-yellowst (2022).

 

本文来源:Zhang L, Wang H, Gessner J, Congiu L, Haxton T, Jeppesen E, Svenning J, Xie P. 2023. To save sturgeons, we need river channels around hydropower dams. PNAS, 120 (13), e2217386120 (doi: 10.1073/pnas.2217386120)

原文网址: https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2217386120

pdf文件:PNAS.2217386120.pdf



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