物理栖息地模型在中华鲟自然繁殖生态流量决策中的应用

以国家一级保护物种中华鲟（Acipenser sinensis）为研究对象,探讨三峡大坝和葛洲坝水利工程在不同流量调度措施下对中华鲟产卵栖息地的影响。通过考虑中华鲟生境需求特性建立了中华鲟产卵场的物理栖息地模型,根据模型得出的适宜栖息地面积变化来量化不同的流量调度措施对其产卵场质量的影响,然后利用实测的中华鲟产卵量和资源量数据来验证和评价物理栖息地模型的可靠性和实用性,从而进行合理的生态流量决策。结果发现,年平均适宜栖息地面积的变化曲线与中华鲟的产卵量和资源量变化曲线有着相同的变化趋势,从而推断适宜栖息地     

基于栖息地模拟法的中华鲟自然繁殖适合生态流量分析

以长江中华鲟作为目标物种,通过中华鲟自然繁殖期间产卵江段的的栖息地调查,确定了中华鲟的偏好水深、偏好流速及偏好底质。以河道内流量增量法(IFIM)为基础,采用二维水力学模型结合鱼类栖息地模型对中华鲟产卵场的栖息地条件进行了分析,计算了中华鲟自然繁殖期间流量与栖息地加权可利用面积的关系。结果表明,流量在13000～15000m3/s时,栖息地加权可利用面积达到最大,约2.1km2。     

基于栖息地模拟法的中华鲟自然繁殖适合生态流量分析

以长江中华鲟作为目标物种，通过中华鲟自然繁殖期间产卵江段的的栖息地调查，确定了中华鲟的偏好水深、偏好流速及偏好底质。以河道内流量增量法（ＩＦＩＭ）为基础，采用二维水力学模型结合鱼类栖息地模型对中华鲟产卵场的栖息地条件进行了分析，计算了中华鲟自然繁殖期间流量与栖息地加权可利用面积的关系。结果表明，流量在１３０００～１５０００ｍ３／ｓ时，栖息地加权可利用面积达到最大，约２．１ｋｍ２。     

基于四大家鱼产卵需求的汉江中下游生态流量研究

针对汉江中下游梯级电站开发后水文节律变化造成四大家鱼栖息地生境质量降低的问题,分别通过几种常用水文学法和栖息地模型计算了汉江中下游河道最小生态流量和四大家鱼产卵适宜生态流量,并在最小生态流量的基础上,结合四大家鱼产卵适宜生态流量以及生态水文特征在5-8月进行了脉冲设计,综合确定出了满足四大家鱼产卵需求的生态流量过程。结果表明,Lyon法和7Q10法最适宜汉江中下游最小生态流量的计算,流量为294~863 m3/s;通过栖息地模型计算,彭市和仙桃江段四大家鱼产卵适宜生态流量为1233~3950 m3/s;流量日涨幅在139.1~534.8 m3/s,持续5 d的涨水过程可为四大家鱼产卵提供良好的条件。该研究从考虑四大家鱼产卵需求的角度,为汉江中下游梯级电站的生态调度提供科学参考。     

乌东德水电站日调峰对下游裂腹鱼类栖息地的影响研究

日调峰是乌东德水电站日常运行的主要出力约束和调度目标，但调度引起的水库出库流量大幅涨落也可能对下游生态环境产生不利影响。采用河道内流量增量法，通过构建二维水动力模型，研究了乌东德水电站日调峰引起的下游河段水文水动力条件波动对裂腹鱼类繁殖期栖息地适宜性的影响，并分析了2023年电站基荷发电生态调度试验效果。结果表明：当乌东德电站下泄流量低于1160 m3/s时，坝下江段裂腹鱼类潜在产卵场面积相对较大；当流量高于2000 m3/s时，裂腹鱼类潜在产卵场面积显著减少。电站日调峰结束时，出库流量降幅越大，裂腹鱼类潜在产卵场脱水面积及鱼卵脱水风险越大。2023年乌东德电站基荷发电生态调度期间，坝下江段裂腹鱼类潜在产卵场的加权面积有所减少，但潜在产卵场和鱼卵早期的脱水风险有显著降低。为提高繁殖期裂腹鱼类生境适宜性和持续性，电站有必要进一步减少调峰频次、降低出库流量至适宜区间。     

2023年三峡水库生态调度对四大家鱼生境面积影响研究

2023年5月27日至6月3日，三峡水库开展了针对葛洲坝下游四大家鱼自然繁殖的生态调度试验，为量化此次生态调度对四大家鱼生境面积影响，以葛洲坝至枝江江段为研究区域，选择水位变幅、水深、流速、水温4个主要生境因子，建立了耦合平面二维水动力学模型和产卵栖息地适宜度曲线的四大家鱼产卵生境质量评估模型，实现了产卵综合适宜度指数的时空分布的精细化模拟。结果表明：生态调度期间，研究区域四大家鱼产卵综合适宜度指数呈现稳定增加趋势，四大家鱼产卵加权可利用面积占研究区域总面积比例由30.45%增加至约55%；适宜四大家鱼产卵区域（产卵综合适宜度指数在0.6～1.0范围）明显增加，占研究区域总面积比例由4.67%增加至约60%。2023年三峡水库生态调度显著改善了葛洲坝至枝江江段四大家鱼产卵生境质量。     

西北太平洋柔鱼适宜栖息地动态变化研究

柔鱼(Ommastrepes bartramii)是短生命周期种类,具有较高的经济价值和重要的生态地位,研究柔鱼资源对我国的远洋渔业发展有重要作用。本研究根据2005～2016年8～10月西北太平洋柔鱼渔业数据以及海表温度(Sea surface temperature, SST)数据,依据前人建立的柔鱼栖息地适宜性指数模型(Habitat suitability index, HSI)计算适宜柔鱼栖息地面积大小,并与柔鱼单位捕捞努力量渔获量(Catch per unit of fishing effort, CPUE)和渔获量进行相关性分析。研究发现,2015年平均适宜栖息地(HSI0.6)面积范围最大,达到1087369km2;2008年平均适宜栖息地面积范围最小,仅为618407.5 km~2。所选区域内适宜栖息地分布能有效反映柔鱼的资源分布情况,但其适宜栖息地面积大小与渔获量和CPUE之间不存在显著相关性(P0.05)。其原因可能有:鱿钓渔船作业集中,导致单船渔获量不能表征实际CPUE;大尺度的气候变化,特别是厄尔尼诺和拉尼娜现象会影响柔鱼资源量;黑潮与亲潮的变化也会影响柔鱼资源量。     

海州湾及邻近海域短吻红舌鳎产卵场的生境适宜性

根据2014年和2016-2018年5-8月在海州湾及邻近海域（33.3°N~35.6°N，119.0°E~122.0°E）进行的产卵场大面调查数据，结合海洋表层水温、表层盐度、水深及流速等数据开展了海州湾及其邻近海域短吻红舌鳎（Cynoglossus joyneri）产卵场生境适宜性的相关研究。利用提升回归树（boosted regression tree，BRT）模型确定各环境因子的权重，分别采用算数平均法（AMM）和几何平均法（GMM）建立栖息地适宜性指数（habitat suitability index，HSI）模型，并通过交叉验证检验模型的拟合度。结果表明，不同月间海州湾及邻近海域短吻红舌鳎产卵场适宜的环境因子范围相似，但各环境因子所占比重有较大变化。通过交叉验证发现，5月、7月利用几何平均法拟合的栖息地适宜性效果较好，6月、8月算数平均法拟合的效果好。短吻红舌鳎适宜的产卵场分布存在月间变化，5月主要集中在研究海域的南部，6-8月有逐步北移的趋势，且随着产卵群体产卵量的增大，其适宜产卵的生境范围也逐步扩大。本研究表明，栖息地适宜性指数模型能够较好地反映海州湾及其邻近海域短吻红舌鳎的产卵场生境适宜性及其变化情况。     

生境模拟法在黑水河鱼类栖息地保护中的应用

为了解黑水河鱼类栖息地适宜性状况,研究行之有效的栖息地保护方案,采用基于河道内流量增加法(IFIM)原理的栖息地模拟方法,使用RIVER2D二维水动力学及栖息地模拟软件,以黑水河干流苏家湾水电站坝址至公德房水电站坝址河段为例,进行水动力模拟和鱼类栖息地适宜性模拟,通过加权有效栖息地面积(WUA),分析适宜物理栖息地的数量、质量和分布情况,评估研究河段的鱼类栖息地适宜性状况并探究存在的主要问题。结果显示,公德房库区河段水域面积较大,大部分河段适宜性指数较高,有效栖息地面积较大;减水河段河道内流量较小,大部分河段水深较浅,有效栖息地面积小,需要开展河道生境修复;在此基础上,研究了增加生态流量(坝址处多年平均流量的10%、12.5%、15%)条件下的改善效果,以及固定生态流量(坝址处多年平均流量10%)条件下进行河道整理的改善效果。经比较分析,提出了黑水河生境修复可采取河道整理为主,结合优化生态流量的保护方案。     

松花江梧桐河生态修复工程鱼类栖息地模拟及调查

通过对松花江一级支流梧桐河中下游河道栖息地模型模拟和实地鱼类调查,分析了修复工程丁坝的水动力变化对鱼类栖息地的改善作用。基于流量内增加法(IFIM),应用水生生物栖息地模型(River 2D),考虑鱼类栖息地的流速、水深、遮蔽回水面积比3项指标,定义栖息地为差、中、良3个等级,模拟从小到大4个不同流量条件下顺直河道和丁坝河道鱼类栖息地等级的分布及变化,并通过实地鱼类调查数据验证修复工程丁坝对鱼类栖息地质量的改善情况。结果表明,在不同流量条件下,顺直河道和丁坝河道鱼中等级栖息地占84%以上;从生态流量到多年平均流量的过程中,顺直河道和丁坝河道不同综合适宜性指数(Combined Suitable Indexes,CSI)等级的栖息地面积变化较大,其中两者CSI差等级的栖息地面积占比分别减少4.9%和4.8%,顺直河道CSI中等级的栖息地面积占比升高4.9%,丁坝河道CSI中等级的栖息地面积占比下降6.0%,丁坝河道CSI良等级的栖息地面积占比从0%升高到10.8%;当流量大于多年平均流量26.42 m~3/s时,各种等级的栖息地比例变化不大,多年平均流量对鱼类生长而言是最佳下限流量。从2016年和2017年9月两河段的鱼类调查情况来看,丁坝河段鲫(Carassius auratus)和蛇鮈(Saurogobio dabryi)的平均体重和平均体长更大,模拟和实测数据一致,说明丁坝在一定程度上改善了鱼类栖息地的质量。     

Modelling riverine habitat for robust redhorse: assessment for reintroduction of an imperilled species

A critical component of a species reintroduction is assessment of contemporary habitat suitability. The robust redhorse, Moxostoma robustum (Cope), is an imperilled catostomid that occupies a restricted range in the south‐eastern USA. A remnant population persists downstream of Blewett Falls Dam, the terminal dam in the Pee Dee River, North Carolina. Reintroduction upstream of Blewett Falls Dam may promote long‐term survival of this population. Tillery Dam is the next hydroelectric facility upstream, which includes a 30 rkm lotic reach. Habitat suitability indices developed in the Pee Dee River were applied to model suitable habitat for proposed minimum flows downstream of Tillery Dam. Modelling results indicate that the Tillery reach provides suitable robust redhorse habitat, with spawning habitat more abundant than non‐spawning habitat. Sensitivity analyses suggested that suitable water depth and substrate were limiting physical habitat variables. These results can inform decisions on flow regulation and guide planning for reintroduction of the robust redhorse and other species.     

从连续到偶发：中华鲟在葛洲坝下发生小规模自然繁殖

中华鲟(Acipenser sinensis Gray)为国家一级重点保护野生动物,典型的溯河洄游产卵鱼类。历史上,中华鲟在长江上游及金沙江下游产卵,由于葛洲坝修建阻隔了其洄游通道,1981年以后在葛洲坝下形成了比较稳定的产卵场,1982―2013年,每年均有自然繁殖发生。由于其栖息生境退化,每年洄游进入长江的中华鲟繁殖亲本逐年减少,2013―2015年连续3年在已知葛洲坝下中华鲟产卵场未监测到中华鲟自然繁殖活动。2016年11―12月的野外监测发现,中华鲟在宜昌葛洲坝下已知产卵场发生了自然繁殖。其中底层网具采集到中华鲟鱼卵(卵膜)67粒、仔鱼22尾;解剖食卵鱼发现,10尾食卵鱼类共摄食中华鲟卵454粒;水下视频观测到5处中华鲟卵黏附底质位点。根据采集到的鱼卵发育期及采集位点推算,产卵时间为2016年11月24日凌晨,产卵场位于葛洲坝大江电厂以下约300 m的江段内,产卵日水温为19.7℃,流量为6610 m3/s,水位为39.7 m。     

长江江苏溆浦段2015 年发现中华鲟野生幼鱼的形态和分子鉴定

在葛洲坝下中华鲟(Acipenser sinensis)产卵场连续两年未监测到自然繁殖的情况下,2015年6月在江苏溆浦段发现15尾疑似中华鲟幼鱼。本研究通过形态学和分子生物学方法对该15尾幼鲟进行鉴定。形态学度量结果显示,除1尾个体外,新发现的14尾幼鲟与历史记载的中华鲟野生幼鱼生物学性状完全一致,但其体长和体重低于历史同期出现在该区域的中华鲟。同时采用11个多态微卫星位点,对15尾幼鲟样本和分布于我国的3种鲟鱼,包括30尾中华鲟(A.sinensis)、39尾达氏鲟(A.dabryanus)和33尾施氏鲟(A.dabryanus)进行遗传分析,发现这15尾幼鲟与中华鲟的遗传距离最近(F_(st)=0.039,P0.05),其次为达氏鲟(F_(st)=0.108,P0.05),最远为施氏鲟(F_(st)=0.209,P0.05),从遗传和进化的角度判定该批幼鱼为中华鲟,该结果暗示中华鲟在葛洲坝下游极有可能找到了新的产卵场,为中华鲟的繁殖群体和幼鱼的种群监测提供了依据。遗传多样性分析显示,该批鱼的遗传多样性(SW=1.998)略低于野生中华鲟(SW=1.886),暗示中华鲟幼鱼遗传多样性水平降低,野生亲本的数量仍不容乐观。     

Potential for reintroduction of lake sturgeon in five northern Lake Michigan tributaries: a habitat suitability perspective

• 1. Conservation and rehabilitation efforts for lake sturgeon Acipenser fulvescens throughout the Great Lakes include the re‐establishment of self‐sustaining stocks in systems where they have been extirpated.
• 2. Information on the suitability of potential lake sturgeon habitat in tributaries is important for determining their capacity to support lake sturgeon stocking and to develop system‐specific rehabilitation strategies.
• 3. Geo‐referenced habitat information characterizing substrate composition, water depth, and stream gradient were applied to a life‐stage specific lake sturgeon habitat suitability index in a geographic information system to produce spatially explicit models of life‐stage specific habitat characteristics in five northern Lake Michigan tributaries from which lake sturgeon have been extirpated.
• 4. Habitat models indicated that high quality lake sturgeon spawning and staging habitat comprised 0 to 23% and 0 to 9% of the available habitat, respectively, whereas high quality juvenile lake sturgeon habitat was relatively ubiquitous throughout each river and comprised 39 to 99%.
• 5. Comparison of these data to lake sturgeon habitat availability in Lake Michigan tributaries currently supporting populations indicated that spawning and staging habitats may limit the ability of these systems to support spawning. Efforts to re‐establish lake sturgeon populations in these systems should consider the creation of spawning and staging habitat to increase reproductive and recruitment potential prior to the initiation of stocking efforts.

Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.     

Restoration of sturgeons: lessons from the Caspian Sea Sturgeon Ranching Programme

Depletion of sturgeon stocks world-wide has increased interest in aquaculture-based restoration programmes. The Caspian Sea Sturgeon Ranching Programme (SRP) of the former Soviet Union represents a unique opportunity to evaluate expense, benefits and potential ecological and genetic effects of such restoration programmes. The SRP was initiated in the 1950s to compensate for lost spawning habitat in the Volga River and elsewhere. After its completion in 1962, the Volgograd Dam reduced spawning grounds in the Volga River system, the principal spawning tributary of the Caspian Sea, by ∼80%. For two of the three commercial sturgeon species (Russian sturgeon, Acipenser güldenstädti , and stellate sturgeon, A. stellatus ), yields improved after the imposition of the 1962 moratorium on sturgeon harvests in the Caspian Sea. Volga River fisheries were managed for spawning escapement. Although imprecisely known, the contribution of the millions of stocked Russian and stellate juveniles during 1962–91 was most likely important to sustaining fisheries, although less so (contributing to <30% of the adult stock) than natural recruitment. Apparently, reduced spawning grounds, supplemented with artificial spawning reefs were sufficient to support reproduction and large fishery yields of Russian and stellate sturgeons. For beluga sturgeon, Huso huso , harvests in the Volga River were nearly all dependent upon hatchery stocking. Beluga sturgeon spawning grounds were mostly eliminated with the construction of the Volgograd Dam. Without the hatchery programme, beluga sturgeon in the Volga River and Caspian Sea would in all likelihood have been extirpated. Currently, sturgeons are severely depleted in the Volga River and Caspian Sea due to poaching and lack of co-operation between countries exploiting the species. Aquaculture-based restoration in Russia is now viewed a chief means of rebuilding stocks of Caspian Sea sturgeons.