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为评估城市河流栖息地特征对鱼类群落的影响，研究人员对 uMsunduze 流域采样分析，发现诸多问题并提出保护建议。
城市河流鱼类的 “危机四伏” 与探索之旅
在地球的生态画卷中，淡水生态系统宛如璀璨明珠，滋养着无数生命。然而，近年来，淡水生态系统却遭遇了前所未有的危机。淡水脊椎动物的生物多样性正以惊人的速度下降，这背后的 “罪魁祸首” 众多，城市化进程的加速、入侵物种的肆虐、栖息地的破坏、水质的恶化、水流屏障的设置以及气候变化等因素交织在一起，共同奏响了一曲生物多样性的 “悲歌”。
鱼类作为淡水生态系统的重要成员，它们的生存状况直接反映着整个生态系统的健康程度。城市河流，作为城市生态的重要组成部分，本应是鱼类栖息的乐园，如今却成为了它们的 “生死考验场”。在这样的背景下，来自南非夸祖鲁 - 纳塔尔大学（University of KwaZulu-Natal）等机构的研究人员开启了一项意义重大的研究，旨在揭开城市河流中鱼类群落的神秘面纱，探寻它们与栖息地之间的微妙关系，为保护淡水生态系统提供关键线索。这项研究成果发表在《Urban Ecosystems》杂志上，为我们呈现了一幅关于城市河流鱼类生态的详细图景。
研究方法：多管齐下，揭开鱼类生态奥秘
研究人员选择了南非夸祖鲁 - 纳塔尔省（KwaZulu-Natal）姆普马兰加区（uMgungundlovu District）彼得马里茨堡市（Pietermaritzburg）的 uMsunduze 流域作为研究对象。该流域内的河流犹如城市的脉络，贯穿于城市的各个区域，包括城市中心、郊区以及农业用地等。在 2022 - 2023 年期间，研究人员对 17 个主要站点和 21 个临时站点进行了全面调查。
为了捕获鱼类，研究人员采用了多种先进技术。电休克法（electro - shocking）利用特制的便携式设备，通过调整频率和脉冲宽度，根据水体的电导率来标准化采样效率，确保能精准地 “探测” 到鱼类的踪迹。刺网（fyke nets）和鳃网（gill nets）则被用于在主流的深水池区域进行捕捞，这些网具的尺寸和网眼大小都经过精心挑选，以适应不同鱼类的特性。此外，研究人员还在小河流中设置了临时屏障，并使用围网（seine nets）辅助采样，确保不会遗漏任何 “小居民”。
在记录鱼类信息的同时，研究人员还对栖息地的各种特征进行了详细记录和分析。这包括测量河流的深度、流速，确定底质类型（如基岩、巨石、鹅卵石、砾石、沙子和泥土），记录水力生物栖息地（如池塘、静水区、浅滩、水流和急流），并将这些数据转换为生态水力类别（如快速极浅（FVS）、快速浅（FS）、快速中间（FI）、快速深（FD）、慢速极浅（SVS）、慢速浅（SS）和慢速深（SD））。同时，研究人员还对现场水质参数（如水温、pH 值、电导率、盐度和总溶解溶剂）进行了监测。
为了深入分析这些数据，研究人员运用了多种统计学方法。通过计算单位努力捕获量（CPUE）来评估鱼类的密度，利用方差分析（ANOVA）和广义线性模型（GLMs）来确定哪些栖息地特征对鱼类群落结构有显著影响。此外，研究人员还计算了香农 - 威纳多样性指数（Shannon - Weiner diversity index，H’）和皮洛均匀度指数（Pielou’s evenness index，J’）来衡量鱼类物种的多样性和均匀度，并使用鱼类响应评估指数（Fish Response Assessment Index，FRAI）来评估每个站点的生态完整性。
研究结果：危机重重，鱼类群落面临挑战
在这场为期两年的 “生态大探索” 中，研究人员收获了丰富的数据，也发现了诸多令人担忧的问题。
- 鱼类群落组成与分布：研究期间，研究人员共捕获了 1798 条鱼，它们来自 9 个物种和 7 个科。其中，常见的物种有纳塔尔唇鲃（Labeobarbus natalensis）、施氏罗非鱼（Tilapia sparmani）、费氏假鳃鳉（Pseudocrenilabrus philander）、莫桑比克罗非鱼（Oreochromis mossambicus）和尖齿胡鲶（Clarius gariepinus），这些物种在某些站点的数量较多。然而，令人揪心的是，一些珍稀物种的身影却极为罕见。如纳塔尔歧须鮠（Amphilius natalensis）仅在一次临时调查中被捕获，而格氏魮（Enteromius gurneyi）则完全未被发现。根据淡水生物多样性信息系统（Freshwater Biodiversity Information System）的记录，该流域原本预计有 18 种鱼类，但研究人员只捕获到了其中的 50%，这表明该流域的鱼类多样性受到了严重威胁。
- 栖息地特征对 CPUE 的影响：通过深入分析，研究人员发现多种栖息地特征对 CPUE 有着显著影响。底质方面，泥（P = 0.003）、沙（P = 0.001）和砾石（P = 0.017）与 CPUE 密切相关。例如，尖齿胡鲶和莫桑比克罗非鱼等常见物种偏好泥质底质，而雌性纳塔尔唇鲃则喜欢在砾石床上产卵，这使得砾石底质对其繁殖和生存至关重要。生物栖息地方面，浅滩（P = 0.001）和池塘（P = 0.027）对 CPUE 的影响显著。在繁殖季节，纳塔尔唇鲃会迁移到浅滩在砾石上产卵，因此浅滩的存在增加了捕获量；而池塘过多则可能导致某些物种的捕获量下降。生态水力方面，快速深（P = 0.003）和快速中间（P = 0.035）的水流类型对 CPUE 有显著影响。一些半喜流性物种，如纳塔尔唇鲃、纳塔尔歧须鮠以及莫桑比克鳗鲡和尖齿胡鲶的幼鱼，需要快速流动的水和缓慢流动的水或浅滩来满足不同的生物需求。此外，电导率（P = 0.045）和平均流速（P = 0.033）也对 CPUE 有显著影响。电导率的增加会使 CPUE 略有增加，而平均流速的增加则会导致 CPUE 下降。同时，每公里的屏障密度也与 CPUE 呈正相关，这可能是因为鱼类在无法迁移的情况下，改变了生活史策略，增加了在局部区域的栖息密度。
- 鱼类多样性指数：香农 - 威纳多样性指数（H’）和皮洛均匀度指数（J’）的分析结果显示，不同河流之间的鱼类多样性指数存在差异。uMsunduze 主流的多样性指数较低，而支流的多样性指数相对较高，其中 Dorpspruit 溪流的物种多样性最高。这表明支流在维持鱼类多样性方面可能发挥着更为重要的作用，它们或许是鱼类的 “避风港”，为那些对污染较为敏感的物种提供了生存空间。
- 生态完整性评估：通过 FRAI 评分，研究人员对每个站点的生态完整性进行了评估。结果令人担忧，大多数站点的 FRAI 评分呈现下降趋势，这表明季节性变化对鱼类群落产生了负面影响。在低流量条件下，评分下降更为明显。主流的大多数站点在整个研究期间都处于 “严重修改”（“Largely Modified”）、“严重修改”（“Seriously Modified”）或 “极度修改”（“Extremely modified”）的状态，这意味着这些区域的生态系统受到了极大的干扰，几乎失去了自然的生态功能。而支流的情况相对较好，但也不容乐观，只有少数站点在某些季节达到了 “良好”（“Good”）状态，如上游的 Dorpspruit（3）站点在一个季节中曾达到该状态，但随后又恢复到 “中度修改”（“moderately modified”）状态。
研究结论与讨论：敲响生态警钟，探寻保护之路
综合研究结果，uMsunduze 流域的鱼类群落状况不容乐观，需要采取紧急措施加以保护。该流域的鱼类多样性较低，许多物种的数量稀少，面临着灭绝的风险。一些 “近危” 物种，如纳塔尔歧须鮠和格氏魮，在研究区域内极为罕见或已消失，这进一步凸显了保护工作的紧迫性。
研究还发现，uMsunduze 主流的生态状态较差，这对濒危物种的恢复构成了巨大威胁。相比之下，支流的生态状态相对较好，有可能成为对污染物耐受性较低的物种的避难所。然而，并非所有支流都能发挥这一作用，如 Mvubukazi 溪流是唯一发现纳塔尔歧须鮠的站点，因此保护这些关键支流至关重要。
为了改善 uMsunduze 流域的生态状况，保护淡水脊椎动物物种，研究人员建议采取一系列措施。首先，应减少工业和生活污染，加强对废水处理和排放的监管，确保河流免受污染物的侵害。其次，应优化城市规划，减少对河流生态系统的破坏，恢复河流的自然连通性，让鱼类能够自由迁徙，寻找适宜的生存和繁殖环境。此外，还需要加强对河流生态系统的监测和研究，及时掌握生态变化情况，为保护决策提供科学依据。
这项研究为我们敲响了城市河流生态保护的警钟，让我们深刻认识到保护淡水生态系统的紧迫性和重要性。它不仅为 uMsunduze 流域的生态修复提供了重要的理论依据，也为全球范围内的城市河流生态保护提供了宝贵的经验借鉴。希望在未来，我们能够共同努力，让城市河流重新焕发生机，成为鱼类和其他生物的美好家园。
