鄱阳湖极端气候与正常时期刀鲚（*Coilia nasus*）耳石微化学特征比较研究

《Animals》：A Comparative Study of Otolith Microchemical Characteristics of Coilia nasus in Poyang Lake Under Extreme Climate and Normal Periods

　　

简明摘要
鄱阳湖是中国最大的淡水湖，也是溯河洄游鱼类刀鲚（*Coilia nasus*）的关键产卵场。2022年，极端干旱与上游调控导致湖水水位创历史新低，湖床裸露，产卵场干涸，并发现大量繁殖亲鱼死亡。为评估其对洄游的影响，研究人员从2022年裸露湖床上采集了11尾干枯甚至腐败的标本，并于2024年（正常年份）在同一区域采集了18尾新鲜标本。耳石Sr/Ca比值可靠记录了鱼类一生的盐度经历。尽管标本已降解，2022年耳石仍保存了完整的栖息地记录，证实了该方法的可靠性。大多数标本为该物种的洄游型长颌类型；另有2尾为定居型短颌个体，其Sr/Ca比值始终较低。所有洄游个体均呈现典型的三阶段溯河洄游模式：淡水孵化（Sr/Ca < 3）、海水索饵（>3）及产卵洄游进入淡水（<3）。2022年洄游个体的最外层淡水带（SIII）显著宽于2024年个体（144 ± 30 μm对33 ± 24 μm，p < 0.01），表明极低水位严重减缓了溯河洄游速度。至关重要的是，受出生地回归本能驱动，鱼类抵达干涸位点后并未寻求替代栖息地，导致大量死亡——这揭示了其高度的产卵位点忠诚度和低适应性。针对规划中的鄱阳湖水利枢纽工程，研究人员建议维持最低生态水位以防止产卵场干涸，并在洄游窗口期确保江湖连通性，以在气候变暖和工程压力下维系刀鲚及其他水生动物的种群存续。

**论文解读：极端干旱背景下鄱阳湖刀鲚耳石微化学记录的洄游生态响应**

**1. 研究背景与科学问题**

刀鲚（*Coilia nasus*）是我国重要的经济鱼类和典型溯河洄游鱼类，其生活史跨越湖泊（产卵场）、河流（洄游通道）和海洋（索饵场）等多种水域类型，对栖息地环境质量和生境连通性高度依赖。鄱阳湖作为中国最大的淡水湖，是长江刀鲚洄游种群的核心产卵场。历史上面临过度捕捞、栖息地萎缩和连通性受阻等多重压力，刀鲚资源一度严重衰退。自2021年长江十年禁渔实施以来，刀鲚资源呈现明显恢复态势，在鄱阳湖监测到的洄游个体比例显著上升。然而，2022年长江流域遭遇了自1956年有系统观测以来最严重、持续时间最长、影响范围最广的干旱事件。鄱阳湖水位急剧下降，大面积湖床裸露，部分刀鲚产卵场完全干涸，调查中发现多尾干枯死亡的繁殖个体。这一极端事件为研究气候变化对洄游鱼类的影响提供了难得的自然实验窗口。耳石因其高度的矿物学稳定性和对鱼类洄游历史的客观记录能力，成为研究刀鲚洄游生态学最有效的工具之一。本研究旨在利用耳石微化学技术，揭示极端气候对鄱阳湖刀鲚洄游行为的影响，并评估其栖息地依赖性与适应性，为规划中的鄱阳湖水利枢纽工程提供生态保护依据。

**2. 研究方法概述**

研究人员于2022年极端干旱年份在鄱阳湖庐山附近水域（2尾）和都昌县南部湖床（9尾）采集了干枯甚至腐败的刀鲚标本，并于2024年正常水文年份在都昌县南部水域采集了18尾新鲜标本（经当地农业农村部门许可）。所有标本提取矢状耳石后进行微化学分析。采用电子探针显微分析仪（EPMA, JXA-8100）沿耳石核心至边缘的最长半径进行Sr和Ca元素定量线分析及Sr元素面分布分析，并计算Sr/Ca比值（×1000）。依据先前研究标准，Sr/Ca < 3、3–7和>7分别对应淡水、河口半咸水和海水栖息地。使用扫描电子显微镜（SEM）检查2022与2024年标本耳石的成岩蚀变迹象。计算淡水系数Fc = L_f/L_T用以量化早期淡水依赖程度，采用Mann–Whitney U检验进行组间差异比较。研究基于2022年极端低水位事件中获取的干枯标本——耳石微化学构成永久的元素指纹记录，干燥保存和时间流逝不会改变其信息——这些不可复现的自然档案为理解刀鲚对关键栖息地功能丧失的行为响应提供了极其稀缺的实证数据。

**3. 研究结果**

**3.1 干枯标本对耳石Sr/Ca比值的影响**

2022年干枯标本的耳石微化学特征清晰区分了两种生态型：两尾短颌刀鲚（22DCGCB01和22LSGCB01）的Sr/Ca比值始终低于3，符合淡水定居生活史；洄游型长颌刀鲚则呈现典型的三阶段模式（SI < 3，SII > 3，SIII < 3），对应“淡水孵化–海水索饵–产卵洄游入淡水”的生活史。这一特征与2024年新鲜标本的Sr/Ca比值及面分布结果高度一致。SEM检查显示，2022年干枯标本的耳石生长轮纹完整，未发现明显的溶解或重结晶现象。上述结果表明，耳石Sr/Ca比值记录在干枯和腐败标本中仍能较准确地保存，该微化学方法可可靠应用于特殊类型的样本。

**3.2 极端与正常气候条件下刀鲚洄游特征的差异**

除两尾短颌个体外，所有长颌刀鲚均呈现典型的溯河洄游模式（淡水SI–半咸水/海水SII–淡水SIII）。两年份间SI和SIII阶段比值存在极显著差异（p < 0.01），而SII阶段无显著差异（p = 0.596），这与海水元素组成相对恒定一致，也间接表明干枯腐败对Sr/Ca比值影响极小。淡水系数Fc在两年份间无显著差异（p = 0.106），结合刀鲚极强的出生地回归行为，表明两年份个体可能均孵化自鄱阳湖种群。2024年正常年份个体的SIII阶段较短（33 ± 24 μm），部分个体甚至缺乏边缘低值带，说明其在进入淡水后迅速上溯至鄱阳湖水域。相比之下，2022年个体的SIII阶段显著更长（144 ± 30 μm，p < 0.01），表明极端低水位严重减缓了繁殖亲鱼的上溯速度，迫使其在半咸水过渡区滞留更长时间。关键的是，尽管下游存在水位适宜的其他水域，但受出生地回归本能驱动，个体仍抵达干涸的产卵场并大量死亡，未转向替代繁殖位点。

**4. 讨论与结论**

本研究证实耳石微化学不仅适用于新鲜样本，还能从干枯腐败个体中清晰重建栖息地历史，为利用历史标本和考古材料开展洄游生态学研究提供了可靠工具。极端气候对刀鲚不同生活史阶段的影响具有双重性：对幼鱼而言，可能促使其更早离开鄱阳湖进入长江干流，而并未显著改变整体淡水依赖程度；对成鱼而言，强烈的出生地回归行为导致上溯受阻并引发大规模死亡，暴露了这一行为在极端气候事件下的脆弱性。针对规划中的鄱阳湖水利枢纽工程，研究人员建议在蓄水期维持历史产卵场的最低生态水位以严防干涸，在亲鱼上溯产卵和幼鱼下行洄游的窗口期保障江湖连通性，避免闸坝阻隔。在全球变暖–干旱化与工程调控的双重压力下，将产卵场保护和洄游通道连通性纳入枢纽的适应性运行管理，是维持刀鲚种群可持续性的关键举措，也为湖区其他水生生物的保护提供了重要参考。