一种青藏高原连底冻河流内裂腹鱼类越冬场精准定位方法

技术领域

本发明涉及鱼类栖息地定位领域，具体是一种青藏高原连底冻河流内鱼类越冬场精准定位方法。

背景技术

鱼类越冬场是指鱼类冬季集群栖息的水域。在冬季，鱼类面临低水温、低溶氧等不利于生存的因素，鱼类需要进入越冬场维持生存。越冬场能够提供较好的遮蔽或庇护条件，并提供充足的食物资源。在高海拔和高纬度地区河流和溪流中，越冬场是鱼类种群大小的限制因子，越冬期鱼类的致死率是鱼产力的决定因子。青藏高原拥有仅次于北极和南极的冰雪含量，是世界上第三冷的地方，被称为第三极，青藏高原腹地分布着诸多亚洲大河的源头部分，称为源头河流。在高寒的青藏高原地区，源头河流由于自身流量小、河道比降缓，冬季来水少等特点，在冬季的极端低温作用下，源头河流普遍发生连底冻，河面至河底的河水全部发生冰冻，如图1所示，连底冻河段无水，鱼类无法生存。

在前人的研究中，裂腹鱼的越冬方式有如下两种：(1)在有通江湖泊连接的青藏高原连底冻河流中，鱼类往往降河洄游至河流汇入的深水湖泊中越冬。比如，青海湖是青海湖裸鲤的越冬场；(2)裂腹鱼前往下游不发生连底冻的深水河流中越冬。比如，裂腹鱼类在石穴中越冬，该现象发生在未发生连底冻的深水河流。由于长江南源当曲河段在冬季均发生连底冻且无通江湖泊，致使裂腹鱼的越冬方式与前人所研究的两种越冬方式均有所不同。当曲处于青藏高原腹地高海拔地区，位于青海省玉树州杂多县境内，总长352km。河流平均海拔超过4600m，冬季发生连底冻。鱼类组成方面，长江南源共计发现5种鱼类，两种裂腹鱼类，四种高原鳅鱼类。其中，小头裸裂尻鱼是海拔分布最高的鲤科鱼类，也是随青藏高原隆起进化程度最高的裂腹鱼类，是我国的特有鱼类，具有极高的科研价值、生态价值和潜在经济价值，是长江源中的关键鱼类。长江南源冬季发生连底冻，鱼类如何越冬，越冬场在何处？这是鱼类栖息地研究首先要回答的问题。鱼类是洄游到下游通天河等不发生连底冻的深水河段越冬还是另有越冬机制需要揭示。小头裸裂尻鱼适应了青藏高原长江源的生态环境，有着强烈的地理分布隔离特征，在下游金沙江段很难发现该种鱼类，在低海拔的通天河曲麻莱县断面及以下金沙江未见该鱼的分布。根据地理分布判定该鱼不会长距离降河洄游(洄游距离超过600km)至金沙江等下游不发生连底冻的河段越冬，只剩一种可能性假设：在冬季发生连底冻的长江南源可能存在越冬场。

当前，鱼类越冬场的定位研究往往在不发生的连底冻的河流和湖泊中开展，采用冬季定点网捕的方法，其形成原理多为深水区越冬。比如2014年-2015年开展了黄河陕西段鱼类越冬场研究，2017年开展了对松花江鱼类越冬场的定位以及越冬场的生态需水研究，2018年评估了黄河上游羊曲电站对鱼类越冬场的影响。这些研究均在活水河段内开展，不涉及连底冻河段，其形成机制也不涉及是否存在活水体的问题。其它研究则集中在越冬场的水温等其他环境因素对鱼类存活或者生长的影响，也不涉及越冬场定位。在国外的加拿大寒冷地区，条带鲈鱼也面临冬季极寒的天气，越冬场的存在对该鱼类完成生活史十分重要。加拿大学者在2018年仍然迫切想定位条带鲈鱼的越冬场并解译其特征，以此来开展针对条带鲈鱼的保护工作。由其冬季鱼群锐减，开展相关的越冬场定位研究以及越冬场形成机制研究变得十分困难。

关于鱼类越冬场定位和形成机制的专利较少，原因在于在不发生连底冻的河流内，深水区往往成为越冬场，一定的水深为鱼类提供越冬空间和庇护是越冬场形成的根本原因，机理相对简单，其他专利偏重于生态流量研究方法。比如“一种冰封期河流生态基流计算方法(CN107292118B)”强调了流量的大小，该方法适用于不发生连底冻的冰封河流。对于连底冻河流，生态流量相关的流速、流量等不是决定性因素，该方法不适用于连底冻河流形成机制研究。

青藏高原鱼类越冬场精准定位的意义有以下两点：(1)可以更好地了解鱼类的迁徙和越冬行为，了解鱼类越冬场的位置和特征，有助于制定相应的保护措施，保护鱼类的栖息环境和繁殖群体，为鱼类保护提供科学依据。(2)精准定位并保护青藏高原鱼类越冬场的同时，保护了越冬场内其他水生生物以及以鱼类为食物的越冬候鸟等，维护了生物多样性，维持了该地区的生态平衡，是长江大保护的根本响应。前人所揭示的两种越冬方法不适用于发生连底冻的长江南源，亟需发明新的长江南源连底冻河流内鱼类越冬场定位方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种青藏高原连底冻河流内鱼类越冬场精准定位方法，精准定位连底冻河流内越冬场，有利于更好地了解鱼类的栖息地和迁徙规律，保护青藏高原鱼类越冬场及其所属鱼类，为青藏高原保护提供科学支撑。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种青藏高原连底冻河流内鱼类越冬场精准定位方法，包括以下步骤：

步骤一、确定研究区域为连底冻河段，附图在连底冻河段布设监测断面；

步骤二、确定连底冻期：运用全自动水温水位记录仪监测水温出现0℃并开始持续降低为连底冻起始时间，以及次年温度逐步回升到零度且水温持续上升至不再低于0度为连底冻结束时间，由此确定研究河段的连底冻期；

步骤三、定位水体位置：确定连底冻期后，于连底冻河段内寻找活水体位置，将寻找所得水体位置确定为潜在越冬场；

步骤四、若在潜在越冬场判定满足如下条件，则确定潜在越冬场为最终定位的越冬场：

(1)确定潜在越冬场有典型鱼类出现；

(2)确定潜在越冬场具有越冬期和越冬场忠诚度；

(3)确定沿潜融水段逆流向上游1-2km寻找到热源温泉，且热源温泉对潜在越冬场具有加热作用；

(4)确定潜在越冬场具有凹岸侵蚀形成的深水区；

(5)确定潜在越冬场具有满足鱼类越冬的食物。

进一步的，步骤三中，于连底冻河段内寻找活水体位置是根据冰面颜色区分冰下是否有水体，连底冻的河段视觉上为同体的白色，冰雪下有水的河段颜色呈现青色。

进一步的，步骤四中确定潜在越冬场具有越冬期和越冬场忠诚度，具体包括：

采用生物胶黏合-超声波遥测技术研究典型鱼类成鱼离开越冬场的时间和回归越冬场的时间，根据鱼类秋季返回越冬场至翌年离开越冬场的时间段来确定典型鱼类越冬期，鱼类连续2年在同一越冬场越冬表明鱼类对该越冬场有具有忠诚度。

进一步的，所述生物胶黏合-超声波遥测技术，具体为：采用V9系列超声波标记对所捕捞的成鱼进行腹腔植入标记，标记时水温1.0-3.5℃，采用生物胶黏合法替代手术线缝合将标记植入腹腔，等待生物胶风干后，标记鱼放回另一鱼池中，使其逐渐恢复体力至正常游泳，而后放归越冬场。

进一步的，步骤四中沿潜融水段逆流向上游1-2km寻找到热源的寻找依据为：越冬场为融水段，其他河段为连底冻状态，通过沿程实时水温过程变化确定热源；确定热源对潜在越冬场具有加热作用，具体为：在热源、热源汇口以及越冬场设置三个关键位点，采用全自动水温记录仪监测周年小时水温过程，热源所用温度计测量范围为0-125℃，热源汇口以及越冬场所用温度计测量范围-20-40℃，测量精度为0.1℃；对越冬期内汇口水温和越冬场水温开展线性拟合，确定热源对越冬场的加热作用。

进一步的，步骤四中确定潜在越冬场具有凹岸侵蚀形成的深水区，具体为：浅水区水深采用涉河并用标尺测量，深水区采用微型走航式声学多普勒流速剖面仪测量，河道形态特征采用遥感图或者无人机航拍的方式进行探测，结合水深特征和河道形态特征开展分析确定是否有凹岸侵蚀形成的深水区。

进一步的，步骤四中确定潜在越冬场具有满足鱼类越冬的食物，具体包括：采集越冬期典型鱼类，分析鱼类肠道充塞度、摄食率和食性组成，从而确定潜在越冬场具有满足鱼类越冬的食物。

进一步的，还包括步骤五、通过整个越冬期鱼类生存状况判断鱼类能否安全度过越冬期，以此判断越冬场的质量。

本发明的有益效果为：

(1)在青藏高原河流内精准定位了鱼类越冬场，实现了该类越冬场从0到1的突破；

(2)监测越冬场的时期为河段连底冻期而非越冬早期或越冬末期冰层融化的时刻，在时间上为定位越冬场实现了最大的可能；

(3)该发明采用生物胶黏合对成鱼腹部标记开口进行粘合，避免了手术线缝合对鱼类造成的二次伤害，使得被标记成鱼存活率大于98％，适用于鱼类栖息地忠诚度研究方法。

附图说明

图1是青藏高原连底冻河段示意图；

图2是青藏高原连底冻河流内鱼类越冬场示意图；

图3是青藏高原鱼类越冬场凹岸侵蚀形成深水区示意图。

图中附图标记分述如下：1—弯曲河道，2—水流，3—河流弯曲角度，4—水流方向，5—凹岸侵蚀形成的深水区。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

长江源沱沱河、当曲和楚玛尔河均位于青藏高原腹地，冬季极寒，适宜的越冬场是鱼类度过极寒冬季，存活下来的必要条件。长江源河流一大特点是到冬季时，由于流量小、河水浅，在零下30至40的低温天气中，长江源往往发生连底冻。同时，长江源分布有6种鱼类。在冬季，鱼类面临低水温、低溶氧等不利于生存的因素，鱼类需要进入越冬场维持生存。河溪中鱼类适宜的越冬场需要保证鱼类最小的能量消耗，并为鱼类提供最大的保护。在溪流中大个体的成鱼由于缺乏足够大的石块保护，往往在溪流深潭中越冬，鱼类将深水区作为保护场所。避开冬季栖息地低水温、低溶氧等不利条件以及利用水深或者表层冰作为保护以此躲避捕食者是河流鱼类冬季越冬的两个重要条件。诸多鱼类在冬季并未完全停止活动，在整个越冬期仍然摄食，即使在温度低于5℃时仍然摄食。因此，食物是鱼类越冬场形成的第三个重要条件。

基于以上长江源冬季水文情势以及鱼类组成状况，本发明的目标为：确定连底冻河段，探清连底冻河段的连底冻时间，于连底冻期在连底冻河段定位有活水体存在的位置。在活水体内，观察是否有鱼类越冬，并揭示鱼类组成和关键鱼类。探清鱼类组成后，即确定此水体为越冬场。通过生物胶黏合-超声波遥测技术证明鱼类对越冬场的忠诚度；追溯热源，通过热源和越冬场过程水温拟合，揭示热源对越冬场的加热作用；分析水深分布和河道河型，揭示深水区形成的凹岸侵蚀机制；通过食性分析，揭示越冬期食物满足机制；最终，从水温、水深和食物三方面确定长江源连底冻河流内鱼类越冬场形成机制；并在越冬期结束后，以鱼类的生存情况判断越冬场质量。

下面通过具体实施例进行详细说明。

实施例1

长江南源上游连底冻河流内鱼类越冬场的精准定位

(1)确定连底冻河段研究区域

确定研究区域为当曲上游河段。

(2)确定连底冻期

根据原位监测所得的河流底温过程，分析得出连底冻期从12月初至5月中旬。

(3)定位水体位置

自下游至上游设置观察路线，在连底冻期的连底冻河段内发现有活水体存在，确定其为潜在越冬场，如图2所示，在两端冰结构间存在水体，颜色具有明显的差异，冰为白色，水体为青色。

(4)确定鱼类组成

确定有水河段内鱼类组成情况。在该河段内发现小眼高原鳅、刺突高原鳅、斯氏高原鳅幼鱼和成鱼以及小头裸裂尻鱼幼鱼，小头裸裂尻鱼为关键鱼类。

(5)确定越冬期以及越冬场忠诚度

确定典型鱼类越冬期。生物胶黏合-超声波遥测技术结果表明上游河段鱼类越冬期从11月2日至5月19日，三年观察期内标记鱼类连续返回越冬场，在此越冬。

(6)确定热源位置

通过沿程实时水温过程变化确定热源。模拟沿程水温变化函数，水温T(℃)和自热源往下距离d(m)的模型为T＝23-0.01d，R

(7)确定热源对越冬场的加热作用

相比于连底冻的结冰状态，越冬场的水体在温泉作用下始终保持液相状态。越冬场水温(Y)和越冬期内汇口水温(X)线性拟合结果为：Y＝0.84X-7.7,R

(8)研究深水区形成机制

深水区深泓水深大于0.8m，长度为150m。越冬场河道为90°的凹岸，在洪水季节形成横向环流，侵蚀凹岸内侧河道，形成深潭。凹岸侵蚀是形成越冬场深水区的原因。如图3所示：1为越冬场弯曲河道处，2为水流，流向上而下流，3为河流弯曲角度，4为水流方向，5为凹岸侵蚀形成的深水区。

(9)研究越冬食物满足机制

在连底冻期，鱼类摄食率占比达到70％，肠道充塞度指数达到2级，肠道内容物主要为硅藻和浮游动物，另外刺突高原鳅大量摄食底栖动物。

越冬期鱼类存活率达到98％，部分损失来自于越冬候鸟的捕食作用，鱼类越冬后存活率极高，证明该越冬场质量极高。

实施例2

长江南源中游连底冻河流内鱼类越冬场的精准定位

(1)确定连底冻河段研究区域

确定研究区域为当曲中游河段。

(2)确定连底冻期

根据原位监测所得的河流底温过程，分析得出连底冻期从12月中

旬至4月末。

(3)定位水体位置

自下游至上游设置观察路线，在连底冻期的连底冻河段内发现有活水体存在。

(4)确定鱼类组成

确定有水河段内鱼类组成情况。在该河段内发现小眼高原鳅、刺突高原鳅、斯氏高原鳅、细尾高原鳅幼鱼和成鱼以及小头裸裂尻鱼幼鱼。

(5)确定越冬期以及越冬场忠诚度

确定典型鱼类越冬期。根据监测得到中游河段鱼类越冬期从11月10日至5月15日，三年观察期内标记鱼类连续返回越冬场，在此越冬。

(6)确定热源位置

通过沿程实时水温过程变化确定热源。模拟沿程水温变化函数，确定热源对越冬场的加热作用。水温T(℃)和自热源往下距离d(m)的模型为T＝30-0.01d，R

(7)确定热源对越冬场的加热作用

相比于连底冻的结冰状态，越冬场的水体在温泉作用下始终保持液相状态。越冬场水温(Y)和越冬期内汇口水温(X)线性拟合结果为Y＝0.76X-6.4,R

(8)研究深水区形成机制

深水区深泓水深大于0.9m，长度为140m。越冬场河道为80°的凹岸，在洪水季节形成横向环流，侵蚀凹岸内侧河道，形成深潭。凹岸侵蚀是形成越冬场深水区的原因。

(9)研究越冬食物满足机制

在连底冻期，鱼类摄食率占比达到80％，肠道充塞度指数达到2级，肠道内容物主要为硅藻和浮游动物，另外刺突高原鳅大量摄食底栖动物。

越冬期结束后鱼类存活率达到99％，部分损失来自于越冬候鸟的捕食作用鱼类越冬后存活率极高，证明该越冬场质量极高。

实施例3

长江南源下游连底冻河流内鱼类越冬场的精准定位

(1)确定连底冻河段研究区域

确定研究区域为当曲下游河段。

(2)确定连底冻期

根据原位监测所得的河流底温过程，分析得出连底冻期从12月中下旬至4月中旬。

(3)定位水体位置

自下游至上游设置观察路线，在连底冻期的连底冻河段内发现有活水体存在。

(4)确定鱼类组成

确定有水河段内鱼类组成情况。在该河段内发现小眼高原鳅、刺突高原鳅、斯氏高原鳅幼鱼和成鱼以及小头裸裂尻鱼幼鱼和成鱼，小头裸裂尻鱼为关键鱼类。

(5)确定越冬期以及越冬场忠诚度

确定典型鱼类越冬期。根据监测得到下游河段鱼类越冬期从11月20日至5月10日，三年观察期内标记鱼类连续返回越冬场，在此越冬。

(6)确定热源位置

通过沿程实时水温过程变化确定热源。模拟沿程水温变化函数，确定热源对越冬场的加热作用。水温T(℃)和自热源往下距离d(m)的模型分别为T＝40-0.009d，R

(7)确定热源对越冬场的加热作用

相比于连底冻的结冰状态，越冬场的水体在温泉作用下始终保持液相状态。越冬场水温(Y)和越冬期内汇口水温(X)线性拟合结果为Y＝0.70X-9.2,R

(8)研究深水区形成机制

深水区深泓水深大于1m，长度为200m。越冬场河道为70°的凹岸，在洪水季节形成横向环流，侵蚀凹岸内侧河道，形成深潭。凹岸侵蚀是形成越冬场深水区的原因。

(9)研究越冬食物满足机制

在连底冻期，鱼类摄食率占比达到76％，肠道充塞度指数达到2-3级，肠道内容物主要为硅藻和浮游动物，另外刺突高原鳅大量摄食底栖动物，小头裸裂尻鱼成鱼同时摄食鱼类和底栖动物。

越冬期结束后鱼类存活率达到96％，部分损失来自于越冬候鸟的捕食作用鱼类越冬后存活率极高，证明该越冬场质量极高。

本发明通过精准定位方法发现了长江南源连底冻河流内鱼类越冬场，越冬的鱼类数量达到9万尾，包括3.2万尾世界上海拔分布最高的鲤科鱼类小头裸裂尻鱼成鱼在南源越冬场越冬，体现了南源越冬场在长江源鱼类越冬栖息地中的重要作用。关键鱼类对越冬场表现出极高的忠诚度，在三年的观察年内均在此越冬，表明发现的越冬场对特定群体鱼类的重要性。本申请的发明人发现，10月末至11月中旬小头裸裂尻鱼繁殖群体回归越冬场，5月中下旬离开。鱼类越冬后存活率极高，证明发现的越冬场质量极高。本发明实现了长江源高质量鱼类越冬场的精准定位，该方法适用于青藏高原其他连底冻河流鱼类越冬场的精准定位。

本发明精准定位越冬场的时期确定为在河段连底冻期对该发明极为重要，该时期是发现连底冻河段内越冬场的最佳时期，否则其他江段出现融水将会干扰越冬场的判断。在确定鱼类越冬期时采用了生物胶黏合-超声波遥测技术对成鱼进行超声波标记，使得被标记成鱼存活率大于95％，保证了实验鱼的存活也保证了实验的准确性。

温泉的汇入是青藏高原鱼类越冬场形成的特色机制，青藏高原连底冻河流内越冬场的形成有三个必要条件：(1)温泉的汇入；(2)凹岸侵蚀形成深水区；(3)关键鱼类成鱼食性由夏季的植食性转为肉食性。青藏高原连底冻河流内鱼类越冬场的精准定位是首次由本申请发明人发现并揭示。因此，本发明提出的青藏高原连底冻河流内鱼类越冬场精准定位方法兼具科学性、创新性、独创性，在所属鱼类栖息地研究领域以及专利领域皆为首创性工作，该发明同时可以为国内外同领域的研究和发明提供借鉴。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。