1 引言(Introduction)

河流中闸坝等水利工程的建设运行改变了河流的水文情势，使得水环境因子发生变化，从而影响了水生生物生境(李卫明等，2011).闸坝运行削弱了局部河段的流速，降低了水体的自净能力，使得水体污染更加严重(崔凯，2012).许多河道和通江湖泊因水资源短缺和水环境污染导致水生生物资源遭受严重破坏，部分河湖因长期水质污染出现水生生物锐减或藻类水华现象.这些问题导致河流水生态系统失衡，生态功能下降，生物多样性遭受破坏，危及水生态安全和河流健康生命(张永勇等，2007).确定合理的生态流量过程，并在河流水资源开发利用中保障生态流量要求，是河流水生态保护行之有效的方法(Li et al., 2011).

河道生态流量的计算方法分为水文学法、水力学方法、整体法、栖息地法等(Tharme, 2003)，其中栖息地模拟法因能够定量评价水量变化对栖息地的影响，是当前生态流量计算的主要方法(李卫明等，2011; Zuther et al., 2005).栖息地法一般选择一种或几种物种作为目标生物，如鱼类、底栖动物或水生植物(杨志峰等，2010; 李建等，2011; 李若男等，2010; 蔡玉鹏等，2010).由于鱼类处于水生态系统食物链的最顶端，能较好的反应水生态系统健康状况，同时影响着水生态系统结构和功能(李建等，2011)，因此通常成为目标生物的首选.当前，目标鱼类的确定主要直接选择珍稀特有物种如中华鲟等，或者重要经济鱼类如大马哈鱼和中国的四大家鱼等(房敏，2014)，但针对具体的河流或者某一河段，如何确定代表性的鱼类作为生态流量计算的依据，一直未得到有效的解决，尤其是面向缺乏珍稀特有鱼类的河流，存在较大的主观性(Wang et al., 2015).本文重点研究生态流量目标鱼类的选取方法，为基于鱼类栖息地的生态流量计算提供基础.

2 材料与方法(Materials and methods) 2.1 研究区域概况

淮河流域(东经111°55′~121°25′，北纬30°55′~36°36′)地处我国东部(图 1)，介于长江和黄河两流域之间，全长约1000 km，总落差约200 m，流域内水经淮河干流汇入洪泽湖而不入海(王松等，2007).淮河干流发源河南桐柏山区，全长364 km，淮河水系的鱼类和其他水生经济动植物资源都很丰富.历史资料记载淮河流域已知的鱼类有115种，分属于16科.其中鲤科鱼类66种，是淮河鱼类的主体和主要捕捞对象.在115种鱼类中，纯淡水鱼类106种，溯河性鱼类及咸淡鱼类9种.淮河及沿淮湖泊还盛产虾、蟹、蚌等水生经济动物.水生经济植物如芦苇、荻、莲藕、艾实等，是淮河水系重要的湖产(安任，1984).2008年淮河流域已建有大、中型水库约5700多座，大、中型水闸约4200多座，这些闸坝的运行已经影响了淮河流域水生生物的生境(崔凯，2012).

2.2 分析方法

首先根据采样数据确定筛选范围，然后用层次分析法进一步确定目标鱼类.层次分析法的具体步骤如下：

① 明确研究问题：决策者首先应明确要解决的问题，其次要明确解决问题的范围，即了解问题所包含的因素

② 构造比较判断矩阵：在所包含因素中，每次取其中的2个元素x_i和x_j，用a_ij表示x_i与x_j对于准则层A的相对重要程度之比，由此得出的比值可用下面的矩阵表示(式(1)).

(1)

A称比较判断矩阵，简称为判断矩阵.

③ 判断矩阵赋值：判断矩阵中的赋值a_ij表示元素x_i对于元素x_j的重要程度之比，通常取1，2，…，9及它们各自的倒数，具体取值可依据表 1进行.

④ 排序权值的计算及一致性检验：常用的计算方法有和积法、幂乘法、几何平均法.本文用几何平均法，具体方法如式(2)~(5) 所示.

计算判断矩阵每一行元素的乘积b_i:

(2)

计算的n次方根b_i:

(3)

计算判断矩阵的最大特征值根λ_max:

(4)

层次排序及一致性检验:

(5)

若判断矩阵A的元素满足式(5), 则称矩阵A的元素具有一致性.

一般来说，由于客观事物的复杂性和人们认识上的多样性及主观上的片面性和不稳定性，判断者不可能给出a_ij的精确值，只能给出它的估计判断或大概判断.即给出的a_ij值与客观存在的a_ik/a_jk是有偏差的，这样就不能保证判断矩阵具有一致性.为了保证应用层次分析法得到的结论合理、正确，还需要对所构成的判断矩阵进行一致性检验.检验采用式(6)~(7).

(6)

(7)

式中, CR为判断矩阵的随机一致性比率；n为判断矩阵的阶数；CI为判断矩阵的一般一致性指标；RI为判断矩阵的平均随机一致性指标.本研究中备选的鱼类有20种，故判断矩阵为20阶，为比较并优选RI取值，研究中逐一分析了1~24阶的RI值，限于篇幅，在此只将紧邻20阶左右的16~24阶矩阵的RI值列于表 2.

当随机一致性比率CR=CI/RI < 0.10时，认为排序结果具有满意的一致性.否则，就认为初步建立的判断矩阵是不能令人满意的，需要重新调整元素标度值，直到具有满意的一致性为止.

2.3 比较原则

为了选取淮河鱼类生境需求代表性较好的目标鱼类，繁殖年龄选取淮河鱼类中大部分鱼类的首次繁殖年龄；鱼类对产卵水域一般有流态条件和产卵基质环境要求(Knaepkens et al., 2004)，本文优先选取对流速有一定要求的鱼类为目标鱼类；底栖生活的鱼类更能适应高度人为调节的河流(Vehanen et al., 2005)，本文优先选取中上层鱼类；研究河段多为缓流生境，本文优先选取定居性鱼类；从河流生态系统中的结构和功能方面考虑(Wang et al., 2015)，本文优先考虑营养级居中的大型草食鱼类；从对渔业资源的贡献及广泛性考虑，本文优先考虑分布广泛的经济价值较高的鱼类(表 3).

3 结果(Results) 3.1 鱼类栖息地分析

鱼类资源调查数据共4次，2011年3和2011年9月由淮河流域水资源保护局提供，2015年5月及2015年8月由本次研究进行监测.首先根据4次淮河干流鱼类调查数据，选取渔获物中出现2次以上鱼类作为淮河鱼类栖息地目标鱼类的备选对象.共选取鱼类20种，其中鲤形目12种，鲶形目3种，鲈形目4种，鲱形目1种(表 4).从鱼类产卵环境及捕食环境等方面对目标鱼类进行了总结分析(殷名称，1995; 王军，2008; 中国淡水养鱼经验总结委员会，1961; 新乡师范学院生物系鱼类志编写组，1984).

产卵环境：淮河目标鱼类备选对象初次性成熟年龄大部分在2~3龄，春夏季产卵，产沉性卵，黏性卵及漂流性卵的鱼类均有(表 5).

摄食环境：淮河目标鱼类备选对象食性类型草食、肉食及杂食均有.水体底层、下层及中上层鱼类均有(表 6).

经济价值及分布范围：淮河干流目标鱼类备选对象主要为经济鱼类，且分布广泛(表 7).

3.2 目标鱼类选取

根据表 5~7淮河筛选鱼类生境需求总结及表 3的筛选原则构造判断矩阵(表 8)，判断矩阵最大特征值为22.33，一致性比率CR值为0.075，排序结果具有满意的一致性.从计算结果可以看出，鳊鱼的排序权值最高(表 9).故认为鳊鱼能较大程度上代表淮河鱼类对生境的需求，具有较强的代表性，适宜作为计算淮河生态流量的目标鱼类.

4 讨论(Discussion)

基于目标物种推求的生态流量与传统Tennant法等水文学法或水力学法相比包含更很多的生物学和生态学意义，这对高度人工控制的河流的生态修复和保护至关重要.目标物种选择是否恰当，直接影响生态流量的计算结果是否合理(王波等，2007).

Hall和Grinnell提出某一个特定区域的指示物种，随后这个概念得到了广泛发展与应用(Carignan et al., 2002).现在指示物种的概念仍旧存在争论，因为没有2个物种占据同一个生态位，单一物种不可能反应整个生态系统的全部信息(Rapport, 1990), 但由于指示物种提供了一种简单省时监测生态系统对人为扰动响应的途径，恰当的选择一个可以最大程度的代表不同生态类群的生境需求的指示物种，对生态系统的监测和修复还是具有重大意义(Burger, 2006).

浮游植物和大型无脊椎动物对于短期微生境的扰动响应敏感，对于研究大尺度生态环境变化并不适用(Carignan et al., 2002).鱼类是最古老的脊椎动物之一，生存周期长且具有移动性，可作为研究长时间序列和大尺度的生境变化的目标物种(Vehanen et al., 2005).基于栖息地的生态流量过程往往以年为计算周期，且计算河段一般从几公里到几十公里(易雨君等，2013)，鱼类是理想的目标物种.

作为河流栖息地评价和生态流量计算的鱼类目标物种，澳大利亚墨瑞河选取墨瑞河真鲈(Maccullochella peelii peelii) (Koehn, 2009)，英国泰晤士河历史上多选取大马哈鱼(Oncorhynchus keta)和鳟鱼(Salmo playtcephalus) (Booker, 2003)，长江选取白鲟(Psephuyrus gladius) (王波等，2007)、中华鲟(Acipenser sinensis)(班璇，2011)和四大家鱼(陈敏建等，2007)，澜沧江选取齐口裂腹鱼(Schizothorax prenanti) (韩仕清等，2016)等多为重要经济鱼类或珍惜物种.这些对于目标鱼类的选择主要基于人们对某种生物生态地位或社会经济价值的主观重要性，基于实测数据定量选取目标物种的方法相对较少(Siddig et al., 2016).Erman指出较好的目标物种应该位于食物链的中层，对生境要求相对较高，且为当地物种(Erman, 1991; Fisrwg, 1997).淮河鱼类研究大多集中在鱼类资源调查及保护措施，或者某种特定鱼类的生态习性，对于能够较好代表鱼类生境要求的目标物种研究相对较少.作为淮河干流珍稀鱼类的长吻鮠(梁友光，2005)，对生境有特殊要求，自然分布狭窄，难以满足流域尺度的栖息地评价.本研究考虑了各备选鱼类的不同生命周期生境需求，确定最具代表性的目标鱼类为鳊鱼.鳊鱼，淡水鱼种之一，是“长春鳊”“三角鲂”“团头鲂(即武昌鱼)”等的统称，鲤科，鳊亚科.鳊鱼是典型的草食性鱼类，其食物组成的季节变化基本与湖中水生植物的季节性盛衰相一致，位于营养级中层(王智勇，2009).同时，鳊鱼产卵时要求一定的流水环境，对生境要求相对较高(司凤云，2002).而且鳊鱼肉味鲜美，常为人们所喜食，是重要的经济鱼类.由此可见，鳊鱼符合以上的基本要求.与以往直接选择珍稀鱼类或主要经济鱼类作为生境评价目标物种不同，本研究从整个鱼类群落角度定量分析和筛选目标物种，其结果更具代表性.

5 结论(Conclusions)

1) 目标鱼类筛选是生态流量计算的前提和基础，通过对淮河干流鱼类生物学习性的研究，筛选出鳊鱼作为淮河干流生态流量计算的目标鱼类，为下一步淮河生态流量过程的确定提供了依据.

2) 本研究考虑多个要素筛选生态流量计算的目标鱼类，采用层次分析法将野外生物监测数据和备选物种的生物学特性与筛选原则相结合，提供了一种定量化的筛选目标物种的方法.

致谢: 研究数据主要来源于水体污染控制与治理科技重大专项(NO.2014ZX07204-006-01)，部分鱼类监测数据由淮河流域水资源保护局提供，谨致谢忱.