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采砂通過直接物理干擾導致生物棲息地退化和降低水質等，威脅生物多樣性并干擾生態過程。隨著城市化的快速發展，采砂需求將繼續增加，尤其在亞洲、非洲和拉丁美洲。這些地區的許多河流和湖泊作為主要的砂源，受到大規模的非法開采。而其中一些水域也是世界上生物多樣性最高、受威脅最大的生態系統。緩解采砂影響、協調保護與發展之間的矛盾是全球生物多樣性保護的關鍵目標，而這需要更全面地掌握采砂對生態環境威脅的規模和途徑。
針對采砂對淡水生態系統的影響，當前的研究多是描述性或軼事性的預警。例如，采砂會干擾大型無脊椎動物移動，減少底棲魚類和無脊椎動物的豐度和多樣性，并導致外來魚類種群增加；而且其中一些影響被確定為短暫的或僅針對特定的動物類群；這些發現不足以揭示采砂的間接或長期影響。因此，如何更好地利用現有技術來監測采砂活動，評估采砂對生態系統的影響，提供有針對性的監管和保護建議，是亟待解決的問題。
遙感技術可以克服數據缺失和基于現場監測的諸多限制，為采砂造成的生態影響研究提供更大時空尺度的數據。中國科學院水生生物研究所王克雄研究員團隊提出了第一個利用遙感手段持續監測采砂活動的案例研究，評估了14年來（2006-2019年）洞庭湖采砂對長江江豚分布的生態影響（圖1，研究范圍及采砂船只的識別）。
圖1 通過遙感影像解譯洞庭湖采砂活動的空間分布。（a）采砂船的識別過程（b）示例：2006年長江江豚分布（藍點）和與該調查相對應時段的采砂船（紅點）的空間重疊
洞庭湖是中國最主要的采砂區之一，2011年僅岳陽市的采砂量就約為3億噸，這一數字相當于同年美國砂產量的38%。水生所研究表明，洞庭湖的采砂活動呈現出一致的、廣泛的擾動。從2007年開始，采砂的范圍和強度均持續增加；2008年至2016年是采砂密集期，開采強度高，采砂區域占整個研究區域的40%-70%（圖2）。
圖2 從2006年至2017年采砂活動的空間分布（橙色顏色梯度代表采砂活動強度，百分比為采砂活動在研究范圍所占的比例）
研究表明，大規模的采砂活動壓縮了長江江豚的活動范圍，并限制了它們在湖泊中棲息地的利用格局。長江江豚會強烈避開采砂區，其出現概率與臨近水域的采砂強度之間呈現顯著的負相關關系。在密集采砂期間（2008-2016年），長江江豚的分布存在較大的空白區（見圖3a）。在沒有采砂的水域中，長江江豚呈現連續的分布，而所有分布空白超過6公里的水域都有嚴重的采砂活動（見圖3c）。特別是在2009年和2011年，長江江豚的分布空白區分別達27公里和20公里，分布區域萎縮最為明顯。
圖3采砂對長江江豚分布的影響。（a）長江江豚的分布位點（藍點）和采砂區的空間關系，底圖為相應年份長江江豚調查期間的水域矢量圖。（b）長江江豚分布概率與最近采砂帶相對采砂強度之間的關系。（c）采砂存在/不存在時，長江江豚分布空白的長度
此外，研究發現采砂活動還引入了大量的運砂船，進一步阻礙了長江江豚在江湖間的遷移，影響種群的連通性（見圖4）。在2006年和2007年的調查中，觀察到長江江豚通過洞庭湖大橋進入長江干流，然而，自2009年以來，沒有發現江湖遷移行為。遙感結果顯示，在僅有5km的通江水道上，運砂船無序的作業和停靠，幾乎覆蓋了整個水面（見圖4a），船只數量自2007年至2016年持續增長（見圖4b），成為江湖遷移被阻斷的主要原因。自2017年中期停止采砂以來，在水生所研究團隊的建議下，管理部門調度這些采砂船在開闊水面留出了長江江豚遷移通道（見圖4a），為促進江湖遷移提供了可能性。
圖4洞庭湖城陵磯通江水道上的運砂船數量及分布（a）當年份采砂船數量最多的影像。藍色虛線為自2017年中期停止采砂以來預留的長江江豚通道。（b）運砂船的數量估計
研究結果還顯示，從2006年至2017年，采砂導致約70%的研究區域出現了近岸棲息地消失（38.6 km2，圖5中深紅色區域），這些棲息地是長江江豚等水生生物的重要覓食和繁殖場所。比較2006年和2019年，枯水期研究區域的水域面積增加了75%，蜿蜒的河道變得更寬、更直。
圖5 2006-2019年研究水域近岸棲息地消失的狀況（深紅色區域）
上述研究表明，洞庭湖14年的采砂活動呈現出持續、廣泛的干擾，這些干擾通過不同的時間和空間尺度以及不同的途徑影響長江江豚。大規模的采砂活動壓縮了長江江豚的活動范圍，限制了它們在湖泊中的棲息地利用格局。運砂船進一步阻礙了長江江豚的江湖遷移，影響種群的連通性。此外，研究區域約70%的水道發生了采砂導致的近岸棲息地損失，而近岸棲息地是長江江豚等水生生物重要覓食和繁殖生境，其影響需要長期關注。
沙子已成為全球僅次于淡水的第二大開采資源，聯合國環境規劃署（United Nations Environmental Programme）指出：“從根本上說，改善全球采砂的環境影響需要增強行動意愿”。本研究為不受管制的采砂作業對物種分布的影響提供了首個經驗證據，深化了采砂對淡水生態系統影響的認識，研究方法可以支撐開展采砂監管及物種保護，研究結果可為世界范圍內的可持續采砂提供借鑒。
該研究得到中國科學院戰略重點研究項目、國家科技部研究與發展重點計劃、國家自然科學基金會和香港海洋公園保護基金會支持。研究結果以“Ecological impacts of unsustainable sand mining: urgent lessons learned from a critically endangered freshwater cetacean”為題在自然指數期刊《Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences》發表（https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2022.1786）。水生所韓祎博士為論文的第一作者，王丁研究員和梅志剛副研究員為通訊作者，王克雄研究員對工作給予重要指導。合作作者還包括加州大學伯克利分校徐雯婧博士和復旦大學劉佳佳研究員。張新橋博士在水生所讀研期間開展的2006至2010年洞庭湖長江江豚考察對本研究亦有貢獻。