河流的生態功能及水文變化的生物學效應
摘要：大壩建設對生態環境的影響是近來討論的熱點問題，學者和公眾對于大壩建設對景觀多樣性、文化多樣性、生物多樣性的(生態系統、物種、基因)影響“存在性”基本認可，但對影響“程度”認知相差甚遠!爭論體現了：開發與環境保護協調發展的“度”的衡量，日益高漲的環保意識與不明確的生態環境保護目標的矛盾，以及由于目前理論與現狀資料缺乏導致的大壩建設的“真實生態影響”難以......
關鍵詞：河流生態功能水文變化生物學
大壩建設對生態環境的影響是近來討論的熱點問題，學者和公眾對于大壩建設對景觀多樣性、文化多樣性、生物多樣性的(生態系統、物種、基因)影響“存在性”基本認可，但對影響“程度”認知相差甚遠!爭論體現了：開發與環境保護協調發展的“度”的衡量，日益高漲的環保意識與不明確的生態環境保護目標的矛盾，以及由于目前理論與現狀資料缺乏導致的大壩建設的“真實生態影響”難以搞清等問題。
淹沒、阻隔、徑流調節變化對生態環境的影響是大壩建設關注的主要問題，如何評價這些影響并提出緩減措施，是未來水利水電建設必須解決的問題，認識河流的生態結構與功能是評價的基礎。基于這一認識，本文概要介紹河流生態功能與水文過程的生態效應，以期對水利水電工程建設的生態環境保護提供借鑒。
一、河流的生態結構
河流是一個完整的連續體，上下游、左右岸構成一個完整的體系，連通性是評判河道或綴塊區域空間連續性的依據。高度連通性的河流對物質和能量的循環流動以及動物和植物的運動等非常重要。
從橫向上講，河流寬度指橫跨河流及其臨近的植被覆蓋地帶的橫向距離。影響寬度的因素有：邊緣條件、群落構成、環境梯度以及能夠影響臨近生態系統的擾亂活動(包括人為活動)。連通性和寬度構成了河流生態系統的重要結構特征。
二、河流生態功能
河流的生態功能包括：棲息地功能、過濾作用、屏蔽作用、通道作用、源匯功能等方面。
1生態功能-棲息地功能
棲息地是植物和動物(包括人類)能夠正常的生活、生長、覓食、繁殖以及進行生命循環周期中其它的重要組成部分的區域。棲息地為生物和生物群落提供生命所必需的一些要素比如空間、食物、水源以及庇護所等。河道通常會為很多物種提供非常適合生存的條件，它們利用河道來進行生活、覓食、飲水、繁殖以及形成重要的生物群落。
河道一般包括兩種基本類型的棲息地結構：內部棲息地和邊緣棲息地。內部棲息地相對來說是更穩定的環境，生態系統可能會在較長的時期仍然保持著相對穩定的狀態。邊緣地區是兩個不同的生態系統之間相互作用的重要地帶。邊緣棲息地處于高度變化的環境梯度之中。邊緣棲息地中會比內部棲息地環境中有著更多樣的物種構成和個體數量。邊緣地區相當于對其內部地區起到了過濾器的作用。邊緣地區也是維持著大量動物和植物群系變化多樣的地區。
棲息地功能作用很大程度上受到連通性和寬度的影響。在河道范圍內連通性的提高和寬度的增加通常會提高該河道作為棲息地的價值。河流流域內的地形和環境梯度(例如土壤濕度、太陽輻射和沉積物的逐漸變化)會引起植物和動物群落的變化。寬闊的、互相連接的，并且具有多樣的本土植物群落的河道是良好的棲息地條件，通常會發現比在那些狹窄的、性質都相似的并且高度分散的河道內存在著更多的生物物種
2通道作用
通道功能作用是指河道系統可以作為能量、物質和生物流動的通路。河道由水體流動形成，又為收集和轉運河水和沉積物服務。還有很多其它物質和生物群系通過該系統進行移動。
河道既可以作為橫向通道也可以作為縱向通道，生物和非生物物質向各個方向移動和運動。有機物物質和營養成分從高處漫灘流入低洼的漫灘而進入河道系統內的溪流，從而影響到無脊椎動物和魚類的食物供給。對于遷徙性野生動物和運動頻繁的野生動物來說，河道既是棲息地同時又是通道。生物的遷徙促進了水生動物與水域發生相互作用(例如:鮭魚溯河產卵的遷移活動。產卵期間溯河到達河流系統上游地段的那些產卵的和垂死的大量成熟魚種為河流提供了營養物質輸入和促進生物量的增加。因此，連通性對于水生物種的移動是非常重要的，同時河流上游源頭地區從海洋中獲得營養物質)。
河流通常也是植物分布和植物在新的地區扎根生長的重要通道。流動的水體可以長距離的輸移和沉積植物種子;在洪水泛濫時期，一些成熟的植物可能也會連根拔起、重新移位，并且會在新的地區重新沉積下來存活生長。野生動物也會在整個河道系統內的各個部分通過攝食植物種子或是攜帶植物種子而造成植物的重新分布。
河流也是物質輸送的通道。結構合理的河道會優化沉積物進入河流的時間和供應量以達到改善沉積物輸移功能的目的。
河道以多種形式成為能量流動的通道。河流水流的重力勢能不斷的雕刻流域的形態。河道可以充分的調節太陽光照的能量和熱量
進入河流的沉積物和生物量在自然中大部分通常是由周圍陸地供應的地方，河道的寬度是非常重要的。寬廣的、彼此相連接的河道可以起到一條大型通道的作用，使得水流沿著橫向方向和河道的縱向方向都能進行流動。狹窄的或是七零八碎的河道中常常受到限制。
3過濾和屏障作用
河道屏障作用是阻止能量、物質和生物運動的發生，或是起到過濾器的作用，允許能量、物質和生物選擇性的通過。河道作為過濾器和屏障作用可以減少水體污染、最大程度的減少沉積物轉移,常提供一個與土地利用、植物群落以及一些運動很少的野生動物之間的自然邊界。
影響系統屏障和過濾功能作用的因素包括連通性(缺口出現頻率)和河道寬度。一條寬廣的河道會提供更有效的過濾作用，而一條相互連接的河道會在其整個長度范圍內發揮過濾器的作用。沿著河道移動的物質在它們要進入河道的時候也會被選擇性的濾過。在這些情況下，邊緣的形狀是彎曲的還是筆直的將會成為影響過濾功能的最大因素。
物質的輸移、過濾或者消失，總體來說取決于河道的寬度和連通性。在整個流域內向著大型河流峽谷流動的物質可能會被河道中途截獲或是被選擇性濾過。地下水和地表水的流動可以被植物的地下部分以及地上部分濾過。
河道的中斷缺口有時會造成該地區過濾功能作用的漏斗式破壞損害。例如，在沿著河道相互連接的植被中出現一處缺口，就會降低其過濾功能作用，集中增加了進入河流的地表徑流，造成侵蝕、溝蝕，并且會使沉積物和營養物質自由的流入河流之中。
4源匯作用
源作用是為其周圍流域提供了生物、能量和物質。匯的作用不斷的從周圍流域中吸收生物、能量和物質。
河岸一般通常是作為“源”向河流中供給泥沙沉積物。當洪水在河岸處沉積新的泥沙沉積物時它們又起到“匯”的作用。在整個流域規模范圍內，河道是流域中其它各種斑塊棲息地的連接通道，整個流域內起到了能夠提供原始物質的“源”和通道的作用。
泛濫平原植被的源匯功能作用：通過減緩或是吸收洪水從而降低下游洪水泛濫;在洪水來臨時期保持了沉積物和其它物質防止流失;為土壤有機物質和水生有機物質提供了來源。
生物和遺傳基因方面的“源”\“匯”集養的關系非常復雜。小的森林斑塊地帶可以被看作是“匯”，這些區域會通過使這些物種不能在此地區得到很好的繁殖而導致它們的物種數量和遺傳基因多樣性減少。相比較而言，大型森林地帶具有足夠的內部棲息地，就能維持鳥類成功的繁殖從而成為能夠提供更多個體數量和新的遺傳基因組合的“源”。
三、水文過程的生態學效應
河川水流的空間和時間特征比如快與慢，深與淺，急流與平緩，以及洪峰與低峰流量等。這些水流特征能夠影響到大量河流物種的微型和大型分布模式。很多生物對于水流速度是非常敏感的，因為它表示了傳送食物和營養物質的一種重要機制，然而也限制了生物體繼續生存在河流段落中的能力。一些生物也會對于水流的時間變化作出反應，可能會增加死亡率、改變可用的資源以及打破物種之間的相互作用。
河流中的水流速率決定了水中浮游生物是否能夠生長并且維持它們自身的發展。河流中水流速率越慢，其中生長在岸邊和底部的生物群落結構和外形就會越接近靜水中的模式。
豐水期高流量對很多物種遷徙時間和許多魚類產卵會起到提示作用。高流量也能對河床物質提純和分類并且沖刷積水區。極端的低流量或許會限制幼魚的產量因為這樣的流量經常發生在新苗補充和生長時期：
1水流動態對水生生物多樣性影響的關鍵過程
(1)水流是河流生境的主要決定因素，同時也是生物組成的決定性因素，水流動態的改變在不同空間尺度上改變了棲息地，而且影響了物種的分布和豐度以及水生群落的組成和多樣性。河流的流動影響了：河道的形狀、大小和復雜性，支流和三角洲的形成，淺灘、激流、深潭和凈水區域的分布，基質綴塊的多樣性和穩定性，食物的類型和數量，以及主河道與漫灘的相互作用特征。河流和漫灘的生物已經適應了這種復雜多變的生境格局，生物多樣性常常與生境的復雜性直接相關。大型流域生境的多樣性一般較高，因此也比小流域支持了更多的水生生物。
(2)水生生物的完成生長史直接響應與天然水流動態，流動特征對塑造生長史產生主要的影響，同時水流動態的改變會導致土著物種多樣性的喪失。許多研究表明，降雨與徑流的依時變化是河流和濕地的植物、無脊椎動物和魚類生命循環的主要驅動。
(3)維持河流縱向和橫向的連通性對于許多河流物種種群的生命力是非常必要的，縱向和橫向的連通性的喪失會導致種群的隔離以及魚類和其他生物的局部滅絕。
(4)水流動態的改變為外來物種的入侵提供了條件。
2水文特征變化的生物學效應
長期的水文動態與生物的生長史相關,近期的水文事件對種群的組成和數量的影響,現狀水文特征主要對生物的行為和生理有影響.
(1)流量與頻率變化對生物的影響
頻繁變化:增加沖刷，敏感物種喪失;破壞生物生命循環
流量穩定化:改變能量流動,外來生物容易入侵;導致生物局部絕滅、威脅土著物種、改變種群組成;減少水和營養物質進入河漫灘，導致植物：幼苗干化，植物種子擴散條件變差
(2)來水時間的改變對生物的影響
季節性高峰流量的喪失會導致：魚類產卵、孵化和遷徙激發因素中斷;魚類無法進入濕地或回水區;改變了水生生物的食物網結構;岸邊植被復原能力降低或消失;植被生長的速度減緩
(3).來水時期對生物的影響
長時間的小流量導致水生生物聚集;植被減少或消失;植被的多樣性消失;植物生理脅迫導致植物生長速度較低;導致地形學的變化。
改變淹沒時間會改變植被的覆蓋類型
延長淹沒時間：植被功能發生變化;對樹木有致命的影響;水生生物的淺灘生境喪失。
(4).變化的速度對生物的影響
陡漲陡落導致水生生物被沖刷或擱淺，洪水的暴落導致生物幼苗種群不能建立。
結語
河流的生態功能的認識是評價大壩與河流作用的基礎，本文對河流的棲息地功能、過濾作用、屏蔽作用、通道作用、源匯功能進行了概要介紹，對水文過程的變化與生物多樣性及生物學效應進行了總結。希望能夠對大壩建設導致的阻隔、淹沒、水文調節變化對生態環境的影響有一個基本的概念。
大壩對生態環境的影響的研究亟待深入，在未來的研究與工程建設中，建議：
(1)重視大壩環境影響，加強生物與非生物學科的交叉研究，強化生態水文學研究與發展
(2)加強電站水庫適應性管理(adaptivemanagement)研究，如充分考慮下游的生態需水要求，過魚設施等。
(3)加強流域規劃環境影響評價
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