河流的生态功能及水文变化的生物学效应
摘要：大坝建设对生态环境的影响是近来讨论的热点问题，学者和公众对于大坝建设对景观多样性、文化多样性、生物多样性的(生态系统、物种、基因)影响“存在性”基本认可，但对影响“程度”认知相差甚远!争论体现了：开发与环境保护协调发展的“度”的衡量，日益高涨的环保意识与不明确的生态环境保护目标的矛盾，以及由于目前理论与现状资料缺乏导致的大坝建设的“真实生态影响”难以......
关键词：河流生态功能水文变化生物学
大坝建设对生态环境的影响是近来讨论的热点问题，学者和公众对于大坝建设对景观多样性、文化多样性、生物多样性的(生态系统、物种、基因)影响“存在性”基本认可，但对影响“程度”认知相差甚远!争论体现了：开发与环境保护协调发展的“度”的衡量，日益高涨的环保意识与不明确的生态环境保护目标的矛盾，以及由于目前理论与现状资料缺乏导致的大坝建设的“真实生态影响”难以搞清等问题。
淹没、阻隔、径流调节变化对生态环境的影响是大坝建设关注的主要问题，如何评价这些影响并提出缓减措施，是未来水利水电建设必须解决的问题，认识河流的生态结构与功能是评价的基础。基于这一认识，本文概要介绍河流生态功能与水文过程的生态效应，以期对水利水电工程建设的生态环境保护提供借鉴。
一、河流的生态结构
河流是一个完整的连续体，上下游、左右岸构成一个完整的体系，连通性是评判河道或缀块区域空间连续性的依据。高度连通性的河流对物质和能量的循环流动以及动物和植物的运动等非常重要。
从横向上讲，河流宽度指横跨河流及其临近的植被覆盖地带的横向距离。影响宽度的因素有：边缘条件、群落构成、环境梯度以及能够影响临近生态系统的扰乱活动(包括人为活动)。连通性和宽度构成了河流生态系统的重要结构特征。
二、河流生态功能
河流的生态功能包括：栖息地功能、过滤作用、屏蔽作用、通道作用、源汇功能等方面。
1生态功能-栖息地功能
栖息地是植物和动物(包括人类)能够正常的生活、生长、觅食、繁殖以及进行生命循环周期中其它的重要组成部分的区域。栖息地为生物和生物群落提供生命所必需的一些要素比如空间、食物、水源以及庇护所等。河道通常会为很多物种提供非常适合生存的条件，它们利用河道来进行生活、觅食、饮水、繁殖以及形成重要的生物群落。
河道一般包括两种基本类型的栖息地结构：内部栖息地和边缘栖息地。内部栖息地相对来说是更稳定的环境，生态系统可能会在较长的时期仍然保持着相对稳定的状态。边缘地区是两个不同的生态系统之间相互作用的重要地带。边缘栖息地处于高度变化的环境梯度之中。边缘栖息地中会比内部栖息地环境中有着更多样的物种构成和个体数量。边缘地区相当于对其内部地区起到了过滤器的作用。边缘地区也是维持着大量动物和植物群系变化多样的地区。
栖息地功能作用很大程度上受到连通性和宽度的影响。在河道范围内连通性的提高和宽度的增加通常会提高该河道作为栖息地的价值。河流流域内的地形和环境梯度(例如土壤湿度、太阳辐射和沉积物的逐渐变化)会引起植物和动物群落的变化。宽阔的、互相连接的，并且具有多样的本土植物群落的河道是良好的栖息地条件，通常会发现比在那些狭窄的、性质都相似的并且高度分散的河道内存在着更多的生物物种
2通道作用
通道功能作用是指河道系统可以作为能量、物质和生物流动的通路。河道由水体流动形成，又为收集和转运河水和沉积物服务。还有很多其它物质和生物群系通过该系统进行移动。
河道既可以作为横向通道也可以作为纵向通道，生物和非生物物质向各个方向移动和运动。有机物物质和营养成分从高处漫滩流入低洼的漫滩而进入河道系统内的溪流，从而影响到无脊椎动物和鱼类的食物供给。对于迁徙性野生动物和运动频繁的野生动物来说，河道既是栖息地同时又是通道。生物的迁徙促进了水生动物与水域发生相互作用(例如:鲑鱼溯河产卵的迁移活动。产卵期间溯河到达河流系统上游地段的那些产卵的和垂死的大量成熟鱼种为河流提供了营养物质输入和促进生物量的增加。因此，连通性对于水生物种的移动是非常重要的，同时河流上游源头地区从海洋中获得营养物质)。
河流通常也是植物分布和植物在新的地区扎根生长的重要通道。流动的水体可以长距离的输移和沉积植物种子;在洪水泛滥时期，一些成熟的植物可能也会连根拔起、重新移位，并且会在新的地区重新沉积下来存活生长。野生动物也会在整个河道系统内的各个部分通过摄食植物种子或是携带植物种子而造成植物的重新分布。
河流也是物质输送的通道。结构合理的河道会优化沉积物进入河流的时间和供应量以达到改善沉积物输移功能的目的。
河道以多种形式成为能量流动的通道。河流水流的重力势能不断的雕刻流域的形态。河道可以充分的调节太阳光照的能量和热量
进入河流的沉积物和生物量在自然中大部分通常是由周围陆地供应的地方，河道的宽度是非常重要的。宽广的、彼此相连接的河道可以起到一条大型通道的作用，使得水流沿着横向方向和河道的纵向方向都能进行流动。狭窄的或是七零八碎的河道中常常受到限制。
3过滤和屏障作用
河道屏障作用是阻止能量、物质和生物运动的发生，或是起到过滤器的作用，允许能量、物质和生物选择性的通过。河道作为过滤器和屏障作用可以减少水体污染、最大程度的减少沉积物转移,常提供一个与土地利用、植物群落以及一些运动很少的野生动物之间的自然边界。
影响系统屏障和过滤功能作用的因素包括连通性(缺口出现频率)和河道宽度。一条宽广的河道会提供更有效的过滤作用，而一条相互连接的河道会在其整个长度范围内发挥过滤器的作用。沿着河道移动的物质在它们要进入河道的时候也会被选择性的滤过。在这些情况下，边缘的形状是弯曲的还是笔直的将会成为影响过滤功能的最大因素。
物质的输移、过滤或者消失，总体来说取决于河道的宽度和连通性。在整个流域内向着大型河流峡谷流动的物质可能会被河道中途截获或是被选择性滤过。地下水和地表水的流动可以被植物的地下部分以及地上部分滤过。
河道的中断缺口有时会造成该地区过滤功能作用的漏斗式破坏损害。例如，在沿着河道相互连接的植被中出现一处缺口，就会降低其过滤功能作用，集中增加了进入河流的地表径流，造成侵蚀、沟蚀，并且会使沉积物和营养物质自由的流入河流之中。
4源汇作用
源作用是为其周围流域提供了生物、能量和物质。汇的作用不断的从周围流域中吸收生物、能量和物质。
河岸一般通常是作为“源”向河流中供给泥沙沉积物。当洪水在河岸处沉积新的泥沙沉积物时它们又起到“汇”的作用。在整个流域规模范围内，河道是流域中其它各种斑块栖息地的连接通道，整个流域内起到了能够提供原始物质的“源”和通道的作用。
泛滥平原植被的源汇功能作用：通过减缓或是吸收洪水从而降低下游洪水泛滥;在洪水来临时期保持了沉积物和其它物质防止流失;为土壤有机物质和水生有机物质提供了来源。
生物和遗传基因方面的“源”\“汇”集养的关系非常复杂。小的森林斑块地带可以被看作是“汇”，这些区域会通过使这些物种不能在此地区得到很好的繁殖而导致它们的物种数量和遗传基因多样性减少。相比较而言，大型森林地带具有足够的内部栖息地，就能维持鸟类成功的繁殖从而成为能够提供更多个体数量和新的遗传基因组合的“源”。
三、水文过程的生态学效应
河川水流的空间和时间特征比如快与慢，深与浅，急流与平缓，以及洪峰与低峰流量等。这些水流特征能够影响到大量河流物种的微型和大型分布模式。很多生物对于水流速度是非常敏感的，因为它表示了传送食物和营养物质的一种重要机制，然而也限制了生物体继续生存在河流段落中的能力。一些生物也会对于水流的时间变化作出反应，可能会增加死亡率、改变可用的资源以及打破物种之间的相互作用。
河流中的水流速率决定了水中浮游生物是否能够生长并且维持它们自身的发展。河流中水流速率越慢，其中生长在岸边和底部的生物群落结构和外形就会越接近静水中的模式。
丰水期高流量对很多物种迁徙时间和许多鱼类产卵会起到提示作用。高流量也能对河床物质提纯和分类并且冲刷积水区。极端的低流量或许会限制幼鱼的产量因为这样的流量经常发生在新苗补充和生长时期：
1水流动态对水生生物多样性影响的关键过程
(1)水流是河流生境的主要决定因素，同时也是生物组成的决定性因素，水流动态的改变在不同空间尺度上改变了栖息地，而且影响了物种的分布和丰度以及水生群落的组成和多样性。河流的流动影响了：河道的形状、大小和复杂性，支流和三角洲的形成，浅滩、激流、深潭和净水区域的分布，基质缀块的多样性和稳定性，食物的类型和数量，以及主河道与漫滩的相互作用特征。河流和漫滩的生物已经适应了这种复杂多变的生境格局，生物多样性常常与生境的复杂性直接相关。大型流域生境的多样性一般较高，因此也比小流域支持了更多的水生生物。
(2)水生生物的完成生长史直接响应与天然水流动态，流动特征对塑造生长史产生主要的影响，同时水流动态的改变会导致土著物种多样性的丧失。许多研究表明，降雨与径流的依时变化是河流和湿地的植物、无脊椎动物和鱼类生命循环的主要驱动。
(3)维持河流纵向和横向的连通性对于许多河流物种种群的生命力是非常必要的，纵向和横向的连通性的丧失会导致种群的隔离以及鱼类和其他生物的局部灭绝。
(4)水流动态的改变为外来物种的入侵提供了条件。
2水文特征变化的生物学效应
长期的水文动态与生物的生长史相关,近期的水文事件对种群的组成和数量的影响,现状水文特征主要对生物的行为和生理有影响.
(1)流量与频率变化对生物的影响
频繁变化:增加冲刷，敏感物种丧失;破坏生物生命循环
流量稳定化:改变能量流动,外来生物容易入侵;导致生物局部绝灭、威胁土著物种、改变种群组成;减少水和营养物质进入河漫滩，导致植物：幼苗干化，植物种子扩散条件变差
(2)来水时间的改变对生物的影响
季节性高峰流量的丧失会导致：鱼类产卵、孵化和迁徙激发因素中断;鱼类无法进入湿地或回水区;改变了水生生物的食物网结构;岸边植被复原能力降低或消失;植被生长的速度减缓
(3).来水时期对生物的影响
长时间的小流量导致水生生物聚集;植被减少或消失;植被的多样性消失;植物生理胁迫导致植物生长速度较低;导致地形学的变化。
改变淹没时间会改变植被的覆盖类型
延长淹没时间：植被功能发生变化;对树木有致命的影响;水生生物的浅滩生境丧失。
(4).变化的速度对生物的影响
陡涨陡落导致水生生物被冲刷或搁浅，洪水的暴落导致生物幼苗种群不能建立。
结语
河流的生态功能的认识是评价大坝与河流作用的基础，本文对河流的栖息地功能、过滤作用、屏蔽作用、通道作用、源汇功能进行了概要介绍，对水文过程的变化与生物多样性及生物学效应进行了总结。希望能够对大坝建设导致的阻隔、淹没、水文调节变化对生态环境的影响有一个基本的概念。
大坝对生态环境的影响的研究亟待深入，在未来的研究与工程建设中，建议：
(1)重视大坝环境影响，加强生物与非生物学科的交叉研究，强化生态水文学研究与发展
(2)加强电站水库适应性管理(adaptivemanagement)研究，如充分考虑下游的生态需水要求，过鱼设施等。
(3)加强流域规划环境影响评价
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
