退化河流生态系统修复概述

退化河流生态系统修复概述集美大学水产学院海洋渔业科学与技术0712班左薇薇2007250036近几十年来．随着人口的增加和工农业生产的发展，河流生态系统退化问题愈来愈严重。

从一首民谣：“50年代淘米洗菜，60年代洗衣灌溉．70年代水质变坏，80年代鱼虾绝代，90年代身心受害。

”我们可以了解我国大部分河流生态系统退化的大致过程。

2000年，我国11．4万km河流水质评价统计结果显示．符合和优于Ⅲ类水的河长占总评价河长的58．7％，10年过去了，这一数字仍在大幅度下降。

说到这里大家就有疑问，什么是生态系统？什么是退化生态系统？我一一个大家做出解释。

在大气科学和应用气象学中生态系统是指生物群落及其地理环境相互作用的自然系统，由无机环境生物的生产者(绿色植物)、消费者(草食动物和肉食动物)以及分解者(腐生微生物)4部分组成。

在地理学和生物地理学中生态系统是指由生物群落和与之相互作用的自然环境以及其中的能量流过程构成的系统。

在昆虫和昆虫生态学中生态系统是指在一定空间范围内，所有生物因子和非生物因子，通过能量流动和物质循环过程形成彼此关联、相互作用的统一整体。

在生态学和生态系统生态学中生态系统是指在一定空间范围内，植物、动物、真菌、微生物群落与其非生命环境，通过能量流动和物质循环而形成的相互作用、相互依存的动态复合体。

我们主要采用第四个定义来解释生态系统。

退化生态系统是指在自然因素、人为因素干扰下，导致生态要素和生态系统整体发生不利于生物和人类生存的量变和质变。

退化河流生态系统的退化，导致河流廊道水生和陆生动植物物种数量減少，生态系统功能下降，湖泊和湿地面积萎缩，华北等地区地下水位元持续下降等。

河流生态系统的退化现状目前由以下几个方面组成：一是江河、湖泊和水库的污染問題，这对生态系统的健康和可持续性造成了重大威协；二是北方干旱或半干旱地区，水资源的供需矛盾日趋尖锐，由于超量用水造成河流干涸和断流，引起河流生态系统退化。

三是除了化学药品和生活垃圾工业垃圾随意排放到河流当中，人类为了自身的安全与发展，对于河流的进行了大量的人工改造。

特别是近一百多年来利用现代工程技术手段，对河流进行了大规模开发利用，兴建了大量工程设施，改变了河流的地貌学特征。

河流一百年的人工变化超过了数万年的自然演进。

有学者估计，至今，全世界有大约60％的河流经过了人工改造，包括筑坝、筑堤、自然河道渠道化、裁弯取直等（Brookes,2001）。

据统计，全世界坝高超过15米或库容超过300万立方米的大坝有45000座。

其中大约40000座大坝是在1950年以后建设的。

坝高超过150米或库容超过250亿立方米的大坝有305座。

（ICOLD，2000）。

建坝最多的国家依次为中国、美国、前苏联、日本和印度。

一方面，这些工程为人类带来了巨大的经济和社会利益，另一方面却极大改变了河流自然演进的方向。

人们始料未及的是对于河流大规模的改造，造成了对于河流生态系统的胁迫，导致河流生态系统的不同程度的退化。

这种退化也降低了河流生态系统的服务功能，本来大自然对于人类的恩赐因此而减少，这样反过来又损害了人类自身的利益。

人类也逐渐意识到河流生态系统对自身的副作用是异常巨大的，也开始寻求方法进行生态系统恢复。

随着人们逐渐认识到维系河流健康生态系统的重要性，与之相关的河流生态修复理论和技术取得重大进展。

河流生态修复是指使用综合方法，使河流恢复因人类活动的干扰而丧失或退化的自然功能［4］。

它需要掌握破坏生态系统结构和功能或阻止其恢复的自然或人为因素，调查河流生态系统的结构和功能的变化，以及对生态系统有影响的物理、化学和生物过程。

任何修复方案都应该承认河流的现状。

在任何情况下，河流都不会恢复到其原始状态。

河流修复的目标应该是建立具有自修复功能的系统。

河流生态修复是一个复杂的过程，不仅仅是技术层面上的问题，它还涉及到公众参与、政府行为等诸多社会因素。

将来的河流管理不应仅将重点放在调整河流系统来适应人类的需要上，而更应着眼于在流域范围内，调整人类的开发行为来适应河流生态系统。

退化河流生态系统修复的理论基础河流生态系统的脆弱性表现在易受岸上周边地区的影响，包括生命活动和自然过程。

因此，在河流生态修复中，仅仅研究水体本身是不够的，需在流域这样一个大的生态系统中，进行规划和实践。

从这一观点出发，产生了河流连续体概念和河流四维模型理论。

河流连续体Vannote等人提出了河流连续体概念(River Continuum Concept)，这种理论认为由源头集水区的第一级河流起，以下流经各级河流流域，形成一个连续的、流动的、独特而完整的系统，称为河流连续体。

它在整个流域景观上呈狭长网络状，基本属于异养型系统，其能量、有机物质主要来源于相邻陆地生态系统产生的枯枝落叶和动物残肢以及地表水、地下水输入过程中所带的各种养分。

河流连续体是描述河流结构和功能的一个方法。

它应用生态学原理，把河流网络看作是一个连续的整体系统，强调河流生态系统的结构与功能与流域的统一性。

这种由上游的诸多小溪直至下游河口组成的河流系统的连续性，不仅指地理空间上的连续，更重要的是指生态系统中生物学过程及其物理环境的连续。

按照河流连续体理论，从河流源头到下游，河流系统内的宽度、深度、流速、流量、水温等物理变量具有连续变化特征，生物体在结构和功能方面与物理体系的能量耗散模式保持一致，生物群落的结构和功能会随着动态的能量耗散模式作出实时调整。

所以，下游河流中的生态系统过程同上游河流有直接联系，也就是说，上游生态系统过程直接影响下游生态系统的结构和功能。

这一理论还概括了沿河流纵向有机物的数量和时空分布变化，以及生物群落的结构状况，使得有可能对于河流生态系统的特征及变化进行预测。

但是，河流连续体描述的上中下游的能量传递和物质循环过程是一种特例，缺乏一般性，因此限制了这种模型的应用。

河流四维模型在河流连续体概念的基础上，Ward将河流生态系统描述为四维系统，即具有纵向、横向、竖向和时间尺度的生态系统。

纵向上，河流是一个线性系统，从河源到河口均发生物理、化学和生物变化。

河流是生物适应性和有机物处理的连续体。

生物物种和群落随上中下游河道物理条件的连续变化而不断地进行调整和适应。

河流不仅是一个流动的物理系统，更是一个动态的生态系统。

因此，尽可能保持河流上中下游的连续性应成为河流生态修复的一个重点，应特别注意因人类活动造成连续性的中断。

例如，由于过量取水减少了河道水流造成河流干涸及断流。

筑坝破坏了河流纵向的连续性，对鱼类和无脊椎动物的洄游与迁移形成障碍。

另外，自然河流中大量营养物质吸附在泥沙颗粒表面，随水流运动而转移扩散，为水生动植物提供丰富的营养。

河流是水域生态系统物质循环的主要通道。

一旦河流被大坝拦截，粗沙在水库中淤积，清水下泄加剧了对于大坝下游河床的冲刷，改变了营养物质运移规律，有可能破坏原有的河流生态系统结构。

横向上，河流与其周围区域的横向流通性也很重要。

河流与周围的河滩、湿地、死水区、河汊等形成了复杂的系统，河流与横向区域之间存在着能量流、物质流等多种联系，共同构成了小范围的生态系统。

在自然状态的水文循环产生洪水漫溢与回落过程，是一个脉冲式的水文过程，也是一个促进宝贵的营养物质迁移扩散和水生动物的繁殖过程。

但是，人们出于防洪的需要，沿河两岸筑起堤防，把河流约束在两条堤防范围内，使洪水不能肆虐危害人类生存。

但是堤防也有其负面效应。

堤防防碍了汛期主流与周围河滩、湿地、死水区、河汊之间的流通，阻止了水流的横向扩展，形成了一种侧向的水流非连续性。

洪水挟带的大量营养物质无法扩散到洪泛区，泥沙和营养物质被限制在堤防以内的河道内，使岸边地带和洪泛区的栖息地特性发生改变，使两岸植被面积减少，无脊椎动物物种减少。

另外，鱼类无法在洪水期内进入滩地产卵和觅食，也失去了躲避洪水风险的避难所。

鱼类、无脊椎动物等生物群落会减少，最终有可能导致河流周围区域的生态功能退化。

竖向上，与河流发生相互作用的垂直范围不仅包括地下水对河流水文要素和化学成分的影响，而且还包括生活在下层土壤中的有机体与河流的相互作用。

Stanford和Ward在1988年对河流系统的竖向领域进行了观测，他们认为这个区域的生物量远远超过河流的底栖生物量［9、10］。

人类活动的影响主要是不透水材料衬砌的负面作用。

如果对于自然河流进行人工渠道化改造，采用不透水的混凝土或浆砌块石材料作为护坡材料或河床底部材料，将基本割断了地表水与地下水间的通道，也割断了物质流。

在时间尺度上，河流四维模型强调在河流修复中要重视河流演进历史和特征。

每一个河流生态系统都有它自己的历史。

需要对历史资料进行收集、整理，以掌握长时间尺度的河流变化过程与生态现状的关系。

河流系统的演进是一个动态过程。

水域生态系统是随着降雨、水文变化及潮流等条件在时间与空间中扩展或收缩的动态系统。

水域生境的易变性、流动性和随机性表现为流量、水位和水量的水文周期变化和随机变化，也表现为河流淤积与河流形态的变化，泥沙淤积与侵蚀的交替变化造成河势的摆动。

这些变化决定了生物种群的基本生存条件。

退化河流生态系统修复的方法河流生态修复规划与评估包括四部分主要内容：现状及历史调查分析；制定河流生态修复目标；提出规划对策，包括工程任务、管理措施和建立监测与评估系统；进行经济－生态效益综合评估。

编制河流生态修复规划的主要方法流程如下：（1）明确规划的总体思路，包括指导思想，遵循原则，体现人口－资源－环境协调的可持续发展观和人与自然和谐的理念。

（2）现状调查与分析，包括社会、经济及水资源状况、水文气象、地貌地质、河流演进历史和形态、生物物种状况和河流生态系统退化原因调查分析。

（3）在调研的基础上，制定河流生态修复目标。

（4）确定规划范围、时间与空间尺度以及总体格局。

（5）确定工程任务，主要包括水文条件（水量、水质和水文情势的恢复；栖息地建设；濒危、珍稀和特有物种保护与恢复。

（6）建立河流生态监测系统和河流健康评估系统。

（7）提出管理对策（8）对于整个规划进行经济－生态效益综合评估。

我国现阶段河流修复中的首要任务是遏制流域内引起生态系统退化的污染，并在合理论证的基础上采取必要的修复措施。

对于规划、评估、监测这些不同的任务，其工作对象的空间尺度可能是不同的。

监测和评估工作可以在流域甚至是跨流域的尺度上进行。

规划工作的尺度可以是流域或河流廊道。

至于河流修复工程项目的实施，一般在关键的重点河段内进行。

退化河流生态系统修复的技术我国河流生态修复工程的规划设计应在满足防洪等传统工程目标的前提下，使工程适应自然生态系统的要求。

河流修复的规划和设计应采用系统方法，遵循自然规律，不仅能适应有固定边界条件的河流，也能适应可变边界条件的河流，而且要能保证在同一个工程目标下，不同工程技术人员能做出相似的设计方案，系统方法是一个多次反复的过程。