河流生境研究综述

河流生境研究综述

郭文献1,2, 王艳芳1, 徐建新1

(1.华北水利水电大学,河南 郑州 450045; 2.中国水利水电科学研究院,北京 100038)

摘要：河流系统是人类及河流生物赖以生存的大系统.随着经济社会的发展,人类对于河流的依赖程度越来越大,但一系列的开发利用也对河流造成了很大的伤害.河流生物栖息地的研究是河流生态修复和流域环境管理的重要基础.本文主要研究了河流生境的内涵、分类,综述了河流栖息地的评估方法、河流健康评价方法以及关于河流生态调度等的研究现状.

关键词：河流生境;栖息地;河流健康;生态调度中图分类号：X171.4文献标识码：A文章编号：1002-5634(2015)03-0021-03

收稿日期:2015-03-13

基金项目:国家科技支撑计划课题(2012BAB02B04).

作者简介：张丽(1964—),女,河南郑州人,教授,博士,主要从事水工结构、生态水工学、水文与水资源等方面的研究．

DOI:10.3969/j.issn.1002-5634.2015.03.006

河流是连接陆地生态系统和水生态系统间物质循环的重要介质,是人类及河流生物赖以生存的大系统,具有生态系统的基本特性.自1980年后,在河流生态学范畴内,相继提出了一系列的概念和理论,这些理论为河流生态系统研究以及河流生境的生态修复提供了理论基础.河流生物栖息地的研究是对河流进行生态修复的重要基础.笔者主要研究了河流生境的内涵、分类、评估方法、河流健康以及关于河流生态调度等问题.

1生境内涵及其类型

生境即栖息地,美国Grinnell(1917年)首先提出生境一词,即habitat,他定义生境为生物的生存环境的空间范围,一般指生物生活的生态地理环境.生境通常指某种生物或某个生态群体生存繁衍的地域或环境类型.广义上的栖息地概念中包含了生物的生存空间以及生存空间中的全部环境因子.对鱼类而言,其栖息地则包括其完成产卵、索饵、越冬等过程所必需的水域范围[1].

按空间尺度分类,河流生物栖息地分为宏观栖息地、中观栖息地和微观栖息地[2].宏观栖息地主要包括流域和整体河段，中观栖息地包括局部河段和深潭、浅滩,微观栖息地指河流流态、河床结构、岸边覆盖物等.

河流生物栖息地中包含了许多生境因子.根据生境因子分类，其大多被分为两种类型:一类是功能性栖息地;另一类是物理栖息地.功能性栖息地主要研究对象是河流中的介质,主要为底质和植被类型，如岩石、砂、落叶等,适于研究未受人类干扰的河流.物理栖息地主要研究对象是水流的形态,根据影响水流形态的因子对其进行分类.常见的物理栖息地主要有缓流、急流等,其适于研究任何状态的河流[3].

2河流栖息地的评估方法

河流栖息地评估方法可以分为水文水力学方法、栖息地模拟法、河流地貌法、综合评估法[2].

2.1　水文水力学方法

水文水力学方法主要通过水位、流量等参数反映河流栖息地的状况.该类方法几乎应用到了世界上所有的地方,适合用于设定初级目标和国家性战略决策,是应用最为广泛的方法之一[4-5].比如湿周法、R2CROSS 法等.湿周法最初由Nelson[6]等提出,该法在浅滩区迭定具有代表性的几个河道断面，测量不同流量条件下的水深和流速，绘制湿周-流量非线性关系图.湿周随着流量的增加而增大,但当湿周超过某临界值后,关系曲线斜率降低，可认为湿周-流量关系曲线中的第一个转折点所对应的流量为河道生态流量值[2].

2.2　河流地貌法

河流地貌法主要是通过河流地貌特征反映栖息地的状况.在水质与水量条件保持恒定不变时,河流地貌特征与生物群落的多样性存在线性关系,影响生物群落的结构和功能[7].

2.3　栖息地模拟法

栖息地模拟法是河道内环境流量研究中较为广泛的一种计算方法.该方法通过结合水力模拟、物种栖息地的偏好特性模拟出流量和栖息地之间的定量关系.

栖息地模拟法中的关键是建立栖息地适宜度评价指标.用物理生境因子来量化生物群落对栖息地的敏感性与喜好程度.栖息地适宜性标准就是用数值0～1表示影响因子对鱼类从不适宜到适宜的影响情况.栖息地适宜性标准有单变量格式、二元格式、多变量格式[8]3种.单变量栖息地适宜性模型最典型的是河道内流量增加法(Instream Flow Incre-mental Methodology,IFIM).郝增超等[9]利用IFIM方法研究了河道生态需水量多目标评价.多变量栖息地适宜性模型包括回归模型、人工神经网络、决策树等.

栖息地模拟法以生境适宜性曲线为评价方式,以生境与生态系统之间的关系为生态基础,理论依据充分,但是需要大量人力、物力,操作复杂.

2.4　综合评估法

综合评估法是从整体角度综合研究河流栖息地与泥沙、流量等因素的关系[2].

目前河流生境的研究方法较多,每种方法都有自身的适用范围,大多数方法主要用于小型河流的生态影响和生态修复评价,而不太适用于大型河流鱼类的生境评价;其次,目前的研究方法和模型只考虑了流速、水深、底质等生态因子，没有考虑水温、含沙量等因素.而我国过去水生生物监测资料不系统,资料收集困难,大多数研究仅在定性分析层次上,鱼类生境研究的定量化还有待进一步深入.

3河流健康评价

近年来,随着大坝以及各种人类活动对生态的影响,不少学者提出了有关河流生境健康的概念以及河流生境健康评价等.美国《清洁水法修正》(1972年)中表示,河流生境评价以及修复的目标是恢复和保持水和生物的完整性.Norris等[10]认为健康的生态系统是指生物的完整性以及可持续性.An等[11]采用生物完整性、生境状况和化学参数来评价河流健康,认为河流健康即为河流的完整性.刘晓燕等[12]认为河流健康是相对意义上的健康.董哲仁[13]认为河流健康是河流生态系统的一种状态,在这种状态下，河流生态系统保持结构完整性并具有恢复力,同时能满足社会可持续发展的需要.

河流健康评价方法根据评价内容可分为4个方面：物理-化学评价;栖息地评价;水文评价;生物评价.根据评价原理分类,主要分为2类[14]：一类是预测模型方法或称多元变量统计分析方法,如RIVPACS;另一类为多指标方法,主要有IBI、REC、ISC、RHS等.

预测模型法是通过比较理论上河流在未受干扰条件下应存在的生物组成与河流实际的生物物种来评价河流的健康状况.此方法在对河流进行健康评价时只通过单一物种进行评价,不能反映河流的真实健康情况[15].多指标综合评估法是从河流的整体出发,综合不同生物组织层次上多个指标与河流状况之间的关系.多指标综合评估法通过选取河流状况具有代表性的影响因素指标来制定评价标准,然后用等级打分的形式来评价河流状况.多指标综合评估法快速,评价结果易懂,但评价过程复杂,资料不易收集.

4生态调度

目前，国内外学术界对生态调度还没有给出明确的定义.董哲仁等[16]提出了水库多目标生态调度概念,即生态调度是在强调水利工程的经济效益与社会效益的同时，将生态效益提高到应有的位置;水库生态调度要保护河流流域生态系统健康,对筑坝给河流带来的生态环境影响进行补偿.水库生态调度的目标,是以维持河流健康可持续发展为总目标,其中包括维持河流生态系统完整性、生物多样性、生物可持续性等[8].

根据对国内外相关概念的理解,水库生态调度,即以河流健康的可持续性为目标,通过工程措施和非工程措施,调整水库泄水方案,在充分发挥水库的防洪和发电等效益的同时,减缓水库调度对河流生态系统的不利影响.开展水库的生态调度,要认识和了解目前的河流生态问题,掌握其规律和发展的特点,这样才能使水库生态调度真正地发挥效益.

水库生态调度措施总的来说可以分为工程措施和非工程措施2种.其中工程措施包括：①可减小筑坝对洄游鱼类过坝影响的设施，如设鱼梯等；②可提高下游河道最小流量的设施,如选用小型机组、设再调节堰等[17]；③可提高水库下泄水流溶解氧浓度的设施,如使涡轮机通风、设掺氧装置等[18].水库生态调度的非工程措施即通过调整水库下泄方式来减缓其不利影响，包括：①控制咸潮入侵；②保障水库下游河流生态系统合理的环境流量；③控制水体富营养化；④针对鱼类产卵繁殖习性采取相应调度方式；⑤控制下泄水体气体过饱和；⑥泥沙调控措施；⑦调控水库“低温”水下泄；⑧水系连通性调度.

5结语

近来年,随着河流生态环境的破坏越来越严重，各国都在积极探讨河流生态环境的保护和修复.在水利工程的规划设计以及运行管理中,需要充分了解和研究河流栖息地的现状及影响因素,并对其进行评估，进而进行生态修复.目前，国外一些国家已建立系统的生境研究方法，而我国大量研究还处在理论探讨方面,在全国开展生态调控实践仍需要一定时间.

参考文献

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[2]赵进勇,董哲仁,孙东亚.河流生物栖息地评估研究进展[J].科技导报,2008,26(17):82-88.

[3]石瑞花,许士国.河流生物栖息地调查及评估方法[J].应用生态学报,2008，19(9):2081-2086.

[4]杨志峰,崔保山,刘静玲.生态环境需水量评估方法与例证[J].中国科学：D辑,2004,34(11):1072-1082.

[5]杨志峰,陈贺.一种动态生态环境需水计算方法及其应用[J].生态学报,2006,26(9):2989-2995.

[6]Nelson F A.Evaluation of selected instream flow methods in Montana[C]∥Proceedings of the Annual Conference of the Western Association of Fish and Wildlife Agencies.Montana:[s.n.],1980.

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[9]郝增超,尚松浩.基于栖息地模拟的河道生态需水量多目标评价方法及其应用[J].水利学报,2008,39(5):557-561.

[10]Norris R H,Thorns M C.What is river health[J].Freshwater Biology,1999,41(2):197-210.

[11]An K G,Park S S,Shin J Y.An evaluation of a river health using the index of biological integrity along with relations to chemical and habitat conditions[J].Environment International,2002,28(5):411-420.

[12]刘晓燕,张原峰.健康黄河的内涵及其指标[J].水利学报,2006,37(6):649-654，661.

[13]董哲仁.河流生态修复[M].北京:中国水利水电出版社,2013.

[14]Nodrris R H,Hawkins C P.Monitoring river health[J].Hydrobiologia,2000,435(1-3):5-17.

[15]吴阿娜,杨凯,车越,等.河流健康状况的表征及其评价[J].水科学进展,2005,16(4):602-608.

[16]董哲仁,孙东亚,赵进勇.水库多目标生态调度[J].水利水电技术,2007，38(1):28-32.

[17]康玲,黄云燕,杨正祥,等.水库生态调度模型及其应用[J].水利学报,2010,41(2):134-141.

[18]黄云燕.水库生态调度方法研究[D].武汉:华中科技大学,2008.

Research Overview on River Habitat

GUO Wenxian1, 2, WANG Yanfang1, XU Jianxin1

(1.North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450045, China;

2.China Institute of Water Resources and Hydropower Research, Beijing 100038, China)

Abstract:River system is a big system for the survival of human and fluvial biont. With the development of economic and society, human more and more depends on river, but a series of development and utilization caused great damage to river. The research on the habitats of fluvial biont is the important foundation of river ecological restoration and river basin environmental management. In this article, we researched the connotation and classification of river habitat, and summarized the research situations of assessment methods on river habitat, evaluation methods on river health and river ecological dispatch, etc., which have great significance for ecological restoration of river habitat, and so on.

Keywords:river habitat; habitat; river health; ecological dispatch

(责任编辑：蔡洪涛)