河流生态系统的健康研究及生态调控实践

1.2.1.1　河流生态系统理论研究

河流是陆地生态系统和水生态系统间物质循环的主要通道[46]，河流生态系统是地球生态系统中的一个典型生态系统，具有生态系统的基本特性。概念和模式在河流生态系统的恢复中一直起着重要的作用。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修复以及水库生态调度提供了理论基础。

Vannote et al. （1980）[47]首先提出了河流连续体概念 （River Continuum Concept），该理论是河流生态系统重要概念之一，指出在天然河流系统中，生物种群形成一个从河源到河口的逐渐变化时空连续体，包括河流地理空间、空间的连续，注重河流生态系统中生物因素及其物理环境的连续和系统景观的空间异质性。河流连续体概念强调河流沿纵向的变化，忽视了与洪泛平原河流有关的横向和垂直的范围及功能，后来，Junk et al.

（1989）[48]提出洪水脉冲概念（Flood Pulse Concept），补充和完善了河流连续体概念，主要强调洪水对河道、洪泛平原生态系统的影响。在此基础上，Ward （1989）[49]将河流生态系统描述成四维系统，包括纵向（上游—下游）、横向（洪泛区—高地）、垂向（河道—基底）和时间（每个方向随时间的变化）分量，并强调河流生态系统的连续性和完整性，更加注重流域与河流生态系统的相互关系。

自然因素和认为因素导致河流生态系统的中断，如大坝建设，从而导致河流上下游生态系统的结构和功能发生变化，包括物理、化学以及生物特性等，在此基础上，Ward et al. （1983）[50]提出了序列不连续体概念 （Serial Discontinuity Concept），强调大坝 （干扰）对河流生态系统的影响，随后，该理论得到了进一步发展和应用[51-53]。随着人类对河流管理的日益加强，主要出于洪水控制目的修建大量的防洪堤，阻断河流主河道与洪积平原的相互联系。此外，还有地带分布概念（Zonation Concept）[54]、营养螺旋概念 （Resource Spiraling Concept）[55]、河流水力概念（Stream Hydraulics Concept）[56]、河流生产力概念 （Riverine Productivity Model）[57]、流域等级概念 （Catchment Hierarchy Concept）[58]等，这些概念都丰富和发展了河流生态系统基本理论。

生物多样性理论（Biodiversity）、空间异质性理论 （Heterogeneity）以及中度干扰假说 （Intermediate Disturbance Hypothesis）都是生态学研究中极为重要的概念。生物多样性强调生物遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性[59，60]；空间异质性强调生境多样性，是作用于生物多样性的重要基础[61]；中度干扰假说认为中等程度的干扰能维持高多样性[62]。董哲仁（2003）[63]论述了生物群落与生物环境的统一性，指出河流形态多样性是流域生物群落多样性的基础。

1.2.1.2　河流健康研究

河流生态环境的恶化以及过去河流管理理论方法的落后，促使了河流健康理论的产生和发展，成为研究河流可持续发展和水生生态多样性的热点，并成为河流恢复和管理的目标与方向[64]。河流健康是伴随生态系统健康概念出现的一个新概念[65]。河流健康概念明确提出，仅有10多年的历史，其理论和方法还很不成熟，各专家学者对河流健康内涵的理解也不完全一致。表1-1列举了国内外主要一些学者对河流健康内涵的理解。

表1-1　对河流健康内涵的不同理解

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目前国际上对河流健康没有统一的概念，缺乏明确的定义。河流健康概念被首先提出是在1972年美国《清洁水法》中，在该法案中为河流健康设定了一个标准，既物理、化学和生物的完整性，其中完整性指维持生态系统的自然结构和功能的状态。许多学者以此为基础，认为河流健康即维持河流生态完整[33]。不过随着对生态系统健康概念理解的深入，越来越多的学者认识到不考虑社会、经济与文化的生态系统健康讨论是不全面的，河流健康概念中应该包括人类价值[66，67]，认为河流健康是河流生态系统能维持自身结构的完整性，并能维持正常的服务功能和功能满足人类社会发展的合理需求，在健康的概念中涵盖了生态完整性与对人类的服务价值。这种体现人类价值判断的河流健康理解逐步得到认同。最近，有学者提出了健康工作河流[27]、河流系统健康[35]、流域生态系统健康[68]等概念，进一步拓宽了河流健康的内涵。

其中河流生态系统健康概念主要从生物物理的生态观点来考虑，强调河流生态系统的自然属性健康，核心是评价河流生态系统健康程度、维持生态系统健康机理和管理措施。河流健康概念相对于河流生态系统健康概念，突破生态学领域的限制，考虑人类价值观、人类对河流的利用等对河流环境的影响，河流健康概念更具实践性和实用性，它产生于人们对河流管理工具的新要求，也将服务于河流管理。流域生态系统健康概念认为健康的河流生态系统是健康流域的基础，流域看作一个社会—经济—自然复合生态系统，将人类健康和社会经济因素考虑在内。

我国学者在河流健康的认识上，更注重河流自身生命和功能的健康，强调人与自然和谐。就目前来说，河流处于生态健康状态，即指河流生态系统不仅能保持化学、生物及物理上的完整性，而且能维持其对人类社会提供的各种服务功能，健康的河流是河流的社会功能与自然功能能够取得平衡的河流。因此，河流健康是基于河流管理而提出的一种评价河流状况的概念，用以综合评判河流生态系统结构和功能的整体状态，并为河流管理提供决策。

近20多年来，河流健康状况评价研究已经在很多国家开展，其中以美国、澳大利亚、英国、加拿大和南非等一些国家的评价实践最具有代表性，同时也形成了一系列各具特点的评价方法[30，34，35，65，7276]。表1-2列举了主要国家的河流健康评价方法。

表1-2　河流健康评价方法

大体上看，河流生态系统健康评价方法众多，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；从评价原理上，主要分为两类[90]：一类是预测模型（Predictive Model）方法或称多元变量统计分析方法（Multivariate Statistical Methods），如RIVPACS和AusRiv AS等；另一类方法称为多指标方法 （Multimetrics Index），如IBI、REC、ISC、RHS、RHP等。

预测模型法主要通过单一物种对河流健康状况进行比较评价，并且假设河流任何变化都会反映在这一物种的变化上，因此，一旦出现河流健康状况受到破坏，但并未反映在所选物种变化上的情况，这类方法就无法反映河流真实状况，具有一定的局限性[31]。多指标评价法是不同生物组织层次上多个指标的组合，比如ISC方法综合反映了河流水文学、形态特征、河岸带、水质及水生生物5个要素共计19项指标[91]，能够及时地反映河流健康的变化，其结果更加全面、客观，然而多指标评价法存在评价过程复杂、资料不易收集等缺点。

自20世纪90年代以来，我国已经开始关注从河流健康状况视角保护河流，在河流健康评价指标体系、河流健康评价方法学、河流的可持续管理等方面开展了一定的工作[65，71，73，92-97]。但是，我国的河流保护工作中仍主要侧重于借助物理、化学手段以及少量生物监测评价河流水质状况。有关河流健康的研究还处于起步阶段，还有许多工作要做，如在生物评价方面，还没有系统的观测或监测资料；在水文和水质评价方面，虽然已有资料和经验积累，但缺乏与生物、生境联系方面的观测和科研成果；在生物栖息质量评价方面，未能提出系统的评价方法。因此，从系统健康的角度认识河流状态尚待进一步深入。