基本介紹
- 中文名：河流生態系統
- 外文名：River ecological system
- 定義：河流水體的生態系統
- 所屬：流水生態系統
- 特點：具縱向成帶現象等
- 功能：物種流動、能量流動、物質循環等
概念,特點,性質,研究與運用,
概念
河流生態系統是指河流內生物群落與河流環境相互作用的統一體，是一個複雜、開放、動態、非平衡和非線性系統。河流生態系統由生命系統和生命支持系統兩大部分組成，兩者之間相互影響、相互制約，形成了特殊的時間、空間和營養結構，具備了物種流動、能量流動、物質循環和信息流動等生態系統服務和功能。
特點
河流生態系統的組成包括生物和非生物環境兩大部分。非生物環境由能源、氣候、基質和介質、物質代謝原料等因素組成，其中能源包括太陽能、水能；氣候包括光照、溫度、降水、風等；基質包括岩石、土壤及河床地質、地貌；介質包括水、空氣；物質代謝原料包括參加物質循環的無機物質（碳、氮、磷、二氧化碳、水等）以及聯繫生物和非生物的有機化合物（蛋白質、脂肪、碳水化合物、腐殖質等）。生物部分則由生產者、消費者和分解者所組成。
河流生態系統的演進是一個動態過程，不同因子產生動態變化的時間是不同的，如地貌和氣候變化，其時間尺度往往是數千年到數百萬年；河流的演進變化，也至少有數千年的歷史。而由於河流變化而產生的土地利用方式，以及土地利用方式改變造成對河流變化的影響就有多種時間尺度。
總的來說，河流生態系統主要具有以下特點：
①具縱向成帶現象，但物種的縱向替換並不是均勻的連續變化，特殊種群可以在整個河流中再出現；
②生物大多具有適應急流生境的特殊形態結構。表現於浮游生物較少；底棲生物多具有體形扁平。流線性等形態或吸盤結構；適應性強的魚類和微生物豐富；
③與其他生態系統相互制約關係複雜。一方面表現為氣候、植被以及人為干擾強度等對河流生態系統都有較大影響；另一方面表現為河流生態系統明顯影響沿海（尤其河口、海灣）生態系統的形成和演化；
④自淨能力強，受干擾後恢復速度較快。健康河流生態系統的生物群落主要包括浮游和遊動生物群、附著生物群、水陸交錯帶生物群和底棲生物群四大類。浮游和遊動生物群是指河流水生物區的流動水中的浮游或遊動的生物。河流的浮游植物只有當其生長速度達到在水流滯留時群體量能成倍增長的程度，才能保持它的群體。浮游和遊動生物群對河流的水文條件如流速、水溫和河床侵蝕等變化以及進入河流的有毒物質十分敏感。
水中附著植物是一種顯微型植物，通常出現於岩石、砂粒和淤泥的表面。一些藻類附著在高等植物的莖、枝、葉表面生長，不易脫離被附著物。水中的附著生物還包括許多菌類和微型動物，它們附著在岩石、砂粒、淤泥和水生植物的表面，起著不斷淨化水中的污染物質的作用。水陸交錯帶中生存的生物主要有挺水植物、兩棲類動物等。
河流中的挺水植物的組成和茂密程度通常比較穩定，但是存在著明顯的季節變化。挺水植物從河流中汲取營養鹽，也為細小的無脊椎動物提供了生境，並成為魚類的產卵索餌場所。底棲生物群主要包括底棲動物和底棲植物。正是生物群落與非生物條件的共同作用才使河流具有較大的環境容量，並具有顯著的自淨能力。
性質
河流生態系統的性質可分為物理性質和化學性質，簡要解釋如下：
物理性質：
⑴光
河流光照條件主要包括兩個部分：到達水錶的光強和光透射的深度。河流的透明度差別很大，但一般來講，即使最清澈的溪流也要比清澈的湖泊和海洋要渾濁。河流的較低的透明度主要有兩個因素引起：①河流總是與周圍環境保持緊密的聯繫，因此無機和有機物質總是不斷地洗刷、直接掉入或被吹入河流；②河水的湍流對河床沉積物的侵蝕作用以及保持其處於懸浮狀態的作用，這在洪水是最為明顯。河源常常被河岸植物所遮陰。在某些情況下，遮陰幾乎可以完全阻止水中的光合作用。隨著河流寬度的增加，遮陰的程度隨之減弱。在沙漠地區，即使河源也能接受大量太陽輻射並維持強的光合作用。
⑵溫度
河流溫度與氣溫緊密相關，但不會達到陸地溫度的最高值和最低值。位於高海拔或高緯度的最冷的河流溫度可以低到0℃。最熱的流經沙漠的河流溫度也很少超過30℃。
⑶水流
河流的最顯著的特徵是水的不斷流動。從環境方面來看，河流不單單是簡單的水的運動，而是運送食物、去除廢物、更新氧氣、影響河流生物的大小及行為。深潭中的水流流速可以低到每秒幾毫米，而洪水使急流中的流速可以達到每秒6m。大河中的流速常常與河源一樣快。
化學性質：
⑴鹽度
水流經土壤進入河流前總是捕獲溶解性物質。河水中溶解性鹽分的數量反映了流域的土壤類型。熱帶地區雨量充足，含有的可溶性物質早已淋洗殆盡，因此河水鹽分一般很低。相反，溫帶尤其是沙漠河流常常含有很高的鹽度，其差異可以達到幾十甚至幾百倍。
⑵氧氣
河水的氧氣含量與溫度成反比。在寒冷且因攪拌產生的復氧作用強的河源氧含量最高，而在溫度高的河流下游最低。但是，由於河水不斷攪拌復氧，氧含量一般不會限制河流生物的分布。常見的例外是接受城市及工業有機廢水的河流部分，這裡只有耐低氧濃度的生物存在。
研究與運用
①河流生態過程包括：水文過程、物理化學過程、地貌過程和生物過程。其中，水文過程作為河流生境條件的重要組成部分，對生物過程和其他生境過程，如水溫、溶解氧、營養鹽等物理化學過程以及河流的地貌過程起主導作用。大壩建設、調水工程、城市化等人類活動在一定程度上改變了河流的自然水文過程，對河流生態系統造成了一些負面影響。
要緩解這些負面影響，需要對河流生態系統的組成要素、結構、功能和過程有較為深入的了解。從最初研究河流生態系統以來，已發展了若干個描述河流生態系統的概念性模型，比如河流連續體、串聯非連續體、洪水脈衝理論、自然水文情勢、近岸滯留區等。這些概念和模型有助於人們認識河流，更好地管理河流。
②在國內外河流生態系統健康評價和生態修復研究的基礎上，以淮河流域（河南段）河流生態系統作為研究對象，使用頻度分析法和理論分析法，從水文特徵、水質狀況、地貌特徵和生物狀況4個方面，篩選得到17項指標作為健康評價指標體系，並創新性地採用T-S模糊神經網路法評判淮河流域（河南段）河流生態系統的健康狀況。結果顯示：研究區域內共有亞健康、脆弱、病態和惡劣4種健康等級，占比分別為8.43%、74.70%、13.25%和3.61%，脆弱的斷面近於75%。然後在此健康評價的基礎上，將生態系統健康等級為“亞健康/脆弱/病態”的河流生態系統作為待修復的對象，根據各個準則層的健康狀況，將流域內96%待修復斷面分為水質-生物修復模式、水質-地貌-生物修復模式、水量-水質-生物修復模式、水量-水質-地貌-生物修復模式和以綠代水型修復模式5種修復模式，占比分別為3.75%、22.5%、2.5%、67.5%和3.75%，僅2種複合水量修復類型占比接近90%。
