基本介紹
- 中文名：流域生態學
- 外文名：Watershed ecology
- 研究對象：流域
- 交叉學科：淡水生態學、系統生態學等
- 理論：Hierarchial patch dynamics
- 理論：等級嵌塊動態
簡介,特徵與問題,主要內容,背景和內容,
簡介
流域生態學以流域為研究單元，套用等級嵌塊動態（Hierarchial patch dynamics）理論，研究流域內高地、沿岸帶、水體間的信息、能量、物質變動規律。有學者將生態系統中的幾個互相聯繫的基本部分（即數據採集與處理，信息分析、解釋，建模與預測，專家系統與最佳化管理系統）所組成的有機整體稱為生態信息系統，將有關這一研究的學科定義為信息生態學、並認為它是生態系統理論與系統生態學的新發展。而流域生態學作為淡水生態學、系統生態學和景觀生態學間的交叉學科，亦應包括基本的信息生態學內容 。
特徵與問題
人類文明主要集中於淡水生境。世界的河流、湖泊、水庫、溪流和濕地提供了大部分飲用、農業、衛生和工業用水，同時也是大量魚類、兩棲動物、水生植物、無脊椎動物和微生物的棲息地。但人們對地球上淡水生物多樣性的認識還極為貧乏。由於盲目開發、利用，生物多樣性受到了嚴重威脅。淡水系統生物多樣性分布格局與海洋或陸地系統具有本質的不同。陸地或海洋中的生命，在一個廣大的地區，基本上生活在或多或少連續的介質中，物種只需適當調整其活動範圍就可以適應氣候和生態條件的變化。但淡水生境相對不連續，許多淡水物種的分布不易突破陸地的阻隔（這些阻隔將淡水系統分隔成不連續的單元），這便產生了3個重要的效應：淡水物種必須戰勝局部地區氣候和生態條件的變化；淡水生物多樣性通常高度特化，即使一個小小的湖泊或溪流系統也積累了特有的、區域進化的生物群落；即使在任一類生境中物種數都很低的地區，淡水生物多樣性也很高，這是物種在各生境間的相異性所致。
回顧近40年來我國淡水生態學的研究和發展進程，以淡水漁業為例，存在的主要問題有：天然資源的嚴重破壞（多樣性下降，種類和個體小型化上升，天然產量下降）、養魚的經濟和社會效益不樂觀（收益開支比下降，商品飼料緊缺並且價高，主要養殖魚類質量下降）、盲目引種的不良後果以及淡水生態系的縮小、碎裂和退化等。物種多樣性下降的4個基本因素，即生境破碎污染、人對生物的過度捕殺、引種和物種滅絕的次生效應在我國的一些淡水生態系統中同樣嚴重地存在著。
按拉姆薩爾（Ramsar）公約的定義，內陸水體包括不同類型的淡水系統均屬於濕地範疇。全世界的濕地可以劃分為7種自然景觀，即河口、海塗、泛濫平原、淡水沼澤、湖泊、泥炭沼澤和沼澤森林。除擁有河口和海塗外，其餘5種屬內陸濕地景觀，在我國也均有分布。各種內陸濕地景觀都包含了一系列的不同類型的濕地環境，構成一個複合生態系統，如泛濫平原就包括了多種類型的淺水湖泊、淡水沼澤以及洲、灘地等地貌環境。內陸濕地中不同類型濕地環境鑲嵌分布，而且任何一種類型的濕地都與其它類型具有多方面的聯繫，因而環境結構具有多樣化格局，這是濕地生態系統具有極高生物多樣性的基礎。長期以來，人們往往將濕地看成荒地，任意開荒墾植或作為排棄污水、廢物的場所。此外，由於對濕地環境結構的完整對於生態系統的重要性認識不足，就隨意建造人工設施破壞環境結構，如長江中下游泛濫平原的許多水工建築就使當地江湖一體的環境結構瀕臨解體。因此，必須從保護和恢復濕地多樣化的環境結構著手，研究棲息地環境結構多樣化格局對於維持生物多樣性的作用。
過度的人類活動是濕地包括淡水系統生物多樣性喪失的重要原因，其影響可分為如下兩個方面。一是，因生物棲息環境的破壞而導致物種生存受到威脅或消亡，如土地的利用（圍墾和城市化等）導致棲息地的直接喪失，人為建築（水利設施、堤壩等）導致環境結構改變，以及工、農業廢水和城市生活污水造成環境污染等。二是，生物資源的過度利用或污染造成物種的消亡或瀕危，而直接引起生物多樣性下降。某些物種消失後，還導致生態平衡失調，如江河阻隔引起人工調蓄湖泊中江湖洄游魚類種類資源滅絕，使其水體食物網路結構缺損，魚類通過食物鏈的下行效應，導致少數內稟增長力高的生物種群極度發展，而其他生物的生長受到抑制，從而使生物多樣性持續下降。
恢復濕地生物多樣性的重點應在生物棲息環境的完整性和濕地食物網的結構完整性兩個方面，因為一個完善的水生態系統必須具有一個完整的營養結構。通過時水體食物網的主要消費者——魚類的群落結構的營養平衡的監測，可以判斷水生態系統的完整性。這個監測和研究的基本思想由美國學者卡爾（Karr）於1980年提出，並建立了生物完整性指數（IBI）的概念，目前已在北美洲及歐洲較為廣泛地套用於漁業及環境的評價。此外，應根據不同種群的生物學特徵，研究制定合理的利用尺度，協調資源的保護和利用之間的關係，以利於維持自然生態系統和人類本身的持續發展。
主要內容
生態系統多樣性即生物圈內生境、生物群落和生態過程的多樣化以及生態系統內生境、生物群落和生態過程變化的驚人的多樣性，其主要研究內容包括生態系統的組織化水平、生態系統多樣性的維持與變化機制以及生態系統多樣性時空變化的監測等。
實際上，對生態系統多樣性的研究應仍屬於生態系統生態學範疇。以往對生態系統的研究均自生態系統的屬性開始，即研究生態系統的結構和功能以及生物生產力。生態系統結構方面的主要特徵包括：生物群落的組成（種數、生物量、生活史）、非生物物質的量及分布、生物生存條件的範圍和梯度等。這些特徵在很大程度上包含了生物多樣性的信息。而在一個自然的生態系統中，影響生物多樣性的主要因素有以下幾種。一是系統發育的時間，即系統發育時間越久，種的多樣性越高。二是地域面積，即地域面積越大，種的多樣性也越高。三是生境，即生境資源越豐富，對生物的容量大，從而負荷量大，抗逆性強，種的多樣性就越高。此外，群落的演替過程、種向競爭以及人為或外界干擾均對生物多樣性有較大影響，而這些影響均是通過生態系統的功能或過程進行的。從另一角度看，生物多樣性參數對生態系統的功能顯然亦存在重要影響，因此，研究生態系統中生物多樣性和系統功能的相互關係具有十分重要的意義。
對生態系統多樣性進行研究的目的應是定量了解系統內的物種組成和變異程度，從而對生態系統的演替等級和趨勢作數值分析。對淡水系統而言，雖然生物多樣性和生態系統多樣性的研究自一開始即與水質的評價緊密地聯繫在一起，但多樣性分析局限於主要類群內，如藻類多樣性、浮遊動物多樣性和魚類多樣性等。缺乏生態系統層次的綜合分析。目前提出的大量的生態多樣性指數一般可分為α、β、γ三種，在很大程度上不能滿足研究工作的需要，因此有必要“將多樣性指數的測度對象由生物群落擴展到生態系統”以及加緊對生態系統的多樣性綜合指數和等級區劃的研究，為生物多樣性保護工作提供定量化的理論基礎。
從目前國內研究較為深入的一些生態系統來看，我國的生態系統生態學研究還過分地滯留在“靜態”的結構參數的監測上，雖然這種“常規”監測是必須的，但從現代生態學角度看這些參數是不充分和不完備的。
現代生態學研究的基本單元是生態系統，如湖泊、河流生態系統。水生態系統的脆弱性表現在：易受岸上周邊地區的影響（包括生命活動和自然過程），因此，僅僅研究水體本身是不夠的。另外，水體占國土總面積份額很低，以湖泊為例，我國湖泊有24880個，總面積83400km2，面積大於1km2的湖泊有2848個，總面積為80645km2。而流域則大得多，如武漢東湖，水面32km2，匯水面積97km2，而長江流域面積約占國土面積的20%。故無論從理論研究或實際套用的角度來說，將流域視為一個大的生態系統，開展流域生態學研究都是十分必要的。
背景和內容
湖沼學一直作為生態學思考和管理實踐的前沿學科，而現代生態學研究更是迫切地需要與數
學、地學、計算機科學等融合，影觀生態學就是相互融合的較好的例子。但景觀生態學不易與淡水科學
結合，出為水體常作為不透明的、異質的嵌塊在景觀地圖上被描繪，並且水體科學家不常借用景觀生
態學的工具和概念解釋它們。其原因在於淡水生態系統格局很難被看到（多一個水的介質、可視的格局也很短暫）。另外，由於系統不能認識系統本身以及生態系統的開放性，就水而論水容易形成認知障礙，應從更高個一個層次研究水體，將視野從水體擴大到匯水區域（對靜水水體而言）或流域（對流水水體而言），開展流域生態學研究。
流域生態學不同於景觀生態學，其與景觀生態學的區別和聯繫在於：流域有明確的地理學上的邊界，景觀則沒有；流域和景觀都是由不同生態系統組成的異質性區域；景觀主要針對陸地。而流域則主要關心水系：流域和景觀都是社會—經濟—自然複合生態系統；景觀生態學是地理學和生態學的交叉學科，流域生態學則是淡水生態系統向陸地生態系統的一個拓展；景觀生態學以景觀為對象，研究其結構、功能和變化，即景觀要素和生態客體（如動物、生物量、營養物）的空間格局、生態客體在景觀要素之間的流動、鑲嵌體隨時間的變化；流域生態學則研究流域內不同景觀（高地、沿岸帶、水體）和不同生態系統間信息、能量、物質的變動規律。
流域生態學研究應包括如下主要內容：
（1）流域形成的（占地理和古氣候）歷史背景及發展過程；
（2）流域景觀系統的結構（不同生態系統或要素間的空間關係，即與生態系統的大小、形狀、數量、類型、構型相關的能量、物質和物種的分布），功能（空間要素間的相互作用，即生態系統組份間的能量、物質和物種的流）和變化（生態鑲嵌體結構和功能隨時間的變化）；
（3）流域生物多樣性測度，生態環境變化過程
對流域景觀格局（如水生、陸生及水陸交錯帶生物群落和物種）的影響與回響；
（7）水體梯級開發的生態學後果與對策，自然災害的評估與預警；
（8）流域工農業現狀及生物資源的利用與保護，流域社會經濟可持續發展對策。
開展流域生態系統研究，需要多學科、多專業的交叉滲透和聯合攻關。以長江流域為例，數十年來，中同科學院有關研究所與其他科研院所協作，從事水域生態學和陸地生態學的調查研究，已在長江流域的資源、環境科學方面作出了許多重要貢獻，已具有較雄厚的開展流域生態系統研究的科學技術儲備。有關部門將在“九五”期間選擇重點類型與區域進行生態系統多樣性維持機制的研究，主要內容包括重要生態系統的優勢種、關鍵種的保護生物學研究、類群間相互作用（食物網）與生態系統穩定性之間關係的研究以及生境片斷化的成因及恢復的研究。筆者建議在選擇重點類型和區域時，選定一個具有代表性的中等尺度的流域，組織若干研究單位共同協作、聯合開展流域生態學研究，增強生態系統多樣性研究的理論性與實用性。
