河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究

河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能研究

1水生生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能弱化河流生態(tài)系統(tǒng)是指河流生物群落與河流環(huán)境相互作用的系統(tǒng)。包括河流和河岸、河流和河岸、河流和河岸、河岸和河岸的高度以及依賴淡水的河岸環(huán)境。它是由陸地河岸生態(tài)系統(tǒng)、水生生態(tài)系統(tǒng)、濕地及沼澤生態(tài)系統(tǒng)等在內(nèi)的一系列子系統(tǒng)組合而成的復(fù)合系統(tǒng)。河流是地表淡水的重要組成部分。河流生態(tài)系統(tǒng)為人類提供了重要的服務(wù)功能,也是最易受人類活動影響的生態(tài)系統(tǒng)之一。在過去的半個世紀(jì)中,人類對河岸植被帶破壞、筑壩、分流、裁彎取直、河岸固化、水資源和水生物過度利用等協(xié)同作用,造成河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化。本文分析了河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能、水壩對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響等問題,以期為實現(xiàn)河流生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。2河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分析2.1生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能是指河流生態(tài)系統(tǒng)與河流生態(tài)過程所形成及所維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件與效用,包括對人類生存和生活質(zhì)量有貢獻的河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和河流生態(tài)系統(tǒng)功能。Constanza等將生態(tài)系統(tǒng)提供的商品和服務(wù)統(tǒng)稱為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),同時將全球生物圈分為16個生態(tài)系統(tǒng)類型,將生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分為17個類型,并列舉了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)與生態(tài)系統(tǒng)功能之間的對應(yīng)關(guān)系,是目前最有影響的對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的研究結(jié)果。近年來,許多學(xué)者從不同角度對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)進行了研究,但是研究成果較多地集中在美學(xué)和娛樂功能的評價上。到目前為止,還沒有全面、系統(tǒng)、科學(xué)的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能分類理論。為了對生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值進行核算,Constanza等、Daily、歐陽志云等都提出過不同的分類方法,但是所包含的內(nèi)容基本相同。根據(jù)河流生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的類型和效用,河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能可劃分為河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品和河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)兩方面(圖1)。2.2為河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的內(nèi)容2.2.1發(fā)展水資源及能源的功能河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品是指由河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的,通過提供直接產(chǎn)品或服務(wù),維持人的生產(chǎn)、生活活動的功能。河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品主要包括:①供水。這是河流生態(tài)系統(tǒng)最基本的服務(wù)功能。人類生存所需要的淡水資源主要來自河流。根據(jù)水體的不同水質(zhì)狀況,被用于生活飲用、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè)灌溉等方面。②水產(chǎn)品生產(chǎn)。生態(tài)系統(tǒng)最顯著的特征之一就是生產(chǎn)力。河流生態(tài)系統(tǒng)中,自養(yǎng)生物(高等植物和藻類等)通過光合作用,將CO2、水和無機鹽等合成為有機物質(zhì),并把太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,貯存在有機物質(zhì)中;異養(yǎng)生物對初級生產(chǎn)的物質(zhì)進行取食加工和再生產(chǎn),進而形成次級生產(chǎn)。河流生態(tài)系統(tǒng)通過這些初級生產(chǎn)和次級生產(chǎn),生產(chǎn)豐富的水生植物和水生動物產(chǎn)品,為人類的生產(chǎn)、生活提供原材料和食品,為動物提供飼料。③內(nèi)陸航運。河流生態(tài)系統(tǒng)承擔(dān)著重要的運輸功能。內(nèi)陸航運具有廉價、運輸量大等優(yōu)點。因此,人們修造人工運河,發(fā)展內(nèi)陸航運。④水力發(fā)電。河流因地形地貌的落差產(chǎn)生并儲蓄了豐富的勢能。水能是最清潔的能源,而水力發(fā)電是該能源的有效轉(zhuǎn)換形式。世界上有24個國家依靠水電為其提供90%以上的能源,有55個國家依靠水電為其提供40%以上的能源。中國的水電總裝機居世界第一,年水電總發(fā)電量居世界第四。⑤娛樂休閑。河流生態(tài)系統(tǒng)景觀獨特,流水與河岸、魚鳥與林草等的動與靜對照呼應(yīng),構(gòu)成了河流景觀的和諧與統(tǒng)一。河流生態(tài)系統(tǒng)能夠提供的娛樂活動可以分為兩大方面:一方面是流水本身提供的娛樂活動,如劃船、游泳、釣魚和漂流等;另一方面是河岸等提供的休閑活動,如露營、野餐、散步、遠(yuǎn)足等。這些活動,有助于促進人們的身心健康,減輕現(xiàn)代生活中的各種生活壓力,改善人們的精神健康狀況等。⑥美學(xué)文化。河流生態(tài)系統(tǒng)的自然美帶給了人們多姿多彩的科學(xué)與藝術(shù)創(chuàng)造靈感。不同的河流生態(tài)系統(tǒng)深刻地影響著人們的美學(xué)傾向、藝術(shù)創(chuàng)造、感性認(rèn)知和理性智慧。河流生態(tài)系統(tǒng)是人類重要的文化精神源泉和科學(xué)技術(shù)及宗教藝術(shù)發(fā)展的永恒動力,如尼羅河孕育的埃及文明、幼發(fā)拉底河和底格里斯河孕育的古巴比倫文明、黃河孕育的中華文明等。2.2.2河流生態(tài)系統(tǒng)特點河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)是指河流生態(tài)系統(tǒng)維持的人類賴以生存的自然環(huán)境條件和生態(tài)過程的功能。河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)主要包括:①調(diào)蓄洪水。河流生態(tài)系統(tǒng)的沿岸植被、洪泛區(qū)和下游的濕地、沼澤等具有蓄洪能力,可以削減洪峰、滯后洪水過程,減少洪水造成的經(jīng)濟損失。②河流輸送。河流生態(tài)系統(tǒng)輸送泥沙,疏通了河道,泥沙在入?？谔幱俜e,保護了河口免受風(fēng)浪侵蝕,增強了造地能力。同時,河流生態(tài)系統(tǒng)運輸碳、氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)是全球生物地球化學(xué)循環(huán)的重要環(huán)節(jié),也是河口生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)物質(zhì)的主要來源。③蓄積水分。河流生態(tài)系統(tǒng)的洪泛區(qū)、濕地、沼澤等蓄積大量的淡水資源,在枯水期可對河川徑流進行補給,提高了區(qū)域水的穩(wěn)定性;同時,河流生態(tài)系統(tǒng)又是地下水的主要補給源泉。④土壤保持。河川徑流進入濕地、沼澤后,水流分散、流速下降,河水中攜帶的泥沙會沉積下來,從而起到截留泥沙,避免土壤流失,淤積造陸的功能。⑤凈化環(huán)境。河流生態(tài)系統(tǒng)的凈化環(huán)境功能包括:空氣凈化、水質(zhì)凈化及局部氣候調(diào)節(jié)等。河流生態(tài)系統(tǒng)通過水體表面蒸發(fā)和植物蒸騰作用可以增加區(qū)域空氣濕度,有利于空氣中污染物質(zhì)的去除,使空氣得到凈化;河流生態(tài)系統(tǒng)的陸地河岸子系統(tǒng)、濕地及沼澤子系統(tǒng)、水生生態(tài)子系統(tǒng)等都對水環(huán)境污染具有很強的凈化能力,河流生態(tài)系統(tǒng)通過水生生物的新陳代謝(攝食、吸收、分解、組合、氧化、還原等),使化學(xué)元素進行種種分分合合,在不斷的循環(huán)過程中,一些有毒有害物質(zhì)通過生物的吸收和降解得以減少或消除,使水環(huán)境得到凈化;此外,河流生態(tài)系統(tǒng)能夠提高空氣濕度、誘發(fā)降雨,對溫度、降水和氣流產(chǎn)生影響,可以緩沖極端氣候?qū)θ祟惖牟焕绊?對穩(wěn)定區(qū)域氣候、調(diào)節(jié)局部氣候有顯著作用。⑥固定CO2。河流生態(tài)系統(tǒng)中的綠色植物和藻類通過光合作用固定大氣中的CO2,釋放O2,將生成的有機物質(zhì)貯存在自身組織中。過一段時間后,這些有機物質(zhì)再通過微生物分解,重新以CO2的被釋放到大氣中。因此,河流態(tài)系統(tǒng)對全球CO2濃度的升高具有巨大的緩沖作用。⑦養(yǎng)分循環(huán)。河流生態(tài)系統(tǒng)中的生物體內(nèi)存儲著各種營養(yǎng)元素。河水中的生物通過養(yǎng)分存儲、內(nèi)循環(huán)、轉(zhuǎn)化和獲取等一系列循環(huán)過程,促使生物與非生物環(huán)境之間的元素交換,維持生態(tài)過程。⑧提供生境。河流生態(tài)系統(tǒng)為鳥類、哺乳動物、魚類、無脊椎動物、兩棲動物、水生植物和浮游生物等提供了重要的棲息、繁衍、遷徙和越冬地。⑨維持生物多樣性。生物多樣性包括物種多樣性、遺傳多樣性、生態(tài)系統(tǒng)多樣性和景觀多樣性。河流生態(tài)系統(tǒng)中的洪泛區(qū)、濕地、沼澤和河道等多種多樣的生境為各類生物物種提供了繁衍生息的場所,為生物進化及生物多樣性的產(chǎn)生提供了條件,為天然優(yōu)良物種的種質(zhì)保護及改良提供了基因庫。3影響流域生物要素等級在河流筑壩蓄水后,河流將產(chǎn)生一系列復(fù)雜的連鎖反應(yīng),改變河流的物理、生物和化學(xué)因素。水壩對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在非生物要素和生物要素兩個方面,同時根據(jù)影響程度可以劃分為3個等級。筑壩最先引起流域中非生物要素的變化(流域水文、水質(zhì)和泥沙等),進而引起流域生態(tài)系統(tǒng)中初級生物要素(初級生物和浮游生物等)和流域地形地貌的變化(河道變形和三角洲萎縮等);第一、二級共同綜合作用,引起第3級較高級(無脊椎動物和魚等)和高級(哺乳動物和鳥類等)生物要素的變化。這種相互作用的復(fù)雜性從第一級到第三級是逐步增加的(圖2)。4水庫對河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響4.1改變河流的傳統(tǒng)流量模式河流生態(tài)系統(tǒng)水文變化包括河流流量、水位的變化和河流附近地下水位的變化。在河流上筑壩蓄水后,給河流強加了一種人工的流量變化模式,改變了河流原有的自然季節(jié)流量模式,消除了水文出現(xiàn)的極端變化,對河流徑流和地下水補給產(chǎn)生顯著的影響,引起河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的變化。4.1.1影響河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品的影響在河流上修建水壩,會引起供水、水力發(fā)電等河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品的變化。確保了河流供水區(qū)的供熱能力在河流上筑壩后,提高了河流生態(tài)系統(tǒng)的供水能力,擴大了灌溉面積,彌補了水資源區(qū)域分布不均衡(調(diào)水)和河流流量季節(jié)性變化的缺點,保持了河流供水的穩(wěn)定性。2.水草攔蓄河水發(fā)電是水壩的主要功能之一,所以水壩的修建增強了河流生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)電能力。4.1.2影響河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在河流上修建水壩,會引起調(diào)蓄洪水、蓄積水分等河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化。減少和儲存洪水防洪是水壩的主要功能之一。修筑水壩提高了河流生態(tài)系統(tǒng)調(diào)蓄洪水的能力。水庫周圍地下水水位高流域內(nèi)的地表水與地下水有著密切的水力聯(lián)系,河流水文條件的改變也會影響到地下水的水位。壩址上游水庫蓄水使其周圍地下水水位抬高。上游山區(qū)攔河筑壩,大大減少了下游地下水的補給來源,致使地下水位下降。4.2水質(zhì)變化河流因建壩而經(jīng)歷的化學(xué)、物理和生物變化會極大地改變原有的水質(zhì)狀況。4.2.1影響河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品的影響在河流上修建水壩,會引起供水、水產(chǎn)品生產(chǎn)、休閑娛樂、文化美學(xué)等河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品的變化。凈化能力的提高水壩后面庫區(qū)內(nèi)的水流速慢,滯留時間長,降低了水的自身凈化能力;再加上由于水庫淹沒生物腐爛引起水的酸性增加、庫面蒸發(fā)引起水的鹽度增加、水溫分層、富營養(yǎng)化等,破壞了水質(zhì),降低了河流生態(tài)系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)淡水的能力。水水質(zhì)變差,影響了生物的生長繁殖,降低了水產(chǎn)品的提供能力。休閑娛樂和文化美學(xué)水質(zhì)變差,降低了這方面的功能。4.2.2影響河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)在河流上修建水壩,會引起環(huán)境、生境、生物多樣性等河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化。環(huán)境水質(zhì)變差,將散發(fā)出難聞的氣味,影響了空氣凈化;同時也會影響水體自身的納污凈化能力。影響下游魚類的生長和繁殖水質(zhì)變差,影響了水生生物的生活環(huán)境,如水庫深孔下泄的水溫比河水溫度低,這會影響下游魚類的生長和繁殖;一些深水水庫,水體溫度較低,放水過程會造成一些土著魚類等水生生物難以適應(yīng),這會破壞水生生物物種間的平衡,降低了生物多樣性。4.3沉積物、河流、河床、河口等的變化4.3.1影響河流生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)品的影響內(nèi)陸海運修建水壩,抬高了河流水位,擴寬了流域面積,增強了河流的航運能力。環(huán)境破壞休閑娛樂和文化美學(xué)的影響在河流上修建水壩、形成庫區(qū),將對河流生態(tài)系統(tǒng)的自然環(huán)境產(chǎn)生破壞,影響了休閑娛樂和文化美學(xué);但是,大壩的雄偉氣魄,再加上廣闊的水域面積,又給人們帶來了新的休閑娛樂方式和新的美感,同時也將逐漸形成新的文化。4.3.2影響河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)河口和三角洲江河流經(jīng)地區(qū)的土壤和巖石被侵蝕,正常的河流是把上游的泥沙搬運到中下游及河口,使河道、河床、河口、三角洲保持一種動態(tài)的平衡。但是,修建水壩的河流,水壩則留存了大量的沉積物,河流所攜帶的沉積物大量減少,導(dǎo)致三角洲、沖積平原和海岸線不斷退縮,使濱海地區(qū)受到了嚴(yán)重侵蝕,這種影響將從河口沿海岸線延伸到很遠(yuǎn)的地方;同時,水壩攔蓄了大量的營養(yǎng)物質(zhì),減少了向水壩下游和河口輸送的營養(yǎng)物質(zhì)。實施了大量的泥沙攔截筑壩建庫儲存大量的淡水資源,提高了河流生態(tài)系統(tǒng)蓄積水分的能力,同時也把大量的泥沙攔截在水庫里(失去了造地功能);但是,修建大壩水庫失去了大量的沼澤、濕地、洪泛區(qū)(水庫淹沒、大壩下游沼澤、濕地等干涸),這又降低了河流生態(tài)系統(tǒng)蓄積水分、土壤持留(具有造地功能)的功能。加空氣濕度庫區(qū)廣闊的水域面積增加水的蒸發(fā)量,增加了空氣濕度,這將有利于凈化局部空氣環(huán)境;但是,由于水壩分割了河道,減緩了水的流速,這又降低了水的自身凈化能力。大壩下游河道變深變窄修建水壩使水生生物的生境發(fā)生了顯著的變化:水壩上游形成的庫區(qū)擴大了原來河道的寬度、廣度和深度,減緩了水的流速;水壩下游河道變深變窄,使原來沙洲、河灘和多重河道交織在一起的蜿蜒河流變成了相對筆直的單一河道的河流;水壩攔截了大量的卵石、泥沙等,使水壩下游的河床發(fā)生了變化;水壩分割了河道,阻隔或隔斷了水壩上、中、下游及水庫兩岸之間的自由聯(lián)系;大量濕地、沼澤、洪泛區(qū)喪失等等。修建水壩引起的這些變化使河流生態(tài)系統(tǒng)為水生生物提供的生境趨向簡單化。保持生物多樣性水壩阻隔了回游類生物,分割了水生生物群落的自由聯(lián)系,使一些物種滅絕;同時,生境的變化也使生物多樣性降低了。4.4生物因素的變化4.4.1水岸景觀的限制水庫富營養(yǎng)化將滋生一些劣質(zhì)藻類等水生植物,影響飼料提供;河床、河道、河口等的變化,河流中下游濕地、沼澤、洪泛區(qū)等的萎縮,再加上水壩的分隔作用,將影響魚類、兩棲動物、軟體動物、昆蟲、水禽以及其他濱河生命形式的棲息、產(chǎn)卵、繁殖、生長,這降低了水產(chǎn)產(chǎn)品的提供;但是,修筑水壩形成水庫,擴大了水域面積,為發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)提供了廣闊的空間,同時也促進了水鳥等野生物種的生存和發(fā)展,這增加了水產(chǎn)品的提供。4.4.2影響河流生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)連接b2水文、水質(zhì)、泥沙、河道、河床等的變化,破壞了河流生態(tài)系統(tǒng)中綠色植物和藻類等的生長,進而影響了對CO2的固定?；謴?fù)食物由水壩引起的河流生態(tài)系統(tǒng)生物與非生物環(huán)境的變化,影響了生物與非生物的元素交換,進而對養(yǎng)分循環(huán)產(chǎn)生影響。5中國主要分析方法據(jù)國際大