[科普中国]-河流生态系统

河流生态系统是指河流水体的生态系统，属流水生态系统的一种，是陆地和海洋联系的纽带，在生物圈的物质循环中起着主要作用。

河流生态系统包括陆地河岸生态系统、水生态系统、相关湿地及沼泽生态系统在内的一系列子系统，是一个复合生态系统，并具有栖息地功能、过滤作用、屏蔽作用、通道作用、源汇功能等多种功能。河流生态系统水的持续流动性，使其中溶解氧比较充足，层次分化不明显。1

河流生态系统始终处于动态变化的过程中。河流生态系统由生物和生境两部分组成。其中，生物是河流的生命系统，生境是河流生物的生命支持系统。

河流生态系统的空间尺度有多种划分方法，从宏观来讲，大致可以划分为景观（区域）、流域、河流廊道和河段等4种。2

概念河流生态系统是指河流内生物群落与河流环境相互作用的统一体，是一个复杂、开放、动态、非平衡和非线性系统。河流生态系统由生命系统和生命支持系统两大部分组成，两者之间相互影响、相互制约，形成了特殊的时间、空间和营养结构，具备了物种流动、能量流动、物质循环和信息流动等生态系统服务和功能。3

特点河流生态系统的组成包括生物和非生物环境两大部分。非生物环境由能源、气候、基质和介质、物质代谢原料等因素组成，其中能源包括太阳能、水能；气候包括光照、温度、降水、风等；基质包括岩石、土壤及河床地质、地貌；介质包括水、空气；物质代谢原料包括参加物质循环的无机物质（碳、氮、磷、二氧化碳、水等）以及联系生物和非生物的有机化合物（蛋白质、脂肪、碳水化合物、腐殖质等）。生物部分则由生产者、消费者和分解者所组成。

河流生态系统的演进是一个动态过程，不同因子产生动态变化的时间是不同的，如地貌和气候变化，其时间尺度往往是数千年到数百万年；河流的演进变化，也至少有数千年的历史。而由于河流变化而产生的土地利用方式，以及土地利用方式改变造成对河流变化的影响就有多种时间尺度。2

总的来说，河流生态系统主要具有以下特点：

①具纵向成带现象，但物种的纵向替换并不是均匀的连续变化，特殊种群可以在整个河流中再出现；

②生物大多具有适应急流生境的特殊形态结构。表现于浮游生物较少；底栖生物多具有体形扁平。流线性等形态或吸盘结构；适应性强的鱼类和微生物丰富；

③与其他生态系统相互制约关系复杂。一方面表现为气候、植被以及人为干扰强度等对河流生态系统都有较大影响；另一方面表现为河流生态系统明显影响沿海（尤其河口、海湾）生态系统的形成和演化；1

④自净能力强，受干扰后恢复速度较快。健康河流生态系统的生物群落主要包括浮游和游动生物群、附着生物群、水陆交错带生物群和底栖生物群四大类。浮游和游动生物群是指河流水生物区的流动水中的浮游或游动的生物。河流的浮游植物只有当其生长速度达到在水流滞留时群体量能成倍增长的程度，才能保持它的群体。浮游和游动生物群对河流的水文条件如流速、水温和河床侵蚀等变化以及进入河流的有毒物质十分敏感。

水中附着植物是一种显微型植物，通常出现于岩石、砂粒和淤泥的表面。一些藻类附着在高等植物的茎、枝、叶表面生长，不易脱离被附着物。水中的附着生物还包括许多菌类和微型动物，它们附着在岩石、砂粒、淤泥和水生植物的表面，起着不断净化水中的污染物质的作用。水陆交错带中生存的生物主要有挺水植物、两栖类动物等。

河流中的挺水植物的组成和茂密程度通常比较稳定，但是存在着明显的季节变化。挺水植物从河流中汲取营养盐，也为细小的无脊椎动物提供了生境，并成为鱼类的产卵索饵场所。底栖生物群主要包括底栖动物和底栖植物。正是生物群落与非生物条件的共同作用才使河流具有较大的环境容量，并具有显著的自净能力。4

性质河流生态系统的性质可分为物理性质和化学性质，简要解释如下：

物理性质：

⑴光

河流光照条件主要包括两个部分：到达水表的光强和光透射的深度。河流的透明度差别很大，但一般来讲，即使最清澈的溪流也要比清澈的湖泊和海洋要浑浊。河流的较低的透明度主要有两个因素引起：①河流总是与周围环境保持紧密的联系，因此无机和有机物质总是不断地洗刷、直接掉入或被吹入河流；②河水的湍流对河床沉积物的侵蚀作用以及保持其处于悬浮状态的作用，这在洪水是最为明显。河源常常被河岸植物所遮阴。在某些情况下，遮阴几乎可以完全阻止水中的光合作用。随着河流宽度的增加，遮阴的程度随之减弱。在沙漠地区，即使河源也能接受大量太阳辐射并维持强的光合作用。

⑵温度

河流温度与气温紧密相关，但不会达到陆地温度的最高值和最低值。位于高海拔或高纬度的最冷的河流温度可以低到0℃。最热的流经沙漠的河流温度也很少超过30℃。

⑶水流

河流的最显著的特征是水的不断流动。从环境方面来看，河流不单单是简单的水的运动，而是运送食物、去除废物、更新氧气、影响河流生物的大小及行为。深潭中的水流流速可以低到每秒几毫米，而洪水使急流中的流速可以达到每秒6m。大河中的流速常常与河源一样快。

化学性质：

⑴盐度

水流经土壤进入河流前总是捕获溶解性物质。河水中溶解性盐分的数量反映了流域的土壤类型。热带地区雨量充足，含有的可溶性物质早已淋洗殆尽，因此河水盐分一般很低。相反，温带尤其是沙漠河流常常含有很高的盐度，其差异可以达到几十甚至几百倍。

⑵氧气

河水的氧气含量与温度成反比。在寒冷且因搅拌产生的复氧作用强的河源氧含量最高，而在温度高的河流下游最低。但是，由于河水不断搅拌复氧，氧含量一般不会限制河流生物的分布。常见的例外是接受城市及工业有机废水的河流部分，这里只有耐低氧浓度的生物存在。4

研究与运用①河流生态过程包括：水文过程、物理化学过程、地貌过程和生物过程。其中，水文过程作为河流生境条件的重要组成部分，对生物过程和其他生境过程，如水温、溶解氧、营养盐等物理化学过程以及河流的地貌过程起主导作用。大坝建设、调水工程、城市化等人类活动在一定程度上改变了河流的自然水文过程，对河流生态系统造成了一些负面影响。

要缓解这些负面影响，需要对河流生态系统的组成要素、结构、功能和过程有较为深入的了解。从最初研究河流生态系统以来，已发展了若干个描述河流生态系统的概念性模型，比如河流连续体、串联非连续体、洪水脉冲理论、自然水文情势、近岸滞留区等。这些概念和模型有助于人们认识河流，更好地管理河流。3

②在国内外河流生态系统健康评价和生态修复研究的基础上，以淮河流域（河南段）河流生态系统作为研究对象，使用频度分析法和理论分析法，从水文特征、水质状况、地貌特征和生物状况4个方面，筛选得到17项指标作为健康评价指标体系，并创新性地采用T-S模糊神经网路法评判淮河流域（河南段）河流生态系统的健康状况。结果显示：研究区域内共有亚健康、脆弱、病态和恶劣4种健康等级，占比分别为8.43%、74.70%、13.25%和3.61%，脆弱的断面近于75%。然后在此健康评价的基础上，将生态系统健康等级为“亚健康/脆弱/病态”的河流生态系统作为待修复的对象，根据各个准则层的健康状况，将流域内96%待修复断面分为水质-生物修复模式、水质-地貌-生物修复模式、水量-水质-生物修复模式、水量-水质-地貌-生物修复模式和以绿代水型修复模式5种修复模式，占比分别为3.75%、22.5%、2.5%、67.5%和3.75%，仅2种复合水量修复类型占比接近90%。5

本词条内容贡献者为:

郝庆菊 - 副教授 - 西南大学