陳 進(jìn)

(長(zhǎng)江科學(xué)院 a.院長(zhǎng)辦公室;b.流域水資源與生態(tài)環(huán)境科學(xué)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，武漢 430010)

1 河流生態(tài)系統(tǒng)概念

生態(tài)系統(tǒng)可以定義為［1］:生物群落與其所在環(huán)境相互作用的自然系統(tǒng)，該系統(tǒng)一般由無(wú)機(jī)環(huán)境(以下簡(jiǎn)稱環(huán)境)、生產(chǎn)者(如藻類和綠色植物)、消費(fèi)者(草食動(dòng)物和肉食動(dòng)物)以及分解者(微生物)等4部分組成。環(huán)境包含構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)的物質(zhì)和外部條件，如氣候、底質(zhì)(土壤、巖石)、無(wú)機(jī)鹽、棲息地、水分及水域水文過(guò)程等。環(huán)境條件的好壞直接決定生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜程度和生物群落的豐富度，如:地球南極、北極和我國(guó)的青藏高原，由于氣候寒冷，自然條件惡劣，這些地區(qū)生物多樣性和生物量極少;而熱帶雨林地區(qū)，由于氣候濕暖，降雨量豐富，森林和水系密布，生物多樣性及生物量極其豐富。生物群落也可以反作用于環(huán)境，如生物死亡后可以被分解、沉積和固結(jié)，在長(zhǎng)時(shí)間的理化作用下可以再變成無(wú)機(jī)物(如化石)。生物群落在生態(tài)系統(tǒng)中既適應(yīng)環(huán)境，也在改變著環(huán)境，實(shí)際上各種生物與環(huán)境緊密聯(lián)系在一起，使生態(tài)系統(tǒng)各個(gè)成分之間緊密聯(lián)系，相互依賴。生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是指構(gòu)成生態(tài)系統(tǒng)諸要素及其量比關(guān)系，各組分在時(shí)間上和空間上的分布以及各組分之間的能量、物質(zhì)、信息的交流途徑與傳遞關(guān)系，只有結(jié)構(gòu)完整的生態(tài)系統(tǒng)才是穩(wěn)定和健康的生態(tài)系統(tǒng)，好的生態(tài)系統(tǒng)不僅生物數(shù)量多，而且生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整，生物多樣性豐富。

河流生態(tài)系統(tǒng)是陸地和濕地生態(tài)系統(tǒng)的交集，河流不僅具有水文和水動(dòng)力學(xué)獨(dú)特的內(nèi)涵、陸地徑流及侵蝕物資通向海洋的主要通道，還具有結(jié)構(gòu)完整和功能多樣的生態(tài)學(xué)內(nèi)涵，是一個(gè)基于氣候、水文、地質(zhì)和生物等自然要素以及人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展要素在內(nèi)的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。河流生態(tài)系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是以水循環(huán)為紐帶，以水系及河道為主脈，在氣候、水文、地質(zhì)和生物4要素相互作用下的開放的生態(tài)系統(tǒng)。在不同時(shí)空尺度上，4要素表現(xiàn)出不同的形式及生態(tài)功能，其與陸地和獨(dú)立湖泊生態(tài)系統(tǒng)最大的區(qū)別是縱向尺度差距大、水沙等物質(zhì)通量從上游到下游不斷變化。

2 河流生態(tài)系統(tǒng)理論

對(duì)于河流生態(tài)系統(tǒng)理論發(fā)展貢獻(xiàn)最大的是1980年Vannote［2］提出的河流連續(xù)體理論，該理論通過(guò)從河流源頭、上游到下游全程的科學(xué)觀測(cè)，系統(tǒng)描述各河段環(huán)境與生物群落的結(jié)構(gòu)及功能之間的關(guān)系，指出河流生態(tài)系統(tǒng)的核心是河流環(huán)境決定生物群落結(jié)構(gòu)和功能特征，同時(shí)提出了水流連續(xù)性的重要作用。Ward［3］提出河流連續(xù)性不僅在幾何尺度上的連續(xù)，還有河流水文及水動(dòng)力過(guò)程產(chǎn)生的環(huán)境條件多樣性的作用，提出用四維:即縱向(上游—下游)、橫向(深槽—灘地—洪泛區(qū))、垂直(河底—水面)和時(shí)間(季節(jié)或者年際)來(lái)描述河流生態(tài)系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)了年內(nèi)洪枯變化和年際變化對(duì)于河流生態(tài)系統(tǒng)維持的作用。Junk等［4］隨后提出洪水脈沖理論，更加重視洪水期水流向洪泛區(qū)側(cè)向漫溢所產(chǎn)生的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)循環(huán)和能量傳遞的生態(tài)過(guò)程，對(duì)前面2個(gè)理論進(jìn)行了深化和補(bǔ)充。Vannote和Ward提出的河流連續(xù)性理論是基于長(zhǎng)期的生態(tài)觀測(cè)得到的，但主要針對(duì)自然河流，如充分考慮了森林遮陽(yáng)作用，倒木漂石等小尺度棲息地作用，河岸帶植被碎屑對(duì)于水體有機(jī)物質(zhì)補(bǔ)給等特點(diǎn)，比較適合中小河流或者大河的源頭河段，而像長(zhǎng)江這樣受人類活動(dòng)強(qiáng)烈影響的大河水系，其生態(tài)系統(tǒng)該如何描述和評(píng)價(jià)值得進(jìn)一步的研究。

3 河流生態(tài)系統(tǒng)基本特征

3.1 時(shí)空尺度與棲息地

河流生態(tài)系統(tǒng)最顯著的特征是時(shí)空尺度變化巨大。在幾何尺度上，河流的縱向尺寸比橫向和深度方向大幾個(gè)數(shù)量級(jí)，是狹長(zhǎng)的開放系統(tǒng)。在時(shí)間尺度上，河流演變的幅度與時(shí)間成正比，時(shí)間越久遠(yuǎn)，河流水文參數(shù)的變幅及棲息地環(huán)境變化越大。從景觀生態(tài)學(xué)角度看［5］，河流生態(tài)系統(tǒng)在尺度上具有多個(gè)層次，特別強(qiáng)調(diào)空間格局與過(guò)程、不同尺度間的轉(zhuǎn)換，不同尺度棲息地之間存在的相互關(guān)系，而且與生物結(jié)構(gòu)及功能關(guān)系密切。在時(shí)空尺度上，從細(xì)觀開始，可以將河流生物棲息地尺度劃分為6個(gè)層次［6］(見表1)，細(xì)觀棲息地上一粒泥沙，在其上可以吸附營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，也可以吸附細(xì)菌、藻類等微生物，雖然它小，但其流動(dòng)范圍很大，可以從上游流到河口，甚至近海。生物斑點(diǎn)，小到一塊卵石或者倒木，大到1 km的洲灘、江中島，河流中的生物斑點(diǎn)是著生植物、底棲動(dòng)物、昆蟲、兩棲動(dòng)物和爬行動(dòng)物的棲息地，一段河流中生物斑點(diǎn)越多，棲息地多樣性就越豐富，生物種類也會(huì)越多。工程河段或者稱為生態(tài)走廊，從幾公里到幾十公里不等，一般包括一段典型河流地貌，有主泓區(qū)、緩流區(qū)，有彎道，甚至包括分汊河道，常常分布有魚類產(chǎn)卵場(chǎng)、避難場(chǎng)和洄游通道。景觀河段長(zhǎng)可以從幾十公里到幾百公里范圍不等，一般對(duì)應(yīng)特定的陸地生態(tài)功能區(qū)，包括河岸同類型地質(zhì)或者地貌特征的河段，例如長(zhǎng)江干流上的金沙江下游河段、川江河段、三峽河段、上荊江河段等。從河道特征來(lái)看，一個(gè)景觀河段，其地質(zhì)、地貌、河形、土壤及植被特征基本相同，其岸邊植被類型和生物棲息地條件也類似，構(gòu)成河流中等尺度的生境。研究陸地生物與河流生物關(guān)系，或研究江湖連通生境關(guān)系可以在景觀河段尺度上進(jìn)行。再大一級(jí)的就是一條大河或者大河的主要支流，一般分為河源、上游、中游、下游及河口幾部分，中小河流僅分為上游和下游。這一尺度可以構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的河流生態(tài)區(qū)，可能有特有物種存在，如贛江的鰣魚。如果包括河流水系及陸地整體就是流域級(jí)，它由發(fā)源于高原的上游，中下游沖積平原以及復(fù)雜河網(wǎng)組成，如亞馬孫河、長(zhǎng)江、密西西比河等這樣的大河生態(tài)區(qū)。對(duì)于每一個(gè)時(shí)空尺度的河段，由于環(huán)境條件的不同都對(duì)應(yīng)著特定的生物結(jié)構(gòu)和功能。

表1 河流環(huán)境和生物時(shí)空變化尺度Table 1 Scale of spatiotemporal changes of river environment and biology

3.2 水文過(guò)程與物質(zhì)通量

水文過(guò)程與水中包含的物質(zhì)通量隨時(shí)空變化是河流生態(tài)系統(tǒng)另一個(gè)顯著特征。水文過(guò)程包括水流的年內(nèi)洪枯變化和年際變化過(guò)程，其中洪水不僅可以塑造河道，也是泥沙及其他物質(zhì)通量輸移的主要?jiǎng)恿σ蛩?，也是洄游物種洄游、生產(chǎn)的主要起始信號(hào)。每一場(chǎng)洪水，都會(huì)重塑微生物斑點(diǎn)和工程河段尺度的棲息地，而每一場(chǎng)特大洪水都會(huì)顯著改變景觀河段尺度的河道和洪泛區(qū)的環(huán)境，同時(shí)伴隨著河流物質(zhì)通量的巨大變化。同樣，枯水過(guò)程不僅可以維持緩慢、清澈的水流，有利于水生植物及兩棲動(dòng)物的生長(zhǎng)，底質(zhì)也可以露灘、曝氣，促進(jìn)底泥污染物質(zhì)的分解，改善水質(zhì)，有利于岸邊植物、水禽、候鳥的生長(zhǎng)。過(guò)去比較忽視枯水過(guò)程的生態(tài)作用，其實(shí)枯水過(guò)程與洪水過(guò)程一樣，對(duì)于河流生態(tài)系統(tǒng)具有同等重要作用。物質(zhì)通量包括水流、水中溶解物質(zhì)和水中懸浮顆粒狀物質(zhì)(如泥沙)的總和。物質(zhì)通量的變化不僅會(huì)影響水質(zhì)和生物棲息地的變化，而且隨時(shí)間延長(zhǎng)，會(huì)重塑河岸地貌和河道。在中短時(shí)間(＜1 000 a)尺度上，上游的生態(tài)系統(tǒng)直接影響下游及河口生態(tài)系統(tǒng)，支流生態(tài)系統(tǒng)直接影響干流生態(tài)系統(tǒng);在更長(zhǎng)的時(shí)間(＞1 000 a)尺度上，下游變化也會(huì)影響上游河道變化，如海平面下降，會(huì)使河流總坡降增加，發(fā)生溯源侵蝕，通江湖泊濕地會(huì)萎縮，長(zhǎng)江中下游通江湖泊就曾經(jīng)過(guò)多次這樣的演變。所以說(shuō)，每一種自然的水文過(guò)程都有生態(tài)功能和作用，物質(zhì)通量季節(jié)性變化也是河流生態(tài)系統(tǒng)基本特征，是河流生物需要的環(huán)境條件。

3.3 河流生物特性

雖然原始生物來(lái)自海洋水體，但自從陸地森林植被發(fā)展以來(lái)，使空氣中氧氣增加，而水體中限于含氧量較低的原因，頂層生物只發(fā)展到魚類和豚類動(dòng)物水平，河流中的大型洄游魚類和豚類動(dòng)物與陸地頂層動(dòng)物的獅、虎、豹同樣重要，是水中的“大熊貓”。從生物多樣性和生物量來(lái)看，由于河流受洪枯變化和急流環(huán)境等獨(dú)特條件的影響，單位面積上的生物量比湖泊濕地和森林少。激流環(huán)境造就了河段生物多具有吸附能力或者較強(qiáng)的游泳能力，河道主泓是洄游魚類和豚類動(dòng)物的通道，但浮游植物和水草不易在主泓生存，緩流河段或者分汊河段常常是魚類產(chǎn)卵場(chǎng)或者避難場(chǎng)，藻類和水草等生產(chǎn)者容易繁殖，其中通江湖泊則是理想的育肥場(chǎng)和避難所，更是藻類、水生植物和靜水魚類最佳生長(zhǎng)地。河水的急與緩、河水的混與清、棲息地的動(dòng)與靜等環(huán)境培育出河流獨(dú)特的生物，并伴隨著其整個(gè)生命史。

3.4 人類活動(dòng)影響

人類活動(dòng)對(duì)于河流生態(tài)系統(tǒng)影響巨大，修堤建壩不僅影響河流的連續(xù)性，也顯著改變泥沙等物質(zhì)通量的時(shí)空分布，進(jìn)而影響生物棲息地，河道采砂、河道整治、航運(yùn)、岸線利用、河道外取水、廢污水排放等都會(huì)影響河流生態(tài)系統(tǒng)的健康，而毀滅式的漁業(yè)捕撈更是直接使河流頂級(jí)生物魚類資源大幅減少。從長(zhǎng)時(shí)間來(lái)看，水污染、河道渠化和控制性水庫(kù)的調(diào)節(jié)影響最為明顯，自然水文過(guò)程和物質(zhì)通量調(diào)控會(huì)減少河流生物多樣性，使珍稀和特有水生生物生存困難。

4 長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)

根據(jù)多年來(lái)對(duì)長(zhǎng)江的科學(xué)考察和研究［7－8］，雖然不同地區(qū)的河流或者不同河段生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能存在明顯的差異性，但描述河流生態(tài)系統(tǒng)的連續(xù)性理論在總體上是科學(xué)的。Vannote［2］的研究對(duì)象是中小型的自然河流，而且河段所處高程一般多位于中低高程(2 000 m以下)地區(qū)，得到的結(jié)論是適合于長(zhǎng)江水系中一些中低高程河段和支流，不一定適合長(zhǎng)江源區(qū)或者寬闊的中下游干流江段。長(zhǎng)江與歐美河流比較有以下幾點(diǎn)明顯不同的特點(diǎn):①長(zhǎng)江跨越我國(guó)東西部3級(jí)臺(tái)階，第1級(jí)臺(tái)階高程在3 500 m以上，這些地區(qū)處于世界屋脊——青藏高原，其氣候、地質(zhì)和生態(tài)環(huán)境獨(dú)特，長(zhǎng)江源區(qū)幾乎沒有森林，而是由冰山、裸露巖石、草原或者高原沼澤組成，日夜溫差大，降水量少，陽(yáng)光充沛;②中下游干流江面寬闊，岸邊森林植被少，岸邊植被對(duì)于河流物質(zhì)通量影響顯著小于上游、主要支流或者通江湖泊;③長(zhǎng)江絕大多數(shù)江段受人類活動(dòng)影響巨大，連通性和物質(zhì)通量受人類活動(dòng)影響顯著，使得河段生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能呈現(xiàn)出斷續(xù)狀態(tài)，缺乏連續(xù)的自然規(guī)律。

4.1 生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)空差異巨大

4.1.1 人類干擾強(qiáng)度存在時(shí)代特點(diǎn)

從時(shí)間尺度上看，長(zhǎng)江貫通于第四紀(jì)，到春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期，長(zhǎng)江水系處于純自然狀態(tài)，從戰(zhàn)國(guó)開始，人們?cè)陂L(zhǎng)江及通江湖泊邊修建堤防，到明嘉靖時(shí)期，荊江大堤聯(lián)成一片，標(biāo)志著中下游干流與洪泛區(qū)聯(lián)系開始受到影響。長(zhǎng)江流域不少地區(qū)的森林砍伐活動(dòng)加劇，陸地天然有機(jī)物來(lái)源減少，水土流失日益嚴(yán)重，長(zhǎng)江產(chǎn)沙和輸沙量增加，江湖演變頻繁而劇烈，但這一時(shí)期長(zhǎng)江干流及主要支流水系連通良好，水文過(guò)程自然，水質(zhì)優(yōu)良，可以稱為近自然狀態(tài)，這種狀態(tài)一致持續(xù)到20世紀(jì)50年代。從20世紀(jì)50—80年代，森林砍伐、河道整治、圍湖造田及建閘等人類活動(dòng)加強(qiáng)，造成天然林面積大幅減少，水土流失進(jìn)一步加重，圍湖造田使湖泊濕地面積和通江湖泊數(shù)量大幅減少，河道裁彎取直使局部河道比降增加，河勢(shì)變化劇烈，這些活動(dòng)對(duì)于長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)影響深遠(yuǎn)，但當(dāng)時(shí)的大型水庫(kù)主要建設(shè)在支流上，水系整體連通性尚好，水質(zhì)優(yōu)良，魚類資源豐富，大多數(shù)江段處于近自然狀態(tài)，中下游及兩湖地區(qū)處于半自然狀態(tài)。從80年代到現(xiàn)在，是長(zhǎng)江干流和主要支流大型梯級(jí)水電站或者水庫(kù)建設(shè)的高峰期，從葛洲壩(1971—1988年)到三峽工程完工(2008年)標(biāo)志著長(zhǎng)江干支流梯級(jí)水庫(kù)進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)階段，各主要支流也開始修建控制性水庫(kù)，如:雅礱江的二灘水庫(kù)(1991—2000年);烏江的烏江渡水電站(1970—1982年);漢江的丹江口水庫(kù)(1958—1974年及2013年加高完成);贛江的萬(wàn)安(1960—1994年)等，長(zhǎng)江一級(jí)支流中除赤水河外基本上都修建了大型水庫(kù)或者水電站。長(zhǎng)江的物質(zhì)及水文過(guò)程受到水庫(kù)調(diào)節(jié)的影響，水系的縱向連通性受到顯著影響，城市附近江段存在日益嚴(yán)重的污染帶，加上漁民的過(guò)度捕撈，長(zhǎng)江珍稀和特有魚類生存困難，魚類種群及數(shù)量大幅減少，可以說(shuō)，目前長(zhǎng)江大部分江段處于半自然半人工狀態(tài)。

4.1.2 人類活動(dòng)影響區(qū)域間存在差異性

長(zhǎng)江流域范圍大，各地氣候、地貌和環(huán)境條件及經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平差異較大，目前生態(tài)系統(tǒng)處于近自然狀態(tài)的江段主要有長(zhǎng)江源區(qū)水系、金沙江上游、主要支流的源區(qū)，以及上游川江、長(zhǎng)江河口江段等。這些江段共同特點(diǎn)是人口稀疏、交通不便、人類活動(dòng)少，有些江段雖然修建了梯級(jí)水庫(kù)，但由于交通不便，陸地生態(tài)系統(tǒng)良好，如江西和安徽的南部水系、湖北和湖南西部水系、貴州烏江等地區(qū)，人類活動(dòng)強(qiáng)度不高，陸地森林或者植被良好，而金沙江下游、洞庭湖區(qū)、鄱陽(yáng)湖區(qū)、漢江中下游、長(zhǎng)江下游干流人類活動(dòng)影響顯著。

4.1.3 河流健康部分因素與整體表象存在差異性

從流量、水量和水質(zhì)等為人類服務(wù)功能上看，長(zhǎng)江干流和主要支流并沒有因?yàn)殚_發(fā)和利用而發(fā)生顯著變化，總體上表現(xiàn)出良好狀態(tài)，但從生態(tài)系統(tǒng)角度，無(wú)論是長(zhǎng)江上游的珍稀、特有魚類或者中下游的江豚，還是四大家魚、長(zhǎng)江三鮮(鰣魚、河豚和刀魚)等經(jīng)濟(jì)魚類生存狀態(tài)來(lái)看，已經(jīng)處于嚴(yán)重衰退狀態(tài)，水量雖然在，但水生生物多樣性明顯減少，魚類數(shù)量也堪憂，有“無(wú)魚”河流的表象。

4.2 長(zhǎng)江泥沙及礦物質(zhì)來(lái)源

長(zhǎng)江天然水化學(xué)性質(zhì)不僅取決于河流的底質(zhì)狀態(tài)，更主要取決于陸地侵蝕進(jìn)入河道的泥沙、有機(jī)物等物質(zhì)通量以及水體對(duì)這些物質(zhì)的溶解能力等因素。長(zhǎng)江源區(qū)、金沙江中下游、嘉陵江、漢江上游等都是長(zhǎng)江來(lái)沙的主要河段，而且呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化的特點(diǎn)。汛期物質(zhì)通量占到70%以上，江源區(qū)可以占到90%以上，呈現(xiàn)出典型的季節(jié)性差異，但近20多年來(lái)，受人類活動(dòng)影響，長(zhǎng)江主要產(chǎn)沙江段泥沙已經(jīng)顯著減少。

從水體礦化度看［9］，長(zhǎng)江水質(zhì)從上游到下游，從西北部到東南部，礦化度由高到低，整體上呈遞減分布趨勢(shì)。東部、東南部及漢江上游為低礦化度水區(qū)(＜200 mg/L);金沙江馬過(guò)河、自貢市釜溪河、長(zhǎng)江源區(qū)水系為較高礦化度水區(qū)(＞500 mg/L);長(zhǎng)江口因潮汐作用，礦化度又增高，在200～500 mg/L之間。從長(zhǎng)江水體的總硬度看，總硬度＜250mg/L，水質(zhì)總體較好，但長(zhǎng)江源頭區(qū)總硬度＞250 mg/L，長(zhǎng)江口江段因潮流影響，總硬度在85～250 mg/L之間，與上游徑流量和潮位關(guān)系密切。

天然水質(zhì)變化趨勢(shì)，根據(jù)1980年和2000年2次評(píng)價(jià)結(jié)果為［9］:pH值、總硬度、礦化度仍遵循水文地球化學(xué)循環(huán)區(qū)域地帶性分布規(guī)律的變化，從上游到下游逐步降低，到河口區(qū)因潮汐作用又略有增高趨勢(shì)。其中 pH值由7.63上升到8.01(平均)，長(zhǎng)江水體朝中偏微堿化趨勢(shì)發(fā)展，總硬度比1980年有所增加，這說(shuō)明水體中Ca和Mg等離子在增加。礦化度的平均值由1980年163 ms/L上升到2000年241 ms/L，水體離子總量在增加，這些指標(biāo)遠(yuǎn)高于世界水體平均離子總量，長(zhǎng)江水體存在明顯離子“濃化”趨勢(shì)。近20多年來(lái)，長(zhǎng)江各江段泥沙明顯減少，再加上河道采砂、廢污排放量和面源污染量不斷增加，長(zhǎng)江天然水質(zhì)又發(fā)生顯著變化，根據(jù)2004—2009年春季(5月份)、夏季(8月份)對(duì)長(zhǎng)江口的監(jiān)測(cè)調(diào)查［10］，6 a 時(shí)間硅酸鹽(DSi)下降了63.37%，無(wú)機(jī)氮(DIN)增加了3倍，說(shuō)明長(zhǎng)江天然水質(zhì)處在較大變化之中，其演變趨勢(shì)有待進(jìn)一步觀測(cè)和研究。

4.3 長(zhǎng)江水體營(yíng)養(yǎng)鹽

由于農(nóng)業(yè)大量使用化肥和采礦等人類活動(dòng)，長(zhǎng)江水體中營(yíng)養(yǎng)鹽來(lái)源在空間和時(shí)間上呈現(xiàn)出非均勻化，與農(nóng)業(yè)施肥時(shí)間、采礦、選礦位置和城鎮(zhèn)排污口布局等關(guān)系較大，甚至與排污時(shí)間有關(guān)。在局部江段上述人類活動(dòng)對(duì)水質(zhì)影響程度已經(jīng)超過(guò)水土流失，使長(zhǎng)江水質(zhì)和通量變化趨勢(shì)缺乏連續(xù)、漸變的規(guī)律性。

人類活動(dòng)，特別是控制性水庫(kù)的修建和河道采砂，對(duì)于營(yíng)養(yǎng)鹽時(shí)空分布帶來(lái)顯著影響，如三峽工程蓄水后［10］，由于DSi較低供給，對(duì)硅藻生物量或生長(zhǎng)率增長(zhǎng)的限制，伴隨硅藻生物量的下降，長(zhǎng)江口海域浮游植物群落已經(jīng)呈現(xiàn)出由硅藻群落向甲藻群落演變的趨勢(shì)。長(zhǎng)江中、下游沿江地區(qū)貢獻(xiàn)的氮(N)輸出通量不僅補(bǔ)充了三峽水庫(kù)造成的氮(N)的滯留，還使調(diào)查海域的DIN濃度在大壩蓄水后依然持續(xù)增加，而無(wú)機(jī)磷(DIP)的濃度變化不大。再如丹江口水庫(kù)雖然水體總體Ⅱ類，但由于庫(kù)區(qū)面源和點(diǎn)源污染疊加，總氮濃度已達(dá)到1.2mg/L，超過(guò)地表水Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)的1.3倍，說(shuō)明人類活動(dòng)對(duì)于長(zhǎng)江局部江段水質(zhì)影響明顯。

4.4 長(zhǎng)江水體有機(jī)質(zhì)來(lái)源

天然河流有機(jī)質(zhì)主要有2大來(lái)源:一是陸地植被(倒木、植被碎屑);二是水體在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和光合作用下生產(chǎn)出的浮游生物(如藻類)和水生植物等。發(fā)源于中低高程河流，從森林中的支流流出的激流河流中，前者為主要來(lái)源，而發(fā)源于湖泊濕地的河流中后者可能為主要來(lái)源。由于長(zhǎng)江水系復(fù)雜，天然有機(jī)質(zhì)來(lái)源多樣，加上大量廢污水排放和面源污染，使長(zhǎng)江水體有機(jī)質(zhì)來(lái)源復(fù)雜，如:長(zhǎng)江上、中和下游許多支流發(fā)源于森林，植物碎屑豐富;而洞庭湖、鄱陽(yáng)湖等平原湖泊，水淺，水面大，浮游生物和水草豐富。長(zhǎng)江源區(qū)及金沙江上游干流沿線森林少，比降大，流速快，水體渾濁，有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于有森林分布的支流或者高原沼澤濕地;而中下游城市附近由于大量廢污水排放和附近湖泊的水產(chǎn)養(yǎng)殖，增加了大量有機(jī)污染物質(zhì)，干擾了江水有機(jī)質(zhì)連續(xù)變化的規(guī)律性，江水中的有機(jī)物出現(xiàn)時(shí)間和空間上的不連續(xù)特性，使水生態(tài)系統(tǒng)難以適應(yīng)。

5 有待解決的科學(xué)和管理問(wèn)題

基于長(zhǎng)江水系的特征，采用何種模型或者理論描述長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)科學(xué)難題，目前，長(zhǎng)江除江源、金沙江上游及主要支流源頭附近仍然屬于自然河流外，其他江段都處于人類活動(dòng)影響下。長(zhǎng)江及其水資源在為保障國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，提供巨大的服務(wù)功能時(shí)，不得不損失自然河流的許多特性，目前除水流呈現(xiàn)出連續(xù)性表現(xiàn)外，其他水文水動(dòng)力特性及生境多處于片段化。長(zhǎng)江特有和珍稀生物處于嚴(yán)重衰退狀態(tài)，未來(lái)長(zhǎng)江將處于半自然、半人工河流狀態(tài)，在水庫(kù)內(nèi)，靜水生物量會(huì)顯著增加，而原有的激流生物種群數(shù)量會(huì)大幅減少，給保護(hù)長(zhǎng)江提出了新的挑戰(zhàn)。長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)是人類活動(dòng)引起的河流水文過(guò)程、物質(zhì)通量和棲息地環(huán)境的巨大變化，需要研究的科學(xué)問(wèn)題包括:原有物種生存的棲息地及環(huán)境還能保留到什么程度;存在的少數(shù)激流江段能否維持長(zhǎng)江珍稀和特有物質(zhì)的基本種群數(shù)量;瀕危物種及基因有沒有辦法保存下來(lái);長(zhǎng)江水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)的目標(biāo)、方法及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)如何確定;受人類活動(dòng)強(qiáng)烈干擾下，新的長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)及演變趨勢(shì);梯級(jí)水庫(kù)形成后長(zhǎng)江水文及物種通量演變趨勢(shì);氣候變化對(duì)于長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)影響機(jī)制等。

為了長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，需要解決流域綜合管理中的體制和機(jī)制問(wèn)題，如:協(xié)調(diào)防洪、發(fā)電、航運(yùn)、供水、灌溉、旅游和生態(tài)環(huán)境保護(hù)關(guān)系;長(zhǎng)江水資源和水環(huán)境承載能力確定;水庫(kù)興利和生態(tài)調(diào)度方法及生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制;流域立法及監(jiān)督管理等。

［1］蔡曉明.生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)［M］.北京:科學(xué)出版社，2002.(CAI Xiao-ming.Ecosystem Ecology［M］.Beijing:Science Press，2002.(in Chinese))

［2］VANNOTE R L.The River Continuum Concept［J］.Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences，1980，37:130－137.

［3］WARD J V.The Four-dimensional Nature of Lotic Ecosystem［J］.Journal of the North American Bennthological Society，1989，8(1):2－8.

［4］JUNK W J，BAYLEY P B，SPARKS R E.The Flood Pulse Concept in River-floodplain Systems［J］.Canadian Special Publication of Fisheries and Aquatic Sciences，1989，106(1):110－127.

［5］傅伯杰，陳利項(xiàng)，馬克明，等.景觀生態(tài)學(xué)原理及應(yīng)用(第二版)［M］.北京:科學(xué)出版社，2011.(FU Bo-jie，CHEN Li-xiang，MA Ke-ming，et al.Principle and Application of Landscape Ecology(Second Edition)［M］.Beijing:Science Press，2011.(in Chinese))

［6］陳 進(jìn).長(zhǎng)江演變與水資源利用［M］.武漢:長(zhǎng)江出版社，2013.(CHEN Jin.Evolution of Yangtze River and Water Resources Utilization［M］.Wuhan:Yangtze River Press，2013.(in Chinese))

［7］陳 進(jìn).長(zhǎng)江源區(qū)水循環(huán)機(jī)理探討［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2013，30(4):1－5.(CHEN Jin.Water Cycle Mechanism in the Source Region of Yangtze River［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2013，30(4):1－5.(in Chinese))

［8］陳 進(jìn)，徐 平.金沙江科學(xué)考察的幾個(gè)問(wèn)題及思考［J］.長(zhǎng)江科學(xué)院院報(bào)，2013，30(7):1－6.(CHEN Jin，XU Ping.Considerations on the Scientific Investigation of Jinsha River［J］.Journal of Yangtze River Scientific Research Institute，2013，30(7):1－6.(in Chinese))

［9］萬(wàn)咸濤，張新寧.長(zhǎng)江流域及西南諸河天然水質(zhì)特征與河流健康［J］.人 民 長(zhǎng) 江，2008，39(6):8－9.(WANXian-tao，ZHANGXin-ning.The Natural Characteristics of Water Quality and the River Health［J］.Yangtze River，2008，39(6):8－9.(in Chinese))

［10］李 磊，王云龍，蔣 玫，等.三峽工程蓄水后長(zhǎng)江口溶解硅酸鹽(DSi)營(yíng)養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)的變化特征及其生態(tài)影響分析［J］.環(huán)境化學(xué)，2014，33(1):135－141.(LI Lei，WANG Yun-long，JIANG Mei，et al.Changes and Impacts of Dissolved Silicate and Nutrient Structure in the Yangtze River Estuary and Adjacent Area after Water Storage of the Three Gorges Project［J］.Environmental Chemistry，2014，33(1):135－141.(in Chinese))