河流生態(tài)修復(fù)研究進(jìn)展

楊俊鵬，王鐵良，范昊明，蘇子龍

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院，沈陽110866；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院，沈陽110866）

河流生態(tài)系統(tǒng)具有十分豐富的生物資源和重要的生態(tài)服務(wù)功能。長(zhǎng)期以來，人們?yōu)榱藵M足泄洪、排澇、航運(yùn)、灌溉等要求，過多地使用混凝土等硬質(zhì)材料進(jìn)行水利工程建設(shè)和河道整治，結(jié)果導(dǎo)致河流長(zhǎng)度縮短，河道遭到分割，淺灘和深潭消失，沿河的洪泛平原和濕地消失，河流兩岸的植被減少［1］。同時(shí)，人類將生產(chǎn)和生活產(chǎn)生的大量污染物排入河流中，造成水質(zhì)惡化。此外，人類無節(jié)制地使用河流淡水資源、開發(fā)其生物資源，造成河水干涸、動(dòng)植物減少。以上種種人類活動(dòng)都對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)造成了脅迫，導(dǎo)致其生境惡化，生物多樣性減少，從而造成河流生態(tài)系統(tǒng)的破壞。

隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們的生態(tài)環(huán)保意識(shí)不斷提高，對(duì)“人水和諧發(fā)展”的要求越來越高。保護(hù)水資源、修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)已引起生態(tài)、環(huán)保、水利等多方面的關(guān)注，國(guó)內(nèi)外對(duì)河流生態(tài)修復(fù)理論、應(yīng)用技術(shù)的研究和實(shí)踐取得了重大進(jìn)展［2］。我國(guó)擁有大量的河流資源，但多數(shù)遭到破壞，進(jìn)行河流生態(tài)修復(fù)的研究對(duì)我國(guó)水資源和生態(tài)環(huán)境保護(hù)具有十分重要的意義。

1 河流生態(tài)系統(tǒng)的影響因素

河流生態(tài)系統(tǒng)的影響因素主要有水文條件、流域氣候、河流地貌、河流的水力特性和水質(zhì)等。它們之間相互作用，是河流生態(tài)系統(tǒng)生境的組成要素。其中，水文條件和流域氣候主要是在流域的尺度上對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)過程和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能造成影響，而河流地貌、河流的水力特性以及水質(zhì)則主要在河流廊道和河段這樣相對(duì)較小的尺度上發(fā)揮作用［3］。

水文條件對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)具有主動(dòng)性、驅(qū)動(dòng)性作用，除了對(duì)河流環(huán)境景觀的形成具有重要作用外，還對(duì)河流生物群落的構(gòu)成和生物過程有著重要影響。水文條件包括河流的水量、流量和水文過程。其中，水量和流量對(duì)河流地貌的形成起著決定性的作用，它們的變化對(duì)河流中物質(zhì)、能量、信息以及生物之間的傳遞和遷移具有重要的意義。豐華麗等［4］研究表明，水量和徑流量的減少是河流生態(tài)系統(tǒng)退化的關(guān)鍵因素，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致不可逆的生態(tài)退化。較為激烈的水文過程（例如驟然漲落的洪水）能夠?qū)⒑恿髋c河灘動(dòng)態(tài)地聯(lián)結(jié)起來，促進(jìn)水生與陸生生物之間的能量交換和物質(zhì)循環(huán)。Poff等［5］認(rèn)為水文條件是一種調(diào)節(jié)河流生態(tài)系統(tǒng)完整性和多樣性的控制變量，水量、流量和水文過程任何一項(xiàng)的改變都會(huì)引起河流生態(tài)系統(tǒng)的變化。流域氣候主要通過降雨和溫度對(duì)河流生境進(jìn)行影響。流域氣候與河流生物群落的生物構(gòu)成、生物過程具有明顯的相關(guān)性。降雨會(huì)導(dǎo)致河流的水文條件發(fā)生改變，從而影響河流生境；在溫度較低時(shí)，河流生態(tài)系統(tǒng)的能量交換和物質(zhì)循環(huán)將會(huì)減弱。同時(shí)，河流生態(tài)系統(tǒng)也反作用于流域氣候，造成局部小氣候的改變。生命系統(tǒng)與非生命系統(tǒng)之間存在依存與耦合關(guān)系。河流生物群落依附不同的河流地貌生存發(fā)展，并與河流地貌相互影響；同時(shí)，良好的河流地貌景觀格局使河流與洪泛灘區(qū)、湖泊、水塘和濕地之間保持良好的連通性，為物質(zhì)流、能量流和信息流的暢通提供了物理保障［3］。河流的水力特性在較小的尺度上（如河段、河流廊道）上影響著河流環(huán)境景觀的形成，并且使河流中的生物質(zhì)和礦物質(zhì)得以運(yùn)移和傳遞，為水生生物提供棲息地并輸送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。不同的水生生物都對(duì)應(yīng)有相適宜的水力特性［3］，它的改變將會(huì)對(duì)水生生物造成影響。水質(zhì)是判斷河流生態(tài)系統(tǒng)是否健康的直接指標(biāo)之一，良好的水質(zhì)是維持河流生態(tài)系統(tǒng)多樣性、完整性以及其生態(tài)功能的基本條件，水質(zhì)的惡化將導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)退化。

2 人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫

人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫使其整體性、連續(xù)性等特點(diǎn)遭到破壞，往往造成河流生態(tài)環(huán)境的變化，生物多樣性減少，生態(tài)服務(wù)功能降低，甚至造成不可逆的生態(tài)退化。這種脅迫主要有傳統(tǒng)水利工程對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫、污染物的排放對(duì)河流的污染、引水量過大、沿河的農(nóng)業(yè)、漁業(yè)生產(chǎn)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫等。

2.1 傳統(tǒng)水利工程對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫

傳統(tǒng)水利工程（大壩、河道硬化等）的修建對(duì)河流原有的水文條件、河流地貌以及河流的水力特性造成嚴(yán)重的影響，破壞了河流生態(tài)系統(tǒng)本身的特性，從而造成了其對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫。例如大壩的修建，將河流分割開來，破壞了河流的連續(xù)性，使河流上游形成高位水頭、下游流量減少，中斷了大壩上下游能量、物質(zhì)和信息的傳遞，造成河流原有生境的改變，而生物群落和生境具有統(tǒng)一性，導(dǎo)致河流生物群落的棲息和遷徙規(guī)律受到影響［6］，最終使生物群落的多樣性降低。再如河道硬化整治，由于對(duì)河道采取截彎取直和大量采用混凝土等硬質(zhì)材料，一方面改變了河流地貌和河流的水力特性，破壞了河流的開放性和多樣性，使原來蜿蜒的河道變得順直，河水流速加快，阻礙了河流與河岸之間的交換、地表水與地下水之間的聯(lián)系，改變了水域生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能［7］，造成生物多樣性減少和生態(tài)退化；另一方面，致使河流原有景觀遭到破壞，河道形狀幾何規(guī)則化，變得十分單調(diào)，降低了河流生態(tài)系統(tǒng)的景觀服務(wù)功能。

2.2 污染物排放對(duì)河流的污染

人類在生產(chǎn)、生活過程中向河流排入大量污染物質(zhì)，如果其數(shù)量超過河流生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力，將導(dǎo)致水質(zhì)變壞（如水體富營(yíng)養(yǎng)化、水體中含有大量的懸浮顆粒物等），直接對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)造成破壞（如水生生物大量死亡等），降低其淡水供應(yīng)等生態(tài)服務(wù)功能。另外，由人類活動(dòng)引起的硫化氣體的大量排放，導(dǎo)致酸雨的形成，也會(huì)間接造成河流水質(zhì)的惡化。

2.3 引水量過大

隨著社會(huì)的發(fā)展，工農(nóng)業(yè)以及人類的生活引用了大量的河水，但是每條河流的循環(huán)水量是有限的［8］。無限制的引用河水，使河流生態(tài)系統(tǒng)的水量低于生態(tài)需水量的下限，將導(dǎo)致原有河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的破壞，生態(tài)服務(wù)功能的退化，生物多樣性減少，甚至造成河水干涸，整個(gè)河流生態(tài)系統(tǒng)的徹底毀滅。

2.4 沿河的農(nóng)、漁業(yè)活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫

沿河的農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫主要表現(xiàn)在對(duì)河灘的開墾和耕作。由于土地肥沃，人們加大了對(duì)河灘、湖岸、河邊濕地的開墾。大量的開墾造田使河灘、湖岸及河邊濕地原有的天然植被受到嚴(yán)重破壞，水文條件、河流地貌及水力特性均隨之發(fā)生改變，導(dǎo)致河灘、湖岸土地以及河灘濕地的退化，減少河灘本來擁有的豐富的生物多樣性，降低其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能（如河灘濕地對(duì)河流水質(zhì)的凈化作用等）。此外，河灘的開墾還會(huì)造成水土流失，在河灘田地中大量使用農(nóng)藥，會(huì)對(duì)河流水質(zhì)造成新的污染。而漁業(yè)活動(dòng)則會(huì)造成河流中的經(jīng)濟(jì)魚種受到過分的捕撈，破壞了原有的食物鏈，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)的完整性受損。

3 河流生態(tài)修復(fù)的概念和任務(wù)

有關(guān)河流生態(tài)修復(fù)的概念在學(xué)術(shù)界還沒有統(tǒng)一的定義。我國(guó)學(xué)者任海和彭少麟［9］將其定義為：重建河流系統(tǒng)干擾前的結(jié)構(gòu)與功能及有關(guān)的物理、化學(xué)和生物學(xué)特征，使其發(fā)揮應(yīng)有的作用。2003年，美國(guó)土木工程師協(xié)會(huì)（ASCE）做出有關(guān)“河流生態(tài)恢復(fù)”的定義：河流恢復(fù)是這樣一種環(huán)境保護(hù)行動(dòng)，其目的是促使河流系統(tǒng)恢復(fù)到較為自然的狀態(tài)，在這種狀態(tài)下，河流系統(tǒng)具有可持續(xù)特征，并可提高生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值和生物多樣性。我國(guó)學(xué)者董哲仁［10］在此基礎(chǔ)上將其定義為：河流生態(tài)修復(fù)是指通過適度人工干預(yù)，促進(jìn)河流生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)到較為自然狀態(tài)的過程，在這種狀態(tài)下河流生態(tài)系統(tǒng)具有可持續(xù)性，并可提高生態(tài)系統(tǒng)價(jià)值和生物多樣性。這些概念都突出了人工干預(yù)和自然恢復(fù)的結(jié)合，但其分歧在于對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的程度上，前者是對(duì)原有河流生態(tài)系統(tǒng)的重建，而后兩者則是不追求完全恢復(fù)原有河流系統(tǒng)，而是達(dá)到一個(gè)相對(duì)較為自然的狀態(tài)。學(xué)術(shù)界有關(guān)河流生態(tài)修復(fù)的任務(wù)雖然表述不一，但內(nèi)涵基本相同：一是水質(zhì)、水文條件的改善，使水量高于最小生態(tài)需水量，生境得到恢復(fù)；二是河流生態(tài)系統(tǒng)空間結(jié)構(gòu)（河流地貌），及河流的連續(xù)性和開放性的恢復(fù)，以及河道縱向的蜿蜒性和橫向斷面的多樣性；三是對(duì)生物種群的恢復(fù)，通過對(duì)生境的改善使生物的多樣性得到提高。

4 河流生態(tài)修復(fù)理論研究

自德國(guó)學(xué)者Seifen［11］提出“近自然河溪治理”的概念后，河流生態(tài)修復(fù)得到了蓬勃發(fā)展。20世紀(jì)60年代起，西歐和北美的發(fā)達(dá)國(guó)家將生態(tài)學(xué)原理運(yùn)用于工程實(shí)踐中，開展有關(guān)河道生態(tài)修復(fù)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，并逐步運(yùn)用于實(shí)踐。Vannote等［12］在更早的時(shí)候提出河流連續(xù)體（River Continuum Concept，RCC）的概念，指出河流網(wǎng)絡(luò)從河流源頭起，到下屬各級(jí)河流流域是一個(gè)連續(xù)的、流動(dòng)的整體系統(tǒng)，河流生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能與流域具有統(tǒng)一性。同時(shí)RCC還概括了沿河縱向有機(jī)物數(shù)量的時(shí)空變化、生物群落的結(jié)構(gòu)和資源的分配，使得河流生態(tài)系統(tǒng)特征能夠得到預(yù)測(cè)［13］。但是RCC描述的是沒有受到干擾的河流生態(tài)系統(tǒng)，具有特殊性和局限性。董哲仁等［14］提出“水文—生物—生態(tài)功能河流連續(xù)體”概念，其內(nèi)涵是：以河流水文—水力學(xué)過程空間連續(xù)性，生物群落結(jié)構(gòu)空間連續(xù)性，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流和能量流空間連續(xù)性，信息流空間連續(xù)性為要素的河流連續(xù)體模型；同時(shí)，考慮水文、生物及河流生態(tài)系統(tǒng)演變和進(jìn)化的動(dòng)態(tài)特征，建立相應(yīng)的時(shí)間坐標(biāo)和尺度。這些概念指出了河流生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)和時(shí)空尺度，構(gòu)成了研究人類活動(dòng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的脅迫機(jī)理和河流生態(tài)修復(fù)的理論基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，開展了河流健康、河流生態(tài)需水量、河流生態(tài)修復(fù)的尺度和機(jī)理的研究，以及修復(fù)方法技術(shù)的研究。

4.1 河流健康

河流健康的研究可為河流的生態(tài)修復(fù)提供相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，是河流管理工作的依據(jù)。學(xué)術(shù)界對(duì)河流健康還沒有統(tǒng)一的定義，但總體來說可以分為兩類。一是單純從河流生態(tài)系統(tǒng)出發(fā)，Richard等［15］認(rèn)為河流健康是指河流生態(tài)系統(tǒng)完整、生態(tài)條件良好。這種定義適合未受人類活動(dòng)干擾的河流，但是當(dāng)前多數(shù)河流不可避免地與人類社會(huì)相聯(lián)系，所以另外一類定義將人類的價(jià)值涵蓋其中，強(qiáng)調(diào)了河流對(duì)社會(huì)生態(tài)服務(wù)的特征。夏自強(qiáng)和郭文獻(xiàn)［16］在總結(jié)前人相關(guān)概念的基礎(chǔ)上，提出河流健康為既能保持生態(tài)系統(tǒng)的完整性，同時(shí)又能維持其對(duì)人類社會(huì)提供的各種服務(wù)功能。澳大利亞新南威爾士州的健康河流委員會(huì)（Healthy River Commission）將健康河流定義為：與其環(huán)境、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)特征相適應(yīng)，能夠支持社會(huì)所希望的河流的生態(tài)系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)行為和社會(huì)功能的河流為健康河流［17］。目前，多數(shù)學(xué)者采用第二類定義。

對(duì)河流健康的研究主要集中在對(duì)河流健康的評(píng)價(jià)上。國(guó)外較早開展了相關(guān)研究，并立足于實(shí)際情況，建立起采用不同指標(biāo)體系和標(biāo)準(zhǔn)的河流健康評(píng)價(jià)方法。目前，國(guó)外采用的評(píng)價(jià)方法可分為生物評(píng)價(jià)法和綜合指標(biāo)法兩類。其中，生物評(píng)價(jià)法是基于生物對(duì)河流環(huán)境變化的反應(yīng)來對(duì)河流健康進(jìn)行評(píng)價(jià)，澳大利亞采用的AusRivAS模型就是將大型無脊椎動(dòng)物作為指示物種，對(duì)其生活狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將其作為評(píng)價(jià)指標(biāo)與期望值相比較得出評(píng)價(jià)結(jié)果［18］。但是當(dāng)所評(píng)測(cè)河流缺乏指示物種時(shí)，該方法則不能有效地做出評(píng)價(jià)。而綜合指標(biāo)法綜合了物理、化學(xué)、生境、生物等多方面因素，能夠反映不同尺度的信息，綜合指標(biāo)法將成為未來河流健康評(píng)價(jià)的主要發(fā)展方向。常用的是澳大利亞維多利亞州制定的河流狀況指數(shù)法（ISC），該法通過對(duì)河流的水文、河流物理狀態(tài)、岸邊帶、水質(zhì)和水域生物5個(gè)方面的現(xiàn)狀與原始狀況相比較進(jìn)行健康評(píng)價(jià)［18］。我國(guó)學(xué)者也較為傾向于綜合指標(biāo)法，高永勝等［19］在考慮了社會(huì)需求的滿足程度和維持河流自身生命需要的基礎(chǔ)上建立了河流健康生命評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，該體系包括地貌結(jié)構(gòu)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)功能、生態(tài)功能3個(gè)方面的16項(xiàng)指標(biāo)，并選擇分層二元對(duì)比專家分析法確定指標(biāo)權(quán)重。但是綜合評(píng)價(jià)法也存在指標(biāo)過于繁雜、某些指標(biāo)的監(jiān)測(cè)成本較高、評(píng)價(jià)速度慢等缺點(diǎn)，尚需要進(jìn)一步完善和發(fā)展。

4.2 河流生態(tài)需水量

河流生態(tài)需水量是河流生態(tài)修復(fù)的重要依據(jù)，使河流水量滿足生態(tài)需水量要求也是河流生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)之一。河流生態(tài)需水量是指在特定生態(tài)保護(hù)目標(biāo)下，維持特定時(shí)空范圍內(nèi)的河流生態(tài)系統(tǒng)水分平衡所需要的總水量［20］。國(guó)外對(duì)河流生態(tài)需水量的研究開展的較早，并已形成了一套相對(duì)完整的體系，目前，相關(guān)研究已擴(kuò)展了尺度，將生態(tài)需水量的研究與其他生態(tài)系統(tǒng)以及人類社會(huì)聯(lián)系起來，并從河流生物群落所需的水動(dòng)力學(xué)、水質(zhì)要求等多個(gè)方面開展研究，并廣泛地應(yīng)用于河流的生態(tài)修復(fù)和管理之中。Acreman等［21］研究表明，河流的生態(tài)需水量應(yīng)立足于河流自身，滿足河流生物對(duì)水的質(zhì)、量、水動(dòng)力等多方面需求，同時(shí)，還要充分考慮到人類社會(huì)的需求。Arthington和Pusey［22］通過對(duì)澳大利亞全國(guó)河流水資源分配進(jìn)行分析，提出應(yīng)通過對(duì)水流（包括水質(zhì)、流態(tài)等）的保護(hù)和修復(fù)來保證生態(tài)需水。我國(guó)河流生態(tài)需水量研究則側(cè)重于解決水資源短缺危機(jī)、河流生態(tài)修復(fù)等方面。倪晉仁等［23］將河流生態(tài)需水量分為：河流水污染防治用水、河流生態(tài)用水、河流輸沙用水、河口區(qū)生境用水以及河流景觀與娛樂環(huán)境用水。王偉等［24］對(duì)灤河典型水庫群聯(lián)合調(diào)度影響區(qū)（潘家口水庫、大黑汀水庫至灤河河口）的最小、適宜、理想三個(gè)等級(jí)的生態(tài)需水量進(jìn)行了計(jì)算，為灤河下游的生態(tài)修復(fù)提供依據(jù)。常用的計(jì)算方法有水文學(xué)法、水力學(xué)法、棲息地法、整體法。這些方法在國(guó)內(nèi)結(jié)合應(yīng)用背景進(jìn)行了改造，并得到了廣泛的應(yīng)用。

4.3 河流生態(tài)修復(fù)的尺度和機(jī)理

河流生態(tài)修復(fù)的尺度和機(jī)理研究有助于確定河流生態(tài)修復(fù)的規(guī)劃、原則以及所采用的修復(fù)方法。目前對(duì)河流修復(fù)的理論研究多集中于流域尺度，董哲仁［10］通過分析水文過程與生態(tài)過程的耦合特征，論證了流域尺度是編制河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃的適宜尺度，以流域尺度進(jìn)行河流生態(tài)修復(fù)規(guī)劃更能反映生態(tài)系統(tǒng)整體性特征。也有學(xué)者提出應(yīng)針對(duì)不同的時(shí)空尺度特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的研究，趙彥偉和楊志峰［25］探討了河流生態(tài)修復(fù)的時(shí)空尺度，將時(shí)間尺度分為短、中、長(zhǎng)和極長(zhǎng)四個(gè)尺度，將空間尺度分為區(qū)域、流域、河流廊道和河段4個(gè)尺度，指出在修復(fù)過程中應(yīng)根據(jù)不同的時(shí)空特點(diǎn)，確定重點(diǎn)內(nèi)容和方向。

在河流生態(tài)修復(fù)機(jī)理研究方面，李睿華等［26］研究了美人蕉、香根草和荊三棱3種水生植物改善河水水質(zhì)的機(jī)理和效果，指出河道修復(fù)中植物對(duì)提高河流自凈能力、改善流域局部小氣候有重要的作用?；惼嫉龋?7］研究了河湖底泥的生物修復(fù)方法，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了闡述。高甲榮等［28］對(duì)采用扦插、生物墊和梢捆3種土壤生物工程措施進(jìn)行河流岸坡治理的北京懷九河—渡河段的穩(wěn)固岸坡效果進(jìn)行了調(diào)查觀測(cè)，分析了其加固機(jī)理。Pedersen等［29］通過對(duì)Skjern River的生境、大型植物和大型無脊椎動(dòng)物在2000年（修復(fù)前）和2003年（修復(fù)后）的兩次調(diào)查觀測(cè)，分析了生物群落的恢復(fù)機(jī)理，指出生態(tài)修復(fù)使生境變得豐富多樣，極大地促進(jìn)了生物群落的增長(zhǎng)，并指出生物群落將會(huì)隨著河流形態(tài)的穩(wěn)定而持續(xù)發(fā)展。Nakano等［30］對(duì)日本北部的Shibetsu River的生態(tài)修復(fù)進(jìn)行了調(diào)查研究，探討了大型無脊椎動(dòng)物種群的恢復(fù)機(jī)理，指出重塑的蜿蜒河道為大型無脊椎動(dòng)物創(chuàng)造了兩種主要的生境：穩(wěn)固的河床邊緣生境和在河道彎曲處形成的樹木的生境，這兩種生境有利于大型無脊椎動(dòng)物的發(fā)展。鄭天柱等［31］應(yīng)用生態(tài)工程學(xué)理論進(jìn)行河道生態(tài)恢復(fù)機(jī)理的探討，指出滿足河流生態(tài)需水量是缺水地區(qū)恢復(fù)河流生態(tài)的關(guān)鍵。楊海軍等［32］對(duì)河岸生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)過程中自組織機(jī)理進(jìn)行了初步研究。綜合目前國(guó)內(nèi)外研究情況，關(guān)于河流恢復(fù)機(jī)理的研究尚屬于初步階段，一些機(jī)理尚不清楚，還有待深入研究，例如河岸生態(tài)系統(tǒng)在恢復(fù)過程中對(duì)水生生物群落的影響等問題。

4.4 河流生態(tài)修復(fù)模型

河流生態(tài)修復(fù)模型可有效地為河流生態(tài)修復(fù)的規(guī)劃和決策提供參考和指導(dǎo)，也是近年來國(guó)際上研究的熱點(diǎn)之一。國(guó)外較早地開展了該方面的研究，并相繼建立了一些模型，為河流的生態(tài)修復(fù)服務(wù)。例如基于GIS技術(shù)建立的生境適宜指數(shù)模型（HIS，Habitat Suitability Index）［33］，將其結(jié)合河流水力模型可有效地預(yù)測(cè)水生生物的適宜生境的參數(shù)（如水深、流速等），可為河流生境的修復(fù)提供參考，但該模型在遇到復(fù)雜河道時(shí)部分參數(shù)的預(yù)測(cè)與標(biāo)準(zhǔn)值不符。又如模擬大壩拆除后河流中沉積物運(yùn)動(dòng)和河床穩(wěn)定性的模型［34］，它可以對(duì)大壩拆除后河流中沉積物的重新分配及河床的穩(wěn)定性進(jìn)行預(yù)測(cè)，包括大壩拆除時(shí)期和拆除后的4a恢復(fù)時(shí)期，但是該模型未考慮河流對(duì)河床的沖刷。另外還有計(jì)算水流動(dòng)力的模型（CFD，Computational Fluid Dynamics）［35］，該模型被廣泛應(yīng)用于確定水流運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以滿足生態(tài)水利工程的需要，并可結(jié)合其他生態(tài)學(xué)模型模擬恢復(fù)過程，為河流的生態(tài)修復(fù)服務(wù)。有關(guān)綜合模型的報(bào)道較少，Bockelmann等［36］在2003年針對(duì)英國(guó)的Afon Morlais河的一段長(zhǎng)約3km的蜿蜒片段開發(fā)了生態(tài)恢復(fù)模型，此模型集合該河流片段的水力、土層、生態(tài)參數(shù)建立而成，可以對(duì)河流的恢復(fù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，但由于各條河流的狀況不同，因此該模型具有特殊性和局限性，不能得到廣泛的應(yīng)用。我國(guó)的河流生態(tài)修復(fù)模型尚處于起步階段，但也取得了一定的成果。葉飛等［37］通過原位樣方觀測(cè)和室內(nèi)水情模擬實(shí)驗(yàn)，開發(fā)了岸邊帶植被演替模型，該模型耦合了全局基于連續(xù)性模式的水動(dòng)力模塊和局部基于元胞自動(dòng)機(jī)模式的植被演替模塊，但是該模型由于缺乏對(duì)水溫、濁度等因素的考慮，具有局限性。我國(guó)在綜合模型的方面尚處于概念理論階段，相關(guān)報(bào)道較少。綜合上述文獻(xiàn)，當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)河流生態(tài)修復(fù)模型的研究多集中于對(duì)部分的模擬，并且這些模型考慮的影響因素不全面，只能對(duì)一些理想狀態(tài)下的情況進(jìn)行模擬，具有局限性；由于河流生態(tài)恢復(fù)機(jī)理尚不明確，所以對(duì)于綜合模型的報(bào)道較少，已開發(fā)出的綜合模型還不完善，有待進(jìn)一步研究。

5 河流生態(tài)修復(fù)的方法

目前，河流的生態(tài)修復(fù)方法主要用于對(duì)河流地貌和水質(zhì)的修復(fù)，常用的修復(fù)方法有：

（1）水利工程設(shè)施的拆除。由于水利工程會(huì)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成脅迫，人們?cè)谶M(jìn)行河流的生態(tài)修復(fù)時(shí)會(huì)通過拆壩、拆除混凝土河道等措施降低水利工程對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響。

（2）河岸帶的修復(fù)。河岸帶位于水陸交錯(cuò)地帶，是河流水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間能量、物質(zhì)和信息交換的重要過渡帶。因此，河岸帶的修復(fù)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)具有重要的意義。常采用后撤堤防、建造生態(tài)護(hù)坡以及修復(fù)或建造河岸濕地等方法進(jìn)行河岸帶的修復(fù)，可有效提高生物多樣性和防治水土流失。李小平和張利權(quán)［38］在上海浦東機(jī)場(chǎng)鎮(zhèn)河岸帶中采用沉水植物、挺水植物、濕生植物進(jìn)行修復(fù)，10個(gè)月后發(fā)現(xiàn)土壤剪切力和生物多樣性都得到了明顯改善。

（3）河道的修復(fù)。對(duì)河道的修復(fù)主要是在縱向上修復(fù)河道自然蜿蜒的形態(tài)，趙進(jìn)勇等［39］總結(jié)了修復(fù)蜿蜒形態(tài)的四種方法：復(fù)制干擾前的蜿蜒模式法、參考附近未受干擾河段模式法、自然恢復(fù)法和通過對(duì)受干擾河流進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)和分析的系統(tǒng)分析法。但由于河流都具有獨(dú)特性，因而復(fù)制法和參考法都具有特殊性，不適合所有河道；自然恢復(fù)法的歷史較長(zhǎng)；系統(tǒng)分析法能夠綜合多方因素模擬河流的蜿蜒形態(tài)，較為適用。河道修復(fù)在橫向上是修復(fù)河道斷面的多樣性，同時(shí)注意深潭—淺灘的創(chuàng)建。另外還可以通過建造橡膠壩、小型水堰等方法來改善河道內(nèi)的局部地貌形態(tài)。美國(guó)從1990年開始的基西米河生態(tài)修復(fù)工程，通過改變上游水庫的運(yùn)行方式、修建攔河壩抬高水位以恢復(fù)兩岸濕地和回填渠化河道、恢復(fù)其自然蜿蜒狀態(tài)等方式，達(dá)到河流生態(tài)修復(fù)的目的［40］。

（4）控制入河污染物。水質(zhì)是河流生態(tài)系統(tǒng)的重要影響因素和生境要素，對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康有著至關(guān)重要的影響。在結(jié)合河岸濕地、生態(tài)河道的生態(tài)治污等防治污水方式的同時(shí)，還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)各類入河污染物排放的控制，以減少水污染，修復(fù)河流水質(zhì)。

6 建議

我國(guó)幅員遼闊，擁有大量的河流，但是由于人為或自然原因，大部分河流生態(tài)系統(tǒng)遭受到了不同程度的破壞。因此，加強(qiáng)對(duì)未受干擾河流的保護(hù)和對(duì)已受破壞河流進(jìn)行生態(tài)修復(fù)已刻不容緩。從目前國(guó)內(nèi)研究情況來看，河流的生態(tài)修復(fù)雖取得一定成就，但仍處于探索階段，針對(duì)我國(guó)實(shí)際情況提出以下發(fā)展建議：（1）在根據(jù)不同尺度進(jìn)行河流生態(tài)修復(fù)工程的規(guī)劃和建設(shè)的同時(shí)，應(yīng)注意結(jié)合河流所在區(qū)域的其它環(huán)境保護(hù)和生態(tài)修復(fù)，以助于更大尺度范圍內(nèi)的生態(tài)建設(shè)；（2）當(dāng)前大多的研究和工程實(shí)踐偏重于河流水質(zhì)的改善，今后應(yīng)加強(qiáng)對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能修復(fù)的研究和實(shí)踐；（3）加強(qiáng)對(duì)河流生態(tài)修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)的研究，盡快確立起修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)，為河流生態(tài)修復(fù)提供依據(jù)；（4）應(yīng)綜合修復(fù)方法、河流健康評(píng)價(jià)體系、生態(tài)需水量以及修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)等多個(gè)方面，構(gòu)建起一套完整的河流生態(tài)修復(fù)模型，來指導(dǎo)具體工程建設(shè)，并對(duì)已修復(fù)河流進(jìn)行監(jiān)測(cè)、管理；（5）河流恢復(fù)歷時(shí)較長(zhǎng)，但在修復(fù)工程結(jié)束后缺乏長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，建議應(yīng)進(jìn)行針對(duì)生態(tài)護(hù)坡、生物多樣性恢復(fù)、流域小氣候等的長(zhǎng)期觀測(cè)。

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