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水利工程论文-河流形态多样性与生物群落多样性.doc

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水利工程论文-河流形态多样性与生物群落多样性.doc

水利工程论文河流形态多样性与生物群落多样性摘要本文阐述了生物群落与生物环境的统一性,归纳了河流形态多样性的5种特征,指出了河流形态多样性是流域生物群落多样性的基础。水利工程可能引起河流形态的均一化及非连续化,从而降低生物群落多样性的水平,造成对河流生态系统的一种胁迫。水利工程建设应注意保护和恢复河流多样性,以满足生态系统健康的需求。关键词河流形态生物群落多样性生物群落与生境的统一性是生态系统的基本特征。河流形态多样性是流域生态系统生境的核心,是生物群落多样性的基础。水利工程在不同程度上造成河流形态的改变,会降低生物群落多样性,影响河流生态系统的健康,从而使系统的服务功能下降,反过来损害人类的自身利益。在改进工程理念和开发新技术方法的前提下,水利工程建设应该在满足人类社会对水需求的同时,兼顾生态系统的健康需求。1河流生态系统结构和服务功能生物多样性(Biodiversity)是地球生命支持系统的核心组成部分,是人类社会赖以生存发展的基础。生物多样性具有丰富的内涵,包含了多层次的概念。生物群落多样性(communitydiversity)是生物多样性的重要组成部分。所谓生物群落是指在特定的空间和特定的生境下,由一定生物种类组成,与环境之间相互影响、相互作用,具有一定结构和特定功能的生物集合体。一般所说的生物群落多样性指生物群落的组成、结构和功能的多样性。实际上,生物群落多样性问题是在物种水平上的生物多样性。1.1淡水生态系统的组成与结构一般认为,生态系统是指一定空间中的生物群落(动物、植物、微生物)与其环境组成的系统,其中各成员借助能量交换和物质循环形成一个有组织的功能复合体。从大类划分,生态系统首先是由非生物部分与生物部分组成,非生物部分是由无机物质组成的,包含有气象、地貌、地质、水文、水质等条件,它是生物部分的环境,是生命支持系统。在生态学中,具体的生物个体和群体生活地区内的生态环境称为生境(habitat)。由形形色色的生物组成的生物部分,在生态学中按照不同的功能和地位分为生产者(producer)、消费者(consumer)和分解者(decomposer)这三类。淡水生态系统包括非感潮的河流、湖泊和水库的生态系统。其边界不应仅限于水面,还应该包括河流、湖泊及水库周边的淡水湿地。淡水环境与陆地有很大差别,主要是弱光、缺氧、密度大、温差小,水生生物在形态、结构和生理等方面都能适应这种生境。在水面下,藻类和水草是生产者,它们通过光合作用制造有机物,成为鱼类、底栖动物和浮游动物的食物。淡水的消费者是以藻类和水草为食的浮游动物、鱼类和底栖动物。而在水底的土壤中有数量巨大的微生物在从事有机物质的分解工作。在周边的湿地,由于处于陆地与水域的交错带,生物群落更为丰富。水陆之间进行着复杂的物质循环和能量流动。周边湿地物质流动的过程是太阳能通过光合作用进入绿色植物形成生物能,继而沿着食物链转移到昆虫、软体动物和小鱼小虾等食植动物,再流动到水禽、涉禽、两栖动物和哺乳动物,最后微生物将残枝、残体分解、还原成为无机物质。这样的物质循环过程周而复始地进行。1.2淡水生态系统的特点1.2.1生物群落与生境的统一性有什么样的生境就造就了什么样的生物群落,二者是不可分割的。如果说生物群落是生态系统的主体,那么,生境就是生物群落的生存条件。一个地区丰富的生境能造就丰富的生物群落,生境多样性是生物群落多样性的基础。如果生境多样性受到破坏,生物群落多样性必然会受到影响,生物群落的性质、密度和比例等都会发生变化。在生境各个要素中,水又具有特殊的不可替代的重要作用。水是生物群落生命的载体,又是能量流动和物质循环的介质。地球上不同地区的降雨量多寡,对于形成不同类型的生态系统起决定性作用。1.2.2生态系统结构的整体性从生物群落内部看,整体性是生态系统结构的重要特征。一旦形成系统,生态系统的各要素不可分割而孤立存在。如果硬性分开,那么分解的要素就不具备整体性的特点和功能。在一个淡水水域中,各类生物互为依存,互相制约,互相作用,形成了食物链结构。研究表明,一个生态系统的生物群落多样性越丰富,或者说食物链越复杂,形成三维的称为食物网的网状结构,那么,这种复杂的食物网组成的生态系统比简单的直线型食物链的稳定性要高得多,其抵抗外界干扰的承载力也高得多。如果食物链(网)的某些重要环节缺省,即在生态学中称为关键种(keystonespecies)的缺省,对一个生态系统将产生重大影响。另外,从生物群落多样性角度看,一个健康的淡水生态系统,不但生物物种的种类多,而且数量比较均衡,没有哪一种物种占有优势,这就使得各物种间既能互为依存,也能互相制衡,使生态系统达到某种平衡态即稳态。反之,如果一个淡水生态系统的生物群落内比例失调,会造成整个系统恶化。比如人类向江河湖库倾倒营养物质及有机质,水中氮、磷等物质增加,导致蓝藻加快繁殖,水中生物群落比例失调,造成水体富营养化和生态系统失衡。1.2.3自我调控和自我修复功能淡水生态系统结构的另一个重要特征是具有自我调控和自我修复功能。在长期的进化过程中,形成了同种生物种群间、异种生物种群间在数量上的调控,保持着一种协调关系。在生物群落与生境之间是一种物质、能量的供需关系,在长期的进化过程中也形成了相互间的适应能力。比如淡水周边的湿地生物群落,需要适应干旱与洪涝两种生境的交替变化,形成了湿地植物既耐旱又耐涝的特征。在大型湖泊和水库中,生物群落与生境的供需关系,体现为以水为载体的牧食食物链的能量流动。水体自我修复能力,也是淡水生态系统自我调控能力的一种。通过自我修复,在外界干扰条件下,保持水体的洁净。由于具有这种自我调控和自我修复能力,才使淡水生态系统具有相对的稳定性。所谓稳定性具有两层含意,一是指对于外界干扰的适应力或称为弹性,二是在受到干扰后回到原平衡态的恢复能力。需要指出的是,生态系统的稳定性是相对的,其适应性也是有限的。所谓弹性限度也就是淡水生态系统对外界干扰的承载力。当超过某一个弹性限度,生态系统将出现一种不断远离平衡点的正反馈,加快系统失稳,常以爆发的方式导致系统的全面恶化。总之,一个稳定的淡水生态系统,是一个生物群落多样性丰富的系统,是一个食物链(网)结构复杂而完善的系统,是一个物质循环、能量流动及物种流动通畅的系统。1.3淡水生态系统服务功能在生态学中,把由生态系统为人类提供的物质和生存环境的服务功能称为生态系统服务功能(ecosystemservices)。研究生态系统服务功能可以清晰地了解人类对于生态系统的高度依赖性,可以更深刻地理解人类对生态系统非理智的破坏行为,反过来会给人类自身造成重大损害。淡水生态系统对于人类的生态系统服务是多方面的。水域、湿地为人类提供食品及其它物资对气温、云量和降雨进行调节,在全球、流域、地区和小生境等不同的尺度上影响着气候对水文循环起调节作用,具有缓解旱涝灾害的功能岸边植物能涵养水分,有利水土保持优美的水域景观具有休闲旅游功能,其本身就是一种文明财富。特别要强调的是,淡水生态系统具有的净化环境的功能,对于人类的生存环境具有关键意义。湿地历来就有地球之肾的美称,对于水体具有很强的净化功能。水生植物可以吸收、分解和利用水域中氮、磷等营养物质以及细菌、病毒,并可富集金属及有毒物质。2河流形态多样性是维持流域生物多样性的基础淡水生态系统可以分为两类,一类是动水生态系统,即河流生态系统,另一类是静水生态系统,主要指湖泊、水库生态系统。河流生态系统的生境与陆地或湖泊水库生境相比有其特色,正是这些特点造就了河流生物群落的多样性。生物群落与生境间的关系体现了二者间的统一性。河流形态多样性表现为以下5个方面。2.1水陆两相和水气两相的联系紧密性与湖泊相对照,河流是一个流动的生态系统。河流与周围的陆地有更多的联系,水陆两相(twophase)联系紧密,是相对开放的生态系统。水域与陆地间过渡带是两种生境交汇的地方,由于异质性高,使得生物群落多样性的水平高,适于多种生物生长,优于陆地或单纯水域。在水陆联结处的湿地,聚集着水禽、鱼类、两栖动物和鸟类等大量动物。而植物就有沉水植物、挺水植物和陆生植物以层状结构分布。另外,河流又是联结陆地与海洋的纽带,河口三角洲是滨海盐生沼泽湿地,热带及亚热带的河口三角洲常造就红树林生态系统。由于河流中水体流动,水深又往往比湖水浅,与大气接触面积大,所以河流水体含有较丰富的氧气,是一种联系紧密的水气两相结构。特别在急流、跌水和瀑

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