農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城市化對河流生態(tài)的影響

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及城市化對河流生態(tài)的影響

自人類出生以來，河流生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生了變化。進入20世紀中期以來,人類活動對河流生態(tài)系統(tǒng)的改變加劇。這些活動諸如水利、農(nóng)業(yè)、城市發(fā)展、礦產(chǎn)開發(fā)、畜牧、旅游、林業(yè)生產(chǎn)等,對河流生態(tài)系統(tǒng)從結(jié)構(gòu)到功能都不同程度地產(chǎn)生影響,不少影響甚至已經(jīng)超出了河流生態(tài)系統(tǒng)本身的調(diào)控能力。在我國的不少流域都已經(jīng)出現(xiàn)了流域性洪澇災(zāi)害加劇、水污染加劇、生物多樣性喪失等嚴重局面,為制止或延緩以上不利的生態(tài)環(huán)境演變趨勢,流域生態(tài)恢復的重要性和緊迫性與日俱增。本文旨在通過對流域內(nèi)開發(fā)活動以及河流生態(tài)系統(tǒng)對其產(chǎn)生的反饋性影響的回顧,認識河流生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)結(jié)構(gòu)、組成、功能以及其抵御人類活動干擾的恢復能力,從而為開展河流生態(tài)恢復奠定基礎(chǔ)。1水保護工程對生態(tài)環(huán)境的影響1.1大水庫大壩無疑是近代人類活動顯著影響河流生態(tài)系統(tǒng)的一個典型。大壩對河流生態(tài)系統(tǒng)的影響主要體現(xiàn)在以下幾個方面。1.1.1大壩建設(shè)導致水環(huán)境惡化大壩建設(shè)的本身直接對河流產(chǎn)生了分割作用,大壩的建設(shè)將天然的河道分成了以水庫為中心的三部分,即水庫上游、水庫庫區(qū)和壩下游區(qū),流域梯級開發(fā)活動更是把河流切割成一個個相互聯(lián)系的水庫。大壩的分割作用改變了河流的水力學特性,形成了高位水頭,造成了影響河道內(nèi)水生生物棲息和遷移的障礙,大壩不僅對某些溯流而上的魚類的遷徙造成阻隔,同樣會減緩或阻擋魚類向下游遷徙;水庫中激流的消失,常會導致某些魚類(如幼鮭魚)迷失向下游遷徙的方向感,進而被其他動物獵食,影響了河道內(nèi)生物的棲息和遷移規(guī)律,阻礙或減緩了水生生物遷徙過程,進而影響了河流廊道的食物鏈功能,還影響了水生生物的產(chǎn)卵場,干擾了水生生物的生長發(fā)育過程。大壩的分割作用還導致對于水流和泥沙的蓄滯作用。由于水壩使流速放慢,從而使水流中夾帶的大量泥沙無法到達下游的三角洲、河口、被淹沒的森林區(qū)、濕地或內(nèi)陸湖,并淤積在水庫中,而吸附在泥沙顆粒表面的有機物也滯留在水庫中,這些有機物在一些情況下是下游生物重要的營養(yǎng)物質(zhì),進而使依靠泥沙及泥沙中夾帶的營養(yǎng)物質(zhì)生存的下游生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。由于水庫對水流及泥沙的蓄滯作用,水庫中的水流呈緩慢的分層流流態(tài),致使上下層水流不能得到充分混合,影響到水質(zhì)及下瀉水對有機污染物的凈化能力;在許多情況下,這也是造成水庫富營養(yǎng)化的一個主要誘因。由于水庫對泥沙的蓄滯作用,還會引起水庫清水下泄導致河床再造的問題,影響河濱帶的地下水水位,進一步對河流生態(tài)系統(tǒng)的植被群落產(chǎn)生不良影響。大壩的建設(shè)導致水質(zhì)的變化也會引起物種的變化:水庫中流速相對恒定,造成溫度也比較穩(wěn)定,將影響某些依靠溫度變化來繁殖和成熟的物種,對于以灌溉為主要功能的淺水水庫,水溫相對較高,O2含量相對較低等效應(yīng)會對水生生物產(chǎn)生脅迫作用,甚至導致死亡。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難以適應(yīng)。總之,這種分割作用切斷或損傷了河流廊道自身的連續(xù)性,從而也擾亂了整個河流生態(tài)系統(tǒng)上下游之間的物質(zhì)、能量、物種傳遞的正常運轉(zhuǎn),嚴重影響了河流生態(tài)系統(tǒng)的正常運行。1.1.2地下水生態(tài)調(diào)節(jié)作用大壩的蓄水作用改變了河流原有的徑流模式,對徑流產(chǎn)生顯著的徑流調(diào)節(jié)作用。這種作用既是其能夠發(fā)揮工程效益的根本保障,也是下游河流生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)效應(yīng)變化的根本誘因。從大多數(shù)水壩的運行情況來看,大壩已經(jīng)使壩址下游100km范圍內(nèi)的徑流及泥沙流的運動規(guī)律發(fā)生了季節(jié)性的變化。有些重要的水利工程對下游的影響范圍甚至達到了1000km,如埃及的阿斯旺水壩。由于下游河濱地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)及濕地的生態(tài)平衡是長期適應(yīng)天然徑流的產(chǎn)物,而水壩的徑流調(diào)節(jié)作用主要是從人類利用開發(fā)水資源的角度出發(fā)制定的,人類的要求與河流生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)生物的要求往往存在尖銳的沖突,從而大壩的徑流調(diào)節(jié)作用不可避免地造成了對河流生態(tài)系統(tǒng)的傷害。對水電站而言,大壩建設(shè)對河流生態(tài)影響的程度和范圍很大程度上依賴于大壩的功能和壩體規(guī)模與河流流量間的關(guān)系。壩下流量的改變對下游河流形態(tài)影響很大,水電站的下泄流量隨著用電的負荷變化而不同,這對河流形態(tài)具有明顯的影響,下泄流量變化率是影響河岸侵蝕的重要因素,從而導致了岸邊生境的喪失。對于供水水庫,如果減少了河道內(nèi)流量,會導致河床形態(tài)、植物群落和生境的變化:河道內(nèi)流量的增加同樣會導致河流廊道生態(tài)環(huán)境的改變。下游河流生態(tài)系統(tǒng)中的河濱地區(qū)及濕地是許多魚類及鳥類生存的棲息地和繁殖地,是這些生物生存的必要條件。下泄流量的變化對這些棲息地的面積、形態(tài)影響極大,上游的水壩改變了河流原有的徑流模式后,可能會導致這些動植物大量死亡。1.2洪水、防洪工程措施的影響河流中淺灘和水塘是水生生物不同生命周期所必需的生存環(huán)境,而河流渠化和分水工程常常會破壞這些地帶,造成生境多樣性減少,進而影響河流生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性的降低。河道斷面的均一化和渠道襯砌等河道整治工程,導致生活在底泥中生物的生境破壞。河流分水工程對生態(tài)環(huán)境的影響不僅取決于分洪的時間和分水量,而且與分水工程的位置、結(jié)構(gòu)設(shè)計和運行有關(guān)。對于沒有襯砌的渠道,大量滲漏會形成濕地,沿渠道形成新的植被帶,同時這些分水工程也為引進外來的物種提供了便利的通道,分水工程也會使一些魚類的產(chǎn)卵下降,健康狀況下降,甚至死亡。洪災(zāi)的減少包括許多的措施,但一些措施與河流生態(tài)恢復的目標不一致。大堤將河流束縛于一個窄帶中,河流的流速加快,水位升高。當?shù)谭琅c河流的距離很近時,將會影響河流廊道以及河灘的部分甚至全部自然功能,包括滯洪功能。從景觀生態(tài)學的角度看,彎曲邊界比平直邊界具有更高的生態(tài)效益,如可以減少水土流失。邊緣的曲折度和寬度共同決定了邊緣生境的總量。2農(nóng)業(yè)活動的影響2.1天然植被的引入農(nóng)業(yè)活動對生態(tài)環(huán)境的最明顯的破壞表現(xiàn)在對河岸帶和河流階地上天然植被的破壞,為了在農(nóng)業(yè)上獲取最大經(jīng)濟回報,經(jīng)常以犧牲天然植被來換取可耕地。在我國,往往表現(xiàn)在圍湖造田以及對河流灘地的圍墾上。為了農(nóng)業(yè)發(fā)展,去除生物多樣性豐富的河岸、漫灘和階地上的植被,代之以單一的農(nóng)業(yè)植被,不僅改變了原有地貌,還改變了河流廊道的水文功能,從而造成水土流失,減少入滲,增加高地的地表徑流和污染物的遷移,河岸侵蝕加劇,破壞河流生態(tài)系統(tǒng)的生物棲息地等不利現(xiàn)象。2.2河流或渠道順直化、改造為了保護農(nóng)田,還必須修建一定的防洪設(shè)施和田間灌溉渠系,這些設(shè)施的完善進一步破壞了河流廊道及其相關(guān)高地地貌和水文特征。從農(nóng)業(yè)的目的出發(fā),河流(或渠道)順直化和穿行于方正的田塊,以獲得更有效的產(chǎn)出,河流廊道常被改造以滿足單一目的生境,如某一魚類的養(yǎng)殖。這些變化的潛在影響主要表現(xiàn)在破壞了高地和漫灘的地表和地下徑流過程,增加水體溫度、濁度、pH值,使地下水水位下降、河岸失穩(wěn)、水生和陸生生物棲息地喪失。同時,灌溉排水渠系組成新的景觀,導致原有生境的喪失或破碎化。2.3河流的重要污染源,主要是農(nóng)藥的使用,構(gòu)成河流的重要污染源由于耕作對土壤的擾動,農(nóng)田徑流中泥沙含量很高,現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展,又導致大量的化肥、農(nóng)藥的使用,并以溶解態(tài)或吸附態(tài)的形式淋濾進入地下水或流入地表水,進入河流廊道,構(gòu)成了河流的重要污染源。土壤鹽漬化是灘地、地下水埋深淺等區(qū)域的自然現(xiàn)象,由于植被結(jié)構(gòu)的改變和不合理的灌排系統(tǒng),這些地區(qū)的農(nóng)業(yè)活動會使土壤鹽漬化現(xiàn)象加重。3城市水體與河流的主要特征流域城市化對河流生態(tài)恢復是一個重大的挑戰(zhàn),城市化使得不透水地表增加,直接影響了城市河流的特點,使城市水體與農(nóng)業(yè)、林業(yè)區(qū)的河流具有完全不同的特征。美國的研究表明,當不透水層的比例達到10%時,即可能造成河流生態(tài)惡化,而且隨著不透水層的面積增加,河流惡化的程度增加。隨著不透水層數(shù)量的增加,城市排水流量比原來增加2—16倍,而地下水的補給量也成比例地減少。3.1洪水重現(xiàn)頻率增加,造成洪水在城城市化的結(jié)果使得城市河流洪峰流量顯著增加,地下水資源量減少,最終結(jié)果導致在降雨量少的季節(jié),河流的基流量減少。在城區(qū),洪水的重現(xiàn)頻率增加,如原來為5年一遇的洪水,可能變成兩年一遇,或時間更短,而且洪量增加。為了更有效地控制城市暴雨徑流形成的洪峰,通常的辦法就是增加過流斷面,也即人為加深或拓寬河床,而由于城市不透水界面的增加,迫使不斷地改變河床形態(tài)。3.2河流泥沙含量高城市河流的泥沙主要來源于岸邊沖刷、工程建設(shè)場地的水土流失,一些研究表明,在美國河流中泥沙含量來源于岸邊沖刷,城市河流的泥沙含量往往高于非城區(qū),至少在河渠改造的初始階段是這樣。在暴雨季節(jié),城市河流的水質(zhì)總是很差,城市暴雨徑流中往往含有較高濃度的泥沙、營養(yǎng)物、重金屬、有機物、氯離子以及細菌,盡管目前對暴雨徑流中的污染物是否對水生生物有害還存在爭議,但河流底泥中污染物釋放對水生生物的不良影響得到研究者的一致認同。3.3河流植被受污染的影響城市河流生境質(zhì)量差是一個無可置辯的事實,由于城市河流的開發(fā)改造,原有的水生生態(tài)系統(tǒng)被完全改造。岸邊植被部分或完全被去除,即使河流的植被緩沖帶被保留,但其寬度也不足以維持生境多樣性,或者原生的樹種或植被被外來的物種所代替。不透水地表的增加、水塘和岸邊植被的減少的重要環(huán)境效應(yīng)即是增加城區(qū)的氣溫,而溫度正是河流中生物與非生物間作用周期和速度的中心影響因素。這對一些對溫度敏感的水生生物產(chǎn)生致命的影響。4樹立流域生態(tài)觀本文總結(jié)了一些流域開發(fā)活動對生態(tài)環(huán)境的影響,以期在流域開發(fā)活動中對生態(tài)環(huán)境的問題予以重視,同時國內(nèi)外目前對河流的生態(tài)系統(tǒng)的恢復已非常重視,對流域開發(fā)活動對生態(tài)環(huán)境影響的認識,是流域生態(tài)恢復的第一步。同時筆者認為,樹立流域生態(tài)觀念,對流域生態(tài)恢復和流域保護規(guī)劃意義非常