美國科羅拉多大學最新研究：凌亂的河流是健康的

美國科羅拉多大學的教授艾倫·伍爾，最近對河流健康提出了新觀點，認為河流物理形態(tài)越復雜的河流，其毗鄰區(qū)的水生態(tài)平衡越難破壞，因此也越健康。人們對河流健康的不同理解，反映了人們在河流方面的認知水平和理解水平，也與人們的具體背景有關。許多人所期望的健康河流，是希望河流能夠提供各種自然功能，例如，清澈的水流、蜿蜒曲折的河道，有急流也有緩流，沿著河流要有開放的森林等。這些理念追溯到18世紀英國最偉大的園藝家哥白尼·布朗，他的一生主要專注于河流的美學方面。傳統(tǒng)上，一個理想化的河流景觀，應該是指河流物理性質(zhì)的單一性和均勻性，追求河流生態(tài)系統(tǒng)的簡單和統(tǒng)一，這一直是很多河流科學家的目標，然而，一項美國科羅拉多大學的研究表明，這一觀點是錯誤的。

要想使河流維持著一種動態(tài)平衡，許多河流科學家可能會擔心一些物理過程的破壞，例如洪水過程等，但是復雜的河流物理結(jié)構(gòu)可以緩沖這些物理過程的影響，復雜的河流物理結(jié)構(gòu)在保護環(huán)境，在保持河流生態(tài)多樣性方面具有重要作用。洪水表面上可能會使河流更凌亂，例如會造成河岸侵蝕，或者破壞河邊的樹木，把樹木沖入河流，形成新的沙壩，沙壩又會形成“二級河道”，以及將樹木沖入洪泛區(qū)等混亂局面。在科學家看來，這種混亂就是新增加的物理結(jié)構(gòu)，河流物理結(jié)構(gòu)的復雜性有助于河流生態(tài)的恢復。被侵蝕的河岸和新形成的沙壩會成為植物發(fā)芽的新地點，對豐富河流毗鄰區(qū)的植被是有幫助的。洪水形成的“二級河道”與主河槽相比，具有流速較緩、泥沙更細和水溫較高的特點，這為更多樣水生生物的生存創(chuàng)造了棲息條件。沖到洪泛區(qū)的大型樹木又為陸地小型動物和鳥類提供了棲息地，隨著樹木在洪泛區(qū)的衰敗和腐爛，又成為洪泛區(qū)有營養(yǎng)的土壤。

河流物理結(jié)構(gòu)的復雜性，一般是指河道、洪泛區(qū)和河道下方地下水和壤中流的復雜性，可以通過測量河流空間的異質(zhì)性來表征河流物理結(jié)構(gòu)的復雜性，例如河岸、河床、河道橫斷面和洪泛區(qū)等。河段某一具體位置物理性狀的異質(zhì)性，反映了河流地質(zhì)、氣候、生物群落，以及人為影響的不同。

河流物理復雜性對于維持河流的健康生態(tài)具有重要意義。首先，物理結(jié)構(gòu)的復雜性強烈地影響著生態(tài)棲息地物種的豐度和多樣性。生態(tài)學家將基巖峽谷中的河流描述為類似于“繩子”上的“珠子”，“繩子”就是河流中陡峭、狹窄的部分，“珠子”是相對短的河段，沿著河流相對較寬的谷底形成的洪泛區(qū)，這些是相對復雜的河段。與“繩子”相比，“珠子”至少能夠暫時保存不斷向下游流動的水、泥沙、溶解物和有機質(zhì)。“珠子”在物理結(jié)構(gòu)方面更加復雜，“珠子”所在河段，在河道、洪泛區(qū)之間存在著大量的水交換和物質(zhì)交換，以及大量的生物生態(tài)環(huán)境和生物多樣性的交換，這是因為“珠子”往往具有更加復雜的物理結(jié)構(gòu)。

物理結(jié)構(gòu)復雜性的第二個含義在于，它增加了河流對抗自然干擾（例如洪水）和人類干擾（例如流量調(diào)節(jié)）的彈性和能力。河流彈性反映了河流應對生態(tài)系統(tǒng)改變以及其他干擾的能力。如果河流充滿了草甸、坑塘等物理結(jié)構(gòu)，如果發(fā)生了洪水，河流中存在著這些復雜的物理結(jié)構(gòu)，即使出現(xiàn)一個較高的水位，河流毗鄰區(qū)也可以維持一段較長時間的穩(wěn)定。

河流毗鄰區(qū)的高水位，能夠支持密集型叢林的生長，例如河岸木本落葉柳樹。具有復雜物理結(jié)構(gòu)的河段能夠抵御洪水的干擾，即使洪水漫延到整個洪泛區(qū)，減慢流速的洪水到達河岸叢林、干旱地帶，以及野火燒過的地方，回灌地下水，使坑塘重新充滿蓄水。當然，也會突然發(fā)生小土壩潰決，并導致下游小洪水，但這種情況似乎并不多見。有些小土壩是一些獾狐居住的天然場所，水文學家厚普·來登在他的著作《野塘》中描述一個獾狐種群如何故意降低天然小土壩的高度，或者干脆允許小洪水通過土壩，獾狐并不是想徹底破壞擋土壩，水壩過水以后，雖然一些地方受到了水淹，但是植被恢復迅速，地下水得到了補充，生態(tài)系統(tǒng)更加繁盛。

河流物理結(jié)構(gòu)復雜的第三個結(jié)果是，它能夠促使水、泥沙和營養(yǎng)物質(zhì)的沉積，避免過多地流向河流的下游。在具有復雜物理結(jié)構(gòu)的河流，水流中的物質(zhì)會沿著河流邊緣的復雜結(jié)構(gòu)沉積，或者向上游形成回水，成為洪泛區(qū)的沉積物。河流中的營養(yǎng)物質(zhì)增加了在河流毗鄰區(qū)的停留時間，為河流生物群中的微生物和水生昆蟲提供營養(yǎng)，從而形成整個河流毗鄰區(qū)生態(tài)食物鏈的基礎。

最后，物理結(jié)構(gòu)的復雜性還影響河流內(nèi)部和河段之間的連通性。物理結(jié)構(gòu)的復雜性會影響河流下游的一些動態(tài)變化，例如，獾狐壩坑可以促使水流流向洪泛區(qū)，增加洪泛區(qū)和河水之間的水量和營養(yǎng)物質(zhì)交換，促進整個洪泛區(qū)的連通性。大型樹木或獾狐壩坑也會增加河流毗鄰區(qū)地下水和地表水的交換，這些復雜的物理結(jié)構(gòu)，就像動物的腎臟，起著過濾污染物的作用。河槽、洪泛區(qū)和河邊濕地，對整個河流的生態(tài)系統(tǒng)的健康都有影響，其影響超過了河流本身，因為這牽涉許多水生和陸生物種的棲息環(huán)境。

實際上，目前人們對很多河流的整治工程走上了簡化的模式，例如，許多河流被裁彎取直，最明顯的例子就是渠道化工程，對河流的流態(tài)進行人為調(diào)節(jié)，使河流常年處于均勻的流態(tài)，從表面上看，河流似乎達到了“風調(diào)雨順”的效果，但其實卻是南轅北轍。人們在河槽和“二級河道”之間修建堤壩，阻擋了河流與灘地水量和營養(yǎng)物質(zhì)的交換，對獾狐壩坑和洪水沉積物進行簡單的清除，結(jié)果導致河流復雜物理結(jié)構(gòu)和河流許多生態(tài)功能的喪失，淡水物種的減少，河流營養(yǎng)物質(zhì)得以滯留和交換，導致水體富營養(yǎng)化加劇。盡管人們修筑了很多防洪工程，但是洪水的損失仍然在增加。

為了改變這種不良的趨勢，在世界上很多地方，河流恢復已經(jīng)成為動輒耗資數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)。許多河流恢復項目，無論渠道的重新配置，還是流域級的水沙連接的項目，都試圖在恢復河流物理結(jié)構(gòu)的復雜性，這是具有挑戰(zhàn)性的，在現(xiàn)有自然環(huán)境和資源利用的約束下，恢復河流復雜的物理結(jié)構(gòu)并不容易。有些河流天然的復雜結(jié)構(gòu)已經(jīng)喪失，主要是因為過去人們資源利用不科學，另外，識別到洪水對維持河流物理結(jié)構(gòu)復雜性有重要作用，也是具有挑戰(zhàn)性的。