“碳中和”壓力下長(zhǎng)江生態(tài)修復(fù)工程的實(shí)施路徑研究

車 軒

(中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江水域生態(tài)修復(fù)研究中心，上海 200092)

河流生境退化導(dǎo)致的水生生物多樣性下降和溫室氣體排放造成的氣候變化是人類面臨的兩大全球性挑戰(zhàn)[1]。目前，全球33%的淡水物種面臨滅絕的威脅，自1970年以來，全球淡水物種數(shù)量下降了84%，平均每年降低4%，物種消失的速度是海洋和陸地生態(tài)系統(tǒng)的2倍[2]。許多研究一致認(rèn)為，河流物種水平下降的主要原因是人類活動(dòng)導(dǎo)致的全球到微觀尺度的棲息地物理?xiàng)l件退化[3-7]。在“大陸—流域”尺度，水壩的建設(shè)和運(yùn)行導(dǎo)致了河流生態(tài)廊道的碎片化，損害了水流動(dòng)力學(xué)條件[8-13]；河流護(hù)岸和河道整治極大降低了地理變異和自然景觀，從而在“江段-微觀”尺度上造成了棲息地的異質(zhì)性水平下降[14]；由于人類活動(dòng)的累積效應(yīng)，河流生態(tài)過程的均質(zhì)化在全球范圍內(nèi)對(duì)生物多樣性構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[15-19]。

棲息地是水生生物賴以生存、繁衍的空間和環(huán)境，關(guān)系著生物的食物鏈及能量流，是河流生態(tài)系統(tǒng)健康的根本[20-24]。近年來，長(zhǎng)江水生態(tài)系統(tǒng)受損使瀕危物種數(shù)量急劇增加，瀕危程度不斷加劇，列入《中國(guó)瀕危動(dòng)物紅皮書》的瀕危魚類物種已達(dá)92種，列入《瀕危野生動(dòng)植物國(guó)際貿(mào)易公約》附錄的物種已近300種，白鱀豚、長(zhǎng)江鰣魚、白鱘相繼功能性滅絕，長(zhǎng)江江豚數(shù)量已不足大熊貓數(shù)量的一半，中華鱘、長(zhǎng)江鱘停止自然產(chǎn)卵，“四大家魚”魚苗量下降90%[25]。長(zhǎng)江水生生物鏈中的各個(gè)物種正面臨全面衰退，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能連年下降，嚴(yán)重威脅長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶的可持續(xù)安全發(fā)展。

為扭轉(zhuǎn)長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境惡化趨勢(shì)，長(zhǎng)江干流和重要支流、大型通江湖泊等重點(diǎn)水域，自2021年開始實(shí)施常年禁捕以來，瀕危水生生物獲得了一線生機(jī)，然而，由于主要限制因素并未移除[27]，長(zhǎng)江生態(tài)恢復(fù)健康的前景仍然充滿變數(shù)。目前，中國(guó)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型面臨更加復(fù)雜的形勢(shì)，為緩解氣候變化，確保如期實(shí)現(xiàn)“碳中和”目標(biāo)，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》，提出“十四五、十五五期間分別新增水電裝機(jī)容量4 000萬千瓦”，主要布局在水能資源豐富的西南地區(qū)[28]。然而，與之矛盾的是，西南地區(qū)也是長(zhǎng)江瀕危、特有物種廣泛分布的熱點(diǎn)區(qū)域，生態(tài)地位十分重要，獨(dú)特的自然條件支撐起了豐富的生物多樣性，水電開發(fā)的進(jìn)一步加強(qiáng)勢(shì)必導(dǎo)致該地區(qū)的珍稀物種的消失，長(zhǎng)江生態(tài)敏感區(qū)的保護(hù)形勢(shì)將更加嚴(yán)峻。修復(fù)長(zhǎng)江生態(tài)與減緩氣候變化是中國(guó)生態(tài)安全、環(huán)境安全的重大問題，兩個(gè)目標(biāo)之間存在復(fù)雜的互饋關(guān)系，因此，從科學(xué)角度探索協(xié)同實(shí)現(xiàn)途徑成為重要的科學(xué)問題。

20世紀(jì)70年代，河流工程對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)面影響逐漸被認(rèn)識(shí)，為修復(fù)河流棲息生境，歐美國(guó)家開展了大量的研究，并實(shí)施了廣泛的工程實(shí)踐[29]。如在《歐盟水框架指令》的法律框架下，歐洲的所有河流均須實(shí)施棲息地修復(fù)工程，將魚類作為指示生物，使種類數(shù)恢復(fù)到歷史最好水平[30-32]?！稓W盟水框架指令》在2015年到期后，歐盟又發(fā)布了《歐洲水資源保護(hù)藍(lán)圖》，持續(xù)開展江河生態(tài)修復(fù)工程的研究與應(yīng)用，以保持河流的良好狀態(tài)。

中國(guó)的河流生態(tài)修復(fù)工程的研究剛剛起步，在長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境急速變化的背景下，采用基礎(chǔ)研究進(jìn)行知識(shí)積累的路徑并不現(xiàn)實(shí)，因此，本研究在綜述國(guó)際上江河水生生物棲息地修復(fù)的科技創(chuàng)新與工程實(shí)踐進(jìn)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合長(zhǎng)江生態(tài)修復(fù)取得的階段性成果，提出了長(zhǎng)江生態(tài)修復(fù)工程的實(shí)施路徑，為應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)提供潛在解決方案。

1 長(zhǎng)江生態(tài)修復(fù)工程的實(shí)施路徑

長(zhǎng)江生態(tài)修復(fù)工程的目標(biāo)是恢復(fù)生物多樣性，如何保證生態(tài)修復(fù)的流域性、系統(tǒng)性與整體性是保護(hù)科學(xué)與工程科學(xué)的重要挑戰(zhàn)之一。因此，針對(duì)導(dǎo)致生態(tài)惡化的人為作用、環(huán)境變化與生物壓力等多個(gè)驅(qū)動(dòng)因素的疊加影響，長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)應(yīng)在不同生境尺度上，采取“連通性恢復(fù)(Reconnection)、微生境修復(fù)(Restoration)、物種池構(gòu)建(Rehabitation)、功能性恢復(fù)(Recovery)、生態(tài)再平衡(Rebalance)”的實(shí)現(xiàn)路徑(簡(jiǎn)稱“5R”路徑)如表1所示。在魚類棲息地不斷被壓縮、原生境保護(hù)范圍非常有限的背景下，提高適應(yīng)性工程措施的有效性尤為重要。

表1 長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的“5R”路徑

2 研究進(jìn)展及應(yīng)用于長(zhǎng)江生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)

2.1 連通性恢復(fù)

河流的水文情勢(shì)和水沙過程是生態(tài)系統(tǒng)健康的直接驅(qū)動(dòng)力。河流連通性包括縱向、側(cè)向、河湖的空間連通性和水位季節(jié)性消落的時(shí)間連通性，保證物質(zhì)流(水體、泥沙和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì))、物種流(魚類洄游、卵苗漂流)和信息流(洪水節(jié)律等)的通暢，為生物多樣性創(chuàng)造基本條件[34]。大量觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，河流物種數(shù)量、生物量、魚類豐度與河網(wǎng)連通性程度呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，Shao等[35]研究了135篇關(guān)于不同河流連通性類型和形式對(duì)魚類多樣性影響的論文結(jié)論，發(fā)現(xiàn)工程構(gòu)筑物造成了河流的結(jié)構(gòu)連通性和功能連通性遭到破壞，通過影響棲息地連接、生境容量、環(huán)境變異度和食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)等機(jī)制，導(dǎo)致生物多樣性下降，從而危害整個(gè)河流網(wǎng)絡(luò)生態(tài)系統(tǒng)的完整性[36]。

針對(duì)生境破碎化現(xiàn)狀，各國(guó)從不同角度開展的連通性恢復(fù)工程卓有成效[37-38]。1968-2019年間，美國(guó)拆除了1 654座水壩，其中，86%是高度低于7.5 m的低壩，且拆壩的數(shù)量從20世紀(jì)80年代開始大幅上升[4]。目前，北美和西歐的拆壩速度已高于建造速度[39-42]，據(jù)預(yù)測(cè)，到21世紀(jì)中期，美國(guó)將有4 000～36 000座水壩被拆除。大多數(shù)情況下，清除河流上的障礙物會(huì)在短期內(nèi)使魚類群落開始恢復(fù)[43]。有研究觀察到，洄游魚類在拆除水壩后的第一年即開始出現(xiàn)[44]；丹麥的長(zhǎng)期研究表明，水壩的拆除顯著提高了上下游的魚類種群數(shù)量[45]；美國(guó)Woolen Mills水壩拆除使鏢鱸能到達(dá)新的河段，從而有效提高了土著魚類數(shù)量比例[46]；愛達(dá)荷州Clearwater河的水電站拆除提高了棲息地質(zhì)量，恢復(fù)了努克鮭的洄游通道[42]。然而，拆壩過程的負(fù)面影響也應(yīng)注意，施工導(dǎo)致的水體懸浮物上升有可能在短期內(nèi)威脅下游生物的存活，俄亥俄州Olentangy河在水壩拆除后的第9個(gè)月出現(xiàn)了大型無脊椎動(dòng)物的下降，15個(gè)月后恢復(fù)[47]；而Elwha河的拆壩工程使水庫(kù)65%沉積物進(jìn)入河道，5年后才恢復(fù)[48-49]。另一方面，存在較多外來物種的河流實(shí)施拆壩具有生物入侵的風(fēng)險(xiǎn)[50]。

增設(shè)過魚設(shè)施是恢復(fù)河流連通性的另一項(xiàng)措施，然而，傳統(tǒng)魚道的過魚目標(biāo)單一、施工影響大、運(yùn)行管理不暢，作用有限。即使成功的案例也存在小魚不能通過，魚梯下魚群聚集易被捕食等問題，而鱘魚等由于體型巨大，難以利用魚道過壩[51]。相比之下，仿自然過魚通道由于模擬天然河流的水流流態(tài)、坡度平緩、過魚效率高、建造成本低等優(yōu)點(diǎn)，近年來備受關(guān)注，如Ruppoldingen水電站的仿自然魚道[52]。

中國(guó)在河流連通性恢復(fù)工程的實(shí)施雖然起步較晚，但發(fā)展迅速，通過小水電整治拆除了經(jīng)濟(jì)效益低下的水電站3 000余座，為長(zhǎng)江流域生態(tài)完整性的恢復(fù)提供了可能性，特別是赤水河流域的373座小水電的拆除、整改進(jìn)展迅速。然而，水電站的拆除成本很高，攔河壩的拆除應(yīng)充分考慮經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)效益，由于水壩在很多地方發(fā)揮著重要的發(fā)電、防洪、灌溉等多重功能，在長(zhǎng)江全流域推廣的代價(jià)巨大且沒必要。因此，在不具備拆壩條件的區(qū)域，應(yīng)優(yōu)先采用仿自然魚道，尤其是在長(zhǎng)江上游干流梯級(jí)開發(fā)進(jìn)一步加強(qiáng)的情況下，重要支流的連通性應(yīng)盡快恢復(fù)，為水生生物提供替代生境，如漢江的一級(jí)支流湑水河、岷江的一級(jí)支流越溪河等均具備建設(shè)仿自然魚道的條件。長(zhǎng)江中下游無大型水電站，但河網(wǎng)的閘壩密集分布，且常年關(guān)閉，應(yīng)將目前防洪抗旱為單一目的轉(zhuǎn)變?yōu)槎嗄繕?biāo)的生態(tài)調(diào)度，在保證防洪抗旱的前提下，保持閘口常年開啟，恢復(fù)魚類洄游通道。

2.2 微生境修復(fù)

微生境是承載水生生物多樣性的基本單位，在生境的空間尺度上，主要包括低于長(zhǎng)度1 km的江段和面積小于1 hm2的棲息地[53]。由于面積范圍易于施工，這個(gè)生境尺度的棲息地生態(tài)修復(fù)工程是目前全球研究的集中點(diǎn)，主要分布在歐洲的河網(wǎng)、美國(guó)五大湖的連接河道等區(qū)域，由于很多工程已實(shí)施并運(yùn)行了幾十年，使科研人員能在足夠大的時(shí)空尺度對(duì)生態(tài)修復(fù)的效果進(jìn)行監(jiān)測(cè)研究，研究范圍包括了修復(fù)魚類棲息地的所有可能選項(xiàng)，如引入礫石及大石塊、建設(shè)近岸消浪帶、清除硬化河岸、設(shè)置粗糙沉木浮木、恢復(fù)岸線植被、投放人工魚礁等，科學(xué)識(shí)別了行之有效的工程手段[54]。Lu等[55]對(duì)全球55個(gè)河流修復(fù)工程生態(tài)影響的meta-analysis研究結(jié)果表明，相對(duì)于沉木、石塊的引入，地形地貌塑造、消浪帶設(shè)置的有效性更加顯著，而河道岸線植被恢復(fù)幾乎不具備支撐魚類物種多樣性的功能，僅能提供一定的景觀效益。近幾年，河流生境修復(fù)的研究取得了可觀的積極進(jìn)展，最重要的階段性成果是，證實(shí)了河流棲息地的退化在較小的生境尺度是可逆的，且能通過工程干預(yù)的方式進(jìn)行人為操縱，恢復(fù)的程度取決于項(xiàng)目移除的生態(tài)過濾因子的級(jí)別。

通過地形地貌塑造提高魚類棲息地的物理結(jié)構(gòu)是恢復(fù)自然水文條件的必要措施。研究結(jié)果表明，河流魚類的生存高度依賴于水動(dòng)力和水形態(tài)條件，而這兩方面的水力狀態(tài)是由棲息地的地形地貌決定的。棲息地的地形地貌決定一個(gè)江段水力形態(tài)的多樣性，魚類物種的多樣性與水力形態(tài)的多樣性成正比[56]。因此，歐洲將地形地貌塑造推薦為棲息地生態(tài)修復(fù)的優(yōu)先選項(xiàng)，復(fù)雜的地形地貌能有效改善水動(dòng)力學(xué)條件，為不同種類的水生生物創(chuàng)造多樣性的棲息生境(如魚類、軟體動(dòng)物、大型無脊椎動(dòng)物[57-59])。在修復(fù)工程的選址上，應(yīng)重點(diǎn)考慮渠道化與筑壩導(dǎo)致的水文改變或者農(nóng)業(yè)開發(fā)造成的土地利用變化的江段，但應(yīng)謹(jǐn)慎選擇施工材料，如砂島由于易沖垮而逐年消失[60]。

長(zhǎng)江作為高度改造的河流，發(fā)揮著航運(yùn)、行洪等多重社會(huì)經(jīng)濟(jì)功能，生態(tài)恢復(fù)措施的實(shí)施受到極大限制，在干流主航道開展棲息地修復(fù)工程困難重重。河漫灘在長(zhǎng)江干支流分布廣泛，是水生生物重要的棲息地之一，應(yīng)作為實(shí)施棲息地地形地貌塑造的重點(diǎn)區(qū)域加以關(guān)注。針對(duì)挖砂堆場(chǎng)、河灘農(nóng)業(yè)等造成的河漫灘生態(tài)環(huán)境破壞、萎縮退化等問題，開展河漫灘生態(tài)修復(fù)，提高水生生物宜棲性，恢復(fù)各類生物生息的自然空間，是修復(fù)長(zhǎng)江棲息地、避免高昂經(jīng)濟(jì)代價(jià)的可行途徑。中國(guó)在河漫灘棲息地修復(fù)方面已經(jīng)起步，如在長(zhǎng)江上游四川省瀘州市江段開展的魚類棲息地修復(fù)工程，采用了地形塑造和人工魚礁相結(jié)合的技術(shù)方案，恢復(fù)了河流物理特性，塑造了水文環(huán)境多樣性的湍流條件，形成的激流—緩流、深潭—淺灘交替分布的空間格局提高了棲息地質(zhì)量和多樣化水平[61]。

2.3 物種池構(gòu)建

零星分布的棲息地生態(tài)修復(fù)工程對(duì)重建一個(gè)較大尺度江段自然種群的成效往往是有限的[62-63]，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了開展整體性修復(fù)的重要性。由于微生境修復(fù)主要關(guān)注棲息地的水力形態(tài)學(xué)等非生物因素，而僅使用這些變量來評(píng)價(jià)修復(fù)工程是否成功或達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)非常困難[64]，在這種背景下，決定棲息地生態(tài)修復(fù)工程成敗的生物因素正受到越來越多的關(guān)注，生態(tài)學(xué)家稱之為“物種池”[65]。成功的修復(fù)工程能形成多樣化的魚類群落，發(fā)揮“物種池”的功能，“物種池”的拓殖能力取決于物種擴(kuò)散力、江段水形態(tài)與生物競(jìng)爭(zhēng)力，其中，物種擴(kuò)散力是關(guān)鍵指標(biāo)，“物種池”中沒有或擴(kuò)散力較差的魚類無法拓殖到整個(gè)江段[66-68]。一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，單個(gè)棲息地修復(fù)項(xiàng)目的有效作用范圍約為上下游10 km，超過這一范圍的江段具有不同的魚類群落結(jié)構(gòu)，而有效范圍內(nèi)的魚類群落結(jié)構(gòu)是由“物種池”的潛在種群數(shù)量和規(guī)模決定的[69]。生境條件顯著影響魚類的擴(kuò)散力，如流速直接影響魚類的移動(dòng)能力，而棲息地喜好、食性種類等間接影響生物群落構(gòu)建，且物種的分類學(xué)地位可以作為魚類擴(kuò)散力的指示指標(biāo)[66]。

“物種池”的研究進(jìn)展為長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)的整體修復(fù)提供了重要借鑒，在生物多樣性分布的熱點(diǎn)江段，科學(xué)布局棲息地修復(fù)項(xiàng)目，形成產(chǎn)卵場(chǎng)、索餌場(chǎng)、越冬場(chǎng)的“上下游、河湖庫(kù)、左右岸、干支流”聯(lián)動(dòng)分布格局。其中，產(chǎn)卵場(chǎng)與幼魚索餌場(chǎng)的修復(fù)尤為關(guān)鍵，因?yàn)橹挥性趯?shí)現(xiàn)魚類繁殖并成功育幼的情況下，棲息地修復(fù)才能發(fā)揮持續(xù)性的“物種池”作用，那些集魚而無法自然增殖的項(xiàng)目?jī)H能改變魚群的地理分布。Che等[70]研究了棲息地修復(fù)工程對(duì)長(zhǎng)江上游魚類群落結(jié)構(gòu)的短期影響，發(fā)現(xiàn)魚類多度、漁獲量和物種豐富度分別增加98.1%、62.7%和22.5%，珍稀特有魚類從4種增加到9種，瀕危物種數(shù)的占比提高了8.4%，并在工程區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)了大量幼魚，證明了“物種池”在長(zhǎng)江魚類自然群落重建中的可行性，應(yīng)進(jìn)一步開展“物種池”拓殖范圍的研究。長(zhǎng)江河道內(nèi)的“物種池”構(gòu)建應(yīng)結(jié)合實(shí)施地的自然地理?xiàng)l件和魚類生態(tài)特點(diǎn)，識(shí)別主要限制因子，因地制宜，一地一策，靈活選用地形塑造、護(hù)岸生態(tài)改造、人工魚礁(巢)設(shè)置、生態(tài)河漫灘構(gòu)建、底棲生物恢復(fù)等多種形式。天然湖泊應(yīng)重點(diǎn)保護(hù)入江生態(tài)廊道的暢通，如鄱陽(yáng)湖與長(zhǎng)江間尚無工程構(gòu)筑物，自然消落的水文節(jié)律對(duì)刀魚、長(zhǎng)江江豚等物種的保存起到了關(guān)鍵作用，在水位高時(shí)，水生生物進(jìn)入鄱陽(yáng)湖繁殖、育肥，到了冬季水位下降，則回到長(zhǎng)江完成生活史，鄱陽(yáng)湖在這一過程中發(fā)揮的天然“物種池”功能給了研究人員極大的啟示。

2.4 功能性恢復(fù)

與棲息地物理結(jié)構(gòu)修復(fù)相比，生態(tài)功能的恢復(fù)具有“延滯性”，不同種類水生生物的群落結(jié)構(gòu)恢復(fù)往往要經(jīng)歷數(shù)年時(shí)間，且各不相同。棲息地生態(tài)工程實(shí)施后5～8年，魚類群落開始穩(wěn)定，大型無脊椎動(dòng)物的恢復(fù)時(shí)間一般為5～10年，而水生植物遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于動(dòng)物，平均為30年，人為縮短這些時(shí)間的努力不容易取得成效[71]。生態(tài)系統(tǒng)功能與生物多樣性(biodiversity-ecosystem functioning，BEF)具有級(jí)聯(lián)效應(yīng)，試驗(yàn)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能之間存在強(qiáng)烈的、不飽和的正相關(guān)關(guān)系[72]。棲息地修復(fù)工程通過提高物種數(shù)目和種群規(guī)模來促進(jìn)河流的功能性恢復(fù)；物種數(shù)目增加時(shí)，不同物種執(zhí)行相似、相同或者互補(bǔ)功能的概率增大，有助于增大群落的穩(wěn)定性、維持系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮、強(qiáng)化系統(tǒng)的功能承載力；而種群規(guī)模通過“密度依賴效應(yīng)”發(fā)揮作用，單個(gè)物種的種群規(guī)模越大，越有可能實(shí)現(xiàn)定殖，激發(fā)生態(tài)系統(tǒng)功能的正響應(yīng)[73]。

因此，在長(zhǎng)江關(guān)鍵區(qū)域?qū)嵤⒌匦迯?fù)工程后，不應(yīng)過多干預(yù)生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)過程，工作重點(diǎn)應(yīng)轉(zhuǎn)向?qū)ψ匀换謴?fù)的效果監(jiān)測(cè)，制定并執(zhí)行科學(xué)的長(zhǎng)期觀測(cè)方案，收集群落中物種的功能性狀與環(huán)境變異互作數(shù)據(jù)，建立生態(tài)模型。Theodoropoulos等[74]的研究結(jié)果表明，如不應(yīng)用模型對(duì)河流修復(fù)的生態(tài)效益進(jìn)行預(yù)測(cè)與方案優(yōu)化，很有可能導(dǎo)致項(xiàng)目結(jié)果與預(yù)期目標(biāo)不相符。國(guó)外的河流棲息地修復(fù)工程起步較早，研發(fā)了功能全面、特點(diǎn)各異的預(yù)測(cè)模型，如WUA、WASH等[75]。但長(zhǎng)江的地質(zhì)條件、演變歷史、水文環(huán)境與生物譜系不同于國(guó)外，直接采用這些模型可能不準(zhǔn)確，因此，長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)的建模工作對(duì)提高棲息地修復(fù)工程的成功率非常重要。與物種豐富度等分類學(xué)數(shù)據(jù)相比，生物多樣性的功能組成更能預(yù)測(cè)生態(tài)系統(tǒng)功能[73]，這一結(jié)論顯示，應(yīng)選擇魚類功能性狀指標(biāo)作為變量來量化工程對(duì)生物多樣性格局的影響。

2.5 生態(tài)再平衡

臨界轉(zhuǎn)變(critical transitions)是恢復(fù)生態(tài)學(xué)的重要概念之一，外源擾動(dòng)使長(zhǎng)江的生態(tài)系統(tǒng)從一個(gè)平衡態(tài)躍變到另一個(gè)相對(duì)較次的平衡態(tài)，并且不易恢復(fù)[76]。生態(tài)修復(fù)工程重建或形成的水生生物棲息地是次生境，次生境生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)程度受到區(qū)域資源條件和生態(tài)恢復(fù)閾值(threshold)的限制，外界條件達(dá)到臨界點(diǎn)(tipping point)，會(huì)觸發(fā)并加速生態(tài)系統(tǒng)在不同穩(wěn)態(tài)之間的切換。雙穩(wěn)態(tài)(bistability)理論認(rèn)為，生態(tài)惡化與恢復(fù)的臨界點(diǎn)并不重疊，兩個(gè)臨界點(diǎn)的差值代表生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)力，差值越大，恢復(fù)的難度越大[77]?；诮诘目臻g數(shù)學(xué)模型研究和對(duì)真實(shí)生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)提出的“圖靈理論(Turing theory)”備受關(guān)注和認(rèn)可，強(qiáng)調(diào)小規(guī)模的棲息地能通過空間自組織，生成并聚集成大規(guī)模的局域性互作結(jié)構(gòu)，從而協(xié)助復(fù)雜系統(tǒng)的恢復(fù)[76]。該理論已成功運(yùn)用在植被生態(tài)系統(tǒng)的修復(fù)，研究發(fā)現(xiàn)，基于多維度的次生演替能實(shí)現(xiàn)陸生系統(tǒng)的快速、大幅度恢復(fù)[78]。

因此，迫切需要在不同時(shí)空尺度上明確長(zhǎng)江生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)閾值的制約機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化棲息地恢復(fù)工程的全流域空間格局與異質(zhì)化水平，研究表明，具有異質(zhì)性和空間自組織特征的生態(tài)系統(tǒng)具有相對(duì)較小的延滯圈(hysteresis loop)，從而加快生態(tài)恢復(fù)臨界點(diǎn)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的再平衡[79]。

3 結(jié)語(yǔ)

生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性是保證人與自然和諧可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。人類活動(dòng)導(dǎo)致的生物多樣性快速下降是備受關(guān)注的重要問題，生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的相關(guān)研究已成為生態(tài)學(xué)和保護(hù)科學(xué)的前沿?zé)狳c(diǎn)。在近二十年里，生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)工程對(duì)改善生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)做出了重大貢獻(xiàn)，河流恢復(fù)生態(tài)工程學(xué)發(fā)展迅速，已成為現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展最快的前沿工程研究領(lǐng)域之一。隨著長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶建設(shè)的深入，對(duì)長(zhǎng)江水資源的開發(fā)利用進(jìn)一步強(qiáng)化，長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的矛盾逐漸突出。保護(hù)和修復(fù)長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境是目前與未來很長(zhǎng)一段時(shí)間的重點(diǎn)工作，是科研工作者與政策制定者必須解決好的艱巨任務(wù)，其中，生物多樣性是保護(hù)的核心目標(biāo)，面臨的挑戰(zhàn)也最多。長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶作為國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)的先行示范帶，肩負(fù)著率先實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重大使命，在“碳中和”背景下，長(zhǎng)江上游的水電開發(fā)強(qiáng)度顯著增加，進(jìn)一步壓縮了水生生物的生存空間，許多稀有物種無法適應(yīng)快速變化的水文環(huán)境，可以肯定的是，如不采取應(yīng)對(duì)性行動(dòng)，長(zhǎng)江生物多樣性的衰退趨勢(shì)將有所加速。時(shí)間緊迫，對(duì)長(zhǎng)江水生生物棲息地的修復(fù)應(yīng)盡快展開，將生態(tài)學(xué)的重要進(jìn)展應(yīng)用于水生群落恢復(fù)，解決實(shí)際問題，充分利用有限的河流地理空間與自然資源進(jìn)行工程實(shí)踐，采取“邊實(shí)施、邊研究、邊應(yīng)用”的策略，提高棲息地生態(tài)修復(fù)的科學(xué)性、有效性、精準(zhǔn)性，保護(hù)好我們賴以獲得各種生存資源的長(zhǎng)江生命線。

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