第二节 淡水生态系统
淡水生态系统是指在淡水中由生物群落及其环境相互作用所构成的自然系统，它是人类文明的重要依托，这是因为世界的河流、湖泊、水库、溪流和湿地提供了大部分饮用、农业、卫生和工业用水，同时也是大量水生动植物的栖息地。淡水生态系统的生物多样性分布格局与海洋或陆地系统具有本质的不同。淡水生境具有相对不连续、许多淡水物种的分布不易突破陆地的阻隔，这些阻隔将淡水系统分隔成不连续的单元，这便使淡水生物多样性通常高度特化，即使一个小小的湖泊或溪流系统也积累了特有的、区域进化的生物群落。
淡水生态系统通常可分为静水的和流水的两种类型。前者指淡水湖泊、沼泽、池塘和水库等；后者指河流、溪流和水渠等。淡水生态系统的结构，不仅因静水与流水两大类型而异，而且同一类型的各种栖息地之间往往也有明显的差别。
一、淡水生态系统的类型
（一）湖泊生态系统
1. 湖泊是静水水体的主要类型
地球上可利用的淡水大部分储存在湖泊中。不同湖泊其成因不同，根据其成因可分为构造湖、冰川湖、火山湖、山崩湖、溶解湖、河成湖、风成湖、海湾湖等类型，不同类型的湖泊往往具有不同的底质和形态特征。环境的温度、光照（取决于透明度）、溶解气体（氧和二氧化碳）、营养盐类（主要是磷酸盐和硝酸盐）等；通常被认为是淡水生态系统最重要的限制因素。不同湖泊生态系统由于其位置、成因等诸多方面的差异,这几个因子往往有不同的表现，同一湖泊的不同位置其生态因子也有一定的差异(图 13 -1)。
湖泊中热量、溶解气体和养分的空间分布存在明显的季节性变化，这一变化取决于气候变化所引起的湖水的运动，为此不同地区的湖泊其热量、溶解气体和养分空间分布的季节性变化有很大差异。在温带地区,由于夏季上层湖泊水温相对深层水温高，上下层水体交换较弱，通常只有上层水的湍流混合，从而使湖水(除浅水湖泊外)中存在一个温度梯度急剧升降的带（变温层, thermocline），温度随深度下降呈现出正向分层现象,按照温度梯度可将湖水分为湖上层（epilimnion）、变温层和湖下层（hypolimnion）。湖上层水体通常具有较高的热量、溶解气体和养分,光照条件亦较好。湖下层则由于光照条件较弱,温度较低，而且水体交换的缺乏又使得其氧气来源切断，因此往往不适宜于生物生长。
在同一湖泊水体垂直方向的不同位置,其光照条件的差异使其生境条件有着一定的不同，通常可分为沿岸带、敞水带和深水带三种不同的生境。一般说，湖泊的沿岸带光照、氧气和营养条件最佳，生物的种类和数量都很丰富。
2. 湖泊中常见的生物群落
湖泊、池塘等静水水体生物群落分布一般呈带状分布，按照静水栖息地的3个生境类型,静水生物群落可分为沿岸带群落、敞水带群落和深水带群落，这些群落的相对重要要性主要取决于水体中3个生境的相对大小。一般来说，沿岸带是池塘的主要生产区,而湖泊和水库的主要生产区则是敞水带。
（1)沿岸带群落:沿岸带的生产者主要包括根部生长于水体底泥中的水生植物、漂浮植物及浮游植物。从岸边到深处随看水深的变化而出现3个不同的植物带：① 挺水植物带：植物的根和茎的下部浸在水中，主要进行光合作用的表面伸出水面，形成郁闭的高草群落，如香蒲、慈姑、芦苇、莲等。② 浮叶植物带：植物的根着生在水底淤泥中，叶子和花漂浮在水面上，主要有菱、荇菜、睡莲等，③沉水植物带：植物根系扎于湖底，植物体完全或主要是沉水性的，主要种类为眼子菜科植物。在水面平静的地方（如池塘和湖湾）常有大量漂浮植物分布，其茎叶或叶状体漂浮于水面，根系悬垂于水中漂浮不定，如浮萍、满江红、水浮莲等。沿岸带浮游植物由很多藻类组成，主要包括硅藻、绿藻和蓝藻。大部分藻类都为浮游性，部分丝状藻类和着生藻类则依附于有根植物外。沿岸带的消费者种类极为丰富，主要有螺类、某些昆虫幼虫、原生动物、水媳、轮虫、各种蠕虫、苔藓虫等。
（2）敞水带群落:生产者包括浮游植物和一些浮游自养菌。浮游植物主要有甲藻、硅藻、绿藻和蓝藻，个体小，但生产力相当高。在北温带湖泊中，随着温度、光照和营养物再生的季节变化，浮游植物于春秋两季各出现一次高峰（水华），夏冬两季则处于较低水平。春季水华主要由硅藻所引起，而秋季水华通常归因于蓝藻。消费者主要包括浮游动物和各种鱼类。浮游动物主要为桡足类、枝角类和轮虫，它们与沿岸带的那些种类有明显区别。
（3）深水带群落:深水带不存在生产者，消费者种类也不多，其食物供应依赖于沿岸带和敞水带。群落的主要成员是细菌和真菌，它们所提供的再生营养物常通过水流和游泳动物带到其他区域。大型消费者主要有摇蚊幼虫、颤蚓、球蚬和幽蚊幼虫。前3种属于底栖动物，最后1种是浮游动物，这些动物都有适应缺氧环境的能力。
（二）河流生态系统
1. 河流是流水水体的主要类型
其河流的储水量约占内陆水体总水量的0.5% ，是地球上水循环的一个重要环节。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。
第一，与湖泊相对照，河流具有连续的水流，是一个流动的、开放的生态系统。流经地区的气象、水文、地貌和地质条件有很大差异，在水平和垂直方向上形成了极为丰富的流域生境多样化条件。河流河床的坡降、深度、宽度、粗糙度、水量的差异及河流的蜿蜒性，还使得同一河流的不同部分和不同时期的流速常常有很大的变化。在特定条件下，河流的某些区域甚至可能处于静水状态，河流中通常存在急流带和滞水带两个显著不同的生境。这些导致河流流域生境条件异质性高，适于多种生物生长，生物多样性的水平高，进而形成了丰富的河流生态系统。
第二，河流深度和横断面显著小于湖泊和水库，具有较大的水 - 陆连接面，是更开放的生态系统；大多数河流中的有机物质主要来自陆地和邻近的静水水体，尤其是处于森林地带和肥沃平原的河流接受外源物质更多。
第三，由于河流深浅不一，与大气接触面积大，河流中水体流动和混合，使得河流水体含有较丰富的氧气，特别在急流、跌水和瀑布河段，曝气作用更为明显，几乎没有热分层或化学分层现象，是一种联系紧密的水- 气两相结构，由于上中下游的生境异质性，造就了丰富的流域生境多样化条件;由于河流形态的蜿蜒性、河流的横断面形状多样性，造就了丰富的生境多样性，形成了丰富的河流生物群落多样性。
2. 河流中常见的生物群落
浮游植物、浮游动物、底栖动物是河流生态系统生物群落的重要组成部分，其中浮游植物是江河重要的生物群落，其种群结构特征经常被用作评价水域营养水平、污染状况、资源现状、生产潜力等的指标和标准。
同一河流生态系统中有水流湍急的浅滩急流带，也有平静的水潭，在这两个不同但相互关联的生境中其生物组成亦有一定差异。流速的快慢，水流的深浅都有可能影响到大量河流物种的分布。很多生物对于水流速度是非常敏感的，因为它表示了传送食物和营养物质的一种重要机制，然而也限制了生物体继续生存在河流段落中的能力。河流中的水流速率还决定了水中浮游生物是否能够生长并且维持它们自身的发展。
（1）急流带群落：主要是一些着生藻类和各种昆虫幼虫。生活在这里的动物都具有特化的形态结构，明显地适用于流水环境。
（2） 滞水带群落：生产者有丝状藻类和一些沉水植物。消费者主要包括一些穴居或底埋动物和多种鱼类，后者为了觅食亦常在急流带出现。在某些流速很低的河流中还生长着浮游生物。
（3） 河道带群落：其结构类似于静水生物群落。除河流生物外还可见到很多静水生物。但由于河床底质的不均匀性，底栖动物通常以成团的形式分布。
二、淡水生态系统的功能
1. 湖泊的价值与功能
（1） 湖泊的价值
①提供丰富的水产品:湖泊盛产鱼、虾、贝、蟹、螺、蚌和各种水禽，以及莲、藕、菱、芡、芦苇等水生生物。如我国淡水鱼类产品每年约410 万吨，其中 95%来自平原湖区。芦苇可作为造纸原料。
②蕴藏着极其丰富的盐类资源和矿物资源:如我国第二大咸水湖纳木错湖，就蕴藏着食盐、碱、芒硝、硼等资源。
（2） 湖泊的功能
①提供水资源，净化水质：湖泊中的泥炭有较高的吸附能力，吸附水中的油脂、金属化合物、空气中的粉尘和所携带的菌类等。水还是一种良好的溶剂，各种酸、碱、盐以及其他有毒物质都可通过水的稀释、扩散、沉淀、氧化还原或微生物分解等途径消除或减轻污染。
②蓄纳洪水和防御风暴：在汛期可削弱洪峰，滞后洪水的威胁；在旱季又可提供水源满足灌溉，保持大地水分的良性循环。
③为稀有和濒危野生动物提供栖息所：地球上有1/3 的珍贵保护动物是湖沼地区的“常客”。据统计，生活在都阳湖上的鸟类共有150 多种，其中水禽有69 种，世界珍禽十多种。青海湖中有一座著名的鸟岛是群鸟聚会之所，每年春天，数以十万计的各种候鸟如斑头雁、鱼鸥、棕头鸡、鸬鵺等成群结队从南方飞来，鸟群此起彼落，成为青海湖的一大奇观。到了产卵季节，群鸟筑巢垒窝，全岛铺满了密密麻麻的鸟蛋，俯拾即是。
④提供休闲度假的胜地：迷人的湖光美景可给人们带来丰富的文化生活愉悦人们的精神。
2.河流的价值与功能
（1） 河流的价值
①盛产鱼类：最多的是鲤鱼、鲫鱼等，还有鯰鱼鱼、黑鱼、嘎牙鱼、草鱼、马口鱼和麦穗鱼等。
②内陆航运：河流在内河航运中占有十分重要的地位。内河航运具有成本低、效益高的比较优势，特别适合大宗货物、集装箱货物运输。在我国，由于原材料、能源等资源分布与经济社会发展的需求，形成了南北调运、东西交流的运输大格局。仅2009 年，内河货运量达 25.7 亿t，内河港口货物吞吐量 27.8 亿t，亿吨大港已达到5个。
③水力发电：水力发电在世界各国都被广泛采用。在我国长江上有葛洲坝水电站、长江三峡水利枢纽等；黄河上有龙羊峡水电站、李家峡水电站、青铜峡水利枢纽、三门峡水利枢纽、刘家峡水电站等；澜沧江上有漫湾水电站、大朝山水电站、小湾水电站等。
（2） 河流的功能
①鱼类、鸟类及两栖类动物的栖息地：河道通常会为很多物种提供适宜的生存条件，它们在河道中生存和繁殖，并形成重要的生物群落。河道一般包括两种基本类型的栖息地结构：内部栖息地和边缘栖息地。内部栖息地相对来说是更稳定的环境，生态系统可能会在较长的时期仍然保持着相对稳定的状态。边缘栖息地处于高度变化的环境梯度之中，但要比内部栖息地环境有着更多样的物种构成或个体数量。
②通道作用：河道系统可以作为能量、物质和生物流动的通路。河道水体|的流动，不仅可以收集和转运河水和沉积物，还有很多其他物质和生物群系通过该系统进行移动。
河道既可以作为横向通道也可以作为纵向通道，生物和非生物物质可向各个方向移动和运动。在河源区有机物物质和营养成分从高处漫滩难流入低洼的漫滩而进入河道系统内的溪流，从而影响到无脊椎动物和鱼类的食物供给。生物的迁徙促进了水生动物与水域发生相互作用。
③过滤和屏障作用：河道的屏障作用表现在阻止能量、物质和生物运动的哈生，或是起到过滤器的作用，允许能量、物质和生物选择性地通过。河道作为过滤器和屏障可以减少水体污染、最大限度地减少沉积物转移，提供一个与土地利用、植物群落以及一些运动范围小的野生动物之间的自然边界。
影响系统屏障和过滤功能作用的因素包括连通性（缺口出现频率）和河道宽度。一条宽广的河道会提供更有效的过滤作用，而一条相互连接的河道会在其整个长度范围内发挥过滤器的作用。影响过滤功能的最大因素是河道边缘的形状。
三、河流与湖泊的利用及保护
1. 现状
（1）河流的现状：河流为人类提供着多种服务功能，如供水、食物、水电、航运灌溉、生态系统服务和娱乐等。然而，由于“过度使用”、流域内人口压力增加、气候变化引起旱涝灾害增多，使河流系统受到严重威胁，导致河流形态变化、污染加剧、水生栖息地退化及鱼类物种灭绝等，无法发挥其正常功能。如多瑙河是欧洲最长的河流之一，然而河上的水坝已使该流域 80% 的湿地和漫滩遭到破坏；又如我国的长江，由于干道上的悬浮物、氧化性有机化合物和无机化合物以及氨氮含量高，严重地降低了饮用水质量，并导致水成分的变化。
（2） 湖泊的现状：在全球气候变化的大背景下，湖泊面积的缩小、干枯、污染严重地影响到湖泊生态功能的正常发挥。水污染不仅导致湖泊水质持续下降，也引起越来越广泛的富营养化现象。特别是一些大中城市和城市群周围的湖泊，大多处于重富营养化或异常富营养化状态，如位于美国东北部的五大湖（安大略湖、伊利湖、苏必利尔湖、休伦湖、密歇根湖），污染严重，污染源是湖边的工厂群。
在我国，过去 30 年内，被污染的湖泊面积已从最初的 135 km2激增至14000km2，被污染的湖泊类型也从城市小湖泊发展到一些大中型湖泊。根据科技部“十一五”期间进行的“中国湖泊水质、水量与生物资源调查”，我国目前现有湖面面积1 km2以上的天然湖泊2693 个，总面积超过 8.1 万 km?。近 50年来消失的湖泊共计 243 个，新疆消失的湖泊 62 个；内蒙古消失 59 个；湖北消失 55个，江苏消失 11 个；江西、安徽各消失 10 个。
2.利用中的问题
人类的过度捕杀、水生顶极群落消失带来的次生灭绝以及城郊湖泊加速富营养化造成的生境污染，是淡水生态系统利用中出现的主要问题。
（1） 污染严重：农用化肥的流失、生活污水的排放造成一些水域水体富营差化，鱼类缺氧而死，湖泊向沼泽化发展。工业废水排入陆地水域，致使水体理化因子发生变化，水质恶化，导致水域内生物富聚毒物，危害人类健康。甚至，大最生物死亡，使水域生态系统发生逆向演替，生态环境进一步恶化。
（2） 湖面萎缩：随着人口增长、工农业生产迅速发展、人类大规模生产活动，以及大量工业废水和生活污水直接或间接排入江河、湖泊，淡水生态系统出现退化。
（3）生物多样性减少：由于水质恶化和湖面的萎缩，使得一些鱼类和水生生物减少或消失。
3. 湖泊与河流的保护
（1） 统筹水资源的开发利用和保护：处理好生活、生产和生态用水的关系。
（2） 科学论证跨流域的调水工程：统筹地表水和地下水环境保护，制止地下水无序开发，严防地下水污染。
（3） 加快城镇污水处理设施建设：加快污水处理厂及配套管网设施建设。加快污水处理设施建设和运营的市场化步伐；加大污水处理设施运行监管，限期安装在线监控系统，确保污染治理设施稳定、达标排放。
（4）搞好流域规划：建立生态屏障、设立滞洪、蓄洪、泄洪区。
