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? Brenda Shaughnessy/TNC Photo Contest 2021

水是生命之源，河流如生命之泉，支持生命繁衍生息，也孕育出了人類文明。河流不僅是水資源的重要載體，更是淡水生物多樣性的寶庫。淡水生態系統雖僅占不到1%的地球表面面積，卻支撐著至少10%的已知物種和1/3的已知脊椎動物物種的生存，擁有全球約一半的魚類物種[1][2]。淡水生物多樣性為人類提供了重要的生態系統服務[3]，包括供給食物、遺傳資源等物質產品，調節氣候、凈化水質、參與養分循環，以及提供文化、教育和娛樂服務等，影響著全球所有地區和不同社會發展階段的人類生存與發展。

然而，由于入侵物種、流量改變、無序取水、棲息地退化、污染和過度捕撈等多種因素，全球淡水生物多樣性下降形勢尤為嚴峻[4]。世界自然基金會（WWF）《2024年地球生命力報告》[5]顯示，在1970至2020年間，全球淡水物種數量以85%的平均速度下降，遠高于陸地和海洋生態系統。盡管現在人們已逐漸意識到淡水生物多樣性的保護危機，但由于全球自然保護工作重點針對陸地和海洋生態系統，淡水生物多樣性保護在很大程度上尚未得到足夠的關注和重視。

? Jack Barua/TNC Photo Contest 2021

有研究認為淡水生物多樣性危機未得到遏制的根本原因，除了缺乏保護行動的資源與資金投入之外，還有人類使用傳統灰色基礎設施對河流進行管理[6]，在很長一段時間內往往較少考慮野生動植物及其棲息地[7]。聯合國環境規劃署（UNEP）指出淡水生物多樣性下降的主要原因是棲息地的退化與喪失，其中水壩等工程設施建設使河流生態系統破碎化，直接導致包括淡水魚類在內的水生物種面臨種群數量下降和滅絕的風險[8]。許多研究均證實了水壩等河道工程設施建設與淡水物種數量下降的相關性[9]。據統計，全球48%的河流流量受到人工流量調節或破碎化的影響，目前已建成、建設中和計劃建設的水壩，將在建成后使全球所有河流喪失93%的自然水文流量[10]，全球242條超過1000公里的河流中僅有三分之一還保持著自然流淌狀態[11]。大自然保護協會（TNC）認為河流健康的核心在于其自由流淌的狀態，自由流淌河流（free-flowing rivers）是保留了大部分或全部關鍵生態特征（如連通性和自然流態）的河流，這些特征不僅維持著生態系統的健康，也為人類社會帶來諸多價值[12]。

以往的河流治理從水資源管理和水安全的角度出發，主要關注水質調節、洪澇災害等方面，對生物多樣性的關注度有所不足。從20世紀初期德國學者首先提出“近自然河溪治理”的概念開始[13]，國內外河流治理經過多年發展，從僅關注水質水量單要素的硬性工程措施，逐步拓展到覆蓋水文情勢、棲息地、生物群落等多要素的綜合治理模式，逐漸強調基于自然和近自然的生態工程理念[14]。在全球面臨淡水生物多樣性急劇喪失的挑戰背景下，河流治理需要增加對生物多樣性、生態系統連通性、棲息地質量等因素的考量。從淡水生物多樣性保護的角度出發，WWF首席河流顧問David Tickner等人提出了扭轉淡水生物多樣性退化趨勢的“緊急恢復計劃”（ERP），將保護優先行動分為6項：（1）加速實施生態流量；（2）改善水質；（3）保護和恢復重要棲息地；（4）管理淡水生態系統資源的開發；（5）預防和控制非本地物種入侵；（6）保護和恢復淡水生態系統連通性[15]。同時，TNC提出了5個關鍵生態屬性（KEA），為淡水生物多樣性保護提供了一個以生物多樣性和生態系統健康為核心的框架（表1）。該框架可用于識別淡水生態系統的威脅因素及來源，指導設計保護行動，評估保護成效，以實現生物多樣性和生態系統完整性的提升。

表1 淡水生態系統的關鍵生態屬性[16]

關鍵生態屬性	定義	可衡量指標	退化帶來的危害	潛在威脅來源
水質	水體的物理化學性質	水體的氮磷含量、污染物含量、化學需氧量、溶氧量、透明度以及水溫等	水質污染改變流域生態系統結構；致病菌、病毒、毒害物質造成流域內動植物疾病；流域內受重金屬和合成有機物影響等對人類健康造成威脅	沿岸企業向河道內排污；農業面源污染；水壩等阻隔設施增加了營養物質或污染物在水中停留時間間接地增加了水質變化對風險
水文情勢	淡水生態系統的最關鍵指標，指一定時間內水量和水流的變化形式	月平均流量指標、極端流量指標、頻率、持續時間和變化速率等	無法為湖泊濕地提供動態水文條件；抑制淡水生態系統魚類、鳥類、岸邊灘植物等繁殖繁衍	水庫、水壩等水利設施；引水灌溉設施
生物組成	指生態系統所特有的生物結構、組成成分、相互作用及關鍵的生物過程，也包括營養過程	魚類物種組成與分布、物種豐富度、無脊椎動物預測與分類系統、IBI指數等	氣候調節、基因庫保存、有害生物控制、凈化水質和大氣等生態系統服務功能下降甚至消失	魚類過度捕撈；外來物種入侵等
連通性	河流不同水體之間的物理聯系，以及阻礙了水體中生命形式，包括動物、幼體、種子和果實等活動的程度	連通河網長度、連通河網比例	影響魚類及其他水生生物遷徙、洄游；阻礙水體中生命形式的活動程度	瀑布、堰塞湖等自然阻隔；水壩或不合理設計的涵洞等人為阻隔
棲息地	本地物種賴以棲息的生態環境，其中不僅包括水生生物的棲息地，還包括陸生動植物的棲息環境	棲息地結構、分布、數量、條件等情況調查，魚類產卵場、仔幼魚棲息地隱蔽場等生境指標	生物多樣性降低	河道內采石挖沙；河道截彎取直、航道建設、渠化以及水利設施建設前后對河流水深、流速、水面寬度、淺灘、湍流、減脫水河段等自然環境棲息地分布影響

針對這些關鍵生態屬性，我們急需能夠有效管理水資源，同時又能逆轉淡水生物多樣性喪失的替代解決方案[17]。將現有基礎設施與生物多樣性保護的目標相結合，恢復河流生態系統服務和關鍵特征，基于自然的解決方案（NbS）可以在提升KEA方面發揮重要作用，同時還是一種社會與自然環境“雙贏”的途徑，使河流健康提升，使加速下降的淡水生物多樣性受益，并讓人類通過健康的河流生態系統服務獲益。為有效提升淡水生物多樣性，在河流生態系統中實施NbS必須與提升KEA的關鍵行動緊密結合，對此，我們列舉了能夠提升KEA的典型NbS措施（表2）。

表2 在河流生態系統中提升關鍵生態屬性（KEA）的典型NbS措施[6][18]

關鍵生態屬性	核心理念	河流生態系統中的NbS措施
水質	基于生態系統的方法	河岸帶植被恢復 建造人工濕地 河漫灘恢復與植被重建
水文情勢	改善水流的時間與流量變化	生態流量調度 拆除水壩、堰塘、涵洞等 堤防后退、恢復河漫灘與河道的連接
生物組成	恢復本地物種種群和群落結構	恢復本地物種數量（科學增殖放流） 魚類棲息地修復 拆除水壩、堰塘、涵洞等
	減少入侵物種	預防、控制和清除入侵物種
連通性	移除障礙物	拆除水壩、堰塘、涵洞等
	增強連通性	堤防后退、恢復河漫灘與河道的連接
棲息地	保護、恢復和管理棲息地	河漫灘恢復與植被重建 魚類棲息地修復 硬化河道的生態化改造 堤防后退、恢復河漫灘與河道的連接 河岸帶植被恢復

NbS提升河流生態系統生物多樣性的經驗與實踐

01.水壩拆除和河流棲息地修復

? Jo?o D'Andretta/TNC Photo Contest 2022

拆除河道內的障礙物是恢復河流連通性最有效的措施。雖然水壩在發電、防洪、航運等方面發揮著重要作用，但也會引發顯著的生態問題，拆除水壩將有助于改善自然流量、恢復珍稀及重要物種棲息地、恢復河流生態功能等。然而這種措施常具爭議，由于人類對水壩的功能高度依賴，并不是所有的水壩都可以被拆除，需要綜合流域規劃，并考慮公共安全隱患、經濟成本、河流連通性的改善、魚類洄游受阻緩解、功能或經濟價值喪失等驅動水壩拆除的關鍵因素[19]。具體來看，水壩拆除項目全流程可分為5個階段：

可行性評估和計劃階段：組建項目團隊，通過咨詢可能受影響的利益相關方及實地調查，評估拆壩的可行性，確認項目目標和優先行動，制定初步計劃。

設計和許可階段：根據收集的數據、項目成本估算、基礎設施影響評估等設計詳細的拆壩方案，包括施工方法、施工圖紙、影響緩解措施、時間表和預算等，準備備選行動方案，并獲取必要的許可。

拆除或施工階段：開始實際的施工和拆除工作，包括對水壩結構的拆除、沉積物的處理以及對受影響區域的初步生態恢復，施工活動需明確工作量、遵循合理的順序并關注施工活動本身的生態影響。

河流修復階段：拆壩后河流的生態修復工作包括修復河流地貌和河道形態、恢復植被、控制沉積物、恢復河漫灘等，考慮目標恢復物種的形態學和行為學特征、流速流量、水流方向、基質等，以恢復河流的自然水文過程和生態功能。

監測和適應性管理階段：定期監測河流的生物多樣性、水文和水質狀況以及社會經濟影響，評估拆壩項目的效果，并根據監測結果進行適應性管理，確保項目目標的實現。

TNC在推動全球河流生態系統生物多樣性保護方面發揮了積極的作用，曾多次為北美和歐洲的水壩拆除項目提供科學支持，推動老舊水壩和無序開發的小水電設施等河流障礙物的拆除工作。在美國，TNC與政府、金融機構、企業和社區等合作伙伴合作，拆除廢棄的水壩、設計不當的涵洞等其他河流障礙物，直接參與恢復了數千英里的河流。在歐洲，TNC加入了“歐洲水壩拆除”（DRE）聯盟，提供科學技術支持，并開發了一個在線工具包（Restoring Free-flowing Rivers in Europe），幫助聯盟伙伴掌握將水壩拆除作為河流恢復的工具、處理新項目和參與現有項目的知識與方法。此外，TNC還致力于科學研究，引導河流恢復性投資及相關綠色創新融資等，以期實現河流生態系統保護與恢復的可持續性。

實踐案例：

美國佩諾布斯科特河流恢復項目

Veazie大壩拆除前 ? Bridget Besaw

美國緬因州的佩諾布斯科特河是多種本地海洋洄游魚類的棲息地，但由于干流上建設的多座水壩，河流的自然流動被阻斷，導致魚類洄游通道受限，生態系統遭到嚴重破壞。為了恢復這一重要生態系統和洄游魚類，TNC于2004年起與多方利益相關方合作，包括當地原住民社區、環保組織、電力企業和地方政府，發起了佩諾布斯科特河恢復信托基金會，并通過科學評估和公眾參與，識別并劃定了關鍵的生態區域，明確恢復目標。在2010年，信托基金會購買了Veazie、Great Works和Howland三座水壩，并于2012年拆除了Great Works大壩，2013年完成Veazie大壩的拆除。與此同時，為了保持水電生產，項目團隊在其他建成水壩上增加了發電機組，確保了當地能源供應的穩定。此外，TNC還積極開展生態監測，評估拆壩對水質和生物多樣性的影響。

隨著水壩的拆除，佩諾布斯科特河的自然流動狀態得以逐步恢復，數千英里的棲息地重新連接，為12種本地洄游魚類提供了良好的生境。監測數據顯示，拆壩后，春季遷徙期間，河流中內河鯡魚的數量從拆壩前的幾百幾千條，增至2023年的超過600萬條，顯示出顯著的生態恢復成效。

拓展閱讀：https://www.nature.org/en-us/about-us/where-we-work/united-states/maine/stories-in-maine/restoring-the-penobscot-river/

實踐案例：

中國赤水河河流連通性恢復及棲息地修復示范項目

簸笠修復點修復前（左，2021年3月）和修復后（右，2021年5月）生境對比  ? 中國科學院水生生物研究所

赤水河，作為目前長江上游唯一一條干流未建電站、保持自然流態的一級支流，是長江上游珍稀特有魚類的重要棲息地。然而，流域內大量小水電的開發嚴重破壞了河流連通性，導致魚類棲息地大面積喪失。為此，2020年至2023年底，云貴川三省與中國科學院水生生物研究所合作，對赤水河流域的小水電進行了清理整改，共拆除小水電321座，占流域內小水電總數的86.1%，基本恢復了赤水河流域部分支流的自然連通。但魚類棲息地的恢復若完全依靠自然修復勢必是一個漫長的過程。為了重塑赤水河生態系統并提高魚類物種多樣性，該項目特別選取了魚洞電站和簸笠電站兩個引水壩舊址及其附近江段進行受損棲息地修復示范。

修復工作采用了人工構建階梯-深潭系統的方法，將大小石塊按照按疊瓦形式布置，同時在平面形態上布置成反拱形，從而相互嵌套形成一個牢固的整體，通過改善河床底質、水深和流速條件，顯著改善棲息地環境條件。在兩處修復點，項目共修建了6條人工階梯-深潭系統，并拋投卵石以增加河床底質多樣性、擴展河道水深和流速范圍。監測結果表明，修復后的兩處修復點基本形成了灘潭相間、急緩交替、深淺不一的生境格局，為不同本土珍稀特有魚類提供了理想的棲息和攝食場所，魚類組成、群落結構和資源量都得到了顯著恢復。魚洞修復點的魚類密度由修復前的13尾/100m增加至84尾/100m，增幅達6.5倍；簸笠修復點的魚類密度由修復前的33尾/100m增加至203尾/100m，增幅達6.3倍。該項目不僅恢復了河流連通性，還為長江上游珍稀特有魚類棲息地恢復提供了重要的技術支撐，為保護和恢復水生生物多樣性提供了寶貴的經驗。

02.生態流量調度

? Guilherme Battistuzzo/TNC Photo Contest 2021

傳統水資源管理對河流水流量的人為調控嚴重影響了水位的自然、季節性變化模式，進而影響各類水生生物的生長、繁殖和棲息地環境。研究認為，人為導致的水文節律變化是造成淡水生物多樣性喪失和生態功能下降的主要原因[8]，解決問題的關鍵在于生態流量管理，即如何保持自然流量狀態以維持生態系統健康，同時滿足人類對水資源管理的需求。生態流量指的是在湖泊、河流、溪流和河口保留流量的時間和數量，維持自然功能、過程和持續復原力所需的高低水位的季節性模式。TNC和合作伙伴共同設計了一個簡單且通用的開發生態流量建議方案的流程，具體步驟包括：

方針會議：召集科學家、水管理者、政策制定者等利益相關方，介紹生態流量建議的開發過程，包括生態流量實施方式和時間，討論并匯總與會者提出的流量建議開發過程的改進意見。

查閱文獻和摘要報告：通過查閱現有文獻和資料，收集關于河流-洪泛平原-河口生態系統、特定物種及流量信息，找出流量水位和生物群之間的聯系，確定對維持或恢復生態系統健康至關重要的流量關鍵特征，編寫匯總報告。

流量建議研討會：基于步驟2中提供的信息，合作定量分析水流成分模式所需的維度，包括確定低流量、高流量和洪水水位的適當范圍、持續時間、頻率以及從一個狀態轉變為另一種狀態的速率，為每種水流成分提出流量建議，區分枯水年、平水年和豐水年的不同需求，并對確定出的生態流量建議達成共識。

流量建議的實施：在實施流量建議前需要預先周密計劃并精心設計，制定詳細的監測計劃，跟蹤生態系統對新流量條件的響應，以便于進一步改進生態流量建議和方案。實施過程中可能會遇到一些預期之外的問題或新的科學發現，這時就需要靈活調整管理策略，以適應新的情況。

補充資料的收集和科學研究：從步驟4開始，持續收集補充資料、進行相關生態流量研究，并評估正在進行和以往的流量恢復實驗的結果，根據評估結果調整當前和未來所需收集的信息和研究工作的優先級。

水文改變的生態限制框架方法（ELOHA）的步驟[20]

以上流程從項目適應性管理的角度探討了生態流量的設定和實施，但從流域層面來看，還需采取更為系統的方法將生態流量的管理納入水資源管理決策，將生態流量從單個站點的實施拓展到地區或國家政策領域，使淡水生態系統的保護與恢復與水資源開發速度和程度相匹配。為此，研究人員提出了水文改變的生態限制框架方法（ELOHA）[20]，一個利用現有的水文和生物信息在區域范圍內確定和實施生態流量的框架。ELOHA通過分析不同河流對水文變化的生態響應，識別出水流變化與生態健康之間的關系，從而為各類河流建立生態流量標準。該方法強調盡管每條河流都是獨特的，但許多河流對流量變化的生態反應是相似的，因此可以利用已有的數據和模型來推導出適用于多個河流的生態流量需求。這種框架的靈活性使其能夠適應不同的流域特征、數據可用性和社會政治環境，促進生態保護與水資源開發之間的平衡。

實踐案例：

美國薩瓦納河生態流量調度項目

美國陸軍工程兵團在豐水期對薩瓦納河進行流量調度 ? Mark Godfrey/TNC

薩瓦納河發源于喬治亞洲北側的藍嶺山脈，以其豐富的生物多樣性而聞名，為約100種魚類提供了棲息地，包括小鰭吸口魚（Moxostoma robustum）在內的瀕危物種。然而由于水壩建設等人類活動的影響，該河的自然流量過程受到了嚴重改變，破壞了生態系統的完整性，阻礙了當地主要經濟漁業產品的發展，同時還由于流量改變限制了河漫灘地區闊葉樹的生長，影響了水質，進而使依賴于河流和河漫灘森林的生物多樣性降低。

對此，TNC聯合美國陸軍工程兵團在2002年共同啟動了“生態流量建議方案”。在方針會議中，50多名來自不同聯邦、州及地方機構和學術機構的專家參與討論，開啟生態流量建議的開發流程。隨后，TNC和喬治亞州立大學（UGA）合作，查閱了超過375份文獻資料，并匯總了文獻綜述和總結報告。2003年，在流量建議研討會中，47名科學家和技術人員參與，共同探討了維持薩瓦納河河流、洪泛平原和河口生態系統的流量建議，考慮了河道流量狀況（低流量、高流量和洪水）和自然流量體系的生態特征（規模、頻率、時間、持續時間及變化速度），還分別針對枯水年、平水年和豐水年提出了建議。會議結束后，美國陸軍工程兵團根據TNC制定的生態流量推薦方案對大壩的運行進行了初步運行試驗和調整，如在2004年釋放了高流量脈沖水流。項目還對河流的水文、水質、生物狀況進行持續監測和評估，以評估實施的效果，并根據監測結果對生態流量方案進行反饋和調整，建立適應性管理機制，不斷完善建議方案。

方案實施后，薩瓦納河低流量運行過程恢復并增加了洄游魚類的產卵場，提高了幼魚成活率，并促進了河漫灘闊葉林的萌發和生長。而高流量的運行過程則促進河漫灘森林各類植物種子散播，補充土壤養分，為鳥類提供了棲息地，短吻鱘和漫灘植物等瀕危物種也得以逐漸恢復再生。該項目展示了通過科學規劃和多方合作，生態流量調度可以在不影響或幾乎不影響水壩運行和水資源使用的情況下，有效管理和恢復河流生態系統的健康，提高淡水生物多樣性。

拓展閱讀：https://www.nature.org/en-us/about-us/where-we-work/united-states/south-carolina/stories-in-south-carolina/savannah-river-flows-help-birds/

? Joaquin Silva/TNC Photo Contest 2022

在運用NbS提升淡水生態系統關鍵生態屬性時，為了確保保護行動長期有效，TNC還在上述措施之外，提出了長效淡水保護框架（Durable Freshwater Protection, DFP），強調設計和執行能夠長期維持淡水生態系統的生態狀況、社會價值和經濟利益的行動。具體途徑包括法律、行政、資金機制等，建議采用至少持續25年的時間框架，以確保保護行動、政策以及資金投入的持久穩定。

拓展閱讀：生物多樣性保護中國水利行動(NGL) | 長效淡水保護框架(DFP)