東北地理所在水電站建設(shè)對河流生物多樣性影響研究方面取得重要成果
隨著全球人口增長和社會發(fā)展，能源需求日漸增加。目前水電占全球總發(fā)電量的15%，且50%的可再生能源發(fā)電量由水電提供。據(jù)估計，目前全球正在運(yùn)行或者建設(shè)的水電站超過了8萬座。在能源需求持續(xù)上升和氣候變化背景下，水電站可能會在亞洲、非洲和南美將進(jìn)一步大規(guī)模開發(fā)。雖然水電屬于可再生能源的范疇，但其可持續(xù)性一直飽受爭議。越來越多的研究表明水電開發(fā)改變了自然生境結(jié)構(gòu)和環(huán)境節(jié)律，導(dǎo)致生物多樣性下降，其影響在河流生態(tài)系統(tǒng)中尤其明顯。因此，為了提升河流保護(hù)和修復(fù)效率，迫切需要綜合目前關(guān)于水電站在不同區(qū)域（如壩上、出水口下方、下游泛濫平原濕地）和時空尺度對各河流生物類群（如藻類、水生植物、浮游動物、底棲無脊椎動物、魚類和半水生哺乳類和爬行類等）影響的理解。基于此背景，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所濕地生物與環(huán)境學(xué)科組聯(lián)合來自德國、美國、丹麥、巴西等多國的學(xué)者，系統(tǒng)性闡釋了不同類型水電站對河流縱向、橫向、垂向和時間連通性的破碎化作用（圖1），從不同時空尺度綜述了水電站對各生物類群影響的觀測證據(jù)。
圖1 水電站在縱向、橫向、垂向和時間維度對河流連通性和生物多樣性的影響
水電站會導(dǎo)致壩前河段水流減緩且水深增加，其中大型水電站對壩前河段影響尤其明顯，形成靜水環(huán)境并導(dǎo)致生物群落結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯改變（圖2，圖3）。例如，適應(yīng)于流水生境的魚類和底棲無脊椎動物特化種在水庫中會經(jīng)歷多樣性下降，而一些泛化種（包括外來物種）則往往會在水庫中迅速增加。
圖2 大型水電站對其上游河段的生態(tài)影響
下游河段受到的影響與水電站類型和運(yùn)行模式密切相關(guān)（圖3）。引水型電站截水壩和出水口之間的河段流量明顯減少甚至出現(xiàn)枯竭，而出水口下游河段則由于間歇性發(fā)電放水的影響導(dǎo)致原有徑流和溫度節(jié)律紊亂，影響河流生物的生長、發(fā)育和繁殖。水電站引起的水文節(jié)律改變和沉積物運(yùn)輸受阻等效應(yīng)會延續(xù)至下游泛濫平原和河口區(qū)（圖4），不僅影響河道中的水生生物如魚類和底棲動物，還會影響河岸帶植物和半水生動物包括哺乳類、水鳥、龜類和兩棲類等。
圖3 不同類型水電站對其上下游生態(tài)系統(tǒng)的影響
除了改變河流理化條件，水電站還是河流生境破碎化的主要驅(qū)動因子之一。目前全球大型河流多數(shù)已經(jīng)遭遇生境破碎化，正在建設(shè)和已經(jīng)規(guī)劃的水電站會在未來進(jìn)一步導(dǎo)致淡水生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū)如亞馬遜和剛果河流域的眾多河流生境破碎化（圖4）。由于河流生境破碎化、過度捕撈和水污染等多重脅迫作用，全球淡水洄游魚類的相對豐度在1970至2020年間平均下降了81%。
圖4 全球長度超過500km的河流的自由流動狀態(tài)以及各大型河流河口泥沙通量的變化
文章還進(jìn)一步評估了當(dāng)前不同修復(fù)措施對于緩解水電站負(fù)面環(huán)境影響的效率，最后從平衡水電開發(fā)和生物多樣性保護(hù)角度建議了未來的研究方向，并提出了STREAM可持續(xù)水電開發(fā)和管理框架，包括系統(tǒng)性地規(guī)劃不同可再生能源設(shè)施，建立長期的研究和監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，制定包含持續(xù)反饋和適應(yīng)性調(diào)整的管理策略來增強(qiáng)水電站運(yùn)行管理的靈活性和響應(yīng)性，及時移除社會經(jīng)濟(jì)效益低但環(huán)境影響較大的水電站，在水電站開發(fā)和運(yùn)行的不同階段持續(xù)性地評估其社會經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響以及多屬性群體決策等。
該研究發(fā)表于Nature Reviews Earth & Environment，東北地理所濕地生物與環(huán)境學(xué)科組何逢志研究員為第一作者和通訊作者，合作作者包括來自德國萊布尼茨淡水生態(tài)與內(nèi)陸漁業(yè)研究所（IGB）、森根堡生物多樣性與地球系統(tǒng)研究所、圖賓根大學(xué)、丹麥奧胡斯大學(xué)、美國華盛頓大學(xué)和巴西龍多諾波利斯大學(xué)的學(xué)者，武海濤研究員為研究提供了重要支持。研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃（2022YFF1300900）、中國科學(xué)院人才計劃項(xiàng)目（E355S122）、德國學(xué)術(shù)交流總署博士后項(xiàng)目（MEGALINKS）以及歐盟Horizon Europe項(xiàng)目（101093985）等項(xiàng)目的資助。
論文信息：
He, F., Zarfl, C., Tockner, K., Olden, J.D., Campos, Z., Muniz, F., Svenning, J.C. and J?hnig, S.C. Hydropower impacts on riverine biodiversity. Nature Reviews Earth & Environment (2024). https://doi.org/10.1038/s43017-024-00596-0
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