東北地理所在水電站建設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展，能源需求日漸增加。目前水電占全球總發電量的15%，且50%的可再生能源發電量由水電提供。據估計，目前全球正在運行或者建設的水電站超過了8萬座。在能源需求持續上升和氣候變化背景下，水電站可能會在亞洲、非洲和南美將進一步大規模開發。雖然水電屬于可再生能源的范疇，但其可持續性一直飽受爭議。越來越多的研究表明水電開發改變了自然生境結構和環境節律，導致生物多樣性下降，其影響在河流生態系統中尤其明顯。因此，為了提升河流保護和修復效率，迫切需要綜合目前關于水電站在不同區域（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，中國科學院東北地理與農業生態研究所濕地生物與環境學科組聯合來自德國、美國、丹麥、巴西等多國的學者，系統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。
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，形成靜水環境并導致生物群落結構發生明顯改變（圖2，圖3）。例如，適應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影響
下游河段受到的影響與水電站類型和運行模式密切相關（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枯竭，而出水口下游河段則由于間歇性發電放水的影響導致原有徑流和溫度節律紊亂，影響河流生物的生長、發育和繁殖。水電站引起的水文節律改變和沉積物運輸受阻等效應會延續至下游泛濫平原和河口區（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系統的影響
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動因子之一。目前全球大型河流多數已經遭遇生境破碎化，正在建設和已經規劃的水電站會在未來進一步導致淡水生物多樣性熱點地區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以及各大型河流河口泥沙通量的變化
文章還進一步評估了當前不同修復措施對于緩解水電站負面環境影響的效率，最后從平衡水電開發和生物多樣性保護角度建議了未來的研究方向，并提出了STREAM可持續水電開發和管理框架，包括系統性地規劃不同可再生能源設施，建立長期的研究和監測網絡，制定包含持續反饋和適應性調整的管理策略來增強水電站運行管理的靈活性和響應性，及時移除社會經濟效益低但環境影響較大的水電站，在水電站開發和運行的不同階段持續性地評估其社會經濟和環境影響以及多屬性群體決策等。
該研究發表于Nature Reviews Earth & Environment，東北地理所濕地生物與環境學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與內陸漁業研究所（IGB）、森根堡生物多樣性與地球系統研究所、圖賓根大學、丹麥奧胡斯大學、美國華盛頓大學和巴西龍多諾波利斯大學的學者，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研發計劃（2022YFF1300900）、中國科學院人才計劃項目（E355S122）、德國學術交流總署博士后項目（MEGALINKS）以及歐盟Horizon Europe項目（101093985）等項目的資助。
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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