流域生態學是研究流域內不同生態系統間的信息、能量、物質變動規律的學科。
淡水生態系統研究的特征與問題
特征
人類文明主要集中于淡水生境。世界上的河流、湖泊、水庫、溪流和濕地提供了大部分飲用水、農業、衛生和工業用水，同時也是大量魚類、兩棲動物、水生植物、無脊椎動物和微生物的棲息地。然而，人們對地球上淡水生物多樣性的認識仍然非常有限。由于盲目的開發和利用，生物多樣性正面臨嚴重的威脅。淡水系統生物多樣性分布格局與海洋或陸地系統有著根本的不同。陸地或海洋中的生命在一個廣闊的區域內，基本上生活在或多或少連續的介質中，物種只需要適當地調整其活動范圍就可以適應氣候變化和生態條件的變化。但是，淡水生境相對不連續，許多淡水物種的分布難以突破陸地的阻隔，這就產生了三個重要的效應：淡水物種必須克服局部地區的氣候變化；淡水生物多樣性通常高度專業化，即使是小湖泊或溪流系統也積累了自己的、區域進化來的生物群落；即使是在某一類生境中物種數量較低的地區，淡水生物多樣性也很高，這是因為物種在各個生境之間的差異性所決定的。
存在的問題
回顧過去四十年中國淡水生態學的研究與發展進程，以淡水漁業為例，存在的主要問題包括：天然資源遭到嚴重破壞（多樣性下降，種類和個體小型化增加，天然產量下降）、養魚的經濟效益不佳（收益支出比率下降，商品飼料短缺且價格昂貴，主要養殖魚類的質量下降）、盲目引進外來物種帶來的不利后果以及淡水生態系統的縮小、碎片化和退化等。物種多樣性下降的四個基本因素，即生境破碎污染、人類對生物的過度捕撈、引種和物種滅絕的次生效應在中國的一些淡水生態系統中也同樣嚴重地存在。
內陸水體與濕地
按照《拉姆薩爾公約》的定義，內陸水體包括不同類型的淡水系統均屬于濕地范疇。全球的濕地可以劃分為七種自然景觀，即河口、海涂、泛濫平原、淡水沼澤、湖泊、泥炭沼澤和沼澤森林。除了河口和海涂之外，其余五種屬于內陸濕地景觀，在中國也有分布。每種內陸濕地景觀都包含了一系列不同的濕地環境，構成了一個復合生態系統，比如泛濫平原就包括了多種類型的淺水湖泊、淡水沼澤以及洲、灘地等地貌環境。內陸濕地中不同類型濕地環境鑲嵌分布，而且任何一種類型的濕地都與其他類型具有多方面的聯系，因此環境結構具有多樣化格局，這是濕地生態系統具有極高生物多樣性的基礎。長期以來，人們常常將濕地視為荒地，隨意開墾種植或將之用作排放污水和廢棄物的地方。此外，由于對濕地環境結構的完整性對于生態系統的重要性認識不足，就會隨意建造人工設施破壞環境結構，例如長江中下游平原泛濫平原的許多水利工程就使得當地的江湖一體化環境結構瀕臨瓦解。因此，必須從保護和恢復濕地多樣化的環境結構入手，研究棲息地環境結構多樣化格局對于維持生物多樣性的作用。
過度人類活動的影響
過度的人類活動是濕地包括淡水系統生物多樣性喪失的重要原因，其影響可分為兩個方面。一方面，由于生物棲息環境的破壞而導致物種生存受到威脅或滅絕，例如土地的利用（圍墾和城市化等）導致棲息地的直接喪失，人為建筑物（水利設施、堤壩等）導致環境結構發生變化，以及工農業廢水和城市生活污水造成的環境污染等。另一方面，生物資源的過度利用或污染導致物種的滅絕或瀕危，進而直接導致生物多樣性下降。一些物種消失后，還會導致生態平衡失調，例如江河阻隔導致人工調蓄湖泊中江湖洄游魚類種類資源滅絕，使其水體食物網絡結構受損，魚類通過食物鏈的下行效應，導致少數內稟增長率高的生物種群極度發展，而其他生物的生長受到抑制，從而導致生物多樣性持續下降。
恢復濕地生物多樣性的方法
恢復濕地生物多樣性的重點應該放在生物棲息環境的完整性和濕地食物網的結構完整性這兩個方面，因為一個完善的水生態系統必須具備一個完整的營養結構。通過對水體食物網的主要消費者——魚類的群落結構的營養平衡的監測，可以判斷水生態系統的完整性。這一監測和研究的基本理念是由美國學者卡爾（Karr）于1980年提出的，并提出了生物完整性指數（IBI）的概念，目前在北美和歐洲得到了廣泛應用。此外，應根據不同種群的生物學特性，研究制定合理的利用規模，協調資源的保護和利用之間的關系，有利于維護自然生態系統和人類自身的可持續發展。
生態系統多樣性研究的主要內容和現狀
生態系統多樣性是指生物圈內生境、生物群落和生態過程的多樣化以及生態系統內生境、生物群落和生態過程變化的驚人多樣性。其主要研究內容包括生態系統的組織化水平、生態系統多樣性的維持與變化機制以及生態系統多樣性時空變化的監測等。事實上，對生態系統多樣性的研究應仍屬于生態系統生態學的范疇。以往對生態系統的研究都是從生態系統的屬性開始，即研究生態系統的結構和功能以及生物生產力。生態系統結構方面的主要特征包括：生物群落的組成（種數、生物量、生活史）、非生物物質的數量及分布、生物生存條件的范圍和梯度等。這些特征在很大程度上包含了生物多樣性的信息。在一個自然的生態系統中，影響生物多樣性的主要因素有以下幾點。首先是系統發育的時間，即系統發育時間越長，種的多樣性越高。其次是地域面積，即地域面積越大，種的多樣性也越高。第三是生境，即生境資源越豐富，對生物的容納能力大，承受能力強，種的多樣性就越高。此外，群落的演替過程、種間競爭以及人為或外界干擾都會對生物多樣性產生較大的影響，而這些影響都是通過生態系統的功能或過程進行的。從另一個角度來看，生物多樣性參數對生態系統的功能顯然也具有重要意義。
現代生態學研究的發展方向
現代生態學研究的基本單元是生態系統，如湖泊、河流生態系統。水生態系統的脆弱性體現在：易受岸邊周圍地區的影響（包括生命活動和自然過程），因此，僅研究水體本身是不夠的。另外，水體占國土總面積的比例很小，以湖泊為例，中國湖泊有24,880個，總面積83,400平方公里，面積超過1平方公里的湖泊有2,848個，總面積為80,645平方公里。而流域則大得多，例如武漢東湖，水面32平方公里，匯水面積97平方公里，而長江流域面積約占國土面積的20%。因此，無論是從理論研究還是實際應用的角度來看，將流域視為一個大的生態系統，開展流域生態學研究都是非常必要的。
流域生態學的背景和內容
湖沼學一直是生態學思考和管理實踐的前沿學科，而現代生態學研究迫切需要與數學、地球科學、計算機科學等領域的融合，景觀生態學就是一個很好的例子。但由于水體經常被視為不透明的、異質的嵌塊在景觀地圖上繪制，并且水體科學家并不經常借用景觀生態學的工具和概念來解釋它們，所以景觀生態學不容易與淡水科學結合起來。其中一個原因是淡水生態系統格局很難被觀察到（多了一個水的介質、可見的格局也非常短暫）。此外，由于系統無法識別自身以及生態系統的開放性，只關注水體很容易形成認知障礙，應該從更高的層面研究水體，將視野從水體擴大到匯水區域（對于靜水水體而言）或流域（對于流水水體而言），開展流域生態學研究。
區別與聯系
流域生態學不同于景觀生態學，它與景觀生態學的區別和聯系在于：流域有明確的地理學上的邊界，景觀則沒有；流域和景觀都是由不同生態系統組成的異質性區域；景觀主要針對陸地，而流域則主要關注水系：流域和景觀都是社會-經濟-自然復合生態系統；景觀生態學是地理學和生態學的交叉學科，流域生態學則是淡水生態系統向陸地生態系統的一個延伸；景觀生態學以景觀為對象，研究其結構、功能和變化，即景觀要素和生態客體（如動物、生物量、營養物）的空間格局、生態客體在景觀要素之間的流動、鑲嵌體隨時間的變化；流域生態學則研究流域內不同景觀（高地、沿岸帶、水體）和不同生態系統間信息、能量、物質的變動規律。
主要內容
流域生態學研究應包括以下主要內容：
1. 流域形成的（地理和古氣候）歷史背景及發展過程；
2. 流域景觀系統的結構（不同生態系統或要素間的空間關系，即與生態系統的大小、形狀、數量、類型、構型相關的能量、物質和物種的分布），功能（空間要素間的相互作用，即生態系統組份間的能量、物質和物種的流）和變化（生態鑲嵌體結構和功能隨時間的變化）；
3. 流域生物多樣性測量，生態環境變化過程對流域景觀格局（如水生、陸生及水陸交錯帶生物群落和物種）的影響與響應；
4. 流域內主要干、支流的營養源與初級生產力，干、支流間的能量、物質循環關系及其規律，流水與靜水生境之間營養源和能源的動力學研究以及江湖阻隔的生態效應；
5. 流域的生態學特征以及區域生態環境整治的生態工程、流域城市生態學、人類生態學和生態經濟學；
6. 流域水系的環境背景值及環境容量，污水處理與資源化生態工程系統研究；
7. 水體梯級開發的生態學后果與對策，自然災害的評估與預警；
8. 流域工農業現狀及生物資源的利用與保護，流域社會經濟可持續發展對策。
開展流域生態系統研究的方法
開展流域生態系統研究，需要多學科、多專業的交叉滲透和聯合攻關。以長江流域為例，幾十年來，中國科學院相關研究所與其他科研機構合作，從事水域生態學和陸地生態學的調查研究，在長江流域的資源、環境科學方面做出了許多重要貢獻，已經具備了開展流域生態系統研究的科技儲備。相關部門計劃在“九五”期間選擇重點類型與區域進行生態系統多樣性維持機制的研究，主要包括重要生態系統的優勢種、關鍵種的保護生物學研究、類群間相互作用（食物網）與生態系統穩定性之間關系的研究以及生境片段化的成因及恢復的研究。作者建議在選擇重點類型和區域時，選定一個具有代表性的中等尺度的流域，組織多個研究單位共同協作、聯合開展流域生態學研究，增強生態系統多樣性研究的理論性和實用性。
水生態系統多樣性研究的方向
就水生態系統多樣性研究而言，近期應通過調研和收集各方數據和資料，建立并逐步完善中國的水生生物及內陸水體數據庫（DOBEIC），結合3S技術、非線性科學和現代計算機理論，嘗試對水體內的過程和格局的特征進行非線性度量，從而進行尺度轉換和尺度推導，在此基礎上與DOBEIC相結合，拓展到長江中下游平原淡水湖泊群。具體而言，即以長江中下游水體為主要對象，研究湖泊與水系的分形特征與環境質量的關系、水草分布格局的非線性度量及與生物多樣性的關系、人類活動對湖泊生態系統的影響與對策、林-農-漁復合生態系統優化結構的技術及示范、應用SPOT衛星對湖泊生態系統進行動態監測等。
參考資料 >
流域生態學.百度學術搜索.2024-11-02
流域生態學.百度學術搜索.2024-11-02
流域生態學——新學科,新思想,新途徑.百度學術搜索.2024-11-02