水生态完整性是指水生态系統結構與功能的完整性，或者稱為水生态要素的完整性。水生态要素可概括為五項：水文情勢時空變異性，河湖地貌形态空間異質性，河湖水系三維連通性，适宜生物生存的水體物理化學特性範圍，食物網結構和生物多樣性。

自然水文情勢（Nature Hydrological Regime）是指人類大規模開發利用水資源及改造河流之前，河流基本處于自然狀态的水文過程。自然水文情勢是維持生物多樣性和生态系統完整性的基礎。

水文情勢時空變異性是生物多樣性的基礎要素，水文情勢的時空變異性會導緻流域或大區域的群落組成、結構、功能以及生态過程都呈現出多樣性特征。同時，水文情勢時空變異性也是河流物質流、能量流、信息流和物種流的驅動力。此外，不同水文情勢都會有相應的生态響應。比如，河流生态激流可以刺激魚類産卵，脈沖流量可以促進河湖水系連通，洪水脈沖為浮性魚卵漂流、幼魚生長、植物種子擴散提供合适的水流條件，等等。

空間異質性（Spatial Heterogeneity）是指某種生态學變量在空間分布上的不均勻性及其複雜程度。河湖形态空間異質性是指河湖地貌形态的差異性和複雜程度。河湖地貌形态空間異質性決定了生物栖息地的多樣性、有效性和總量。大量觀測資料表明，生物多樣性與河湖地貌空間異質性成正相關關系。

圖1 宜昌水文站 2000 年長江流量過程與生物過程關系

河流形态的空間異質性包括河型多樣性和形态蜿蜒性、河流橫斷面的地貌單元多樣性，以及河流縱坡比降變化，等。例如，不同河型的河流中，辮狀型河段和遊蕩型河段中生物多樣性較之蜿蜒型河段要低；不同橫斷面的河流形成的幹流河槽、河漫灘、江心洲、牛轭湖等為不同水生物栖息提供了多樣的生境。

湖泊形态的空間異質性與河流不同，主要是湖盆地貌形态的差異。例如，形狀、面積、水下地貌形态和水深。水平方向地貌變化影響生态功能，垂直方向水深變化影響光合作用，岸線不規則程度影響栖息地面積和風力擾動程度，等。

圖2 湖泊水平分區: 敞水區和湖濱帶

河湖三維連通性是指河流縱向、垂向和側向連通性以及河湖連通性。河湖水質連通性也是物質流、能量流、信息流和物種流的連通性。三維連通性使物質流（水體、泥沙和營養物質）、物種流（洄遊魚類、魚卵和樹種漂流）和信息流（洪水脈沖等）在空間流動通暢，為生物多樣性創造了基本條件。而生境破碎化（Habitat Fragmentation）與連通性恰恰相反，是由于人類活動（大壩、堤防、道路等工程構築物，水庫徑流調節等活動）造成的三維連通性條件遭到破壞，景觀破碎，進而導緻水生态系統受損。

水體物理化學特性包括水溫、溶解氧、營養物質、pH值及酸堿度、重金屬和有毒有機化學品等。這些特性是表征水環境質量的重要指标，也是直接影響水體生物生長栖息環境的重要因素。例如，溶解氧是魚類等水生生物生存的必要條件，水體中氮、磷等營養物質過剩會導緻水體富營養化，嚴重破壞水體生态系統結構和功能，水體重金屬會在水生生物中富集，導緻生物慢性中毒甚至死亡，等。

生命系統是水生态系統的核心，非生命部分的生态要素直接或間接對生命系統産生影響，特别是影響河流湖泊的食物網和生物多樣性。

河流湖泊的食物網主要是由兩種食物鍊聯合而成，兩條食物鍊的區别是初級生産者不同，一條食物鍊的初級生産者是“自生生産”，即初級生産者為藻類、苔藓、大型植物等，形成的營養金字塔為：初級生産→食植動物→初級食肉動物→高級食肉動物。另一條是“外來生産”，包括落入水體的落葉、殘枝、枯草和及其他有機物碎屑，形成的營養金字塔為：流域有機物輸入→碎食者→收集者→初級食肉動物→高級食肉動物。

圖3 水生态系統二鍊并一網食物網結構

河湖生物多樣性受河流動态水文情勢、河流地貌空間異質性、水體物理化學特性範圍等多種要素綜合作用。河流系統的分區不同，生物的分布格局各異。河道是河床中流動水體覆蓋的動态區域，是水生生物最重要的栖息地之一。湖泊與河流不同，是靜水區域，在湖泊生活的物種經過長期演化，其形态、行為均和湖泊的靜水環境特點高度适應，并形成了複雜完整的營養結構，構成了湖泊生态系統。

圖4 完整的水生态系統營養級關系

各生态要素交互作用，形成了完整的結構并具備一定的生态功能。這些生态要素各具特征，對整個水生态系統産生重要影響。生态完整性強調生态系統的整體性，任何生态要素的退化都會影響整個生态系統的健康。

整理自：《論水生态系統五大生态要素特征》，董哲仁，《水利水電技術》，2015；部分圖片來自網絡。

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