水文连通性对大型底栖无脊椎动物群落扩散及驱动因子影响的研究

为何拆除小坝对河流生命至关重要

全球范围内，成千上万座年久失修的小型水坝正被移除以恢复河流。但当水流重新自由流动时，栖息于河床的小型动物会发生什么？本研究在中国一条陡峭的山地河流中，对这些称为大型底栖无脊椎动物的生物在两座小型水电坝拆除前后进行了跟踪监测。通过观察这些动物随流漂移的方式，研究者近乎实时地记录到河流重连如何帮助野生生物移动、再定殖并重建更健康的生态系统。

在拆除前后观测山地河流

研究团队在神农架国家公园的九重河开展工作，该河段为流速快、河床岩石裸露且人类活动较少，仅有三处小型水电站。作为清理小型水电的区域性行动的一部分，2022 年底拆除了其中两座仅高出数米的坝。在拆除前的一整年和拆除后的一整年中，研究者每月赴五个采样点采样——一个未受影响的参考点和四个受坝体影响的点。研究人员使用放置 24 小时的水下网收集漂流的无脊椎动物及其食物来源的叶片和其他有机颗粒，同时测量流速、深度、宽度及其他水文条件。

河流流态与食物资源的变化

坝体拆除后，曾受影响河段的物理特征迅速发生变化。流量增加，河道变深变宽，水流加快。与此同时，下游的粗碎屑和细碎屑—被切碎的落叶与其他碎屑—显著增加。这既是因为恢复的流速能冲走之前在静水区滞留的物质，也能将上游的新鲜有机物带到下游。有趣的是，温度、溶解氧和盐度等化学性质几乎未发生变化，这反映了这些坝体规模小且存在时间短的特点。未筑坝的参考点在所有测量中保持稳定。

河床生物随流迁移

漂流动物群落对这种新的流态反应强烈。总体上，研究者识别出 116 种大型底栖无脊椎动物，包括蜉蝣、蜻蛉目附属的缨足虫类（注：缨足类此处指缨鳃等）和非嗜血的蠓类。在未受扰动的参考点，物种丰富度和个体数量在拆坝前后保持相似。相反，在曾被阻断的采样点，漂流个体的分类多样性与数量均发生了变化。拆除前，像水丝科（Hydropsychidae）和七鞭科（Heptageniidae）等科占主导地位；拆除后，它们的比例下降，而蠓科（Chironomidae）和某些蜉蝣类（Ephemerellidae）变得更为常见。受影响最强的采样点——两坝下游——表现出最大的恢复，随着障碍消失，其丰富度和丰度向参考条件回升。

从弱行者到强漂移者

为理解不同生物的移动能力，研究者使用了一个“扩散能力”指数，根据每类无脊椎动物主动或被动随水漂移的倾向对其评分。拆坝前，群落以弱扩散者与弱—中等扩散者为主。河流重连后，强扩散能力的类群显著增加，而弱扩散者的相对重要性下降。几乎所有曾受损的采样点的群落级扩散能力指标都上升，并随时间与参考点变得更为相似。在拆除后的最初几个月，该指数跃升，因为那些“流亡型”物种——行动能力强但竞争力弱的物种——迅速占据新可用栖息地；随后随着竞争和栖息地筛选的作用，群落逐渐稳定。

驱动这些新模式的因素

为厘清因果关系，研究团队使用统计模型将环境变化与观测到的扩散变化联系起来。他们发现，流速增加和粗碎屑增多往往会提高群落整体的扩散能力——一方面通过将动物从河床冲起，另一方面通过将食物脉动送至下游使强扩散者得以跟随。相反，河道变宽和细碎屑增多则倾向于抑制扩散，这会鼓励河道内的横向扩散并有利于局地丰富但活动性弱的类群（如某些蠓类）。这些路径共同表明，水文连通性——即河流流动的连续性与能量——是决定大型底栖无脊椎动物移动距离与速度的关键驱动因子。

对河流修复的意义

对非专业读者而言，结论直截了当：即便是小型水坝也能造成河流生态的片段化，而拆除它们可以迅速帮助这些微小但关键的生物再定殖与恢复。在本研究中，重连一段短小的山地河流恢复了更自然的漂流无脊椎动物组合，并增强了它们沿河道扩散的能力。由于这些动物处于食物网底部并被广泛用作溪流健康的指标，它们在拆坝后扩散能力的改善意味着更广泛的生态恢复。作者建议，将简单的扩散能力测度纳入河流健康评估应成为常规，有助于管理者判断拆除小型障碍是否确实让生命再次自由流动。

引用: Zhang, Y., Zhang, B., Wang, H. et al. Study on the effects of hydrological connectivity on the dispersal and driving factors of macroinvertebrate communities. Sci Rep 16, 11521 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41441-2

关键词: 拆坝, 河流修复, 水生无脊椎动物, 水文连通性, 生物多样性