水生態(tài)完整性是指水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的完整性，或者稱為水生態(tài)要素的完整性。水生態(tài)要素可概括為五項：水文情勢時空變異性，河湖地貌形態(tài)空間異質(zhì)性，河湖水系三維連通性，適宜生物生存的水體物理化學特性范圍，食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)和生物多樣性。

01水文情勢時空變異性

自然水文情勢（Nature Hydrological Regime）是指人類大規(guī)模開發(fā)利用水資源及改造河流之前，河流基本處于自然狀態(tài)的水文過程。自然水文情勢是維持生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)完整性的基礎(chǔ)。

水文情勢時空變異性是生物多樣性的基礎(chǔ)要素，水文情勢的時空變異性會導致流域或大區(qū)域的群落組成、結(jié)構(gòu)、功能以及生態(tài)過程都呈現(xiàn)出多樣性特征。同時，水文情勢時空變異性也是河流物質(zhì)流、能量流、信息流和物種流的驅(qū)動力。此外，不同水文情勢都會有相應的生態(tài)響應。比如，河流生態(tài)激流可以刺激魚類產(chǎn)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適的水流條件，等等。

02河湖地貌形態(tài)空間異質(zhì)性

空間異質(zhì)性（Spatial Heterogeneity）是指某種生態(tài)學變量在空間分布上的不均勻性及其復雜程度。河湖形態(tài)空間異質(zhì)性是指河湖地貌形態(tài)的差異性和復雜程度。河湖地貌形態(tài)空間異質(zhì)性決定了生物棲息地的多樣性、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(zhì)性成正相關(guān)關(guān)系。

圖1 宜昌水文站 2000 年長江流量過程與生物過程關(guān)系

河流形態(tài)的空間異質(zhì)性包括河型多樣性和形態(tài)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，辮狀型河段和游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干流河槽、河漫灘、江心洲、牛軛湖等為不同水生物棲息提供了多樣的生境。

湖泊形態(tài)的空間異質(zhì)性與河流不同，主要是湖盆地貌形態(tài)的差異。例如，形狀、面積、水下地貌形態(tài)和水深。水平方向地貌變化影響生態(tài)功能，垂直方向水深變化影響光合作用，岸線不規(guī)則程度影響棲息地面積和風力擾動程度，等。

圖2 湖泊水平分區(qū): 敞水區(qū)和湖濱帶

03河湖水系三維連通性

河湖三維連通性是指河流縱向、垂向和側(cè)向連通性以及河湖連通性。河湖水質(zhì)連通性也是物質(zhì)流、能量流、信息流和物種流的連通性。三維連通性使物質(zhì)流（水體、泥沙和營養(yǎng)物質(zhì)）、物種流（洄游魚類、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(chuàng)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(gòu)筑物，水庫徑流調(diào)節(jié)等活動）造成的三維連通性條件遭到破壞，景觀破碎，進而導致水生態(tài)系統(tǒng)受損。

04適宜生物生存的水體物理化學特性范圍

水體物理化學特性包括水溫、溶解氧、營養(yǎng)物質(zhì)、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(huán)境質(zhì)量的重要指標，也是直接影響水體生物生長棲息環(huán)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(yǎng)物質(zhì)過剩會導致水體富營養(yǎng)化，嚴重破壞水體生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，水體重金屬會在水生生物中富集，導致生物慢性中毒甚至死亡，等。

05食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)和生物多樣性

生命系統(tǒng)是水生態(tài)系統(tǒng)的核心，非生命部分的生態(tài)要素直接或間接對生命系統(tǒng)產(chǎn)生影響，特別是影響河流湖泊的食物網(wǎng)和生物多樣性。

河流湖泊的食物網(wǎng)主要是由兩種食物鏈聯(lián)合而成，兩條食物鏈的區(qū)別是初級生產(chǎn)者不同，一條食物鏈的初級生產(chǎn)者是“自生生產(chǎn)”，即初級生產(chǎn)者為藻類、苔蘚、大型植物等，形成的營養(yǎng)金字塔為：初級生產(chǎn)→食植動物→初級食肉動物→高級食肉動物。另一條是“外來生產(chǎn)”，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(yǎng)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 水生態(tài)系統(tǒng)二鏈并一網(wǎng)食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)

河湖生物多樣性受河流動態(tài)水文情勢、河流地貌空間異質(zhì)性、水體物理化學特性范圍等多種要素綜合作用。河流系統(tǒng)的分區(qū)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態(tài)區(qū)域，是水生生物最重要的棲息地之一。湖泊與河流不同，是靜水區(qū)域，在湖泊生活的物種經(jīng)過長期演化，其形態(tài)、行為均和湖泊的靜水環(huán)境特點高度適應，并形成了復雜完整的營養(yǎng)結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了湖泊生態(tài)系統(tǒng)。

圖4 完整的水生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)級關(guān)系

各生態(tài)要素交互作用，形成了完整的結(jié)構(gòu)并具備一定的生態(tài)功能。這些生態(tài)要素各具特征，對整個水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。生態(tài)完整性強調(diào)生態(tài)系統(tǒng)的整體性，任何生態(tài)要素的退化都會影響整個生態(tài)系統(tǒng)的健康。

整理自：《論水生態(tài)系統(tǒng)五大生態(tài)要素特征》，董哲仁，《水利水電技術(shù)》，2015；部分圖片來自網(wǎng)絡(luò)。