流域梯级水电开发与河流生态环境之间的矛盾已成为当前流域治理中迫切需要解决的重大问题,梯级水电开发工程直接或间接引发了一系列负面环境影响,如水环境恶化、河流连续性破坏、生物多样性降低等,这些影响使得梯级水电开发颇受争议。与其它地貌单元相比,我国西南山地河流梯水电开发的生态影响研究,尤其是在中、大尺度的研究相对较少,河流生物类群及生态过程对环境改变的响应及其机制也缺乏必要的了解。本文以宝兴河流域梯级电站(硗碛、宝兴、小关子、铜头和雨城水电站)为研究对象,围绕水环境、水生生物、植物枯落物分解和景观格局对梯级水电开发的响应研究,侧重从个体到系统层次,在中、大尺度上研究梯级水电开发的生态影响,主要研究结果如下：一、梯级水电开发对水环境的影响(1)硗碛、宝兴、小关子、铜头等电站所处河段由建设前的河道急流型转变为受人工调控的湖库缓流型,水位变幅较原天然河道显著增加。其中,硗碛水电站库区年内水位变化规律性较强,年内水位最小值与最大值在死水位2060 m至正常蓄水位2140 m间变动,水库多年平均水位年内变化幅度为71.6 m；其他四座水电站运行期各水库年内水位变化幅度相对较小,分别为1.3 m、0.9 m、2.0 m和1.7 m。(2)各梯级电站运行对下游河段产生减水影响,在大坝至下游厂房间形成了减水河段,减水影响在不同梯级电站存在差异。硗碛电站下游形成了三段减水河段,宝兴电站下游形成两段减水河段,小关子、铜头两座电站均由于建设时间较早,没有考虑泄放生态流量,电站也没有增设生态流量泄放设施的可能性,枯水期没有下泄生态流量,丰、平水期则有弃水。雨城电站由于是径流式电站,不存在下游河段减水问题。(3)根据对梯级电站中硗碛、铜头两座高坝大库的水温实测结果,硗碛水库库区水温无明显分层现象,铜头电站水库水温结构为完全混合型,水温无分层现象。硗碛电站尾水口下游河段水温高于天然河道,增温区间为3.6℃-5.2℃,尾水口附近河道比天然河道高3.0℃。(4)梯级电站建库对水质有一定影响,总体看,梯级电站各库区水质总体质量较好,基本满足水质标准要求,水质没有恶化。(5)根据水文学法中的Tennant法、生态水力学法、水力学法中的湿周法对比研究结果,并结合考虑电站所在地理位置、环境状况等,硗碛、宝兴、小关子、铜头电站推荐分别按照2.39 m3/s、3.89 m3/s、8.91 m3/s和9.86 m3/s下泄生态流量。二、水生生物群落特征及其对梯级水电开发的响应(1)梯级水电开发使浮游生物、底栖动物的区系组成、密度和生物量均发生了定的改变。其中,浮游植物的变化表现在各减水河段浮游植物种类数量减少,群落结构趋于单一化,以硅藻门占绝对优势,蓝藻门、绿藻门也占有一定比例,现存量呈不规律的变化。浮游动物的变化表现在浮游动物在种类数量明显减少,组成成分趋于简单化,以原生动物占优势,现存量呈增加趋势。底栖动物的变化表现在种类数量显著减少,其中硗碛、民治河段的种类数量减少最为显著,以蜉蝣目占优势,现存量呈不规律变化。水体理化性质包括溶解氧、电导率、pH、水深和盐度、水温、海拔和氧化还原电位盐度等对浮游生物和底栖动物的种类变化、现存量和分布有一定的影响。(2)梯级水电开发使鱼类种群组成进一步简单化,不同鱼类种群数量有较大的波动。原分布的裂腹鱼类、劁6类和爬岩鳅类分别在库区种群数量急剧下降,山鳅、副鳅类和高原鳅类逐渐转变成优势物种分布在库区和减水河段。另外,适应能力较强、性成熟周期短的小型鱼类如山鳅、副鳅类和高原鳅类等逐步取代裂腹鱼类和觥类成为流域内的主要经济鱼类。受梯级电站建设影响,各电站坝下河段部分鱼类的产卵场面积缩小或丧失。电站建设对越冬场和索饵场影响相对较小。目前,硗碛水电站库区为最大的鱼类越冬场,其次是宝兴、小关子、铜头和雨城水电站库区。三、水位波动对沿岸带枯落物分解的影响以宝兴河流域沿岸带优势物种桤木(Alnus glutinosa)和柳杉(Cryptomeria japonica)为实验材料,运用分解袋法和原位实验,研究了两种植物枯落物在铜头水库库区不同水深(0m、1m、5m、10m)处的分解动态。研究表明,在库区不同处理的水深处,沿岸带优势植物柳杉和桤木凋落物的分解速率无显著差异；但是,水深、物种及分解时间的交互作用对柳杉和桤木N、P元素的释放均有显著影响。其中,柳杉和桤木N元素、桤木P元素均表现为净释放,而柳杉中P元素出现了不同程度的积累。另外,在不同水深处理中,细菌和真菌对分解的相对重要性在不同分解阶段有所不同。随水深增加(5m、10m)和分解的进行,桤木中真菌和细菌的菌落形成数表现为逐渐降低的趋势,但柳杉中的真菌生物量在经过分解初期上升随后经历一个降低过程后,在分解后期又出现持续上升的趋势。这与在相对深水层(5m和10m)处比浅水层(0m和lm)处氧含量较低,缺氧的环境抑制细菌分解作用,但同时也会利于一些特殊真菌类对木质素、纤维素的降解有关。显然,细菌和真菌的这种变化趋势除受分解材料的质量特征和分解时间影响外,也与水深的变化有关。分解作为生态系统的重要功能,不但与待分解资源的质量特征和分解者生物的种类(细菌、真菌和无脊椎动物)有关,也受分解时的理化环境条件调控。电站水库蓄水对河流水文情势的改变将影响分解者生物群落多样性、呼吸和生物量,进而影响河流一些重要生态过程及其生态系统的结构和功能。目前有关分解对梯级电站水文环境改变的响应研究较少,本研究结果可为从生态系统功能角度揭示梯级电站的生态影响提供参考。四、梯级水电开发对景观格局的影响1)基于移动窗口的破碎化指数计算方法与空间相关分析相结合能够较好地表达景观破碎化的空间分布情况以及在以像素为中心的局部尺度上破碎化与各影响因素直接的关系。2)虽然从全局尺度上来看所选因素和CODⅣ (Change of DIVISION)之间相关关系较小,但当前后时间段进行比较时可知,人类水电开发活动导致了破碎度的增加。3)重分类后的相关分析表明坡度(SLP)和CODⅣ直接呈高度的正相关关系(R=0.857),而距河流距离(DFR)和CODⅣ之间存在较强的负相关(R=-0.837)。高程(ELV)和CODⅣ之间为负相关关系,且相关性低于前两者(R=-0.770)。距硗碛水库距离(DFQ)与CODⅣ之间没有明显的相关关系。