1. 背景与意义自上世纪80年代以来，长江流域上中下游自然地理、生态环境要素大都经历了强烈的变化，例如农业开发、河道沿线城镇快速扩张、退耕还林还草等系列生态工程、以三峡工程为代表的水电开发等人类活动。这些人类活动引起的流域生态环境变化耦合全球环境变化（如极端降雨和干旱、气温上升），给长江流域生态环境过程带来了巨大挑战，威胁着区域可持续发展。为了应对这种挑战，国家层面提出长江流域发展要“共抓大保护、不搞大开发”，为当前及今后的长江流域协调发展指明了方向。在这种背景下，开展长江河流生态系统保护研究工作是流域发展的重要基础。

江心洲是长江干流生态系统不可或缺的重要组成部分。江心洲是河道的重要组成部分和形态相对独立的成型淤积体，对于河道稳定、航道整治、沙洲湿地和农业生产均发挥着重要作用。因此，对长江江心洲进行切实有效的保护具有重要的意义和必要性，表现在：（1）稳定的江心洲是河道顺利行洪的基础，也是保障航道稳定和维持河道正常发育的前提。上游来水来沙及河道的变化促进了江心洲发育的同时，江心洲的形成与增长也促进了河道的演变。河道或人类活动影响下江心洲的淤积、分汊消亡、水流不稳等状况将导致阻航滞航现象的发生，影响航道正常通航，并且影响江心洲的行蓄洪功能。（2）长江流域是世界生物多样性的热点区域，适宜的气候条件和复杂的地貌为江心洲丰富的生物种类提供了环境基础。作为水、陆生态系统的交错带，江心洲复杂的生境异质性为动植物提供了良好的栖息地。其特殊的生境更是成为部分生态位较窄的区域特有种（如疏花水柏枝）的庇护所。江心洲生物多样性的完整是长江流域生物多样性的基础。（3）由于江心洲地理位置的特殊性，江心洲生境处于陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡带，是河流与陆地间物质、能量、信息交换的生态交错区，是河流生态系统的重要组成部分。其具有的独特水文特征，使得江心洲在调蓄洪水、涵养水源、降解污染物以及维护生态系统平衡等多方面均有着不可替代的重要作用。保护长江江心洲，不仅可以保证长江生态系统结构的完整性，更是保证长江生态系统功能的完整性。

过去几十年来，由于上游生态工程的实施、大坝密集修建、航运的快速发展以及岸线资源的大量开发等自然和人类活动影响，长江干流水沙情势发生了显著变化。水沙情势变化是江心洲的形态特征及其生态系统结构、功能演变的主要驱动力，并最终可能影响整个河流生态系统的完整性以及河流航运安全。为此，掌握江心洲本身的形态及其生态系统变化特征是江心洲保护的前提，具有重要的科学意义。

2. 数据与方法

宏观尺度上，本研究包含了1985-2017年间，长江干流上中下河段（宜宾至上海）2791 km中，面积大于5000 m2的江心洲的变化情况。在局地尺度上，实地调查了上游宜宾至中游城陵矶河段的主要江心洲的生态环境变化情况(图1)。

图1. 研究区范围及其对应的Landsat5 TM遥感影像分幅

对于宏观尺度的调查，主要采用美国Landsat系列卫星历史影像（Landsat4/5 TM，Landsat7 ETM+和Landsat8 OLI），在经过标准大气校正后，利用自主研制的水体范围遥感自动提取算法（相关论文将另行发表），获得了干流中水陆(江心洲)分布数据，继而在GIS空间提取和人工目视校验的基础上，形成了长江干流江心洲时空数据集。

在获得大尺度江心洲分布的基础上，为了查明长江江心洲生态系统现状，团队于2017年底和2018年初对三峡大坝上下游（宜宾-城陵矶）的江心洲生态系统进行了初步的系统考察，包括大坝上游江心洲为15个，大坝下游江心洲为19个。通过遥感图像，我们根据人为活动的影响程度，把江心洲分为3类：自然江心洲、近自然江心洲和人为影响江心洲。对于自然江心洲，江心洲生态系统的主要过程包括河流地貌过程和植物演替过程。对于近自然江心洲，河流地貌过程和植物演替过程仍然是主要过程，但人为影响已经很大程度上影响了这两个过程。人为影响的江心洲，一般位于河流地貌过程较为稳定的洲体，由于适于耕作、种植或人居，江心洲上的生态系统主要由人为影响控制。根据分类，从34个初步考察的江心洲中选择了12个洲结合无人机摄影进行踏勘调查，并选择一个近自然江心洲（太平口心滩，图1）建立了定位观测站，进行了精细的植物群落样方调查（图2）。

图2. 定位观测站基本概况

目前，定位观测站的主要内容包括：（1）生态系统观测格网，即以通用横轴墨卡托投影（UTM-49N）坐标下的50m格网作为控制格网，对控制格网的控制点进行精确定位并打入PVC管作为标记；（2）观测样方格网：在控制格网的所有50m×50m网格内，布置100个5m×5m的观测样方；（3）对5m×5m的样方进行系统调查，内容包括植物群落、微生物群落、沉积物理化性质和生源物质等，手段包括人工调查、无人机光谱调查、原位采样和室内实验等。第一次调查的基本概况如表1。太平口心滩定位观测站的建立，为我们系统开展生态洲生态系统研究提供了良好的研究环境。

表1. 太平口心滩定位观测站植被调查成果项目

3. 结果与建议

3.1 江心洲时空变化格局

表2显示了在不同时间段内，长江干流不同范围下的江心洲数量统计。1985-1990年间，长江干流（宜宾-上海）冬季出露的江心洲有397个（这里只统计了与完全大陆隔绝的江心洲，夏季丰水期与陆地隔绝而冬季枯水期则与大陆相连的季节性洲体未统计在内），面积约为2718 km2，其中面积最大的位于长江口的崇明岛(1238 km2)。经过30多年的变迁，2013-2017年间，长江干流（宜宾-上海）冬季出露的江心洲有288个，面积约为3237 km2。从中我们不难发现，江心洲总体面积呈现增加趋势，而数量大幅减小。通过对这些增加区域进一步分析发现，所增加的区域主要位于受人类活动直接影响的江心洲、城陵矶下游江心洲和河口地区。而江心洲减少的区域主要位于城陵矶以上河段受人类直接生产生活影响较小的江心洲以及三峡库区(图3)。

表2. 长江干流不同空间范围江心洲数量统计

图3. 1985-2015年间长江干流江心洲动态变化格局示意图

3.2 江心洲生态系统现状与面临的问题

3.2.1 不同类型江心洲生态系统的现状

自然江心洲上的生态系统，大都展现出良好的自适应特征，表现出的许多特征可以证实已发现的一些生态学理论。例如，生态位理论：即随着洲面高程的变化，洲面受到河水淹没的时间不同，导致植被的生长时间和营养物质具有显著的梯度，具有不同生态位的植被在不同的梯度上生存（图4a）；物种共存理论：在不同的胁迫条件下，两种植物可能分别表现为竞争关系和互利关系（图4b）；以及物种对洲面的工程作用理论：狗牙根物种相较其他物种，具有固定洲体的作用（图4c）。特别地，上述这些表现特征在三峡大坝上游和下游均有相似的体现。因此，自然江心洲所展现的生态学特征，是开展河流生态学研究的宝贵自然条件，特别是在三峡大坝、护岸护坡护洲工程和人类利用等人类活动影响下所形成的长江新生生态系统。

图4. 各种生态学理论在江心洲生态系统中的集中反映证据

近自然江心洲上的生态系统正在被人类活动所显著影响。以关洲（宜都市）为代表的江心洲生态系统，是在水沙冲蚀条件下，自适应调整的典型。比如洲面被冲蚀前的粘性洪积物上，主要以狗牙根群落为主，在被冲蚀后的卵石为主的河床沉积物上，主要以虉草群落和疏花水柏枝群落为主（图5），同时，在洲面高程相对较高处的秋华柳群落，在部分洲面显示出较强的抗冲蚀能力。然而，一部分秋华柳群落却被私人人工移除了，并以经济竹种进行代替（图6），同时，这样的人为活动并不受到相关部门的管理。这样的人为活动尽管使得关洲生态系统仍然具有近自然的演变过程，但由于影响洲面的冲蚀过程，因而会显著影响未来江心洲生态系统的发展方向。

图5. 江心洲植被在对不同强度环境变化的自适应调整

图6. 人类活动对江心洲植被的影响

人为影响江心洲上的生态系统，基本属于人工林生态系统和农田生态系统等人工生态系统。这类江心洲主要是人类对几乎不受洪水影响的洲面进行利用的结果。对于这类江心洲人工生态系统我们是缺乏认识和管理的，特别是缺乏对江心洲在自然生态系统情形下的其服务功能的认识。因此，在权衡两种生态系统价值的时候，自然生态系统价值通常情况下是缺位的。比如下游的柳条洲（枝江市）和火箭洲（枝江市），分别为人工林和农业（图7），在洲体崩岸在不断发生的情况下，我们并不清楚自然生态系统是否可能缓解崩岸的发生；再比如上游的皇华岛，尽管同时存在自然状态和人工农田，但我们并不清楚其比例对河流生态系统的影响。由此，对江心洲的管理过程中仍然存在由于自然生态系统价值的缺位而直接让位于人工生态系统的情况。

图7. 柳条洲（上）和火箭洲（下）

3.2.2 干流江心洲生态系统面临的问题

通过上述考察过程，我们认识到：江心洲从洲体形成到良好生态系统的形成过程，一直缺乏系统的研究。江心洲受河势变化、水沙变化及人类活动的综合影响。目前长江江心洲主要面临以下几个问题:

 1）水沙情势变化造成中上游河段(特别是荆江)江心洲的冲刷蚀退。三峡水库建成后，清水下泄的水沙情势使进入坝下沙量大幅降低，加之长江流域非法采砂现象十分严重，导致河床发生持续冲刷，坝下游河段特别是荆江河段江心洲出现了持续的面积减小和整体蚀退。据研究，荆江段约有21%断面存在明显的崩岸现象，且近74%的崩岸断面位于下荆江，其中荆146+1断面年均崩退速率最大达158 m/a( 2006年)。2014年9月-12月，在宜-城河段共监测到崩岸138处，其中最大崩岸长度为1500m，最大崩岸宽度为160m，崩岸距离堤防最近的距离为16m。

2）人类活动干预加剧造成江心洲生境质量退化。由于社会发展的需求，流域内对河道的整治、对江心洲的利用以及采砂活动都对江心洲造成了剧烈影响。2003年三峡水库蓄水运用以后，为保障防洪安全，维护河势稳定，目前已完成和正在实施的河势控制工程长度超过500km。但河道治理工程主要以水泥、钢筋等高耗能产品为材料，其硬质防护技术切断了岸坡土体、植物与生物之间的有机联系，造成原有江心洲失去其应有作用，导致实质具有江心洲功能的江心洲有效生境面积萎缩。非法垦殖、违法占用及工程建设等江心洲的无序利用改造江心洲生境，造成了江心洲生境质量的进一步退化。

3）人为干扰导致江心洲特有种生境缺失。经过长江流域的江心洲植被调查，在四川和湖北在内的坝上、坝下数个江心洲观察到濒危植物疏花水柏枝的分布。而且调查结果显示，该濒危植物的分布区域仅限于人为干扰较少的江心洲。但由于人类活动的不断扩张，江心洲生境在不断减少甚至缺失。2015年湖南境内洞庭湖的湖岸带也发现疏花水柏枝的零星分布。我们初步判断是，建立三峡大坝后，这一濒危稀有植物能适应环境的变化，并有向下游演化发展的趋势。然而遗憾的是，2016年再调查时，由于调查地点土地利用的改变（滩地转变成耕地），该种在洞庭湖湖岸带已不存在。此外，四川泸州境内纳溪区一处疏花水柏枝聚居边滩也在2016年由于施工生境被完全破坏。这表明，相比河流水沙改变，人为干扰是对江心洲濒危物种保护的最大威胁。

3.3 江心洲生态保护建议

根据长江经济带“生态优先、绿色发展”的发展战略以及今年两会政府工作报告中提出的“加强生态系统保护和修复，全面划定生态保护红线”的指导思想，结合我们前期文献调研和实地调查，鉴于长江江心洲现状、变化形势以及相关研究及保护措施的缺乏，提出以下保护措施：

（1）根据河段和江心洲特点分段分类管理。根据河势、江心洲性质以及航道、行蓄洪、社会发展需求等将江心洲进行分段分类管理。例如对按照整个干流不同区域水文情势的变化格局分段：宜宾-江津(受上游梯级水电开发和生态工程影响强烈)、江津-三峡大坝(受三峡水库调蓄影响)、三峡大坝-城陵矶段(受三峡水库调蓄影响强烈)、城陵矶-湖口(同时受三峡水库和人类活动影响)、湖口-上海段(受人类干预影响强烈)。同时在全面规划、充分调研和严格论证的基础上，对江心洲的可利用程度进行科学划分，满足河道稳定、行蓄洪作用和社会发展的同时，保证江心洲的生态系统功能。同时，对于需要保护的江心洲划定生态保护红线，加强长江江心洲生态系统保护和修复。

（2）完善江心洲管理法律法规。在水法、防洪法、河道管理条例等法律法规的基础上，制定并出台加强长江流域江心洲管理的部门规章或规范性文件，发挥法律法规对涉及江心洲项目的约束作用，为全面加强江心洲保护提供法律保障。切实落实责任制，通过法规的规范，不仅加强对当地非法采砂船只的控制和管理，更要加强对当地沿江工程项目的监管，坚决杜绝非法采砂。河道治理工程、江心洲利用等涉及江心洲项目应在保证江心洲生态功能的前提下，进行严格生态评估，经过科学论证后确定。

（3）优化实施长江水库群联合生态调度。在制定实施水库群联合调度过程中，充分考虑水沙情势对江心洲生态保护的需求。坚持流域与区域调度结合，统筹上下游、兼顾干支流；局部服从全局，兴利服从防洪，电调（航调）服从生态水调；在确保防洪安全的前提下兼顾水资源利用和江心洲生态系统保护，优先满足城乡居民生活用水，合理安排农业、工业、生态环境用水，促进水资源高效利用和长江河流生态系统保护。

（4）设立长江江心洲自然保护区。建议基于河段分段分类管理，设置跨行政区域的国家级长江江心洲自然保护区，把长江江心洲保护上升到国家层面。保护区由河段内的多个江心洲组成，各个江心洲根据江心洲性质、河道环境以及人为干扰情况，分为保护区核心区、缓冲区和试验区。核心区考虑生境类型完整，生境相对稳定的江心洲，在长江流域具有良好典型性和代表性的江心洲，如关洲、皇华岛等，核心区内禁止一切开发利用，严格保证江心洲的自然发育演变。缓冲区考虑核心区以外较少受人为干扰的江心洲，受环境影响强烈，适于进行江心洲保护研究。试验区可进行一定程度的开发利用，适宜开展适度江心洲旅游项目。

（5）加强生态环境演变下的江心洲保护研究。江心洲是自然河流的重要组成部分，生态敏感而又脆弱，是重要的湿地生态区，有其独特的生态系统功能。鉴于江心洲面临的环境和人为活动双重强烈影响，迫切需求对长江江心洲的发育演变过程及机制开展深入研究。建议加强相关部门、地方政府与科研机构的合作，加大江心洲保护研究投入，通过研究河流水动力与人类活动综合作用下的江心洲演变，保护江心洲生境及生物多样性，保证长江生态系统功能，使母亲河长江永葆生机活力。