一项关于海狸工程对河流状况影响的初步研究及评估，以及其对生物多样性净增值的意义

《Journal of Environmental Management》：A preliminary study and assessment of the effects of beaver engineering on river condition and its relevance for biodiversity net gain

该研究通过比较英格兰南部8个地点的水獭工程影响河道与无影响控制河道，使用河流状况评估（RCA）方法验证了三个假设：水獭工程改善低地河流状况（H1）；改善程度与控制河道初始状况负相关（H2）；河道状况改善与特定物理栖息地增加相关（H3）。结果显示水獭工程显著提升河流物理条件，为英国生物多样性净增益政策提供科学依据。

　　

安吉拉·M·格内尔|约翰·格内尔

伦敦玛丽女王大学地理与环境系，英国

摘要

这项初步研究探讨了海狸工程对英格兰河流状况的影响，并使用河流状况评估（RCA）方法来衡量这种影响与生物多样性净增（BNG）之间的关系。在英格兰南部的八个地点，比较了有海狸工程影响和没有海狸工程影响的河段。在两个地点，海狸被圈养；在六个地点，海狸是自由生活的。另外两个地点有自由生活的海狸，但没有海狸工程，因此无法区分影响组和对照组。

研究测试了三个假设：（i）在英格兰的低地河流中，海狸工程可以改善河流状况（通过RCA方法衡量）；（ii）改善的程度取决于河流的初始状况；（iii）河流状况的改善与特定物理栖息地的数量和丰富度的增加有关。

来自对照组的数据表明，海狸工程影响的河段通常被RCA评为比对照组河段状况更好，这支持了假设（i），尤其是在对照组河段因过去的管理而过于深的情况下。此外，两组河段状况改善的程度与对照组河段的状况呈负相关，这支持了假设（ii）。十个物理特征在海狸工程影响的河段中表现出显著更高的丰富度，而其他物理特征在对照组和影响组中的丰富度相似，这支持了假设（iii）。

尽管这项研究是在以畜牧业为主的低地地区进行的，但这些地点涵盖了海狸工程可能发生的各种环境条件，表明RCA方法能够有效衡量海狸工程对河流状况的影响。这些结果为未来的研究提供了基础，并为在发展规划中考虑将海狸重新引入作为实现生物多样性净增的自然工具提供了实际指导。

引言

河流提供了复杂的、动态的物理栖息地马赛克，这些栖息地在河流网络中纵向连接，并横向延伸到河岸和陆地地区（例如Gurnell和Petts, 2011；Wohl等人, 2019）。河流受到人类活动和干预的影响，这些影响改变了河流流量和输送沉积物的数量和质量、河道的流动性以及物理栖息地马赛克的多样性、状况和更新频率（例如Hoffmann等人, 2010；Fryirs, 2017；Tonolla等人, 2021；Dethier等人, 2022；Mason等人, 2025；Sun等人, 2025）。在欧洲人口密集的地区，河流几个世纪以来一直承受着强烈的直接和间接的人类压力（例如Schinnegger等人, 2012；Grizzetti等人, 2017）。这些压力对河流生态系统产生了不利影响，因此近年来人们广泛尝试缓解、修复和恢复河流（例如Maass等人, 2021）。

欧洲海狸（Castor fiber）是欧洲河流的重要组成部分，它们通过重塑物理环境并影响河流生态系统的结构和功能，发挥着生态系统工程师的作用（参见Jones等人, 1994）。海狸对溪流有许多地貌学影响（例如Bylak和Kuku?a, 2020；Bylak等人, 2024），通过三类活动改造河流生态系统（Fairfax和Westbrook, 2024）。首先，它们建造水坝，增加水存储量、沉积物沉积和垂直水文连通性，并降低流速。其次，它们挖掘渠道，增加横向水文连通性和湿地面积。第三，它们觅食和砍伐树木，增加植物多样性并降低树冠覆盖度。这些活动提供了多样化的栖息地，增加了生物多样性，并提供了许多生态系统服务，包括水质净化、洪水减缓、低流量维持、养分循环和温室气体封存（Thompson等人, 2021；Wohl, 2021），但有时也会与人类活动和土地利用发生冲突（Mikulka等人, 2020；Nica等人, 2022）。

史前时期，海狸在英国广泛分布。然而，由于人们为了获取它们的肉、毛皮和香脂而大量捕猎，到12世纪时海狸数量大幅减少，到16世纪时几乎灭绝，尽管有争议认为某些局部种群可能仍然存在（Coles, 2006；Raye, 2015；Rosell和Campbell-Palmer, 2022）。20世纪初，整个欧洲大陆只剩下大约1200只海狸（Halley等人, 2020）。此后，通过自然扩散、重新引入和减少捕猎，海狸的数量和分布范围有所恢复（Halley等人, 2020）。

随着海狸在欧洲大陆的重新扩散，人们越来越有兴趣将海狸重新引入英国（例如Yalden, 1986；Macdonald等人, 1995）。苏格兰于2009年在阿盖尔的Knapdale启动了正式的引入试验。同时，有证据表明泰河上已经存在野生海狸种群，很可能是从圈养环境中逃逸的（Halley等人, 2020）。2019年，海狸在苏格兰被列为受保护物种。英格兰首次在海伦费恩（Ham Fen, Kent）的圈养环境中释放海狸是在2003年；随后在其他有许可证的圈养环境中也进行了释放。然而，海狸经常从圈养环境中逃逸并建立当地种群（例如Heydon等人, 2021）。因此，2022年修订了圈养海狸的许可流程（Wilson, 2023）。2009年，Natural England发布了关于将野生海狸重新引入英格兰的可行性研究（Gurnell等人, 2009），2015年，在德文郡的奥特尔河（River Otter）开始了为期五年的正式引入试验（Brazier等人, 2020）。试验种群中的海狸可能自2008年以来就存在于该河流中（Brazier等人, 2021；Howe和Crutchley, 2020）。试验结束后，奥特尔河上的海狸被允许继续留在那里，并于2022年在英格兰获得了法律保护。随后，2025年批准了将海狸释放到野外的许可（Otway和Pouget, 2025）。最近，在肯特（Campbell-Palmer等人, 2024a）以及埃克斯河（River Exe）、陶河（River Taw）和布里斯托尔阿冯河（River Bristol Avon）的流域（Campbell-Palmer等人, 2024b）等地区，野生海狸成为了种群调查的重点。这些研究表明，海狸通过建造水坝和创建湿地等活动对河流生态系统产生了直接和间接的影响（例如Law等人, 2016；Puttock等人, 2017；Brazier等人, 2021；Rosell和Campbell-Palmer, 2022）。简而言之，海狸可以改变河流的物理特性，现在被认为是增强河流物理复杂性和动态性的一种策略，从而支持更多样化的河流生态系统。

关于河流物理特性的详细监测研究很少，特别是关于它们对人类干预和压力变化的响应（例如Beechie等人, 2010；England等人, 2021）。然而，随着旨在改善河流状况的立法越来越普遍，出现了特定目的的监测和评估方法。例如，Belletti等人（2015）回顾了100多种国际方法，用于评估河流的“水文地貌质量”，这是欧盟（EU）水框架指令的要求。这些方法包括对物理栖息地的调查以及对物理过程和河流形态动力学的评估。这些方法共同允许评估河流的“状况”，并将其与相同地貌类型的自然功能河流的预期状况进行比较（例如Fryirs, 2015）。“生物多样性净增”（BNG）是英格兰的一项国家政策和环境方法，旨在在土地开发或管理变化后使野生动物或生物多样性的栖息地处于更好的状态，现在已成为许多开发的法定要求（Natural England, 2025）。生物多样性指标（Biodiversity Metric）是用于评估BNG的工具（DEFRA, 2024；Natural England, 2025）。该指标通过“河流状况评估”（RCA, Gurnell等人, 2020）来评估所有大于沟渠的线性水道的物理状况。RCA遵循Fryirs（2015）建议的方法，结合了两种空间分析尺度。它使用MoRPh调查（Gurnell等人, 2019, 2020）来收集感兴趣地点的现场信息，包括沉积物、地形、植被结构和人类压力及干预措施，并结合对包含该地点的较长河流长度的桌面评估，以确定适当的指示性（地貌）河流类型。现场调查数据用于评估在估计的河流类型下自然功能河流的物理状况。

由于现在可以在适当的许可下将海狸合法释放到英格兰的野外，并且大多数新开发项目依法要求至少实现10%的生物多样性净增，因此考虑将海狸引入特定河流地点是否可以通过它们的工程活动促进所需的生物多样性增益非常重要，以及如何衡量这些变化。为了评估欧洲海狸的存在对河流状况的影响与BNG的关系，我们使用RCA方法比较了有海狸工程影响和没有海狸工程的地点，以测试三个假设。

• (i)
  在英格兰的低地河流中，海狸工程可以改善河流状况（通过RCA方法衡量）。
• (ii)
  改善的程度取决于没有海狸工程时河流的状况。
• (iii)
  海狸工程后的河流状况改善与特定物理栖息地的数量和丰富度的增加有关。

研究地点

研究地点

为了评估海狸工程活动带来的状况变化，选择了受海狸工程影响的河段（影响组，I）位于没有海狸工程特征的类似河段（对照组，C）的下游（图1A）。确定合适的地点需要当地的专业知识，包括一些海狸自由生活的地点和一些被圈养的地点。

结果

RCA输出和假设检验。

为了验证前两个假设，评估了10个研究地点中18个调查河段的RCA输出（图3，图4）。

在图3中，地点按照I组和C组平均正面状况指标得分之间的差异大小排序（即I得分 – C得分）。图3中的正面状况指标得分差异很大，反映了物理栖息地组合和植被的差异。

数据集的代表性

• (i)
  环境背景

虽然我们只调查了10个地点，且都在英格兰南部，但这些地点代表了其他欧洲海狸研究中发现的多种河道坡度、河道宽度、水深和土地覆盖类型。

两个河道坡度非常低的地点（<0.001）没有水坝。其余八个地点有水坝，且坡度较陡（4个地点的坡度在0.001到<0.01之间，3个地点的坡度在0.01到<0.03之间，1个地点的坡度为0.039）。

CRediT作者贡献声明

安吉拉·M·格内尔：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，项目管理，方法论，调查，数据分析，概念化。约翰·格内尔：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，方法论，调查，数据分析，概念化。

关于参与者的声明

两位作者都来自研究进行的国家。两位作者从研究开始就参与了整个过程，确保他们的观点从一开始就得到了平等的考虑。引用了该地区科学家发表的文献以及更广泛的国际文献。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文报告的工作。

致谢

作者感谢德文郡、伦敦和肯特的所有土地所有者、管理者和当地居民，他们提供了信息和当地知识，使我们能够进行所报告的调查。我们特别感谢德文郡野生动物信托基金的Holly Barclay、Clinton Devon Estates的Sam Bridgewater和团队、坎特伯雷基督教堂大学的Ben Morris以及Ealing Borough的Phil Buckley。