摘要
河流支撑着地球上最丰富的生物多样性1并为社会提供基本的生态系统服务2但它们往往因自由流动的障碍而支离破碎3.．在欧洲，由于缺乏统一的屏障数据库，对河流连通性进行量化的尝试受到了阻碍。在这里，我们展示了在36个欧洲国家至少有120万个河流屏障(平均密度为每公里0.74个屏障)，其中68%是高度不足2米的结构，经常被忽视。对147条河流2715公里溪流长度的标准化徒步调查表明，现有记录低估了大约61%的屏障数量。最高的屏障密度出现在欧洲中部经过严重改造的河流，最低的屏障密度出现在最偏远、人口稀少的高山地区。在整个欧洲，屏障密度的主要预测因素是农业压力、河流道路交叉口的密度、地表水的范围和海拔高度。在巴尔干半岛、波罗的海国家、斯堪的纳维亚半岛的部分地区和南欧，仍然可以找到相对完整的河流，但这些河流急需保护，不受拟议中的大坝建设的影响。我们的发现可以为欧盟生物多样性战略的实施提供信息，该战略的目标是到2030年重新连接2.5万公里的欧洲河流，但要实现这一目标，需要在河流恢复方面进行范式转变，认识到小屏障造成的广泛影响。
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数据可用性
AMBER屏障图谱数据(图2)1)，观测到的势垒密度(图;2)，地表真实的屏障密度(图;2 b)和模拟的屏障密度(图;2摄氏度)，可于https://amber.international/european-barrier-atlas/以及在https://doi.org/10.6084/m9.figshare.12629051在CC-BY-4.0许可证下。实测河段数据(扩展数据表1扩展数据图3.)，并于https://doi.org/10.6084/m9.figshare.12629051在CC-BY-4.0许可证下。试验河流步行调查结果(扩展数据表1)，以及屏障数据库源(表1)，并于https://doi.org/10.6084/m9.figshare.12629051．源数据提供了这篇论文。
代码的可用性
Python代码用于模拟屏障数量，并链接到GIS文件以进行可视化，可在GNU (https://en.wikipedia.org/wiki/GNU_Project)通用公共许可证在https://github.com/AMBER-data/atlas-model．用于障碍数据库管理、重复排除和处理的协议是使用临时过程在SQL和QGIS中手动完成的，并且没有保存在存储库中。
参考文献
里德，A. J.等人。淡水生物多样性面临的新威胁和持续的保护挑战。医学杂志。坎布牧师，菲尔。Soc．94， 849-873(2019)。
格里泽蒂，B.等人。欧洲河流、湖泊和沿海水域生态条件与生态系统服务的关系。科学。总环境．671， 452-465(2019)。
格尔，G.等人。绘制世界上自由流动的河流。自然569， 215-221(2019)。
范诺特，r.l.，明肖尔，g.w.，康明斯，k.w.，塞德尔，j.r.和库欣，c.e.河流连续统概念。可以。j .鱼。Aquat。Sci．37， 130-137(1980)。
维图塞克，P. M.，穆尼，H. A.，卢布琴科，J. &梅利洛，J. M.人类对地球生态系统的统治。科学277， 494-499(1997)。
卡朋特，S. R.，斯坦利，E. H. &赞登，M. J. V.世界淡水生态系统状况:物理、化学和生物变化。为基础。启包围。Resour．36， 75-99(2011)。
傅瑞敏，杜道尔，马文伟，史瑞杰。河网生境破碎化的原因与后果:河流破碎化。安。纽约理工学院．1355， 31-51(2015)。
Van Looy, K, Tormos, T. & Souchon, Y.解开河流网络中的大坝影响。生态。印度语的．37， 10-20(2014)。
坎普，P. & O 'Hanley, J.评估和优先清除鱼类通道障碍的程序:综合。鱼。等内容。生态．17， 297-322(2010)。
雷纳等人。世界水库和大坝的高分辨率地图，用于可持续的河流流量管理。前面。生态。环境．9， 494-502(2011)。
雷纳等人。全球水库和大坝数据库第1版(GRanDv1)https://doi.org/10.7927/H4N877QK(NASA社会经济数据和应用中心，2011)。
Mulligan, M, Soesbergen, a.v. & Sáenz, L. GOODD，一个超过38,000个地理参考大坝的全球数据集。科学。数据7， 31(2020)。
Garcia de Leaniz, C, Berkhuysen, A. & Belletti, B.当心小水坝，它们也会造成破坏。自然570， 164(2019)。
Mantel s.k, Rivers-Moore, N. & Ramulifho, P.在河流景观保护评估中需要考虑小水坝:小水坝和河流景观保护。阿卡。Conserv。3月Freshw。Ecosyst．27， 748-754(2017)。
Lucas m.c.， Bubb d.h.， Jang m.h.。，Ha, K. & Masters, J. E. G. Availability of and access to critical habitats in regulated rivers: effects of low-head barriers on threatened lampreys.Freshw。医学杂志．54， 621-634(2009)。
birniei - gauvin, K, Aarestrup, K, Riis, t.m.o, Jepsen, N. & Koed, a .揭示了低地河流中嗜流质鱼类栖息地的丧失作为屏障被遗忘的后果，及其对管理的影响。阿卡。Conserv。3月Freshw。Ecosyst．27， 1345-1349(2017)。
马吉利根，F. J.尼斯洛，K. H. & Renshaw, C. E. in地貌学专著(施罗德主编)794-808(学术出版社，2013)。
佩茨，G. E. & Gurnell, A. M.水坝与地貌学:研究进展与未来方向。地貌学71， 27-47(2005)。
Bizzi, S.等人。论径流电厂引起河床切口的控制。窟。Resour。Res．51， 5023-5040(2015)。
Jones, p.e.， Consuegra, S, Börger, L.， Jones, J. & Garcia de Leaniz, C.人工屏障对河流中维管植物的连通性和扩散的影响:重要综述。Freshw。医学杂志．65， 1165-1180(2020)。
Carpenter-Bundhoo, L.等人。低头堰对三种河流鱼类多尺度运动和行为的影响。科学。代表．10， 6817(2020)。
大坝之国:美国大坝及其大规模水文影响的地理普查。窟。Resour。Res．35， 1305-1311(1999)。
琼斯，J.等。英国河流破碎化的综合评估。科学。总环境．673， 756-762(2019)。
格里泽蒂，B.等人。人类压力与欧洲河流生态状况。科学。代表．7， 205(2017)。
毛奇，C. &泽勒(编)历史上的河流:欧洲和北美的水路展望(匹兹堡大学出版社，2008)。
佩茨，g.e.， Möller, H. & Roux, a.l.。大型冲积河流的历史变迁:西欧355(约翰·威利和儿子，1989)。
坎普，p.s.淡水渔业生态学(克雷格，J. F.) 717-769(威利，2015)。
欧洲环境局欧洲水资源状况和压力评估85 (eea, 2018)。
Garcia de Leaniz, C.等人从海洋到源头2。世界河流鱼类洄游的保护与恢复(Brink, K. et al.) 142-145(世界鱼类迁徙基金会，2018)。
皮斯托奇等人。评估报告的水框架指示措施方案的有效性。第二部分-制定全欧洲压力指标系统。报告没有。28412欧元(联合研究中心，2017)。
Garcia de Leaniz, C.鲑鱼流堰去除:影响、挑战和实用性。Hydrobiologia609， 83-96(2008)。
向下，S. &斯金纳，K.工作河流:英国淡水磨坊的地貌遗产。区域37， 138-147(2005)。
孙，杰，加利布，s.m.和卢卡斯，m.c.国家屏障清单适合河流连通性恢复需求吗?两个流域的测试。窟。环绕。J．https://doi.org/10.1111/wej.12578(2020)。
阿特金森等人。对爱尔兰鲑鱼、鳟鱼、鳗鱼和七鳃鳗迁移和河道连通性障碍的基于检查的评估。科学。总环境．719， 137215(2020)。
欧洲环境署欧洲流域和河流网络系统(ECRINS)(EEA, 2012)。
Kristensen, P. & Globevnik, L.欧洲小水体。医学杂志。环境．114 b， 281-287(2014)。
费雷拉，T.， Globevnik, L. & Schinegger, R. in河流生态系统中的多重压力源139-155 (Elsevier, 2019)。
施瓦兹,U。欧洲河流的水力压力36(世界自然基金会，2019)。
Schiemer, F.等人。Vjosa河走廊:自然水形态动力学模型和具有欧洲意义的高度威胁生态系统的热点。土地。生态．35， 953-968(2020)。
迪弗洛，E. &潘德，R.丹姆。Q.经济学．122， 601-646(2007)。
Grill, G.， Ouellet Dallaire, C.， Fluet Chouinard, E.， Sindorf, N. & Lehner, B.评价大尺度河流破碎化和流量调节新指标的开发:湄公河流域的案例研究。生态。印度语的．45， 148-159(2014)。
Zarfl, C.，拉姆斯登，A. E.， Berlekamp, J.， tydeck, L. & Tockner, K.全球水电大坝建设热潮。Aquat。Sci．77， 161-170(2015)。
斯蒂特，B.，布劳恩，Y.，和，D.大型大坝项目的社会影响:国际案例研究的比较和最佳实践的意义。j .包围。管理．90， s249-s257(2009)。
Schmitt R. J. P.， Bizzi, S.， Castelletti, A. & Kondolf, g.m. .通过湄公河大坝战略规划改善水电和沙子连通性的权衡。自然Sust．1， 96-104(2018)。
韦贝尔，D.和彼得，A.不同类型的块坡道对鱼类上游运动的有效性。Aquat。Sci．75， 251-260(2013)。
科特，D.，凯勒，D. G.，伯恩，C.和威尔斯玛，Y. F.流网络纵向连通性的新度量。Landsc。生态．24， 101-113(2009)。
提克纳，D.等人。扭转全球淡水生物多样性丧失的曲线:紧急恢复计划。生物科学70， 330-342(2020)。
Bódis, K.， Monforti, F. & Szabó， S.欧洲能有更多的小型水电站吗?基于大陆协调地理水文资料的适宜性分析。更新。Sust。能源牧师．37， 794-808(2014)。
hukek, H.， Žganec, K. & Pusch, M. T.东南欧水电大坝的回顾——以多瑙河流域多国分区为例，监测数据的分布、趋势和可用性。更新。Sust。能源牧师．117， 109434(2020)。
欧盟把自然回归我们的生活。欧盟2030生物多样性战略．https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?qid=1590574123338&uri=CELEX:52020DC0380(欧盟委员会，2020年)。
哇，e，河流的连通性。课题。理论物理。地理的。地球。Env．41， 345-362(2017)。
贝莱蒂，B.等。欧洲AMBER屏障地图集的数据集。表S1。测试河流的详细信息，显示当前清单(Atlas)中存在的障碍数量以及在现场遇到的障碍数量。表S3。Barrier数据库源。figsharehttps://doi.org/10.6084/m9.figshare.12629051(2020)。
琼斯，J.等。从地方到大陆尺度的河流破碎度量化:数据管理和建模方法。预印在https://doi.org/10.22541/au.159612917.72148332(2020)。
QGIS地理信息系统https://qgis.org/en/site/(开源地理空间基金会项目，2010)。
赵安，王永涛，王永涛。熵与物种积累曲线:一种基于新物种发现率的熵估计方法。生态方法。另一个星球．4， 1091-1100(2013)。
流域地貌的定量分析。反式。AGU的38913-920(1957)。
R:统计计算的语言和环境版本4.0.0 (2020-04-24)https://www.r-project.org/(R统计计算基础，2020)。
西诺雷尔，A.等人。DescTools:描述性统计工具。R包版本为0.99.37https://andrisignorell.github.io/DescTools/(2020)。
Januchowski-Hartley, s.r.等人。恢复水生生态系统的连通性需要扩大水坝和公路交叉口的库存量。前面。生态。环境．11， 211-217(2013)。
Schmutz, S. & Moog, O. in河流生态系统管理111-127(施普林格，2018)。
欧洲环境署CORINE土地覆盖(CLC)版本20https://www.eea.europa.eu/data-and-maps/data/copernicus-land-monitoring-service-corine(2012)。
欧洲委员会全球人类住区- ghs人口网格https://ghsl.jrc.ec.europa.eu/ghs_pop.php(2015)。
欧洲环境署EU-DEMv1.1,https://land.copernicus.eu/imagery-in-situ/eu-dem/eu-dem-v1.1(哥白尼土地监测服务，2016)。
梅杰尔，许建杰，许建杰，肖腾，李建杰，杨晓明。中国公路基础设施发展现状与展望。环绕。卷．13， 064006(2018)。
卢佩，G.，魏汉克尔，L.，苏特拉，A. &格尔茨，P. in .神经信息处理系统研究进展(eds Burges, C. J. C.等)431-439(神经信息处理系统基础，2013)。
全国大坝清单http://nid.usace.army.mil/(2018)。
Yoshimura, C.， Omura, T.， Furumai, H. & Tockner, K.日本河流和溪流的现状。应用河．21， 93-112(2005)。
巴西大坝安全报告http://www.snisb.gov.br/portal/snisb/relatorio-anual-de-seguranca-de-barragem/2019/rsb19-v0.pdf(国家水务局(ANA)，巴西，2020)。
世界水坝委员会大坝与发展:决策的新框架https://pubs.iied.org/pdfs/9126IIED.pdf(地球扫描出版物，2000)。
国际河流。中国水电的真实成本。https://www.internationalrivers.org/wp-content/uploads/sites/86/2020/06/truecostofhydro_en_small.pdf(2014)。
雷纳，B.，弗丁，K.和贾维斯，A.从星载高程数据导出的新全球水文学。反式。AGU的89， 93-94(2008)。
确认
本研究由欧盟地平线2020研究和创新计划，AMBER(欧洲河流障碍自适应管理)项目资助，资助协议编号689682，由c.g.d.l. B.B.领导，由Université de Lyon的EUR H2O 'Lyon (anr -17-EUR -0018)部分支持。我们感谢下列机构为收集屏障数据提供便利:国际保护多瑙河委员会(阿尔巴尼亚、克罗地亚、北马其顿、塞尔维亚、斯洛文尼亚);中央环境农业部。安道尔总督(安道尔);联邦部长für Nachhaltigkeit und Tourismus(奥地利);瓦罗尼公共服务，Secrétariat Général(比利时);Vlaamse Milieumaatschappij(比利时);波斯尼亚-黑塞哥维那办事处(波斯尼亚-黑塞哥维那);巴尔干半岛联盟(保加利亚);塞浦路斯保护基金会，Terra Cyprus(塞浦路斯); the Ministerstvo Zemědělství (Czech Republic); the Danish Environmental Protection Agency (Denmark); the Keskkonnaministeerium (Estonia); Suomen ympäristökeskus (Finland); the Office national de l’eau et des milieux aquatiques (ONEMA) (France); Landesanstalt für Umwelt Baden-Württemberg (Germany); Bayerisches Landesamt für Umwelt (Germany); Senatsverwaltung für Umwelt, Verkehr und Klimaschutz Berlin (Germany); Landesamt für Umwelt Brandenburg (Germany); Der Senator für Umwelt, Bau und Verkehr Bremen (Germany); Amt für Umweltschutz Hamburg (Germany); Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie (Germany); Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie Mecklenburg-Vorpommern (Germany); Ministerium für Umwelt, Energie, Bauen und Klimaschutz Niedersachsen (Germany); Landesamt für Natur, Umwelt und Verbraucherschutz Nordrhein-Westfalen (Germany); Landesamt für Umwelt Rheinland-Pfalz (Germany); Sächsisches Landesamt für Umwelt, Landwirtschaft und Geologie (Germany); Landesbetrieb für Hochwasserschutz und Wasserwirtschaft Sachsen-Anhalt (Germany); Landesamt für Landwirtschaft, Umwelt und ländliche Räume des Landes Schleswig-Holstein (Germany); Thüringer Landesamt für Umwelt und Geology (Germany); Bundesanstalt für Gewässerkunde (Germany); the Greek Committee on Large Dams (Greece); the WWF Greece; Országos Vízügyi Főigazgatóság (Hungary); the Marine and Freshwater Research Institute (Iceland); Inland Fisheries Ireland (Ireland); Registro Italiano Dighe (Italy); Regione Emilia-Romagna, Lombardia, Piemonte, Toscana (Italy), Latvijas Vides, ģeoloģijas un meteoroloģijas centrs (Latvia); Aplinkos apsaugos agentūra (Lithuania); the Ministère du Développement durable et des Infrastructures (Luxembourg); the Ministarstvo poljoprivrede i ruralnog razvoja (Montenegro); PDOK (The Netherlands); VISpas (The Netherlands); Norges vassdrags-og energidirektorat (Norway); Gospodarstwo Wody Polskie, National Water Management Board (Poland); the Stanisław Sakowicz Inland Fisheries Institute (Poland); the Universidade de Lisboa, Centro de Estudos Florestais (Portugal); Agência Portuguesa do Ambiente (Portugal); Ministerul Apelor și Pădurilor (Romania); WWF Danube-Carpathian (Romania); Ministerstvo životného prostredia (Slovakia); Confederación Hidrográfica del Júcar (Spain); Confederación Hidrográfica del Cantábrico (Spain); Confederación Hidrográfica del Duero (Spain); Confederación Hidrográfica del Tajo (Spain); Confederación Hidrográfica del Guadiana (Spain); Confederación Hidrográfica del Ebro (Spain); Uraren Euskal Agentzia (Spain); Confederación Hidrográfica del Guadalquivir (Spain); Confederación Hidrográfica del Segura (Spain); Universidad de Murcia (Spain); Universidad de Córdoba (Spain); Universidad de Cantabria (Spain); Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico (Spain); Agència Catalana de l’Aigua (Spain); SUDOANG (Spain); LST Biotopkartering vandringshinder (Sweden); Nationella Biotopkarteringsdatabasen (Sweden); Federal Office for the Environment (FOEN) (Switzerland); Geocat.ch (Switzerland); the Environment Agency (UK); Natural Resources Wales (UK); and the Scottish Environment Protection Agency (UK). We thank G. Luoni for help in developing the random forest regression model, and many students and colleagues who helped with field surveys across Europe.
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贡献
b.b.、s.b.、W.v.d.B.和C.G.d.L.设计了这项研究。b.b.、s.b.、G.S.、W.v.d.B.主持工作，组织屏障数据采集;以b.b.、s.b.、l.b.、A.C.和C.G.d.L.进行分析;C.G.d.L.和B.B.根据s.b.、l.b.、j.j.、a.c.、S.C.和w.v.d.b.的基本意见撰写了初稿;G.S.和J.J.设计并策划了屏障数据库;k.m.w帮助从德国Länder获得未发表的屏障记录;b.b.， p.f.g.， R.O.d.A, G.R.和G.S.清理了现有的屏障库存。由G.S.和P.M.(葡萄牙、法国)进行/组织了跨河调查;E.D、e.g.v、C.R、S.F.和G.L.(西班牙);B.B.和S.B.(意大利、立陶宛); J.J. and P.E.J. (Wales); K.A., K.B. and N.J. (Denmark), J.B. and J.K. (Ireland), M.C. and M.P. (Balkans, Danube, Estonia, Germany, Scandinavia); T.F., C.T.S. (Germany); P.K., A.V., J.K., M.C.L., S.V. and J.S.T. (England); E.V. and L.M. (Scotland); P.P., M.L. and M.Z. (Poland); H.W. and A.B. (The Netherlands). G.G., J.R., L.W., M.B. and P.G. advised on the development of the Atlas and the policy implications. All co-authors critically revised and approved the edited manuscript.
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有利益竞争。
额外的信息
同行评审信息自然感谢Arnout van Soesbergen, Christiane Zarfl和其他匿名审稿人对这项工作的同行评审所做的贡献。同行评审报告是可用的。
出版商的注意施普林格自然对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图1用于估算欧洲河流破碎度的方法。
为了纠正低报，并获得更准确的屏障密度估计，我们采用了四步方法:(1)从地方、区域和国家屏障数据库(AMBER屏障地图集)汇编地理参考屏障记录，(2)数据清洗和删除重复记录，(3)从过路河流调查中获取地面真实屏障密度，以及(4)通过随机森林回归建立统计屏障模型。
扩展数据图2欧洲河流中发现的人工屏障累积高度分布。
图中显示了(log . log .10规模)，大多数障碍(68%的n= 117,371个高度等于或大于10厘米的建筑物)是高度小于2米的低水头建筑物(例如渡口、涵洞及水闸);这些障碍普遍存在，但在现有的障碍清单中通常没有报道。
扩展数据图3行走调查期间，用于AMBER屏障地图集地面真实的测试区域位置。
我们行走了147个测试河段，总长2715公里，这些测试河段在海拔、坡度、河流顺序、生物地理和土地利用等方面代表了欧洲的河流类型。河流网络和国家边界来自欧洲环境署35．
图5势垒密度模型的性能。
地图显示了模拟残差(预测的残差减去观测到的残差密度，以每公里残差为单位)的分布2)的模式校正数据集(子集水区数目为2,306)(一个)，以及整个AMBER屏障地图集集(子集水区数目8,467个)(b)．国家和次盆地边界来自欧洲环境署35．
补充信息
权利和权限
关于本文
引用本文
贝莱蒂，B，加西亚·德·利尼兹，C，琼斯，J。et al。欧洲的河流有100多万道屏障。自然588， 436-441(2020)。https://doi.org/10.1038/s41586-020-3005-2
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DOI：https://doi.org/10.1038/s41586-020-3005-2
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