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河流生态系统是由其固有的生物和相应的环境所组成，其中最基本的环境要素就是“水”。河流中存在多样化的环境介质，除水之外还包括构成河床和河岸的沙、石、泥，以及枯枝落叶、碎屑、杂物等，这些环境介质通过水流和泥沙流动及其相互作用，形成了河流的生境多样性，浅滩、深潭、浮动砾石带等是河流的代表性生境（Merritt et al.，1996；杨海军 等，2005；Dudgeon，2008）。多样化的生境为不同类型的河流生物提供栖息与繁衍的场所，也造就了河流生物的多样性。
河流生态系统的典型特征是生境结构的纵向梯度变化。一般来讲，生境结构的剧烈改变被视为河流生态系统的主要胁迫（Karr et al.，2000）。生境的变化主要包含河流物理特征（如河流形态及河道大小、坡度、底质、水流等）、植被（河内和河岸植被类型、盖度、结构等）和水质理化指标（pH特征、水温、重金属、营养盐等）的改变（Karr et al.，2000）。这些生境的改变通常是自然发生的，是自然的演替过程，但随着人类活动的加剧，所有这些生境类型和结构都很可能直接或间接地受到影响而发生快速变化。
从整体来看，河流生境，应该是从源头开始，流经上游和下游，并最后到达河口的连续整体。这不仅是指河流在地理空间上的连续，而更重要的是生物过程及非生物环境的连续。
从纵向来看，河流包括上游、中游、下游，从源头到河口均发生着物理、化学和生物的变化。即河流形态多样性，包括：从上游至下游的生境异质性，河流纵向形态的蜿蜒性，河流横断面形状的多样性（Allan et al.，2007）。河流所流经地区的气象、水文、地貌差异，形成了滩涂、河湾、湿地、沼泽等，纵向蜿蜒的自然河流造就了丰富多样的生境，如急流、瀑布、跌水、缓流等。从河流断面来看，交替出现的浅滩和深潭，是典型的河流生境。浅滩能促进河水充氧，增加水动力，亦是众多底栖动物的活动、觅食和繁衍场所。深潭是河流重要的有机质储存库，也是鱼类洄游途中的重要保护区域。河流较高的生境异质性可以为生物提供更大的生存表面积、更多的物理避难所，以及供应更多的限制资源，即为生物群落提供更多的生态位，从而促进多样性发展（Allan et al.，2007；Warfe et al.，2008；Palmer et al.，2010）。因此，理论上这些河流形态多样性维系着河流高度的生物多样性。
从横向来看，自然河流可分为河道、洪泛区、河岸带等。河道是河流的主体，洪泛区是调蓄洪水的重要地带，其连同河岸带，作为水陆过渡区域，为鸟类、两栖类和众多的昆虫提供栖息场所，其中的植被带（水生和陆生）可降解径流中的污染物、截留有机质，起到重要的过滤和屏障作用。
从垂向来看，河流分为表层、中层和底层。表层河水供氧充足，支撑了丰富的好氧微生物、浮游植物；中层河流水流波动相对较小，是河流底层和表层物质交换的区域，其相对稳定的水生环境，为大多数底栖动物和鱼类提供了生存场所；河流底层，关键是河流的底质，是维系河流生物多样性的关键，是直接影响水生生物分布的因素；底层的稳定对河流生物起着重要的隐蔽（底栖、穴居动物）、提供支撑和固着（水生高等植物固着和底栖藻类附着）、供养（沉积的凋落物、碎屑等有机质），以及净化（砾石、沙、泥等形成的孔隙的增氧和过滤）等作用。
另外，河流的水温、水量、营养物质等存在明显的年际、季节动态，其水生生物活动和群落演替也表现出明显的变化（Dudgeon，2008）。从长期来看，河流生境的形成经历了众多的自然变化以及人类活动的干扰。