นิเวศวิทยาของลำธารคือการศึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตในน้ำ ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตเหล่านั้น และความเชื่อมโยงกับกระบวนการทางชีวภาพ เคมี และกายภาพจากหลายมิติภายในลำธาร^{[ 1 ]}ลำธารแสดงให้เห็นถึงความแปรปรวนอย่างมากในแรงของมัน และสร้างความลาดชันเชิงพื้นที่และเวลาในกิจกรรมทางชีวภาพและอชีวภาพ^{[ 2 ]}โครงสร้างทางกายภาพของเครือข่ายลำธารแสดงให้เห็นว่า ระบบ ต้นน้ำมีพฤติกรรมแตกต่างจากระบบระดับกลางและล่าง โดยปริมาณน้ำไหลเฉลี่ยต่อปี ขนาดของช่องทางน้ำ ที่อยู่อาศัย ของตะกอนและพื้นที่รับน้ำล้วนเป็นปัจจัยสำคัญ^{[ 3 ]}

ลำธารพร้อมกับทะเลสาบ แม่น้ำ และพื้นที่ชุ่มน้ำภายในพื้นที่คุ้มครองถูกมองว่าเป็นสิ่งที่ไม่สำคัญ^{[ 3 ]}อย่างไรก็ตามระบบนิเวศ น้ำจืด เช่น ลำธาร เชื่อมต่อกันด้วยน้ำที่ไหลซึ่งเปลี่ยนแปลงไปตามพื้นที่และเวลา^{[ 3 ]}ลำธาร (รวมถึงแม่น้ำ) เป็นส่วนสำคัญของลักษณะต่างๆ ของเมืองในอดีตและปัจจุบัน และอาจรวมถึงอนาคตด้วย การตั้งถิ่นฐานในยุคแรกและการพัฒนาเมืองเกิดขึ้นรอบๆ ลำธาร เนื่องจากลำธารให้บริการหลายอย่าง เช่น การขนส่ง การค้า การพักผ่อนหย่อนใจ การจัดหาน้ำ และอื่นๆ อีกมากมาย^{[ 4 ​​]}ดังนั้น การวิจัยจึงเปลี่ยนจากโครงสร้างทางชีวฟิสิกส์ของระบบนิเวศลำธารไปสู่คุณสมบัติเชิงหน้าที่ของพวกมัน^{[ 5 ]}

ลำธารพัดพาตะกอนและสารอาหารไปสู่แม่น้ำ ทะเลสาบ และต่อไปยังมหาสมุทร

ลำธารมีหน้าที่หลักสองประการ ได้แก่ การขนส่งน้ำจากที่สูงไปยังที่ต่ำกว่า และการขนส่งตะกอน^{[ 6 ]}ลำธารที่มีสุขภาพดีจะมีปริมาณตะกอนที่ถูกพัดพาและเคลื่อนตัวลงสู่ปลายน้ำเท่ากับปริมาณตะกอนที่ถูกสะสมในลำธาร ซึ่งอาจส่งผลให้ทะเลสาบ แม่น้ำ และปากแม่น้ำ มีสุขภาพดี เช่น กัน ^{[ 7 ]}การสะสมตะกอนมากเกินไปในลำธารอาจนำไปสู่การเกิดสันตะกอนกลางลำธารการกัดเซาะ ของลำธารมากเกินไป อาจทำให้ลำธารลึกหรือกว้างขึ้นอย่างรวดเร็ว ซึ่งทั้งหมดนี้ส่งผลกระทบต่อการทำงานและบริการของระบบนิเวศลำธาร^{[ 6 ]}นอกจากนี้ยังให้บริการที่จำเป็นต่อสิ่งมีชีวิตในน้ำและสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้อง เช่น ม้า ซึ่งอาจต้องพึ่งพาลำธารเพื่อดื่มน้ำ หรือปลาที่ต้องพึ่งพาลำธารเป็นแหล่งที่อยู่อาศัย ดังนั้น ระบบนิเวศลำธารจึงไม่สามารถศึกษาแยกกันได้

ลำธารมีพลวัตและจึงก่อให้เกิดพลังงานจำนวนมาก เนื่องจากการเคลื่อนที่ของน้ำและตะกอนผ่านระบบลำธาร “ยิ่งลำธารไหลเร็วเท่าไร ก็ยิ่งมีพลังในการกัดเซาะและพัดพาตะกอนมากขึ้นเท่านั้น^{[ 6 ]} ” วิธีหนึ่งที่ลำธารสามารถลดทอนพลังงานจากการไหลของน้ำได้คือการเปลี่ยนแปลงรูปแบบการไหลหรือการคดเคี้ยวโดยการสร้างเส้นโค้งตามระยะทางที่การไหลผ่าน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องปกติที่ช่องทางลำธารจะเคลื่อนที่ช้าลงเมื่อเวลาผ่านไป^{[ 6 ]}เขตริมฝั่งมีความสำคัญเท่าเทียมกันในลำธาร เนื่องจากพืชที่ชอบน้ำซึ่งมีรากลึกหรือหนาแน่นในเขตนี้ตามช่องทางลำธารจะเพิ่มชั้นการป้องกันอีกชั้นหนึ่งให้กับพลังงานนี้^{[ 6 ]}

ชุมชนจุลินทรีย์ในระบบนิเวศลำธารเป็นรากฐานทางโภชนาการ มีบทบาทสำคัญในการหมุนเวียนและรีไซเคิลสารอาหาร^{[ 5 ]}ปริมาณน้ำไหลและความเร็วของลำธารมักจะเป็นตัวกำหนดชนิดของสิ่งมีชีวิต (โดยเฉพาะสาหร่าย ) ที่อาศัยอยู่ในระบบโปรคาริโอตและยูคาริโอตย่อยสลายสารอินทรีย์และถูกบริโภคโดยสิ่งมีชีวิตอื่นๆ ในระดับโภชนาการ ที่สูง กว่า^{[ 5 ]}โดยรวมแล้ว ผลผลิตของชุมชนจุลินทรีย์เหล่านี้แสดงถึงผลผลิตโดยรวมของระบบนิเวศลำธาร^{[ 5 ]}สิ่งมีชีวิตอื่นๆ อาศัยอยู่ในระบบนิเวศลำธาร เช่น พืช แมลงน้ำ เชื้อรา ปลา สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม และอื่นๆ อีกมากมาย^{[ 8 ]}

พื้นที่ริมลำธารที่ปกคลุมด้วยพืชพรรณเรียกว่าเขต ริมฝั่ง ลำธาร พืชพรรณที่เจริญเติบโตขึ้นอยู่กับตำแหน่งทางธรณีวิทยาของลำธาร เช่น ทวีป สภาพภูมิอากาศ อุทกวิทยาของลำธาร เป็นต้น^{[ 8 ]}เขตเหล่านี้มีส่วนช่วยในการให้สารอาหาร ร่มเงา สารอินทรีย์ แหล่งที่อยู่อาศัย การปกป้องลำธาร และอื่นๆ อีกมากมาย^{[ 8 ]}

สาขานิเวศวิทยาของลำธารในเมืองมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงสามสิบปีที่ผ่านมา แสดงให้เห็นถึงความต้องการที่เพิ่มขึ้นในการกำหนดกฎระเบียบและเผยแพร่ทรัพยากรทางการศึกษาเกี่ยวกับลำธาร^{[ 4 ]}อย่างไรก็ตาม การพัฒนาเมืองที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในระบบลำธาร เช่นการปกคลุมของพื้นที่ ลุ่มน้ำ และเส้นทางการไหล เขตริมฝั่ง ช่องทาง ฯลฯ ซึ่งนำมาซึ่งความเสียหายต่อโครงสร้างและหน้าที่ของระบบนิเวศตามธรรมชาติ^{[ 4 ]}

การขยายตัวของเมืองทำให้ภูมิทัศน์ธรรมชาติถูกแทนที่ด้วยพื้นผิวที่ไม่สามารถซึมผ่านได้ เช่น ถนน^{[ 9 ]}เมื่อการขยายตัวของเมืองขยายไปยังพื้นที่ชนบทและผู้คนย้ายออกจากที่อยู่อาศัยในเมือง ความต้องการโครงสร้างพื้นฐานก็เพิ่มสูงขึ้นและพื้นที่ธรรมชาติก็ถูกทำลาย หนึ่งในผลกระทบที่ร้ายแรงที่สุดคือการนำสารเคมีผสมที่ซับซ้อนของสารปนเปื้อนและสารอาหารเข้าสู่ระบบนิเวศธรรมชาติ รวมถึงลำธาร^{[ 9 ] ซึ่งโดยทั่วไปจะนำไปสู่ระดับสารอาหาร ที่}มากเกินไปในระบบเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งไนโตรเจนและฟอสฟอรัส^{[ 9} ]

มีกระบวนการทางอุทกวิทยาและชีวธรณีเคมีหลายอย่างที่ทำงานแยกกันหรือร่วมกันเพื่อช่วยในการกำจัดไนโตรเจนและฟอสฟอรัส^{[ 10 ]}กระบวนการทั่วไปที่เกิดขึ้นในระบบนิเวศของลำธาร ได้แก่การลดไนเตรต การไนตริฟิเค ชันการกักเก็บตะกอน การดูดซึม และการดูดซับ รวมถึงกระบวนการอื่นๆ^{[ 10 ]}

การเพิ่มขึ้นของความเค็มในแหล่งน้ำจืดเป็นภัยคุกคามที่เพิ่มขึ้นต่อลำธารในเมือง ลุ่มน้ำ และแหล่งน้ำจืดอื่นๆ โดยส่วนใหญ่เกิดจากกลุ่มอาการความเค็มในแหล่งน้ำจืด^{[ 11 ]}ปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดการเคลื่อนตัวของเกลือ สารอาหาร และโลหะ คือปัจจัยที่เกิดจากมนุษย์ เช่น การโรยเกลือบนถนน ระบบบำบัดน้ำเสีย และการเพิ่มพื้นผิวที่ไม่สามารถซึมผ่านได้^{[ 11 ]}

เหตุผลสำคัญประการหนึ่งในการฟื้นฟูแหล่งน้ำคือการกำจัดมลพิษจากไนโตรเจนและฟอสฟอรัส ไนโตรเจนและฟอสฟอรัสส่วนเกินจากกิจกรรมของมนุษย์มีส่วนทำให้เกิดปัญหาด้านคุณภาพของแหล่งน้ำและแม่น้ำ เช่น การปนเปื้อนของน้ำดื่ม ภาวะขาดออกซิเจน และการเกิดสาหร่ายบาน^{[ 10 ]}มีแนวทางที่แตกต่างกันหลายวิธีที่สามารถนำมาใช้เพื่อชดเชยผลกระทบเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม แนวทางที่ใช้จะแตกต่างกันไปตามระบบนิเวศของแหล่งน้ำนั้นๆ

สิ่งสำคัญที่ควรทราบอีกประการหนึ่งคือ การดำเนินโครงการไม่ได้ก่อให้เกิดผลลัพธ์เชิงบวกเพียงอย่างเดียว แต่ละแนวทางยังมีข้อแลกเปลี่ยนและผลประโยชน์ร่วมที่เกิดขึ้นอีกด้วย

ใช้เพื่อพยายามควบคุมคุณภาพน้ำโดยการชะลอการไหลของน้ำในลำธารผ่านการเชื่อมต่อลำธารกับที่ราบน้ำท่วม ถึงอีก ครั้ง^{[ 12 ]}วิธีนี้ได้ผลดีที่สุดในสถานที่ที่ สามารถกักเก็บ น้ำฝน ส่วนเกินไว้ ในที่ราบน้ำท่วมถึงได้ชั่วคราว ซึ่งจะช่วยลดปริมาณน้ำไหลสูงสุดและปรับปรุงกระบวนการบำบัดสารอาหาร เช่น การลดไนเตรต^{[ 12 ]}อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดคืออาจเสื่อมโทรมลงเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากการกัดเซาะ ความล้มเหลวของสิ่งฟื้นฟู หรือแม้แต่การไม่ดูแลรักษาสถานที่^{[ 12 ]}

แนวทางนี้มุ่งเป้าไปที่การเชื่อมต่อลำธารกับเขตไฮโปไรอิกอีกครั้งโดยมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงการแลกเปลี่ยนน้ำระหว่างลำธารและเขตไฮโปไรอิก^{[ 12 ]}ดังนั้นจึงได้ผลดีที่สุดเมื่อมีความจำเป็นต้องเพิ่มการประมวลผลสารอาหาร ปรับปรุงคุณภาพน้ำ หรือแม้กระทั่งชะลอการไหลของน้ำ ทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ระหว่างโซนต่างๆ มากขึ้น^{[ 12 ]}อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดคืออาจมีประสิทธิภาพน้อยลงในเขตเมืองเนื่องจากมีพื้นผิวที่ไม่สามารถซึมผ่านได้มากกว่าและมีพื้นที่น้อยกว่าในการดำเนินการเชื่อมต่อใหม่

ซึ่งรวมถึงการเปลี่ยนแปลงสัณฐานวิทยาของลำธารโดยการเพิ่มคุณลักษณะต่างๆ ให้กับลำธาร เช่น ทางโค้ง แอ่งน้ำขั้นบันไดแอ่งน้ำรูปโค้งฯลฯ เพื่อสร้างพื้นที่ผิวมากขึ้นสำหรับกระบวนการสารอาหารและการปฏิสัมพันธ์^{[ 10 ]}เช่นเดียวกับแนวทางการเชื่อมต่อพื้นลำธารใหม่ ข้อจำกัดคือการขาดพื้นที่ในการนำไปใช้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม วิธีนี้ได้ผลดีที่สุดเมื่อต้องการอำนวยความสะดวกในการปฏิสัมพันธ์ทางชีวภาพ การดักจับตะกอน การดูดซับสารอาหาร ฯลฯ เพื่อปรับปรุงกระบวนการสารอาหาร^{[ 10 ]}

แนวทางนี้เกี่ยวข้องกับโครงสร้างพื้นฐานที่สามารถชะลอการไหลของน้ำฝนเพื่อให้สามารถซึมลงสู่ใต้ดินได้ และลดการไหลอย่างฉับพลันและปริมาณสารอาหาร^{[ 12 ]}ดังนั้นจึงควรนำไปใช้เพื่อเป้าหมายและการวางแผนระยะยาว เนื่องจากระยะเวลาที่ลำธารจะฟื้นตัวหลังจากโครงการก่อสร้างระบบระบายน้ำฝนอาจแตกต่างกันไปและอาจใช้เวลาหลายปี^{[ 12 ]} แนวทางนี้ มีจุดมุ่งหมายเพื่อบรรเทาผลกระทบเชิงลบของการไหลของน้ำฝน/น้ำไหลบ่าต่อสุขภาพของลำธาร^{[ 12 ]}อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของแนวทางนี้คือโครงสร้างพื้นฐานที่มีอยู่สามารถทำให้เกิดความซับซ้อนได้ ดังนั้นอาจมีน้ำปนเปื้อนและอาจมีค่าใช้จ่ายสูง

แนวทางนี้มุ่งเป้าไปที่การเพิ่มพื้นที่ชุ่มน้ำผ่านการฟื้นฟูหรือการสร้างใหม่ เนื่องจากพื้นที่ชุ่มน้ำมีประสิทธิภาพสูงในการกักเก็บสารอาหาร^{[ 10 ]}ตัวอย่างเช่น การสร้างพื้นที่ชุ่มน้ำภายในร่องน้ำสามารถเพิ่มการกักเก็บสารอาหารได้ พื้นที่ชุ่มน้ำยังสามารถกักเก็บน้ำท่วมและกรองสารอาหารก่อนที่จะไหลลงสู่ลำธาร^{[ 12 ]}ดังนั้นจึงควรพิจารณาเมื่อต้องการสร้างเขตกันชนเพื่อเพิ่มกระบวนการจัดการสารอาหาร ข้อจำกัดของแนวทางนี้คือ พื้นที่ชุ่มน้ำอาจแห้งหรือเสื่อมโทรมได้หากไม่รักษาสภาพภายในลำธารหรือการเชื่อมต่อทางอุทกวิทยาไว้^{[ 12 ]}