淺談我國生態(tài)水文學(xué)研究進(jìn)展

柯碧欽 張揚(yáng)

摘? 要：本文從生態(tài)水文學(xué)的內(nèi)涵出發(fā)，按濕地、森林環(huán)境、干旱區(qū)域等生態(tài)類型來闡述了我國在生態(tài)水文學(xué)上的研究進(jìn)程。其中重點(diǎn)闡述了不同地域的地理特征與生態(tài)特點(diǎn)，詮釋了我國生態(tài)水文學(xué)的發(fā)展?fàn)顩r。在我國研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了對未來我國生態(tài)水文學(xué)發(fā)展的展望。

關(guān)鍵詞：濕地 干旱環(huán)境 森林 生態(tài)過程 水文過程

引言

作為90年代興起的邊緣學(xué)科，生態(tài)水文學(xué)是闡述生態(tài)過程與格局的水文學(xué)機(jī)制的科學(xué)。它研究的是植物對水文過程的影響、及水文過程對植物生長的影響，是水文學(xué)與生態(tài)學(xué)的交叉學(xué)科。為了尋求利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展、利于環(huán)境、利于社會的有效管理方式，外界對生態(tài)水文學(xué)的發(fā)展與進(jìn)程密切關(guān)注。研究生態(tài)水文學(xué)的方法有系統(tǒng)工程、監(jiān)測實驗、物理實驗等。

一、生態(tài)水文學(xué)的內(nèi)涵

1992年，生態(tài)水文學(xué)正式成為獨(dú)立的學(xué)科。多年來，它沒有統(tǒng)一的釋義。Hatton于1997年給出了它的內(nèi)涵：生態(tài)水文學(xué)是在各種環(huán)境之下探討生態(tài)水文過程的，包括濕地、河流、湖泊、干旱地區(qū)等環(huán)境。而在1998年，Post等認(rèn)為，它是研究氣象、水文和生態(tài)過程之間的關(guān)系的，包括各時間內(nèi)水文過程與生態(tài)系統(tǒng)的相互影響。1999年，Baird等認(rèn)為，它研究的是植物與水分的相互作用，及影響植物生長的水文過程。

在我國也有程國棟、武強(qiáng)、夏軍等學(xué)者，給出了他們對于生態(tài)水文學(xué)的理解。一般認(rèn)為，該學(xué)科是以植物和水分關(guān)系作為學(xué)科研究基礎(chǔ)，以土壤水和植物蒸散發(fā)為主要研究內(nèi)容，以水文過程和生態(tài)過程相耦合的尺度問題作為關(guān)鍵點(diǎn)，以生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的學(xué)科。

2008年之后，生態(tài)水文學(xué)的發(fā)展已趨于完善。國外對生態(tài)水文學(xué)及地表生態(tài)水文格局已進(jìn)行了深入的研究。而我國，在局部區(qū)域的研究也很多了，這些都為生態(tài)水文學(xué)添磚加瓦。然而我國對于學(xué)科的整體研究和系統(tǒng)性研究，仍需一個完整的知識框架。

二、生態(tài)水文學(xué)的研究進(jìn)程

生態(tài)水文學(xué)中，有一個重要的研究領(lǐng)域，即陸地、陸地水生生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部水分與植物的關(guān)系。通過對陸地的主要環(huán)境或者生態(tài)系統(tǒng)的類型進(jìn)行劃分，可以把問題分為濕地、河流、湖泊、干旱地區(qū)、森林等五類環(huán)境的生態(tài)水文分析。根據(jù)干旱地區(qū)、濕地、森林等的空間地理特點(diǎn)，以及其位置特性，本文介紹了不同地理類型的生態(tài)水文學(xué)上的研究進(jìn)程。

（一）濕地環(huán)境的生態(tài)水文研究進(jìn)程

生態(tài)學(xué)家在很久以前就對濕地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行關(guān)注與研究，探究其中水文過程與生態(tài)生態(tài)過程之間的相互關(guān)系。這也是早期生態(tài)水文過程的主要研究領(lǐng)域，很多生態(tài)水文成果都建立在其之上。我國對于濕地的研究，主要有濕地概念、功能、資源的利用與保護(hù)等。

我國的研究是從濕地的定義入手，去了解濕地的水文特征、濕地分類及與周邊環(huán)境的關(guān)系，從而提出保護(hù)和利用濕地的問題。最早，由王飛（1990）、殷康前（1998）、賈忠華（2001）等人，從濕地的定義著手，從而引出了濕地水文、植物、土壤等生態(tài)系統(tǒng)特征。之后，他們提出了濕地資源利用與保護(hù)的問題，闡明只有充分保護(hù)濕地，才能讓濕地環(huán)境為人類所用，并且創(chuàng)造財富。他們也給出了對于濕地研究中發(fā)現(xiàn)的問題的探討。

21世紀(jì)初，關(guān)于濕地景觀的研究，生態(tài)學(xué)家給予充分的關(guān)注和聚焦。2004年，嚴(yán)登華分析和預(yù)測了東遼河流域的各年的景觀格局，得出結(jié)論：近年內(nèi)，某種景觀主導(dǎo)存在的趨勢在增加，因此必須采取措施，對東遼河流域景觀受到的干擾進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)控。而2003年，潘響亮通過對東北地區(qū)濕地的探究，給出了水文景觀的分類，并發(fā)現(xiàn)了其面對氣候變化時，所表現(xiàn)出的脆弱性，從而得出不同濕地發(fā)育的水文景觀的特性以及其面對氣候變化時的脆弱程度。

如今，我國對于濕地的生態(tài)系統(tǒng)的研究愈加深入，從最初始的生態(tài)結(jié)構(gòu)、種類，延伸到生態(tài)功能、生物多樣性、物質(zhì)與能量流動運(yùn)輸?shù)淖兓Ｎ覈鴮竦氐膬?nèi)涵也進(jìn)行補(bǔ)充了：濕地是以季節(jié)或者常年積水為主要特征，適宜濕潤環(huán)境的植物為主要植被，土壤條件一般與周圍高地不同的土地。被稱為“地球之腎”的濕地，仍需我們?nèi)ヌ剿魃鷳B(tài)系統(tǒng)恢復(fù)等問題，從而更好地造福于人類。

（二）森林環(huán)境的生態(tài)水文研究進(jìn)程

近代于我國開展的森林水文研究，從20世紀(jì)20年代初開始，當(dāng)時前金陵大學(xué)的美籍博士羅德民學(xué)者以及李德毅先生在山西和山東等地方研究了各種森林植被與降雨，特別是其對地表徑流及水土保持的影響。我國主要的森林水文學(xué)研究包含森林對蒸散發(fā)、降雨、徑流、水質(zhì)的影響，以及林冠截留和蒸散發(fā)的水文效應(yīng)、水土保持效應(yīng)等，其中也包含了森林土壤水的變化。

最近幾十年，我國主要深入地研究了林冠截留。1995年，溫遠(yuǎn)光提出，我國的森林生態(tài)系統(tǒng)其主要林冠截留率達(dá)11.4%～34.3%，變動系數(shù)在6.68%～55.05%之間。在這其中，亞熱帶西部高山常綠針葉林的林冠截留率最大，而亞熱帶山地的常綠落葉闊葉混交林是最小。林冠截留量和降水量是正相關(guān)的，然而不同的森林類型，因為林冠結(jié)構(gòu)不同，它們的相關(guān)程度也不同。林冠截流損失與多種因素有關(guān)，其中包括降雨強(qiáng)度、降雨頻度、以及樹的種類與特性。森林生態(tài)系統(tǒng)的水循環(huán)、能量平衡與森林的蒸散發(fā)有著密切的關(guān)系。森林林冠的增加，會截留雨量的蒸發(fā)，另外，枯枝落葉層比土壤的孔隙更大更多，使森林蒸散發(fā)量較大，從而大大減少流域徑流。上世紀(jì)，我國對森林生態(tài)系統(tǒng)的研究表明，森林蒸散發(fā)約占了降雨量輸入的40%～80%。而森林枯落物具有一定的調(diào)節(jié)的水文生態(tài)功能，一方面它有較強(qiáng)的截流水、蓄水的功能，另一方面它能削弱雨滴對土面的直接濺擊，同時截留降水，減少地表徑流。據(jù)研究，枯落物中最大持水率能達(dá)到178.4%～332.1%，對降水的年截留率達(dá)5.75～12.7%，截留量達(dá)27.9～93.6mm，因此它的截留速度的效應(yīng)是十分顯著的。

本世紀(jì)的研究，聚焦于森林生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部營養(yǎng)循環(huán)，對于森林植被改變對湖泊、溪流水質(zhì)的影響的研究不多，呈薄弱狀態(tài)。并且，目前的研究多為集水區(qū)域的研究，關(guān)于森林生態(tài)對徑流、河川泥沙的影響的研究較少。

（三）干旱區(qū)域的生態(tài)水文研究進(jìn)程

廣義上，中國干旱區(qū)包括35°N以北、106°E以西的內(nèi)陸河流域以及北方降水量在300～400mm之間的半干旱區(qū)域。近十幾年，干旱條件下的生態(tài)過程與水文學(xué)機(jī)制備受生態(tài)環(huán)境學(xué)者的關(guān)注。二十一世紀(jì)以來，我國開展了內(nèi)陸河流域的研究，包括黑河，塔里木河，研究其生態(tài)環(huán)境的特性與變動。另外，對流域中森林植被的生態(tài)水文過程也進(jìn)行了研究，從而給出生態(tài)水文特征。在干旱、半干旱地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，我國學(xué)者探討了該種地區(qū)土壤荒漠化等問題的原因、影響因素和解決途徑。

我國對于干旱、半干旱地區(qū)的生態(tài)水文進(jìn)行了多方面的研究，然而由于其地理環(huán)境的特殊性，以及淡水的缺乏，從而有違可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)觀念。因此在干旱地區(qū)，生態(tài)需水的確定、土地的合理利用等問題，仍需進(jìn)行研究、探索。

三、發(fā)展趨勢與展望

生態(tài)水文學(xué)是水文過程與生態(tài)耦合的交叉學(xué)科，是水文學(xué)科中最活躍的研究領(lǐng)域。于我國，生態(tài)水文學(xué)的研究雖已日益深入，但更多地處于理論基礎(chǔ)的研究階段，局部上研究較多，然而系統(tǒng)的框架有待完善。目前，開展的研究大多局限在試驗的階段，未上升到完整的理論上。如今我國局部生態(tài)環(huán)境遭受到人類活動的干擾，呈現(xiàn)惡化的現(xiàn)象。而生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)也是生態(tài)水文學(xué)的重要內(nèi)容之一。而山丘區(qū)域環(huán)境脆弱成災(zāi)率高，有待用生態(tài)水文學(xué)的知識去分析。未來我國生態(tài)水文學(xué)的研究勢必會更加深入和完善。