淺談我國生態水文學研究進展

柯碧欽 張揚

摘? 要：本文從生態水文學的內涵出發，按濕地、森林環境、干旱區域等生態類型來闡述了我國在生態水文學上的研究進程。其中重點闡述了不同地域的地理特征與生態特點，詮釋了我國生態水文學的發展狀況。在我國研究現狀的基礎上，提出了對未來我國生態水文學發展的展望。

關鍵詞：濕地 干旱環境 森林 生態過程 水文過程

引言

作為90年代興起的邊緣學科，生態水文學是闡述生態過程與格局的水文學機制的科學。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，是水文學與生態學的交叉學科。為了尋求利于經濟發展、利于環境、利于社會的有效管理方式，外界對生態水文學的發展與進程密切關注。研究生態水文學的方法有系統工程、監測實驗、物理實驗等。

一、生態水文學的內涵

1992年，生態水文學正式成為獨立的學科。多年來，它沒有統一的釋義。Hatton于1997年給出了它的內涵：生態水文學是在各種環境之下探討生態水文過程的，包括濕地、河流、湖泊、干旱地區等環境。而在1998年，Post等認為，它是研究氣象、水文和生態過程之間的關系的，包括各時間內水文過程與生態系統的相互影響。1999年，Baird等認為，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、夏軍等學者，給出了他們對于生態水文學的理解。一般認為，該學科是以植物和水分關系作為學科研究基礎，以土壤水和植物蒸散發為主要研究內容，以水文過程和生態過程相耦合的尺度問題作為關鍵點，以生態系統可持續發展為目標的學科。

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

二、生態水文學的研究進程

生態水文學中，有一個重要的研究領域，即陸地、陸地水生生態系統內部水分與植物的關系。通過對陸地的主要環境或者生態系統的類型進行劃分，可以把問題分為濕地、河流、湖泊、干旱地區、森林等五類環境的生態水文分析。根據干旱地區、濕地、森林等的空間地理特點，以及其位置特性，本文介紹了不同地理類型的生態水文學上的研究進程。

（一）濕地環境的生態水文研究進程

生態學家在很久以前就對濕地生態系統進行關注與研究，探究其中水文過程與生態生態過程之間的相互關系。這也是早期生態水文過程的主要研究領域，很多生態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境的關系，從而提出保護和利用濕地的問題。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、土壤等生態系統特征。之后，他們提出了濕地資源利用與保護的問題，闡明只有充分保護濕地，才能讓濕地環境為人類所用，并且創造財富。他們也給出了對于濕地研究中發現的問題的探討。

21世紀初，關于濕地景觀的研究，生態學家給予充分的關注和聚焦。2004年，嚴登華分析和預測了東遼河流域的各年的景觀格局，得出結論：近年內，某種景觀主導存在的趨勢在增加，因此必須采取措施，對東遼河流域景觀受到的干擾進行適當的調控。而2003年，潘響亮通過對東北地區濕地的探究，給出了水文景觀的分類，并發現了其面對氣候變化時，所表現出的脆弱性，從而得出不同濕地發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系統的研究愈加深入，從最初始的生態結構、種類，延伸到生態功能、生物多樣性、物質與能量流動運輸的變化。我國對濕地的內涵也進行補充了：濕地是以季節或者常年積水為主要特征，適宜濕潤環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，仍需我們去探索生態系統恢復等問題，從而更好地造福于人類。

（二）森林環境的生態水文研究進程

近代于我國開展的森林水文研究，從20世紀20年代初開始，當時前金陵大學的美籍博士羅德民學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研究包含森林對蒸散發、降雨、徑流、水質的影響，以及林冠截留和蒸散發的水文效應、水土保持效應等，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，溫遠光提出，我國的森林生態系統其主要林冠截留率達11.4%～34.3%，變動系數在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的，然而不同的森林類型，因為林冠結構不同，它們的相關程度也不同。林冠截流損失與多種因素有關，其中包括降雨強度、降雨頻度、以及樹的種類與特性。森林生態系統的水循環、能量平衡與森林的蒸散發有著密切的關系。森林林冠的增加，會截留雨量的蒸發，另外，枯枝落葉層比土壤的孔隙更大更多，使森林蒸散發量較大，從而大大減少流域徑流。上世紀，我國對森林生態系統的研究表明，森林蒸散發約占了降雨量輸入的40%～80%。而森林枯落物具有一定的調節的水文生態功能，一方面它有較強的截流水、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。據研究，枯落物中最大持水率能達到178.4%～332.1%，對降水的年截留率達5.75～12.7%，截留量達27.9～93.6mm，因此它的截留速度的效應是十分顯著的。

本世紀的研究，聚焦于森林生態系統的內部營養循環，對于森林植被改變對湖泊、溪流水質的影響的研究不多，呈薄弱狀態。并且，目前的研究多為集水區域的研究，關于森林生態對徑流、河川泥沙的影響的研究較少。

（三）干旱區域的生態水文研究進程

廣義上，中國干旱區包括35°N以北、106°E以西的內陸河流域以及北方降水量在300～400mm之間的半干旱區域。近十幾年，干旱條件下的生態過程與水文學機制備受生態環境學者的關注。二十一世紀以來，我國開展了內陸河流域的研究，包括黑河，塔里木河，研究其生態環境的特性與變動。另外，對流域中森林植被的生態水文過程也進行了研究，從而給出生態水文特征。在干旱、半干旱地區的生態系統的基礎上，我國學者探討了該種地區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、半干旱地區的生態水文進行了多方面的研究，然而由于其地理環境的特殊性，以及淡水的缺乏，從而有違可持續發展的生態觀念。因此在干旱地區，生態需水的確定、土地的合理利用等問題，仍需進行研究、探索。

三、發展趨勢與展望

生態水文學是水文過程與生態耦合的交叉學科，是水文學科中最活躍的研究領域。于我國，生態水文學的研究雖已日益深入，但更多地處于理論基礎的研究階段，局部上研究較多，然而系統的框架有待完善。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。如今我國局部生態環境遭受到人類活動的干擾，呈現惡化的現象。而生態系統的恢復也是生態水文學的重要內容之一。而山丘區域環境脆弱成災率高，有待用生態水文學的知識去分析。未來我國生態水文學的研究勢必會更加深入和完善。