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摘要：生態水文學是一門新興的交叉學科，發展和完善其理論體系和技術方法等對促進中國山水林田湖草系統保護與修復，推進生態文明建設和綠色發展具有重要理論和實踐意義。本文闡述了生態水文學發展歷程和挑戰性問題；結合學科前沿和國家需求，提出了生態水文學在中國的發展戰略，主要包括：生態水文綜合觀測的新技術新方法、生態水文學機理和基礎理論、以陸地和水生生態水文過程為核心的多尺度多要素綜合模擬與集成、以及生態水文與社會科學的融合等；在此基礎上，也提出了中國生態水文學具體發展方向，如多源信息融合與綜合觀測網絡、關鍵要素的時空格局及其演變特征、綜合模型與不確定性、多學科交融研究等；最后提出了中國生態水文學在山水林田湖草及城市等共同體修復和保護中的應用前景。

關鍵詞：生態水文學；理論和方法；綜合觀測；數值模擬；尺度問題

生態水文學是探討變化環境下水文過程對生態系統結構與功能影響以及生物過程對水循環要素影響的交叉學科[1]。盡管生態與水文學科之間的交叉研究如森林水文、濕地水文等已有較長歷史，但生態水文（學）一詞直到20世紀90年代才在都柏林（Dublin）召開的國際水與環境大會上被正式提出。作為一門學科，生態水文學的內涵、外延、研究對象、理論和方法等學科體系的核心內容還亟待進一步完善。隨著國際地圈生物圈計劃中水文循環的生物圈部分（IGBP/BAHC）、聯合國教科文組織主持的國際水文計劃（UNESCO/IHP2.3~2.4）等重大計劃的實施，生態水文學得到了迅速發展，已成為當今水文學研究熱點之一。本文總結了國內外生態水文學發展歷程和存在問題，提出中國生態水文學未來發展趨勢、重點發展戰略和應用前景。本文將為生態水文學的未來發展提供參考，也為中國山水林田湖草的生態保護與修復、生態文明建設和綠色發展等重大戰略的實施等提供堅實的理論基礎和技術支持。

1生態水文學的發展歷程與研究進展

1961年，國際水文科學協會（IAHS）的國際水文十年計劃（1965—1974年）提出水文過程研究需要考慮來自生態等過程的影響，生態和水文過程的交叉研究開始起步。隨著研究的逐步深入，生態學或水文學單一學科已無法解釋完整的生態水文過程及其相互作用機制，由此衍生出了由生態學和水文學交叉的新興學科，即“生態水文學”。不少學者分別從生態和水文等不同方向探索了生態系統與水文過程的相互作用，如生態水力學[1]、土壤水文學[2]及河流生態學[3]等。“生態水文學”（Eco-hydrology）一詞首次由Ingram[4]在1987年作為專業學術詞匯使用，隨后在上世紀90年代得到廣泛使用，如Pedroli[5]、Bragg等[6]和Hensel等[7]應用于以濕地為主的生態水文過程研究。生態水文學科也在1992年聯合國水和環境國際會議上正式確立。1993年第一本以生態水文學為主題的著作《Mires:Process,ExploitationandConservation》出版問世[8]。生態水文學科由此得到了不斷發展，但其研究重點仍然以“過渡帶”濕地生態系統為主，如Gieske等[9]針對植被格局、濕地生態系統等與水文過程的交互作用開展了研究。1996年Wassen等[10]對生態水文學給出了較為完善的定義，特別關注河流保護和修復中水文因素的功能價值。同年，UNESCO/IHP第五階段（1996—2001年）正式啟動，生態水文學首次成為重要研究內容之一，由此生態水文學也進入快速發展階段。Zalewski[11]出版了聯合國教科文組織國際水文計劃“生態水文學”專集，認為生態水文研究實質是不同時空尺度上的水文過程與生物過程的綜合科學，并提出生態水文研究應進一步推廣到流域水文過程的調節和綜合大尺度、長時間水文過程的研究。1997年Poff等[12]提出了自然水流范式理論（Natureflowparadigm），利用與河流生態相關的徑流情勢指標（如流量、幅度、頻率、歷時、出現時間和變率）對自然徑流過程進行全面描述，促進了河流生態水文的發展。1999年Baird等[13]以植物和水為研究對象，總結20世紀80年代以來植被生態水文研究發展，并闡述旱地、濕地、溫帶、熱帶及河流湖泊等各種環境下植物與水之間的響應關系，極大地促進了植被生態水文學的全面發展。生態水文學研究已由“過渡帶”濕地生態系統研究逐步發展成為植被、河流湖泊等淡水資源[14]、森林[15]等多種系統的綜合研究。從2008年起，UNESCO/IHP連續兩個五年計劃將生態水文學作為一個獨立的主題進行研究。Wood等[16]編著了《HydroecologyandEcohydrology:Past,PresentandFuture》，全面總結了生態與水文相關領域的研究進展與方法。此后，Goldsmith、Buchanan等針對不同生態系統的土壤—植物—大氣連續體（Soil-Plant-AtmosphereContinuum,SPAC）開展生態水文過程及其效應的深入研究[17-18]。同時，隨著經濟社會快速發展對自然環境的影響愈加強烈，人類活動影響下的流域生態水文[19]、城市生態水文學[20]等研究也得到了發展。此外，Ecohydrology、Ecohydrology&Hydrobiology等學術期刊也應運而生。目前陸地及水生綜合生態水文學科框架已基本確立，涵蓋了森林、草地、濕地、農業、河流湖庫及城市等多種生態系統。生態水文學的研究也逐步從小尺度實驗觀測和數據分析轉向多尺度綜合性模型探索[21]，學科理論和方法等均取得了長足的進步。中國生態水文學研究起步于20世紀80年代，最初主要涉足于農田的SPAC系統中水分運移和能量平衡問題。基于SPAC理論，中國學者發展了一系列理論概念及計算模型，如邵明安等[22]確定SPAC系統中水流各項阻力計算公式；康紹忠[23]探究了SPAC水分傳輸的力能關系，構建了作物根系吸水模式及農田蒸騰與蒸發分攤計算模式；劉昌明[24]探究了從SPAC系統界面上控制水分消耗的方法，并提出了農田SPAC系統的“五水轉化”概念。隨著生態水文學研究的不斷深入，中國陸地及水生系統的生態水文過程研究均取得了迅猛發展。目前，已在植被及其變化等對徑流、泥沙、土壤水分變化與耗散、水文循環等過程的影響研究方面取得了突出成果[25-27]。在水生系統生態水文研究方面，基于河流連續體、洪水脈沖、自然水流范式等理論，中國學者已在河流湖泊的徑流情勢和水質過程對水生生物群落的影響機制、生態水文過程模擬等方面取得了顯著成果，并在太湖藍藻水華控制、徑流情勢變化下魚類棲息地模擬、三峽水庫生態調度等方面得到了實際應用[28-30]。

2生態水文學存在問題與挑戰

雖然生態水文學已在濕地、河流湖庫、森林、草地、農田等生態系統研究中取得了迅猛發展，但大都還關注于單一生態系統的實驗觀測、機理探索、數值模擬等方面。隨著地球系統各圈層物質和能量交換頻繁、氣候變化和人類活動擾動的加劇等，全球許多流域，特別是中國重點流域（如黃河、長江、海河、淮河、遼河）均面臨著生態系統退化、洪澇、干旱、水土流失、水污染等諸多問題。對于單一系統小尺度生態水文過程而言，在探究以上問題的成因、辨識其關鍵影響因素并制定對策建議等方面仍存在諸多問題與挑戰，如生態水文多要素同步觀測與融合、點或田間尺度生態水文規律向流域或全球尺度的轉換機制、氣候變化和高強度人類活動等對生態水文過程多重影響的檢測與歸因、流域尺度生態與水文過程要素雙向耦合和系統模擬等。另外，隨著全球社會經濟和城市化進程的加快，傳統生態水文研究在關注物理過程的同時，亟需融入社會經濟、人類發展等人文過程的影響，特別是在城市生態水文研究領域。因此，隨著地球系統科學相關領域理論的不斷完善發展以及觀測、信息傳輸和計算能力等技術革新，未來亟待增強生態水文學科各生態系統之間、生態水文各過程間的緊密聯系和作用關系探索，在水土氣生多要素綜合觀測、生態水文多過程作用以及環境變化和人類活動的影響機制、綜合模擬與系統集成、多學科交融等方面加強探索，最終完善生態水文學的基礎研究框架、理論體系和技術方法等。

3中國生態水文學發展趨勢

中國政府一直高度重視生態保護和生態文明建設，特別是多次強調生態的重要性，如“綠水青山就是金山銀山”“山水林田湖是一個生命共同體”等。縱觀生態水文發展歷程和挑戰，結合生態水文學建設和綠色發展等國家重大需求，總結主要發展趨勢如下。3.1探索生態水文監測的新技術新方法，完善生態水文系統綜合觀測網絡。野外觀測是生態水文過程研究的基礎[31]。生態水文要素包括氣象要素（如降雨、氣溫、風速、輻射、蒸散發）、水文要素（如水位、流量、流速）以及不同類型生態系統中的環境要素（如水、碳、氮、磷）、生態要素（如植被、植被凈初級生產力、浮游生物、底棲生物和魚類物種及多樣性）等。各要素不同尺度的觀測技術和方法多樣，但目前重點仍在點或者田塊尺度碳通量、土壤水分運移、蒸散發以及與土壤水相關參數的觀測。遙感手段是實現由點到面尺度擴展的有效方法[32]。同位素作為土壤、植被、大氣和海洋間不同形式水分運動的良好示蹤劑，已成為大氣、水文和生態等多種學科的重要研究工具。因此，未來應重點關注通量與同位素連續測量、野外監測與遙感、雷達多源信息多尺度綜合性監測技術與方法的發展。隨著對生態要素與水文要素之間相互作用機理認識的深入，在全國范圍內建立并完善綜合性生態水文觀測網絡是十分必要的。全球已經興起了多個長期生態監測計劃，如全球通量網（FluxNet）、美國生態監測網計劃（NEON）和長期生態學研究網絡（LTER）、歐洲通量計劃（EUROFLUX）等。目前，中國重點關注單一氣象、水文、水質和生態要素的監測網絡建設，如氣象局的地面氣象觀測網和高空氣象觀測網、水利部的全國水文站網、環保系統的地表水水質監測網絡、野外站點監測網絡、中國生態系統網絡（CERN）和中國陸地生態系統通量觀測研究網絡（ChinaFLUX）等。以上觀測和網絡建設極大地促進了中國生態學和水文學等學科的發展，但大多局限于氣象、水利、生態環境等單一部門，大尺度長期監測網絡的完善和數據共享集成有待進一步發展。同時，中國生態水文觀測仍需綜合考慮自然地理、生態和水文水資源等分區，拓展水文、生態、氣候和土壤等多個領域指標，優化和完善已有監測網絡系統，實現各學科各部門生態水文相關數據的共享，發展中國多尺度下生態水文過程監測體系，為中國綜合性生態水文學的發展提供堅實的數據基礎。3.2加強生態水文學機理和完善基礎理論。解析陸地及水生生態水文過程中各要素的相互作用機制，探索水文過程與生態過程的耦合機制及其對全球變化的響應，既是生態水文綜合理論中的關鍵與核心主題，也是認識水循環演變規律的基礎。陸地生態水文過程研究重點關注農田、森林植被等中生態水文要素間的響應機制，大多基于SPAC理論、Budyko水熱平衡理論等分析土壤、植被、大氣界面之間能量和水分的交換機制[33]，對田間尺度生態水文轉換機理的探索及其在流域或全球尺度的拓展等研究仍有待進一步加強。以河流、湖庫為研究對象的水生生態系統是自然生態系統的重要組成部分，也是陸地和水生生態系統間的物質循環、能量轉換和信息交流的主要途徑。目前，針對河湖生態水文過程的研究大多處于野外實驗觀測和半定量研究階段[34]。結合野外監測、室內控制實驗、數值模擬等，全面揭示河湖生態水文過程連續性特征與區域差異是未來水生生態水文機理研究的重要內容之一。隨著生態水文學機理和基礎理論范式的不斷完善，未來仍亟待加強陸地與水生生態水文過程耦合機制與理論范式的探索；明確碳氮等生源要素、生物因素、環境因素及氣候因素等在土壤、植被、大氣以及水體等界面的遷移轉化規律及其演變特征。同時，隨著氣候變化與人類活動對關鍵帶生態水文過程擾動的不斷增強，探索生態水文要素對氣候變化、人類活動的響應機制也已成為研究熱點之一。在探索變化環境下陸地—水生生態水文過程的機理基礎上，發展多尺度多要素陸地—水生綜合生態水文過程研究的理論體系。3.3研制陸地—水生生態系統多尺度綜合模擬與集成。中國“十三五”規劃綱要明確提出“以提高環境質量為核心，以解決生態環境領域突出問題為重點，加大生態環境保護力度”。自開展生態—水文過程耦合機制研究以來，以森林、植被和農田等為對象的陸地生態水文過程研究重點關注垂直梯度的水分傳輸和植被生理生態過程，同時關注生態系統對水文過程及下墊面的影響。以河流、湖泊為主的水生生態水文過程研究重在生物棲息地、生態系統組成等與徑流過程的作用關系。植被、土壤和水是陸域和河湖生態系統中各種生命活動的關鍵載體，也是連接生物、物理和化學過程的主要反應場所。傳統的經濟社會發展與生態環境健康之間的矛盾日益增大，引起植被、生物群落結構等格局的改變，導致生態系統發生明顯變化，進而加劇生態環境惡化的風險，直接約束國家生態文明建設。因此，全力發展陸地—水生生態水文過程綜合性研究具有十分重要的科學價值和現實意義[35]。隨著學科交叉的發展，生態水文過程研究融入了生態原理、生態模型與時空尺度等，正向“陸域—水生”綜合性研究方向發展。綜合考慮社會需求與區域可持續發展，融合衛星遙感和站點等多源觀測數據，構建站點、斑塊和流域等多尺度生態水文過程綜合模型，評估并調控生態水文各系統的穩定性，將成為生態水文應用實踐、服務社會的必然趨勢，同時也將是中國合理調配水資源、保障陸地和水域生態系統結構與物種多樣性的重要手段。3.4開展生態水文與社會科學融合，推進全球生態水文學綜合性研究。農業生產、城市擴張、水利工程建設和調控等社會經濟發展的多個方面對生態水文過程造成強烈的擾動，導致生態系統原有的平衡發展被打破。生態水文學綜合性研究是解決資源短缺、環境污染和生態系統退化等諸多水問題的關鍵途徑之一，也一直是全球重大研究計劃關注的核心內容之一。2004年地球系統科學聯盟（ESSP）提出了“全球水系統計劃（GWSP）”，重點探討人類活動對全球水系統過程（水循環物理過程、水質水生態過程和人類經濟過程）的作用。2013年IAHS正式啟動了今后十年（2013—2022年）的科學計劃PantaRhei，主題是“變化中的水文科學與社會系統”，其中面向可持續世界的生態水文學是六大核心議題之一。2017年在波蘭召開的國際生態水文學大會上，也提出要推進面向循環經濟的生態水文學研究，倡導融合循環經濟理念和遵循自然生態過程的解決方案。開展生態水文和社會科學的集成研究，揭示人類活動對生態水文過程的影響等，對分析生態水文要素演變特征、生態水文系統修復重建方案的制定等具有重要的科學意義和現實價值。在全球變化和經濟一體化的大背景下，站點或流域尺度生態水文學研究亟待向全球尺度生態水文學綜合研究擴展。全球對地觀測技術、數據共享機制以及計算機技術等的飛速發展，也為全球生態水文多過程綜合性研究提供了強有力的基礎支持。比如，已有大量全球尺度生態水文要素的時空分布產品，包括全球降水產品（NCEP/NCAR、CRUTS、CPC等）、全球徑流數據庫（GRDC）、全球陸地覆蓋數據（GlobCover等）、全球土地利用數據（UMD、GLCC等）、全球蒸散發和土壤數據集（GLDAS等）。因此，在全球尺度上探索能量過程、水文、陸地和河湖生態、經濟人文等多過程的耦合機制，實現全球生態水文多要素綜合模擬，評估氣候變化和大規模人類活動的影響等已成為生態水文學領域的研究熱點。

4中國生態水文學重點發展方向

4.1生態水文多源信息融合與綜合觀測網絡構建。多源信息監測與綜合網絡構建是發展多要素、多尺度綜合生態水文研究的基石。針對目前監測技術及尺度受限等問題，未來應大力推進研制生態水文要素綜合監測方法，進一步改善大型蒸滲儀、渦度相關、穩定同位素及定量遙感等技術對蒸發、土壤水運移、碳水通量、植物蒸騰及土壤蒸發過程的觀測精度與尺度。促進多種監測技術相結合的多源信息綜合監測，完善通量觀測與同位素的綜合連續測量技術；點尺度野外觀測與遙感測量等多種尺度觀測數據的融合；研發生態水文要素自動監測的信息采集—實時傳輸—遠程監控的物聯網技術；制定國家生態水文長期監測及系統觀測網絡的觀測技術標準與規范。進一步構建生態水文要素綜合監測網絡，整合已有氣象、水文、水質以及生態系統等觀測網絡系統，形成陸地—水生系統綜合生態水文監測網絡（圖1）。同時，綜合考慮生態、水文水資源、綜合自然地理等分區進一步完善監測網絡系統，為中國生態水文的研究提供堅實的基礎支撐。4.2生態水文系統關鍵要素的時空格局及其演變特征。生態水文關鍵要素的時空格局及其演變特征是生態水文機理研究的核心內容，對揭示生態水文關鍵過程演變機制和基礎理論的發展有十分重要的意義。水文要素時空演變的生態水文特征表現為：自然徑流變異被認為是河道景觀發生變化的驅動力；徑流情勢（流量、幅度、頻率、歷時、出現時間和變率等）時空變化及其與地下水的相互作用將引起河流生態系統結構與功能的改變，徑流情勢指標分析已成為水體生態水文系統景觀格局等研究的重要方法[36]；蒸散發是生態水文過程的重要環節，蒸散發特征的變化如蒸散發加強會導致生態水文格局紊亂、濕地景觀退化等。水質作為水環境的重要指標，其類型和濃度是對生態水文系統的響應。生態要素時空演變的生態水文特征表現為：植被類型及其結構變化直接影響水循環各個環節（如截流、產流、蒸散發），關乎流域或地區“生態—水文—社會經濟耦合系統”健康運行[37]；植被凈初級生產力作為重要的生態指標，直接影響蒸散發和水分利用效率等時空格局，可用于調節生態系統過程的影響和能量存儲等；浮游生物作為水生生態系統的重要組成，其物種的時空分布特征可以反映生態水文系統的健康狀況；魚類或大型無脊椎生物是監測生態水文系統健康的重要指標，通過運用棲息地、物種類型及其分布等指標評估河流生態健康狀況，揭示河流生態系統的主要問題及成因。在了解流域內上述各要素時空格局的基礎上，綜合分析生態水文演變特征與驅動機制是開展各項生態水文學研究的基礎。4.3陸地—水生多尺度多要素生態水文綜合模型與不確定性量化分析。陸地生態水文模型是在傳統降雨—徑流關系模型基礎上耦合植被生長模型、土壤生物地球化學過程模型等，定量描述植被、營養物質與水文過程的相互作用，以及水文過程和生態過程間的動力學機制。目前常見模型有針對林冠截流、林地土壤水入滲的Rutter模型、Massman模型和Philip模型等；適合不同生態類型的大尺度生態水文過程SVAT模型；考慮植被動態過程的流域水文模型，如DHSVM、VIC、SWAT、HEQM模型；針對地下水與植被群落關系開發的MXW和IRM模型等。未來應重點結合氣候變化和人類活動的影響，深入探索植被過程、水—營養物質循環過程的作用機制，加強陸地生態水文模型物理機制。河流生態水文模型以水文、水力或水質模型為基礎，綜合考慮水生生物生長狀況，定量分析徑流情勢及水質要素與水生生物群落間的響應機制，其空間維度可從一維到三維，如Mike、EFDC、HSPF模型等。在中國，許多學者結合河流生態水文過程機制及各類模型的優勢，提出相應的河流生態水文概念模型，如徑流情勢與魚類需求關系的概念模型、河流生態系統結構功能整體性概念模型、水文—生態響應概念模型[30,38-39]。未來水生生態水文模型應重點探究如何利用高精度地形數據、營養物濃度、水生生物生長周期、人類活動（如閘壩調控、取用水和排污）等多種信息，構建詳盡描述人類活動影響下河流水文—水質過程以及生態系統變化的綜合性數學模型。另外，隨著單一生態水文過程模擬功能的逐漸成熟，陸地—水生多尺度多要素生態水文過程綜合模型和集成系統也逐漸涌現，已成為未來生態水文模型發展的重要方向。如RHESSys模型在流域尺度上耦合分布式水文模型TOPMODEL和森林碳循環模型Forest-BGC，實現了生態水文過程雙向耦合[40]；中國學者開發的VIP模型[41]、ChinaAgroSys模型[42]等，實現了流域/區域尺度作物產量、蒸散發、產匯流等關鍵生態水文過程的綜合模擬。另外，夏軍等以流域或城市為基本單元，探究了以水循環為紐帶的水文、生態和人文三大過程之間的聯系及其反饋機制，構建了水系統模擬平臺，如長江模擬器、城市水系統等[43-44]。不同生態水文過程的時間和空間尺度不匹配一直是生態水文過程綜合模擬和集成面臨的難點問題之一。如何將小尺度觀測分析所得到的規律與結論推廣到流域尺度，也是困擾生態水文模擬的技術難點（圖2）[45]。理論上來說，尺度越小，模擬過程越精細，其結果也越接近真實的自然環境。但由于小尺度的空間差異性，導致已獲得的規律很難推廣到更大的尺度。水文模型一般以日、甚至小時尺度在子流域或者網格上對水文過程進行模擬；生態模型的基礎數據觀測一般為站點或田間尺度，同時對植被生化過程以小時尺度進行模擬。目前針對此問題，學者們普遍采用多尺度嵌套方法等。但如遇小尺度過程需要大尺度的輸出結果時，通常會將大尺度內的環境變量視為常數，會影響最終模擬結果空間分辨率。通過降尺度或升尺度等途徑實現模塊之間的尺度轉化和交換變量的動態計算，是未來生態水文模型發展的一個重要方向。此外，復雜模型各過程的不確定性和累積影響也是生態水文模型研究的熱點問題之一[46]。模型不確定性來源大致可以分為輸入資料、模型結構、參數以及率定資料等不確定性[47]。目前，模型不確定性的研究局限于單一來源不確定性的估計及其對參數和模擬結果的影響；但對復雜系統模型不確定性來源研究還處于起步階段，Zhang等[46,48]采用Bootstrap和多目標優化算法等對復雜系統模型的不確定性及其影響進行了量化，提出了多過程多要素均衡率定方法，解決了不確定性傳遞的影響（圖3）。發展模型不確定性量化理論體系和方法，建立科學可靠的不確定性評價平臺或集成工具等均有待進一步研究與探討。4.4多學科交融的生態水文學研究。IGBP、UNESCO/IHP、IAHS十年科學計劃（2013—2022年）（PantaRhei）、未來地球科學計劃（FutureEarth）等都將陸地植被生態過程、河流生態系統、社會系統和水文過程的相互作用機制和耦合研究作為核心內容。結合全球重大科學計劃前沿，進一步促進環境科學、大氣科學等自然科學與社會經濟、人類活動等社會科學的交融將成為未來生態水文學的重點發展方向之一。比如，氣候變化在改變水文循環和地表生態系統物質循環、植被生理生態等方面發揮著重要作用[49]，探索氣候變化對生態水文相關過程的作用機制與反饋也是未來生態水文學的前沿問題之一。另外，伴隨著經濟的飛速發展，水利工程的修建和調控、農藥化肥的大量施用、污染物過度排放、植被破壞和森林砍伐、城鎮化等諸多人類活動對流域生態水文系統的影響日益加劇[50]。以上諸多問題的解決也亟待生態水文學多學科的交融。涉及生態水文相關的關鍵科學問題如：水利工程調控對河流生態水文系統影響機制和珍稀物種保護、SPAC系統中營養物質循環及其污染特征、點源和面源的環境效應及其對生態系統的影響、人類活動引起的下墊面變化對生態—水文變化格局的影響、城市生態水文演變機制與海綿措施的調控特征等。中國政府提出了美麗中國、長江大保護、黃河流域生態保護和高質量發展、海綿城市、海岸帶生態建設等重大戰略，許多重大科技專項也應運而生，如國家重點研發計劃項目“典型脆弱生態修復與保護研究”和“水資源高效開發利用”、中國科學院A類戰略性先導科技專項“美麗中國生態文明建設科技工程”等。國家自然科學基金委也長期重視生態水文學的發展，特別是在用水矛盾突出、生態環境惡劣的干旱半干旱區，專門設立“黑河流域生態—水文過程集成研究”重大研究計劃、“干旱區生態水文學”等創新研究群體項目等[51]，其中黑河流域生態水文研究不僅建立了先進的流域觀測系統和生態水文過程集成模型，而且實現了可持續發展應用的決策支持[52]；針對流域生態環境保護，設立國家自然科學基金重大項目“長江經濟帶水循環變化與中下游典型城市群綠色發展互饋影響機理及對策研究”等。另外，在中國“十三五”規劃中也明確提出發展“生態—水文—經濟”的集成研究等。以上重大國家需求和學科前沿將進一步推動中國自然、社會等多學科交融的生態水文學研究，以及生態水文過程中經濟發展與人類活動的影響和反饋等研究。此外，作為中國生態文明建設的關鍵內容之一，生態系統水流動調節及其價值估算是生態系統和自然資本可持續管理的重要手段，也是生態學、水文學、生態經濟學、環境經濟學等交叉領域的研究熱點。

5中國生態水文學應用前景

生態水文學科經過幾十年的發展，在森林生態、草地生態、河流湖庫生態、濕地生態、農業生態、城市生態等各個分支領域從基礎理論、技術方法和應用實踐等方面已開展了深入研究并取得了長足的進步，為生態水文學提供廣闊的應用前景。特別是在中國生態文明建設的大背景下，生態水文學也將廣泛應用于山水林田湖草及城市等共同體的修復和保護等方面。在森林和草地生態領域，植被生態修復、退耕還林還草及水土流失防治等是中國“十三五”規劃、生態文明建設中的重要決策和技術手段[53]。植被生態修復方面，需開展針對不同區域、植被類型、水分補給情況等條件限制下的植被生理和生態耗水規律研究，探索植被對水文循環的響應關系，估算符合植被生理生態規律的生態需水等，從而提高植被的水分有效利用率。退耕還林還草方面，重點研究植被類型、功能、結構及其空間分布格局，揭示其變化水文效應等，為退耕還林還草提供技術支撐和決策依據。水土流失防治方面，需探索不同水土保持措施對生態水文過程的影響機制，實現小流域侵蝕時空耦合模擬向大中尺度流域的擴展，為中國水土流失防治提供理論基礎和技術支持。在河流湖庫和濕地生態領域，以保持河流健康為目標的生態水利工程、河湖生態修復、濕地恢復重建等將在生態水文系統的保護與治理方面有著更為廣泛和深入的應用[54-55]。在生態水利工程設計和建設方面，需探索水利工程建設對關鍵保護物種棲息地、水力學要素和徑流情勢、物種群落等的影響特征，促進水利工程從傳統防洪興利調度向生態調度的轉變。在河湖生態修復方面，開展生態系統現狀調查，制定修復目標和措施；探索生態修復過程中水生生物對河流生境變化的影響機制問題，完善生態修復的效果評價體系等。在濕地生態恢復重建方面，應開展大江大河流域濕地生態需水估算和“水文—生態—社會”系統的綜合管控研究；探索面向濕地生態保護和恢復的水系連通理論和關鍵技術等。在農業生態領域，將重點探究作物不同尺度需水探測和估算方法、作物需水對變化環境的響應與適應機制[56]；關注從理論和技術上提高農作物水資源利用率、減少田間的無效蒸發，進一步推進農業節水。在城市生態水文領域，將重點關注城市化的生態水文效應及海綿城市建設問題[57]，包括探索林地植被蒸散發、綠色基礎設施等對城市熱雨島、徑流效應等的緩解機制；通過渠系整治、黑臭水體治理和河湖生態修復等，改善城市河湖的水環境質量、恢復水生態功能等。本文通過全面回顧生態水文學科發展歷程，闡明了學科發展現狀與挑戰；基于生態水文學研究熱點與國家需求，提出了中國生態水文學主要發展趨勢，即在重視生態水文要素綜合監測和多過程相互作用機理研究的基礎上，發展大尺度多過程生態水文模型，推進多學科交融下的生態水文學發展。此外，進一步明確了生態水文學未來發展方向，即構建多源信息融合的綜合監測網絡、明晰生態水文關鍵要素的時空格局與演變特征、發展陸地—水生多尺度多要素綜合模型、以及“水文—生態—社會”等多學科交叉研究等，為中國生態文明建設順利實施、“山水林田湖”保護等提供理論支持。

作者:夏軍 張永勇 穆興民 左其亭 周宇建 趙廣舉