導(dǎo)語：西部生態(tài)需水研究論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1、生態(tài)水文學(xué)的發(fā)展

水文學(xué)(Hydrology)是地球科學(xué)的一個(gè)重要分支，它研究地球上水的起源、存在、分布、循環(huán)和運(yùn)動(dòng)等變化規(guī)律，并運(yùn)用這些規(guī)律為人類服務(wù)的知識(shí)體系[1]。自從科學(xué)界公認(rèn)水圈、巖石圈和大氣圈都從地圈中分離出來，并作為地球的獨(dú)立圈存在后，水文科學(xué)的形成就有了其基礎(chǔ)和地位[23]。

人類進(jìn)入20世紀(jì)末，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人與自然的沖突加大，生態(tài)環(huán)境問題愈來愈突出，如濕地的退化、河道斷流、入海水量減少、水體污染加劇等等。近20年來，生態(tài)學(xué)家們愈來愈意識(shí)到水文過程對生態(tài)系統(tǒng)功能的重要影響。但是，缺乏了解水文過程與生態(tài)系統(tǒng)植物群落變化與相互制約的內(nèi)在聯(lián)系。同樣，過去水文學(xué)家關(guān)心最多的是洪水與干旱的成因、工程水文的實(shí)際的設(shè)計(jì)應(yīng)用等。但是，隨著生態(tài)與環(huán)境問題的重視與提出，愈來愈多的水文學(xué)家開始關(guān)注與水相關(guān)的生態(tài)問題，例如流速如何影響河道內(nèi)的植物生長？河川徑流的情勢與濱岸生境生態(tài)過程之間是如何相互作用與聯(lián)系的？由于水文循環(huán)聯(lián)系地球系統(tǒng)地圈~生物圈~大氣圈的紐帶作用，水文循環(huán)過程的變化與其相關(guān)的生態(tài)環(huán)境的變化交叉研究與社會(huì)需求，產(chǎn)生了新的學(xué)科生長點(diǎn)，即生態(tài)水文學(xué)(Eco-hydrology)。

生態(tài)水文學(xué)是20世紀(jì)80年代以后逐步發(fā)展的一門新興交叉學(xué)科[1-20]。它重點(diǎn)研究陸地表層系統(tǒng)生態(tài)格局與生態(tài)過程變化的水文學(xué)機(jī)理，揭示陸生環(huán)境和水生環(huán)境植物與水的相互作用關(guān)系，回答與水循環(huán)過程相關(guān)的生態(tài)環(huán)境變化的成因與調(diào)控。利用生態(tài)水文學(xué)原理可以積極地用來保護(hù)和改善自然景觀，正確指導(dǎo)生態(tài)環(huán)境脆弱地區(qū)的生態(tài)環(huán)境建設(shè)與水資源管理。

生態(tài)水文學(xué)的提出與發(fā)展大致在20世紀(jì)70年代以后。早期的生態(tài)水文學(xué)主要定義在生態(tài)濕地系統(tǒng)范疇。例如，1996年Wassen等學(xué)者專門撰文[44]，認(rèn)為“生態(tài)水文學(xué)是一門應(yīng)用性的交叉學(xué)科，旨在更好地了解水文因素如何決定濕地生態(tài)系統(tǒng)的自然發(fā)育，特別在自然保護(hù)和更新方面有重要價(jià)值”。

1971年，聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）正式啟動(dòng)人類生物圈（MAB）計(jì)劃，水生生態(tài)系統(tǒng)研究成為該計(jì)劃中的一個(gè)重要項(xiàng)目。第一階段的會(huì)議于1986年在法國圖盧茲召開，主要討論了土地利用對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響。會(huì)議期間，確定了一個(gè)具有決定性意義的主題：陸地生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡帶，對生物化學(xué)循環(huán)和景觀鑲嵌體具有重要的調(diào)控作用。因此，過渡帶的研究被推薦為UNESCO未來生態(tài)系統(tǒng)工作的重點(diǎn)。它是生態(tài)水文學(xué)發(fā)展的雛形階段。

1988年，UNESCO組織了過渡帶研究的國際專題研討會(huì)。期間，國際應(yīng)用系統(tǒng)分析協(xié)會(huì)和匈牙利科學(xué)研究院籌劃了水陸過渡帶功能方面的合作研究項(xiàng)目，試圖通過對生態(tài)過程的充分理解，確定過渡帶恢復(fù)或重建的管理思想。

1996年9月在法國召開了“小流域生態(tài)水文學(xué)過程”研討會(huì)。會(huì)議共收到30篇論文，研究集中在小尺度上，內(nèi)容主要包括土壤和大氣相互作用的模擬，徑流產(chǎn)生過程和水流路徑、水量和水文生物地球化學(xué)行為等。在這次會(huì)議中，還討論了分區(qū)和尺度的影響問題，分析了氣候變化對水文行為和數(shù)量的影響。1997聯(lián)合國教科文組織出版了“小流域生態(tài)水文學(xué)過程”會(huì)議文集。

聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）國際水文計(jì)劃（IHP）是由世界各個(gè)國家政府組織參加、在國際上有重要影響的水科學(xué)及其相關(guān)的水資源和環(huán)境科學(xué)的大型國際研究計(jì)劃。從1965-1974聯(lián)合國科教文組織實(shí)施國際水文十年（IHD）計(jì)劃后，IHP已經(jīng)執(zhí)行了五個(gè)階段，其中：第一階段（IHP-I，1976-1980）著重人類活動(dòng)影響，水資源與自然環(huán)境之間關(guān)系的研究；第二階段（IHP-II，1981-1985）著重于把研究領(lǐng)域擴(kuò)大到各個(gè)特定的地理、氣候區(qū)域，并向著綜合利用水資源的水問題方向發(fā)展；第三階段（IHP-III，1986-1990）定名為“為經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展合理管理水資源的水文學(xué)和科學(xué)基礎(chǔ)”，除繼續(xù)把水文科學(xué)作為重點(diǎn)外，把計(jì)劃內(nèi)容擴(kuò)大到合理管理水資源；第四階段（IHP-IV，1991-1995）研究計(jì)劃重點(diǎn)是“大氣-土壤-植被”之間的水循環(huán)關(guān)系，全球氣候變化對陸地水文過程的影響。

IHP第五階段（IHP-V，1996-2001）方向是“脆弱環(huán)境中的水文水資源開發(fā)”，由三個(gè)模塊、八個(gè)主題和31個(gè)計(jì)劃項(xiàng)目組成。模塊1的資源過程與管理研究中主題2是“地表生態(tài)過程”。生態(tài)水文學(xué)是IHP計(jì)劃的核心內(nèi)容[14-19]。之后，生態(tài)水文學(xué)得到了迅速發(fā)展。從1996年到2002年，聯(lián)合國教科文組織國際水文計(jì)劃召開了一系列生態(tài)水文學(xué)研討會(huì)。

1997年國際水文計(jì)劃出版了專集：生態(tài)水文學(xué)—水生資源可持續(xù)利用的新范例。文集指出生態(tài)水文學(xué)主要是為了研究水循環(huán)過程、機(jī)制與生物、非生物之間的相互關(guān)系。水生環(huán)境的水量、水質(zhì)和某些過程，不僅受氣候因素的控制，而且在很大程度上受生物因素的影響。因此，生態(tài)學(xué)和水文學(xué)知識(shí)的綜合，被認(rèn)為是一個(gè)研究水和生物關(guān)系的合適的新工具。這本書首次提出了新的、具有挑戰(zhàn)性的概念——生態(tài)水文學(xué)，建立淡水資源可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。圖1表明了生態(tài)水文學(xué)與以往生態(tài)學(xué)和水文學(xué)思維的不同方式：

1998年5月在波蘭召開了UNESCOIHP-V2.3-2.4工作組會(huì)議。同年，出版了會(huì)議文集，主要包括以下4個(gè)方面的內(nèi)容：1）介紹了生態(tài)水文學(xué)的框架和研究領(lǐng)域；2）提出了當(dāng)前存在的缺點(diǎn)和未來發(fā)展路線；3）宣傳生態(tài)水文學(xué)的概念，認(rèn)為河流生態(tài)系統(tǒng)是受水文過程控制的“超有機(jī)體”。確定生態(tài)水文學(xué)研究的目標(biāo)為：（a）比較和評價(jià)現(xiàn)有的水文和生態(tài)過程相互關(guān)系的信息；（b）評論預(yù)測的潛力、確定未來研究最重要的方向；（c）識(shí)別與水文過程相關(guān)聯(lián)的環(huán)境問題層次；（d）定量生物因素、非生物因素之間的聯(lián)系以及它們在水中的沉積物質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)和污染物質(zhì)運(yùn)輸、轉(zhuǎn)化中的作用，以確定從區(qū)域到流域尺度上的轉(zhuǎn)移路徑；（e）以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，建立可操作性的程序交互平臺(tái)以及科學(xué)家、政策制定者和決策者之間新的思維方式。這一出版物為生態(tài)水文學(xué)的研究提供了指導(dǎo)作用。

1999年9月8日至22日，IHP-V組織了生態(tài)水文學(xué)研究進(jìn)展方面的會(huì)議，在不同科學(xué)團(tuán)體之間交流了生態(tài)水文學(xué)的研究成果。會(huì)議為來自24國家的不同領(lǐng)域的年輕科學(xué)家提供了辯論的機(jī)會(huì)。在生態(tài)水文學(xué)和水資源管理方面，科學(xué)家交換了基礎(chǔ)性研究和應(yīng)用研究的最新觀點(diǎn)。基于研究過程中得到的數(shù)據(jù)和知識(shí)，科學(xué)家討論和提議了生態(tài)水文解決環(huán)境問題的潛在辦法。2000年出版了生態(tài)水文學(xué)研究進(jìn)展文集。

需要指出，IHP-V中生態(tài)水文計(jì)劃的核心目標(biāo)旨在從流域觀點(diǎn)、從河流系統(tǒng)與自然社會(huì)經(jīng)濟(jì)的聯(lián)系中，理解生物和物理過程的整體性，以提高水資源的管理水平。專家們認(rèn)為，當(dāng)今世界范圍的水資源問題已經(jīng)受到來自全球氣候變化和人類自身經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動(dòng)的巨大影響與挑戰(zhàn)。在面對不斷變化環(huán)境的水資源管理中，生態(tài)水文學(xué)的研究方法和思想將是最好的、可持續(xù)的方法。這一范例認(rèn)為，流域就好像一個(gè)超有機(jī)體，它具有反抗壓力的抗性和彈性特征，是面對變化環(huán)境下水資源可持續(xù)管理的最有效的一個(gè)工具。

1999年，為倡導(dǎo)生態(tài)水文學(xué)方面的科學(xué)研究，國際知名的英國水文研究所正式改名為“生態(tài)水文學(xué)研究中心”。

同年，英國謝菲爾德大學(xué)（SheffieldUniversity）自然地理系A(chǔ)ndrewJ．Baird博士和德比大學(xué)（DerbyUniversity）自然地理系高級講師、美國國家大氣研究中心項(xiàng)目科學(xué)家RobertL．Wilby博士共同編著出版了《生態(tài)水文學(xué)》。它是綜述有關(guān)陸生環(huán)境和水生環(huán)境植物與水分關(guān)系問題方面的第一本書，闡述和探討了各種環(huán)境植物與水分相互作用問題。該書對于水文學(xué)家、生態(tài)學(xué)家、自然保護(hù)學(xué)家以及研究生態(tài)系統(tǒng)、植物生活和水文過程的其他學(xué)者有很大的參考價(jià)值。中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境工程研究所趙文智和王根緒博士翻譯出版了該書的中文全文[44]。

目前，在生態(tài)水文學(xué)或水文生態(tài)學(xué)的研究領(lǐng)域，活躍著一大批科學(xué)團(tuán)體，使得這一領(lǐng)域的研究有了很大的發(fā)展。在聯(lián)合國教科文組織國際水文計(jì)劃（UNESCOIHP）-V(2.3/2.4)的支持下，由MaciejZalewski組織出版了一系列“生態(tài)水文學(xué)”專集，是一個(gè)里程碑。以后“生態(tài)工程雜志（EEJ）”雜志、“水文科學(xué)雜志（HSJ）”都出版了“生態(tài)水文學(xué)”專刊。以Zalewski為特約主編致力于生態(tài)水文學(xué)研究的新期刊。國際水文科學(xué)協(xié)會(huì)（IAHS）也專門由Acreman博士主編了“水文生態(tài)學(xué)”有關(guān)專集。

進(jìn)入21世紀(jì)后，國際水文計(jì)劃（IHP）實(shí)施2002-2007年新的第六階段計(jì)劃，方向確定為“水的相互作用：來自風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)挑戰(zhàn)的體系”。主要的不同點(diǎn)是需要考慮下面若干方面新的研究與挑戰(zhàn)的問題，即：地表水與地下水、水文循環(huán)的大氣與陸地部分、淡水與咸水、全球化的流域與河流尺度、質(zhì)與量、水體和生態(tài)系統(tǒng)、科學(xué)與政治、水與文化。它由五個(gè)主題組成：主題1、全球變化與水資源；主題2、流域地表水與地下水動(dòng)力學(xué)集成；主題3、陸地生境水文學(xué)；主題4、水與社會(huì)；主題5、水教育與培訓(xùn)。其中主題3的陸地生境水文學(xué)仍然是生態(tài)水文學(xué)核心內(nèi)容。

總之，生態(tài)水文學(xué)是現(xiàn)代水文科學(xué)與生態(tài)科學(xué)交叉中發(fā)展的一個(gè)亮點(diǎn)，它以生態(tài)過程和生態(tài)格局的水文學(xué)機(jī)制為研究核心，以植物與水分關(guān)系為基礎(chǔ)理論，將尺度問題貫穿于整個(gè)研究之中，研究對象涉及旱地、濕地、森林、草地、山地、湖泊、河流等。因此，生態(tài)水文學(xué)的發(fā)展對我國生態(tài)環(huán)境建設(shè)，將會(huì)有重要的促進(jìn)和推動(dòng)作用。

2.國內(nèi)外生態(tài)需水研究的問題

生態(tài)需水（Ecologicalwaterrequirements）是生態(tài)水文學(xué)中的一個(gè)重要的研究課題。凡是聯(lián)系到與水相關(guān)的生態(tài)系統(tǒng)自然發(fā)育、氣候變化和人類活動(dòng)干預(yù)下的生態(tài)系統(tǒng)退化等問題，都需要回答維系生態(tài)系統(tǒng)所需求的水或者河川徑流等問題。在國際上提出生態(tài)需水的概念與研究生態(tài)需水的理論與方法，已經(jīng)有了一段歷史。在我國，生態(tài)水文學(xué)的研究剛剛起步，生態(tài)需水理論與方法還有待于發(fā)展與完善。

早在20世紀(jì)四十年代，隨著水庫的建設(shè)和水資源開發(fā)利用程度的提高，美國的資源管理部門開始注意和關(guān)心漁場的減少問題。美國魚類和野生動(dòng)物保護(hù)協(xié)會(huì)對河道內(nèi)流量與魚類生長繁殖、產(chǎn)量的進(jìn)行了許多研究，提出了河流最小環(huán)境(或生物)流量的概念，已有學(xué)者撰文強(qiáng)調(diào)了河川徑流作為生態(tài)因子的重要性。

在20世紀(jì)70年代后，澳大利亞、南非、法國和加拿大等國家針對河流生態(tài)系統(tǒng)，比較系統(tǒng)都開展了關(guān)于魚類生長繁殖、產(chǎn)量與河流流量關(guān)系的研究。以大馬哈魚的河流生境（habitat）需水為例，加拿大哥倫比亞大學(xué)（UBC）有關(guān)學(xué)者通過大量的實(shí)地調(diào)查，分別獲得了維系大馬哈魚到淡水河流繁衍所必需的河流生境的基本生態(tài)需水基本數(shù)據(jù)，其中包括適宜的流速和水深等。進(jìn)一步，他們繪制了大馬哈魚繁衍所必需的河流生境質(zhì)量的高低與基本生態(tài)需水（流速和水深）之間的曲線關(guān)系。

為了保護(hù)水生生物或生境，通常是基于河流物理形態(tài)、魚類和無脊椎動(dòng)物確定最小或最佳的生態(tài)需水流量。但是，這一流量僅僅考慮了漁業(yè)的流量需求或者濕地對水的需求，并沒有體現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)的完整性。國外學(xué)者G.E.,Petts認(rèn)為，在河流管理中生態(tài)的需要與河流流量變化特征相聯(lián)系應(yīng)該至少考慮3個(gè)方面，即：（1）縱向的連接；（2）洪泛平原的流量；（3）維持河道的流量，包括最小的和最適宜的流量。基流流量的自然頻率和持續(xù)時(shí)間也應(yīng)加以考慮，無論何時(shí)，都要盡可能地保持生態(tài)可接受的流量變化。

Gleick提出了基本生態(tài)需水量的概念（basicecologicalwaterrequirement），其概念實(shí)質(zhì)是生態(tài)建設(shè)（恢復(fù)）用水[10]。Falkenmark區(qū)分了綠色水（greenwater）和藍(lán)色水的概念，指出從“藍(lán)色”水的社會(huì)利用部門轉(zhuǎn)向利用“綠色”水的生態(tài)系統(tǒng)中來，這種“綠色”水儲(chǔ)存在土壤中用于蒸發(fā)或合成植物有機(jī)體。事實(shí)上，“綠色”水就是生態(tài)需水的概念，這種“綠色”水的概念適用于水生生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)。

直到20世紀(jì)90年代，隨著國際水文計(jì)劃等大的項(xiàng)目推進(jìn)，研究的對象開始打破過去局限于所關(guān)心的物種（如魚類）或某一單一目標(biāo)的情景，人們才開始考慮維持河流系統(tǒng)完整性的生態(tài)流量需求，提高對河流生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)的有效性。但是，由于在西方發(fā)達(dá)國家，并沒有中國西部如此生態(tài)問題的多樣性和復(fù)雜性，因此，他們對生態(tài)需水的研究主要集中在維系自然生態(tài)系統(tǒng)平衡的方面，比較少考慮高強(qiáng)度人類活動(dòng)大量擠占生態(tài)需水的現(xiàn)實(shí)問題。

中國是一個(gè)降水時(shí)間空間分布非常不均勻、人口壓力大的發(fā)展中國家。人口、資源與環(huán)境的矛盾比較突出。就中國西部地區(qū)而論，20世紀(jì)90年代以前的水資源規(guī)劃與配置管理中，很少涉及生態(tài)環(huán)境建設(shè)與生態(tài)需水問題。水資源可持續(xù)利用與合理配置是從國家“九五”攻關(guān)項(xiàng)目開始，提出的“生態(tài)需水”是一個(gè)新生事物。在中國，由于生態(tài)水文學(xué)基礎(chǔ)研究起步比較晚，大家對于“生態(tài)需水”概念的理解也不盡相同。許多國內(nèi)文獻(xiàn)書籍、研究報(bào)告出現(xiàn)有“生態(tài)需水”、“生態(tài)用水”和“生態(tài)耗水”多個(gè)名詞。有人認(rèn)為它們的概念與涵義是不同的，但是有人認(rèn)為它們都是指一回事（見文獻(xiàn)[22]、[26-46]）。

1989年，中國科學(xué)院地理研究所湯奇成較早提出生態(tài)用水問題[45]。他認(rèn)為“為了保證塔里木盆地各綠洲的存在和發(fā)展，必須要保護(hù)各綠洲的生態(tài)環(huán)境，而生態(tài)環(huán)境的保護(hù)也離不開水，這部分水可統(tǒng)稱為生態(tài)用水”。1995年[46]，他認(rèn)為“對生態(tài)環(huán)境用水很少或根本沒有安排，這種情況必須徹底加以改變，否則干旱區(qū)綠洲外的環(huán)境將日益惡化；應(yīng)該在水資源總量中專門劃出一部分作為生態(tài)環(huán)境用水，另一部分為國民經(jīng)濟(jì)各部門的用水，包括工、農(nóng)業(yè)及城市生活用水等”。以后許多專家學(xué)者對生態(tài)需水、生態(tài)用水和生態(tài)耗水等，提出不同的觀點(diǎn)、定義和研討，豐富了生態(tài)需水的理論與學(xué)術(shù)研究。

2001年，由錢正英、張光斗主編正式出版了的中國工程院重大咨詢項(xiàng)目研究成果“中國可持續(xù)發(fā)展水資源戰(zhàn)略研究”[27]。提出我國水資源的總戰(zhàn)略必須以水資源的可持續(xù)利用支持經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展；建議從防洪減災(zāi)、農(nóng)業(yè)用水、城市和工業(yè)用水、生態(tài)環(huán)境建設(shè)等8個(gè)方面實(shí)行戰(zhàn)略性改變，在中國大地上真正展開一場提高用水效率的革命。在該報(bào)告中，對生態(tài)用水做的定義是：“從廣義上說，維持全球生物地理生態(tài)系統(tǒng)水分平衡所需用的水，包括水熱平衡、水沙平衡、水鹽平衡等，都是生態(tài)環(huán)境用水；狹義的生態(tài)環(huán)境用水是指為維護(hù)生態(tài)環(huán)境不再惡化并逐步改善所需要消耗的水資源總量。”。

在學(xué)術(shù)研討方面，潘啟民等把生態(tài)用水理解為生態(tài)需水量（狀態(tài)值）和生態(tài)耗水量（動(dòng)態(tài)概念）兩個(gè)概念[47]。嚴(yán)登華等把河流水可劃分為生態(tài)水、資源水和災(zāi)害水[30]。王芳等通過她的博士論文研究探討了生態(tài)需水理論問題[38-39]，將生態(tài)需水概念界定為：為維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，天然生態(tài)保護(hù)與人工生態(tài)建設(shè)所消耗的水量。將生態(tài)需水劃分為可控（非地帶性）與不可控（地帶性）生態(tài)需水和天然與人工生態(tài)需水。劉昌明強(qiáng)調(diào)要在研究水循環(huán)和水量轉(zhuǎn)化規(guī)律的基礎(chǔ)上確定生態(tài)需水的理論內(nèi)涵，提出陸地系統(tǒng)中的水可分解為資源水、災(zāi)害水、生態(tài)水和環(huán)境水。生態(tài)需水研究面臨許多新的挑戰(zhàn)。

筆者們參加了中國工程院重大咨詢項(xiàng)目“西北地區(qū)水資源配置、生態(tài)環(huán)境建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究”。有幾個(gè)不同的觀點(diǎn)：（1）我們理解的國際水文計(jì)劃（IHP）研究意義上的生態(tài)需水，是指以水文循環(huán)為紐帶、從維系生態(tài)系統(tǒng)自身生存和生態(tài)功能角度，相對一定生態(tài)環(huán)境品質(zhì)目標(biāo)下客觀需求的水。例如，為了維系河流某魚類的生境，需要必須的基本水文特征值保證（如一定的河川基流、一定的水流速度、水深要求等），生態(tài)系統(tǒng)對水資源需求的大小需要通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)與觀察獲得，并不是人們主觀要給出什么樣的水資源配置。水的配置是針對水資源管理、不同水的用戶即用水而言。因此，就應(yīng)該有生態(tài)耗水和用水的概念，它們與生態(tài)需水有區(qū)別也有聯(lián)系。（2）中國工程院重大咨詢項(xiàng)目中所指的“生態(tài)需水”不同之處，在于為水資源的合理配置服務(wù)、為生態(tài)建設(shè)（林草，河道生態(tài)功能要求）服務(wù)的生態(tài)需水。所以，國際上提出的生態(tài)需水概念需要討論與擴(kuò)展。通過討論，有比較一致的看法是：

生態(tài)需水是指維系一定環(huán)境功能狀況或目標(biāo)（現(xiàn)狀、恢復(fù)或發(fā)展）下客觀需求的水資源量。進(jìn)一步，對中國西部生態(tài)環(huán)境建設(shè)研究工作的目標(biāo)，生態(tài)需水可以理解為維系一定生態(tài)功能的環(huán)境目標(biāo)（例如維系現(xiàn)狀生態(tài)系統(tǒng)不再退化、恢復(fù)某個(gè)時(shí)期的生態(tài)景觀、或者具體目標(biāo)如黑河水必須要到東居延海等）下科學(xué)意義下生態(tài)系統(tǒng)需求的水資源。它是生態(tài)環(huán)境建設(shè)重要的科學(xué)依據(jù)。

生態(tài)耗水是指現(xiàn)狀多個(gè)水資源用戶（生產(chǎn)、生活和生態(tài)）或者未來水資源配置（生產(chǎn)、生活和生態(tài)）后，生態(tài)系統(tǒng)實(shí)際消耗的水量。它需要通過該區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)耗水的平衡計(jì)算確定。生產(chǎn)、生活耗水過大，必然擠占生態(tài)耗水。

因此，生態(tài)需水與生態(tài)耗水是有不同的含義，既有聯(lián)系又有區(qū)別。例如，在黃河上游地區(qū)，自然降水條件下一般能夠滿足天然植被蒸散發(fā)對水的需求（降水P大于蒸散發(fā)E），因此，生態(tài)需水估計(jì)的數(shù)量比較小。但是，由于人的行為通過水土保持等措施建設(shè)林地，耗用（減少）了輸送到河流下游的水資源量。人們往往稱這部分耗用（減少）的實(shí)際水量為生態(tài)耗水量。所以，在黃河上游地區(qū)生態(tài)需水量與生態(tài)耗水量是有不同的。

相比之下，在西北內(nèi)陸地區(qū)河流的下游，由于內(nèi)陸地區(qū)河流的下游降水非常少，為維系胡楊林生態(tài)系統(tǒng)生存，估計(jì)的生態(tài)需水將完全占用河川徑流量。維系胡楊林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境用水也完全取決與能夠提供給下游的河川徑流量。在某種意義下，維系胡楊林生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)需水量也就是生態(tài)耗水量。

因此，生態(tài)需水與生態(tài)耗水的概念在西部地區(qū)既有聯(lián)系又有區(qū)別。通過生態(tài)需水的估算，能夠提供維系一定的生態(tài)系統(tǒng)與環(huán)境功能所不應(yīng)該被人所擠占的水資源量基本的信息，它是西部地區(qū)水資源可持續(xù)利用與生態(tài)環(huán)境建設(shè)的基礎(chǔ)，它也是估計(jì)在一定的目的、生態(tài)環(huán)境建設(shè)目標(biāo)或配置條件下，生態(tài)環(huán)境耗水大小的基礎(chǔ)。通過對生態(tài)需水和生態(tài)耗水的估計(jì)，能夠分析人對生態(tài)需水?dāng)D占的程度，決策生態(tài)環(huán)境建設(shè)對生態(tài)環(huán)境用水的合理配置。

3.中國西部地區(qū)生態(tài)需水研究的挑戰(zhàn)

水是干旱區(qū)的關(guān)鍵生態(tài)因子,植被的組成和結(jié)構(gòu)由水密切控制,同時(shí)在各種尺度上對水產(chǎn)生重要的反饋?zhàn)饔谩Ｒ虼耍诟珊祬^(qū)，研究生態(tài)學(xué)和水文學(xué)的相互關(guān)系，研究生態(tài)需水問題，對干旱區(qū)生態(tài)建設(shè)的模式和生態(tài)恢復(fù)至關(guān)重要。一方面，干旱區(qū)水文過程對植被生理特征和格局成因產(chǎn)生影響，同時(shí)植被對水土流失具有控制作用。

生態(tài)需水的實(shí)質(zhì)是生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和水分之間相互關(guān)系問題。生態(tài)需水是生態(tài)水文學(xué)研究的重要內(nèi)容之一，只有建立在流域水循環(huán)基礎(chǔ)上通過生態(tài)水文學(xué)理論的指導(dǎo)，生態(tài)需水量的確定才會(huì)更合理。目前在生態(tài)需水估算方面，面臨許多挑戰(zhàn)的問題。主要有：

3.1干旱區(qū)植被對缺水的適應(yīng)機(jī)制研究

研究表明，干旱區(qū)的某些植物具有水分補(bǔ)償能力，即利用冬季（低強(qiáng)度）降水補(bǔ)償夏季干旱用水，冬季干旱就以夏季降水來補(bǔ)償，這大概是灌木在這種環(huán)境中得以與一年生植物競爭的一種手段。另外，在干旱區(qū)，植物為了適應(yīng)荒漠環(huán)境，具有許多生理結(jié)構(gòu)上的變化。國外學(xué)者Ewenari把荒漠植物分為兩類：一類是隨水變植物，這類植物對極端干旱具有許多生理上的適應(yīng)性；但大多數(shù)植物屬于恒水植物，這些植物對干旱有許多適應(yīng)機(jī)制。不同植物的水分利用效率的、對水分虧缺的生理響應(yīng)機(jī)制等研究，將為植被建設(shè)和恢復(fù)提供理論支持。

3.2植被格局成因的控制性因素研究

干旱區(qū)植被最顯著的特點(diǎn)就是低覆蓋度。研究表明，如果干燥度系列從P/Etp>1（降水量與潛在蒸發(fā)量的比值）降到<0.3，就會(huì)發(fā)現(xiàn)潛在植被從全面覆蓋而經(jīng)一系列破碎的植被冠層到植被處于斑塊狀分布狀態(tài)。近期研究表明，在黑河下游，隨著上游來水的減少，不同景觀類型的面積、數(shù)目和優(yōu)勢植被發(fā)生了很大的變化。在干旱區(qū)，胡楊、檉柳的空間分布普遍呈緊縮分布現(xiàn)象，當(dāng)干旱程度有所減緩時(shí)，植被在空間上的分布相對較為分散。在防止土壤侵蝕的人工植被建設(shè)方面，由于只考慮植被蓋度和高度，忽視了斑塊格局及其配置方式。所以出現(xiàn)了北方人工植被土壤旱化、穩(wěn)定性低的問題。以上說明了水分動(dòng)態(tài)影響植被的分布格局，但這種分布格局如何響應(yīng)水文過程的變化，它的生態(tài)學(xué)意義何在？植被的這種自然分布格局能否指導(dǎo)干旱區(qū)植被恢復(fù)等均有待研究。在今后的研究中，應(yīng)加強(qiáng)植被類型、格局的生態(tài)水文學(xué)和生態(tài)需水研究。

3.3植被格局對水土流失、土壤侵蝕的定量化研究

在干旱地區(qū)，植被多呈斑塊狀分布，這種分布對改變水分徑流的路徑、減緩水蝕，提高斑塊內(nèi)的土壤水分含量等都具有重要意義。盡管對植被斑塊的叢生狀況有所認(rèn)識(shí)，近來理論方面的研究和模擬方面的研究也有助于了解這一過程，但對這種現(xiàn)象的生態(tài)機(jī)制卻知之甚少。這種綴塊分布格局如何影響徑流？這種格局的生態(tài)學(xué)意義何在，都是值得探討的問題。另外，應(yīng)加強(qiáng)大時(shí)空尺度上的植被格局和水文過程的關(guān)系研究。

分析干旱植物在水分脅迫下的群落組成結(jié)構(gòu)、分布格局與演變過程，始終是干旱區(qū)生態(tài)水文科學(xué)研究的重要領(lǐng)域，迄今為止，關(guān)于這方面的研究未能取得突破性進(jìn)展，尤其是群落演變的生態(tài)機(jī)理仍然處于未知階段。近年來，關(guān)于干旱區(qū)植物分布如何影響徑流和水分分布，以及如何調(diào)節(jié)干旱區(qū)侵蝕等問題的研究受到廣泛重視，同時(shí)，大尺度“土壤—植被—大氣”傳輸相互作用以及干旱區(qū)植被隨氣候變化的演化也是目前生態(tài)學(xué)家和水文學(xué)家共同感興趣的話題。

3.14區(qū)域生態(tài)需水估算方法研究

我國的生態(tài)水文學(xué)基礎(chǔ)研究剛剛起步。盡管在一些方面已經(jīng)取得令人鼓舞的成果，如陳亞寧在新疆塔里木下游生態(tài)需水方面新的研究等，但總的看，目前處在初期發(fā)展階段，沒有比較成熟的估算方法，還存在這樣或那樣的問題，需要多途徑比較與發(fā)展。

現(xiàn)行的區(qū)域生態(tài)需水估算方法主要思路是：依據(jù)不同氣候帶與降水等條件，開展自然生態(tài)系統(tǒng)分區(qū)，確定生態(tài)需水計(jì)算的不同類別的生態(tài)-水文參數(shù)；利用遙感提供中國西部區(qū)域土地利用信息，確定生態(tài)需水計(jì)算的不同類別的范圍；通過不同植被類型的蒸散發(fā)計(jì)算、流域降水-徑流計(jì)算確定河道外生態(tài)需水（地帶性和非地帶性的生態(tài)需水）以及河道內(nèi)生態(tài)需水；最后利用水資源分區(qū)的水量收支平衡控制，估算生態(tài)需水或生態(tài)耗水總量。

由于對于生態(tài)需水概念理解的不同，實(shí)際中生態(tài)需水估算的方法就有不同或者差異。例如，按維護(hù)現(xiàn)狀生態(tài)系統(tǒng)不再退化的理解，就會(huì)有一套基于2000年的遙感圖，依生態(tài)分區(qū)，分類以及用總水量平衡核算的核算方法。按生態(tài)建設(shè)目標(biāo)（過去，現(xiàn)狀和未來），又有不同數(shù)量的估算方法。

客觀說，基于生態(tài)水文學(xué)的研究思路是估算生態(tài)需水的基本途徑，它從成因觀點(diǎn)估算流域的生態(tài)需水，有比較好的理論依據(jù)。但是，由于西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境問題的復(fù)雜性，特別是缺乏必要的生態(tài)水文過程與空間變化的資料，由點(diǎn)的植被蒸發(fā)擴(kuò)展到面的植被耗水機(jī)理的尺度問題等，導(dǎo)致目前估算有一定困難與結(jié)果的差異。現(xiàn)行的水量平衡方法估算生態(tài)耗水，能夠從宏觀總量上給予控制，但是生態(tài)需水的精度取決于水資源平衡中其它耗水部門估算的正確與否。因此，在區(qū)域生態(tài)需水估算方法不成熟的情況下，鼓勵(lì)多種途徑方法的相互比較和佐證，可能比一種方法為好，這也是新生事物學(xué)科發(fā)展所需要的。如何在有限水文水資源資料和生態(tài)監(jiān)測資料條件下，獲得更為客觀與科學(xué)的生態(tài)需水估計(jì)，的確是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)性任務(wù)與課題。

4.結(jié)語

生態(tài)水文學(xué)是一種對環(huán)境有利、經(jīng)濟(jì)可行和社會(huì)可接受的有效方式。由于生態(tài)退化等問題的出現(xiàn)，生態(tài)水文學(xué)成為國際研究的熱點(diǎn)問題之一。本文回顧了生態(tài)水文學(xué)的發(fā)展歷程，討論了生態(tài)需水研究明亮的問題與挑戰(zhàn)。它們作為生態(tài)環(huán)境建設(shè)的基礎(chǔ)與學(xué)科發(fā)展，有如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)與建議：

（1）優(yōu)先、重點(diǎn)保護(hù)原則：在西北地區(qū)，由于水資源匱乏，不可能保護(hù)所有的生態(tài)系統(tǒng)，只能優(yōu)先保護(hù)控制性生態(tài)系統(tǒng)，滿足控制性生態(tài)系統(tǒng)對水分的需求。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步形成保護(hù)干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。干旱區(qū)流域下游荒漠綠洲是外來徑流作用的產(chǎn)物，綠洲景觀結(jié)構(gòu)及組成類型的空間分布嚴(yán)格受河流廊道影響。因此，若把河流兩岸喬灌木林和河岸灌叢草甸視作河流廊道的構(gòu)成要素，則荒漠綠洲的高級生物組成實(shí)質(zhì)就是河流廊道。在干旱區(qū)河流廊道不僅具有傳輸能量與養(yǎng)分的功能，而且是綠洲生物流的載體和傳導(dǎo)源，為維持整個(gè)流域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所以干旱區(qū)河流廊道就是控制性的生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)需水應(yīng)該優(yōu)先得到滿足。

（2）以生態(tài)水文學(xué)為基礎(chǔ)研究生態(tài)需水問題：生態(tài)水文學(xué)是生態(tài)學(xué)和水文學(xué)的交叉學(xué)科，它所關(guān)心的是水文過程對生態(tài)系統(tǒng)配置、結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)的影響，以及生物過程對水循環(huán)要素的影響。水文循環(huán)深刻地影響著全球生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和演變，包括自然界中一系列的物理過程、化學(xué)過程和生物過程，是其它物質(zhì)循環(huán)的基礎(chǔ)。因此，確定某一生態(tài)系統(tǒng)需水時(shí)，只有以水文過程為基礎(chǔ)，結(jié)合生態(tài)系統(tǒng)的特性需求，才能較為合理地計(jì)算生態(tài)需水量。這也是今后生態(tài)需水理論與實(shí)踐研究重要的發(fā)展方向。

（3）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)機(jī)理研究：我國和歐洲的學(xué)者日前聯(lián)合宣布一項(xiàng)發(fā)現(xiàn)：單純的灌溉不能改變中國西部干旱地區(qū)的荒漠植被的水分狀況，而保持地下水位穩(wěn)定才對維持植被正常生長至關(guān)重要（摘自中國科學(xué)院網(wǎng)站信息）。這一發(fā)現(xiàn)為生態(tài)用水配置提供了新的思路：只有在明確植被主要需水來源的情況下，才能合理地進(jìn)行水資源管理，避免盲目的、無效的措施帶來的資金浪費(fèi)，所以加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)機(jī)理研究至關(guān)重要。野外試驗(yàn)研究，不僅要考慮生態(tài)類型、植被蓋度對水文過程的影響，同時(shí)還應(yīng)考慮生態(tài)格局變化下水文過程的相應(yīng)機(jī)制；另外，要加強(qiáng)水文事件及其過程對生態(tài)格局、植被類型等的影響研究，尋求不同時(shí)空尺度上影響生態(tài)水文過程的主導(dǎo)因素，以便建立更符合實(shí)際的生態(tài)水文機(jī)理模型。

（4）尺度問題：目前，由蒸發(fā)散計(jì)算生態(tài)需水量是普遍的方法之一。由于下墊面因素、水文參數(shù)等空間的變異性和不均勻性，使得由蒸發(fā)散計(jì)算的生態(tài)需水在向大尺度的轉(zhuǎn)換過程中產(chǎn)生了很大的誤差，影響了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，需要加強(qiáng)不同時(shí)空尺度信息的轉(zhuǎn)化研究。不同尺度的生態(tài)需水規(guī)律存在差異，而且這種規(guī)律不是簡單的線性外延或疊加，如何把小尺度的研究成果應(yīng)用到大尺度上，理論依據(jù)是什么？將是今后生態(tài)水文學(xué)和生態(tài)需水研究的重點(diǎn)問題。