地球科学进展  2018 , 33 (7): 665-674 https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2018.07.0665

生态水文学与水安全

生态水文学学科体系及学科发展战略

夏军1, 左其亭2*, 韩春辉2

1.水资源与水电工程科学国家重点实验室,武汉大学,湖北 武汉 430072
2.郑州大学 水利与环境学院,河南 郑州 450001

Disciplinary System and Development Strategy for Eco-hydrology

Xia Jun1, Zuo Qiting2*, Han Chunhui2

1.State Key Laboratory of Water Resources & Hydropower Engineering Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072,China;
2.School of Water Conservancy & Environment, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China;

中图分类号:  P33

文献标识码:  A

文章编号:  1001-8166(2018)07-0665-10

通讯作者:  *通信作者:左其亭(1967-),男,河南固始人,教授,主要从事水文学及水资源研究.E-mail:zuoqt@zzu.edu.cn

收稿日期: 2017-11-27

修回日期:  2018-03-20

网络出版日期:  2018-07-20

版权声明:  2018 地球科学进展 编辑部 

基金资助:  *中国科学院学部学科发展战略研究项目“中国生态水文学学科发展战略”(编号:2017DXA)资助.

作者简介:

First author:Xia Jun(1954-), male, Xiaogan City, Hubei Province, Professor, Academician of Chinese Academy Sciences. Research areas include hydrology and water resources. E-mail:xiajun666@whu.edu.cn

作者简介:夏军(1954-),男,湖北孝感人,教授,中国科学院院士,主要从事水文学及水资源研究.E-mail:xiajun666@whu.edu.cn

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摘要

生态水文学是一门新兴学科,构建完善的学科体系、制定未来发展战略,对推动生态水文学学科发展具有重要意义。通过查阅文献资料,系统梳理和阐述了生态水文学学科的发展历程,共划分为5个阶段,即生态水文学萌芽期(1970年左右至1986年)、术语提出与初步探索期(1987—1991年)、学科建立与初步发展期(1992—1995年)、学科快速发展期(1996—2007年)和学科完善期(2008年至今);基于对该学科发展历程的分析,提出了以“理论—方法—实践—分支学科”为框架的生态水文学学科体系;最后,从学科研究计划、重点研究项目、国家重大需求、学科建设和国际合作5个方面对生态水文学学科未来发展战略进行了展望,为促进和建立完善的生态水文学学科体系提供支撑。

关键词: 生态水文学 ; 生态学 ; 水文学 ; 学科体系 ; 学科发展战略

Abstract

Eco-hydrology is a new discipline developed in recent decades. It is of great significance to accelerate and promote the development of eco-hydrology subject by constructing a perfect discipline system and formulating future development strategies. By reviewing a large number of literatures, this paper systematically combed and expounded the development and evolution of the eco-hydrology, which can be divided into five stages, the embryonic period of eco-hydrology (1970-1986), formulation terminology and the initial exploration period of eco-hydrology (1987-1991), discipline establishment and the initial development period of eco-hydrology (1992-1995), the rapid development period of eco-hydrology (1996-2007) and the improvement period of eco-hydrology (2008-present). Based on the analysis of the development of eco-hydrology, the disciplinary system of eco-hydrology was proposed as a framework of “theory-method-practice-branch discipline”. Finally, combined with the authors’ understanding, this paper put forward the development strategy system of the eco-hydrology, including the disciplinary research plan, the key research project, the country’s major demand, the discipline construction and the international cooperation, which will provide support for the promotion and establishment of a sound disciplinary system of eco-hydrology.

Keywords: Eco-hydrology ; Ecology ; Hydrology ; Disciplinary system ; Disciplinary development strategy.

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夏军, 左其亭, 韩春辉. 生态水文学学科体系及学科发展战略[J]. 地球科学进展, 2018, 33(7): 665-674 https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2018.07.0665

Xia Jun, Zuo Qiting, Han Chunhui. Disciplinary System and Development Strategy for Eco-hydrology[J]. Advances in Earth Science, 2018, 33(7): 665-674 https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2018.07.0665

1 引 言

随着经济社会发展,人水关系越加复杂,原有生态系统结构、功能和水文过程受到一定的影响,仅靠单一学科已经无法全面科学地解释生态—水文伴生过程。在此背景下,生态与水文之间的内在联系逐渐被人们所认识,从而逐渐衍生出一门由生态学和水文学相交叉的新兴学科“生态水文学”。

生态水文学最早由国外学者提出,并很快得到发展,我国的研究则相对较晚。生态水文学被正式提出前,学者们围绕生态和水文过程已开展了大量的研究工作,为后来生态水文学的建立奠定了基础。在生态水文学的发展历程研究方面,目前有很多学者进行过总结和论述,有针对整个学科方面的[1,2,3,4,5],也有针对某一个研究方向的[6,7,8,9,10,11]。总体来看,学者们对生态水文学发展历程尚未形成较为统一的认识,在阶段的划分上持有不同见解。在生态水文学学科体系研究方面,该学科的新颖性及学科交叉的特性造就了本身具有极度复杂性,争议较多,系统阐述者较少。当然,也有一些不同角度的研究成果,如席秋义等[12]提出生态水文学是基于水文学和生态学理论的,包含生态水文过程与生态水资源2个理论与实践相结合的学科体系;夏军等[13]从学科背景入手初步提出了生态水文学的框架和体系;严登华[14]提出了分支学科——应用生态水文学的学科体系。

本文拟通过系统归纳和总结生态水文学发展中的关键历史事件,对学科的发展历程进行划分;基于学科分析,提出生态水文学学科体系框架;最后从战略层面构建今后我国生态水文学学科发展布局。

2 生态水文学的发展历程

根据不同时期生态水文学发展的状态及特征,本文以生态水文学发展的关键历史事件为节点,将该学科的发展历程共划分成5个阶段(表1)。

表1   生态水文学各阶段发展历程

Table 1   The development of Eco-hydrology in various stages

时间阶段特点重要经历(或代表事件)
1970年左右
至1986年
生态水文学萌芽期国际水文十年计划(1965—1974);1970年Hynes出版《The Ecology of Running Water》;1971年人与生物圈计划(MAB)及1986年第一阶段会议;生态水力学、土壤水文学等的重要理论探索和发现等
1987—1991年生态水文学术语提出与初步探索期1987年Ingram使用“Ecohydrology”一词;1990年Pedroli等、1991年Bragg等围绕生态水文过程开展的研究;1988年UNESCO组织的国际研讨会;1991年荷兰景观生态协会(WLO)组织的水文生态预测方法会议等
1992—1995年生态水文学学科建立与初步发展期1992年联合国水和环境国际会议正式提出生态水文学概念;1993年Heathwaite编著的《Mires: Process, Exploitation and Conservation》;1995年Kloosterman和Gieske等对湿地生态系统的研究;1993年马雪华编著的《森林水文学》等
1996—2007年生态水文学学科快速发展期1996年Wassen等给出生态水文学的明确定义;ERB第6次研讨会; (UNESCO/IHP)-V(1996—2001)和 (UNESCO/IHP)-Ⅵ(2002—2007);1997年Zalewski、1999年Baird等和刘昌明、2001年Acreman、2002年Eagleson编著的生态水文学相关专集或著作;2001年创办《Ecohydrology & Hydrobiology》期刊;2000年成立的英国沃林福德生态与水文学研究中心;2005年组建UNECSO欧洲生态水文学中心;Hatton等、Rodriguez、王根绪等、Nuttle、夏军、Naiman等大量学者针对生态水文学不同领域进行的研究等
2008年至今生态水文学学科完善期(UNESCO/IHP)-Ⅶ(2008—2013)主题3和(UNESCO/IHP)-Ⅷ(2014—2021)主题5;2008年《Ecohydrology》期刊创刊和UNESCO海滨生态水文学中心成立;2008年Wood等、Harper等、2010年程国栋等、2012年杨胜天等编著的生态水文学相关专集或著作;2014年举办国际水文及应用生态大会;Ghimire等、Zalewski等开展的更深入研究等

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2.1 生态水文学萌芽期(1970年左右至1986年)

“生态水文学”一词被提出之前,经历了一段时间的演化,也是生态学和水文学逐渐交叉在一起研究的伊始,目前很难考证和说清具体的起源时间。能找到的具有代表性的较早事件有:国际水文科学协会(International Association of Hydrological Sciences,IAHS)提出的国际水文十年计划(1965—1974),对水文过程的研究开始考虑来自生态环境及其他交叉学科的影响[15];1970年Hynes[16]出版的《The Ecology of Running Water》中初步对水文过程和生态过程的结合展开研究;1971年联合国教科文组织(United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization,UNESCO)倡议的人与生物圈计划(Man and Biosphere Programme,MAB),从生态学的角度对人与环境的关系进行了深入研究,并于1986年举办了第一阶段会议,讨论了陆地生态系统和水生生态系统之间的过渡带[17]。此外,这一时期其他学科如生态水力学[18]、土壤水文学[19]、山坡水文学[20]和河流生态学[21,22]等的新理论和发现也有助于该学科的形成。总体来看,该时期学者们已经开始尝试对水文和生态的交叉过程开展研究,为生态水文学奠定了基础。

2.2 生态水文学术语提出与初步探索期(1987—1991年)

1987年Ingram[23]在研究中使用了“Ecohydrology”一词,随后被很多学者采用,并逐步成为生态水文学的代名词。此后几年,学者们围绕生态水文过程开展了大量工作,其中以湿地的生态水文过程研究居多,如1991年Bragg等[24]和Hensel等[25]所开展的研究;其他方面诸如对生态水文参数、生态水文框架等也有少量研究,如1990年Pedroli[26]和Caspary[27]。该时期还召开了几次与生态水文研究相关的代表性会议,如1988年UNESCO筹划的过渡带研究国际研讨会,并筹划了水陆过渡带功能方面的合作研究项目[17];1991年荷兰景观生态协会组织的服务与政策和管理的水文生态预测方法会议[28]。可以看出,自“Ecohydrology”一词提出之后,生态水文学学科已经初见雏形,学者们针对生态水文过程所展开的探索工作,为生态水文学的研究拉开了序幕。

2.3 生态水文学学科建立与初步发展期(1992—1995年)

1992年联合国水和环境国际会议正式提出生态水文学概念。1993年Heathwaite[29]出版了以生态水文学为主题的专著《Mires: Process, Exploitation and Conservation》。1995年Kloosterman等[30]从生态水文学的角度对荷兰南部近几十年来的植被格局和水文状况进行了分析,从而揭示了湿地和栖息地环境恶化的原因;Gieske等[31]应用生态水文学理论提出了一种定量描述地下水短缺或干枯对水生态和湿地生态系统影响的方法。我国在该阶段没有及时引入生态水文学概念,没有开展专门的研究,但是相关研究已有所涉及,如马雪华[32]对森林水文生态的研究。可以看出,该阶段是生态水文学学科创立的初始时期,还处于摸索阶段。

2.4 生态水文学学科快速发展期(1996—2007年)

1996年是生态水文学开启快速发展的起点。在这一年,Wassen等[33]给出生态水文学的明确定义;欧洲实验与代表性盆地网络(European Network of Experimental and Representative Basins,ERB)第6次研讨会出版了论文集《Ecohydrological Processes in Small Basins》;联合国教科文组织国际水文计划第五阶段(UNESCO/IHP)-V(1996—2001)启动,其中生态水文学首次被作为其中的重要研究内容之一。在接下来的几年里,生态水文学获得了长足的发展,一直持续到(UNESCO/IHP)-Ⅵ(2002—2007)末期。在著作方面:如1997年Zalewski等[34],1999年Baird等[35](2002年由赵文智等[36]译为中文),刘昌明[37],2001年Acreman[38],2002年Eagleson[39](2008年由杨大文等[40]译为中文)编著的生态水文学相关专集和著作。在会议召开方面:如1998年召开的(UNESCO/IHP)-V(2.3-2.4)关于生态水文学的工作组会议;1998年召开的ERB第7次会议“变化环境中流域的水文和生物地球化学过程”;2003年举办的UNESCO MAB/IHP有关“生态水文学:从理论到实践”的联合讲习班。在研究机构及期刊发展方面:如2000年合并而成的英国沃林福德生态与水文学研究中心;2001年创办的Ecohydrology & Hydrobiology学术期刊;2004年成立的英国生态与水文中心;2005年组建的UNECSO欧洲生态水文学中心。在科学研究方面,产生了大量代表性成果,如Hatton等[41]、Rodriguez[42]、Zalewski[43]、王根绪等[1]、严登华等[3]、武强等[44]、Nuttle[45]、夏军等[13,46]、崔保山等[47]、Suschka[48]、Naiman等[49]、Porporato等[50]、Kundzewicz[51]、Bonnell[52]和Hiwasaki等[53]的研究。可以说,这些丰富的研究成果极大地促进了生态水文学的发展。

2.5 生态水文学学科完善期(2008年至今)

从2008年开始,(UNESCO/IHP)-Ⅶ(2008—2013)的主题3“面向可持续的生态水文学”、 (UNESCO/IHP)-Ⅷ(2014—2021)的主题5“生态水文学——面向可持续世界的协调管理”中均将生态水文学作为一个独立的专题来进行研究。同年,Ecohydrology期刊创刊和UNESCO海滨生态水文学中心成立。在著作方面,如2008年Wood等[54](2009年王浩等[55]译为中文)、Harper等[56] (2012年严登华等译为中文),2010年程国栋等[57],2012年杨胜天[58]编著的生态水文学著作。在技术和应用方面,开展了较为系统的研究,特别是对生态水文模型的研究。在研究机构建设和会议召开方面,如2009年成立的南京水利科学研究院生态水文实验中心,2014年举办的国际水文及应用生态大会。在科研成果方面:如Ghimire等[59]、Zalewski等[60,61] 和张琪琳等[62]开展的研究,拓展到了更广阔的领域。可以说,生态水文学能取得今天的成就,是广大科研工作者共同努力的结果,但仍不完善,需不断深入和补充。

3 生态水文学学科体系探讨

3.1 生态水文学概念

关于生态水文学概念及内涵的认识,不同专家之间存在相同点,也有不同点。相同点是,基本都认为这是一门交叉学科,主要关注生态学和水文学之间具有相互影响关系的交集领域。但对其概念的定义、研究对象、研究方法以及理论体系的认识存在较大的差异。

一门独立的学科需要具有明确的研究对象、扎实的理论体系和具体的方法论。生态水文学在多年的发展中已经具备了成为一门独立学科的基本要素。作者在分析大量文献的基础上,给出如下定义:生态水文学是生态学与水文学的交叉科学,从不同尺度(全球、区域、流域)研究和揭示生态水文多要素之间的相互作用关系以及形成和制约生态系统格局及其过程变化的水文学机理。

3.2 生态水文学学科体系框架

针对生态水文学学科体系的构建问题,可以从不同的角度和分类出发,形成不同的学科体系框架,但均应能够体现出学科的研究对象、特点、核心内容和分支任务,能够为学科的建设和可持续发展提供导向。

本文构建生态水文学学科体系的思路是:以生态水文学的研究对象为切入点,按照“理论—方法—应用—分支学科”的逻辑主线,构建了以“理论体系—方法论—应用实践”为核心内容支撑,以分支学科为导向的生态水文学学科体系框架(图1)。该体系包括:①生态水文学的研究对象。明确的研究对象是学科的立足之本,其涵盖的基本要素既能彰显出学科自身的特点和不可替代性,也能表现出与相关学科的联系及区别。②生态水文学的核心内容(理论体系、方法论和应用实践)。理论、方法和实践三者相辅相成,构成一个严密的系统,是学科的重要组成部分,也是学科发展的主要推动力。③生态水文学的分支学科。按照研究对象、研究范围和手段的不同,可细分为不同的分支体系。

图1   生态水文学学科体系框架

Fig.1   Disciplinary framework of Eco-hydrology

3.3 生态水文学的研究对象

生态水文学的研究对象可以是一个流域、区域甚至全球系统。在这个系统里,流域或景观可以被视为基本的生态单元,涵盖2个基本要素(水文循环和生态系统)。直观来看,与生态水文学密切相关的学科是水文学和生态学,它将2门学科中彼此独立而又存在联系的水文要素与生态过程有机地进行了结合,但又不仅仅局限于这2门学科,其研究内容的交叉和系统性需要综合运用多学科的相关知识,如水力学、土壤学、植物学和气象学等。

3.4 生态水文学的核心内容

理论体系:由2个部分组成,一是以观察、观测、实验等手段为基础,摸清生态水文基本原理、本质和规律,形成生态水文学基础理论;二是针对特定研究对象和目标,以多要素间的相互联系和作用所形成的多学科之间综合和交叉的研究理论。

方法论:主要包括系统工程(生态水文系统工程方法及技术)、物理实验(生态水文过程模拟与仿真的方法和技术)、观测监测(生态水文观测估算、定位监测、数据采集和处理及同化的方法和技术)、数值模型(生态水文的物理、化学、生物过程的数值模型及软件研发)等。

应用实践:主要包括从生态水文学的角度开展的预警、评估、调控、管理和保护等应用,一方面将理论方法应用于实践,一方面又通过实践来检验和完善其理论方法。

3.5 生态水文学的分支学科

生态水文学由众多分支学科组成,各分支学科间互有联系,有时又自成体系。本文按照尺度、生态类型和地理环境分类方法,对生态水文学各分支学科进行归类。

按尺度分类:①全球生态水文学。以全球尺度的大生态系统作为研究对象,重点研究全球陆地和海洋的生态格局及其变化(地圈、生物圈、岩石圈、水圈、大气圈、人类圈等之间的相互作用)的水文学规律、机制和认识。②区域生态水文学。以区域尺度的陆地、人类活动等生态系统为研究对象,重点研究区域生态水文的相互作用关系,区域环境变化的生态水文特征及变化规律。③流域生态水文学。以流域尺度的河流、山川、湖泊、植被、湿地、城市等生态系统为研究对象,重点研究流域多要素的生态水文相互作用关系,形成和制约流域生态系统格局及过程变化的水文学机理。

按生态类型分类:①森林生态水文学。以森林生态系统为研究对象,重点研究森林生态系统的分布、结构和功能与水的相互作用的过程、机理、效应和与应用相关的问题。②湿地生态水文学。以湿地生态系统为研究对象,重点研究湿地景观生态格局和生态过程演变的水文学机理,及水文过程对湿地植被生长的影响及反馈机制。③草地生态水文学。以草地生态系统为研究对象,重点研究草地生态系统过程与水文过程的相互作用关系与影响。④河流生态水文学。以河流生态系统为研究对象,重点研究河流水文要素及其变化过程所产生的影响及其反馈,包括河床形态、水流运动、水文泥沙以及河床冲淤作用下河流的生态格局和生态演变过程及其相互作用机理及关系等。⑤湖库生态水文学。以湖泊水库生态系统为研究对象,重点研究湖泊水库中水文要素及其变化过程对生态系统的影响及其反馈,包括水量、水位、湖流、波浪、光照和温度等对生态系统的直接和间接影响。⑥农业生态水文学。以农业生态系统为研究对象,重点研究农业生态水文过程的相互作用和反馈机制,环境变化对农业生态过程的影响及作物耗水和产量的响应等。⑦城市生态水文学。以城市生态系统为研究对象,重点研究城市、城市化过程和气候变化背景下日益突出的水灾害、水环境、水资源等生态水文问题。

按地理环境分类:①干旱区生态水文学;②湿润区生态水文学;③寒区生态水文学;④热带区生态水文学;⑤温带区生态水文学;⑥荒漠区生态水文学;⑦内陆区生态水文学,等。以某一特定地理环境区的生态系统为研究对象,重点研究特定环境下该区域生态系统水文生态的作用关系,及形成该特定地理环境区生态系统格局及过程变化的水文学机理。

4 生态水文学学科发展战略

4.1 学科发展战略框架

为了更好地助力生态水文学学科发展,需要超前谋划学科发展战略布局,制定可行的行动策略和建议,对于进一步推动生态水文学学科发展,提高生态水文专业教育的整体水平和功能,响应新时代对生态水文科学研究的新要求,均具有重要意义。

在对学科发展现状做出系统分析的基础上,对未来学科发展方向做出科学判断,对学科近期、远期发展目标及行动路线做出宏观的、有预见的、战略性的构想和安排。根据我们对生态水文学学科发展的理解和对国际、国内研究动态的了解和掌握,拟从科学研究计划、重点研究项目、国家重大需求、学科建设和国际合作5个方面提出未来我国生态水文学学科发展战略展望(图2)。

图2   生态水文学学科发展战略框架

Fig.2   The development strategy system of Eco-hydrology

4.2 发展战略布局与实施计划

(1)科学研究计划

组织和制定国家/国际层面的大型生态水文学科学研究计划,有助于促进多学科之间的交叉与融合,培养创新性人才和团队,提升国内和国际基础研究的原始创新能力,为经济社会发展和国计民生安全提供持续性的科学支撑和引领。建议的研究计划有:①生态水文学全国试验观测网与大数据研究计划。在全国布局一定的生态水文试验站,形成全国层面的试验观测网平台,通过试验建设生态水文学研究大数据平台,供科学工作者研究。②全球变化及其区域生态水文响应科学研究计划。研究全球变化对生态水文系统的影响及反馈,揭示生态水文系统过去、现在和未来的变化规律和控制这些变化的原因和机制,为生态水文过程的预测和系统的管理提供科学基础和依据。③脆弱区生态保护与修复研究计划。围绕生态脆弱区,提出生态保护与修复问题的有效解决途径和方法。④城市生态水文结构及管理研究计划。针对城市人口密集和人工生态特点,研究其生态水文结构、功能及机理,提出城市可持续发展的策略。⑤生态水文调控及关键技术研究计划。针对日益严重的生态形势,开展生态水文调控研究并攻克关键技术,对生态水文过程及格局进行调控,促进人与自然和谐发展。

(2)重点研究项目

围绕国家经济社会发展中亟待解决的重大科学问题,结合国家的现实需要,编制重点研究项目的研究方向和项目指南,并作为重点扶持对象列入到国家优先发展的研究领域,设立专门的基金和项目支持。建议的重点研究项目有:①生态水文过程演变及规律。研究不同尺度下生态水文之间的相互作用机理,探索生态水文过程的演变规律和趋势。②生态水文模拟的新技术方法。研发高精度生态水文模拟模型。③全球变化下的生态水文响应与适应。研究全球变化下的生态水文响应机制与适应性策略。④人类活动与生态水文系统互馈机制及协调发展。揭示人类活动影响下的生态水文格局演变及结构变化,探索生态水文协调平衡及可持续发展。⑤水生态系统保护与修复。针对不同水生态类型区域,开展恢复自然生态体制的关键技术、模式和应用研究。

(3)国家重大需求

面对不断恶化的生态环境状况,如何在保证不突破生态红线的基础上,改善生态环境和水文状况,助力落实和实现国家发展需求,需要用到生态水文学相关理论、技术与方法,主要表现在:①支撑生态文明建设。生态文明的重要前提是修复和保护好生态,涉及生态系统的各种类型,需要生态水文学。②支撑海绵城市建设。对海绵城市水文水质效应、生态调控过程的认识与相关技术研发,探清和解决生态海绵体的过程与响应机理、生态海绵体的技术开发与设计、生态海绵体的水文水质模拟、海绵城市建设综合效应的监测与评估等,均需要应用到生态水文学。③助力“一带一路”倡议。“一带一路”倡议中的绿色丝绸之路,提出要践行绿色发展理念,先保护好生态。而沿线一些国家自然灾害频发、缺水少绿、荒漠化等生态问题严重,需要运用生态水文学研究“一带一路”沿线生态安全。④促进长江经济带发展。响应“共抓大保护、不搞大开发”的号召,研究长江经济带生态保护的对策,保障长江经济带可持续发展,需要生态水文学。

(4)学科建设

学科建设旨在巩固生态水文学学科地位,解决生态水文学学科转型过程中面临的基本矛盾,提高生态水文学学科发展速度及建设质量,主要包括:①明确学科定位。明晰生态水文学学科在自然、人文、社会科学体系中的位置和意义,完善和确立生态水文学学科知识体系、理论、实践领域、学科方向、发展层次及研究规范等。②构建学科队伍。建立生态水文学学科创新团队,搭建合理优秀的学科梯队,培养学科带头人,组建合理的研究群及研究链条,开展生态水文学理论—方法—实践相结合的科学研究工作。③深入科学研究。创建先进的实验室等物质条件和科研环境,形成浓厚的学科建设氛围和良好的学术声誉,不断深化生态水文学科学研究,提高科研创新水平,促进国际科研交流,加强科学研究成果总结。④加快人才培养。增设生态水文学学科点,适当加大生态水文学专业课程占比,编写高质量生态水文学课程教材,加强高层次人才培养和师资队伍建设,做好生态水文学的科普与宣传工作。⑤建设学科基地。在相关人员密集、技术力量强的单位或地区建设学科发展基地,发挥带头示范作用,加强学科的辐射和示范效应。⑥强化学科管理。建立和健全学科管理系统,制定学科发展规划,做好学科专业的评审与认定工作。⑦创建工程技术研究中心。组建研究开发部门、工程设计部门、生态水文服务中心等,强化科研项目孵化和培育,成果转化和推广,提供技术与数据服务。⑧搭建重点实验平台。在科研机构建设实验室,搭建生态水文实验科研平台。

(5)国际合作

响应国家推动学科建设国际化的号召,按照建设世界一流学科的目标,积极开展国际合作:①建立学术合作关系。与国际知名院校、研究机构、科研中心及学科相关的部门建立密切的合作关系,提升我国生态水文学学科及相关研究在国际社会的影响力和声誉。②项目合作与资源共享。联合申请科研项目,共同进行科研工作;在科研数据、资料、信息、设备等方面实现资源共享。③学术交流及研讨。组织和参加国际学术会议,选派年青科技工作者到世界一流科研机构进修和合作,聘请国际著名学者来中国讲授课程。④长短期培训与学术访问。组织和开办长短期的生态水文学专业技术培训和进修班及公开课,鼓励生态水文专业方向的学者进行长短期的国外学术访问。⑤人才联合培养。加强本科生和研究生培养的国际化,选派优秀学生到国外高校进行交流和学习,继续和扩大与国际知名大学和研究机构的联合培养项目。⑥引进海外高层次人才。有计划地从国际一流大学、一流研究机构引进人才,招聘博士、博士后壮大青年教师队伍,助力我国生态水文学科的建设,缩小与国际生态水文学专业顶尖院校、研究机构之间的差距,并实现弯道超车。

5 结 语

生态水文学学科的完善需要经历漫长的发展和积累,任重而道远,需要靠广大科研工作者对此不断努力和贡献。本文通过对生态水文学发展过程的归纳和总结,将该学科的发展历程划分为5个阶段,即生态水文学的萌芽期、术语提出与初步探索期、学科建立与初步发展期、学科快速发展期和学科完善期,并对每个阶段的特征和代表性事件进行了介绍;基于生态水文学发展历程和现状分析,构建了以“理论—方法—实践—分支学科”为框架的生态水文学学科体系,为中国科学院学部学科发展战略研究项目《生态水文学学科发展报告》专著撰写奠定基础。同时,结合当前研究动态和需求,提出了未来生态水文学学科的发展战略展望,为我国生态水文学学科发展战略制定提供参考。本文提出的生态水文学学科体系框架是一种尝试,可能存在不完善之处,希望能起到抛砖引玉的作用,吸引更多学者共同探讨和完善生态水文学学科体系,促进生态水文学发展。

致 谢:本文为中国科学院学部学科发展战略研究项目成果之一,受项目组全体成员研究成果的启发,并得到有关专家的指导和建议,特此感谢。

The authors have declared that no competing interests exist.


参考文献

[1] Wang Genxu, Qian Ju, Cheng Guodong.

Current situation and prospect of the ecological hydrology

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[王根绪, 钱鞠, 程国栋.

生态水文科学研究的现状与展望

[J]. 地球科学进展, 2001, 16(3):314-323.]

DOI      URL      Magsci      [本文引用: 2]      摘要

<p>生态水文科学研究是区域生态系统研究和区域水文科学研究的交叉领域,其核心内容是揭示不同环境条件下植物与水的相互关系机理,探索各种植被的生态水文作用过程。近年来,生态与水文相互作用过程的数学模拟和专门模型研制日益成为重要的发展领域,同时,生态水文学的研究十分注重尺度效应,把在一定尺度上获得的水文与生态原理或模型向其它不同尺度转换已成为最具挑战性的问题。山地生态系统成为全球变化研究最为重要的研究场所,开展与全球变化相关的生态系统物质与能量循环、生态过程的梯度效应及其与水文过程的耦合关系、生态系统结构与功能及其变化等方面的研究,是生态水文学研究最具活力的方向,其中建立包含区域气候变化因素的多元生态过程动态模拟模型,并使该模型具有不同时空尺度、不同地貌和生态带的广泛适应性是目前广泛关注的热点问题。</p>
[2] Chu Bei, Hu Shixiong, Jiang Changbo.

Research progress of exological hydrology in recent ten years

[J]. Yangtze River, 2012,43(Suppl.1):65-69.

[本文引用: 1]     

[楚贝,胡世雄,蒋昌波.

生态水文学近10年研究进展

[J]. 人民长江, 2012, 43(增刊1):65-69.]

URL      [本文引用: 1]      摘要

生态水文学,作为水文学和生态学交叉的一门边缘学科,是研究水文过程如何影响生态格局以及生态动力变化如何反作用于水文过程的交叉学科。随着淡水资源短缺逐渐成为全球性问题,生态水文学方法成为水资源可持续发展的科学指导依据,其研究也越来越受到重视。介绍了学科定义及国际研究计划和研究特点,主要从两个方面总结了近10 a生态水文学的研究进展:①生态水文学近年来的主要研究内容及成果;②生态水文学的研究热点及未来发展方向。
[3] Yan Denghua, He Yan, Deng Wei, et al.

Advances in the ecohydrology research

[J]. Scientia Geographica Sinica, 2001, 12(5): 467-473.

[本文引用: 2]     

[严登华,何岩,邓伟, .

生态水文学研究进展

[J]. 地理科学,2001, 12(5): 467-473.]

[本文引用: 2]     

[4] Shen Zhiqiang, Lu Jie, Hua Min, et al.

Discussion on the research process and development trend of ecological hydrology

[J]. China Rural Water and Hydropower, 2016, (2): 50-52,56.

[本文引用: 1]     

[沈志强,卢杰,华敏, .

试述生态水文学的研究进展及发展趋势

[J]. 中国农村水利水电, 2016, (2): 50-52,56.]

[本文引用: 1]     

[5] Yang Dawen, Cong Zhentao, Shang Songhao, et al.

Research advances from soil water dynamics to ecohydrology

[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2016, 47(3): 390-397.

Magsci      [本文引用: 1]     

[杨大文,丛振涛,尚松浩, .

从土壤水动力学到生态水文学的发展与展望

[J]. 水利学报, 2016, 47(3): 390-397.]

DOI      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

在20世纪80年代,土壤水动力学成为我国水文水资源领域的一个新兴研究方向。在此后的30多年中,土壤水动力学得到了巨大发展,并对我国农田水利、水文水资源等领域的科学与技术起到了巨大的推动作用。以土壤水动力学为基础,逐步认识了非饱和土壤中水分与热量、溶质等耦合运移机理与规律,在20世纪90年代发展了土壤-作物-大气之间的水热交换和传输理论(即土壤-植物-大气连续体理论,简称SPAC理论)。以SPAC理论为基础,农田作物模型得到了快速发展,成为本世纪研究气候变化对农业水资源和粮食生产影响的主要工具。与此同时,从农田到区域的水转化机理与规律、不同尺度的农业用水效率、以及水资源开发利用的生态和环境影响等基础科学问题和生产实践问题逐渐被重视,从而形成了新的交叉学科——生态水文学。生态水文学以水分-能量-物质耦合循环的动力学过程为基础,注重区域气候-植被/作物-水文相互作用的基础科学问题,旨在为区域水资源、生态和环境评价与管理提供科学依据。
[6] Huang Yilong, Fu Bojie, Chen Liding.

Advances in ecohydrological process research

[J]. Acta Ecologica Sinica, 2003, 23(3): 580-587.

Magsci      [本文引用: 1]     

[黄奕龙,傅伯杰,陈利顶.

生态水文过程研究进展

[J]. 生态学报, 2003, 23(3): 580-587.]

DOI      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

生态水文学是研究生态格局和生态过程变化水文学机制的科学。它的一个重要研究方向是在不同时空尺度上和一系列环境条件下探讨生态水文过程。生态水文过程是指水文过程与生物动力过程之间的功能关系 ,它包括生态水文物理过程、生态水文化学过程及其生态效应。在探讨以上基本概念和总结生态水文过程研究特点的基础上 ,着重探讨生态水文物理过程、生态水文化学过程及其生态效应等生态水文过程核心内容的研究进展 ,并简要分析了生态水文过程研究中存在的主要问题和未来的研究热点。
[7] Yang Shuyuan, Yan Denghua, Li Yang, et al.

Progress of eco-hydrological coupling research

[J]. Water Resources and Hydropower Engineering, 2009, 40(2): 1-4,8.

Magsci      [本文引用: 1]     

[杨舒媛,严登华,李扬, .

生态水文耦合研究进展

[J]. 水利水电技术, 2009, 40(2): 1-4,8.]

DOI      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

在明确生态水文学概念及其发展过程的基础上,重点阐述了生态水文耦合的研究进展,探讨了目前生态水文耦合研究存在的关键性问题,即生态水文研究内容和范围纷繁复杂,尚没有一套完整的理论体系.尺度转化是解决生态水文耦合的关键;生态水文学的机理探索是解决紧密耦合的基础;实现生态水文的紧密耦合是生态水文耦合研究的终极目标.文中还探寻并阐述了解决生态水文耦合模型的切入点,即物理参数传递和树木年轮法等.
[8] Xu Zongxue, Zhao Jie.

Development and applications of eco-hydrological models: Past and future

[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2016, 47(3): 346-354.

Magsci      [本文引用: 1]     

[徐宗学, 赵捷.

生态水文模型开发和应用:回顾与展望

[J]. 水利学报, 2016, 47(3): 346-354.]

DOI      URL      Magsci      [本文引用: 1]      摘要

生态水文模型是开展生态水文研究的有效手段,也是生态、环境及水资源管理决策的重要支撑和工具。本文从当前水文科学研究的热点问题出发,总结了生态水文研究面临的主要问题及对生态水文模型的现实需求。在此基础上,阐释了生态水文模型开发的重要策略和涉及的关键技术与难点。最后,探讨了生态水文模型的发展趋势。
[9] He Zhibin, Du Jun, Chen Longfei, et al.

Review on montane forest eco-hydrology in arid area

[J]. Advances in Earth Science, 2016, 31(10): 1 078-1 089.

[本文引用: 1]     

[何志斌,杜军,陈龙飞,.

干旱区山地森林生态水文研究进展

[J].地球科学进展, 2016, 31(10): 1 078-1 089.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

在全球气候变化背景下,干旱区山地森林及其与水的关系和水文功能表现出较强的敏感性,引起了学术界和管理部门的高度关注。从森林空间格局、生态水文过程及其对气候变化的响应等方面,系统阐述了干旱区山地森林生态水文的研究进展,辨析了森林斑块格局的形成与稳定机理、森林与流域产水量的关系以及森林生态水文对气候变化的响应。此外,结合目前的研究进展,提出了未来的研究重点:加强植被格局与水文过程的耦合研究;借助遥感技术和模型解决尺度问题;提升森林水文功能的认识水平;确定兼顾水文和其他生态效应的适宜森林规模。
[10] Li Chong, Liao Wengen.

Research status of riverine eco-hydrology

[J]. Journal of China Institute of Water Resources and Hydropower Research, 2009, 7(2):301-306.

[本文引用: 1]     

[李翀,廖文根.

河流生态水文学研究现状

[J]. 中国水利水电科学研究院学报, 2009, 7(2): 301-306.]

[本文引用: 1]     

[11] Wang Lang, Xu Yanda, Fu Bojie, et al.

Landscape patternand eco-hydrological process

[J]. Advances in Earth Science, 2009, 24(11): 1 238-1 246.

[本文引用: 1]     

[王朗,徐延达,傅伯杰, .

半干旱区景观格局与生态水文过程研究进展

[J]. 地球科学进展, 2009, 24(11): 1 238-1 246.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

景观格局和生态水文过程之间具有紧密的联系和相互作用,在半干旱地区这种联系尤为显著,是地球科学研究的重要前沿领域。尺度效应在两者关系中起重要作用,不同尺度下两者相互作用机制有很大差异。归纳总结了半干旱地区景观格局与生态水文过程的研究现状与进展,包括二者相互作用机理、影响因素、干扰、尤其是人为干扰对这种相互作用的影响,以及模型模拟等。以尺度为线索,在斑块、坡面和流域尺度进行展开。最后,提出了半干旱地区景观格局与生态水文过程研究中存在的问题、热点和趋势,包括物理机制、干扰后的恢复机制、模型发展、流域尺度集成及尺度转换。
[12] Xi Qiuyi, Xu Jianguang, Zhang Hongbo, et al.

Study on river eco-hydrological system

[J]. Yellow River, 2010,32(8):10-12.

[本文引用: 1]     

[席秋义,徐建光,张洪波,.

河流生态水文系统研究

[J].人民黄河,2010,32(8):10-12.]

[本文引用: 1]     

[13] Xia Jun, Feng Huali, Tan Ge, et al.

Eco-hydrology concept, framework and system

[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2003, 22(1): 4-10.

[本文引用: 2]     

[夏军,丰华丽,谈戈, .

生态水文学概念、框架和体系

[J]. 灌溉排水学报, 2003, 22(1): 4-10.]

DOI      URL      [本文引用: 2]      摘要

生态水文学是水文学和生态学交叉领域的内容,它的出现是为了寻求对环境有利、经济可行和社会可接受的新的、多维的和有效的管理方式.由于生态问题的日益加剧,生态水文学的研究已成为国内外研究的热点问题之一.从生态水文学的发展背景入手,阐述了不同学者对生态水文学概念的理解,初步提出了生态水文学研究的框架和体系.今后,生态水文学机理、尺度转化及不同界面的耦合研究将是生态水文学研究的重点问题.
[14] Yan Denghua.Applied Ecohydrology[M]. Beijing: Science Press, 2014.

[本文引用: 1]     

[严登华. 应用生态水文学[M].北京:科学出版社, 2014.]

[本文引用: 1]     

[15] China Water Resources News.

Ecohydrogy: Water and Ecology

[N]. China Water Resources News, 2005-10.

[本文引用: 1]     

[中国水利报.

生态水文学:水与生态携手同行

[N]. 中国水利报, 2005-10.]

[本文引用: 1]     

[16] Hynes H B N.

The Ecology of Running Water

[M]. Canada Ontario: University of Toronto, 1970.

[本文引用: 1]     

[17] Zhang Shu’an.

An overview of the development of eco-hydrology and some Suggestions

[C]//Hydrology Professional Committee of Chinese Hydraulic Engineering Society. Water Ecology Monitoring and Analysis Papers. Beijing: Hydrology Professional Committee of Chinese Hydraulic Engineering Society, 2008: 49-53.

[本文引用: 2]     

[章树安.

生态水文学发展概述和几点认识与建议

[C]//中国水利学会水文专业委员会.水生态监测与分析论文集.北京:中国水利学会水文专业委员会, 2008: 49-53.]

[本文引用: 2]     

[18] Hino M.

Eco-hydraulics, An Attempt[R]

. Tokyo: Tokyo Institute of Hydorlogy, 1997: 29-59.

[本文引用: 1]     

[19] Eagleson P S.Climate, soil and vegetation: 1.

Introduction to water balance dynamics

[J]. Water Resources Research, 1978, 14(5):705-712.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

A statistical dynamic formulation of the vertical water budget at a land-atmosphere interface is outlined. Physically based dynamic and conservation equations express the infiltration, exfiltration, transpiration, percolation to groundwater and capillary rise from the water table during rainstorms and interstorm periods in terms of independent variables representing the precipitation, potential evapotranspiration, soil and vegetal properties, and water table elevation. Uncertainty is introduced into these equations through the probability density functions of the independent climatic variables and yields derived probability distributions of the dependent water balance elements: surface runoff, evapotranspiration, and groundwater runoff. The mean values of these quantities give a long-term average water balance which, to the first order, defines the annual water yield and water loss in terms of the annual precipitation and potential evapotranspiration and in terms of physical parameters of the soil, vegetation, climate, and water table. This analytical framework provides physical insight into the dynamic coupling of climate-soil-vegetation systems. Details are presented in a series of subsequent papers.
[20] Mike Bonell.

Eco-hydrology—A completely new idea?

[J]. Hydrological Sciences Journal, 2002, 47(5): 809-810.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

I do not wish to become embroiled in differentiating between ecohydrology and hydroecology definitions (Kundzewicz, 2002). My brief comments relate to whether this upsurge in interest in ecohydrology or hydro-ecology is entirely new when concerning lateral fluxes of water, chemical and sediment transfer. Post-war academic hydrology was very much dominated by engineering hydrology as encapsulated by standard texts such as Linsley et al. (1949, 1958) and Wisler & Brater (1949). "Non-engineering " hydrology gained prominence in the 1960s, especially through forest-related, land management questions linked with the impacts of forest conversion to other land uses (agriculture, urbanization). The first International Forest Hydrology Symposium in 1965, hosted by Pennsylvania State University, produced the classic proceedings volume, unfortunately long out of print (Sopper & Lull, 1967). In fact, the establishment of long-term experimental programmes, notably in the United States (Coweeta) and South Africa (Cathedral Peak), even before the Second World War, had already stimulated interest in forest hydrology. Later, Law's (1956) conclusions in the UK that the planting of coniferous forest in reservoir catchment areas
[21] Vannote R L.

The river continuum concept

[J]. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 1980, 37: 130-137.

DOI      URL      [本文引用: 1]     

[22] Ward J V, Stanford J A.

The serial discontinuity concept of lotic ecosystem

[C]//Fontaine T D , Bartell S M, et al. Dynamics of Lotic Ecosystems. Ann Arbor: Ann Arbor Science, 1983: 29-42.

[本文引用: 1]     

[23] Ingram H A P.

Ecohydrology of scottish peatlands

[J]. Transactions of the Royal Society of Edinburgh: Earth Sciences, 1987, 78(4): 287-296.

[本文引用: 1]     

[24] Bragg O M, Brown J M B, Ingram H A P.

Modelling the ecohydrological consequences of peat extraction from a Scottish raised mire

[C]//Nachtnebel H P, Kovar K. Hydrological Basis of Ecologically Sound Management of Soil and Groundwater. IAHS AISH Publication, 1991: 13-21.

[本文引用: 1]     

[25] Hensel Bruce R, Panno Samuel V, Cartwright Keros, et al.

Nuzzo Victoria Ecohydrology of a pristine fen

[C]//Geological Society of America, 1991: 324-325.

[本文引用: 1]     

[26] Pedroli G B M.

Ecohydrological parameters indicating different types of shallow groundwater

[J]. Journal of Hydrology, 1990, 120(14): 381-404.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

Ecohydrology, the interdisciplinary field of research directed to the application of hydrological knowledge to landscape ecology, is introduced to evaluate a test data set of 412 analyses of groundwater samples from 60 locations in a Dutch coversand area, numerically classified into 17 water types. Three types of simple groundwater quality classification are identified: single parameter, combined parameter and multiparameter. Single quality parameters like pH, electrical conductivity (EC) and ion concentration values, are rarely used in ecohydrology. The representation of the complex conditional relationships between groundwater and the living part of ecosystems with these parameters is unsatisfactory, as also proved with the test data set. It is difficult to differentiate groundwater types reliably on the basis of one single parameter. Combined quality parameters which are widely used are a pH-EC plot, a plot of pHCO 3 vs. (pH-pCa), after Kemmers, and an IR-EC plot after van Wirdum, where the ionic ratio (IR) is a Ca ( Ca + Cl) ratio. The latter two parameters indicate the residence time of the groundwater sampled as well as the hydrochemical conditions related to vegetation distribution and development. The IR is very popular for discriminating between atmocline (precipitation-like) and lithocline (long-residence groundwater-like) water types. In the test data set, objections to its use are discussed with regard to the conditions assumed in its application. Especially in the intermediate IR range, which should indicate potentially marked ecologic gradients, its theoretical basis is narrow. However, general relationships can be deduced from the IR-EC plot. In the test data set as well as in the general Dutch setting, the transformation of atmocline into lithocline water types determines to a large extent ecosystem diversity, although a third, metacline, pollution-induced water type increasingly interferes. Finally, multiparameter classification of groundwater types is discussed. Statistical classification gives good results but is site specific. It is recomended that efforts be combined in the search for an internationally applicable composite classification adapted to ecohydrological research.
[27] Caspary H J.

An ecohydrological framework for water yield changes of forested catchments due to forest decline and soi l acidification

[J]. Water Resources Research, 1990, 26(6): 1 121-1 131.

DOI      URL      [本文引用: 1]     

[28] Hooghart J C, Posthumus C W S.

The use of hydro-ecological models in the Netherlands: Technical meeting 51

[C]//Proceedings and Information No.47, TNO Committee on Hydrological Research, Delft, The Netherlands, 1993.

[本文引用: 1]     

[29] Heathwaite A L.

Mires: Process, Exploitation and Conservation

[M]. Chichester, UK: Wiley, 1993.

[本文引用: 1]     

[30] Kloosterman F H, Stuurman R J, Meijden R van der.

Groundwater flow systems analysis on a regional and nation-wide scale in The Netherlands: The use of flow systems analysis in wetland management

[J]. Water Science and Technology, 1995, 31(8):375-378.

[本文引用: 1]     

[31] Gieske J M J, Runhaar J, Rolf H L M.

A method for quantifying the effects of groundwater shortages on aquatic and wet ecosystems

[J]. Water Science and Technology, 1995, 31(8): 363-366.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

This paper describes a method for quantifying the effects of groundwater shortages or parching on aquatic and wet ecosystems. Linear relations are determined between hydrological indicators and the degree to which ecosystems are parched. The degree of parching is expressed as a number between 0 (not affected) and 1 (fully affected). The method takes into account the following processes: lowering of water tables, decreasing intensity of upward seepage, increasing water table fluctuations and inflow of allochthonous surface water. It enables the degree of parching to be determined annually. The method was developed by the TNO Institute of Applied Geoscience and the Centre of Environmental Studies Leiden at the request of the Dutch government, which wishes to evaluate the effect of its environmental policy annually. It can also be used to monitor nature reserves on a local scale. : Buy this article for (IWA MEMBER PRICE: ) All prices include VAT. For customers where VAT should not be applied, the VAT amount will be removed upon payment
[32] Ma Xuehua.Forest Hydrology[M]. Beijing: Chinese Forestry Press, 1993: 11-39.

[本文引用: 1]     

[马雪华. 森林水文学[M].北京:中国林业出版社, 1993:11-39.]

[本文引用: 1]     

[33] Wassen M J, Grootjans A P.

Ecohydrology: An interdisciplinary approach for wetland management and restoration

[J]. Vegetation, 1996, 126:1-4.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

The vigour of Lolium perenne during its establishment year was evaluated under subtropical conditions. Both plant and individual tiller vigour were monitored under nitrogen (N) applications ranging from 120-720 kg/ha/yr. Plant vigour, as indexed by etiolated growth per unit area, increased with increasing levels of applied N up to 480 kg/ha/yr. Increasing levels of applied N increased tiller density, but reduced individual tiller vigour. Irrespective of treatment effects, vigour in perennial ryegrass under subtropical conditions during the establishment year declines during mid- to late summer.
[34] Zalewski M, Janauer G A, Jolankai G.

Ecohydrology: A New Paradigm for the Sustainable Use of Aquatic Resources[R]

. UNESCO IHP Technical Document in Hydrology No.7.IHP-V Project2.3/2.4. UNESCO Paris, 1997, 60(5): 823-832.

[本文引用: 1]     

[35] Baird A J, Wilby R L.

Eco-hydrology:Plants and Water in Terrestrial and Aquatic Environments

[M]. London: Routledge U K, 1999.

[本文引用: 1]     

[36] Baird A J, Wilby R L.Eco-hydrology:Plants and Water in Terrestrial and Aquatic Environments[M]. Zhao Wenzhi, Wang Genxu, translated. Beijing: China Ocean Press, 2002.

[本文引用: 1]     

[ Baird A J, Wilby R L.生态水文学:陆生环境和水生环境植物与水分关系[M]. 赵文智, 王根绪, 译. 北京: 海洋出版社, 2002.]

[本文引用: 1]     

[37] Liu Changming.Water Cycle Process and Water Saving Regulation inSoil-Plant-Atmosphere Interface[M]. Beijing: Science Press,1999.

[本文引用: 1]     

[刘昌明. 土壤—作物—大气界面水分过程与节水调控[M].北京: 科学出版社, 1999.]

[本文引用: 1]     

[38] Acreman M C.

Hydro-ecology: Linking Hydrology and Aquatic Ecology

[M]. Wallingford: IAHS Publisher, 2001.

[本文引用: 1]     

[39] Eagleson P S.Ecohydrology:Darwinian Expression of Vegetation Form and Function[M]. Cambridge: Cambridge University Press, 2002.

[本文引用: 1]     

[40] Eagleson P S.Ecohydrology[M]. Yang Dawen, Cong Zhentao, translated. Beijing: Water Resources and Electric Power Press, 2008.

[本文引用: 1]     

[Eagleson P S.生态水文学[M]. 杨大文,丛振涛,译. 北京:水利水电出版社, 2008.]

[本文引用: 1]     

[41] Hatton T J, Salvucci G D,Wu H I.

Eagleson’s optimality theory of an eco-hydrologicale quilibrium: Quovadis?

[J]. Functional Ecology, 1997, 11: 665-674.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

First page of article
[42] Rodriguez I.

Ecohydrology: A hydrological perspective of climate-soil-vegetation dynamics

[J]. Water Resources Research, 2000, 36: 3-9.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

The hydrologic mechanisms underlying the climate-soil-vegetation dynamics and thus controlling the most basic ecologic patterns and processes are described as one very exciting research frontier for the years to come. In this personal opinion I have concentrated on those processes where soil moisture is the key link between climate fluctuations and vegetation dynamics in space and time. The soil moisture balance equation at a site is shown to be the keystone of numerous fundamental questions which may be instrumental in the quantitative linkage between hydrologic dynamics and ecological patterns and processes. Some of those questions are outlined here, and possible avenues of attack are suggested. The space-time links between climate, soil, and vegetation are also explored from the hydrologic perspective, and some exciting research perspectives are outlined.
[43] Zalewski M.

Ecohydrology: The scientific background to use ecosystem properties as management tools toward sustainability of water resources

[J]. Ecological Engineering, 2000, 16(1):1-8.

[本文引用: 1]     

[44] Wu Qiang, Dong Donglin.

Main eco-hydrological problems and basic methodologies

[J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2001, 28(2):69-72.

[本文引用: 1]     

[武强,董东林.

试论生态水文学主要问题及研究方法

[J]. 水文地质工程地质, 2001, 28(2):69-72.]

[本文引用: 1]     

[45] Nuttle W K.

Eco-hydrology’s past and future in focus

[J]. Eos Transactions American Geophysical Union, 2002, 83(19): 205-212.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

Lately, something called eco-hydrology has blazed forth as the next big thing in hydrologic science. A series of four papers on the topic appeared in Advances in Water Research last year [Rodr0102guez-Iturbe et al., 2001]. Before that, in 1996, the International Hydrology Programme (IHP) initiated a new project under the title of eco-hydrology [Zalewski et al., 1997]; and the AGU Spring Meeting, also in 1996, included a special session on eco-hydrology. Since then, a book of edited contributions has appeared [Baird and Wilby, 1999], and eco-hydrology was the topic of both a 090008vision for the future090009 in Water Resources Research [Rodr0102guez-Iturbe, 2000] and the Langbein Lecture at AGU's 2000 Spring Meeting. Another session on the topic will be featured at this year's AGU Spring Meeting, and a Chapman Conference on Eco-hydrology of Semiarid Landscapes will be held in September 2002.
[46] Xia Jun.

The development of ecological hydrology and the challenges in the study of ecological water demand in western China

[C]//Chinese Society for Geodesy. Building A Well-off Society in An All-Round Way: The Historical Responsibility of Chinese Science and Technology Workers—Proceedings of 2003 CAST Annual Meeting, 2003.

[本文引用: 1]     

[夏军.

生态水文学的发展与西部生态需水问题研究面临的挑战

[C]//中国测绘学会.全面建设小康社会:中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集(上), 2003.]

[本文引用: 1]     

[47] Cui Baoshan, Zhao Xiang, Yang Zhifeng.

Eco-hydrology-based calculation of the minimum ecological water requirement for lakes

[J]. Acta Ecologica Sinica, 2005, 25(7): 1 788-1 795.

[本文引用: 1]     

[崔保山,赵翔,杨志峰.

基于生态水文学原理的湖泊最小生态需水量计算

[J]. 生态学报, 2005, 25(7):1 788-1 795.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

近几十年来,由于人类活动的加剧以及全球气候的变化,湖白普遍出现了萎缩、水位下降、水量锐减、湖水盐化、水质污染、富营养化、甚至干涸消亡等状况.确保湖泊生态系统必需的最小水量是解决可能出现的湖泊严重水资源和生态系统危机的区域问题之一.从生态水文学原理出发,对湖泊最小生态需水量的概念进行了探讨,并提出了计算最小生态需水量的3种方法:①曲线相关法;②功能法;③最低生态水位法.在最低生态水位法中,其方法有最低年平均水位法和年保证率设定法.一旦湖泊最小生态需水量得以确定,将为水资源管理部门的水资源合理配置和湖泊管理提供综合性、权威性及可操作性决策依据,为退化湖泊生态系统的恢复与重建提供科学基础.
[48] Suschka J.

Integration of waste-water treatment and sludge handling on small scale, for the conservation and restoration of water and land quality: Ecohydrology for Implementation of the European Water Framework Directive

[J]. Ecohydrology & Hydrobiology, 2006, 6(1/4):189-195.

[本文引用: 1]     

[49] Naiman R J, Bunn S E, Hiwasaki Li, et al. The Science of Flow-Ecology Relationships: Clarifying Key Terms and Concepts[R].

UNESCO, Paris,

International Hydrological Programme Paper, 2007.

[本文引用: 1]     

[50] Porporato A, Odorico P D, Laio F,et al.

Ecohydrology of water-controlled ecosystems

[J]. Advances in Water Resources, 2002, 25(8): 1 335-1 348.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

Ecosystem dynamics in arid and semiarid climates are strongly dependent on the soil water availability which, in turn, is the result of a number of complex and mutually interacting hydrologic processes. This motivates the development of a process-based framework for the analysis of the soil water content in the root zone at the daily time scale. This paper reviews the results that the authors have obtained using a probabilistic echanistic model of soil water balance for the characterization of the seasonal regimes of soil moisture with different combinations of climate, soil, and vegetation. Average seasonal soil water content and level-crossing statistics have been used to study conditions of water stress in vegetation. The same framework has been applied to the analysis of the impact of interannual climate fluctuations on the seasonal regime of soil moisture and water stress.
[51] Kundzewicz Z W.

Ecohydrology for sustainable development and management of water resources

[J]. Ecohydrology & Hydrobiology, 2002, 2(1): 49-58.

URL      [本文引用: 1]      摘要

There have been no ubiquitous, and unanimously accepted, definitions of the notions of ecohydrology and sustainable development. Aside from the interpretation by the UNESCO IHP-V Projects 2.3/2.4, there exist other ways, in which the terms “ecohydrology” and “hydroecology” are understood. Also several competing definitions of the notion “sustainable development” are available. Yet, a robust finding, holding across a range of definitions and interpretations, is that ecohydrology is a very important tool serving sustainable development and management of water resources. As the water problems of the world are getting increasingly severe, due to the population rise, striving towards higher quality of life and adverse climate change impacts, broadening applications of ecohydrology will be indispensable in the future.
[52] Bonnell M.

Ecohydrology—A completely new idea?

[J]. Hydrological Sciences Journal, 2002, 47(6): 809-810.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

I do not wish to become embroiled in differentiating between ecohydrology and hydroecology definitions (Kundzewicz, 2002). My brief comments relate to whether this upsurge in interest in ecohydrology or hydro-ecology is entirely new when concerning lateral fluxes of water, chemical and sediment transfer. Post-war academic hydrology was very much dominated by engineering hydrology as encapsulated by standard texts such as Linsley et al. (1949, 1958) and Wisler & Brater (1949). "Non-engineering " hydrology gained prominence in the 1960s, especially through forest-related, land management questions linked with the impacts of forest conversion to other land uses (agriculture, urbanization). The first International Forest Hydrology Symposium in 1965, hosted by Pennsylvania State University, produced the classic proceedings volume, unfortunately long out of print (Sopper & Lull, 1967). In fact, the establishment of long-term experimental programmes, notably in the United States (Coweeta) and South Africa (Cathedral Peak), even before the Second World War, had already stimulated interest in forest hydrology. Later, Law's (1956) conclusions in the UK that the planting of coniferous forest in reservoir catchment areas
[53] Hiwasaki L, Arico S.

Integrating the social sciences into ecohydrology: Facilitating an interdisciplinary approach to solve issues surrounding water, environment and people

[J]. Ecohydrology and Hydrobiology, 2007, 7(1): 3-9.

DOI      URL      [本文引用: 1]     

[54] Wood P J, Hannah D M, Sadler J P.

Hydroecology and Ecohydrology: Past, Present and Future

[M]. Chichester, England: John Wiley & Sons, 2008.

[本文引用: 1]     

[55] Wood P J, Hannah D M, Sadler J P.Hydroecology and Ecohydrology: Past, Present and Future[M]. Wang Hao, Yan Denghua, Qin Dayong, et al, translated. Beijing: China Water & Power Press, 2009.

[本文引用: 1]     

[Wood P J, Hannah D M, Sadler J P.水文生态学与生态水文学:过去、现在和未来[M]. 王浩, 严登华, 秦大庸, 等,译. 北京:中国水利水电出版社, 2009.]

[本文引用: 1]     

[56] Harper D, Zalewski M, Pacini N.Ecohydrology: Processes, Models and Case Studies. An Approach to the Sustainable Management of Water Resources[M]. Wallingford, Oxfordshire, UK: CABI Publishing, 2008.

[本文引用: 1]     

[57] Cheng Guodong, Xiao Honglang, Chen Yaning, et al.Study on Eco-hydrological of Inland River in Western China[M]. Beijing: China Meteorological Press, 2010.

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[程国栋, 肖洪浪, 陈亚宁. 中国西部典型内陆河生态—水文研究[M]. 北京:气象出版社, 2010.]

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[58] Yang Shengtian.Ecohydrological Models: Introduction and Application[M]. Beijing: Science Press, 2012.

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[杨胜天. 生态水文模型与应用[M]. 北京: 科学出版社, 2012.]

[本文引用: 1]     

[59] Ghimire S R, Johnston J M.

Impacts of domestic and agricultural rainwater harvesting systems on watershed hydrology: A case study in the Albemarle-Pamlico river basins (USA)

[J]. Ecohydrology and Hydrobiology, 2013, 13(2): 159-171.

DOI      URL      [本文引用: 1]     

[60] Zalewski M, Harper D, Wagner I.

Ecohydrology—Why demonstration Projects throughout the world?

[J]. Ecohydrology and Hydrobiology, 2009, 9(1): 3-11.

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

The implementation of Ecohydrology (EH) – a transdisciplinary problem-solving science - has to be based upon the development of system solutions for river basins which have to harmonise hydrological processes with ecosystems dynamics and societies’ needs. The network of the UNESCO International Hydrological Programme EH Demonstration Projects was organised for scientific advancement, knowledge transfer, calibration of methods, education and capacity building. From the methodological point of view, the goal has been to accelerate transition from the stage of information collection and knowledge development into wisdom generation, which in practical dimension means a shift from understanding of relationships and patterns to understanding of processes and finally, formulation of principles for action. The selected Demonstration Projects from different continents cover the broad scope of water, ecosystem and society problems in such ecological systems as basin landscapes, wetlands/grasslands and floodplains, cities, lakes & reservoirs and estuaries & costal zones. This unique set of projects of large scale, long term testing and development by adaptive assessment and management, has become not only a fundamental lesson for cost-efficient implementation of the ecohydrology principles for IWRM, but also a starting point for “engineering harmony” between society and environment.
[61] Zalewski M.

Ecohydrology, biotechnology and engineering for cost efficiency in reaching the sustainability of biogeosphere

[J]. Ecohydrology and Hydrobiology, 2014, 14(1): 14-20.

DOI      URL      [本文引用: 1]     

[62] Zhang Qilin, Wang Zhanli, Wang Dongdong, et al.

Advances in researches of the effects of grassland vegetation on soil erosion in Loess Plateau

[J]. Advances in Earth Science, 2017,32(10):1 093-1 101.

[本文引用: 1]     

[张琪琳,王占礼,王栋栋,.

黄土高原草地植被对土壤侵蚀影响研究进展

[J].地球科学进展,2017,32(10):1 093-1 101.]

DOI      URL      [本文引用: 1]      摘要

黄土高原土壤侵蚀严重,草地植被具有良好的水土保持作用,能很好地改善其生态环境。学者们对草地植被盖度与土壤侵蚀的关系、草地植被对水力学参数的影响、草地植被对土壤性质的影响、草地植被减水减沙效应以及草地坡面土壤侵蚀过程等几个方面开展了大量研究;但是关于草地覆盖诱发的侵蚀作用研究较少。将前人的研究成果进行归纳总结,并补充关于草地诱发侵蚀的一些研究结果,继而指出目前研究中存在的问题以及今后需要加强的方面,旨在减少黄土高原土壤侵蚀。

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