社会水文学研究进展

社会水文学是水文学和自然、社会、人文的交叉学科,主要探究人-水耦合系统的双向互馈方式及其协同进化的动态机理,并着力解决当今人类所面临的水资源可持续利用等问题.本文从社会水文学的产生背景与形成过程入手,介绍了社会水文学的基本概念,总结了其学科特点;从人-水耦合系统中的权衡、水资源管理中的利益关系、人-水耦合系统中的虚拟水研究三方面论述了社会水文学的主要研究内容,并辨析了其与传统水文学、生态水文学和水文社会学的区别与联系;最后从完善学科内容、深化定量研究、注重社会水文学中的尺度研究、社会水文学与生态水文学的融合等方面对社会水文学的发展前景进行了展望,以期推动我国社会水文学研究的发展.     

流域尺度生态水文研究评述

根据国际上生态水文学发展的主要方向,归纳了现阶段流域生态水文学的生态水文过程与生态水资源两大主要学科领域及其进展。全球变化下流域生态过程对水文循环加剧的应对策略,基于土地利用与覆盖变化的流域水土界面可持续管理将是未来流域生态水文过程研究的前沿核心问题。以生态需水量为主,分析了生态水资源领域存在的问题,评述了河道内与河道外生态需水量评价的方法与问题,建立更加适用的生态需水量评价体系是目前生态需水量研究的关键问题,一个全新的面向生态系统的水资源评价和规划的理论体系是未来人类社会可持续发展的基础     

景观格局与生态过程的耦合研究:传承与创新

景观格局与生态过程的耦合关系是景观生态学研究的核心主题,耦合研究的范围和程度需要进一步系统梳理。从景观格局与生态过程耦合的内涵、方法等方面,系统总结了当前两者研究的特点以及存在问题。进一步从格局-过程耦合基本理论传承与提升、研究方法现代化和多元化、研究尺度多样化、研究对象的扩展与集成、自然-人文-社会视角的耦合、格局-过程耦合的管理和调控等六个方面展望了未来学科发展方向。最后,提出了未来创新目标,如提高景观格局量化的准确性和针对性、辨明景观格局影响的尺度性、增强生态过程模拟的时效性等。     

社会-生态网络方法研究进展

社会-生态系统是由一个或多个社会和生态子系统交互作用形成的复杂的、非线性的、动态耦合系统。理解社会与生态子系统之间的复杂交互关系对于实现有效、可持续的环境治理至关重要。社会-生态网络方法是网络理论在社会-生态交互作用研究中应用与发展的产物,在定量刻画社会-生态系统结构、分析系统动态变化、推动系统适应性治理等方面具有重大的应用潜力。系统梳理了国内外现有的社会-生态网络研究,首先从网络的类型、构建模式、分析方法3个方面介绍社会-生态网络方法,并阐述其在资源管理、社会-生态匹配、社会-生态适应性治理领域中的应用,探讨社会-生态网络方法在研究社会-生态交互作用中的优势和挑战,最后提出未来社会-生态网络研究的重点方向,即社会-生态网络的动态变化过程以及社会-生态网络结构与功能关系。研究旨在深化网络分析可用于描述人—自然关系的认识,为社会-生态系统的网络研究提供实践指导,以期促进社会-生态网络方法在我国社会-生态系统研究中的应用。     

基于农户感知的黄河下游人-水关系结构分析

人-水关系研究是社会-生态系统研究的重要领域。识别黄河下游农户对人-水关系的感知及其影响因素,对黄河下游因人施策开展生态保护与高质量发展政策调控具有重要作用。但已有研究多从区域水资源、水环境、水文化等某一种或几种关系开展居民感知调查及归因,忽视了人-水关系之间结构化的相互影响机制。基于对黄河下游山东省10个县的农户发放的1651份问卷,经过验证性因子分析后,最终引入水资源与生态关系、水文化与旅游关系、居住地生态功能、河口湿地功能、文化旅游功能五个潜变量,建立结构方程模型发现：农户对水资源与生态关系的认识正向影响其对居住地生态功能和河口湿地功能的评估,农户对水文化与旅游关系的认识正向影响其对居住地生态功能、河口湿地功能和文化旅游功能的评估。研究结果通过基于农户感知刻画人-水关系结构,揭示人-水系统功能认知的影响机制,有助于为黄河下游地区生态保护和乡村振兴提供决策参考。     

巴厘岛梯田景观苏巴克灌溉系统及其生态水文效应研究进展

灌溉系统通过调配水资源而改变农业景观中的生态-水文格局与过程,以便维持其稳定性。印尼巴厘岛苏巴克灌溉系统是当地人民有效调控梯田景观水生态格局与过程的智慧结晶,是巴厘岛梯田景观可持续发展的关键机制。本文以有关苏巴克灌溉系统的已发表文献为数据来源,阐述其在流域和灌区尺度提高农业水资源利用功能、保障梯田景观可持续发展的机制,并分析时空管理带来的生态水文效应。在流域尺度上,多层级水寺庙管理结构动态协调水资源的分配;而灌区尺度上,tek-tek分水制度和awig-awig管理制度保障水资源高利用率,并缓解社区用水矛盾。苏巴克灌溉系统通过灌溉设施和水资源的时空管理活动使其具有增加水文连通性、控制虫害和提高生态系统服务功能等生态水文效应。已有苏巴克灌溉系统的研究以社会学、人类学、历史学等社会科学的定性和静态研究为主,而生态学、水文学等自然科学研究相对较少,未来应加强自然科学及多学科交叉的量化和动态研究,为世界上其他梯田系统保护和管理提供启示。     

山地生态水文过程与降水资源调控研究进展

生态水文学是一个可定义和发展的学科, 是在不同时空尺度和一系列环境条件下探讨生态水文过程。山地的生态格局和水文过程对下游景观有重大的影响。针对山区干旱缺水、水生态退化以及水灾害等一系列生态问题, 从林草地水文生态效应角度, 探讨山地生态水文过程的研究进展, 山地降水资源调控技术措施和山地生态水文过程与降水资源调控的相关关系。结果表明: 植被生态需水量的计算方法包括面积定额法、潜水蒸发法、植物蒸散发量法、水量平衡法、生物量法、基于遥感技术的计算法等, 各种方面在不同区域的适用性不同; 生态水文模型有SWAT模型、SWIN模型、EcoHAT模型等, 不同的模型应用领域不一; 降水资源的高效利用措施包括降水资源的就地利用—入渗水利用, 如坡改梯工程、集水造林种草工程以及适时深耕技术等; 降水资源的叠加利用—径流水利用, 如淤地坝工程和坡面集水造林种草工程等; 以及降水资源的间接利用—蒸发水利用三个方面, 如黑色覆盖技术、砾石覆盖技术和土壤覆盖技术等。以河北太行山区为例, 分析得出造林坡地的径流系数明显低于裸岩坡地。山地水旱灾害形成机制与水资源调控利用技术的研究、坡地与流域的降雨径流关系研究等方面应是未来山地生态水文过程的研究重点。     

实现城市可持续发展的系统转型

城市在为人类提供各种生态系统服务的同时,其发展中的各类问题限制着城市生态系统本身的可持续发展。首先概述了城市发展过程中面临的挑战,主要包括城市化过程中人与自然的关系问题及社会生态问题等;其次从可持续发展的内涵、社会-经济-自然复合生态系统和驱动力-压力-状态-影响-响应(DPSIR)的理论出发,分别从城市水供给和污水处置系统、消减城市废弃物排放、城市交通和区域规划、城市发展与粮食系统供求关系、城市清洁能源系统等5个方面对如何实现城市的转型进行了系统的论述。结合我国城市可持续发展的研究进展,指出城市的可持续发展问题不仅是城市自身的问题,也是城市与周边区域的协调发展问题。为此,文章提出必须基于五个"转向"来研究和建立城市化与区域生态的耦合和协调机制。     

基于稳定同位素的SPAC水碳拆分及耦合研究进展

土壤-植被-大气连续体(SPAC)是陆地水文学、生态学和全球变化领域的重要研究对象,其水碳循环过程及耦合机制是前沿性问题.稳定同位素技术示踪、整合和指示的特征有助于评估分析生态系统固碳和耗水情况.本文在简述稳定同位素应用原理和技术的基础上,重点阐释了基于稳定同位素光学技术的SPAC系统水碳交换研究进展,包括:在净碳通量中拆分光合与呼吸量,在蒸散通量中拆分蒸腾与蒸发量,以及在系统尺度上的水碳耦合研究.新兴的技术和方法实现了生态系统尺度上长期高频的同位素观测,但在测量精准度、生态系统呼吸拆分、非稳态模型适应性、尺度转换和水碳耦合机制等方面存在挑战.本文探讨了现有主要研究成果、局限性以及未来研究展望,以期对稳定同位素生态学领域的新研究和技术发展有所帮助.     

水足迹研究进展

水为生命之源,水资源的合理分配与科学管理是区域可持续发展与流域综合管理的核心环节;水足迹作为一种全面核算人类活动对水资源真实占用的综合指标,将人类消费终端与水资源利用密切关联,为维护流域水资源安全、提高区域水资源利用效率提供了重要的科学依据,已成为当前国际水资源管理的前沿研究领域。在明确水足迹及水资源生态足迹相关概念的基础上,对比分析了水足迹与生态足迹、水资源生态足迹模型的异同,明晰了过程、产品及区域等不同研究对象的水足迹核算方法,系统梳理了产品和区域水足迹评价、基于水足迹的区域水资源安全研究、区域水足迹可持续性分析等水足迹主要研究内容的近今进展,并展望了进一步的重点研究方向,即水足迹综合研究、水足迹评价不确定性分析、水足迹与物质流核算的关联研究,以及基于足迹整合的可持续发展多维测度等。     

东北三省“水-能源-碳”系统仿真模拟——基于系统动力学模型

水资源和能源消费量及碳排放制约区域发展水平,也影响区域生态环境质量,区域多要素资源耦合作用与协同管理成为近年来的研究热点。水资源、能源和碳排放三个系统通过不同的流程相互连接,探究"水-能源-碳"系统耦合关系,是区域探索绿色协调发展的重要基础。以东北三省为研究对象,采用系统动力学研究方法,从自然、社会、经济三个维度来探索水-能源-碳三者的关联模式。以2001-2019年东北三省的水资源、能源、碳排放现状为基础数据,梳理三个子系统的耦合关系,并对未来二十年其发展变化仿真模拟。结果表明：（1）水资源、能源、碳排放在未来二十年均呈现增长的趋势,水资源增长趋势最快,在仿真情景5下,与2020年相比2040年水资源、能源消费量和碳排放量分别增长230.4%、210.7%和36.9%;（2）决策变量对"水-能源-碳"系统的影响程度依次是清洁节能>产业调控>国内生产总值（GDP）增长率,随着GDP增长率升高,水资源和能源消耗量、碳排放量升增加,随着产业转型升级,居民意识提高及清洁能源增加,水资源和能源消耗量、碳排放量减少。在综合调控情景下,未来水资源消耗量高于基础情景,能源消耗量和碳排放量则得到了良好的控制;（3）2020-2040年,水资源、能源消费量和碳排放量呈现强相关性,纽带关系呈协同优化方向改善,供需缺口减小,有效的缓解了环境压力;（4）情景3的能源结构调整和居民意识的提高可有效降低碳排放量,情景4产业结构的调整对水资源和能源的影响较为明显。情景5权衡经济发展与节能节水以减少碳排放,严格按照"双碳"目标,将水资源、能源向较高质量发展的可持续发展方向推进,更具参考性。研究结果有利于东北三省"水-能源-碳"系统可持续发展,促进经济发展水平。     

黄土高原生态水文过程研究进展

以黄土高原水文过程为主线,围绕水资源短缺、水量分布不均衡、水文过程的复杂性和非稳态等特性,梳理了黄土高原水文过程的主要现状及研究进展,包括水资源分布、水量平衡和水文循环等过程;融合生态水文尺度效应,从土壤、微生物、植物冠层、坡面、流域和景观等方面归纳和总结了黄土高原生态水文过程;针对该区生态水文过程的时空异质性,提出未来更需要通过多学科交叉与融合手段,加强宏观与微观过程的集成与联网研究;采用多尺度、多要素、多时空的综合观测与模拟手段,定量重要生态功能区水分承载力及生态阈值;从生态学和水文学方面揭示不同时空尺度下水分转移与分配特征;为解决黄土高原水资源的宏观调控与最优分配模式提供理论基础。     

煤炭资源型城市生态-经济-社会协调发展分析——以淮南市为例

以典型的煤炭资源型城市淮南市为例,构建“经济-社会-生态”三维系统指标体系,通过熵权法、耦合协调发展模型和灰色关联系数研究了该系统2002—2016年间的发展,从宏观角度分析淮南市多维关系的协调发展.结果表明: 生态子系统所占权重最大,其发展水平整体呈U型(先减后增),并对综合发展水平造成显著影响;三维耦合系统总体呈上升态势,耦合绝对水平较低,生态系统压力在逐渐增大的过程中制约经济和社会的发展,并反作用于协调发展水平;经济发展和经济活力分别对社会和生态子系统发展产生积极影响,社会发展对生态子系统影响较大,环境现状的改善对经济和社会发展具有支撑作用;在淮南市转型过程中,需保持经济的稳定快速发展,增加对社会发展和环境污染治理方面的投入力度,同时注重生态的支撑能力,避免对社会经济发展产生限制作用.     

连接景观异质性与社会环境系统——2017年美国景观生态学年会（The US-IALE 2017 Annual Meeting）会议述评

美国景观生态学年会于2017年4月9日至13日在美国马里兰州巴尔的摩举行。此次会议内容丰富、气氛活跃、交流形式多样,讨论了景观生态学领域的最新研究进展。会议中关于景观异质性与社会环境系统关系的探讨主要从景观格局与社会环境系统耦合方法、景观格局和社会环境系统变化过程、景观异质性与社会环境系统研究在政策制定中的应用三方面展开。对我国景观生态学研究的启示主要有以下方面:(1)重视景观格局变化和社会环境系统的耦合研究;(2)加强景观格局-过程-服务的多尺度综合集成研究;(3)加强景观生态学研究在实际中的应用,为政策制定和实际管理提供支持。     

城市水资源生态足迹核算模型及应用——以沈阳市为例

水资源生态足迹可以直接反映区域人类社会经济活动对水资源的压力.本研究在现有的生态足迹模型基础上,充分考虑城市自然生态系统对水资源的需求,建立了包括居民日常生活用水、生产运营用水、公共服务用水和生态需水4类帐户的城市水资源生态足迹核算模型,并结合沈阳市实际情况,确定了模型中的相关参数,对沈阳市水资源生态足迹和生态承载力进行分析.结果表明:2000-2009年,沈阳市人均水资源生态足迹总体呈下降态势,但各年度均为水生态赤字;2005年较2000年水资源生态足迹人均下降0.31 hm2,2006、2007年有小幅回升,2008、2009年趋于平稳,说明沈阳市水资源可持续利用状况有一定改善,但仍处于不可持续状态.     

简讯

《生态水文学》简介　　由英国谢菲尔德大学自然地理系ＡｎｄｒｅｗＢａｉｒｄ博士和德比大学自然地理系高级讲师、美国国家大气研究中心项目科学家ＲｏｂｅｒｔＷｉｌｂｙ博士共同主编的《生态水文学》(英文版 )是综述有关陆生环境和水生环境植物与水分关系问题方面的第一本书 .全书共包括十章 .第一章介绍了什么是生态水文学以及本书的主要内容 .第二章 ,讨论了植物的水分关系 .旨在给读者提供有关植物如何利用水分的一些基本知识 .同时讨论了许多现有的水文学很少涉及的水分从植物根到叶的运动以及渍水和干旱对植物生长和生存的影响 .第…     

干旱半干旱地区河流健康评价指标研究分析

干旱半干旱地区是生态系统和水资源系统最脆弱的地区之一, 也是降水变率最大的地区, 对这一地区河流健康的研究, 可为生态系统的管理与恢复等提供非常有价值的见解。因此, 确定影响干旱半干旱地区流域健康的主要因素、制定可快速监测与检测其健康状况的生态指标, 并对其发展趋势进行诊断与预测, 随时采取可行的干预措施是至关重要的。以河流健康的定义与评价内涵、评价指标研究态势为根本, 在分析干旱半干旱地区河流的生态系统特征、河流关键生态环境机理及表现、社会-生态-文化系统长期相互影响的基础上, 从水资源、植被、物理化学特性、社会经济等方面出发, 提出了适用于干旱半干旱地区河流健康评价的关键控制性指标。     

基于供需平衡的北京地区水生态服务功能评价

水生态系统的服务功能受到人类活动的严重胁迫和剧烈影响,对水生态服务功能的人类占用和胁迫效应进行研究具有重要意义.本文采用水当量方法,计算了1998-2007年北京地区人类活动对水生态服务功能的占用当量,并结合水资源供给量评价了人类活动对水生态系统的胁迫效应.结果表明：1）北京地区近10年人类活动的水当量超过其供给量的5～17倍;2）不同生态服务功能类型的水当量排序为：水环境净化>水资源供应>水生境维持>水安全调蓄;3）在时间序列上,水当量超过供给量的倍数呈先升后降的趋势,1999年的占用量超过其供给量的倍数最大.该研究揭示了北京地区人类活动对水生态系统服务的占用量远超过其可供给量,造成该地区水资源的过度占用,进而占用和影响其他地区的水生态服务功能.     

生态脆弱性及其研究进展

生态脆弱性已成为当前全球变化与可持续发展研究中的热点问题.有关生态脆弱性的研究,正逐渐从重点考察某单一生态要素发展到关注区域人地系统的整体性响应.当前生态脆弱性研究的内容主要包括系统变化分析、系统自身的敏感性与外部扰动的潜在影响,人地系统的适应性等.主要的研究方法有情景分析法、生态模拟法和指标评价法.目前生态脆弱性研究中存在的问题主要是情景分析与模拟的不确定性、适应性能力与社会经济发展的关系不明晰、自然因素与社会经济因素脆弱性研究相对不足等.生态脆弱性未来研究的重点是推进脆弱性研究多学科、跨尺度的融合,加强脆弱性中自然与人文因素的厘定和耦合研究,并开展基于历史变化史实的生态脆弱性实证分析.而作为脆弱性研究归宿,适应性研究不仅需要探讨能力建设和策略优化,还应深入研究适应性能力阈值与社会经济发展的关系以及国家、区域和群体之间适应性能力的总体协调与管理.最后,需要加强人地系统对极端自然灾害事件的脆弱性的研究.     

基于稳定同位素的干旱半干旱区SPAC水分运移过程研究进展

土壤-植物-大气连续体(SPAC)是生态水文学的重点研究对象,其水分运移过程对于干旱半干旱区生态植被建设和水资源综合管理具有重要意义。氢氧稳定同位素较高的灵敏性和准确度有助于揭示这一过程。介绍了氢氧稳定同位素在土壤-大气界面、土壤-地下水界面、土壤-植物界面和植物-大气界面水分补给传输过程中的应用,包括土壤水分来源和蒸发;水分补给入渗机制和滞留时间;植物水分来源和水力再分配;蒸散发分割和叶片吸水的相关研究,同时明确了氢氧稳定同位素技术在应用过程中存在的一些不确定性以及未来亟需加强的方面,以期为利用稳定同位素技术对生态水文过程的研究提供参考依据。