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摘要：本文回顧了國際生態(tài)水文學研究與發(fā)展的過程、生態(tài)需水研究現(xiàn)狀，討論了西部地區(qū)生態(tài)需水問題研究所面臨的問題與挑戰(zhàn)。生態(tài)水文學所倡導的理念、方法和研究目標，對生態(tài)需水研究具有重要的啟示，尤其是西部地區(qū)。只有在深刻理解并尊重生態(tài)水文規(guī)律的基礎上，才能實現(xiàn)水資源的合理配置，正確把握生態(tài)環(huán)境建設的目標和方向。

關鍵詞：生態(tài)水文學西部地區(qū)生態(tài)需水

1、生態(tài)水文學的發(fā)展

水文學(hydrology)是地球科學的一個重要分支，它研究地球上水的起源、存在、分布、循環(huán)和運動等變化規(guī)律，并運用這些規(guī)律為人類服務的知識體系[1]。自從科學界公認水圈、巖石圈和大氣圈都從地圈中分離出來，并作為地球的獨立圈存在后，水文科學的形成就有了其基礎和地位[23]。

人類進入20世紀末，由于社會經(jīng)濟發(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)學家們愈來愈意識到水文過程對生態(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在聯(lián)系。同樣，過去水文學家關心最多的是洪水與干旱的成因、工程水文的實際的設計應用等。但是，隨著生態(tài)與環(huán)境問題的重視與提出，愈來愈多的水文學家開始關注與水相關的生態(tài)問題，例如流速如何影響河道內的植物生長？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的生態(tài)環(huán)境的變化交叉研究與社會需求，產(chǎn)生了新的學科生長點，即生態(tài)水文學(eco-hydrology)。

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

生態(tài)水文學的提出與發(fā)展大致在20世紀70年代以后。早期的生態(tài)水文學主要定義在生態(tài)濕地系統(tǒng)范疇。例如，1996年wassen等學者專門撰文[44]，認為“生態(tài)水文學是一門應用性的交叉學科，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，特別在自然保護和更新方面有重要價值”。

1971年，聯(lián)合國教科文組織（unesco）正式啟動人類生物圈（mab）計劃，水生生態(tài)系統(tǒng)研究成為該計劃中的一個重要項目。第一階段的會議于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。會議期間，確定了一個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，對生物化學循環(huán)和景觀鑲嵌體具有重要的調控作用。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。它是生態(tài)水文學發(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。期間，國際應用系統(tǒng)分析協(xié)會和匈牙利科學研究院籌劃了水陸過渡帶功能方面的合作研究項目，試圖通過對生態(tài)過程的充分理解，確定過渡帶恢復或重建的管理思想。

1996年9月在法國召開了“小流域生態(tài)水文學過程”研討會。會議共收到30篇論文，研究集中在小尺度上，內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行為等。在這次會議中，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)水文學過程”會議文集。

聯(lián)合國教科文組織（unesco）國際水文計劃（ihp）是由世界各個國家政府組織參加、在國際上有重要影響的水科學及其相關的水資源和環(huán)境科學的大型國際研究計劃。從1965-1974聯(lián)合國科教文組織實施國際水文十年（ihd）計劃后，ihp已經(jīng)執(zhí)行了五個階段，其中：第一階段（ihp-i，1976-1980）著重人類活動影響，水資源與自然環(huán)境之間關系的研究；第二階段（ihp-ii，1981-1985）著重于把研究領域擴大到各個特定的地理、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、社會發(fā)展合理管理水資源的水文學和科學基礎”，除繼續(xù)把水文科學作為重點外，把計劃內容擴大到合理管理水資源；第四階段（ihp-iv，1991-1995）研究計劃重點是“大氣-土壤-植被”之間的水循環(huán)關系，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)”，由三個模塊、八個主題和31個計劃項目組成。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)水文學是ihp計劃的核心內容[14-19]。之后，生態(tài)水文學得到了迅速發(fā)展。從1996年到2002年，聯(lián)合國教科文組織國際水文計劃召開了一系列生態(tài)水文學研討會。

1997年國際水文計劃出版了專集：生態(tài)水文學—水生資源可持續(xù)利用的新范例。文集指出生態(tài)水文學主要是為了研究水循環(huán)過程、機制與生物、非生物之間的相互關系。水生環(huán)境的水量、水質和某些過程，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)學和水文學知識的綜合，被認為是一個研究水和生物關系的合適的新工具。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，建立淡水資源可持續(xù)發(fā)展的基礎。圖1表明了生態(tài)水文學與以往生態(tài)學和水文學思維的不同方式：

1998年5月在波蘭召開了unescoihp-v2.3-2.4工作組會議。同年，出版了會議文集，主要包括以下4個方面的內容：1）介紹了生態(tài)水文學的框架和研究領域；2）提出了當前存在的缺點和未來發(fā)展路線；3）宣傳生態(tài)水文學的概念，認為河流生態(tài)系統(tǒng)是受水文過程控制的“超有機體”。確定生態(tài)水文學研究的目標為：（a）比較和評價現(xiàn)有的水文和生態(tài)過程相互關系的信息；（b）評論預測的潛力、確定未來研究最重要的方向；（c）識別與水文過程相關聯(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、營養(yǎng)物質和污染物質運輸、轉化中的作用，以確定從區(qū)域到流域尺度上的轉移路徑；（e）以可持續(xù)發(fā)展為目標，建立可操作性的程序交互平臺以及科學家、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)水文學的研究提供了指導作用。

1999年9月8日至22日，ihp-v組織了生態(tài)水文學研究進展方面的會議，在不同科學團體之間交流了生態(tài)水文學的研究成果。會議為來自24國家的不同領域的年輕科學家提供了辯論的機會。在生態(tài)水文學和水資源管理方面，科學家交換了基礎性研究和應用研究的最新觀點。基于研究過程中得到的數(shù)據(jù)和知識，科學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)水文學研究進展文集。

需要指出，ihp-v中生態(tài)水文計劃的核心目標旨在從流域觀點、從河流系統(tǒng)與自然社會經(jīng)濟的聯(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。專家們認為，當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)濟開發(fā)活動的巨大影響與挑戰(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。這一范例認為，流域就好像一個超有機體，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工具。

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

同年，英國謝菲爾德大學（sheffielduniversity）自然地理系andrewj．baird博士和德比大學（derbyuniversity）自然地理系高級講師、美國國家大氣研究中心項目科學家robertl．wilby博士共同編著出版了《生態(tài)水文學》。它是綜述有關陸生環(huán)境和水生環(huán)境植物與水分關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。該書對于水文學家、生態(tài)學家、自然保護學家以及研究生態(tài)系統(tǒng)、植物生活和水文過程的其他學者有很大的參考價值。中國科學院寒區(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)水文學或水文生態(tài)學的研究領域，活躍著一大批科學團體，使得這一領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”專集，是一個里程碑。以后“生態(tài)工程雜志（eej）”雜志、“水文科學雜志（hsj）”都出版了“生態(tài)水文學”?？Ｒ詚alewski為特約主編致力于生態(tài)水文學研究的新期刊。國際水文科學協(xié)會（iahs）也專門由acreman博士主編了“水文生態(tài)學”有關專集。

進入21世紀后，國際水文計劃（ihp）實施2002-2007年新的第六階段計劃，方向確定為“水的相互作用：來自風險和社會挑戰(zhàn)的體系”。主要的不同點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、質與量、水體和生態(tài)系統(tǒng)、科學與政治、水與文化。它由五個主題組成：主題1、全球變化與水資源；主題2、流域地表水與地下水動力學集成；主題3、陸地生境水文學；主題4、水與社會；主題5、水教育與培訓。其中主題3的陸地生境水文學仍然是生態(tài)水文學核心內容。

總之，生態(tài)水文學是現(xiàn)代水文科學與生態(tài)科學交叉中發(fā)展的一個亮點，它以生態(tài)過程和生態(tài)格局的水文學機制為研究核心，以植物與水分關系為基礎理論，將尺度問題貫穿于整個研究之中，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)水文學的發(fā)展對我國生態(tài)環(huán)境建設，將會有重要的促進和推動作用。

2.國內外生態(tài)需水研究的問題

生態(tài)需水（ecologicalwaterrequirements）是生態(tài)水文學中的一個重要的研究課題。凡是聯(lián)系到與水相關的生態(tài)系統(tǒng)自然發(fā)育、氣候變化和人類活動干預下的生態(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世紀四十年代，隨著水庫的建設和水資源開發(fā)利用程度的提高，美國的資源管理部門開始注意和關心漁場的減少問題。美國魚類和野生動物保護協(xié)會對河道內流量與魚類生長繁殖、產(chǎn)量的進行了許多研究，提出了河流最小環(huán)境(或生物)流量的概念，已有學者撰文強調了河川徑流作為生態(tài)因子的重要性。

在20世紀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)都開展了關于魚類生長繁殖、產(chǎn)量與河流流量關系的研究。以大馬哈魚的河流生境（habitat）需水為例，加拿大哥倫比亞大學（ubc）有關學者通過大量的實地調查，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。進一步，他們繪制了大馬哈魚繁衍所必需的河流生境質量的高低與基本生態(tài)需水（流速和水深）之間的曲線關系。

為了保護水生生物或生境，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。國外學者g.e.,petts認為，在河流管理中生態(tài)的需要與河流流量變化特征相聯(lián)系應該至少考慮3個方面，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?；髁髁康淖匀活l率和持續(xù)時間也應加以考慮，無論何時，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），其概念實質是生態(tài)建設（恢復）用水[10]。falkenmark區(qū)分了綠色水（greenwater）和藍色水的概念，指出從“藍色”水的社會利用部門轉向利用“綠色”水的生態(tài)系統(tǒng)中來，這種“綠色”水儲存在土壤中用于蒸發(fā)或合成植物有機體。事實上，“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90年代，隨著國際水文計劃等大的項目推進，研究的對象開始打破過去局限于所關心的物種（如魚類）或某一單一目標的情景，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)保護的有效性。但是，由于在西方發(fā)達國家，并沒有中國西部如此生態(tài)問題的多樣性和復雜性，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，比較少考慮高強度人類活動大量擠占生態(tài)需水的現(xiàn)實問題。

中國是一個降水時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”攻關項目開始，提出的“生態(tài)需水”是一個新生事物。在中國，由于生態(tài)水文學基礎研究起步比較晚，大家對于“生態(tài)需水”概念的理解也不盡相同。許多國內文獻書籍、研究報告出現(xiàn)有“生態(tài)需水”、“生態(tài)用水”和“生態(tài)耗水”多個名詞。有人認為它們的概念與涵義是不同的，但是有人認為它們都是指一回事（見文獻[22]、[26-46]）。

1989年，中國科學院地理研究所湯奇成較早提出生態(tài)用水問題[45]。他認為“為了保證塔里木盆地各綠洲的存在和發(fā)展，必須要保護各綠洲的生態(tài)環(huán)境，而生態(tài)環(huán)境的保護也離不開水，這部分水可統(tǒng)稱為生態(tài)用水”。1995年[46]，他認為“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、定義和研討，豐富了生態(tài)需水的理論與學術研究。

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)濟的可持續(xù)發(fā)展；建議從防洪減災、農(nóng)業(yè)用水、城市和工業(yè)用水、生態(tài)環(huán)境建設等8個方面實行戰(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?！?。

在學術研討方面，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（動態(tài)概念）兩個概念[47]。嚴登華等把河流水可劃分為生態(tài)水、資源水和災害水[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：為維護生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定，天然生態(tài)保護與人工生態(tài)建設所消耗的水量。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。劉昌明強調要在研究水循環(huán)和水量轉化規(guī)律的基礎上確定生態(tài)需水的理論內涵，提出陸地系統(tǒng)中的水可分解為資源水、災害水、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目“西北地區(qū)水資源配置、生態(tài)環(huán)境建設和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略研究”。有幾個不同的觀點：（1）我們理解的國際水文計劃（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)境品質目標下客觀需求的水。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實驗與觀察獲得，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、為生態(tài)建設（林草，河道生態(tài)功能要求）服務的生態(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（現(xiàn)狀、恢復或發(fā)展）下客觀需求的水資源量。進一步，對中國西部生態(tài)環(huán)境建設研究工作的目標，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（例如維系現(xiàn)狀生態(tài)系統(tǒng)不再退化、恢復某個時期的生態(tài)景觀、或者具體目標如黑河水必須要到東居延海等）下科學意義下生態(tài)系統(tǒng)需求的水資源。它是生態(tài)環(huán)境建設重要的科學依據(jù)。

生態(tài)耗水是指現(xiàn)狀多個水資源用戶（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)實際消耗的水量。它需要通過該區(qū)域社會經(jīng)濟與生態(tài)耗水的平衡計算確定。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，在西北內陸地區(qū)河流的下游，由于內陸地區(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)境建設的基礎，它也是估計在一定的目的、生態(tài)環(huán)境建設目標或配置條件下，生態(tài)環(huán)境耗水大小的基礎。通過對生態(tài)需水和生態(tài)耗水的估計，能夠分析人對生態(tài)需水擠占的程度，決策生態(tài)環(huán)境建設對生態(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)的關鍵生態(tài)因子,植被的組成和結構由水密切控制,同時在各種尺度上對水產(chǎn)生重要的反饋作用。因此，在干旱區(qū)，研究生態(tài)學和水文學的相互關系，研究生態(tài)需水問題，對干旱區(qū)生態(tài)建設的模式和生態(tài)恢復至關重要。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，同時植被對水土流失具有控制作用。

生態(tài)需水的實質是生態(tài)系統(tǒng)結構、功能和水分之間相互關系問題。生態(tài)需水是生態(tài)水文學研究的重要內容之一，只有建立在流域水循環(huán)基礎上通過生態(tài)水文學理論的指導，生態(tài)需水量的確定才會更合理。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)植被對缺水的適應機制研究

研究表明，干旱區(qū)的某些植物具有水分補償能力，即利用冬季（低強度）降水補償夏季干旱用水，冬季干旱就以夏季降水來補償，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)，植物為了適應荒漠環(huán)境，具有許多生理結構上的變化。國外學者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機制。不同植物的水分利用效率的、對水分虧缺的生理響應機制等研究，將為植被建設和恢復提供理論支持。

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，當干旱程度有所減緩時，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。以上說明了水分動態(tài)影響植被的分布格局，但這種分布格局如何響應水文過程的變化，它的生態(tài)學意義何在？植被的這種自然分布格局能否指導干旱區(qū)植被恢復等均有待研究。在今后的研究中，應加強植被類型、格局的生態(tài)水文學和生態(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識，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)學意義何在，都是值得探討的問題。另外，應加強大時空尺度上的植被格局和水文過程的關系研究。

分析干旱植物在水分脅迫下的群落組成結構、分布格局與演變過程，始終是干旱區(qū)生態(tài)水文科學研究的重要領域，迄今為止，關于這方面的研究未能取得突破性進展，尤其是群落演變的生態(tài)機理仍然處于未知階段。近年來，關于干旱區(qū)植物分布如何影響徑流和水分分布，以及如何調節(jié)干旱區(qū)侵蝕等問題的研究受到廣泛重視，同時，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)學家和水文學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)水文學基礎研究剛剛起步。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)需水計算的不同類別的范圍；通過不同植被類型的蒸散發(fā)計算、流域降水-徑流計算確定河道外生態(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，按維護現(xiàn)狀生態(tài)系統(tǒng)不再退化的理解，就會有一套基于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)建設目標（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)水文學的研究思路是估算生態(tài)需水的基本途徑，它從成因觀點估算流域的生態(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，由點的植被蒸發(fā)擴展到面的植被耗水機理的尺度問題等，導致目前估算有一定困難與結果的差異?，F(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的生態(tài)需水估計，的確是一個重要的挑戰(zhàn)性任務與課題。

4.結語

生態(tài)水文學是一種對環(huán)境有利、經(jīng)濟可行和社會可接受的有效方式。由于生態(tài)退化等問題的出現(xiàn)，生態(tài)水文學成為國際研究的熱點問題之一。本文回顧了生態(tài)水文學的發(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)境建設的基礎與學科發(fā)展，有如下幾點認識與建議：

（1）優(yōu)先、重點保護原則：在西北地區(qū)，由于水資源匱乏，不可能保護所有的生態(tài)系統(tǒng)，只能優(yōu)先保護控制性生態(tài)系統(tǒng)，滿足控制性生態(tài)系統(tǒng)對水分的需求。在此基礎上，進一步形成保護干旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構。干旱區(qū)流域下游荒漠綠洲是外來徑流作用的產(chǎn)物，綠洲景觀結構及組成類型的空間分布嚴格受河流廊道影響。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成要素，則荒漠綠洲的高級生物組成實質就是河流廊道。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源，為維持整個流域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展奠定了堅實的基礎。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)需水應該優(yōu)先得到滿足。

（2）以生態(tài)水文學為基礎研究生態(tài)需水問題：生態(tài)水文學是生態(tài)學和水文學的交叉學科，它所關心的是水文過程對生態(tài)系統(tǒng)配置、結構和動態(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)的結構和演變，包括自然界中一系列的物理過程、化學過程和生物過程，是其它物質循環(huán)的基礎。因此，確定某一生態(tài)系統(tǒng)需水時，只有以水文過程為基礎，結合生態(tài)系統(tǒng)的特性需求，才能較為合理地計算生態(tài)需水量。這也是今后生態(tài)需水理論與實踐研究重要的發(fā)展方向。

（3）加強實驗機理研究：我國和歐洲的學者日前聯(lián)合宣布一項發(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重要（摘自中國科學院網(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，才能合理地進行水資源管理，避免盲目的、無效的措施帶來的資金浪費，所以加強實驗機理研究至關重要。野外試驗研究，不僅要考慮生態(tài)類型、植被蓋度對水文過程的影響，同時還應考慮生態(tài)格局變化下水文過程的相應機制；另外，要加強水文事件及其過程對生態(tài)格局、植被類型等的影響研究，尋求不同時空尺度上影響生態(tài)水文過程的主導因素，以便建立更符合實際的生態(tài)水文機理模型。

（4）尺度問題：目前，由蒸發(fā)散計算生態(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)散計算的生態(tài)需水在向大尺度的轉換過程中產(chǎn)生了很大的誤差，影響了計算結果的準確性。因此，需要加強不同時空尺度信息的轉化研究。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用到大尺度上，理論依據(jù)是什么？將是今后生態(tài)水文學和生態(tài)需水研究的重點問題。