摘要：生態水文學是流域水資源管理的理論基礎。流域生態過程與水文過程間的關系是當前生態水文學研究的重點之一，也是實現生態文明建設的重要科學舉措。植被對流域的生態水文過程有著密切聯系。流域內的植被不僅提供減少空氣污染和能源消耗、改善水質等生態服務，還通過截留、蒸散、下滲等作用維持流域內水資源與土壤資源之間的動態平衡。流域內土地、氣候和水文資源等條件也直接影響植被的生長分布及演替;本研究基于生態水文學理論，從植被變化對流域生態修復作用和水文響應等方面，系統總結了植被對流域生態水文過程的研究方法及影響，并探討了相關生態水文模型的優勢與不足，最后指出解決流域生態過程與水文過程的失衡問題是今后亟需加強的研究方向。

　　關鍵詞：植被;生態水文過程;生態水文模型;流域

　　0引言

　　生態水文學作為生態學和水文學間的交叉學科， 注重強調生態與水文的關系，揭示了形成生態格局和生態過程的水文機制[1-2]。目前，生態和水文過程的研究方向包括承載力、水安全、水資源配置等，在流域范圍內，生態水文的反饋與響應與流域的景觀變化和生物地球化學過程密切相關[3]。植被作為生態水文學研究的核心內容，與流域內的生態過程和水文循環密不可分。一方面，流域的土地利用、氣候條件和水體污染直接影響植被的生長及分布;另一方面，流域降水、下滲、徑流通過植被的截留、吸收、蒸騰，對水文循環的過程產生重要影響[4-5]。

　　生態方向評職知識：水文、水資源類sci期刊

　　因此，植被與流域生態水文過程的相互作用已成為領域研究的重點問題之一。由于土地利用方式的不合理，植被覆蓋率逐漸下降，流域的生態平衡與水文過程受到嚴峻挑戰。保障流域生態水文過程的正常運轉，使流域的生態韌性得以充分發揮，是當前需要解決的關鍵問題。

　　1流域生態過程研究

　　流域生態系統是一個相對封閉、邊界清晰的整體，隨時與外界保持物質、能量與信息交換[6]。流域生態系統包括陸生生態系統與水生生態系統。陸生生態系統在固碳釋氧、水質凈化與水土保持等方面作用顯著;水生生態系統在淡水供給、污染降解與調蓄分洪等生態修復方面發揮積極效用，陸生與水生生態系統鑲嵌交錯使流域成為一個整體性強、空間異質性高的生態單元[7-10]。目前，流域生態過程的研究主要集中在植被覆蓋[11]、水土流失與土壤侵蝕[12]、水體污染治理[13-14]以及流域生態系統評價[15-17]等方面。

　　1.1植被對流域生態過程的響應

　　植被覆蓋變化與區域生態環境密切相關，是反映生態變化的重要指標。研究表明，植被群落的覆蓋度越高，植被生存狀況越好，流域的生態系統功能越穩定[18]，植被覆蓋率的降低加劇了土地利用格局的破碎度，進而影響流域生態環境。河岸植被群落的栽植可使河岸穩定性提高85%以上，群落根系可有助于穩固岸坡，調洪蓄洪[19]。一定寬度的河岸植被可通過水文過程減弱地表徑流和水體的污染，如草本植物可改變地表粗糙程度，提升地表徑流的下滲能力等[20]。相反，流域生態環境狀況也會影響植被群落的生長偏好及分布[21]。水質、水量與人類活動是流域植被群落變化的主導因素[22-23]。Isabelle等[24]通過研究河岸植物群落和水質間的響應關系，建立了河岸生境恢復規劃系統，后期將多年的數據進行比對，探討生態修復對河岸生境和水質的影響。

　　AjazAhmed等[25]使用不同尺度的數據集和功能模型，運用地理加權回歸(GWR)來模擬流域尺度上的森林生態系統過程，并解釋了美國東南部生態驅動力的影響。Robert等[26]整合了帕圖森特河流域時間、空間等復雜性的尺度數據，開發了基于帕圖森特河流域的生態過程模型，研究了人類活動對流域植物生產力和植被景觀中養分循環的影響。Wang等[27]對植物—土壤復合系統的生態需水量進行了評價，分析了基于遙感和GIS技術的植物-土壤復合系統的時空分布特征，論證了林地蒸散發量與生態需水量均高于草地。

　　Ren等[28]通過比較2個不同流域造林與自然植被狀況，揭示土壤水分的消耗變化，論證植被種植密度對水資源需求量的平衡。Gautam等[29]運用農業政策環境擴展(APEX)模型，模擬北阿巴拉契亞試驗流域放牧場對流域地表徑流的影響，得出干草甸比放牧草甸具有更大的生態效益，并進一步預測了土壤性質變化和緩沖帶對徑流的影響。

　　1.2植被對流域生態修復的作用

　　流域植被的生態過程受人為因素的干擾最大，其次是氣候因素[30-32]，為控制流域內人為和氣候因素造成的水土流失、水體污染等生態問題，需在充分考慮流域生態修復原則和植被規劃的基礎上，對流域制定合理的生態修復措施[33-34]。Walters[35]指出，在人口密集和高度退化的沿海流域種植喬木林，有助于流域生態環境的恢復。Fu等[36]通過監測額濟納荒漠河流域不同植物群落的地下水深度、土壤水分、相對葉片含水量和水分利用效率等指標，分析土壤水分和植物生態對地下水深度和不同植物群落水分利用效率的響應，得出森林植物群落對高水分利用效率物種的生存有利。

　　2流域水文過程研究

　　2.1土地利用與覆被變化對流域水文過程的影響

　　土地利用變化所引起的生態水文響應是水文學研究的核心問題之一，對揭示水文循環與不同空間尺度生態系統的相互作用機理具有重要的意義，目前的主要研究方向為探討土地利用對流域地表徑流、泥沙、蒸散、水質等方面的影響[37-40]。Vaibhav等[41]以土壤—植被—大氣轉換模式為基礎，探討彭納爾河流域入滲模式的變化對徑流潛力的影響，并指出人類對土地利用的規劃和管理將直接影響流域的生態水文過程。

　　Gao等[42]應用CA-Markov模型預測了2028年秦淮河流域分布式土地利用情況，并利用HEC-HMS水文模型研究土地利用變化對流域水文響應的影響。Birhanu等[43]校準并優化了概念性降雨-徑流模型(HBV)，評估古馬拉流域土地利用與覆被變化對水分平衡特征(蒸散發、土壤水分、地下水補給和徑流)的影響。Maryam等[44]將水文模型與土地利用現狀相結合，對加拉茲柴河流域進行研究，評價了協同管理框架下土地利用變化對水沙負荷的響應，論證了不同土地利用情景對徑流和泥沙的顯著影響。Yalew等[45]將SITE土地利用變化模型和SWIM水文模型相耦合，評估草地生態系統服務和流域水資源之間的相互作用。

　　近年來，SWAT水文模型在土地利用變化方面有較多研究成果，重點集中在土地利用變化對徑流量及產沙量等方面的影響[46]。Marian等[47]運用SWAT模型對Owabi流域30年的徑流量數據進行模擬，建立了未來水文預測模型。Nikita等[48]基于SUFI-2、GLUE、ParaSol等方法，針對Ganga流域建立了徑流量與土壤侵蝕的SWAT模型，檢驗河道徑流與產沙量方面的適用性。李朝月等[49]應用SWAT模型對壽昌江流域進行產流產沙模擬，并進行景觀格局分析，得出景觀指數與產沙模數間的顯著相關性，建議改善流域土壤侵蝕應考慮流域景觀特征。

　　2.2植被變化對徑流的影響

　　植被變化影響大氣降水的再分配和冠層的截留和蒸散發，不同植被類型對流域徑流量影響不同[50]。研究表明，闊葉林地對流域徑流量的調蓄最為明顯，當林地面積減少耕地面積增加時，徑流量隨之增加;反之，徑流量減少[51-53]。王友生[54]通過對2個流域植被變化和降水徑流變化趨勢分析，闡述了植被和降水變化對徑流過程的影響，論證了闊葉林對徑流調蓄能力最強，灌木林最弱。

　　Rujner[55]利用MIKESHE降雨模式中的徑流模擬板塊，結合12個灌水區的試驗數據，對草地灌水的水文響應進行模擬，論證草地覆蓋的水力傳導與土壤保持效益。Mirela-Alina等[56]運用MIKESHE模型對阿格塞爾河流域土地利用管理決策與水文管理措施進行了評估，得出植被參數、根系深度和經驗參數影響蒸散發和補給;在非飽和區，土壤類型對入滲、蒸散和補給功能顯著相關，在飽和區，基質的水導率為主導參數。Spyridon等[57]通過MIKESHE模型對斯珀奇奧斯河流域地表徑流滲透到飽和與非飽和帶的過程進行了模擬，后期結合了ArcGIS技術，通過流域植被和地質資料對MIKESHE模型的物理過程進行校準和驗證，并提出了模型的優化措施。

　　2.3植被變化對林冠截留和蒸散發的影響

　　林冠截留是植被生態功能的重要組成部分，目前的研究主要集中在降水對植被的冠層元素(樹枝、樹葉、樹皮等)之間的相互作用。而降水量和葉面積指數直接影響林冠層截留效率[58-61]。Gavazzi等[62]基于北卡羅萊納海岸平原十年的自然降水率與強度的變化，描述火炬松林的冠層截留情況，得出林冠截留的年際變異性高于短期的研究報道，區域水文模型必須考慮林冠截留的可變性因素。

　　3相關生態水文模型比較分析

　　近年來，生態水文模型法由于其物理機制明確、易操作而在生態水文學研究中被廣泛應用[73-75]。生態水文模型非常重視水文過程和生態系統的關系研究，水分與植被之間的循環過程是研究的關鍵點，因此生態水文模擬必須體現生態—水文間相互耦合的關系。

　　目前，生態水文過程所具有代表性的分布式模型包含WETSPASS模型[76]、HELP模型、CREST-Snow水文模型[77]、TOPMODEL模型[78]、TOPOG模型[79]、SWAT模型[80-81]、SWIM模型以及MIKESHE[82]模型。其中SWAT模型與MIKESHE模型屬于綜合性流域水文模型。TOPMODEL模型重點強調地貌，通過地貌揭示水文過程，該模型將流域的地形分為集總式單元進行模擬與運算，無法反映同一單元內其他地理信息[83-84]。

　　4結論與展望

　　流域的綜合整治需各環節統籌協同，以達到最佳效果[95]。其中，生態水文過程是至關重要的一環，不同植被對流域內的降水、蒸發、下滲、地表徑流等生態水文過程具有不同影響[96]。雖然目前對流域植被的生態過程及水文過程的研究有一定的進展，但仍存在如下問題：目前的研究大都側重單方面，即流域植被的生態過程或流域植被的水文過程，沒有綜合考慮流域生態過程與水文過程的失衡問題;應用的生態水文模型大都注重植被變化對生態過程或水文過程的單向作用，而對兩者之間的耦合反饋機制分析較少;缺乏強調植被作用的綜合生態水文模型。

　　基于國內外植被對流域生態水文作用的研究總結，建議今后從以下方面對植被在流域生態水文過程的作用進行深入研究：加強流域內植被的規劃與種植，達到流域生態作用與景觀作用相融合，規劃應多選取適宜當地生態環境的鄉土樹種，才更有利于植被對流域生態水文作用的發揮;在流域生態水文模型的構建中，應著重考慮植被對流域水文過程的作用，完善不同植被種類及生長階段對水文循環的影響，充分發揮植被因素對水文模型的彌補作用。將地理信息技術與生態水文模型相耦合，并通過模型參數的優化，解決流域生態過程與水文過程的失衡問題，實現流域的生態韌性，是今后生態水文學研究的重點。

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　　作者：張寒，王琳