加强水在自然资源要素耦合作用中的观测研究探究山水林田湖草生命共同体统一管理

刘昌明

(中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101)

0 引言

水是山水林田湖草生命共同体中最活跃、最关键的因素，是整个自然资源系统中联系各种资源的桥梁和纽带。降雨(雪)受植被蒸腾，土地、水面蒸发，冰川升华，大气辐射及风等因素影响； 植被蒸腾、地表蒸散受大气风、温度控制，并影响大气降水； 地面径流、地下水和河流、湖泊受大气降水影响，并影响植被蒸腾和地表蒸(散)发。贯穿地球各个圈层的水循环，由于自然和人文因素的交叉作用导致生物地球化学等过程发生变化； 生态系统发生动态演变，水在生态系统维护与退化治理中起着重要作用； 维持良性水循环是生态环境可持续发展的关键所在。解析自然资源各要素耦合作用机理、探究山水林田湖草生命共同体统一管理，需要注意到水这一能动要素对各要素和整个系统的关键纽带连接作用。因此，在自然资源要素综合观测研究中，要加强水循环过程的系统观测。本文从生态水文学视角出发，提供一些水与生态系统相互作用的理论与经验供参考，希望有所启发。

1 重视水在生态系统的纽带作用，加强生态水文学研究

生态系统主要研究生物与环境、生物与生物之间的关系。生态水文学研究的是生物与水的关系，研究生态系统与水文的关系[1]。作为生态水文动力因素的流速(涉及影响流域、水系、河道水流动的多个生态水因子)，贯穿在生态水文学“从分子到流域尺度的整体”研究中，国际水文计划(International Hydrological Program,IHP)提出“河流是水文过程调控的超级有机体”。基于此，我们初步研发了考虑水流因素与生态需水关系的生态水力半径法，以研究水生态流速与生态系统动态的相互作用。生态水的流速研究有望进一步扩展，广泛涉及生态、环境的方方面面，例如河湖水污染降解、河道水沙(盐)调控以及生物多样性维护等。生态水力半径方法被应用到相关方面研究中，取得了良好效果，例如流速对藻类生长影响的案例(大宁河三峡湾区)，流速对鱼类洄游活动的影响，流速对河流泥沙、河道冲淤平衡的复杂作用关系，流速对考虑污染物降解耦合水量水质的生态需水的影响等。目前，生态水文学处于初创发展阶段，重点考虑了水文要素中的流速对生态系统的影响，更多的要素(包括水深、水流、水化学等)与生物以及生态系统、生态环境的关系亟待进一步探讨，具有巨大的创新研发空间。另外，在全球气候变化和人类活动变化背景下，水文要素对生态、环境的初阶(直接)和高阶(间接)影响如何进行划分、求解与模拟评价，是我们面临的更大挑战。

2 科学理解和准确把握“生态平衡”“生态环境”“资源环境”3个术语的内涵

“生态平衡”“生态环境”“资源环境”这3个术语不仅是学术内涵问题，更是涉及具体工作层面的思维和内容问题。因此，科学理解和准确把握三者内涵意义重大。已故中国科学院院士黄秉维先生在1980年全国人大讨论宪法草案时，认为草案中“保护生态平衡”这一说法不够确切，建议改为“保护生态环境”，从此这一用语成为法定名词。但后来黄先生发现这个提法不当，在自己的文章中明确指出“顾名思义，生态环境就是环境，污染和其他的环境问题都应包括在内，不应该分开，所以我这个提法是错误的”[2]。为何黄先生认为“生态环境”有误？因为他从严格的科学系统看，尽管生态学与环境学存在联系与交叉，但它们是有区别的[3]。

据《中国大百科全书》(以下简称《大百》)，生态学是研究生物与环境及生物与生物之间相互关系的生物学分支学科，环境学是研究人类生存的环境质量及其保护与改善的科学，环境是围绕着人群的空间及其中可以直接、间接影响人类生活和发展的各种自然因素和社会因素的总体。按环境主体可分为以人作为主体的人类生存环境和以生物为主体(不把人以外的生物看成环境要素)的生物界生存环境，在环境科学中多数人采用前者，而在生态学中往往采用后者； 生态在《大百》中未列词条； 生态环境是指环绕着人群的空间中可以影响到人类生活、生产的一切自然形成的物质、能量的总体。

显然《大百》中环境学和生态学的定义是有矛盾的，因此，在生态环境定义后加了一句，又称自然环境。由以上可见，生态是与生物有关的各种相互关系的总和，不是一个客体； 环境则是一个客体，把环境与生态叠加使用不妥。从这个层面来看生态环境就是自然环境。因此，2003年由孙鸿烈院士等负责编制的《国家中长期科技规划战略研究(2020)(第十专题)》就没有再沿用过去的“生态环境”提法。作者认为： 环境与生态是有区别的[3]，不宜混用，环境监测的核心就是环境与人类的相互关系，生态观测-监测则是以生物间-生物与环境间相互作用。

资源与环境两者之间不仅存在非常密切的相互关系，而且存在“正、反”或“正、负增益”的响应和效益。简单而言，凡是可为人类服务或利用的环境要素都是资源，凡是环境要素的负面作用都是对人类生境不利的灾害，例如水少为旱灾，水多为洪灾等。资源之外的就是资源的赋存环境，资源的利用与人类环境和生态之间的关系，就是资源观测-监测的重点。