Nature Water：水文学与生态学的交汇融合

Nature Water：水文学与生态学的交汇融合

生态水文学作为水文学与生态学之间的桥梁，深刻认识到水资源的研究不能脱离生态系统。

生态水文学是在应对气候变化和人类活动带来的紧迫环境挑战中应运而生的。其核心在于认识到水在调控生态系统功能中的关键作用，以及生态系统如何反哺水资源，维护其稳定。

多样化的生态系统，无论是自然生态系统（如河流、湖泊、森林）还是人类主导的生态系统（如城市地区、农业用地），都在直接或间接地为陆地生物和人类提供着各种服务。这些与人类福祉息息相关的服务被统称为生态系统服务，主要可分为四大类：供给服务（如水资源和能源的生产）、调节服务（如防洪、水质净化和气候调节）、文化服务（如教育、精神寄托和休闲娱乐）以及支持服务（如养分循环）。而对这些服务的深入理解，离不开生态学的支撑。

从林木线到曲折的河道，水通过一系列水文过程调控着植被动态、生物地球化学过程和元素循环，而水文学正是我们探究这些过程的基石。

水和人类都是生态系统框架的重要组成部分。用水方式会深刻影响生态系统及其提供的服务，进而影响到人类的福祉。正是基于这样的认识，以Ignacio Rodríguez-Iturbe为代表的一批科学家创立了生态水文学，并为其发展做出了巨大贡献。生态水文学作为一门交叉学科，能够提供陆地和水生系统变化的信息，揭示这些变化如何影响生态系统的生物和非生物组成部分。生态水文学家深入探索生态系统内部的复杂关系，包括气候、土壤、植被、地下水之间的相互作用，内陆水域的碳过程和相关的生物地球化学机制，以及各种水流系统，致力于回答诸如“我们是否应该在全球范围内增加植树造林？”、“湖泊是碳的源还是汇？”以及“为何湿地和人工湿地值得我们关注？”等关键问题。

本期封面*展示的是位于英国皮布尔斯附近的埃德莱斯顿水项目，这是一个联合国教科文组织生态水文学示范点。该项目作为自然洪水管理技术的试验场，旨在通过恢复河流系统中减缓水流和增加水滞留的自然过程，提升粮食生产的韧性。通过运用生态水文学的方法，该项目利用河流生态系统的恢复力来缓冲气候多变性的影响，造福当地社区和野生动物。这充分展示了生态水文学对恢复力的重视，即生态系统抵御干扰并从干扰中恢复的能力，特别是在气候变化导致的极端水文气候事件日益加剧的背景下。此外，该项目还展现了生态水文学研究如何在流域范围内支持洪水风险管理、适应气候变化、提升生物多样性，同时为社区提供教育和娱乐价值。

▲*本期封面（3月）

生态水文学的一个重要应用在于，它提供了应对人类活动管理和改变环境下与水相关挑战的工具。例如，蒸散作为水蒸气从土壤蒸发和植被蒸腾到大气中的过程，是陆地水分平衡的重要组成部分，也是生态水文学研究中的一个重要课题。上一期封面†是一张根据OpenET计算得出的美国哥伦比亚河和蛇河交汇处附近灌溉农田和湿地的年蒸散发率地图，与周边灌木林和草地生态系统的蒸散发率形成鲜明对比。这一信息有助于农民、土地和水资源管理者更准确地了解蒸散发的用水量，从而提高灌溉用水的成本效益，这在干旱和半干旱地区尤为重要。通过建模和遥感等技术手段，生态水文学研究能够为资源管理者和政策制定者提供科学依据，帮助他们在人类福祉和水资源可持续性之间取得平衡。

▲†上期封面（2月）

尽管生态水文学在过去几十年中已经取得了显著的进展，但它仍然是一门相对年轻的学科。要充分发挥生态水文学的潜力以应对与水相关的挑战，需要在多个方面采取协调一致的行动。持续的研究投资，包括本期文章所涉及的加强监测‡、改进建模方法§,‖，以及更好地整合生态系统的水需求¶，对于深化对水与生态系统之间复杂相互作用的理解至关重要。此外，促进跨学科合作、缩小科学家、实践者、决策者和当地社区之间的差距也是必不可少的。只有通过集体的努力，我们才能将科学的生态水文见解转化为现实世界中的应用。

‡ Dean, J.F., Battin, T.J. Future directions for river carbon biogeochemistry observations. Nat Water 2, 219–222 (2024). https:///10.1038/s44221-024-00207-8
§ Wang, D., Zeng, Z. Urgent need to improve modelled sensitivity of evaporation to vegetation change. Nat Water 2, 211–214 (2024). https:///10.1038/s44221-024-00203-y
‖ Zhi, W., Appling, A.P., Golden, H.E. et al. Deep learning for water quality. Nat Water 2, 228–241 (2024). https:///10.1038/s44221-024-00202-z
¶ Cui, J., Chen, A., Huntingford, C. et al. Integrating ecosystem water demands into drought monitoring and assessment under climate change. Nat Water 2, 215–218 (2024). https:///10.1038/s44221-024-00217-6

当前，世界正处在一个向新的水时代过渡的关键时期，生态水文学或许能为我们指明一条前进的道路。这意味着我们需要与自然合作而非对抗。“我们必须将生态水文学的重点调整视为地球/环境科学新知识前沿的一部分”。

论文信息
标题：At the interface between hydrology and ecology
期刊：Nature Water
类型：Editorial
时间：2024-03-21
DOI：https:///10.1038/s44221-024-00225-6