東北地理所在流域生態(tài)系統(tǒng)水安全屏障功能定量評(píng)估研究方面取得進(jìn)展
流域生態(tài)系統(tǒng)的水文服務(wù)功能（Water Related Ecosystem Services,WESs）是維系區(qū)域糧食安全和生態(tài)安全的重要基礎(chǔ)。在氣候變化和人類活動(dòng)的雙重壓力下，生態(tài)系統(tǒng)退化已顯著改變流域水文過(guò)程，削弱了生態(tài)系統(tǒng)的水文服務(wù)功能，對(duì)區(qū)域生態(tài)安全和糧食安全構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。然而，生態(tài)系統(tǒng)格局變化對(duì)WESs的影響機(jī)制仍不清晰，特別是在氣候變化劇烈、人類活動(dòng)頻繁的生態(tài)脆弱區(qū)，這一科學(xué)問(wèn)題亟待深入解析。
東北地理所水文與水資源學(xué)科組研究人員以中國(guó)黑土區(qū)重要的生態(tài)屏障區(qū)—霍林河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，基于物理過(guò)程的分布式水文模型—SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型，構(gòu)建了涵蓋56個(gè)子流域、324個(gè)水文響應(yīng)單元的霍林河流域生態(tài)水文過(guò)程模型，并通過(guò)森林、草地和濕地等多種生態(tài)系統(tǒng)格局情景下（25%、50%、75% 和 100%生態(tài)系統(tǒng)退化和恢復(fù)情景下）的水文過(guò)程模擬，量化了生態(tài)系統(tǒng)退化與保護(hù)對(duì)四種關(guān)鍵WESs（水源涵養(yǎng)、產(chǎn)水、洪水調(diào)蓄和干旱緩解）的影響。
研究發(fā)現(xiàn)，霍林河流域1980-2020年呈現(xiàn)“草地、濕地減少，農(nóng)田、森林增加”的生態(tài)系統(tǒng)變化格局，流域生態(tài)系統(tǒng)年均水涵養(yǎng)量為8.98×10? m3，產(chǎn)水量為21.79×10? m3，56個(gè)子流域平均每年洪水和干旱發(fā)生月數(shù)分別為2.04和2.73個(gè)月。生態(tài)系統(tǒng)退化（森林、草地和濕地減少）會(huì)降低流域水涵養(yǎng)量，提高產(chǎn)水量并增加洪旱頻次；相反，生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)則呈現(xiàn)相反效應(yīng)。其中，當(dāng)森林面積減少50%時(shí)，單位面積水涵養(yǎng)量下降0.0016 mm/km2，洪旱月數(shù)分別增加4.2%與5.7%，即該區(qū)間可能是霍林河流域森林水文調(diào)節(jié)的關(guān)鍵范圍。草原與濕地在面積損失25%左右亦出現(xiàn)功能下降拐點(diǎn)，但幅度小于森林。森林+草原+濕地協(xié)同保護(hù)會(huì)引起流域洪水和干旱發(fā)生月數(shù)分別減少2.8%與6.5%，森林+草原+濕地共同退化則會(huì)導(dǎo)致流域洪水和干旱發(fā)生月數(shù)分別增加17.6%與11.5%。因此，多生態(tài)系統(tǒng)協(xié)同治理是維系區(qū)域生態(tài)安全、水安全和抵御極端旱澇的最優(yōu)路徑。
在此基礎(chǔ)上，提出了上游護(hù)林、中游護(hù)草、下游守濕“空間配置”策略，即上游山地帶維持森林覆蓋率不低于50%，以穩(wěn)定降水?dāng)r截與土壤入滲；中游草原恢復(fù)優(yōu)先度高于濕地，每增加1 km2草原可提升水涵養(yǎng)約0.0002 mm/km2；下游保留現(xiàn)有濕地，并適度開展?jié)竦鼗謴?fù)，可減少旱情加劇的風(fēng)險(xiǎn)。本研究加深了對(duì)流域生態(tài)系統(tǒng)水安全屏障功能的認(rèn)識(shí)，研究結(jié)果為霍林河流域及同類生態(tài)脆弱區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)保護(hù)尤其是水生態(tài)安全屏障建設(shè)提供科學(xué)依據(jù)。
研究成果近期發(fā)表在環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域一區(qū)Top期刊《Ecological Indicators》。由中國(guó)科學(xué)院東北地理所聯(lián)合培養(yǎng)碩士王彪（第一作者）、章光新研究員、吳燕鋒副研究員（通訊作者）和白城市林科院?jiǎn)虈?guó)立研究員、黑龍江大學(xué)戴長(zhǎng)雷教授等共同完成，研究得到了農(nóng)業(yè)部重大項(xiàng)目、吉林省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目（20240101058JC）和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2021YFC3200203）等項(xiàng)目共同資助。
圖1. 流域生態(tài)系統(tǒng)基本水循環(huán)概念圖
圖 2. 流域生態(tài)系統(tǒng)退化情境下水文服務(wù)功能變化。(a)、(b)、(c)、(d)分別表示基準(zhǔn)情景（S0）和不同生態(tài)系統(tǒng)退化情景（SA?、SB?、SC?、SD?）下各子流域的單位面積水源涵養(yǎng)量、單位面積產(chǎn)水量、洪水發(fā)生月數(shù)以及干旱發(fā)生月數(shù)。SA、SB、SC 和 SD 分別代表森林、草地、濕地和綜合生態(tài)系統(tǒng)格局的變化；25%?、50%?、75%?和 100%?分別表示生態(tài)系統(tǒng)面積減少 25%、50%、75% 和 100%。SA25%?表示 25% 的森林退化。
圖 3.流域生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)情境下水文服務(wù)功能變化(a)、(b)、(c)、(d)分別表示基準(zhǔn)情景（S0）和不同生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)情景（SA+、SB+、SC+、SD+）下各子流域的單位面積水源涵養(yǎng)量、單位面積產(chǎn)水量、洪水發(fā)生月數(shù)以及干旱發(fā)生月數(shù)。SA、SB、SC 和 SD 分別代表森林、草地、濕地以及綜合生態(tài)系統(tǒng)；25%+、50%+、75%+ 和 100%+ 分別表示 25%、50%、75% 和 100% 的裸地轉(zhuǎn)化比例。SA25%+ 表示將 25% 的裸地轉(zhuǎn)化為森林。
WangB,Wu YF*,Li ZH,YuYX,Zhang GX,Qiao GL,Dai CL, Sun JX, Zhang QS,Hu BT,2025.On how ecosystem pattern changes can affect water-related ecosystem services,a case study in the Huolin River Basin,China. Ecological Indicators.182 (2026),114528.https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2025.114528
相關(guān)論文信息及鏈接如下：
王彪,吳燕鋒*,章光新,劉雪梅,戴長(zhǎng)雷,姚昊. 流域生態(tài)系統(tǒng)多水文功能性及其對(duì)農(nóng)業(yè)水安全影響綜述[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) (中英文),2025,33(10):1?19. https://www.ecoagri.ac.cn/cn/article/doi/10.12357/cjea.20250145
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