東北地理所在流域生態系統水安全屏障功能定量評估研究方面取得進展
流域生態系統的水文服務功能（Water Related Ecosystem Services,WESs）是維系區域糧食安全和生態安全的重要基礎。在氣候變化和人類活動的雙重壓力下，生態系統退化已顯著改變流域水文過程，削弱了生態系統的水文服務功能，對區域生態安全和糧食安全構成嚴峻挑戰。然而，生態系統格局變化對WESs的影響機制仍不清晰，特別是在氣候變化劇烈、人類活動頻繁的生態脆弱區，這一科學問題亟待深入解析。
東北地理所水文與水資源學科組研究人員以中國黑土區重要的生態屏障區—霍林河流域為研究區，基于物理過程的分布式水文模型—SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型，構建了涵蓋56個子流域、324個水文響應單元的霍林河流域生態水文過程模型，并通過森林、草地和濕地等多種生態系統格局情景下（25%、50%、75% 和 100%生態系統退化和恢復情景下）的水文過程模擬，量化了生態系統退化與保護對四種關鍵WESs（水源涵養、產水、洪水調蓄和干旱緩解）的影響。
研究發現，霍林河流域1980-2020年呈現“草地、濕地減少，農田、森林增加”的生態系統變化格局，流域生態系統年均水涵養量為8.98×10? m3，產水量為21.79×10? m3，56個子流域平均每年洪水和干旱發生月數分別為2.04和2.73個月。生態系統退化（森林、草地和濕地減少）會降低流域水涵養量，提高產水量并增加洪旱頻次；相反，生態系統恢復則呈現相反效應。其中，當森林面積減少50%時，單位面積水涵養量下降0.0016 mm/km2，洪旱月數分別增加4.2%與5.7%，即該區間可能是霍林河流域森林水文調節的關鍵范圍。草原與濕地在面積損失25%左右亦出現功能下降拐點，但幅度小于森林。森林+草原+濕地協同保護會引起流域洪水和干旱發生月數分別減少2.8%與6.5%，森林+草原+濕地共同退化則會導致流域洪水和干旱發生月數分別增加17.6%與11.5%。因此，多生態系統協同治理是維系區域生態安全、水安全和抵御極端旱澇的最優路徑。
在此基礎上，提出了上游護林、中游護草、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%，以穩定降水攔截與土壤入滲；中游草原恢復優先度高于濕地，每增加1 km2草原可提升水涵養約0.0002 mm/km2；下游保留現有濕地，并適度開展濕地恢復，可減少旱情加劇的風險。本研究加深了對流域生態系統水安全屏障功能的認識，研究結果為霍林河流域及同類生態脆弱區的生態系統恢復保護尤其是水生態安全屏障建設提供科學依據。
研究成果近期發表在環境科學與生態學領域一區Top期刊《Ecological Indicators》。由中國科學院東北地理所聯合培養碩士王彪（第一作者）、章光新研究員、吳燕鋒副研究員（通訊作者）和白城市林科院喬國立研究員、黑龍江大學戴長雷教授等共同完成，研究得到了農業部重大項目、吉林省科技發展計劃項目（20240101058JC）和國家重點研發計劃項目（2021YFC3200203）等項目共同資助。
圖1. 流域生態系統基本水循環概念圖
圖 2. 流域生態系統退化情境下水文服務功能變化。(a)、(b)、(c)、(d)分別表示基準情景（S0）和不同生態系統退化情景（SA?、SB?、SC?、SD?）下各子流域的單位面積水源涵養量、單位面積產水量、洪水發生月數以及干旱發生月數。SA、SB、SC 和 SD 分別代表森林、草地、濕地和綜合生態系統格局的變化；25%?、50%?、75%?和 100%?分別表示生態系統面積減少 25%、50%、75% 和 100%。SA25%?表示 25% 的森林退化。
圖 3.流域生態系統恢復情境下水文服務功能變化(a)、(b)、(c)、(d)分別表示基準情景（S0）和不同生態系統保護情景（SA+、SB+、SC+、SD+）下各子流域的單位面積水源涵養量、單位面積產水量、洪水發生月數以及干旱發生月數。SA、SB、SC 和 SD 分別代表森林、草地、濕地以及綜合生態系統；25%+、50%+、75%+ 和 100%+ 分別表示 25%、50%、75% 和 100% 的裸地轉化比例。SA25%+ 表示將 25% 的裸地轉化為森林。
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
相關論文信息及鏈接如下：
王彪,吳燕鋒*,章光新,劉雪梅,戴長雷,姚昊. 流域生態系統多水文功能性及其對農業水安全影響綜述[J]. 中國生態農業學報 (中英文),2025,33(10):1?19. https://www.ecoagri.ac.cn/cn/article/doi/10.12357/cjea.20250145
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