■本報見習(xi) 記者 韓揚眉

森林，最具價(jia) 值的生態服務之一就是通過複雜的森林水文過程存儲(chu) 、釋放和淨化水，“無償(chang) ”為(wei) 人類提供穩定的清潔水源。關(guan) 於(yu) 林水關(guan) 係，主流觀點認為(wei) ，“森林增加會(hui) 引起徑流減少，森林減少則造成徑流增加”。但在電子科技大學資源與(yu) 環境學院教授張明芳看來，二者關(guan) 係遠非這麽(me) 簡單。

近日，受《科學》雜誌邀請，張明芳與(yu) 加拿大英屬哥倫(lun) 比亞(ya) 大學流域生態首席教授魏曉華聯合發表觀點性文章。他們(men) 提出，要全麵、係統、客觀地評估森林變化對水生態服務的影響，製定適應性森林經營措施，權衡協同多項水生態服務，這對變化環境下的全球流域森林和水資源適應性管理具有重要指導意義(yi) 。相關(guan) 成果發表於(yu) 《科學》。

複雜的林水關(guan) 係

全球森林正在麵臨(lin) 巨大變化。

根據聯合國糧農(nong) 組織全球森林資源評估報告，全球森林麵積自1990年以來總體(ti) 呈下降趨勢。近年來，在巴西亞(ya) 馬孫、澳大利亞(ya) 、美國西部等地發生的大規模災難性森林火災，以及北美西部地區大範圍森林天牛蟲害，對區域森林生態係統造成了極大破壞。而在中國，受益於(yu) 持續的人工造林和天然林保護工程，2015年全國森林麵積較1990年增加了32.5%，中國成為(wei) 全球森林資源增加的主要貢獻國。

“鑒於(yu) 森林生態係統在整個(ge) 水循環中的重要作用，大規模的森林變化對其水資源供給服務的潛在影響引起了廣泛擔憂和爭(zheng) 論。”論文第一作者兼通訊作者張明芳告訴《中國科學報》。

事實上，森林變化與(yu) 水的關(guan) 係一直是森林水文學領域的焦點問題。不同尺度流域森林變化可能造成的水文影響及其機製，仍存在諸多爭(zheng) 議。因此，全麵係統揭示這一問題，統一對林水關(guan) 係一致性和複雜性的認識，指出未來森林水文研究方向和藍圖，對於(yu) 森林水文學發展，以及變化環境下的資源適應性管理十分必要。

魏曉華表示，過去研究表明，森林與(yu) 水的關(guan) 係的確存在一致性，但主要集中在較長時間尺度的年徑流量以及小流域尺度。同時，絕大多數配對流域實驗研究表明，采伐森林會(hui) 增加年徑流量，在荒地上造林會(hui) 減少年徑流量。而在較短時間內(nei) 的洪峰徑流與(yu) 枯水流量對森林變化的響應，則呈現較大的複雜性和難預估性。

“配對流域實驗是定量森林變化水文響應的經典方法。”張明芳說，但該方法僅(jin) 適用於(yu) 小流域，且無法有效評估森林、氣候、水和流域特點之間的相互作用和反饋機製。此外，即便近年來大流域研究發展出多種手段，但其僅(jin) 能評價(jia) 森林和氣候對水文的獨立影響，不能對二者交互影響和反饋機製進行研究。

張明芳表示，從(cong) 生態係統觀點看，森林不僅(jin) 影響水文，也通過改變水文情勢影響水生生態係統結構和功能。

2015年，其團隊曾對加拿大內(nei) 陸貝克溪和柳樹河兩(liang) 大流域進行了研究，係統評估了森林變化對徑流情勢的影響。結果表明，森林幹擾顯著改變了兩(liang) 大流域的徑流情勢。徑流情勢的改變一方麵加劇流域洪水風險，威脅下遊城市公共安全；另一方麵對水生生物的生境和水生生態係統功能產(chan) 生潛在負麵影響，甚至造成重大生態災難。

“林水關(guan) 係研究和管理中要注重水文功能整體(ti) 性和係統性，徑流的五大特征參數（徑流量、出現時間、持續時間、頻率、變異率）表征了水文功能的整體(ti) 性，同時也對水生生態係統功能起決(jue) 定性作用。”張明芳說。

為(wei) 評估設計係統框架

基於(yu) 包括上述研究在內(nei) 的一係列研究成果，在該文章中，張明芳全麵分析了不同尺度流域森林變化對年徑流、枯水徑流及其時空變異性的影響因素，提出了未來研究森林—水複雜關(guan) 係的係統框架設計。

按照係統框架設計，在未來森林水文研究中，應選取徑流的五大特征參數表征水文功能的整體(ti) 性；在確定林水關(guan) 係影響因素時，充分考慮氣候、流域特點、森林以及三者的交互和反饋作用；在流域水文過程方麵，結合地表水和地下水過程進行關(guan) 鍵帶水流路徑、流域儲(chu) 水和持水的研究。

在研究手段方麵，融合傳(chuan) 統定位觀測、同位素示蹤、智能遙測、模型模擬等多種技術手段；在研究尺度方麵，基於(yu) 長期地麵觀測和遙感監測數據，采用機器學習(xi) 、氣候—生態—水文耦合模型等方法，深入探究大空間尺度上的森林、氣候與(yu) 水的作用與(yu) 反饋機製。

“未來的流域管理也應遵循上述係統性框架設計。例如評估森林水生態服務與(yu) 其他生態係統服務的權衡和協同效用時，應考慮多個(ge) 代表性水文變量表征森林水生態服務的整體(ti) 效應。”張明芳說。

強化適應性管理

魏曉華指出，研究森林與(yu) 水的關(guan) 係對造林或采伐規劃、流域水資源管理、河流生物多樣性及生境保護等，都有十分重要的意義(yi) 。

研究人員坦承，研究中關(guan) 注的水文變量多為(wei) 年徑流量、洪峰流量、枯水流量等變量，對徑流情勢的完整性，包括徑流量、頻率、變異率、出現時間、持續時間則研究不足。而徑流的這些特征參數共同決(jue) 定了徑流情勢、水生生態係統功能以及水資源供給等生態服務。

“有限的水文變量不足以反映森林水文整體(ti) 功能。”張明芳說。過去評估中通常隻考慮有限的水文變量，例如年徑流量，這種做法可能造成對水文整體(ti) 功能改變的低估或誤判。未來要提高流域管理工具設計的係統性，並考慮整體(ti) 效應。

她表示，“下一步，我們(men) 依托電子科技大學在電子信息技術方麵的學科優(you) 勢，開展森林生態水文大數據挖掘、分析與(yu) 建模，深入探究多個(ge) 空間尺度上的氣候和流域特征對林水關(guan) 係的作用與(yu) 反饋機製。同時，開發設計森林生態水文智能遙測網絡與(yu) 硬件設備，提高觀測數據采集效率，降低長期、大範圍觀測研究成本。”

相關(guan) 論文信息：

https://doi.org/10.1126/science.abe7821

https://doi.org/10.1002/eco.1687