（1.武汉大学水资源与水电工程科学国度中心实践室，430072，武汉；2.武汉大学水和平钻探院，430072，武汉）
摘要：正在“双碳”目的布景下，环球天气变动与碳减排已成为时期的重点议题。碳中和过程涉及陆地-海洋-大气之间以及与流域标准亲密相干的水轮回和碳轮回。行为水文学与生态学的交叉学科，生态水文学为杀青碳达峰、碳中和目的供给了紧要的水科学支持。编造总结和阐发了生态水文学正在植被生态水文、河湖生态水文及流域生态水文等多个分支范围的厉重发展。基于生态水文学的环节科常识题，提出正在“双碳”目的下，生态水文学钻探应聚焦于天然生态编造碳汇身手革新，包含陆地生态编造与天气互相影响、农业化与都邑化的“双碳”挑衅、河道水库群修筑及其运转的“双碳”议题，以及面向轮回经济的生态水文处分计划与基于天然的处分计划的维系。为进一步饱舞生态水文学交叉学科的开展，发起增强河道强壮和轮回经济对象的生态水文钻探，修筑统一天然生态编造和轮回经济的都邑与区域开展形式。末了，维系生态水文学学科开展策略与实际需求，预计了其异日钻探对象与中心。
环球变动与碳减排是当今寰宇面对的两大环节议题，影响深远且庞杂。环球变动不只涉及天气变动，还涵盖土地运用和植被变动（LUCC）等多方面的情况变动。据撮合国当局间天气变动特意委员会（IPCC）的系列评估申报，环球天气变动闪现出空前未有的通俗性、迅疾性和增强性，这不只响应了天然身分的影响，更凸显了人工营谋，尤其是二氧化碳排放的明显影响。化石燃料操纵和土地运用已成为厉重碳源，离别功绩了86%和14%的碳排放；而大气、陆地和海洋则接受了碳汇的厉重效用，罗致比例离别为46%、31%和23%。
正在此布景下，中国提出了2030年前杀青碳达峰、2060年前杀青碳中和的“双碳”目的。这一目的不只是对环球天气统治的踊跃回应，也为环球情况可陆续开展供给了中国计划。碳中和的杀青历程高度依赖于天然历程和人工致力的协同影响，包含通过天然生态编造的固碳影响（如丛林蓄积量和泥土有机碳添补）以及工程身手（如碳捕集与封存）杀青净零排放。然而，碳中和不只涉及简单碳轮回历程，还贯穿于陆地、海洋和大气之间庞杂而互相影响的水轮回和碳轮回题目中。
水轮回行为相闭地球多圈层的环节纽带，其历程和形式深受天气变动的影响。正在环球变动的驱动下，陆地、海洋和大气间的水轮回产生了明显的变动与变异，由此激励的水和平题目已成为眼前国表里闭心的前沿范围。这些变动对生态编造、经济社会开展以及人类活命情况的可陆续性提出了壮大挑衅。正在此布景下，生态水文学行为生态学与水文学交叉的归纳学科，不只为揭示水轮回与碳轮回之间的互相影响供给了科学根据，也为杀青“双碳”目的供给了革新性的身手道途与推行计划。
本文旨正在通过认识生态水文学正在“双碳”布景下的钻探近况与开展对象，总结生态水文学正在植被、河湖、流域平分支范围的最新发展，商讨其正在天然碳汇身手革新、天气-生态互相影响机造及轮回经济修筑中的运用潜力，为饱舞生态水文学进一步开展、杀青“双碳”目的下的河湖及陆地生态回护供给表面援帮与推行参考。
生态水文学是水文学与生态学交叉的一门学科，其学术内在是物色与揭示变成生态形式和历程的水文学机造，目的是钻探水轮回历程与陆地生态编造布局和效用之间的互相影响闭连，并为水资源执掌和生态编造回护供给表面根据、要领和途径。
撮合国教科文构造国际水文安置（UNESCO-IHP）特意设立了面向环球水与生态题目标国际生态水文学安置（Ecohydrology Programme）。生态水文学被界说为一门钻探水文学与生物群落及差别标准生态编造之间互相影响的交叉性学科。生态水文学基于天然历程，戮力于研发执掌和处分题目标东西与途径，以巩固广义景观的生态办事效用与价钱，包含海岸、都邑和乡村等多品种型的生态情况相闭的流域、区域和环球编造的可陆续性。
跟着生态水文学表面和要领的不停开展与完好，其运用范围日益拓展，渐渐变成了多个拥有明晰特质的钻探分支。这些实质涵盖了流域生态水文历程模仿、生态需水评估、河道湿地回护与规复、水资源执掌中的生态策划与执掌优化等多个方面，戮力于处分特定的或编造性的生态与水文互馈题目以及互相影响与后果评判等，为应对环球天气变动、水资源欠缺和生态编造退化等挑衅供给了紧要的表面支持和推行指引。
陆地生态水文学的厉重分支包含丛林和植被生态水文、河湖生态水文、流域和区域生态水文、湿地生态水文、滨海生态水文、都邑和乡村生态水文等。以植被生态水文、河湖生态水文、流域生态水文为例举办整个阐明。
植被生态水文钻探“大气-植被-泥土（SPAC）”编造中的水分转化与调控机造，涵盖降水补给、植物蒸腾耗水、泥土蒸发耗水等历程。重点题目包含蒸分散与作物产量的非线性闭连、植被对区域水分平均的调理影响等。刘昌明等提出的“四水转化”“五水转化”表面，为会意一维垂向水与植被的生态水文历程互相相闭与影响供给了编造框架，特别夸大了大气水、地表水、泥土水、地下水和植被水之间的动态耦合机造。
河湖生态编造是与人类寓居情况闭连最为亲密的载体，河湖水文历程是维系生态编造的环节。河湖水文历程包含非生物历程（如浸积、输送和再悬浮，水下光情况，水化学性格，温度分层等）和生物历程（如湿地植物、藻类、底栖植物、两栖类动物、鱼类、水鸟等的生物历程）。流域水轮回相闭的“水-土-气-生”以及“人-地”闭连是相干联的，水轮回与河湖、流域的生境及生态编造有千丝万缕的相闭。比方，鱼类等水生生物的繁衍对水面宽度、水深、水体流速等河湖水文历程有特定需求，相应的，恐怕会与防洪工程蓄泄、灌溉、供水等需求形成冲突。陈求稳和夏军对满意淮河道域干支流差别河道指示性鱼类和河道生态需水目的的生态水文历程举办了认识和估算，为淮河生态回护的生态需水历程供给了编造的领悟和根据。
近年，正在中国科学院援帮下，笔者团队研发了长江模仿器，并开荒了长江模仿器耦合的“江-湖闭连”互动模仿与“生态调控”新身手。重点结果如下：
①研发了与长江模仿器耦合的三峡水库水流-泥沙-水质-水生态耦合模子，可认识差别调理办法下长江畔流水文形势变动和三峡水库调蓄对水沙的影响。
②研发了与长江模仿器耦合的三峡调控相闭的湖泊水动力水质模子和湖泊水文连通性评估模子，可认识三峡工程运转后鄱阳湖、洞庭湖两湖面积变动特色，识别天气变动及人类营谋（包含三峡工程运转）对两湖湖泊面积、季候性洲滩面积变动的影响。
③研发了长江模仿器耦合的鄱阳湖鸟类栖息地评估模子，揭示了旗舰物种之一——雁类的栖息地水文特色，为精准推行鸟类栖息地回护供给了科学根据。
④研发了长江模仿器耦合的长江岸线变动及生态调控新身手，监测和识别长江岸线年）的演变特色；认识了长江中游河漫滩变动与江豚种群动态变动的直接闭连，浮现2006—2012年长江中游河漫滩的萎缩最多；设立筑设和揭示长江畔流旗舰物种——江豚的能流食品网生态水文模子和变动机理；通过长江模仿器耦合三峡水库调理等举措，提出了长江岸线河漫滩生态修复对策发起。
流域生态水文以揭示生态编造内多因素的互动机理为重点，钻探水文历程与植被、泥土、生物多样性等的耦合闭连。程国栋等以黑河道域为样板案例，通过钻探上游冰冻圈与丛林、中游农田、下游荒原之间的相干，揭示了水文历程对区域生态编造的编造性影响，为西部内陆流域的生态水文钻探供给了树模。由此例可见，生态水文学通过整合多学科常识，可为处分生态回护与水资源运用的冲突供给革新道途。
正在“双碳”目的布景下，生态水文学的钻探结果可认为碳汇优化、流域执掌和生态规复等范围供给科学根据，饱舞天然资源的可陆续运用，但也仍需物色和处分几个环节题目：一是变动情况下水轮回与碳轮回互联的陆地生态编造碳源与碳汇变动历程与机理；二是奈何通过科学执掌及工程与非工程举措，抵达陆地生态编造保育、回护与修筑的“双碳”目的。科学根源是操纵水与生态的闭连，生态水文学的钻探、开展与运用非凡紧要。
生态水文学的重点之一是揭示“陆地生态编造-天气”互相影响闭连。然而，正在天气变动加剧的布景下，陆地生态编造碳汇效用的动态演化顺序尚未被一律会意。一方面，植被通过碳固定和蒸散影响等相应天气变动；另一方面，植被和泥土通过碳轮回对天气编造形成反应。比方，朴世龙等的钻探声明，陆地生态编造正在温室气体平均中拥有双向互馈影响。
眼前的挑衅正在于奈何量化差别生态编造（如丛林、草原、湿地）的碳汇潜力，明了植被、泥土与天气因子的耦合影响机理。同时，必要针对异常天气事宜（如干旱、洪水）对陆地生态编造碳汇效用的影响发展深刻钻探。这些钻探将为应对环球天气变动和优化生态编造执掌供给紧要科学根据。
农业化和都邑化迅疾开展带来了碳源与碳汇的庞杂动态变动。都邑区域的二氧化碳排放约占环球总量的75%～80%，厉重源泉包含交通运输、工业坐蓐、筑立能耗、农业营谋和烧毁物惩罚等。然而，都邑编造内的碳轮回道途庞杂多样，既存正在高密度的碳排放，也恐怕通过植被绿地和都邑湿地阐述碳汇效用。
农业化的厉重挑衅则正在于奈何平均农业坐蓐的碳排放与碳汇影响。一方面，农业营谋添补了泥土碳亏损和温室气体排放；另一方面，合理执掌农业烧毁物和农田泥土可巩固其碳汇技能。因而，必要开展精美化的碳排放监测与执掌体例，维系区域特性优化都邑和农业碳中和计谋。这是杀青“双碳”目的的紧要推行道途。
水库的碳源碳汇效用钻探是生态水文学的紧要挑衅之一。正在全人命周期内，水库对碳轮回形成“消亡—阻隔—重筑—消纳”四大效应。比方，大型水库正在短期内恐怕成为碳源，但长远运转下具备转化为碳汇的潜力。
李哲团队的钻探浮现，大型水库的碳汇效用受水位颠簸、入库流量、水温和水质等环节身分影响。省略水位颠簸频率和优化调理计谋，是省略温室气体（如CO₂和CH₄等）排放的有用举措。异日必要进一步开展基于生态编造执掌的增汇身手，同时评估大型水库的“净碳汇”技能和经济效益。通过跨学科钻探和身手集成，希望为流域碳中和目的供给科学援帮和推行道途。
基于天然处分计划（Nature-based Solutions，NbS）的生态水文道途为杀青碳中和目的供给了新的机会，但其推行面对多重挑衅。比方，湿地规复、植被修复和生态编造效用巩固必要正在庞杂的天然情况和经济社会布景下平均生态效益与本钱加入。同时，奈何整合生态水文学模子与轮回经济理念，开展符合性强的生态工程计划，仍是身手革新的紧要对象。
另表，增强生态编造碳汇效用的监测与评估技能，修建区域性、国度级的碳汇工程推行框架，必要策略援帮和多学科合作。这些举措将为从生态回护到碳中和目的的杀青供给全盘保护。
强壮的河道应依旧天然的水文连通性和生态动态平均，其生态水文钻探必要从以下几个方面入手：偏重流域情况回护与生态统治并重的编造性计谋；加强河道及水库碳轮回与氮轮回历程的定量化钻探，中心操纵和减缓水库温室气体（如CO₂、CH₄、N₂O等）排放；通过优化水资源调理和生态修复举措，维持流域内物种多样性和生态办事效用。同时，应维系天气变动符合性钻探，巩固流域生态编造的韧性与应对技能，从而杀青河道强壮与流域可陆续开展的双赢。
水轮回运用与生态轮回经济亲密相干，其重点是通过优化资源运用恶果，推动能源、物质和生态办事的闭环轮回。正在工业、农业和生涯用水范围，需物色高效水轮转身手，饱舞以升高水的坐蓐率（Water Productivity）为目的的节水策略与废水资源化运用。同时，看新生物经济轮回钻探，包含代谢养分物质的再运用、微生物对泥土效用的调控等历程的耦合钻探。另表，面向轮回经济的生态水文学钻探应夸大节能减排，通过开荒和运用进步身手，以最幼的能源和资源消费杀青最大的经济和生态效益。发起维系流域执掌与生态修复，增强对水资源轮回运用形式、环节身手及其对区域生态经济编造功绩的归纳评估，进一步饱舞基于天然处分计划的新型生态轮回经济推行。
正在异日都邑和区域生态编造修筑中，要进一步饱舞统一天然生态编造处分计划和轮回经济的推行。比方，可通过晋升都邑与乡村河道的自净技能，低浸水体污染负荷；通俗运用生物身手惩罚污染排放中的残留养分物质，从泉源省略情况压力；充实运用湖泊的调蓄效用，缓解都邑内涝题目；正在环节流域修筑氮、磷污染缓冲地带，有用阻隔面源污染对水体的影响。另表，应踊跃添补都邑绿地面积与透水地面掩盖比例，以晋升雨水浸透与都邑微天气调理效用，推动生态可陆续开展。
近年来，基于对都邑水轮回编造的深远领悟，笔者提出了都邑水轮回编造5.0版本，其重点是设立筑设多标准水轮回相闭的都邑水编造科学体例。发起进一步深化这一体例，缠绕“双碳”目的，编造发展都邑水轮回及其水碳耦合与碳中和的钻探。中心应闭心差别水轮回历程的碳排放与罗致机理，量化水编造对都邑碳中和的功绩率，并物色正在水轮回执掌中杀青碳减排的革新途径。这不只是都邑可陆续开展的紧要实质，也是应对环球天气变动的一项强大挑衅。
生态水文学这一学科正正在开展，其开展策略与目的是饱舞我国地学范围生态水文学科学根源与学科策略钻探，饱舞国度生态文雅修筑的策略开展，办事于国度生态文雅修筑的强大需求。
当宿世态水文学的闭心实质：一是生态水文监测与机理钻探对象，包含生态水文监测与评估、生态水文环节因素形式及其演变特色、生态水文历程驱动机造的标准不同、环节带生态历程对水资源运用的对象；二是生态水文历程定量化模子对象，包含陆面生态水文历程模子、河道湖泊生态水文历程模子、生态水文模子及编造归纳；三是多学科交融下的生态水文学钻探运用对象，包含生态-水文-经济的集成决定编造钻探、天气变动/人类营谋对生态水文历程的影响、生态水文效用评估和调控。
预计生态水文学的异日开展对象：一是生态水文归纳检测身手与要领，编造归纳观测；二是生态水文学根源表面，多标准统一机理、范式与模子；三是陆域和河湖生态水文历程归纳钻探；四是生态水文与社会学、“双碳”目的撮合钻探；五是环球生态水文学归纳性钻探。
①环球变动与碳减排既是国际科学钻探的前沿热门，也是满意国度“双碳”策略目的的紧要需求。水轮回是地球多圈层间的纽带，水-碳耦合历程正在揭示陆地生态编造碳源与碳汇的动态变动及其驱动机造方面拥有紧要的科学道理，是拟定碳减排与碳增汇对策的紧要表面根源。
②生态水文学行为一门交叉学科，通过整合生态学与水文学的表面与要领，为揭示水轮回与陆地生态编造的互相影响供给了新的科学视角。其运用限度涵盖丛林、植被、河湖、湿地、滨海区域、都邑与农业生态编造以及流域标准的碳减排评估与工程举措钻探。然而，生态水文学尚处于开展阶段，其学科体例仍需进一步完好，表面与要领的革新将是异日开展的环节对象。
③生态水文学的钻探应进一步纳入流域编造与地球编造科学的框架中，以流域行为重点钻探单位，全盘认识其水文、生态及天气互相影响的庞杂性。异日的开展对象应密切缠绕“双碳”策略目的，以数字化生态身手为驱动，饱动水利工程与生态水文学的深度统一，修建“灵敏生态水利”的表面与推行体例，进一步完好流域减碳增汇举措与身手，增强情况伦理相干钻探，帮力国度生态文雅修筑目的的杀青。
