黃新會，李小英，穆興民，袁 華，梁啟斌，姚 平，于?？?/p>

自2010年以來，中國西南地區(qū)頻發(fā)的季節(jié)性旱災，不僅給災區(qū)社會經(jīng)濟和群眾生活造成嚴重影響，而且留給人們無盡的思考與啟發(fā)，已成為學術界廣泛關注和不懈探索的重大科學命題［1－2］。尤其是2010年在云南、貴州、廣西、重慶、四川5?。▍^(qū)、市）發(fā)生的歷史罕見，跨季節(jié)，持續(xù)性特大旱災震撼華夏，驚動世界。在旱災發(fā)生、發(fā)展期間，乃至旱災結束以后，針對旱災成因的討論和爭議從未間斷，其中，關于旱災是“天災”還是“人禍”的爭論尤為激烈。在“人禍”論中，有學者指出：桉樹（Eucalyptus spp.）、橡膠樹（Hevea spp.）的種植是導致旱災的“罪魁禍首”［3－4］。實際上，此前已有學者［5－8］認識到桉樹、橡膠樹種植對生態(tài)環(huán)境的一些不良影響，也早有桉樹、橡膠樹是“抽水機”等觀點盛傳。然而，這些觀點更多的是一些專家、學者的感性認識或個人見解，尚且缺乏實驗驗證和統(tǒng)計數(shù)據(jù)的廣泛支持［9］。分析桉樹和橡膠樹，二者均為速生性經(jīng)濟樹種，都具有水分需求量大的生物學特點。因此，人們迫切需要回答這樣一個科學問題：具有高耗水特性的桉樹、橡膠樹，其在種植區(qū)的水分適宜性如何，進一步講，其人工林的生態(tài)需水是否適應于區(qū)域降水條件（或能否打破區(qū)域生態(tài)用水的供需平衡）進而導致區(qū)域旱災。換言之，區(qū)域降水條件是否滿足桉樹、橡膠人工林的生態(tài)需水（或能否維持區(qū)域水分收支平衡）從而規(guī)避旱災。鑒于近年中國西南地區(qū)頻發(fā)的季節(jié)性旱災中蘊藏的重要科學問題，并結合該地區(qū)生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略考量與科技需求，本文主要探討該區(qū)域植被水分適宜性，重點分析其研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢，并提出研究建議與主攻方向，以期為未來的植被水分適宜性研究提供指導。

植被水分適宜性研究是以植被生態(tài)需水為基礎評價植被生長環(huán)境的主要手段。植被生態(tài)需水為自然界或人工生態(tài)系統(tǒng)的重要需水類型，指為維持植被正常生長或維持植被生態(tài)系統(tǒng)健康所需要的水量［10］，是水分適宜性研究的前提和基礎，也是生態(tài)需水研究的重要內(nèi)容。

1 植被（植物）水分適宜性研究概述

水分適宜性是從環(huán)境適宜性或氣候適宜性［11］研究中衍生出來的一個專業(yè)名詞。其主要表征植被（植物）對環(huán)境水分條件的適宜程度，同時也反映環(huán)境水分條件對植被（植物）生態(tài)需水的滿足程度［12］。在國內(nèi)，水分適宜性研究可追溯到20世紀80年代我國旱作區(qū)作物的水分利用研究和生長環(huán)境評價。粗略估計，我國對植被（植物）的水分適宜性研究已有大約30a的發(fā)展歷程。這期間，我國學者針對旱作區(qū)作物的水分適宜性開展了一些研究。如姚小英等［12］、楊小利等［13］分別指出隴東地區(qū)種植玉米、蘋果的水分條件比較優(yōu)越，年均水分適宜度均在0.5以上；蒲金涌等［14］的研究顯示，1971—2008年甘肅省河東地區(qū)夏秋作物水分適宜度均較低；楊東等［15］研究發(fā)現(xiàn)，在隴南地區(qū)不適宜種植棉花，適宜種植大豆、玉米、小麥，但種植小麥需在其生長中后期進行適量的人工灌溉補水等［16－19］?？墒牵祟愌芯砍晒⒉欢嘁?。檢索結果表明，自1990年至今，國內(nèi)專業(yè)學術刊物發(fā)表的以水分適宜性（包括水分適應性）為主題的研究論文不足50篇，國外針對水分適宜性（包括水分適應性）的研究論文更為罕見。因此，從整體發(fā)展看，水分適宜性研究一直處于“徘徊”狀態(tài)，其仍然屬于植物水分利用和抗旱生理研究的一個方向，而沒有發(fā)展成為一個獨立研究領域。進一步分析現(xiàn)有的研究成果發(fā)現(xiàn)，目前水分適宜性研究的對象、范圍、方法等均比較單一。以國內(nèi)為例，水分適宜性研究目前僅涉及甘肅、陜西、寧夏、山西等地區(qū)的主栽作物（如小麥、玉米 ）［12，14－15］及 少 數(shù) 經(jīng) 濟 林 物 種 （如 蘋 果、杏、桃）［13，16－17］等，研究方 法局限于模型計算，即根據(jù)大氣降水量和植物生理需水量的大小關系選擇相應的數(shù)學公式計 算 水 分 適 宜 度［12－14，16－17］或 采 用 模 糊 數(shù) 學方法構建水分適宜度隸屬函數(shù)進而計算函數(shù)值［15，18－19］（表1）。表明近30a世界范圍內(nèi)植被（植物）水分適宜性研究之發(fā)展極其緩慢。在多發(fā)季節(jié)性干旱的中國西南地區(qū)，植被（植物）水分適宜性研究基本是一片空白。然而，基于人工植被構建的區(qū)域生態(tài)恢復與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展對相應科學技術的需求力度卻在逐年增加。無疑，植被（植物）水分適宜性研究徘徊不前的發(fā)展現(xiàn)狀已成為影響區(qū)域植被建設與生態(tài)恢復的重大障礙。加強植被（植物）水分適宜性研究的廣度和深度并推動其向縱深發(fā)展已迫在眉睫。

2 植被生態(tài)需水研究的理論、方法與實踐

生態(tài)需水研究源自20世紀40年代美國為維持河道內(nèi)魚類生存而開展的河道基流（base flow）研究，之后發(fā)展到河岸帶生態(tài)需水研究，直到現(xiàn)在開展的流域、區(qū)域尺度上的生態(tài)需水研究。我國生態(tài)需水研究始于20世紀90年代西北干旱區(qū)生態(tài)恢復與重建研究。近年，隨著理論研究和實踐應用的發(fā)展，生態(tài)需水研究已分化出側(cè)重于生態(tài)學、環(huán)境學、水文學的3個研究方向；同時，伴隨流域、區(qū)域生態(tài)需水研究的快速發(fā)展，植被生態(tài)需水研究也獲得較大發(fā)展。以國內(nèi)為例，近年植被生態(tài)需水研究的主要進展有4個方面。

（1）基本厘清了生態(tài)需水的相關概念及其相互關系。如鄭紅星等［20］科學界定了生態(tài)需水、生態(tài)儲水、生態(tài)用水、生態(tài)缺水、生態(tài)耗水、生態(tài)退水等基本概念（表2），并提出兩個基本關系式，分別為：

生態(tài)缺水＝生態(tài)需水－生態(tài)儲水－生態(tài)用水

生態(tài)退水＝△生態(tài)儲水＋生態(tài)用水－生態(tài)耗水

表2 生態(tài)需水相關概念釋義

（2）初步建立了相對統(tǒng)一的生態(tài)需水分類體系。經(jīng)過多年探索，并在區(qū)分生態(tài)需水與環(huán)境需水［21］的基礎上，我國已初步建立起相對統(tǒng)一的生態(tài)需水分類體系。如依據(jù)需水的地理位置劃分出河道內(nèi)生態(tài)需水和河道外生態(tài)需水［22］，依據(jù)需水的實際來源劃分出降水性生態(tài)需水和徑流性生態(tài)需水［23］。這些分類體系已被普遍接受和應用。

（3）完善和發(fā)展了生態(tài)需水的基本理論和計算方法。根據(jù)胡廣錄等［24］、胡廣錄和趙文智［25］對諸多研究成果的綜合分析，植被生態(tài)需水的基本理論有生態(tài)適宜性理論、系統(tǒng)閾值理論、水文循環(huán)和水量平衡理論、農(nóng)業(yè)氣象學理論，植被生態(tài)需水的計算方法有面積定額法（直接計算法）、潛水蒸發(fā)法（間接計算法）、基于植物蒸散發(fā)量的計算法、水量平衡法、基于生物量的計算法、基于遙感技術的計算法。這些理論和方法已在生態(tài)需水研究中得到廣泛應用。

（4）廣泛開展了典型區(qū)域植被生態(tài)需水的個案研究。如先后計算了額濟納荒漠綠洲植被［26］、晉西黃土丘陵區(qū)植被［27］、石河子墾區(qū)植被［28］、大渡河流域作物［29］、典型 喀 斯 特 區(qū) 林 地［30］的 生 態(tài) 需 水，等 等［31－33］。事實上，近年植被生態(tài)需水研究已遍及湖泊（濕地）、河口（三角洲）、綠洲、灌區(qū)（墾區(qū)）、丘陵（溝壑、河谷、沙漠、盆地、平原、高原）、島嶼、城市、流域（區(qū)域）等各類生態(tài)系統(tǒng)（表3）并跨越不同研究尺度，表明植被生態(tài)需水研究廣度和深度都較以前有很大提升。不過，目前植被生態(tài)需水研究尚局限于干旱、半干旱區(qū)植被，而對其它氣候區(qū)植被生態(tài)需水的研究顯著偏少。如針對中國西南地區(qū)，目前僅見到對大渡河流域作物［29］和喀斯特區(qū)林地［30］的生態(tài)需水研究。這種研究狀況不利于區(qū)域植被建設和生態(tài)恢復以及水資源人工調(diào)控。在水資源供需矛盾日益加劇的未來，盡快打破植被生態(tài)需水研究的地區(qū)不平衡性已顯得刻不容緩。

國外生態(tài)需水研究也在多方面取得進展，因篇幅限制，這里不再贅述。

表3 中國大陸境內(nèi)區(qū)域植被生態(tài)需水研究典型案例

3 區(qū)域植被類型與區(qū)域干旱的關系研究

根據(jù)氣侯學和植物地理學的基本原理，一個地區(qū)的氣候條件在很大程度上決定著該區(qū)域擁有何種植被類型；反過來，不同植被類型也對區(qū)域氣候環(huán)境產(chǎn)生一定的反饋調(diào)節(jié)作用。然而，區(qū)域氣候條件和區(qū)域植被狀況都不可避免地受人類活動（如土地利用）的高度影響［34－35］。據(jù)此，不難看出區(qū)域植被類型與區(qū)域干旱之間的復雜關系。實際上，區(qū)域植被類型與區(qū)域干旱的關系是一項跨區(qū)域、跨學科的研究命題。目前，在區(qū)域生態(tài)學、全球生態(tài)學領域產(chǎn)出了一些有關人類活動與氣候變化關系的研究成果，但在植被生態(tài)學、水文與水資源領域鮮有區(qū)域植被類型與區(qū)域干旱關系的研究報道。所幸，多年以來國內(nèi)外對植被蒸騰耗水特性及其生態(tài)水文效應的研究在穩(wěn)定推進和持續(xù)發(fā)展。如對干旱、半干旱區(qū)植被蒸騰耗水的研究已由單一物種蒸騰速率（強度）的簡單測定發(fā)展到對其環(huán)境影響因素的分析［36］，以及大尺度研究方法（如尺度轉(zhuǎn)換、模型計算）［37－38］的開發(fā)，人工調(diào)控技術手段（如地表覆沙）［39］的應用等綜合研究，實驗物種已涉及區(qū)域特有生態(tài)恢復物種［40］、景觀綠化物種［41］、經(jīng)濟作物［42］等，研究尺度也由個體延伸至生態(tài)系統(tǒng)（如林分）。植被的生態(tài)水文效應如植被對降雨的截留作用［43－44］、對地表徑流和土壤侵蝕的削減作用［45－46］，對土壤水分的保蓄作用［47－48］，對受損環(huán)境的修復與改良作用［49－50］，對微環(huán)境氣候的調(diào)節(jié)作用［51－52］等已被廣泛研究和不斷認知。這些基礎研究已為日后探索區(qū)域植被類型與區(qū)域干旱的關系創(chuàng)造了一定的研究條件，將有助于該領域的科學研究在未來取得重要突破。

上述分析表明，近年植被水分適宜性研究既取得一定進展，如植被生態(tài)需水基礎理論比較完善、計算方法較為多樣；當然，也遺留不少問題，如植被生態(tài)需水研究存在區(qū)域不均衡性，以植被生態(tài)需水計算為基礎的植被水分適宜性研究進展緩慢和成果缺乏，區(qū)域植被類型與區(qū)域干旱的關系研究面臨跨區(qū)域、跨學科聯(lián)合攻關的挑戰(zhàn)。

4 結論

基于中國西南地區(qū)植被水分適宜性研究嚴重滯后的現(xiàn)狀和亟待加強該領域研究工作的迫切需求，同時考慮到該地區(qū)多發(fā)的季節(jié)性旱災以及社會各界對桉樹林、橡膠林等人工植被生態(tài)環(huán)境效益的質(zhì)疑和爭議，建議日后從多學科交叉的角度、應用生態(tài)需水基本理論與計算方法對云南省典型植被的水分適宜性及其生態(tài)需水與區(qū)域干旱的關系開展專項研究。該研究有望揭示云南省典型植被的水分適宜性及其生態(tài)需水與區(qū)域干旱的關聯(lián)程度，對于區(qū)域旱災成因的科學認知、水資源的科學配置以及植被恢復與重建等具有深遠指導意義。其主攻方向和重點研究內(nèi)容為：（1）區(qū)域典型植被的生態(tài)需水及其歷史演變。借助不同歷史年代（如1960年以來的各個年代）或不同歷史年份（如1960年以來的各個年份）各個研究區(qū)的歷史氣象資料，并結合某一時期（如1960年）以來云南省典型植被類型的歷史演變與分布格局的研究成果，采取目前比較認可的植被生態(tài)需水計算方法，如聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）推薦的作物系數(shù)法，研究掌握不同歷史年代（年份）區(qū)域典型植被的生態(tài)需水及其歷史演變規(guī)律。（2）區(qū)域典型植被水分適宜性及其歷史演變。在確定不同歷史年代（如1960年以來的各個年代）或不同歷史年份（如1960年以來的各個年份）各個研究區(qū)典型植被的生態(tài)需水量并掌握相應歷史年代（年份）區(qū)域降水量的基礎上，構建基于植被生態(tài)需水量和大氣降水量的區(qū)域典型植被水分適宜度計算模型，研究確定不同歷史年代（年份）區(qū)域典型植被的水分適宜性及其歷史演變規(guī)律。（3）區(qū)域典型植被水分適宜性與區(qū)域干旱的關系。假定區(qū)域典型植被水分適宜性以及區(qū)域降水量、大氣溫度、水汽蒸發(fā)量等共同影響并決定區(qū)域氣候條件和干旱程度，應用多元統(tǒng)計分析方法，對比分析不同歷史年代（年份）區(qū)域典型植被水分適宜性與區(qū)域干旱指標的關聯(lián)性、區(qū)域降水量與區(qū)域干旱指標的關聯(lián)性、區(qū)域大氣溫度與區(qū)域干旱指標的關聯(lián)性，以及區(qū)域水汽蒸發(fā)量與區(qū)域干旱指標的關聯(lián)性，最終探明區(qū)域典型植被水分適宜性的時空演變是否與區(qū)域干旱密切關聯(lián)，同時掌握區(qū)域典型植被水分適宜性對區(qū)域干旱指標的影響程度與其它主要干旱因子之間的差異。

致謝：本文的撰寫得到西北農(nóng)林科技大學宋松柏教授、張廣軍教授以及中科院水利部水土保持研究所張興昌研究員、王占禮研究員、馬永清研究員的大力支持與幫助，在此向他們致以衷心和誠摯的感謝。

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