水生态与水环境学科的发展趋势分析

纵观近几十年的研究历史,水生态与水环境学科在理论、方法、层次、范围、技术等方面呈现以下发展趋势。

(1)理论——多学科交叉发展。可持续发展理论成为研究水生态、水环境与经济发展关系的基础。与此同时,集水文学、水动力学、水化学、环境水力学、水利工程学的传统科学与生态学、经济学等学科交叉发展,在研究水生态系统与水环境自然演变规律的同时,开始注重人类活动特别是工程建设的生态效应,从纯自然现象研究扩展到自然-经济-社会复合系统的研究,重视如水土保持、河道整治、大型水利工程建设等与水环境的相互作用关系,注重水环境的经济效益分析,使生态水文学,生态水力学、生态水工学、水环境修复、水环境风险、水环境经济等新理论逐渐得到完善,并开始在区域水环境规划及治理、河湖等水体修复、区域生态建设等实践中得到应用。

(2)方法——多种水环境要素整合分析,全球、流域及区域系统研究。由于水的流动与循环,水生态系统与水环境系统在不同时空尺度下进行能量、物质及生物体的循环交换并交互影响,现代水生态与水环境科学研究必须从系统的角度和时空的多尺度出发,研究水生态系统与水环境的整体行为、演化规律及其相互作用。前期研究基本以单要素、小区域分析为主,如水量、水质、泥沙、植被、水生物等单要素分别考虑,区域以河段、相对封闭水体为单元,这种方式难以客观反映水环境的整体变化和相互影响。随着各专业技术和信息技术的发展,信息获取和整合能力的提高,水生态与水环境研究进入多种要素整合分析阶段。在水循环过程方面,从地表水为主的单一过程研究发展为从大气降雨、蒸发、入渗、径流、地下水及溢出等的全过程研究,并在全过程的水量循环中同时考虑物质循环;在水生态与水环境要素方面,将水量、水质、泥沙、水生物等同时考虑,分析水污染物与水体的流动方式、与泥沙吸附与解析、与水生物的生长死亡等耦合关系,水质要素从非生命物质要素向藻类、浮游动植物、底栖生物等生命物质发展;在研究范围方面,从河段到河流廊道、从水域到区域、从区域到流域、从流域到全球逐渐扩展。反映了人与自然和谐发展的经济增长时代,由需求导向的水生态与水环境研究的总体趋势。

(3)层次——研究向宏观与微观两极发展。遥感、计算机等科学技术的飞速发展将促进水生态系统与水环境内在物理、化学、生物基本过程及其相互作用的研究,分子生态学等新兴学科分支在微观机理研究方面也将得到加强。与此同时,将水、土资源结合、从更宏观的角度研究人类所处的生态系统成为水生态与水环境学科未来发展趋势;在经典生态学的物种、种群、群落研究的基础上,现代生态学也更注重生态系统、景观与全球生态系的研究,从更宏观水平上对各生物类群的生产力、能量流动与物质循环开展研究。(www.xing528.com)

(4)技术——多种技术有机集成、高新技术应用。与水环境有关的水文、水动力、水化学、环境工程等专业理论与方法日趋成熟,分析技术在实际中得到广泛应用,积累了相当经验。水生态与水环境研究逐渐发展成将各专业技术有机集成,形成水生态与水环境综合分析技术系统,在技术应用中突出水生态、水环境与区域及流域经济活动的关系描述。与此同时,GIS、RS、DEM 等高新技术的发展,在水环境领域中不断得到应用,极大程度地提高了信息丰度和分析效率,提高了研究成果的决策支持能力。在计算机支持下的“虚拟研究”对揭示不同时间和空间尺度的资源与环境相互作用过程以及不同尺度过程之间的转换机制将会发挥更大的作用。此外,计算机技术的迅速发展与应用将不断促进生态系统建模与系统生态学的发展。

(5)研究基础——越来越依赖于长期连续观测资料的积累与分析。生态系统的演变以及人类活动的生态效应往往是一个长期的渐变过程,揭示人类所面临的一系列水生态与水环境问题所产生的根源与发展规律,需要以长期连续的物理、生物、化学等方面观测资料为基础。未来水生态与水环境重大研究计划将更加注重与大型观测计划相配合。在全球和国家尺度上,有关地球环境资源变化的长期观测、监测与信息网络,如地球观测系统(EOS)、全球气候观测系统(GCOS)、全球海洋观测系统(GOOS)、全球陆地观测系统(GTOS)、全球数字地震台网等一系列全球性巨型观测系统以及众多地区性和国家性大型观测系统等将逐渐建立。