（阎水玉1 王祥荣2）
 
提 要 在评述流域生态学中的水文、湖沼、生态系统、景观、生态经济和生态管理等主要研究内容和复合生态系统、河流连续统、生态交错带、等级系统、格局－尺度－过程、信息系统等概念理论以及流域自然过程、生物功能、系统结构、生态环境、流域生态管理等流域生态学热点问题的基础上，总结分析了太湖流域防洪、治污及可持续发展与流域生态学的关系，指出流域生态学在太湖流域的流域开发、环境治理、区域可持续发展等实践方面起着越来越重要的指导作用，有必要开展深入研究

关键词 流域生态学　太湖流域　洪水灾害　水污染　可持续发展

分类号　P343．1

流域生态学（watershed ecology）是以流域为研究单元，应用现代生态学的理论和系统科学的方法，研究流域内高地、沿岸带、水体等各子系统间的物质、能量、信息流动规律，在研究流域作为一个复合生态系统的结构和功能之基础上，进一步从中、大尺度上对流域内各种资源的开发利用、保护及环境问题进行研究，为流域中陆地和水体的合理开发利用决策提供理论依据，从而为区域的社会经济可持续发展做出贡献［1－3］，尽管流域生态学的理论和方法刚刚发展，但是以生态学理论为指导，以流域为单元，作为整治环境、发展经济的指导，已经在国内外的重大实践中取得了明显成效，俄罗斯伏尔加河、第聂伯河流域，美国的密西西比河、哥伦比亚河等流域，欧洲的莱茵河流域，南亚的恒河流域［4］，中国的长江中下游低丘滩地综合治理与开发［5］，中国江西鄱阳湖及流入该湖的赣、抚、新、饶、修5河及其流域所组成的江西山江湖区的综合开发治理工程［6］，中国长江三峡库区的复合农业生态系统工程［7］等，都是成功的范例

太湖流域是以太湖为中心的一个相对独立的封闭区域，是长江下游的支流区，面积3.69×104km2，人口3600万，改革开放以来，流域经济迅猛发展，在占不足全国0．4％的国土面积上，创造了占全国10％的国内总产值和近16％的财政总收入，是我国最具活力的经济重地之一，但是该流域地处亚热带季风气候区，由于降雨的时空分布不均，导致频繁的洪涝灾害，20世纪以来，较大水灾出现过14次（1911年、1921年、1931年、1949年、1954年、1957年、1962年、1963年、1969年、1983年、1991年、1993年、1995年、1999年），特别是建国以来的1954年、1991年、1999年的洪水使流域遭受了巨大的社会经济损失，治理洪涝灾害是该区的一项长期而艰巨的任务［8］，同时自1980年以来，太湖流域因大量的工农业污染物质输入河湖水系，致使其水质恶化，迄今全流域内70％的河网受到污染，80％的河流水质达不到国家规定的地表水Ⅲ级标准，湖泊大部分水域处于富营养状态，局部区域达到重富营养水平，每年夏季爆发大量的蓝藻水华，使数百万人的饮用水安全受到威胁；防治水质污染，遏制其进一步恶化趋势，已是太湖流域治水的重要且紧迫的任务之一．频繁的洪涝灾害，严重的水质污染，形成资源性洪水和水质性缺水并存的严峻局势，对该区社会经济的可持续发展形成巨大的威胁［9］。流域生态学以其多学科参与的研究内容、丰富的研究思想、较为成功的研究方法、科学的应用实践，可为太湖流域的防洪、治污及可持续发展提供指导。本文拟将流域生态学的理论和内容与太湖流域的防洪治污联系起来，从流域生态学的角度理解和把握洪灾与污染的规律，为区域可持续发展提供一些新的思路。

1　流域生态学的主要研究内容与太湖流域防洪、治污及可持续发展

流域生态学的主要研究内容包括流域水文、流域湖沼、流域生态系统、流域景观、流域生态经济和流域生态管理等研究内容，均与太湖流域防洪、治污及可持续发展有关．

1.1 流域水文

流域水文是指流域水体的形成、时空运动及其变化规律．水作为流域生态系统中重要的结构和功能组分，与流域的地形、气候、植被以及人类的开发活动密切相关，洪灾可以视为一种非常规的水文现象对区域生态系统结构和过程的扰动，扰动的形式强度及其后果等与区域的自然、经济、社会系统的结构、功能、过程紧密联系．流域水文的分析，结合与流域生态系统的关系，可以充分认识洪涝灾害的成因、分析洪涝灾害的经济损失、探究洪涝灾害的变化、总结治理洪涝灾害的得失、规划建议洪涝灾害的防治对策．1999年，太湖流域的特大洪水，雨情超历史、水情创记录、受淹范围缩小、经济损失增大［9］，不论是在洪涝发生前的预报预警，还是洪涝发生过程中的防洪抗洪，还是在洪涝过后对洪涝的反思认识以及对未来防洪规划的思考等，都是在流域生态系统中探究流域水文，认识洪涝灾害．流域水污染的程度及其时空过程，尽管是人为活动排污的结果，但是其污染特征及其对人类生产生活的影响方式、影响程度等与流域水文有关，防污治污只有在流域生态系统中，深入探究流域水文规律的基础上，才能有效地进行．流域发展过程中，水资源的开发利用也必须考证流域水文过程．太湖流域的水文研究在众多科技工作者多年的努力下，已进行了大量的工作，在防洪治污过程中已成绩斐然，为流域的综合整治积累了大量的资料和工作思路，结合流域生态学的研究，其绩效会更为明显．

1.2 流域湖沼

流域湖沼的存在是平原地带流域的一大特征，从流域的角度考察湖沼，可以充分认识湖沼的物理、化学和生物学特征及其形成和演化过程，同时可以深化流域整体的生态学认识，为流域水资源和水产资源的开发管理以及水域环境保护提供科学论据．太湖流域的湖沼类型多样、特征各异，在整个流域的自然、经济结构中所扮演的角色不同，是流域整体系统中不可分割的有机组成部分．在流域防洪、治污及可持续发展过程中，按照湖沼各自在流域中的自然及经济角色，合理配置功能，最大限度地提高流域整体效益，是流域发展中重要的一环，哪些湖沼可作蓄洪区，哪些湖沼应是排洪通道，哪些湖沼应是水源地带，哪些湖沼是农业或渔业基地，哪些湖沼可做净污场所等等，都需要在流域生态系统思想的指导下，对各个湖沼进行分析后才能确定．1999年太湖流域洪水表明，由于各个行政区域间对自己区域的湖沼在流域整体功能的作用认识上存在差异，导致行政区域之间洪涝灾害发生空间转移，扩大了整个区域的损失部分区域各类用水的增加，对相邻区域的生产生活用水的水量和水质造成威胁这些现象都与流域水平上的湖沼研究不足所致，亟待加强．

1．3 流域生态系统

流域生态系统的研究是在两个层次上展开的．第一层次，将整个流域视为一个水陆相互结合、相互作用的大系统，关心流域内不同组成子系统之间的物质能量流动规律；第二层次，研究流域内各主要组成系统的结构和功能，如：河网、湖泊、自然植被、农田、城市等，关心这些系统本身的物质和能量流动规律及其在流域整体中的作用．MAB（人与生物圈计划）对生态系统的研究在这两个层次上都有很大的促进作用．流域生态系统结构和功能的研究着眼于流域生态系统是如何工作的，在摸清流域生态系统各参数的基础上，对流域生态系统进行实验性的管理．由于生态系统自身的复杂性，普遍适用的预测和调控生态系统的发展、优化管理生态系统的方法，仍存在一定的困难，但经验性和实验性的结论以及对个案生态系统的认识，对实践的指导还是非常有意义的［10］．水体的富营养化，可以认为是N、P物质在流域生态系统中运动的过程中，发生空间错位阻滞和时间上的节律变态有关，N、P在陆地生态系统是必不可少的营养物质，但由于诸多不合理的人为活动，N、P失控地流失到水体之中，造成陆地生态系统为了维持生产力而不得日益扩大N、P的使用，而水体之中却聚集了大量的N、P，造成污染。通过保护流域的自然植被（森林、湿地），调整流域的农业生产方式，较大程度地将N、P保留在陆地生态系统物质循环之中，可以减缓水体的富营养化进程［11］．陆地地表覆盖的变化，如林地的减少、硬质地面的增加，导致系统水循环模式的变化，降雨下渗减少而快速地汇聚洼处，加剧洪灾.地下水的大量抽取，导致地面下沉，也在加剧洪涝灾害［9］．通过在太湖流域开展两个层次的生态系统生态学的研究，可以对流域的防洪与治污提供一些经验性和实验性的思路，且伴随着研究的深入，将太湖流域建成一个流域可持续发展示范区，是有基础并有可能的

1.4 流域景观

流域景观是研究流域内不同景观要素的空间结构（即与生态系统的大小、形状、数量、类型、构型相关的物质与能量），景观要素的相互作用（即生态系统间物质、能量、信息等的流动），景观要素结构和功能的演化规律．流域内的景观性质和过程与流域的洪涝与污染密切相关，洪灾发展的空间序列、洪灾强度的空间格局、洪灾防治的区划特征、历次洪灾的比较分析、洪灾的预警与评估都必须与景观的结构、功能和过程相联系，流域的水污染发生过程、区域分异、治理效率、资源化工程等离不开流域景观结构、功能和过程的分析［12,13］．太湖流域景观的深入分析，便于对防灾治污的预测预报、对策选择、有效性评估等提供一种景观尺度的综合性认识.由于景观科学研究的理论和方法尚在探索之中，深入认识景观与防洪治污的关系尚需努力，但方兴未艾的景观研究肯定会对此有不同与其他学科的一些新认识，在实践中发挥其更大效益.

1.5 流域生态经济与流域生态管理

流域生态经济是研究流域经济发展、生产布局、产业组织与结构优化、发展战略、国土开发等经济活动与流域资源环境的关系，促进可持续发展．流域生态经济所探讨的流域资源开发的经济效益问题、流域经济过程与流域污染的相互关系、流域上下游环境与经济的分工合作、防灾治污的经济互助等对流域综合整治有至关重要的指导意义［14,15］．太湖流域洪涝灾害发生与发展要进行生态经济评估、蓄洪区的空间选择要进行生态经济论证，防洪工程要达到生态经济效益最大、以及环境容量的分配、防污费用的分担等涉及到与决策有关的问题，流域生态经济都大有可为．

流域生态管理包括流域内水资源合理配置和水质保护等的水管理，以及水土保持、林业、农业、土地等的管理，是在认识管理对象客观规律的基础上，结合社会经济发展，通过规划等政策措施，促进流域内水资源、土地资源、农林资源的生态、经济、社会效益的最佳发挥，是流域生态学的应用［16,17］．联合国粮农组织曾就流域生态管理中的经济、技术、体制、规划等问题提请各国政府注意．太湖流域涉及不同的自然地理单元、不同的行政区域，其生态管理在探索之中，为有效地促进流域整体效益的提高，正发挥着越来越重要的作用．

2 流域生态学的几个理论概念与太湖流域防洪、治污及可持续发展

2．1 复合生态系统理论

流域是一个社会－经济－自然复合生态系统，可分为流域自然、经济、社会、三大子系统，包括资源、环境、人口、物资、资金、科技、政策等基本要素，它们在时间和空间上以社会需求为动力、以可持续发展为目标，通过投入产出链渠道，应用科学技术手段有机组合在一起，构成一个开放的系统．通过子系统相互作用，形成流域有序而复杂的结构，完成物质循环、能量流动、信息传递、资金增殖等功能［18,19］．太湖流域的社会－经济－自然复合生态系统特性非常明显，并且表现出组建结构复杂、动态过程迅速、自组织能力巨大、物质循环特别、能量流动强大、资金增殖稳健等特征．同时，系统也出现了不协调的现象，洪灾是对复合生态系统的扰动，其结果除与扰动强度有关外，与系统的稳定性、抗干扰能力也有关系，防洪就是提高系统的稳定性，增强抗干扰能力．污染是系统结构和功能失去平衡、发生紊乱的结果，治污就是协调系统的结构和功能、可持续发展是系统优化的过程．流域复合生态系统的结构和功能分析，系统过程的模拟与仿真，系统风险的预测与评估，系统的优化与调控等都为流域防洪、治污、可持续发展的规划、决策、行动提供指南．太湖流域这方面的研究和实践已不少，新的防洪、治污规划都较大地体现了这种思想．

2．2　河流连续统的概念

河流连续统概念（river continuum concept）是把河流网络看成一个整体系统，强调构成河流的地理地带及其物理化学过程、生物群落功能等在地理空间上关联，动态过程连续［20，21］。太湖流域的洪涝灾害、水质污染，其地理空间关联性和动态过程连续性都非常明显，具有河流连续统性质．防灾规划中强调区域的协调，如：“蓄、泄、控”三结合、“治太”十大工程协同进行、协调各片圩区防洪标准、进行洪水综合调度等，已经将河流连续统的概念进行了应用．治污规划中的水资源功能区的确定、环境容量的分配、行政区域间的排污协调等都考虑了污染物在河流连续统中的迁移、转化、累积的过程．更有效地将河流连续统的概念应用到太湖流域的防洪治污实践中，还需科研工作者和管理决策人员的努力．

2．3　生态交错带理论

生态交错带（ecotone）是指相邻生态系统之间的过度地带，由于相邻生态系统相互作用形成了具有不同时空尺度的一系列特征，边界性和梯度性明显，其结构变化速率、物质能量运转过程、系统的稳定性及抗干扰能力、对全球变化的敏感性等方面均表现出可明显表达的脆弱性，流域中，水陆交错带最明显也最重要．由于水陆交错带具备保持物种多样性、拦截和过滤物质流、稳定比邻生态系统、净化水体等生态功能，同时又是相对脆弱的地带，被认为是流域生态学研究和流域可持续发展实践所应密切关注的地带［22］．太湖流域具有多种交错带类型和广泛的交错带区域，除以河岸、湖周、沼泽等具有湿地特征的水陆交错带外，流域西南部的森林农田交错带，东北部的城乡交错带也很明显．城乡交错带土地结构的变化和地面下沉以及大量的污染物未经处理而排放，水陆交错带生物群落衰退，固着土壤能力和净化水质能力下降，引起河湖淤积，都直接和间接地加剧了洪涝灾害［8］，也加剧了污染的治理难度，而防洪、治污的重点也是这些区域，理解交错带的性质、特征，对流域的防洪、治污及可持续发展是有所帮助的．

2．4　等级系统概念和格局－过程－尺度概念

等级系统概念，20世纪80年代以来被生态学界所广泛接受，认为生态系统是具有若干组织层次的等级系统．高等级层次的生态学过程往往是大尺度、低频率、慢速度，而低等级层次的过程表现为小尺度、高频率、快速度．处于高层次的过程对低层次的过程有制约作用，同时整合低层次的过程而显示出准稳定特性，处于低层次的过程常嵌入高层次过程，影响高层次过程，显示动态性特征［23,24］．格局－过程－尺度概念认为，在具体生态学问题的研究中，生态过程产生空间格局，格局作用于过程，同时它们又依赖于研究尺度，格局和过程的认识受尺度效应的影响［24］，确定等级、尺度，然后分析格局和过程是目前生态学研究的基本范式，流域生态学也十分强调等级和尺度概念，同时研究对象也具备明显的等级性和尺度性优势，为研究、分析、解决问题提供了方便．太湖流域防洪、治污规划与管理中，把握流域的等级系统及不同等级系统之间的关系，理解格局－过程－尺度内涵，在宏观上，可以较为深刻地把握洪灾和污染发生及形成过程，确定防洪治污的方向进程，协调防洪治污工程的时空过程，体现流域水平的防洪治污的整体效益，同时可以在微观上认识具体操作措施的时空区域意义，确定其行为．