流域生态系统的水文服务功能（Water Related Ecosystem Services,WESs）是维系区域粮食安全和生态安全的重要基础。在气候变化和人类活动的双重压力下，生态系统退化已显著改变流域水文过程，削弱了生态系统的水文服务功能，对区域生态安全和粮食安全构成严峻挑战。然而，生态系统格局变化对WESs的影响机制仍不清晰，特别是在气候变化剧烈、人类活动频繁的生态脆弱区，这一科学问题亟待深入解析。

东北地理所水文与水资源学科组研究人员以中国黑土区重要的生态屏障区—霍林河流域为研究区，基于物理过程的分布式水文模型—SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型，构建了涵盖56个子流域、324个水文响应单元的霍林河流域生态水文过程模型，并通过森林、草地和湿地等多种生态系统格局情景下（25%、50%、75% 和 100%生态系统退化和恢复情景下）的水文过程模拟，量化了生态系统退化与保护对四种关键WESs（水源涵养、产水、洪水调蓄和干旱缓解）的影响。

研究发现，霍林河流域1980-2020年呈现“草地、湿地减少，农田、森林增加”的生态系统变化格局，流域生态系统年均水涵养量为8.98×10⁸ m³，产水量为21.79×10⁸ m³，56个子流域平均每年洪水和干旱发生月数分别为2.04和2.73个月。生态系统退化（森林、草地和湿地减少）会降低流域水涵养量，提高产水量并增加洪旱频次；相反，生态系统恢复则呈现相反效应。其中，当森林面积减少50%时，单位面积水涵养量下降0.0016 mm/km²，洪旱月数分别增加4.2%与5.7%，即该区间可能是霍林河流域森林水文调节的关键范围。草原与湿地在面积损失25%左右亦出现功能下降拐点，但幅度小于森林。森林+草原+湿地协同保护会引起流域洪水和干旱发生月数分别减少2.8%与6.5%，森林+草原+湿地共同退化则会导致流域洪水和干旱发生月数分别增加17.6%与11.5%。因此，多生态系统协同治理是维系区域生态安全、水安全和抵御极端旱涝的最优路径。

在此基础上，提出了上游护林、中游护草、下游守湿“空间配置”策略，即上游山地带维持森林覆盖率不低于50%，以稳定降水拦截与土壤入渗；中游草原恢复优先度高于湿地，每增加1 km²草原可提升水涵养约0.0002 mm/km²；下游保留现有湿地，并适度开展湿地恢复，可减少旱情加剧的风险。本研究加深了对流域生态系统水安全屏障功能的认识，研究结果为霍林河流域及同类生态脆弱区的生态系统恢复保护尤其是水生态安全屏障建设提供科学依据。

研究成果近期发表在环境科学与生态学领域一区Top期刊《Ecological Indicators》。由中国科学院东北地理所联合培养硕士王彪（第一作者）、章光新研究员、吴燕锋副研究员（通讯作者）和白城市林科院乔国立研究员、黑龙江大学戴长雷教授等共同完成，研究得到了农业部重大项目、吉林省科技发展计划项目（20240101058JC）和国家重点研发计划项目（2021YFC3200203）等项目共同资助。

图1. 流域生态系统基本水循环概念图

图 2. 流域生态系统退化情境下水文服务功能变化。(a)、(b)、(c)、(d)分别表示基准情景（S0）和不同生态系统退化情景（SA−、SB−、SC−、SD−）下各子流域的单位面积水源涵养量、单位面积产水量、洪水发生月数以及干旱发生月数。SA、SB、SC 和 SD 分别代表森林、草地、湿地和综合生态系统格局的变化；25%−、50%−、75%−和 100%−分别表示生态系统面积减少 25%、50%、75% 和 100%。SA25%−表示 25% 的森林退化。

图 3.流域生态系统恢复情境下水文服务功能变化(a)、(b)、(c)、(d)分别表示基准情景（S0）和不同生态系统保护情景（SA+、SB+、SC+、SD+）下各子流域的单位面积水源涵养量、单位面积产水量、洪水发生月数以及干旱发生月数。SA、SB、SC 和 SD 分别代表森林、草地、湿地以及综合生态系统；25%+、50%+、75%+ 和 100%+ 分别表示 25%、50%、75% 和 100% 的裸地转化比例。SA25%+ 表示将 25% 的裸地转化为森林。

论文信息及链接如下：

WangB,Wu YF*,Li ZH,YuYX,Zhang GX,Qiao GL,Dai CL, Sun JX, Zhang QS,Hu BT,2025.On how ecosystem pattern changes can affect water-related ecosystem services,a case study in the Huolin River Basin,China. Ecological Indicators.182 (2026),114528.https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2025.114528

相关论文信息及链接如下：

王彪,吴燕锋*,章光新,刘雪梅,戴长雷,姚昊. 流域生态系统多水文功能性及其对农业水安全影响综述[J]. 中国生态农业学报 (中英文),2025,33(10):1−19. https://www.ecoagri.ac.cn/cn/article/doi/10.12357/cjea.20250145