生態水文學或水文生態學:一個”新典範”?

本文翻譯自Hanah, DM. PJ Wood and JP Sadler (2004). Ecohydrology and hydroecology: A ‘New Paragiam’?, Hydrological Process. 18:3439-3455. Available from http://doi.wiley.com/10.1002/hyp.5761

最近的許多文獻清楚地顯示出生態水文(ecohydrology, eco-hydrology)和水文生態(hydroecology, hydro-ecology)已經標記全球環境的議程上,包含二個HPToday的評論(Bond, 2003;Pringle, 2003)、期刊的專題(e.g.Gurnell et al., 2000; Zalewski, 2000;Kundzewicz, 2002; Baird et al.,2004)、新的期刊(Zalewski and Harper, 2001)、一些書籍(e.g.Baird andWilby, 1999; Eagleson, 2002; Rodriguez-Iturbe, 2003)、和國際間的研討會主題(e.g. Acreman, 2001)。然而,儘管新學科的浮現增加了關注和需求(e.g. Zalewski and Robarts, 2003),學科內容的見解主張仍然處於什麼是該學科應專注的部份(e.g. Bonell, 2002),特別是一堆重要的問題需要被分門別類:

(1)什麼是生態水文和水文生態?這二個名詞可以被清楚的定義和了解嗎?
(2)生態水文和水文生態呈現典範的轉移或是介於水文和生態的被新建立出的邊緣研究呢?

我們以回顧科學文獻和分類書目搜尋資料來回答這個問題。我們的目標是提供評論的看法,特別是在於水文生態和生態水文核心理論的辨識和學科的各學科間的本質。

在這個名字中有什麼?

水文生態和生態水文(包含生態水利工程的學科)的都在於水文和生物(生態)上科學之間,在給予前人定義之前,先來檢驗二個詞的詞源,字首”eco”在ecohydrology是用來修飾hydrology,因此,ecohydrology中的hydrology應該佔比ecology多,同樣地,hydro是在hydroecology是用來修飾ecology,hydroecology中的ecology應該佔比hydrology多(Kundzewic, 2002),然而,在實務上標題的使用卻不這樣,許多生態學家用ecohydrology(e.g.Zalewski, 2000),而水文學家卻用hydroecology(e.g. Dunbar and Acreman, 2001),更重要的是法文卻不是如此,hydroecologie是指水域生態(aquatic ecology)的意思(淡水、鹽水和海洋生態系的研究),在1990年代,在法文期刊中hydroecologie的使用解釋許多hydroecology錯誤的文獻。

ecohdrology和hydroecology二者最簡單的定義是:(1)水文和生態領域之間的科學重疊,或(2)水文在生態的影響,反之亦然(Kundzewicz, 2002;Zalewski, 2002)。基本定義沒有確立學科的樣貎和目的,在這些詞的使用上在此定義探究來自於先前的疑問(Bond, 2003; Kundzewicz,2002; Nuttle, 2002),以序言為我們的討論,我們相信在的原始脈絡中每一個定義是被驗證的,但當被截取和誤用在別處時可能引起重大的誤解,明顯地,提供最多在名詞底下的實質意義和主題的呈現是在持續的重覆使用中通常不被這樣解釋的歸屬和界線被應用到不同的定義,我們將檢驗每一個名詞的在開始於生態水文的轉變。

第一個清楚的定義出現在Vegetatio期刊的專題且關係到溼地,開始宣告生態水文是應用所趨使的學科且目的在於更好的了解決定溼地生態系的自然發展的水文因子,特別是它們對於自然保護和恢復的功能價值關注(Wassen and Grootjans, 1996:1)。Barid 和Wilby(1995:5)在所編輯那一期中,把焦點放在陸域和水域生態系的植物─水關係的生態水文,認為的問題被關連到單向且狹義的Wassen和Grootjans(1996)的定義,因此,Baird和Wilby(1999)擴大環境的脈胳以包含在短暫的乾地、森林、小溪、河流和湖泊的生態系中生態水文的相互影響,儘管他們的貢獻仍然不把海洋生態系或水文的角色視為動物的(不再是植物的)族群的決定因素。然而,動物區系研究持續地在水文生態研究中增加(e.g. Kemp et al., 2000; Wood et al., 2001; Pringle,2003; Sadler et al., 2004)。

生態水文較多被引用的定義是在UNESCO國際水文分項(International Hydrological Programme, IHP-V)的架構中所發展出來的(Zalewski et al., 1997),在Ecological Engineering期刊的專題中,Zalewski(2000:1)提出生態水文是水文和生物之間在集水區尺度的功能相互影響的研究,意謂著,當它被認為是生態和水文二個方向的相互影響,這個定義有較寬的應用性。然而,這個定義適合於水資源管理和生物保育的脈胳,特別是在需要評估生態系反應在自然和包含人類影響的水逆境(Zalewski, 2002; Zalewski and Robarts, 2003),這個定義似乎強調功能關連的建立而不再是基礎過程的了解。

水文生態的定義出現在少部份的觀點中,Dunbar和Acreman(2001:2-3)定義應用水文生態是連結來自於水文的、水利的、地形的和生物的/生態的科學的知識,以預測淡水生物和生態系在一定的時空間尺度非生物變化的反應。他們承認發表的學術文章(跟他們同一期的研討會論文集)沒有涵蓋全部的水文跡象,因為研究中沒有植物和土壤(cf. Baird and Wilby,1999)及營養流動和資源管理(cf. Zalewski et al., 1997),Dunbar 和Acreman(2001)似乎認為生態水文和水文生態是一個大的相同實體,也許,在這兒是最大的迷惑的謊言,二個名詞可以或應該定義成相同的交互學科(Kundzewicz,2002)。

名詞的增加:一個簡短的歷史和書目的尋找資料

從定義的瀏覽中,找出生態水文和水文生態所貢獻的交叉學科適用的研究方法的理論,然而,更接近生態水文和水文生態名詞的適用性分析(在文獻中映對出來的),和書目式的尋找資料提升了這些名詞是否真實地、整體地表現出交叉學門(相對於多學門)科學的問題。

在水文─生態交界的研究有長期的歷史,開始於植物和水文方面有發展性的工作(e.g. Hack and Goodlett, 1960; Penman, 1963; Eagleson, 1978),這研究也由’生態水文的’和’水文生態的’淺層地下水(Pedroli, 1990)、溼地((Wassen and Grootjans, 1996)、自然和受衝擊河流(e.g. Armitage, 1977; Ward and Stanford,1979; Petts, 1984)和整個流域(e.g. Hynes, 1970; Vannote et al., 1980; Junk et al.,1989)的研究所追隨,這個歷史背景的邏輯結果和文獻的一直成長的本體是現在被信奉的’新’生態水文或水文生態的’典範'(e.g. Baird and Wilby, 1999; Bond, 2003; Rodriguez-Iturbe,2000; Zaleweski, 2000),學門並行發展已發生在水文和生態(Gurnell et al., 2000),當許多水文學家出現於主動接合這個’新典範’,生物學家是缺乏警覺或是不在生態水文和水文生態的’演化’一起進行(e.g. Bond, 2003),這個事實可能反應在水文的和水資源的期刊,使或多或少影響大量的生物期刊(Nuttle, 2002),且在生態學之中的其它疑問中使’新典範’顯得相形見拙,然而,這是很相近於生態學家認為非生物環境在生態系統中所扮演的整體角色(e.g. Ward et al., 2002;Brown et al., 2003),和理解在清楚地分辨他們自已是生態水文學家或水文生態學家的一些或毫無價值。

在ISI網站上文獻調查(http://wos.mimas.ac.uk/),SCI(Science Citation Index)資料庫被用來一些主題的搜尋,如ecohydrology、eco-hydrology、hydroecology、hydro-ecology,每一個名詞都在自1981年起ISI相關的期刊和研討會論文集中所收集將近1仟8佰5伍拾萬篇出版品(如文章、短評和書評)中標題、摘要和關鍵詞上尋找。2004年三月搜尋的結果有87個條目曾經使用這四個名詞,且有二篇使用超過二個名詞,這四個四詞被使用的頻次,以多至少排列如下:ecohydrology有52篇、hydroecology有18篇、eco-hydrology有10篇、hydro-ecology有7篇,因此ecohydrology(若加上eco-hydrology)比起hydroecology和hydro-ecology之和,25篇,遠遠超過。很顯然地許多是hydroecological或cohdrological主題的文章而沒用以上四個名詞時無法被計算在內,如在四個國際期刊中hydroecology和ecohydrology的專題中的54篇,只有11篇是用以上名詞(Gurnell et al., 2000; Zalewski, 2000;Kundzewicz, 2002; Baird et al., 2004),結果顯示,在不調整名詞的使用下,主題詞的書目式的分析是低估在hydroecology和ecohydrology實際範圍的研究,的確,Bond(2003)、Bonell(2002)和Kundzewicz(2002)有相同的看法,認為有相當多的研究內容中名詞的使用並不明確,但研究內容是以hydroecology或ecohydrology。作者雖然是從事研究內容是hydroecology或ecohydrology但不以上述四個名詞為主題的原因,可能是:(1)缺乏”新典範”的知識和認知;(2)刻意的決定不跳上主流派或陷入過去可能流行主題中。儘管書目式的分析有所限制,結果明顯地表示自1990年代早期後這類的名詞很明顯的使用增加,在2002年19篇和2003年的17篇達到高峰,如圖1,35種期刊有hydroecology或ecohydrology的文章,而以Hydroloical Process所刊登的數量最多,有14篇。主題分類來分析文章(基於標準圖書館分類系統,如US Congress Stack and Dewey Decimal)顯示大多數文章出現在三個地方:(1) geosciences,32篇(hydrology, earth surface processes, etc.); (2) water resources and engineering,30 articles; (3) ecology and other biosciences,20篇,剩下5篇文章是來自於其它主題(如環境規劃和經濟),因此,多數文章主要出現在自然科學(71%),多於生物的期刊(23%)。文章內容的分析的結果取得是將所有文章分派到下列7個主要的明顯的主題:(1) ecology–flora;(2) ecology–fauna; (3) ecology–flora and fauna;(4) hydrology–water resource management; (5)hydrology–ecosystem response; (6) hydrology–water resource management and ecosystem response; and (7) discussion papers,如圖2。1-3類強調生態面向,4-6類強調水文面向,文章研究內容在最多的是植物─土壤─水相互作用(ecology–flora = 38篇),其次是hydrology–water resource management有15篇,整體而言,生態的文章佔所有出版文章的59%,雖然主要出現在自然科學期刊,水文的文章具較少(32%,全部是28篇)且多數關注hydrology–water resource management(如表1)。很明顯地,這些水資源文章常關連到生態的應用但內容是限制的或沒有生物資料的支持,有在實證上9篇文章被分類為hydrology–ecosystem response,4篇是water resource management和ecosystem response都有,有趣的是觀察7篇討論的文章辯論生態水文和水文生態的本質和哲理,在這些文章的方法是合理地平衡在格局(patterns)、過程(process)、模式(modelling)和管理(management),而中和大尺度研究遠超過小尺度的研究(表1)。

分析的最後部份檢驗通訊作者的郵遞地址以決定學術單位或研究機構的學門偏好。這也許是預料中的事,結果顯示這些研究都在大學的地理系和環境科學系(35篇)、和生物科學系和生態系(27篇),雖然地理系和環境科學系的產出有些微的多於生物科學系和生態系,這清楚的顯示生物學家和生態學家已經警覺水文生態和生態水文且他們也在使用這些名詞(cf. Bond,2003),剩下文章有來自於工程和水資源的文章(10篇)、跨領域政府和非政府研究機構和獨之研究(15篇)。

一個”新典範”?

生態水文和水文生態已被形容成在水文學和生態學中的”新典範”(Zalewski and Robarts, 2003: 1) 和整合的學門(Bond, 2003: 2087)。Zalewski(2002:829)對於資源品質的加強是透過過程的了解以探制和操作生態過程,以這個觀點宣稱在來自於描述自然歷史的生態學發展,生態水文學是第三相(third phase),同樣地,其它的作者建議在水文和生態整合的相關科學思考下的重要的轉移,但他們質疑這科學的方法是完全新的(如Bonell,2002;Nuttle,2002)。

在Zalewski(2002;Zalewski and Roberts, 2003)所勾勒出的”生態水文典範”的核心是對於水資源和生態系管理共藕的永續的需求,然而,當對於永續水資源管理產出典範中心已是基礎的提問,生態水文和水文生態的能力是用來強調水文過程和生態過程的相互依賴,例如,Nuttle(2002:805)相信生態水文不能提供這個雙重的角色且因此定義生態水文為被生態科學和水文科學所分享的”副學門”(sub-discipline),且關注於水文過程的在分散(distribution)、 結構(structure)和功能(function)的生態系和生物過程在水循環項目之效應,這個定義,為一個可分享的副學門,可能使本來就多疑或謹慎的科學更容易接受,如它遵循傳統主題的界線,但它沒提供任何的”新”或”革命”。

從我們的文獻回顧和書目分析中很清楚的是在水文生態和生態水文成為一個被建立的典範或學門之前,一個有清晰可辨的核心理論的定義是需要的,一個定義是包含可結合研究社群的學門的目標和主題的願景,就此而言,被相等地用在水文生態學和生態水文學的單一定義是關鍵,目前,不管關合的定義,沒有一個名詞(上述所提及的)是單方面被接受的定義。取代提供另一個科學的聲音,我們建議定義項目的列表可能更具有啟發性,因此水文生態學的定義(此後用來代替生態水文)應該包含明確地:(1)水文的-生態的相互影響和回饋機制的要點的雙面的本質;(2)基礎過程了解的需要,不再是簡單地建立功能的(統計的)沒有連結可能因果關係;(3)主題的願景包含(a)全部的(自然和人類所影響的)水資源相依的棲地/環境和(b)植物、動物和整合生態系;(4)在一定範圍的時空間尺度下(包含古水文學和古生物學的觀點;e.g. Brown, 2002;Parr et al.,2003)操作的過程的相互影響需要考慮;(5)學科間的研究理論的本質(相對於多學科的方法被大量的主要研究所使用)。我們體認定義可變成太過於限制或含糊的作用或(和)應用是有潛在的危機。如同水文生態學,當其它”新的”科學典範已經開始活的像”研究熱點”(hot topics),但他們卻因為定義的問題被離的遠遠的,如果水文生態學是可避免問題,我們必須確保它是自明的(identifiable)和啟發性的(instructive)學門,不是一個已存在典範或學術學門的解構的版本。

在我們的看法和與之前作者相反看法中,水文學和生態學就本身而言的整合是不簡單的,這將預言和支持水文生態的”新典範”,但整合科學之中的這條路是被引導出來的。對於水文生態的前進,它需要成為真實跨學門科學(如結合水文學和生態的學術領域被認為是清楚的,相對於Mroillo et al.,2003),目前,然而,水文生態學上的和生態水文學上的研究出現在多學科模式的操作(如水文和生態各使用各自的傳統理論而不整合),水文生態這個詞的被水文學家使用和生態水文被生物學家使用都顯示出隔閡,而不是二學科之間的交疊,這個多學科方法的更進一步的證據是由書目尋找的結果所提供,就主題和作者所列出的名詞而論,顯示出少量的是以調查研究為主(如研究團隊以地理系和環境科學系所組成的或生物科學系和生態系較佔優勢,而並不是二者一起),因此生態學家和生物學家是以一個觀點在看研究的問題,水文學家(主要是地理學家和工程學家)是另一個觀點,科學家可以尋找處理相同問題的方法或解決相同問題而沒有整合大多數想法或健全的水文生態答案因為缺乏在其它學門的理論定位(也許因為他們在其它領域是問了一個不合適的問題)。

如果真的典範轉移發生且水文生態發揚光大,生態學家和水文學家需要打破傳統學科主題上的隔閡,以建立真實的學科間的團隊且獲得在水文和生態的研究在二者協力合作下後磨合的利益,如果這個主要的多學科到學科間再導向的方法沒有被知道,生態學家和水文學家將會持續在相對的方向上處理水文生態研究,且”新典範”或”整合學科”未來將不會被發展,遠離水文學家創造生態的輪,反之亦然。

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