森林生态系统SPAC水分运动理论的难点及发展趋势
水分由土壤进入森林植物体内，通过茎杆到达叶片，再从气孔以水汽的形式扩散到空气边际层，最后参与大气的湍流交换，形成相互作用且动态统一的连续系统，即土壤-植被-大气连续体(Soil-Plant-Atmosphere Continuum)，简称SPAC。自完整的SPAC理论提出以来(Philip，1966)，水分在SPAC系统中的运动就成为研究的热点(康绍忠等，1994)。
土壤-植物-大气连续体水分传输过程
1966年澳大利亚著名水文学家Philip将土壤-植物-大气中水分运输看作一个像链条一样的连续体，并命名该系统为“Soil-Plant-Atmosphere Continuum”即SPAC，中文译为“土壤-植被-大气连续体”，并进一步认为水在系统中的传输类比于欧姆定律，水势类比于电势，水分运输中各项阻力如在土壤中、土-根界面、植物导水组织中、叶-气界面等类比于电阻，它标志水分研究进入了系统时代。
由于研究方法和观测手段的不足，过去这一研究一直以农田生态系统为主，对于高大、复杂多样的森林生态系统研究较少。
森林生态系统SPAC水分运动理论研究中存在的问题
1目前，森林生态系统SPAC水分运动理论落后于农田生态系统水分运动的研究，因此很多理论与方法针对的是农田生态系统。
农田生态系统中，作物冠层通常均一且低矮，同时生长周期较短，十分便于水分运动各个过程要素的测量。但森林生态系统植被高大，冠层结构复杂，且生长周期长，针对森林生态系统中水分运动要素的测量较为困难。因此，结合北京山区典型森林生态系统特征系统分析水分运动是对森林生态系统SPAC水分运动理论的有益补充。
2由于植被的生命活动，SPAC水分运动中很多过程仍然无法定量描述
由于植被的生命活动，SPAC水分运动中很多过程仍然无法定量描述。虽然当前SPAC水分运动研究已经进入生物、物理和化学过程阶段，但是依然有大量的植被调控机制无法定量化表达。特别是植物水分传输过程调控机制如何应对环境变化，依然有很大的研究空间(杨启良等，2011)。
3森林生态系统的蒸散和潜热通量的研究仍然是整个SPAC水分运动研究的重点和难点
尽管随着技术进步大量高精度仪器的的出现，使森林生态系统蒸散和潜热通量的测量更加精确，但由于森林生态系统的特殊性，导致其在应用有很大的局限性。加之野外条件常常较为恶劣，仪器的稳定性无法保障。同时，由于多数仪器最先应用于农田生态系统，因此在应用到森林生态系统中时，需要结合现实情况对仪器某些关键参数进行校正和率定。而参数的校正和率定往往采用已有经验，或许与实际状况不十分符合，为蒸散和潜热通量的测量带来一定误差。
4在森林生态系统的研究中，尺度转换问题通常是难点
虽然在单叶尺度、冠层尺度、单木尺度和林分尺度均有相应的研究方法和理论，但研究结果在不同尺度之间的相互转化依然缺乏有效手段。例如单叶尺度的气孔导度与冠层平均气孔导度的转化中，分层测量高大乔木的叶片瞬时气孔导度的技术难题；单株树干液流推算林分蒸腾时采用的标准木边材法中，标准木选取、边材测量以及林分总叶面积的推算等带来的累积误差，都可能导致结果的可靠性降低(赵平，2011)。
森林生态系统SPAC水分运动理论研究发展趋势
森林生态系统SPAC水分运动过程涉及到生理学、数学、物理学、化学、土壤学和气象学等诸多学科的内容，需要多个学科知识体系的交叉融合才能对SPAC系统内各个层次和界面的物质和能量交换过程进行系统研究。因此，通过增强学科之间的交流，组建学科背景多样化的研究团队进行系统研究是重要的发展方向。
尽管目前高精尖仪器、技术有这样或那样的问题，但技术革新仍然为森林生态研宄提供了强有力的支持:计算机技术实现了对复杂的水分传输过程的模拟与预测；“3S”技术实现了大尺度、多时段的水分传输分析；同位素示踪技术实现了精准测定水分运移的方向和过程。总之，森林生态系统SPAC水分运动机理研究应紧密集合未来高新技术的发展，使这一研究迈入新的层次。
北京山区典型森林生态系统SPAC水分运动机制研究
我国森林主要分布于山区，而山区具有能量梯度变化和地表形态破碎多样等特点，加之林冠层组成复杂、结构离散，导致山区森林生态系统明显异于平缓地区的森林生态系统。北京山区是华北土石山区的重要组成部分，也是北京市区的重要生态屏障(余新晓等，2002)。由于受到人为因素的强烈干扰，北京山区天然次生林已经所剩较少，主要分布在海拔800m以上的深山区。森林植被基本以20世纪50年代以后在浅山和平原地区营造的人工林为主，属暖温带亚湿润区落叶阔叶林及常绿针叶林区。根据“九五”时期的北京市森林资源二类调查结果，北京山区森林面积占全市林地面积的79.2%(余新晓等，2002)。因此，研究北京山区典型森林生态系统SPAC水分运动机理有助于理解本区域生态系统水循环规律和机制，以及本地区森林生态系统的服务功能及其价值。
《森林植被-土壤-大气连续体水分传输过程与机制》立足于研究北京山区典型森林生态系统SPAC水分运动机制，是国家重点基金项目“基于稳定同位素的典型森林生态系统水、碳过程及其耦合机制研究（41430747）”、国家自然科学基金项目“基于氢氧同位素技术的植被—土壤系统水分运动机制研究（41171028）”和国家科技支撑项目（华北土石山区防护林体系结构定向调控技术研究与示范）的成果之一，系统的阐述了当今森林植被-土壤-大气连续体水分传输过程与机制最新的理论、方法和技术。包括：引言；大气-植被水分传输过程；植被体内水分传输过程；林木的光合、蒸腾和耗水过程；土壤水分传输过程；植被-土壤-大气连续体热量传输转换与力能分析；植被-土壤-大气连续体水分传输过程模型与模拟和植被-土壤-大气连续体中SVAT水分动态非线性系统仿真共八章内容，详细阐述与分析了水分在SPAC系统中的传输过程与作用机制。
对森林生态系统SPAC水分运动理论的研究刚刚起步，有许多重要理论和实践问题的研究尚在探索之中。作者殷切期望本书的出版能引起有关人士对该研究领域的更大关注和支持，并希望能对从事森林生态系统SPAC相关学科的专家学者有所裨益，共同将森林生态系统SPAC领域推向新的发展阶段。
本文由刘四旦摘编自余新晓、朱建刚、李轶涛、贾国栋、贾剑波、王建文等著《森林植被-土壤-大气连续体水分传输过程与机制》一书“第一章 引言”。有删减，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-047246-5
《森林植被-土壤-大气连续体水分传输过程与机制》立足于森林生态学最新理论研究和学科前沿，分别介绍了SPAC的基本理论、大气-植被-土壤水分传输过程、植被体内水分传输过程、植物水分利用特征、林木的光合、蒸腾和耗水过程、植被-土壤-大气连续体热量传输转换与力能分析等方面的内容，系统地阐述了当今森林生态学的新方法、新技术，为今后森林生态学的学科发展起到了推动作用。
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