综述：基于自然的解决方案改善表面水质量的建模研究：一篇综合性评述与综合分析

本论文对评估基于自然的解决方案（Nature-based Solutions, NbS）改善地表水质量有效性的建模研究进行了结构化文献综述。通过在Scopus和Web of Science数据库中进行系统检索，共分析了133篇文献，以识别全球范围内水质量退化驱动因素与后果、气候变化影响以及利益相关者参与的模式。其中，针对125个案例研究应用评估了五个关键方面：（i）NbS术语使用，（ii）所采用的建模方法，（iii）模型空间尺度的分布，（iv）对水质量和生态系统服务（Ecosystem Services, ES）报告的有效性，以及（v）NbS有效性评估的验证实践与实验设计。综述表明，农业是水质量退化的首要驱动因素，主要与富营养化和生物多样性下降有关。在建模工具中，土壤与水评估工具（Soil and Water Assessment Tool, SWAT）应用最为广泛，占所有案例研究的40.8%。研究主要在局地至流域尺度开展，仅1.7%在区域尺度进行。湿地恢复与构建成为关键的多功能NbS，在23.2%的研究中出现，并得到了强有力的证据支持。其效果总体积极但具有情境依赖性，四分之一的研究报告其改善水质量的效果存在变异性。尽管许多研究纳入了利益相关者数据，但他们的参与普遍缺失，59.4%的研究未包含任何参与环节。研究指出了方法论上的局限性。许多建模方法对湿地和生物地球化学过程进行了过度简化，忽略了水文连通性，并依赖有限的或默认的参数值，导致了高不确定性并降低了可迁移性。未来研究应加强过程表征，整合不确定性与气候变化评估，并将水文建模与生态系统服务评估相结合。加强长期监测并扩大利益相关者参与（特别是通过社区参与和公民科学），可以提高数据可用性并增强政策相关性。

该研究通过系统性文献综述，全面分析了用于评估NbS改善水质量有效性的建模应用。研究首先梳理了导致水质量退化的驱动因素及其后果。分析显示，农业活动是被提及频率最高的驱动因素，与富营养化、水生栖息地和生物多样性退化、经济成本及人类健康风险等后果显著关联。城市化与土地利用变化是第二大驱动因素。气候压力源也被讨论，但多数研究定性提及，仅少数定量评估了气候变化对水质量的影响，且结果多为负面。

论文重点分析了全球范围内的案例研究应用模式。在术语使用上呈现地域性差异：欧洲（特别是西北部和中部）更多使用“NbS”术语；北美广泛使用“最佳管理实践”（Best Management Practices, BMPs）；亚洲（如中国）则使用“海绵城市”等特定术语。NbS类型被分为城市与蓝绿基础设施、农业土地管理和自然恢复三大类。湿地恢复与构建是最常被建模的NbS类型，在全球多个大陆均有应用。

建模方法上，SWAT模型占据主导地位，尤其在模拟农业和自然恢复类NbS时应用最广。城市雨水管理模型（如SWMM、MUSIC）主要用于城市NbS。综合评估与决策支持工具（如InVEST）也得到应用。不同模型适用于不同类型的NbS和污染物，但SWAT的适用性最广。

在报告的有效性方面，大多数研究指出NbS对总氮、总磷和沉积物等常见污染物具有积极效果，但对溶解性无机氮磷等形式的污染物效果更为混杂。湿地等NbS的效果被广泛报道为情境依赖性，存在显著变异。除了水质净化，约三分之一的案例研究也量化了NbS的协同效益，如洪水调节、生物多样性支持等，其中湿地被证明是最具多功能性的NbS。

空间尺度分析表明，研究主要集中在局地（34.5%）和流域（37.0%）尺度，区域尺度研究极为稀少。城市类NbS多在局地尺度模拟，农业管理类NbS则在流域尺度更常见。

验证实践方面，大多数研究（80.8%）未使用观测数据验证模型结果，主要依赖情景模拟。实验设计以“前后对比”和“时空替代”法为主。利益相关者参与普遍不足，多数研究中仅由研究人员主导，参与形式多限于数据提供或咨询，深度协作与共同设计罕见。

论文进一步以湿地为核心NbS进行了深入讨论。湿地恢复效果显著但模型预测结果不一致，这暴露了当前建模的关键局限性：许多模型对湿地生物地球化学过程和水文连通性进行了过度简化；缺乏针对湿地的站点特异性输入和校准数据；不确定性分析和气候变化影响评估不足；以及建模结果跨场地和尺度的可迁移性有限。

最后，论文提出了未来研究方向：技术上需改进对湿地过程及水文连通性的表征，加强不确定性与气候变化评估；概念上需更全面地评估NbS的多功能性及协同效应；实践上需扩大数据收集（尤其是长期监测数据）、加强利益相关者参与，并将模型评估与现有政策框架更好地结合，以提升研究的社会稳健性和决策相关性。