中國科學院普定喀斯特生態系統觀測研究站

本文刊載於《中國科學院院刊》2020年第7期「中國科學院野外臺站」

中國科學院地球化學研究所

中國科學院普定喀斯特生態系統觀測研究站（以下簡稱「普定站」）隸屬於中國科學院地球化學研究所，位於貴州省安順市普定縣。普定地處貴州高原長江水系與珠江水系的分水嶺，屬中亞熱帶季風溫暖溼潤氣候區，是我國南方喀斯特典型代表區域。

普定作為全國科技發展規劃重點項目《我國巖溶分布發育規律及其改造利用》中 4 個喀斯特典型研究區域（山西娘子關、貴州獨山、貴州普定、廣西都安）之一，自 1975 年開始就已經開展觀測研究工作，且是自「五五」時期「巖溶會戰」至今唯一開展喀斯特觀測研究未曾中斷過的地區。至今積累了長達近 40 年的觀測數據，記錄著我國南方喀斯特高原表生過程環境變化（如石漠化土地退化和植被恢復）信息。

2006 年，中國科學院地球化學研究所和貴州省科技廳基於長期定位開展喀斯特觀測科學研究、應對我國氣候變化、西南石漠化治理問題和生態文明建設等需求，在普定原有工作基礎上共建普定站。2014 年 7 月，經中國生態系統研究網絡（CERN）科學委員會評定，普定站正式成為 CERN 臺站，2017 年獲批水利部國家級水土保持科技示範園區。

1 主要研究方向

1. 喀斯特生物地球化學循環與表生作用過程；

2. 喀斯特石漠化恢復生態學與退化生態系統恢復技術；

3.全球變化下的喀斯特生態系統服務與可持續發展。

2 研究成果與科學貢獻

普定站根據喀斯特生態系統的特點，以普定縣後寨河流域為研究小流域，通過對不同尺度、多類型與不同人類活動幹擾方式下喀斯特生態系統組成要素的長期監測與控制實驗，揭示貴州高原喀斯特生態系統的結構與功能、格局與過程；探索在全球變化及人類活動背景下喀斯特生態系統的自維持機制與主要限制因子，預測喀斯特生態系統的演替趨勢，構建生態系統優化管理模式，提升生態系統的服務功能；探索喀斯特退化生態系統自然和人工修復的途徑和機理並進行示範，為石漠化綜合治理與生態文明建設提供理論基礎和技術支撐。

1. 系統地論證了碳酸鹽巖原地風化成土二階段模式與形成演化機制，提出了喀斯特原地風化成土的主要物源證據，為揭示喀斯特生態系統穩定性與自維持機制提供了基礎理論依據。

2. 闡明了喀斯特生態系統脆弱性的本質，實現了對石漠化發生、演變的內外動力學機制的深刻解析，給出了石漠化的科學定義和科學內涵。為國家發展和改革委員會、國家林業和草原局等部委頒布和制定國家石漠化治理規劃及督察提供重要依據，推動了全國的喀斯特石漠化治理工作。

3.利用近 40 年長期流域觀測數據揭示了喀斯特地區植被恢復的雙重碳匯效應，科學解析了喀斯特作用碳匯效應、通量及驅動機制，引領國際巖石風化碳匯效應的研究。系統地獲得了南方喀斯特地上植被碳儲量與碳匯潛力原創數據和認識，推動了喀斯特地區土壤學和植物學方面的發展。系統地論證了西南喀斯特碳循環過程與全球變化響應與反饋機制，為喀斯特地區生態修復和植被恢復提供了理論支撐。對於認知喀斯特地區碳匯的調控機理，評估喀斯特地區碳匯潛力及其對全球碳匯貢獻具有重要意義。

4.提出了喀斯特地表、地下「二維」水土流失方式，揭示了喀斯特地區水土流失特點、產流機制及其河流泥沙來源，為喀斯特水土流失防治和表層水資源利用提供了理論依據。

5.構建了喀斯特生態環境地球化學研究方法和理論體系，圍繞西南地區的生態環境問題開展「觀測—研究—示範」，推動喀斯特生態環境研究的學科發展。

3 人才培養與隊伍建設

普定站建站以來，在喀斯特生態環境研究、生物地球化學循環、地表圈層相互作用研究領域具有明顯的學科優勢，培養了大批從事喀斯特生態學和生物地球化學的科研人才，形成了一支穩定的科研隊伍。

包括：中國科學院院士 1 人，國務院政府特殊津貼獲得者 3 人，中國科學院特聘研究員 1 人，「傑出青年」4 人，「優秀青年」1 人，貴州省管專家 4 人，中國科學院「西部青年學者」（A 類）1 人，以及全國優秀科技工作者、中國科學院西部學者突出貢獻獎獲得者各 1 人。

4 科研能力與技術平臺

普定站自 2010 年納入 CERN 管理以來，迎來了更為全面和快速發展的時期。在中國科學院、貴州省的共同支持下，對臺站的平臺能力和基礎設施進行全面的改造和升級，形成了「一站多點式」的網絡布局，包括：

1.主站區。面積為 168.47 畝，其中徵用土地面積為 28.28 畝，擁有 3000 平方米生活試驗綜合辦公樓，具有辦公、實驗、樣品/標本儲藏、會議室、住宿、餐飲和體育設施，可保障約 40 人駐站長期開展野外研究和實驗。

2. 喀斯特流域綜合觀測研究區（後寨河流域）。後寨河流域是我國喀斯特研究的代表性流域，自 20 世紀 80 年代開始就已對該流域開展了研究觀測。流域內布局有 4 個氣象觀測站、10 個地表、地下河流水文水化學長期觀測站、6 個不同土地利用類型全坡面觀測場、3 個表層巖溶泉觀測點、5 口地下水觀測井、3 座渦度相關（EC）通量觀測塔、1 套雙波段水熱觀測大孔徑閃爍儀（OMS）、代表區域近頂級植被（常綠落葉闊葉混交林）的 2 公頃天龍山大樣地，以及代表不同人為幹預方式的 6 類輔助觀測樣地。可以進行氣象要素觀測、土壤樣品採集與常規分析、植物生長狀況監測、植物樣品處理與常規分析、水土流失與土壤水分等觀測，滿足對野外生態環境要素長期觀測需求。此外，利用中國科學院科研重點設施建設項目還建成了包括大氣汙染物在線觀測平臺、洞穴-土壤-植被-大氣物質能量通量平臺、喀斯特關鍵帶水-碳-氮模擬觀測平臺、喀斯特不同巖土組構與土地利用類型蒸滲觀測平臺在內的多項系列觀測研究平臺。

3.石漠化綜合治理和農業生態旅遊試驗示範區（梭篩和隴財）。

5 開放與交流

基於長期的觀測研究歷史、健全的科研基礎設施和便利的科研工作條件，普定站已成為我國乃至世界喀斯特生態環境研究領域的一張名片，成為國內外重要的喀斯特研究數據積累基地、野外科研共享平臺和學術交流以及人才培養基地。

早在「五五」和「六五」期間作為我國高原喀斯特典型代表，普定就吸引了來自奧地利、法國、德國等國巖溶和洞穴專家開展觀測和研究工作，在國內也先後有南京大學、成都地質學院、巖溶研究所等 20 餘家單位在後寨河流域開展觀測研究。近年來，「973」項目「西南喀斯特山地石漠化與適應性生態系統調控」（2006CB403200）、國家重大科學研究計劃項目「基於水-巖-土-氣-生相互作用的喀斯特地區碳循環模式及調控機理」（2013CB956700）、國家自然科學基金創新群體項目、國家自然科學基金委員會-貴州省政府聯合基金項目、科學技術部重點研發計劃項目、重點項目和面上項目等諸多研究項目先後在普定站實施。

普定站與中國科學院植物研究所、華南植物園、昆明植物研究所、亞熱帶農業生態研究所、地理科學與資源研究所，中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所、中國地質調查局巖溶地質研究所，河海大學、貴州大學、華東師範大學等建立了長期緊密合作關係，開展了長期合作研究，每年參加或舉辦多次國內學術會議。

依託中-英地球關鍵帶重大國際合作研究計劃項目和中國科學院「一帶一路」喀斯特關鍵帶站網構建等國際合作項目，與斯洛維尼亞喀斯特研究所，羅馬尼亞洞穴研究所，英國格拉斯哥大學、埃克斯特大學、斯特靈大學，以及美國肯塔基大學等建立了長期夥伴關係。

為國內外科研人員提供實物資源、信息資源下載與訪問、標本查閱與借用等方面的服務。近 5 年該站為其他研究機構提供了 120 餘人次超過 80GB 的數據服務，與外單位合作發表文章佔到普定站發表文章總量 40% 以上。

作為貴州省科普教育基地，普定站一直秉承服務公眾的重要使命，積極開展科學知識、科學精神和文化的傳播，不斷加大對外開放力度。例如，中央電視臺科教頻道（CCTV-10）拍攝「地理 · 中國」專題節目《白水臺之謎》、中央電視臺農業與軍事頻道（CCTV-7）參與拍攝「聚焦三農」專題節目《石漠化之戰》等節目中，普定站對石漠化發生原因、形成過程和治理之路進行了科學的詮釋，為西南地區「石漠化之戰」勝利提供了重要「情報」。每年接待來自大專院校教學實習及中、小學冬夏令營活動師生約 500 多人次。目前，有貴州大學、貴州師範學院等 4 所高校將普定站設為常年教學實習基地。

文章源自：中國科學院地球化學研究所.中國科學院普定喀斯特生態系統觀測研究站.中國科學院院刊,2020,35(7):934-936.