本文刊載於《中國科學院院刊》2020年第6期
《中國荒漠生態系統定位研究網絡的建設與發展》
楊自輝 馬全林
甘肅省治沙研究所
甘肅民勤荒漠草地生態系統國家野外科學觀測研究站
甘肅民勤荒漠草地生態系統國家野外科學觀測研究站(以下簡稱「民勤站」)始建於1959年,地處河西走廊東段石羊河流域下遊民勤綠洲,位於巴丹吉林和騰格里兩大沙漠交匯地帶(E102.98°,N38.57°),是我國最早開展荒漠生態環境和風沙輸運規律監測的野外觀測研究站,屬於國家林業和草原局荒漠生態系統定位觀測研究站。
2005年民勤站被科學技術部確定為國家野外科學觀測研究站,是教育部、國家自然科學基金委員會「國家基礎教育人才培養基地」、科學技術部和商務部「國際(荒漠化防治)治沙技術援外培訓實習基地」、國家發展和改革委員會「國家空間基礎設施陸地觀測衛星真實性檢驗站」、國防科技工業局「高解析度衛星對地觀測系統國家真實性檢驗站」,國家林業和草原局「全國林業科普基地」「國家荒漠化、沙化土地監測和沙塵暴預警觀測站」「全國物候觀測網聯網觀測站」。
民勤站地理位置特殊,生態類型典型,觀測、研究、試驗示範與共享服務體系完善,是國內外荒漠化防治領域知名的野外研究支撐平臺和國家科技創新基地。
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觀測研究任務及方向
民勤站立足乾旱荒漠區,圍繞國家和區域發展重大需求,以荒漠草地生態系統為對象,重點針對荒漠草地生態系統結構、功能、動態變化,及其對全球氣候變化的響應和應對措施、乾旱內陸河流域水土資源承載力與社會經濟協調發展、生物多樣性保護、沙塵天氣發生發展過程,以及荒漠草地生態系統與下墊面耦合關係、荒漠化綜合防治技術與模式等方面開展基礎理論和應用技術研究,提升石羊河流域山水林田湖草複合生態系統綜合治理能力,強化原創性重大科技成果產出,為我國西部生態安全屏障建設和內陸河流域生態、經濟、社會可持續發展提供科技支撐。主要研究方向:
1.荒漠區生物多樣性保護與資源植物利用;
2.荒漠草地生態系統結構、功能與過程;
3.近地面沙塵暴發生發展過程、機制與防治;
4.荒漠化綜合防治技術與模式;
5.石羊河流域生態水文、水土資源承載力及社會經濟協調發展;
6.石羊河流域生態安全監測、評估與預警。
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研究成果與科學貢獻
民勤站堅持以標準化長期定位觀測研究為基礎,積累了近60年長期、連續的荒漠定位觀測數據,在防沙治沙、荒漠生態環境演變、生態脆弱區域生態系統功能恢復重建、沙區水土及植物資源保護與合理利用、近地面沙塵運動規律等方面開展了系統性研究,取得一批科技成果,為河西地區生態環境建設和社會經濟可持續發展,以及西部生態安全等提供了理論和技術支撐。獲國家級獎勵2項,省部級獎勵44項,發表學術論文2 000餘篇,出版專著22部,授權專利159項。
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創建近地面0—50 m沙塵暴觀測系統
1.該系統利用自主研製的風向跟蹤濾袋式沙塵水平通量儀等6種儀器設備,配置在水平8.3 km、垂直50 m的尺度範圍內,可對民勤縣荒漠、荒漠-綠洲過渡帶、綠洲3種典型下墊面沙塵暴輸運規律、微地貌風沙流輸運特徵和植被類型進行監測。通過近20年沙塵暴、風沙流的觀測應用,在結構、性能、操作性等方面不斷改進和完善,補充了我國沙塵天氣野外監測技術與方法。
2.實現沙塵水平通量、垂直降塵量、氣溶膠濃度、風沙流流量和風速風向等要素的量化監測,為定量研究沙塵暴、認識沙塵暴的運動變化規律奠定了基礎。
3.揭示了沙塵暴的空間結構與時空變化規律,建立了沙塵輸運規律與氣象、土壤、植被等因子之間的關係,為綠洲邊緣防護體系建設提供重要的科學依據。
4.觀測研究表明,民勤縣防護林體系可減少沙塵水平通量76%,量化了防風固沙林和農田防護林對沙塵暴的消減效能,為沙塵暴人工防護提供了依據。
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荒漠綠洲生態系統結構、功能及其過程變化研究揭示了人為因素和氣候變化對植被的影響
1.闡明了人為因素在民勤縣荒漠化發展過程中的主導地位,研究了民勤縣生態環境退化與地下水位變化的相關性。
2.發現民勤縣地下水位下降、土壤旱化和梭梭造林密度過大是人工梭梭衰退死亡的主要因素。
3.通過對民勤縣89種典型荒漠植物46年來的物候觀測研究,分析得出氣溫升高,植物物候期提前、物候持續日數增長的規律,闡明荒漠植物物候對全球氣候變化的響應;提出民勤荒漠區以物候劃分四季的新思路。
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研發推廣防沙治沙技術與模式
1.發明黏土沙障,結合草方格沙障,研究配套組裝機械沙障固沙和植物固沙造林技術,建立了「民勤宋河」「流沙改造」「四帶一體」等優化防治模式。
2.提出調整產業結構、提高低耗水作物種植比例、推廣全膜覆蓋栽培等技術,研究合理輪作、小規模養殖、發展節水農業、造林-封育-適度放牧綜合治沙技術體系。
3.建站60年來,通過示範、培訓、宣傳等形式,在防沙治沙、防護林建設、生物多樣性保護、流域生態系統恢復等領域積極為政府和社會提供技術諮詢服務,培訓各類人員近15萬人次,發放宣傳材料30多萬份,推廣固沙造林技術示範樣板面積達5 200 km2,有力支撐了區域荒漠化防治、生態建設和社會經濟發展。
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人才培養與隊伍建設
民勤站現有固定人員28名,其中享受國務院特殊津貼專家4名,國家百千萬人才1名,甘肅省優秀專家1名,甘肅省領軍人才10名。依託中國科學院西北生態環境資源研究院、中國林業科學研究院、蘭州大學、甘肅農業大學、西北師範大學等單位籤署共建民勤站和聯合培養研究生的協議,已培養研究生41人,其中博士11人,碩士30人。
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科研能力與技術平臺
民勤站佔地面積12平方千米,永久性固定觀測樣地38塊,地面氣象觀測場7座,50m低空觀測平臺6座,形成了以地面監測、50m低空平臺監測和高空遙感監測為一體的立體監測網絡,積累了大量長期連續、定位觀測數據。
建有科技成果展覽室、動植物標本館、種子庫、樣品室、中心實驗室等,擁有價值4000多萬元各類儀器315臺(套);建有1500 平方米科研辦公樓,內設有會議室、數據室、資料室、活動室等;建有職工食堂和學生專用食堂、招待室、車庫等,可同時滿足200人用餐和住宿。
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開放與交流
積極開展荒漠化防治國際科技合作交流。自1993年以來,承辦商務部、科學技術部主辦的防沙治沙、荒漠化防治、退化生態恢復及其治理技術援外培訓班40多期,累計培養各類專員、學者1000餘人,推動了荒漠化防治技術國際化,在強化「一帶一路」沿線國家荒漠化防治領域合作研究中發揮了重要的作用,為世界荒漠化防治事業作出了應有的貢獻。
開展與科研院所、高等院校的合作,完成國家重大與重點科研項目10餘項,國家自然科學基金項目20餘項。通過數據共享平臺或離線每年向國家生態數據中心提交、發布數據近19萬個,為相關科研人員及來站開展科研工作的碩博士研究生提供基礎觀測數據500多萬個。作為全國林業科普基地、教育部和國家自然科學基金委員會基礎教育人才培養基地,每年有2000餘名高校師生來站開展教學實習、社會實踐、科普教育和生態夏令營等活動。
文章源自:
盧琦,李永華,崔向慧,楊自輝,馬全林,辛智鳴,羅鳳敏,郝玉光.中國荒漠生態系統定位研究網絡的建設與發展.中國科學院院刊,2020,(6):779-792.
總監製:楊柳春
責任編輯:張帆
助理編輯、校對:PAN
排版:百裡
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