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中国荒漠生态系统定位研究网络的建设与发展布局

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  • 中国网/中国发展门户网讯 中国荒漠生态系统定位研究网络(CDERN,以下简称“荒漠生态网”)始建于 1998 年,为国家林业和草原局陆地生态系统野外观测研究与管理中心管辖。经过 20 多年的建设与发展,目前由 47 个野外站(点)组成(其中科学技术部批复建设站点 1 个、国家林业和草原局批复建设站点 25 个、高校和科研单位自建站点 21 个)。2012 年,荒漠生态网与中国科学院的中国生态系统研究网络(CERN)及其他相关部门的荒漠草地类型生态站共同组成“荒漠-草地野外站联盟”(以下简称“荒-草联盟”),发挥各自的平台资源优势,实现荒-草联盟框架内的科技资源共建共享,优势互补,共同拓展发展空间,提高荒漠生态系统研究的创新能力和服务国家生态建设的技术支撑能力。荒-草联盟常年开展工作的区域范围包括我国北方风沙-荒漠区(含盐碱、冻融类型)、黄土高原、西南岩溶与干旱河谷、东南红壤水土流失及典型岸线(河岸、湖岸、海岸)沙地,实现了我国陆地沙漠、砾漠(戈壁)、石漠、土漠、寒漠等重要荒漠类型的全覆盖。

    中国荒漠生态系统定位研究网络的发展历程及布局

    发展历程

    20 世纪 50 年代,在我国防沙治沙及沙漠科学研究的起步阶段,第一代从事沙漠研究的科研工作者分别在宁夏沙坡头、甘肃民勤、辽宁章古台、内蒙古磴口、陕西榆林、宁夏灵武、新疆托克逊、青海沙珠玉、青海格尔木等地建立了治沙综合试验站或中心站。同时期,新中国首批治沙队伍(包括沙漠考察队)、治沙研究所、防风治沙林场相继成立,如中国科学院治沙队、中国科学院地理研究所沙漠研究室、青海沙珠玉防风治沙林场等。

    1978 年,当时的林业部组织编制了《全国森林生态站发展规划草案》。随后,在林业生态工程区、荒漠化地区等典型区域陆续布局建立了多个生态站。1992 年林业部修订了规划草案,成立了生态站工作专家组,初步提出了生态站联网观测的构想,为建立生态站网奠定了基础。2006 年,国家林业局发布《国家林业科技创新体系建设规划纲要(2006—2020 年)》,明确提出“根据林业科学实验、野外试验和观测研究的需要,新建一批森林、湿地、荒漠野外科学观测研究台站,初步形成覆盖主要生态区域的科学观测研究网络”。2007 年,国家林业局正式成立“陆地生态系统野外观测研究与管理中心”,设立森林、湿地、荒漠 3 个生态系统定位研究网络分中心。甘肃民勤站、宁夏盐池站、青海共和站、云南元谋站 4 个荒漠站成为首批加入荒漠生态网的生态站。2008 年,国家林业局发布《国家陆地生态系统定位观测研究网络中长期发展规划(2008—2020 年)》,中国荒漠生态系统定位研究进入快速发展阶段。截至2019 年 12 月,以国内林业高校、科研院所和规划设计机构等为技术支撑,以自然保护地、沙漠公园、治沙林场等为总部基地的荒漠生态网框架基本形成。

    网络设计与布局

    我国旱区面积约 4 520 000 km2,占国土面积47.08%;西南岩溶石漠化区石漠化面积 120 020 km2,涉及 8 个省(自治区、直辖市)的 455 个县,占国土面积的 11.2%。按照“三北”防护林体系建设、京津风沙源治理、石漠化治理等国家重大生态工程的宏观需求,兼顾国家生态工程效益评估的需要,荒漠生态网布局基本涵盖我国八大沙漠、四大沙地,并统筹考虑我国青藏高原高寒区及我国西南、东南地区等特殊区域环境,分别在极端干旱区、干旱区、半干旱区、亚湿润干旱区、青藏高原高寒区和特殊环境区域(包括岩溶石漠化、干热河谷和零星沙地)等六大类型区构建生态站网络。

    目前,荒漠生态网已建成国家和局级生态站 26 个(表 1),分布在极干旱区 3 个、干旱区 6 个、半干旱区 4 个、亚湿润干旱区 4 个、青藏高原高寒区 2 个,同时在干热河谷、岩溶石漠化、岸线沙地(河、湖、海、盐碱)、红壤丘陵重点侵蚀区等特殊环境区域布局生态站 7 个(图 1)。

    中国荒漠生态系统定位研究网络的主要任务

    监测评估

    构建荒漠生态系统信息平台。包括荒漠生态系统联网监测平台、大数据平台、荒漠区生态质量状况监测数据共享管理平台和中国荒漠生态区服务功能公报平台。

    服务国家重要生态工程的监测与评估。例如:“三北”防护林体系建设工程、沙化土地封禁保护工程、退耕还林(还草)工程、京津风沙源治理工程、石漠化治理工程等。

    研制观测设备,设立观测样地、创新技术方法。研制了 0—50 m 垂直梯度、10 km 水平梯度沙尘观测系统,并已在民勤站、库姆塔格站、磴口站和盐池站等多个野外站推广应用;2006 年,与中国林业科学研究院资源信息所合作在磴口县南梁台设立首个1 km2 大样地,2013 年与中国科学院植物研究所合作在锡林郭勒盟正蓝旗桑根达来设立榆树稀树草原 1 km2大样地,随后在磴口、民勤、敦煌和库姆塔格沙漠等地设立多个 ≥1 km2 的大样地多块,东西样带超过 1 500 km、跨境样带超过 2 000 km。

    组织网络内多站同步进行野外开放式大型增雨试验。自2008年开始分别在3个降雨梯度的库姆塔格站、民勤站和磴口站同步开展增雨试验。

    科学研究

    深入开展荒漠生态学研究,为解决国家急需的关键生态学问题提供支撑。深入开展荒漠生态系统结构、功能、格局等长期变化规律及其互作机理的生态学基础研究,揭示荒漠化、石漠化、草地退化和水土流失的发生和发展过程及其驱动与调控机制,支持生态学基础研究和国家重大生态工程建设,解决一批国家急需的生态建设、环境保护、可持续发展等方面的关键生态学问题,推动我国生态与资源环境科学的发展。开展荒漠化、水土流失等退化生态系统综合治理技术研发,探索不同区域、不同驱动因素下退化生态系统的保护、修复模式,并在极干旱区、干旱区、半干旱区、亚湿润干旱区和青藏高原高寒区开展示范、应用推广。编辑出版了首部《荒漠生态学》研究生教材。

    提供生态环境科技重大发展战略与政策的决策咨询,为国际履约、国家生态建设和社会可持续发展提供数据与技术支撑。在京津风沙源工程评估、“三北”防护林工程总体规划修编、新疆生产建设兵团农垦生态成效评估、北方草原防风固沙和水源涵养服务评估、大敦煌生态保护与区域发展战略研究、生物碳汇扩增战略研究、新时期国家生态保护与建设研究、科尔沁沙地全域治理战略研究、适应水土资源条件的区域林草布局策略等一系列战略咨询和工程规划中作出了重要贡献。

    开展荒漠植物收集、保存与整理,完成沙漠科考等工作。编辑出版了《荒漠植物图鉴》,完成了沙漠(含沙地和戈壁)综合科学考察和荒漠生态系统功能与服务评估工作,用户体验出版了《荒漠生态系统功能评估与服务价值研究》。

    人才培养与科普基地

    以荒漠生态网为支撑,建成我国荒漠生态系统长期科学研究基地、人才培养和教学基地、试验示范基地和公众科普教育基地。服务高校、科研院所本科生、研究生野外实践;面向社会各界、各类人群,宣传普及生态环境保护、修复相关知识;为国内外相关科学研究、学术交流、技术培训提供样地、数据和设施等共享平台;展示、推广生态系统保护与修复的新品种、新技术和新模式。

    主要科学进展

    开展沙漠、戈壁综合科学考察,填补了我国沙漠科考的最后空白。在科学技术部科技基础性工作专项、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项等计划支持下,荒漠生态网先后开展了库姆塔格沙漠综合科学考察、戈壁综合科学考察、库木库里沙山综合考察、沙地综合考察与编目等,基本摸清了我国的沙情,填补了沙漠和戈壁科考的空白区。产出了一批专著和图集等代表性成果,如《库姆塔格沙漠研究》《库姆塔格沙漠风沙地貌》《中国黑戈壁研究》《库姆塔格沙漠综合自然地理图集》《库姆塔格沙漠地貌图》和《中国戈壁分布图》等。

    研究沙漠化发生、发展规律,探索综合治理中国方案。完成了中国荒漠化生物-气候分区,并在国家尺度上建立了适用于大范围荒漠化监测与荒漠化评价指标体系框架,为全国荒漠化监测提供了理论与方法;依据《联合国防治荒漠化公约》标准,编绘出《中国荒漠化气候分区图》,明确界定了中国荒漠化的潜在发生范围。

    集成我国四大典型区域的荒漠化综合治理模式,创新性提出了极端干旱沙漠绿洲生态经济型防护体系模式、干旱区次生盐渍化土地防治模式。联合中国科学院进行半干旱农牧交错区荒漠化防治“三圈”模式,以及青藏高原高寒草原沙化防治模式的创建和示范;在干旱区水土资源优化配置、抗逆性植物种质材料选育、盐渍化土地“三系统”治理、造林密度控制等关键科学问题和技术瓶颈等方面进行长期探索并实现了突破,荣获国家科技进步奖一等奖和二等奖、国家国际科技合作奖及省部级科技奖励奖一等奖10多项。

    行业标准研究和建立的科技支撑。2008年“全国防沙治沙标准化技术委员会”成立,荒漠生态网先后牵头编制20多项国家和行业标准,组织审定50多项各类标准,初步建立起一套覆盖全、质量高、宜应用的标准序列,构建了基础术语、观测评价、治理修复、开发利用等多维度标准化体系框架;低覆盖度治沙技术解决了长期困惑干旱区造林密度的难题,以此成果为依托,修改完成了新版《造林技术规程》国家标准(GB/T 15776-2016);积极推进国际标准化组织(ISO)荒漠化防治标准化技术委员会的设立事宜,积极向国际推介 4 项行业标准,落实“标准走出去”战略,增强我国在该领域国际社会的话语权和主导地位。

    未来发展

    通过创新驱动、资源整合、以用促建,荒漠生态网将进一步优化结构、科学布局、统一标准、规范运行。到2030年,规划建成包括100个左右的生态站(点)、涵盖多种景观类型(如石漠、砾漠、沙漠、泥漠、盐漠、寒漠等)的荒漠生态系统监测、共享、服务公共平台。面临新时代发展机遇,荒漠生态网的发展面临转型,未来将加强与各部门的联合共建,共享科技资源,协同创新,再上新台阶。

    提升野外观测技术,扩大观测试验范围。发展宏观“地面、无人机、卫星遥感”天-空-地立体观测,微观“动物、微生物甚至病毒、支原体等生物观测”分子测序,精准“基因-细胞水平、初级生产者、顶级群落、旗舰物种的全食物链”示踪技术,提升野外观测能力,提高观测精度;拓展调查样地和样带,从普通样地拓展到大样地(1 km2)、超级大样地(10km2)和超长大样带(1 000—2 000 km2)。

    优化荒漠生态网的布局,拓展野外站的研究尺度。研究对象的尺度转换与扩大,从站点、基地(如保护地、荒野、林场)、局地、生物气候区,从流域、自然区域、经济区域充分研究,在问题导向下进行网络顶层设计,补充建设,完善网络。

    面向国家和地方重大需求,发挥行业优势,联合中国科学院开展全面科技合作。以“野外站联盟”为纽带,发挥国家林业和草原局生态站“地域性广、面向实际问题”、中国科学院“综合性强、面向科学前沿”各自的平台资源优势,在加强院局联合的基础上,注重林-草、沙-草、林-草-沙融合的有机联系,加强互作机理和机制的研究;建立合作长效机制,共同为国家或行业需求发挥野外站的独特作用。

    (作者卢琦,中国林业科学研究院荒漠化研究所所长;李永华、崔向慧,中国林业科学研究院荒漠化研究所;杨自辉、马全林,甘肃省治沙研究所;辛智鸣、 罗凤敏、 郝玉光,中国林业科学研究院沙漠林业实验中心。《中国科学院院刊》供稿 )

发表时间:2020-07-10 | 评论 () | 复制本页地址 | 打印

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