中國荒漠生態系統定位研究網絡的建設與發展布局

中國網/中國發展門戶網訊 中國荒漠生態系統定位研究網絡(CDERN,以下簡稱“荒漠生態網”)始建于?1998?年,為國家林業和草原局陸地生態系統野外觀測研究與管理中心管轄。經過?20?多年的建設與發展,目前由?47?個野外站(點)組成(其中科學技術部批復建設站點?1?個、國家林業和草原局批復建設站點?25?個、高校和科研單位自建站點?21?個)。2012?年,荒漠生態網與中國科學院的中國生態系統研究網絡(CERN)及其他相關部門的荒漠草地類型生態站共同組成“荒漠-草地野外站聯盟”(以下簡稱“荒-草聯盟”),發揮各自的平臺資源優勢,實現荒-草聯盟框架內的科技資源共建共享,優勢互補,共同拓展發展空間,提高荒漠生態系統研究的創新能力和服務國家生態建設的技術支撐能力?；?草聯盟常年開展工作的區域范圍包括我國北方風沙-荒漠區(含鹽堿、凍融類型)、黃土高原、西南巖溶與干旱河谷、東南紅壤水土流失及典型岸線(河岸、湖岸、海岸)沙地,實現了我國陸地沙漠、礫漠(戈壁)、石漠、土漠、寒漠等重要荒漠類型的全覆蓋。

中國荒漠生態系統定位研究網絡的發展歷程及布局

發展歷程

20?世紀?50?年代,在我國防沙治沙及沙漠科學研究的起步階段,第一代從事沙漠研究的科研工作者分別在寧夏沙坡頭、甘肅民勤、遼寧章古臺、內蒙古磴口、陜西榆林、寧夏靈武、新疆托克遜、青海沙珠玉、青海格爾木等地建立了治沙綜合試驗站或中心站。同時期,新中國首批治沙隊伍(包括沙漠考察隊)、治沙研究所、防風治沙林場相繼成立,如中國科學院治沙隊、中國科學院地理研究所沙漠研究室、青海沙珠玉防風治沙林場等。

1978?年,當時的林業部組織編制了《全國森林生態站發展規劃草案》。隨后,在林業生態工程區、荒漠化地區等典型區域陸續布局建立了多個生態站。1992?年林業部修訂了規劃草案,成立了生態站工作專家組,初步提出了生態站聯網觀測的構想,為建立生態站網奠定了基礎。2006?年,國家林業局發布《國家林業科技創新體系建設規劃綱要(2006—2020?年)》,明確提出“根據林業科學實驗、野外試驗和觀測研究的需要,新建一批森林、濕地、荒漠野外科學觀測研究臺站,初步形成覆蓋主要生態區域的科學觀測研究網絡”。2007?年,國家林業局正式成立“陸地生態系統野外觀測研究與管理中心”,設立森林、濕地、荒漠?3?個生態系統定位研究網絡分中心。甘肅民勤站、寧夏鹽池站、青海共和站、云南元謀站?4?個荒漠站成為首批加入荒漠生態網的生態站。2008?年,國家林業局發布《國家陸地生態系統定位觀測研究網絡中長期發展規劃(2008—2020?年)》,中國荒漠生態系統定位研究進入快速發展階段。截至2019?年?12?月,以國內林業高校、科研院所和規劃設計機構等為技術支撐,以自然保護地、沙漠公園、治沙林場等為總部基地的荒漠生態網框架基本形成。

網絡設計與布局

我國旱區面積約?4?520?000?km²,占國土面積47.08%;西南巖溶石漠化區石漠化面積?120?020?km²,涉及?8?個省(自治區、直轄市)的?455?個縣,占國土面積的?11.2%。按照“三北”防護林體系建設、京津風沙源治理、石漠化治理等國家重大生態工程的宏觀需求,兼顧國家生態工程效益評估的需要,荒漠生態網布局基本涵蓋我國八大沙漠、四大沙地,并統籌考慮我國青藏高原高寒區及我國西南、東南地區等特殊區域環境,分別在極端干旱區、干旱區、半干旱區、亞濕潤干旱區、青藏高原高寒區和特殊環境區域(包括巖溶石漠化、干熱河谷和零星沙地)等六大類型區構建生態站網絡。

目前,荒漠生態網已建成國家和局級生態站?26?個(表?1),分布在極干旱區?3?個、干旱區?6?個、半干旱區?4?個、亞濕潤干旱區?4?個、青藏高原高寒區?2?個,同時在干熱河谷、巖溶石漠化、岸線沙地(河、湖、海、鹽堿)、紅壤丘陵重點侵蝕區等特殊環境區域布局生態站?7?個(圖?1)。

中國荒漠生態系統定位研究網絡的主要任務

監測評估

構建荒漠生態系統信息平臺。包括荒漠生態系統聯網監測平臺、大數據平臺、荒漠區生態質量狀況監測數據共享管理平臺和中國荒漠生態區服務功能公報平臺。

服務國家重要生態工程的監測與評估。例如:“三北”防護林體系建設工程、沙化土地封禁保護工程、退耕還林(還草)工程、京津風沙源治理工程、石漠化治理工程等。

研制觀測設備,設立觀測樣地、創新技術方法。研制了?0—50?m?垂直梯度、10?km?水平梯度沙塵觀測系統,并已在民勤站、庫姆塔格站、磴口站和鹽池站等多個野外站推廣應用;2006?年,與中國林業科學研究院資源信息所合作在磴口縣南梁臺設立首個1?km²?大樣地,2013?年與中國科學院植物研究所合作在錫林郭勒盟正藍旗桑根達來設立榆樹稀樹草原?1?km²大樣地,隨后在磴口、民勤、敦煌和庫姆塔格沙漠等地設立多個?≥1?km²?的大樣地多塊,東西樣帶超過?1?500?km、跨境樣帶超過?2?000 km。

組織網絡內多站同步進行野外開放式大型增雨試驗。自2008年開始分別在3個降雨梯度的庫姆塔格站、民勤站和磴口站同步開展增雨試驗。

科學研究

深入開展荒漠生態學研究,為解決國家急需的關鍵生態學問題提供支撐。深入開展荒漠生態系統結構、功能、格局等長期變化規律及其互作機理的生態學基礎研究,揭示荒漠化、石漠化、草地退化和水土流失的發生和發展過程及其驅動與調控機制,支持生態學基礎研究和國家重大生態工程建設,解決一批國家急需的生態建設、環境保護、可持續發展等方面的關鍵生態學問題,推動我國生態與資源環境科學的發展。開展荒漠化、水土流失等退化生態系統綜合治理技術研發,探索不同區域、不同驅動因素下退化生態系統的保護、修復模式,并在極干旱區、干旱區、半干旱區、亞濕潤干旱區和青藏高原高寒區開展示范、應用推廣。編輯出版了首部《荒漠生態學》研究生教材。

提供生態環境科技重大發展戰略與政策的決策咨詢,為國際履約、國家生態建設和社會可持續發展提供數據與技術支撐。在京津風沙源工程評估、“三北”防護林工程總體規劃修編、新疆生產建設兵團農墾生態成效評估、北方草原防風固沙和水源涵養服務評估、大敦煌生態保護與區域發展戰略研究、生物碳匯擴增戰略研究、新時期國家生態保護與建設研究、科爾沁沙地全域治理戰略研究、適應水土資源條件的區域林草布局策略等一系列戰略咨詢和工程規劃中作出了重要貢獻。

開展荒漠植物收集、保存與整理,完成沙漠科考等工作。編輯出版了《荒漠植物圖鑒》,完成了沙漠(含沙地和戈壁)綜合科學考察和荒漠生態系統功能與服務評估工作,出版了《荒漠生態系統功能評估與服務價值研究》。

人才培養與科普基地

以荒漠生態網為支撐,建成我國荒漠生態系統長期科學研究基地、人才培養和教學基地、試驗示范基地和公眾科普教育基地。服務高校、科研院所本科生、研究生野外實踐;面向社會各界、各類人群,宣傳普及生態環境保護、修復相關知識;為國內外相關科學研究、學術交流、技術培訓提供樣地、數據和設施等共享平臺;展示、推廣生態系統保護與修復的新品種、新技術和新模式。

主要科學進展

開展沙漠、戈壁綜合科學考察,填補了我國沙漠科考的最后空白。在科學技術部科技基礎性工作專項、中央級公益性科研院所基本科研業務費專項等計劃支持下,荒漠生態網先后開展了庫姆塔格沙漠綜合科學考察、戈壁綜合科學考察、庫木庫里沙山綜合考察、沙地綜合考察與編目等,基本摸清了我國的沙情,填補了沙漠和戈壁科考的空白區。產出了一批專著和圖集等代表性成果,如《庫姆塔格沙漠研究》《庫姆塔格沙漠風沙地貌》《中國黑戈壁研究》《庫姆塔格沙漠綜合自然地理圖集》《庫姆塔格沙漠地貌圖》和《中國戈壁分布圖》等。

研究沙漠化發生、發展規律,探索綜合治理中國方案。完成了中國荒漠化生物-氣候分區,并在國家尺度上建立了適用于大范圍荒漠化監測與荒漠化評價指標體系框架,為全國荒漠化監測提供了理論與方法;依據《聯合國防治荒漠化公約》標準,編繪出《中國荒漠化氣候分區圖》,明確界定了中國荒漠化的潛在發生范圍。

集成我國四大典型區域的荒漠化綜合治理模式,創新性提出了極端干旱沙漠綠洲生態經濟型防護體系模式、干旱區次生鹽漬化土地防治模式。聯合中國科學院進行半干旱農牧交錯區荒漠化防治“三圈”模式,以及青藏高原高寒草原沙化防治模式的創建和示范;在干旱區水土資源優化配置、抗逆性植物種質材料選育、鹽漬化土地“三系統”治理、造林密度控制等關鍵科學問題和技術瓶頸等方面進行長期探索并實現了突破,榮獲國家科技進步獎一等獎和二等獎、國家國際科技合作獎及省部級科技獎勵獎一等獎10多項。

行業標準研究和建立的科技支撐。2008年“全國防沙治沙標準化技術委員會”成立,荒漠生態網先后牽頭編制20多項國家和行業標準,組織審定50多項各類標準,初步建立起一套覆蓋全、質量高、宜應用的標準序列,構建了基礎術語、觀測評價、治理修復、開發利用等多維度標準化體系框架;低覆蓋度治沙技術解決了長期困惑干旱區造林密度的難題,以此成果為依托,修改完成了新版《造林技術規程》國家標準(GB/T 15776-2016);積極推進國際標準化組織(ISO)荒漠化防治標準化技術委員會的設立事宜,積極向國際推介?4?項行業標準,落實“標準走出去”戰略,增強我國在該領域國際社會的話語權和主導地位。

未來發展

通過創新驅動、資源整合、以用促建,荒漠生態網將進一步優化結構、科學布局、統一標準、規范運行。到2030年,規劃建成包括100個左右的生態站(點)、涵蓋多種景觀類型(如石漠、礫漠、沙漠、泥漠、鹽漠、寒漠等)的荒漠生態系統監測、共享、服務公共平臺。面臨新時代發展機遇,荒漠生態網的發展面臨轉型,未來將加強與各部門的聯合共建,共享科技資源,協同創新,再上新臺階。

提升野外觀測技術,擴大觀測試驗范圍。發展宏觀“地面、無人機、衛星遙感”天-空-地立體觀測,微觀“動物、微生物甚至病毒、支原體等生物觀測”分子測序,精準“基因-細胞水平、初級生產者、頂級群落、旗艦物種的全食物鏈”示蹤技術,提升野外觀測能力,提高觀測精度;拓展調查樣地和樣帶,從普通樣地拓展到大樣地(1 km²)、超級大樣地(10km²)和超長大樣帶(1 000—2 000 km²)。

優化荒漠生態網的布局,拓展野外站的研究尺度。研究對象的尺度轉換與擴大,從站點、基地(如保護地、荒野、林場)、局地、生物氣候區,從流域、自然區域、經濟區域充分研究,在問題導向下進行網絡頂層設計,補充建設,完善網絡。

面向國家和地方重大需求,發揮行業優勢,聯合中國科學院開展全面科技合作。以“野外站聯盟”為紐帶,發揮國家林業和草原局生態站“地域性廣、面向實際問題”、中國科學院“綜合性強、面向科學前沿”各自的平臺資源優勢,在加強院局聯合的基礎上,注重林-草、沙-草、林-草-沙融合的有機聯系,加強互作機理和機制的研究;建立合作長效機制,共同為國家或行業需求發揮野外站的獨特作用。

(作者盧琦,中國林業科學研究院荒漠化研究所所長;李永華、崔向慧,中國林業科學研究院荒漠化研究所;楊自輝、馬全林,甘肅省治沙研究所;辛智鳴、 羅鳳敏、 郝玉光,中國林業科學研究院沙漠林業實驗中心?！吨袊茖W院院刊》供稿 )

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