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那曲生态环境综合观测研究站
2012-10-06

一、建站背景

自中国科学院青藏高原研究所成立以来,为进一步落实中国科学院“知识援藏、科技援藏、人才援藏”的精神,在中国科学院与西藏自治区签署的有关院地合作协议的基础上,2006-2008年中国科学院青藏高原研究所与西藏大学签署了一系列合作协议,特别是2008年7月,中国科学院青藏高原研究所与西藏大学根据国家科技平台的建设要求,按照“青藏高原野外观测平台”建设计划的部署,双方商定共建“那曲生态环境综合观测站”,该台站为“青藏高原野外观测平台”的基本站,由西藏大学牵头建设。2008年11月7日西藏大学就“西藏大学与中国科学院青藏高原研究所共建那曲生态观测站”向那曲县政府发了征地协商函;2010年7月6日中国科学院青藏高原研究所领导和西藏大学理学院领导与那曲县人民政府、罗玛镇人民政府共同商讨了有关“那曲生态环境综合观测研究站”的建站具体事宜,形成了“那曲县人民政府和西藏大学关于建设那曲生态环境观测研究站有关事宜专题办公会议纪要”,认为该站的建设是“落实中央第五次会议关于加强科技支撑能力的重要举措,请相关部门与建设单位协调配合,扎实工作,有力推进各项工作的完成,让观测研究站尽早发挥作用,服务科研,服务地方”。从而正式确定了以那曲县罗玛镇凯玛村西藏大学现有的实习基地作为建站地点,并办理了1500平方米站区建筑用地手续(2010年10月14日拿到土地证),产权属于西藏大学。

2010年8月6日西藏自治区孟德利副主席和中国科学院副院长丁仲礼院士共同为该站举行了揭牌仪式(图1),宣告了该站正式成立。在此基础上,青藏所与西藏大学于2010年8月29日签订了正式合作协议。2010年9月6日,该站被西藏自治区科技厅批准为4个区院科技合作共建实验室之一。

二、历史沿革

 在德国Volkswagen基金会的资助下,2006年3月西藏大学理学院次仁教授与德国Philipps University Marburg的地理学教授Georg Miehe博士共同考察确定了该站的地址,认为该站所在地为高山嵩草草甸分布的中心位置(图2)。2007年西藏大学Phuntsok主持设计和建造了该站第一栋藏式房屋(图3)。2009年在Volkswagen基金会的资助下,通过与当地政府和牧民合作建立了“退牧还草”(禁牧)试验平台,并成为西藏大学大学生实习基地。自2009年以后,在中国科学院青藏高原研究所TiP研究计划(西藏高原研究计划)的基础上,建立了一系列的监测和研究平台,到2010年8月该站正式成立之前,这些监测和研究已经进行了2年,积累了丰富的第一手资料,为该站的建设和发展奠定了一定的物质和技术基础。


图1 图中红点为那曲站所在地(该图由德国Georg Miehe教授提供)


图2 在那曲县罗马镇凯玛村那曲河旁那曲站最早的建筑-120 m2的藏式房屋

、那曲站区流域基本状况

地理位置:那曲站位于藏北高原的腹地那曲县境内(东经91°12'-93°02',北纬30°31'-31°55'),地处唐古拉山脉与念青唐古拉山脉之间的那曲河流域,位于羌塘高原的东部和怒江流域的上游(图4)。那曲县南与当雄县接壤,北与聂荣、安多县相连,东与比如、嘉黎县相靠,西与班戈县毗邻。海拔均在4450m以上。东西最大距离233km,南北最大距离185km,总流域面积1.6万km2


图4 怒江流域上游及那曲站所在地示意图

气候特征:那曲县属高原亚寒带季风半湿润气候区。这里冬季长达近半年,年温差小,昼夜温差大;年平均气温为-2.1℃,元月份平均气温-14.4℃;全年没有绝对无霜期,每年10月至次年5月为风雪期和土壤冻结期,6-8月为生长期。年降水量为406.2毫米,多集中在6-9月间。年蒸发量为1810.3mm,相对湿度只有51%。气候特征是干燥、多风。

植被类型:站区及其所在那曲河流域的地带性植被为高寒小嵩草草甸,河流滩地等低洼地分布有藏嵩草草甸,具有典型的区域代表性(图5)。这里地势平缓,气候寒冷潮湿,夏季短暂,冬季漫长且严寒,是那曲地区草原畜牧业的主要地区,那曲地区的草地畜牧业发展历史悠久,农业生产结构以牧业为主,占94%左右,是我国第五大放牧区。然而,上个世纪90年代以来,由于人口和家畜头只数的增加,使得天然草场出现不同程度的退化状态。


图5 那曲站区流域高寒草甸(严重退化)

、目标和定位

总体目标:以该站为基点,辐射那曲地区中、东部地区6县(那曲县、班戈县、安多县、聂荣县、比如县、嘉黎县等)及拉萨市当雄县,集监测、研究和示范于一体,通过长期定位对生态环境基本要素(水、土、气、生等要素)的系统监测,为地方和国家制定区域发展规划提供基础数据;同时,围绕学科前沿领域和国家重大需求,寻求国内外多向合作,多学科交叉地开展高寒生态学、生物多样性保育与资源综合高效利用、以及对环境变化的响应与适应性研究;在此基础上,发展适应性管理模式并进行示范推广,从而为推动当地经济社会的可持续发展提供试验示范。另外,作为西藏大学的教学实习基地,将为西藏生态安全屏障建设培养和储备关键的技术、管理人才队伍。

长期目标是把该站建成国际一流的青藏高原野外科学观测研究站,使之成为我国高寒区域具有国际先进水平的科学研究基地、高科技培养人才基地和高新技术产业化示范基地。

近期目标:通过5年的系统建设,努力成为教育部的重点野外台站或教育部与中科院共建重点站;通过10年的发展,最终成为国家级野外台站。同时,成为西藏大学学生实习基地和西藏自治区生态屏障建设及草地畜牧业可持续发展的人才培养基地和科普基地。

科学定位:为了顺利实现上述目标,并针对国家西部大开发战略和西藏生态安全屏障建设等国家重大需求,该站将长期围绕以下科学问题进行长期定位观测和研究。

1、生态环境监测:通过对站区流域水、土、气、生四大基本生态环境要素的长期、定位、动态监测,为区域生态安全屏障和经济社会可持续发展提供基础数据;

2、高寒草甸生态学研究:开展气候变化和人类活动(放牧)对高寒草甸生态系统功能过程的影响及其反馈机制的研究;阐明高寒生态系统退化原因和过程;探讨生物多样性与生态系统功能的关系及其主要影响因素;

3、生态系统管理和可持续利用的研究与示范:发展适应性高寒草地管理措施、退化草地恢复和重建技术、资源综合利用和保护等技术体系,并进行示范。

   拟回答的关键科学和技术问题:

1、该地区气候和环境因子的变化趋势及其规律如何?

2、气候变化和放牧及其可能的互作效应如何影响高寒生态系统的结构和功能?

3、生态系统退化的驱动力及其恢复过程和机理如何?

4、如何科学利用天然高寒草地生态系统?

5、人工草地的生产-生态功能如何?

6、如何实现高寒草地生态系统的保护与可持续利用?

 

五、监测、研究和示范内容规划

(一)监测规划

选择站区附近典型的植被(如高寒草甸和沼泽草甸)和水域(如河流)进行定位观测。

1、小气候监测

    选择地势比较平坦的高寒草甸,架设小气候自动梯度仪长期监测空气温度、湿度、不同层次土壤温湿度(0-200 cm)、风向、风速、降水量、蒸发量、总辐射、反射辐射、总辐射表和净辐射等指标;同时,观测大气干、湿沉降。

2、土壤调查与监测

  (1)土壤调查:在站区流域,选择典型的土壤类型进行土壤剖面的描述和观测(如土层深度、颜色、水分、质地、结构、孔隙、根系分布、石灰反应、pH值等)、取土壤样品进行物理(如土壤颗粒组成、容重、孔隙度、田间持水量和土壤水分特征曲线等)、化学(如有机质、全氮、全磷、全钾、矿物氮、有效磷和钾、以及其它矿物元素等)和生物特征(如土壤动物和微生物特征等)的分析;该类调查通常与植被调查结合进行;

  (2)长期土壤监测:在站区内选择典型的主要土壤类型进行长期监测。站区内各种土壤类型及其空间分布,由于自然条件变化及各种不同人类活动的影响,因而会处于不断的变化之中,通过定期的对这一变化进行监测,就可获得不同土壤类型的特征在自然条件与人类活动影响下变化的规律与特点。但是这种土壤类型及其空间分布的变化一般表现为比较缓慢的过程,因而5年进行一次监测即可,但对于土壤有效养分应该进行较高频次的监测(如月动态或季动态等),而且这一监测应与植被调查同时进行。

3、植被调查和监测

  (1)植物与植被调查:在站区流域,进行不同植被类型面积和分布的调查,结合遥感资料绘制植被类型图和草场质量等级图;同时,选择典型性、有代表性的植物群落,进行“四度一量”(丰富度、盖度、高度、频度和生物量等)的群落学调查,并汇出物种组成-面积关系曲线和生物量-面积关系曲线;分种取样测定不同植物和植物群落的养分特征,包括元素(C、N、P、K、Ca等大量元素和Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素)特征和品质(粗蛋白质、粗脂肪、粗纤维、酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维、粗灰分等)特征。

  (2)长期监测:在站区附近,选择有代表性、典型性的植被建立“永久”样地(最好与微气象观测站不远),按照统计学的要求设置“永久”观测样方,对上述指标进行月份/季节、年际动态监测。

4、水文学调查和监测

  (1)选择那曲河主要源头和支流,进行水资源和水质调查,结合遥感资料绘制流域水资源分布图;

(2)水文监测:在站区那曲河边选择合适的地点进行水量和水质的长期自动监测。

(二)高寒草地生态学研究

1、全球变化生态学研究:揭示未来气候变化背景下高寒草甸生态系统结构和功能的变化及其对周边和全球生态环境的影响,阐明碳-氮-水耦合循环规律及其主要制约因素;

2、生物多样性形成机制及其功能研究:揭示生物多样性形成和适应机制,阐明生物多样性的生态功能;

3、放牧生态学研究:揭示不同放牧管理制度对土-草-畜生态系统能量流动、物质循环的影响;

4、恢复生态学研究:揭示高寒草甸生态系统退化过程和机理,阐明恢复和重建不同退化程度的高寒草甸生态系统关键制约因子。

(三)生态系统管理和示范

1、草原管理:建立适宜放牧管理的评价指标体系;提出优化放牧管理制度和模式;开发提高草地畜牧业生产的先进技术和措施;

2、退化草地恢复与重建:研发不同退化程度天然草地的恢复技术和措施;提出人工草地建植配套技术和优质、高产技术;

3、特色生物资源综合利用和保护:特色农作物、牧草等种质资源的选育和保护;特色藏药材的综合利用技术和措施及其保护;

4、可持续发展科学研究:揭示自然、社会、人文等相互耦合关系及其对经济社会可持续发展的影响,发展优化生态-生产模式并进行示范。

5、科普活动:每年生长季邀请各级政府和职能部门的领导、管理人员到站上考察和指导工作;设立向周边地区牧民、科技人员、大中小学学生开放日,举办各类科普活动。

 

六、人才队伍

到目前为止,那曲站拥有固定研究人员19人,客座研究人员2人,其中西藏大学的研究人员15人,中国科学院青藏高原研究所研究人员6人(包括客座研究人员1人)(表1)。研究人员中,研究员或教授共10人,其中“杰青”1人、“长江学者”1人,“百人计划”3人;副研究员或副教授共8人;中级职称3人;博士生和硕士生10余名。

 

七、仪器设备和平台建设

1、仪器设备

目前,那曲站拥有自动气象站2台、通量塔设备2套(其中1套由德国合作者于2009年架设在高寒草甸上,另一架由西藏大学于2012年6月架设于沼泽草甸上(图6))、多参数水质仪1台、Li-cor 6400光合仪1台、Li-cor 840A土壤呼吸仪2套、土壤温湿度监测仪1套以及台式计算机和投影仪各一台。

2、平台建设

(1)办公和生活设施:在2000 m2左右的办公和生活园区内,拥有120 m2的藏式生活房屋,可以同时容纳30人左右的生活居住和饮食条件;拥有80 m2左右的办公活动房,其中包括办公室、实验室和会议室各一间(见封面图)。

(2)科研平台:目前,那曲站已经建立了“放牧生态学”平台(通过与德国Marburg、Gottingen等大学合作,于2009年建立了2公顷试验平台)和“恢复生态学”平台(通过与德国Marburg、Gottingen等大学合作,于2009年建立了2处试验平台)(图7);青藏所于2012年6月建立了1公顷的长期观测和恢复试验研究平台)以及与那曲行署畜牧局和草原站合作共建了“人工草地生产-生态综合试验”平台(图8);另外,在青藏高原研究所“一三五”规划的“培育方向项目”支持下,将于2012年9月份建立“不同增温梯度和模式及增水”的研究平台。

 

表1 那曲站人才队伍简介

 

 

序号

姓名

学历

出生年

职务

职称

主要研究方向

备注

西

1

白玲

学士

1964

站长

讲师

数理统计

 

2

钟杨

博士

1964

副站长

教授

系统进化

长江学者

3

白玛多吉

学士

1954

 

副教授

管理、统计

 

4

次仁

博士

1959

 

教授

动植物关系

 

5

王小强

博士

1964

 

教授

植物生物物理学

特聘讲座教授

6

拉多

博士

1969

 

教授

古生物学

 

7

崔益斌

博士

1966

 

教授

环境科学

 

8

拉琼

硕士

1973

 

副教授

植物生态

 

9

扎西次仁

博士

1964

 

副教授

植物生态

 

10

段双全

学士

1962

 

副教授

植物生态

 

11

布多

硕士

1974

 

副教授

环境科学

 

12

其美多吉

硕士

1969

 

副教授

人文地理

 

13

土登次仁

学士

1974

 

副教授

环境地理

 

14

关法春

博士

1981

 

讲师

恢复生态学

 

15

旦增

硕士

1981

 

讲师

分析化学

 

16

杨永平

博士

1963

副所长

研究员

系统进化

 

17

汪诗平

博士

1964

副站长

研究员

放牧生态与气候变化

百人计划

18

张更新

博士

1972 

副主任

研究员

环境微生物学

百人计划

19

胡向阳

博士

 

 

研究员

分子生物学

百人计划

20

朴世龙

博士

1976

主任

教授

气候变化模型

杰青

21

贾书刚

博士

1963

 

副研究员

土壤学