实验室概况
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实验室研究工作背景和意义
2014-02-11

 青藏高原80%以上的面积在海拔4000 m以上,是全球海拔最高的自然地理单元,也是全球气候变暖最敏感的地区之一。在季风和西风气候的交互影响下,该地区拥有全球陆地主要生态系统类型,是全球重要的生物多样性分布中心,这为我们研究物种及其生态系统的发生、演化及其与环境变化的关系提供了独特的天然实验室和珍贵的本底资料。青藏高原生态系统变化频率和幅度比低海拔地区大,其生态过程阈值低、反应快,自身恢复能力差。因此,该地区既脆弱又敏感。在当前全球变化背景下,气候变暖和人类活动加剧导致了高寒生态系统的严重退化甚至沙化,给当地社会经济发展带来了很大的负面影响。因此,迫切需要深入系统地开展高寒生态和生物多样性研究,为青藏高原高寒生态系统可持续发展和生态安全屏障建设及评估提供理论和技术支撑。

1.工作背景

高寒生态和多样性研究是在我国青藏高原生物学、地学、资源科学等科学考察的基础上发展起来的具有地域特色的重要研究领域之一,是对过去科学考察研究事业的继承、发展、综合与提高。

以中国科学院一批院士为杰出代表的科学家已经对青藏高原的植被、资源、环境、地球科学、大气科学等进行了一系列考察研究,特别是从宏观、更大时空尺度上对青藏高原形成、演变及其对自然环境的影响与自然资源合理利用保护的综合考察研究。据不完全统计,基于新中国成立以来的一系列科学考察,先后出版了西藏考察丛书45册、青藏高原横断山区考察丛书13册和其它若干区域性著作,揭示了青藏高原的植被类型和分布格局、自然资源状况和分布、青藏高原形成和环境演化趋势的主要驱动力,从而奠定了我国在青藏高原相关研究领域的国际领先和引导地位,为我国西部大开发的战略实施提供了重要的理论基础。

经过青藏高原多次综合科学考察和研究,基本认识了青藏高原植物和植被分布格局及其环境影响,为高寒生态和生物多样性研究的继承和发展奠定了坚实的基础条件。然而,由于青藏高原由东南向西北水热条件的巨大差异,形成了不同的气候和生态区域,孕育了地球上独特的陆地生态系统和高寒生物物种基因库。所以,该实验室充分利用多学科交叉,利用现代技术手段从不同时空尺度和层次围绕高寒生态系统对全球变化的响应与适应过程和机理、极端环境下生物多样性特征和形成机制等开展深入、系统的研究,为青藏高原的生态环境保护、水资源和生物资源的可持续利用提供理论支撑和技术措施保障。

2. 学科意义

青藏高原气温显著低于同纬度的其它地区,被誉为“地球第三极”。高原腹地年降水量在200mm以下,干旱特征明显。土壤发育历史短,成土母质以冰碛物、残积-坡积物为主,土壤具粗骨性强、抗蚀能力弱的特点。因此,青藏高原是对全球变化反应最为敏感的地区之一,也是全球变化研究关注的关键区域。受青藏高原严酷气候条件的影响,处于脆弱地表系统平衡条件下的环境因子常常处于临界阈值状态,生态系统对气候变化的敏感性响应将会导致高寒生态系统的格局、过程与功能发生较大的改变。这些变化将在更大的时空尺度上影响到北半球乃至全球气候环境系统,对高原本身以及东南亚的人类生存环境产生直接影响。同时,青藏高原地球动力、气候和人类活动等多重因素决定了高寒生态系统的脆弱性。

青藏高原地域辽阔,生态环境复杂多样,为生物的生存和繁衍提供了得天独厚的条件。青藏高原不仅生物物种多样,而且是我国极端环境生物多样性的富集区。由于青藏高原水分和温度沿水平和垂直梯度变化较大,环境异质性强,因此其生物多样性的形成和演化过程极其复杂多样。植被以高寒草甸和高寒草原为主,群落结构简单;低温缺水使植物生产力低、更新速度缓慢。上述因素决定了青藏高原高寒生态系统对外部干扰响应敏感,易出现退化现象。此外,人类活动加剧了高原局地和短期的变化,成为区域性生态退化的主要原因。超载过牧是人类活动引起草地退化的主要原因之一,而不合理的矿产资源、生物和旅游资源开发等人类经济活动也对高寒生态系统产生了一定的负面影响,从而导致了青藏高原部分地区生态系统退化,甚至部分湿地消失、土地沙化等现象。

基于青藏高原高寒生态系统的脆弱性、高寒生态系统对全球变化的敏感性、高寒生态系统生物多样性形成与演化的复杂性以及国家在青藏高原生态安全屏障建设、生物多样性保护和资源可持续利用等方面的重大科学和经济社会发展需求,通过该实验室的建设和发展,可以多学科交叉研究高寒生态系统核心科学问题,阐明高寒生态系统结构和功能如何响应和适应气候变化和人类活动的过程和机理,解析生物多样性形成和演化过程及其功能与环境变化的关系;通过创新研究成果,服务于特色生物资源和区域生态环境保护,促进社会经济可持续发展。此外,由于各种原因,无论是经典生态学还是现代生态学,主要研究地点和区域均以热带、亚热带和温带生态系统为主,对高寒生态系统的研究甚少,这也为我们研究和发现新的理论提供了很大的机会和发展空间,有望提出有自己见解的观点和假说,完善并发展生态学理论。

3. 国家需求

“高寒生态和生物多样性”实验室的成立和建设发展是当前青藏高原经济社会可持续发展的战略需求。(1)是贯彻落实2010年中央第五次西藏工作座谈会精神的需要。2010年1月18至20日,党中央和国务院在北京召开了第五次西藏工作座谈会,会议强调了做好西藏工作,是深入贯彻落实科学发展观、全面建设小康社会的迫切需要,是构建国家生态安全屏障、实现可持续发展的迫切需要,是维护民族团结、维护社会稳定、维护国家安全的迫切需要,是营造良好国际环境的迫切需要。因此,该实验室的发展,将为科学评估气候变化对西藏农牧业生产的潜在影响、并提出适应性管理措施等提供理论依据。(2)是西藏生态安全屏障建设和“三江源”自然保护区建设的需要。青藏高原生态退化及环境保护和建设受到了社会各界的关注,西藏生态安全屏障建设和“三江源”自然保护区建设已经成为目前青藏高原最大的生态建设项目。随着人口压力的增大和气候变化的持续,水资源将可能发生重大变化,该地区陆地生态系统正面临着前所未有的压力和挑战,特别是高寒草地生态系统的稳定性更加脆弱,农牧业生产安全风险陡增。因此,通过该实验室的建设,可以为生态环境保护与社会经济协调发展提供理论依据。(3)是构建社会主义新农村的需要。构建社会主义新农村是和谐社会的直接体现。气候变化既是环境问题,也是发展问题,归根到底是发展问题。青藏高原拥有丰富的农牧业资源,是藏区经济社会的主体。然而,气候变化和不合理的土地利用方式,特别是过度放牧等已经导致了高寒草地生态系统大面积退化甚至沙化,极大地增加了草地畜牧业生产的风险和不确定性,也大大降低了高寒草地生态系统的固碳能力和土壤质量,恶化了广大牧民的生产和生活环境。通过该实验室的研究成果及其示范,可以为发展区域经济、增加牧民收益、促进社会稳定、构建社会主义新农村等新的生产模式提供理论依据。