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若尔盖高原湿地生态系统研究站

2014-02-18

若尔盖高原湿地生态系统研究站由寒旱所和成都生物所相关研究单元联合构成,各自相对独立运行。

1 寒旱所若尔盖高原湿地生态系统研究站

1.1 台站简介

中国科学院寒区旱区环境与工程研究所若尔盖高原湿地生态系统研究站(简称若尔盖站,英文名称zoige plateau wetlands ecosystem research station)前身为黄河源区气候与环境综合观测研究站,于20057月开始观测,20066月开始在玛曲草原展开长期连续监测,2008年被批准为所级站,20097月开始基础设施建设,20108月完成生活区与实验室建设,20109月揭牌。为使研究区域和研究方向更为凝练,于20125月更改为现站名。

 

台站风采

 

目前若尔盖站征地7公倾,基础建设、观测仪器设备累计投资500余万元。固定科研人员6人,其中研究员3人,副研究员1人和助理研究员2人。现有玛曲草原观测场、花湖观测场以及规划建设的乔科-曼日玛观测场。

 

玛曲草原观测场

花湖观测场

规划建设的乔科-曼日玛观测场

1.2 研究目标

若尔盖站是一个以典型高原湿地和草原为研究对象,以全球变化与人为扰动背景下,高原湿地和草原生态系统的演替及其与大气相互作用为研究目标的综合研究站。具体研究以下几个方面。

1)沼泽湿地生态系统碳、氮、水通量及其耦合循环过程

在若尔盖高原湿地典型样带上建立CO2CH4NO2、水汽通量及其耦合过程的综合观测体系,通过温室气体通量观测与生态过程的野外调查试验,结合长期定位观测、环境控制试验、植被、土壤样带调查、遥感监测,模型模拟等研究方法,揭示湿地生态系统碳、氮、水循环及其耦合关系的区域特征及生物与环境调控机制,阐明若尔盖高原湿地生态系统主要生源要素(CNPK等)的代谢特征、研究多尺度的观测数据-模型融合系统和机理模型,揭示高原沼泽湿地生态格局、过程与水文过程耦合关系及稳定机制。

2)若尔盖高原湿地生态系统对全球气候变化和人类活动的响应与影响

 在全球碳循环乃至大气温室气体研究中,位于青藏高原东北部的若尔盖高原湿地是一个值得关注的区域,其生态系统碳、氮平衡对环境变化表现出较高的敏感性和响应上的不确定性。通过研究湿地生态系统的水文、温度、植被生产力、土壤类型、含盐量、有机物及沉积物的迁移等影响生物地球化学循环的重要参数,以及全球变化的区域响应和适应机制,结合长期监测与数值模拟,开展气候变化与人类活动双重作用下生态系统结构、功能和过程的变化及其响应与适应机理研究,建立新一代整合气候变化、水文动态、植被演替、碳氮循环的湿地生态系统模型,为预测未来气候和土地利用变化情景下生态敏感区、脆弱区和过渡区对全球气候变化的响应和适应,制定相应策略提供科学依据。

3)湿地生态系统动力学研究

通过长期气象、水文、生态定位监测,研究湿地生态系统水文过程(水位、流量、频率等)、土壤过程(土壤物理、化学过程等)与生物过程的驱动与反馈机制,建立湿地生态系统动力学模型。

4)高原湿地植物生物学与湿地生态系统服务功能

集合遥感数据、通量观测、稳定同位素示踪、受控实验等,以高原湿地植物优势种和关键种为突破口,以生物学和生态学特征研究为基础,开展湿地植物不同尺度生态学和多样性格局及演替规律研究。湿地在物质循环、净化水质、降解环境污染、调节气候、控制土壤侵蚀等方面,具有其它生态系统不可替代的作用,提供了巨大的生态效益、经济效益和社会效益,开展高原湿地生态系统提供产品、调节、文化和支持四大功能研究,揭示高原湿地稳定维护和退化演替的机制和功能价值规律,定量分析高原湿地生态系统在人类文明和可持续发展中的作用,为若尔盖高原湿地生态系统健康发展和碳汇交易提供理论依据。

1.3 观测内容

1)生态监测:

在若尔盖高原气象观测场布设基础上,在高寒湿地、高寒草甸和高寒草地3个典型生态系统,布设了200 m×200 m的生态调查观测场。分生长期不同阶段和年终调查监测。指标有:植物群落种类组成,优势种名、高度、盖度、密度,常见种名、高度、数量,少见种名、高度,群落地上生物量,地下0-10 cm10-20 cm20-30 cm生物量等。

 

生态监测

2)微气象监测:

分别在玛曲高寒高原、若尔盖花湖地区展开微气象特征变化的长期监测工作,监测要素包括:空气温度、湿度、风向、风速的梯度观测、气压、降水、多层土壤温、湿度;高频三维风、空气温度、湿度,CO2浓度。

 

 

微气象监测

3)地表能量物质收支监测:

分别在玛曲高寒高原、若尔盖花湖地区展开地表能量与物质收支的长期监测工作,监测要素包括:四分量辐射、净辐射、涡动相关观测系统得到的感热通量、潜热通量、CO2通量等。

 

地表能量观测

 

1.4 仪器设备

主要仪器设备及整体运行情况

仪器型号

仪器名称

台数

运行情况

利用率

负责人

数据质量

故障情况

EC150

涡动相关观测系统

1

良好

100

尚伦宇

良好

 

系统集成

CSAT3/LI-7500

涡动相关观测系统

1

良好

100

王少影

良好

 

TAWS1000

自动气象观测塔

2

良好

100

尚伦宇

良好

 

LI-8100A

土壤碳通量自动测量系统

2

良好

100

苏培玺/王少影

良好

 

ASI

全天空可见光成像仪

1

良好

100

王少影

良好

 

PF-meter

土壤水势观测仪

1

 

100

尚伦宇

良好

 

LI-6400

便携式光合作用测量系统

1

良好

90%

苏培玺

良好

 

PAM-2100

便携式调制荧光仪

1

良好

80%

苏培玺

良好

 

1.5 联系方式

依托研究所:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所

站长:张宇

联系方式:0931-4967091yuzhang@lzb.ac.cn

1.6 相关阅读

http://zoige.casnw.net/index.jsp

 

2 成都生物所若尔盖高寒湿地生态系统站

2.1 台站简介

中国科学院若尔盖高寒湿地生态系统定位研究站(简称若尔盖站)地处青藏高原东缘。该站所在的若尔盖高原地处川、青、甘三省交界,行政区域主要包括四川若尔盖、红原、阿坝三县以及甘肃西南部碌曲、玛曲二县和青海东南部久治县等大部地区,面积约3万平方公里,平均海拔3400-3600米。境内黄河流程达740公里。

 

台站概貌

 

若尔盖高原是长江、黄河的自然分水区,亦是我国三大自然区(东部湿润森林区、西北干旱半干旱草原区和青藏高原区)的交错过渡地带,具有阻止西北沙漠化入侵、补给黄河径流、涵养水源等关键性的生态服务功能。同时,该区也是嘉陵江、涪江、岷江等长江水系诸多支流的发源地,堪称中华民族的水塔,对我国整体生态安全和社会经济可持续发展具有关键性的战略意义。

若尔盖高原总体上是由青藏高原整体抬升过程中相对下沉的晚新生代构造凹陷带形成的一个高位山间宽谷盆地。盆地内部为高原丘陵或浅丘地貌,广泛分布着典型的高寒低位泥炭沼泽湿地(面积达4600公里)。湿地净碳吸收量为910-1942万吨/年,是重要的碳汇。该地区被列为国际重要湿地,具有丰富的生物多样性,生物区系组成在青藏高原具有很高的代表性,75%的植物和90%的鱼类为青藏高原特有种。该地区是许多国家级濒危保护动物的栖息地,同时也是黑颈鹤等国际性迁徙候鸟的重要中转站。该区的植被为莎草科(嵩草属Kobresia和苔草属Carex)、禾本科和多种双子叶草本或灌木植物组成的高寒草甸草地和高寒灌丛草甸草地。

若尔盖高原是青藏高原最优良的牧场、牦牛及相关畜产品的主产地,在藏区传统经济中的占有重要地位。目前世界上牦牛总数约为1400万头,而放养在若尔高原的牦牛就达300万头以上。若尔盖是青藏高原向东开启的天然窗口,其社会经济可持续发展对促进青藏高原整体的安定团结和稳定具有十分重要的战略意义。随着社会经济的迅速发展,该区传统的生产方式和经济条件也发生着深刻的变化。逐水草而居的游牧生产生活正迅速地被牧户草地承包经营、牧民定居乃至集中居住所替代。牧民对草地的技术干预(草地围栏、补播、施肥、除杂等)及其强度也随之增加。这种土地管理与利用方式的改变,正对高寒草地和湿地生态系统产生深刻的影响。

在全球变化的背景下,若尔盖高原的气候也正经历着剧烈的变化,并伴随社会经济的发展衍生出一系列亟待解决的生态环境问题。以若尔盖县为例,自上世纪50 年代以来,年平均气温呈明显上升趋势,总体变化率达0.28 / 10 年,明显高于全球气温平均增幅( 0.03-0.06 / 10) 。同时,降水量、蒸发量等其他气候指标都有所变化。自20世纪80年代以来,过度放牧和不同程度上区域水分条件发生改变,导致草地初级生产力下降、草地植物群落组成变化、鼠害加剧,使得草地的沙化、湿地的萎缩和草地的退化成为该区最突出的生态问题与社会危机,而解决这些问题都需要在该区进行大量积极的相关科学探索与研究。

成都生物研究所于1958年最早在若尔盖高原地区开展工作,在此已有50余年的科研工作积累。2004年后,结合中组部、中国科学院西部之光联合学者项目等项目的实施,成都生物所与中国科学院大学、微生物研究所、西北农林科技大学、南京大学等建立了长期的合作关系,先后联合承担了包括中科院重要方向性项目、自然科学基金重点项目等一批重要科研项目,并逐步在若尔盖高原形成了一个开放、共享的科研合作平台。这一平台已接待了来自美国威斯康辛大学、奥地利维也纳大学、俄国莫斯科国立大学、英国麦考利土地研究所等国外合作研究者。若尔盖站的建设已被列为成都生物所十二五规划,是研究所结合一三五优化调整建设野外科研平台的重点内容之一。目前已在若尔盖高原建立了5处野外研究点,分别位于红原县龙日坝乡、瓦切乡、龙壤乡,若尔盖县花湖以及松潘县卡卡沟。其中,龙日坝和花湖2个研究点规模较大,总样地面积均在3000亩以上。

2.2 研究目标

考虑到若尔盖高原作为黄河上游重要水源地的战略地位,以及该区作为青藏高原东部重要生态交错区和脆弱区、高寒草地畜牧业经济区的重要性,尤其是若尔盖集中分布的高寒低位泥炭沼泽湿地及生物区系具有的高度特有性,若尔盖高原被认定为极具科学研究价值。从满足国家战略需求、解决区域性重大生态环境问题、探索国际科学前沿、建立生态保育与可持续管理利用技术方案的角度出发,若尔盖生态站目前针对的主要科学、技术问题有:高原草甸草地和沼泽湿地生态系统的战略性生态服务功能(如水、碳、生物多样性)的形成与维持,现代人为干预和环境变化与高原湿地的退化、沙化与萎缩的关系与作用机理,高寒湿地温室气体排放及其生物学和生态学机制,高寒湿地生态系统的演变趋势、环境效应与可持续管理技术和策略。明确青藏高原高寒湿地生态系统的演变趋势和环境效应。

通过对上述内容的研究,若尔盖生态站将重点解决区域高原湿地生态环境治理、生态服务功能保育中急需和共性的基础科学问题和技术策略问题,推动人类对于高山生态系统、高寒湿地和高山生物类群的科学认识。

2.3 观测内容

若尔盖生态站所处地区是草地和湿地两类生态系统的复合体,站点的观测内容涵盖如下方面:

1)气象观测

≥10积温、(日、月、年)平均气温、(日、月、年)最高和最低气温、气温日(年)较差、(日、月、年)平均降水量、(日、月、年)最高和最低降水量、降水总量、蒸发量、日照时数、光和有效辐射、积雪。此外还有大气干湿沉降及大气组分(包括CO2CH4H2O)变化动态监测。

 

涡动相关监测

 

2)湿地水文水质观测

地下水位、地表径流量、湿地积水面积和积水深度。

 

 

生态水文监测

3)土壤理化性质观测

土壤PH值、N/P/K等养分含量、土壤容重、土壤重量含水率、土壤温度、土壤湿度。

4)群落学观测

物种类别、多度、密度、高度、盖度、频度、优势度、多样性指数、叶面积指数、植物生物量、植物物候。

5)灾害记录

干旱、冰雹、火灾等灾害的发生时间和强度

2.4 仪器设备

目前,若尔盖生态站拥有一批基础的仪器设备,能够对气象、水文、土壤、植物等基本生态因子进行长期的动态监测和室内处理分析。具体见下表。

 

仪器名称

单位

数量

用途

主要技术指标

分析实验室

百分之一天平

6

称量

一般实验室使用要求

万分之一天平

2

称量

一般实验室使用要求

烘箱

4

烘干植物、土样

一般实验室使用要求

冰箱

3

储存样品

一般实验室使用要求

地面气象观测

自动气象站

2

自动记录各种气象要素

美国HOBO

水文观测

紫外可见光分光光度计

1

快速检测水体中CODTOC等多种成分

波长190nm~100nm,误差±0.5nm

便携式水质检测仪

1

快速检测水温,电导率,pH值,氧化还原电位,溶氧,浊度等

各指标精度误差:±0.15,±0.5mS/cm±0.1±2mV±0.5%±3%

水样采集器

1

采集水样

遵照LY/T1626-2005

小测井

40

测定草地地下水流量

自行设计

水温计

3

测定水温

精度为0.1

土壤理化性质观测

纽扣式温度计

10

自动记录土壤温湿度

测温范围: -40 +85,精度: ±0.5

TDR便携式土壤水分测定仪

2

快速测定土壤水分

0至饱和(体积含水量),精度±3.0%,分辨率1.0%

PH

2

测定土壤PH

精度0.1

土钻、根钻、环刀、铝盒、削土刀、铁锹、滤纸、米尺等

 

若干

土壤容重、导水率、孔隙度、给水度测定、剖面设置、根生物量等

一般实验使用要求

手持式叶面积仪

1

测定叶长、叶面积

分辨率0.065mm2,误差小于±5%

群落学特征观测

样方框、样方绳、皮尺、卷尺等

 

若干

植物群落学调查

一般实验使用要求

笔记本电脑

1

读取、储存、分析数据

联想G480A-ITH(D)

数据采集和其他设备设施

GPS

2

研究点定位、样地面积测定

误差±5

数码相机

2

数据采集

尼康D7000、佳能博秀系列

 3.5 联系方式

电话:028-82890289   传真:028-82890288   Emailswsb@cib.ac.cn

邮政编码:610041  

地址:中国四川省成都市人民南路四段九号中国科学院成都生物研究所