蘭州大學高寒草甸與濕地生態系統科學觀測研究站

一、台站概況簡介
蘭州糊局大學高寒草甸與濕地生態系統科學觀測研究站(The Research Station of Alpine Meadow and Wetland Ecosystems of Lanzhou University)地處青藏高原東北部,位於甘肅省甘南藏族自治州合作市和瑪曲縣,包括合作站(34°57'N, 102°53'E, a.s.l.2960m)、阿孜站(33°40'N, 101°52'E, a.s.l.3540m)和哇樂卡觀測點(33°58'N, 102°02'E, a.s.l. 3440m),實驗地面積總計133.33公頃。該區域海拔3300-4200m;氣候類型為高寒濕潤性氣候,年平均氣溫1.2°C,年均降水量620-780mm,主要分布7-9月份;一月均溫-10.7°C以下,七月均溫11.7°C,生長季最高氣溫23.6-28.9°C;年平均霜期不少於270天。地勢開闊、多風、氣候寒冷。
蘭州大學高寒草甸與濕地生態系統科學觀測研究站於1997成立,2007-2008年建設成立蘭州大學高寒草甸與濕地生態系統定位研究站-合作站;2010-2011年建設成立蘭州大學高寒草甸與濕地生態系統定位研究站-瑪曲阿孜站。2012年正式成為蘭州大學生命科學學院下屬獨立科研實體。目前,蘭州大學高寒草甸與濕地生態系統定位研究站建有高寒濕地生態系統、高寒草甸生態系統和高寒草甸退化生態系統恢潤海乘復綜合觀測區。高寒濕地生態系統位於甘南藏族自治州瑪曲縣阿孜站,占地1000畝;高寒草甸生態系統位觀測區於瑪曲縣阿孜站和瑪曲縣黃河北岸哇樂卡,占地700畝;高寒草甸退化生態系統恢復綜合觀測區位於甘南藏族自治州合作市城郊(34°57'N, 102°53'E, a.s.l.2960m),占地約300畝。
二、建站歷程
蘭州大學老一輩著名生態學家陳慶誠,張鵬雲和趙松齡教授於上世紀六、七十年代即在青藏高原東北緣的高寒草甸和高寒沼澤濕地開展了一系列具有開創性的科研和教學實驗、實習工作。如六十年代,陳慶誠教授在甘南州瑪曲進行了沼澤化草甸的火燒演替研究。彭澤祥教授於七十年代帶領學生系統採集並分類、整理了瑪曲境內的野生植物種類名錄和分布特徵。張鵬雲和趙松齡教授於八十年代初作為農業部相關重大項目的指導白宙乃朵專家,帶領蘭州大學的研究生和甘肅省相關單位的技術骨幹,在瑪曲開展了卓有成效的草地生態方面的研究。蘭州大學原生物系的師生從未間斷針對瑪曲高寒草甸和沼澤濕地的科研及實踐教學工作,並於1995 年將甘南藏族自治州瑪曲為基地的高寒草甸與濕地生態系統的研究列為蘭州大學生態學國家重點學科的主要科研方向之一。在此基礎上,杜國禎教授於1997 年在國家及甘肅省相關項目的資助下,依託在瑪曲的原有野外觀測點成立了“蘭州大學高寒草甸與濕地生態系統定位研究站”。蘭州大學生態學科將高寒生態系統野外觀測研究站選在甘南藏族自治州瑪曲,主要因為瑪曲具有以下三個方面的特點和優勢:最為典型的高寒草甸生態系統。青藏高原總面積的49%左右為高寒草甸植被,但初級生產力因水欠永立熱匹配梯度的差異表現出區域間相差懸殊,其東北緣地區的瑪曲是整個高原上生產力最高的區域,也是人口密度最大的牧區。生態系統結構和生產力穩定性維持機制的研究不僅戲糊套具有極高的學術價值,也具有深刻的現實意義。植阿淚棄物群落α多樣性最高。瑪曲高原東北緣區域由於水熱條件相對優越,動植物種類也相當豐富。就植物群落而言,平均每平方米的植物物種豐富度高達60 種左右,這在青藏高原其他區域所不能見的,因此,就α多樣性而言,瑪曲及其相鄰區域的高寒草甸植被堪稱北方草地中的“熱帶雨林境龍戀試”。植物群落物種組成,多樣性形成和維持機制以及其生態系統功能是全世界生態學界科學研究的核心內容,而蘭州大學生態學科的教學、科研團隊所在的瑪曲高寒草甸則是開展此領域科學研究的最佳天然實驗室,是其他區域所不可代替的。九曲黃河首曲,黃河水源補給關鍵區。我國母親河——黃河沿青海境內阿尼瑪卿山南麓向東進入瑪曲境內轉向西北再度流入青海,在瑪曲段形成了九曲黃河第一曲,而該區又由於地勢相對平坦,發育著我國面積最大的兩個沼澤濕地之一(另一處在東北松嫩平原區),黃河首曲濕地是我國唯一的大面積高寒沼澤濕地。黃河入境瑪曲時的年徑流量為38.91 億立方米,在瑪曲境內流經433 公里出境時的年淨流量達到147 億立方米,在瑪曲段水量增加了108.1 億立方米,占整個黃河源區總徑流量184.13 億立方米的58.7%。長期定點觀測研究此地段典型高寒沼澤濕地的形成歷史、維持過程,以及保護利用原理與技術,黃河水源補給功能的受損主導因素,提升和維持水源補給水平的生態工程措施,不僅具有極高的科學價值,也具有廣闊的套用前景。
三. 研究方向:
蘭州大學高寒草甸與濕地生態系統科學觀測研究站針對青藏高原生態系統功能和區域經濟社會發展所面臨的重大科學問題,從學科發展和青藏高原生態安全的國家需求出發,按照生態系統野外台站的建站目標和任務,結合區域環境條件、生態系統類型以及近30 年的觀測和研究積累,研究方向為:
(1) 高寒生態系統結構與功能
高寒生態系統是青藏高原東部主要的生態系統類型,具有典型的生態系統結構、獨特的物質循環和能量流動規律、不同的功能與生物的生態適應和進化模式。根據其地上植被的構成,又可分為高寒草甸、亞高寒草甸、高寒濕地,沼澤化草甸等。在青藏高原特殊而又嚴酷的自然環境條件之下,高寒生態系統極其脆弱,是全球變化的敏感區域和生物多樣性重點保護區,並為國內外科學界所矚目。30年來,我們主要以植被為核心,從植物個體—種群—群落—生態系統著手,逐步認識高寒生態系統的各級結構特性及其功能;監測土壤理化性質和植物組分及功能性狀的變化,開展了植物生活史對策、優勢種種群動態、群落構建和生物多樣性維持機制等基礎生態學研究,從而為全面的認識和理解青藏高原高寒生態系統具有重要的理論價值和科學意義。
(2)高寒生態系統演化過程及對氣候變化的回響
高寒草甸生態系統是我國陸地生態系統中除了熱帶雨林物種多樣性最高,結構最為複雜、生產力最高,但同時極其敏感而脆弱的生態系統之一,其對人類活動和氣候變化回響敏感,具有特殊的演化規律,本研究站30 年以來一方面通過放牧、刈割、氮元素添加等多種干擾模式下探究高寒生態系統結構、功能、生態過程與微觀機理的回響機理;另一方面通過增溫、增雨或減雨模擬氣候變化,揭示高寒草地主要生態功能(水分涵養、碳固持功能,生產功能,生物多樣性和凋落物分解功能等)維持機制及其對氣候變化的回響。
(3)退化高寒生態系統恢復保護技術及示範
針對高寒草地大面積退化的現狀,30 年以來,研究站一方面長期致力於高寒天然退化草地恢復技術研究與合理利用模式研究,近年來與NutNet(國際營養網路台站)的國際合作不斷深入,取得重要創新性成果,在Science, Nature 等國際頂級期刊聯合發表多篇論文;同時在青藏高原退化高寒生態系統的恢復與保護方面取得重大突破,獲2014 年甘肅省科技進步一等獎,為地區生態恢復、畜牧業發展做出了突出貢獻。另外,農牧交錯區開展人工草地建植技術與示範。此項工作的實施和實際效果的展現得到了當地牧民的高度評價和讚譽,是高寒牧區堅持生態文明和社會可持續發展的迫切需要。
(4)人類生態學與區域發展
人類作為高寒生態系統中重要組成部分,其生產生活過程會直接影響生態系統的結構與穩定,而生產生活過程與該地區的文化密不可分。因此有必要從人類生態學視角詮釋人類與自然環境的相互作用中,文化在其中所起到的作用和機制。自2000 年以來,研究站一直致力於研究青藏高原東部藏族傳統文化與環境之間的關係,進而挖掘出合理的自然生態系統修復、保護和利用模式,構建傳統文化與現代科學技術相結合的生態保護技術和推廣模式。這對於以藏民族為主要居民的青藏高原生態保護有重要的意義,也為在實際工作中更好地開展和落實退化草地恢復技術和推廣提供了文化基礎,具有重大的現實意義。
三. 研究方向:
蘭州大學高寒草甸與濕地生態系統科學觀測研究站針對青藏高原生態系統功能和區域經濟社會發展所面臨的重大科學問題,從學科發展和青藏高原生態安全的國家需求出發,按照生態系統野外台站的建站目標和任務,結合區域環境條件、生態系統類型以及近30 年的觀測和研究積累,研究方向為:
(1) 高寒生態系統結構與功能
高寒生態系統是青藏高原東部主要的生態系統類型,具有典型的生態系統結構、獨特的物質循環和能量流動規律、不同的功能與生物的生態適應和進化模式。根據其地上植被的構成,又可分為高寒草甸、亞高寒草甸、高寒濕地,沼澤化草甸等。在青藏高原特殊而又嚴酷的自然環境條件之下,高寒生態系統極其脆弱,是全球變化的敏感區域和生物多樣性重點保護區,並為國內外科學界所矚目。30年來,我們主要以植被為核心,從植物個體—種群—群落—生態系統著手,逐步認識高寒生態系統的各級結構特性及其功能;監測土壤理化性質和植物組分及功能性狀的變化,開展了植物生活史對策、優勢種種群動態、群落構建和生物多樣性維持機制等基礎生態學研究,從而為全面的認識和理解青藏高原高寒生態系統具有重要的理論價值和科學意義。
(2)高寒生態系統演化過程及對氣候變化的回響
高寒草甸生態系統是我國陸地生態系統中除了熱帶雨林物種多樣性最高,結構最為複雜、生產力最高,但同時極其敏感而脆弱的生態系統之一,其對人類活動和氣候變化回響敏感,具有特殊的演化規律,本研究站30 年以來一方面通過放牧、刈割、氮元素添加等多種干擾模式下探究高寒生態系統結構、功能、生態過程與微觀機理的回響機理;另一方面通過增溫、增雨或減雨模擬氣候變化,揭示高寒草地主要生態功能(水分涵養、碳固持功能,生產功能,生物多樣性和凋落物分解功能等)維持機制及其對氣候變化的回響。
(3)退化高寒生態系統恢復保護技術及示範
針對高寒草地大面積退化的現狀,30 年以來,研究站一方面長期致力於高寒天然退化草地恢復技術研究與合理利用模式研究,近年來與NutNet(國際營養網路台站)的國際合作不斷深入,取得重要創新性成果,在Science, Nature 等國際頂級期刊聯合發表多篇論文;同時在青藏高原退化高寒生態系統的恢復與保護方面取得重大突破,獲2014 年甘肅省科技進步一等獎,為地區生態恢復、畜牧業發展做出了突出貢獻。另外,農牧交錯區開展人工草地建植技術與示範。此項工作的實施和實際效果的展現得到了當地牧民的高度評價和讚譽,是高寒牧區堅持生態文明和社會可持續發展的迫切需要。
(4)人類生態學與區域發展
人類作為高寒生態系統中重要組成部分,其生產生活過程會直接影響生態系統的結構與穩定,而生產生活過程與該地區的文化密不可分。因此有必要從人類生態學視角詮釋人類與自然環境的相互作用中,文化在其中所起到的作用和機制。自2000 年以來,研究站一直致力於研究青藏高原東部藏族傳統文化與環境之間的關係,進而挖掘出合理的自然生態系統修復、保護和利用模式,構建傳統文化與現代科學技術相結合的生態保護技術和推廣模式。這對於以藏民族為主要居民的青藏高原生態保護有重要的意義,也為在實際工作中更好地開展和落實退化草地恢復技術和推廣提供了文化基礎,具有重大的現實意義。

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