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教育部野外观测研究站
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黄河口湿地生态系统 教育部野外科学观测研究站

观测研究站网站

  http://yrdwsfs.bnu.edu.cn/

实验室简介

  面对资源约束趋紧、环境污染严重、生态系统退化的严峻形势,党的十八大从新的历史起点出发,做出“大力推进生态文明建设”的战略决策,强调必须树立尊重自然、顺应自然、保护自然的生态文明理念,走可持续发展道路。党的十九大报告中也明确提出,建设生态文明是千年大计,需“加大生态系统保护力度”,开展“统筹山水林田湖草”的系统治理。2019年9月,习近平总书记在黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上进一步强调,“着力加强生态保护治理、保障黄河长治久安、促进全流域高质量发展”。生态文明建设以及黄河流域生态保护和高质量发展重大国家战略需要强有力的科学技术支撑,通过对生态系统进行长期系统的研究,揭示其生境格局、关键过程和驱动机理,预测未来变化趋势。其中,野外科学观测研究站需要发挥核心作用。

  面向我国河口湿地环境保护与生态建设、黄河流域生态保护和高质量发展国家战略科技需求,针对山东半岛蓝色经济区和黄河三角洲高效生态经济区建设中的生态与环境问题,根据河口湿地生态系统结构功能的复杂性、敏感性,瞄准国际前沿,以国际河口湿地研究先进水平为建设目标,对水、土、气、生等湿地要素持续开展长期规范化观测,建立稳定运行的数据汇聚系统;围绕新生河口湿地生态系统演化与驱动、河口湿地水动力过程与生境格局、河口湿地水环境效应与生态模拟及河口湿地生物多样性保育与生态修复等国家重大科学问题与重大需求开展科学研究;完善河口野外台站及生态系统定位观测研究网体系,充分发挥技术转化引领作用,提供生态文明建设示范样板;提升湿地科学的理论方法与实践体系,系统搭建国际一流科学研究、人才培养与交流合作的平台。


  

  图1.黄河口湿地生态系统的环境特色与区域优势


  黄河口湿地生态系统野外科学观测研究站聚焦新生河口湿地形成和演化规律及生态响应这一科学问题。从点、线、面、网不同尺度入手,针对河口湿地系统整体,深化对河口湿地结构、功能、过程基础理论的研究,从内涵和机制上丰富和发展湿地学。通过多层次、多尺度、多角度分析和模拟,构建河口湿地生态水文模型和效应评价方法,从内容和方法上丰富和发展湿地学。通过建立退化河口湿地的修复和保护技术体系,提出恢复性生态补偿机制和模式,从实践上丰富和发展湿地学。从而进一步推进和拓展我国湿地科学研究的发展,提升湿地研究的国际地位。依托野外科学观测研究站国际合作伙伴建立较完善的河口滨海湿地研究国际合作网络,为“一带一路”等国家战略提供科技支撑。通过这一国际合作交流平台,进一步加强与国外相关科研机构的联合研究,加强人员与人才梯队的联合培养,实现科技平台与信息资源共享,共同承担和发起国际科学研究计划,发表高水平研究成果,协同推进技术成果转化,并通过国际会议、学术研讨等多种形式加强研究与技术成果的传播推广,提升我国河口滨海湿地生态保护领域的整体科研实力,增强国际影响力,提升国际竞争力。黄河口湿地生态系统野外站的建设,将大大提高对湿地生态系统的科研观测能力,为保护利用宏观决策的制定提供可靠的科学依据,也是履行《湿地公约》、《濒危野生动植物种国际保护公约》等国际公约的重要途径,有利于促进湿地生态保护,提高我国的国际声望。


支撑条件

  黄河口野外科学观测研究站已安装高精尖仪器设备达 50 余台(套),野外仪器总价值 1500 多万元。包括多通道土壤碳通量自动测量系统、水生态系统高光谱监测装置、多参数水质分析系统、便携式光合仪、全自动高精度全站仪、非接触式雷达流速监测系统、土壤碳通量自动测量仪、植物茎流测量系统等仪器设备。

  研究站的仪器设备涵盖气象、化学、生物、土壤、水文水质等多个领域,能够实现对气象(风速、风向、温度、大气压、太阳辐射、降雨量等)、水文(水温、流速、水深、盐度、浊度、含沙量等)、水质(氨氮、硝态氮、总氮、总磷、重金属等)、地貌(地形、地貌、沉降速率等)、潮汐(潮高、淹没频率等)、土壤(盐度、含水率、污染物等)等环境因子的高精度观测;能够准确测量湿地植被(分布、叶绿素、叶面积、茎流量等),底栖、浮游、藻类等水生生物(生物量、密度等)湿地生物指标;并且能够连续监测营养盐、温室气体等生物地球化学指标(图 5)。黄河口野外科学观测研究站已安装的仪器设备体系完整,运行稳定,使用率高,能够实现黄河口环境、生态、资源等数据信息系统的监测、收集、传输与储存,为黄河口湿地的深入研究提供有力的基础数据支撑。

  黄河口湿地生态系统野外科学观测研究站设置有综合观测场 3 个、辅助试验观测场 3 个、固定观测点与观测线 2 套。黄河口湿地生态系统野外科学观测研究站所设观测区涵盖了生态环境野外观测的所有需求,并实现了对黄河口各类观测样点、场地、平台的有效整合。

  野外观测场的观测系统涵盖大气、水文、生物、土壤等湿地基础组分,包括湿地生态完整性的指标体系,重点关注生物连通、化学连通与水文连通的关键生态过程。野外观测场在空间上构建了黄河口“浅海湿地—滩涂—盐沼湿地—淡咸水交互湿地—淡水湿地”的连续梯度观测格局;并经过近 20 年的持续运行,实现了黄河口湿地“水-土-气-生”长时间序列的系统性观测。这些平台的建设可实现黄河口湿地科研信息化与数据资源的收集和共享,揭示黄河口湿地陆海相互作用与生态系统的长期演变规律。


  

  图2. 黄河口湿地生态系统研究站整体布局。


  

  图3. 黄河口湿地野外湿地野外试验场地


  

  图4. 黄河口湿地生态系统研究站仪器设备


  研究方向

  

  图5. 黄河口湿地生态系统研究站研究方向


  (1)新生河口湿地生态系统演化与驱动

  基于生态环境信息数据库,剖析黄河口湿地水文周期和生态系统变化特征,阐明湿地水文过程及生态系统形成、发展和演化的关键驱动机制;通过长期定位观测和控制试验,探讨不同时空尺度下人类活动、气候变化等外在因素对河口湿地生态系统结构和功能演变的贡献;重点剖析水沙过程和水盐过程共同作用下的咸淡水交互区湿地生态系统边界的动态消长机制,以及对河口湿地碳氮磷硫硅等环境要素的地球化学过程驱动;揭示人类活动导致的水盐梯度变化对生物个体、种群/群落以及食物链营养级联的影响作用机理;阐释种子流、基因流、种群扩散、营养级联等生物动力学过程对河口湿地生态系统的调控机制。

  (2)河口湿地水动力过程与生境格局

  研究潮汐和径流共同作用对河口湿地水动力过程的影响,探讨水动力条件与横向、纵向和垂向水文连通过程及植被条带状分布格局的关系,揭示黄河口湿地生境的空间格局变化的驱动因素;分析河口湿地土壤、植被与水文连通过程的相互作用,阐释湿地水动力、生境变化过程中物理、化学和生物过程内在关联机理,揭示湿地系统生境格局的演变机理,重点关注建立水文连通强度与湿地生境格局联系,揭示水文连通变化对生境格局同质性和异质性作用规律;明晰黄河口湿地水动力失常、水文连通受阻引起的盐度梯度压缩效应,及盐度梯度对河口湿地典型植被(芦苇、翅碱蓬、柽柳等)的竞争机制和对入侵物种(互花米草等)的促进效应,揭示强烈人类活动干扰下的湿 地生境格局的累积叠加效应。

  (3)河口湿地水环境效应与生态模拟

  研究湿地生态系统中生源要素的生物地球化学循环过程,揭示水碳、水氮和碳氮耦合作用机理,明晰湿地生态系统碳氮的源/汇转化关系及其温室效应;分析典型污染物在湿地水体、生物、沉积物等界面归趋行为及其生物有效性,基于“源-流-汇”统一体,揭示不同时空尺度下湿地水环境效应的驱动机制,重点阐明外源性污染物在湿地系统类型组分中的分配和传输过程;阐明水、沙、盐、污染物和生物等对生态系统结构和功能的影响机制,模拟主控因素对固碳释氧、养分循环、污染净化以及生物保护等生态环境功能的影响规律;辨识典型湿地生物对水盐梯度的适应性机制,阐明湿地生物链的营养级联效应及其对环境梯度的响应规律;构建河口湿地生态过程模拟模型,明确多因素干扰河口湿地关键生态过程的响应,及生态系统健康和服务功能间的协同关系,系统揭示重大人类活动对河口湿地生态系统的影响。

  (4)河口湿地生物多样性保育与生态修复

  针对人类活动和全球气候变化双重影响,发展河口湿地生态系统生物多样性、生物连通功能等关键功能过程的受损诊断方法,揭示其受损特征、受损类型、受损程度以及受损关键区域,判识功能过程受损的驱动机制;重点关注生物生长和生物迁移、扩散等过程中具有决定性作用的物种或复合种群,建立河口湿地生态系统关键生物功能过程的强化机制;阐明河口湿地生态系统生物多样性的维持机制,提出珍稀濒危物种就地保护和迁地保护保育策略和生态途径,以不同类型湿地斑块为节点,以水文功能过程和生物功能过程为连通路径或流路,构建河口湿地多层级、多功能属性生态网络模型;研发河口湿地生态功能强化的综合调控技术体系,提出受损河口湿地系统综合恢复途径、生境替代模式和生态补偿模式;综合社会、经济、生态要素,对湿地生态网络的多功能目标进行权衡,提出从单一节点到局域生态系统的多尺度网络综合调控模式。