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“高原医生”把脉高寒湿地

2022-09-20 14:25:58 四川日报   徐莉莎

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四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外科学观测研究站高寒湿地综合观测场内,工作人员正在下载数据。Klk中国藏族网通

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南京大学张玉霞博士和研究团队在四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外科学观测研究站开展昆虫研究。本版图片均由四川日报全媒体记者 李强 摄Klk中国藏族网通

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四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外科学观测研究站内的牧草种质资源圃。Klk中国藏族网通

科考点位Klk中国藏族网通

四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外科学观测研究站Klk中国藏族网通

科考任务Klk中国藏族网通

开展多种科研观测工作,对高寒湿地生态系统“把脉问诊”Klk中国藏族网通

在海拔3600多米的四川省阿坝藏族羌族自治州红原县瓦切镇北部,“红军过草地纪念碑”屹立在日干乔大沼泽。远远望去,空旷无垠的沼泽地,青草和蓝天自成一体,四川若尔盖高寒湿地生态系统国家野外科学观测研究站(以下简称“若尔盖站”)综合观测场的设施隐约可见。Klk中国藏族网通

若尔盖站站长助理胡健,正带着技术人员在规划观测样地。野外观测仪器设备安装后,将用于长期监测高寒湿地生态系统的自然演变和对气候变化的响应。“常年淹水的湿地观测场在今年呈现出比较干旱的状态,今年就可以作为一个极端事件年份。”Klk中国藏族网通

若尔盖站是2021年获批的国家级野外观测站,今年7月正式揭牌。由西南民族大学、中国科学院地理科学与资源研究所(简称“地理所”)和四川大学共同建设。Klk中国藏族网通

野外台站,就像是安装在大地上的“听诊器”,野外站的科研人员就是“高原医生”,把脉着生态系统的变化。每年5至10月,是若尔盖湿地植物的生长季,也是野外科考的最佳时期,高峰时期,若尔盖站有200多人同时在此开展多种科研观测工作。Klk中国藏族网通

近日,记者跟随这群“高原医生”一起对高寒湿地生态系统“把脉问诊”。Klk中国藏族网通

研究牧草Klk中国藏族网通

在保护草场的情况下让牦牛吃得好长得好Klk中国藏族网通

午后的清风拂过,牧草像海浪随风律动。从空中俯瞰若尔盖站的牧草种质资源圃,100多亩的资源圃被分成了若干区块,颜色深浅不一。因为每个区块内种植的牧草种类不同,其颜色、高矮、形状、产量各异。Klk中国藏族网通

这里可以称得上是青藏高原牧草的“活态博物馆”,据若尔盖站办公室主任汪辉介绍,青藏高原的植物资源非常丰富,占到全国植物资源的三分之一,其中有饲用价值的植物有3000种左右。西南民族大学教授周青平团队走过青藏高原各大典型区域,带回了4000余份牧草种质资源。其中,这里就种植了800余份,包括披碱草属、羊茅属、早熟禾属等22个属牧草野生种质资源。Klk中国藏族网通

团队的研究生们正在采集样本,开展牧草种质资源评价工作。老芒麦等牧草生物量大、营养丰富,在这里长势好,拉直起来超过1.3米。取样时,用样方框放在牧草根部,统计样方框中的枝条数量,了解其分蘖能力。取样后,放入烘箱中烘干,称重以测定其干草产量。此外,他们还要重点关注各牧草资源的叶茎比、穗长、株高、种子产量等形态特征和生产性能。Klk中国藏族网通

这里是国内高寒地区规模最大、数量最多的草种质资源圃。他们以选育高产、优质、早熟的青藏高原适生牧草新品种为目标,开展优良牧草种质资源收集、鉴定、保护、评价及创新利用工作,从资源到品种,从常规技术到高新技术,不断在牧草育种理论与技术方法、种质资源创新利用、高效培育等方面实现突破。Klk中国藏族网通

通过国家牧草产业技术体系和若尔盖站的项目支持,周青平团队基于这片牧草种质资源圃,培育了老芒麦、中华羊茅、燕麦等新品种。周青平团队培育的品种是目前青藏高原用种的主导品种,推广效果很好,推广面积大,为青藏高原生态草牧业高质量发展贡献了力量。Klk中国藏族网通

除了研究让牛羊吃什么,西南民族大学副研究员泽让东科还在研究让牦牛在哪儿吃,吃多少,怎么在保护草场的情况下让牦牛长得更好。Klk中国藏族网通

身形高大的泽让东科就是红原本地人,在这里,他搭建起了牦牛放牧补饲试验平台。所谓补饲,是指除了天然放牧外,每天早晚定时给牦牛补喂饲料。Klk中国藏族网通

牦牛是青藏高原上的珍贵物种,全世界现有牦牛1760余万头,四川的牦牛数量达到百万数量级。过去几十年,青藏高原一直是传统放牧。重度放牧引起草场退化,近年来各地纷纷推广补饲或舍饲,以降低草场放牧强度。Klk中国藏族网通

“我们常识上认为夏季补饲可以提高草地的生产力,但没有量化的对照研究支撑,因此我们建立了重度放牧、补饲(轻度放牧)、不放牧的对照试验平台,研究夏季补饲对草地生态系统的影响,目的是实现草畜平衡,提高草地的生产力。”泽让东科说。Klk中国藏族网通

每年5月到9月底是草场的生长季。团队通过对植物多样性、生物量、群落变化,以及昆虫节肢动物、土壤等的观测,对三类草场的生产力进行对比。Klk中国藏族网通

经过四年的研究,他们初步发现,补饲情况下的草场生物量多于传统重度放牧,其中牦牛喜食的禾本科和梭草类比例在上升,补饲更利于牦牛养殖业的发展。Klk中国藏族网通

研究昆虫Klk中国藏族网通

造了全球最大的开顶增温装置Klk中国藏族网通

若尔盖站基地身后,蜿蜒的白河静静流淌。河畔一侧,草地上矗立着6个2.5米高的开顶式增温箱。Klk中国藏族网通

这是全球最大的开顶增温装置,长、宽各15米,单个面积达到225平方米,箱内就是一个独立的生态系统。其中,3个周围以8毫米厚钢化玻璃,作为增温处理;3个仅围铁丝网作为对照。每个开顶箱内隐匿在草丛中的记录仪,每60分钟记录一次地上的30厘米、地表、地下5厘米和地下10厘米的温湿度。Klk中国藏族网通

箱内,南京大学的博士后胡小丽和博士生张玉霞“全副武装”,帽子、防晒面罩、防晒臂套穿戴整齐,手持捕虫网,按照“田”字形路线行走,挥动手臂扫网捕虫。沫蝉类、实蝇类、食蚜蝇类、叶蜂类、盲蝽类、螟蛾类、大蚊类、虻类等主要昆虫类群都是她们捕捉的对象。Klk中国藏族网通

别看只是个简单的动作,每个箱内要扫96下,每一个动作要尽可能保持幅度和力度相同,同时还要减少对植物群落的干扰。Klk中国藏族网通

扫网还要尽可能选择较为晴朗、无风的天气,在每天的10点到16点进行,这是昆虫活动最活跃的时段。扫网结束,她们要统计当中的昆虫种类和数目,昼夜轮番观测其大小、体温,观察其行为,结束后放回。Klk中国藏族网通

全球变暖已经是不争的事实,也正深刻影响着生态系统的结构和功能。此前有关全球变暖对生物群落的影响研究主要集中在植物群落方面,很少从群落水平探讨动物对温度升高的响应过程,特别是缺少利用控制实验的研究。Klk中国藏族网通

2014年,南京大学教授孙书存团队牵头在红原县境内面积约20公顷的均质样地内,建成了6个这样的大型开顶箱,开展动植物关系与全球变化生物学研究。Klk中国藏族网通

第三年,还是博士生的胡小丽来到这里,开始了全球变暖对动植物及其关系影响的研究,每年要在这里待上好几个月,进行采样和实验。Klk中国藏族网通

分析经年积累的观测数据,她有一些有趣的发现。“大家普遍认为全球变化背景下,动植物的生物多样性会减少,但从我们的研究来看,变化不是这么简单。”胡小丽说,“研究发现,增温对不同类群数量影响不同。比如,增温显著提高了沫蝉类、盲蝽类的数量,却显著降低了螟蛾类、大蚊类的数量。总体来讲,植物、昆虫的多样性在下降。”Klk中国藏族网通

此外,随着气候变暖,虫子并不会“被动等死”,它们也在主动适应。“比如我们会担心虫子减少了,以虫子为食的蜘蛛就会受到限制。而事实上,蜘蛛会通过调节自己的捕食行为逐渐适应增温诱导的新的资源环境。可能过去倾向于取食大虫子的蜘蛛,因为大虫子数量的减少,转而取食小虫子。”Klk中国藏族网通

胡小丽说,几十上百种动植物构成的复杂食物网,其本身还会发生什么变化,还能不能稳定存续,还有更多的未知等待探索。Klk中国藏族网通

研究土和叶Klk中国藏族网通

模拟未来气候变化Klk中国藏族网通

烈日下,中科院地理所副研究员田大栓正和学生一起为植物叶片“做体检”。他小心翼翼地将样地里一株草的叶片放进便携式光合仪前端的叶室,屏幕上实时出现它的光合速率、蒸腾速率等指标。Klk中国藏族网通

这是若尔盖站的高寒草甸与全球变化试验平台。它由西南民族大学和中科院地理所共建。在这里,草原被分成了若干样地,有的地表上架设了钢架,悬挂着辐射红外线的灯管,实现对地表约1.5度—2.5度的增温,模拟未来气候变暖的场景。有的地表上架设了一系列的遮雨棚,改变样方内接收的降雨量,来研究生态系统里的植物、微生物的各个过程对降雨量改变的响应。Klk中国藏族网通

为何要做这些工作,还得从全球变化说起。持续加剧的全球变化,如二氧化碳浓度升高、气候变暖、降雨格局改变随时随地都在发生着,影响着生态系统碳循环的各个过程以及碳汇的能力。而青藏高原是生物演化的“天然实验室”。这里具有较高的气候敏感性,同时其本身也是影响全球碳汇功能的重要地区。Klk中国藏族网通

为了研究高寒湿地生态系统碳汇能力对全球变化如何响应,2014年,若尔盖站站长、中科院地理所研究员牛书丽团队,在这里建立了一系列的模拟气候变化的控制实验。Klk中国藏族网通

这是一场精密的探索。他们就像医生,拿着“听诊器”,捕捉生态系统对全球变化的响应。对各个碳循环过程及其精细组分,他们都进行了连续监测。采集的数据细化到了植物呼出多少二氧化碳,土壤中微生物呼出多少二氧化碳等;这些二氧化碳进入土壤后有多少会被固持,以什么样的形式存在,如何稳定持久地固持。回答这些问题,对于研究全球变化背景下高寒草甸生态系统的演变过程具有重要科学意义。Klk中国藏族网通

牛书丽团队的研究发现,在气候变暖的背景下,若尔盖高寒草甸生态系统的净碳吸收具有很大的变异性,植物和微生物的呼吸释放的变异也较大。预计在将来气候变化的背景下,高寒草甸生态系统的碳汇能力具有较大的不确定性。结合全球大数据,发现生态系统碳收支响应全球变暖的方向和幅度会受到背景环境水分条件的影响。气候变暖普遍会降低干旱地区的生态系统净碳吸收能力,但是在湿润地区的影响却表现为促进作用,这些初步研究结果还有待于将来研究进一步证实。Klk中国藏族网通

牛书丽说,目前生态系统响应全球变化的规律和机理等还有很多问题需要去深入研究。Klk中国藏族网通

距若尔盖站半小时车程的瓦切镇日干乔大沼泽高寒湿地综合观测场,中科院地理所助理研究员潘军晓正带着学生安装新的“听诊器”。Klk中国藏族网通

这是一个组合了多种增温方式的实验场。实验处理分别是空白对照、地上增温、地下土壤全剖面增温、生态系统增温,每个处理4个重复。每个处理为3米直径的圆形样方。地上增温采用红外辐射器加热,通过钢架固定悬挂辐射红外线的灯管进行自上而下的加热;地下土壤全剖面增温采用垂直埋入0—100厘米的20根等距加热电缆,并结合水平埋在表层10厘米深度的两圈加热电缆对表层0—10厘米土壤补充增温,预计增温是2摄氏度。Klk中国藏族网通

“我们对地下水位、土壤温湿度、温室气体、植物物候期等进行监测,监测数据可以实时传输到北京,在室内进行观察和数据分析,大大缩短了野外工作时间,提高了科研效率。”潘军晓说。Klk中国藏族网通

编辑:拉专措
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