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森林生态系统结构调控与功能优化是森林生态与管理的核心研究主题。然而,受技术与理论限制,复杂地形下森林三维精细结构监测能力不足、功能估测精度不高;森林生态系统结构的复杂性和人类社会对其服务功能的迫切需求对上述研究主题提出前所未有的挑战。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院清原森林生态系统观测研究站于2019年在典型独立小流域内建成了观测塔群(3座观测塔)、水文站网、长期固定样地群,辅以综合数据中心;打造以激光雷达为主要森林结构监测、以涡动通量系统和水文站网为主要功能监测手段的"温带次生林生态系统塔群监测研究平台"(以下简称"科尔塔群")。科尔塔群集成了观测塔群-水文站网-长期固定样地群,构成以遥感技术-涡度相关法-测树学法-森林信息学法为主要手段的协同、跨学科观测体系,具有多方法、多尺度、多要素的核心特征,可开展多类相关研究以满足国家需求、探索国际前沿。基于上述优势,科尔塔群可准确获取森林三维结构,以全息新视角探索森林生态学规律,发展复杂地形下森林生态系统碳-氮-水和其他痕量气体通量观测新理论与方法,研究全球变化背景下森林生态系统碳-氮-水等循环过程与响应,阐明森林水文过程及调控机制,为森林结构调控与功能优化提供基础数据和理论支持,使森林为人类社会提供广泛且可持续的生态服务。 相似文献
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辽河平原是我国温带农田生态系统的重要组成部分,辽河平原农业的高产高效对于巩固东北粮仓的"稳粮增效"具有重要作用。但是,由于耕地数量不断减少以及长期高强度利用造成资源和环境约束不断加剧,辽河平原农田生态系统的可持续发展受到严重制约。中国科学院沈阳生态实验站围绕区域农业生产和资源管理的核心问题,立足农田生态系统的长期监测和研究,揭示了不同养分管理模式下农田土壤综合肥力的演变规律。利用同位素示踪技术,明确了肥料氮素在农田生态系统的保持和转化以及调控机制。通过农田土壤"以碳控氮,碳氮平衡"管理模式的构建,建立了雨养旱地农业保护性耕作综合配套栽培技术体系。通过研发环境友好型稳定性肥料,实现了肥料减施增效,降低了面源污染风险。通过研究-示范-推广有效结合,土肥高效管理为区域现代农业发展和生态环境建设提供了科技支撑。 相似文献
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探索实验地理学实践地理工程学——中国科学院禹城综合试验站成立二十周年 总被引：3，自引：0，他引：3
竺可桢和黄秉维是实验地理学的倡导者。 1 979年建立的中国科学院禹城综合试验站 (禹城站 ) ,全面、深入、持久地推动了实验地理学的研究工作 ;2 0年来 ,禹城站在地理工程学探索与实践中同样取得了可喜的成就。在禹城站建站 2 0周年之际 ,系统总结禹城站实验地理学研究和地理工程学实践工作 ,既可“回顾过去 ,展望未来”,也可令更多人“了解禹城 ,帮助禹城”。1 明确了学术方向 ,建立了完整的科研体系1 987年 ,禹城站申请中国科学院第一个开放试验站时提出的学术方向是“研究土壤 -植物 -大气系统中的水平衡水循环 ,农田生态系统‘五水’转… 相似文献
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中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称"栾城站")位于华北太行山前冲洪积平原的中段,是地下水灌区高产农业生态类型的典型代表。由于近几十年来大规模、高强度的农业生产,区域地下水超采严重,地下水污染风险加剧。然而,人类活动影响下的地表生态系统与地下含水层被厚包气带隔开,地表农业生产活动对地下水水量和水质的影响机理尚不明确。目前,开展贯穿整个包气带的原位监测试验,是揭示这一过程机理的唯一途径。因此,建立大型农田关键带观测平台,是开展农业与地下水关系研究的重要需求。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,栾城站建设的"栾城关键带观测平台",通过对作物根系层—深层包气带—饱和带的土壤水、热、溶质等关键要素和变量的监测,可开展水分、溶质和污染物在厚包气带内的运移、转化规律研究,揭示饱和—非饱和过渡带水文过程及其与地下水补给关系,阐明农田生产活动的水肥迁移、转化及其对地下水量质变化的影响机制,为回答地表过程对地下水量质演化影响机理提供实验平台支持。 相似文献
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农业生态系统地下水氮面源污染数值模拟 总被引：1，自引：0，他引：1
结合农业生态系统特征,以实例展示了在仅有短期有限野外监测数据及少量野外试验条件下,通过合理概化、参数分步识别与过程综合分析等,使模型识别的可靠性提高,成功地建立了农业生态系统地下水氮面源污染数值模型,并反演出表征农业氮面源污染特征的地下水入渗补给强度和氮补给量.本研究对定量评价农业生态系统地下水氮面源污染,特别是对野外基本调查工作部署与根据有限的基本数据较好地模拟识别特征参数,具有一定借鉴意义. 相似文献
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华北平原农业的高强度水肥投入造成严重地下水超采和氮素污染风险。中国科学院栾城农业生态系统试验站立足农田生态系统的长期生态学监测和研究,围绕农业资源高效利用和可持续发展,建立了农田土壤-作物-大气系统(SPAC)界面节水调控理论与技术,提出基于农田水平衡的休耕轮作和适水型种植制度调整思路,阐明了农田碳氮循环特征和温室气体排放及硝酸盐淋失通量,在厚包气带水盐运移和硝酸盐转化和削减机理方面取得突破性认识,研发了农田生产信息快速获取和精准管理的技术产品与平台,并与农业发展紧密结合,集成了系列农业生产技术模式,为区域农业的优质高效发展和水资源可持续利用提供了理论和技术支撑。 相似文献
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水量平衡始终是我国北方沙区植被建设所面临的核心科学问题,决定着植被-土壤系统的可持续性和稳定性。蒸发渗漏仪(以下简称"蒸渗仪")是研究水量平衡的最可靠手段,但其目前存在研究站点单一、系统不匹配、精度不一致等问题,从而制约了沙区生态水文学研究的理论创新。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,中国科学院沙坡头沙漠研究试验站于2019年建成了目前规模最大的中国北方沙区水量平衡自动模拟监测系统——沙坡头蒸渗仪群。该平台以36台大型称重式蒸渗仪为主体,集成了降水和地下水模拟、根系动态测量和土壤溶液提取等系统,配置了不同生物气候带沙区的土壤和典型固沙灌木,开发了数据管理信息系统。该平台可模拟降水和地下水,连续精确监测土壤水动态、蒸散发、植物生长等过程,实现不同生物气候带沙区水量平衡的自动监测-模拟-量化-集成研究,是科学认知、客观解析沙区植被-土壤系统生态水文互馈机制,探索植物固沙模式及沙区生态恢复与重建理论的重要研究平台。该平台显著提升了我国野外站的科学研究能力和解决国家重大科技需求的能力。 相似文献
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河北省曲周县农田生态系统碳循环及碳效率研究 总被引：4，自引：0，他引：4
农田生态系统在全球碳循环中具有突出地位,研究农田生态系统碳循环过程、掌握地区碳收支情况,对挖掘农田多功能性、发展低碳农业具有重要意义,同时为制定农业生态补偿提供依据。本文综合分析农田生态系统碳循环过程,并根据实际情况修正核算了碳排放系数,从碳输入、碳输出、固碳三个过程对曲周县农田生态系统碳源和碳汇以及碳效率进行研究。结果表明,2011年曲周县农田生态系统碳平衡值为-3.30万t,当年可固定碳17.61万t。土壤呼吸、农用机械以及氮肥、磷肥的使用是造成碳排的主要因素。各乡镇农田生态系统碳源和碳汇情况有所差异,曲周镇等乡镇由于高投入低产出导致当年系统为碳源,而候村镇、河南疃镇等乡镇由于低投入、高产出导致当年系统为碳汇。曲周县农田生态系统虽整体表现为碳源,但仍具有较强的碳汇能力以及较高的碳效率,在一定程度上可弥补碳排放对环境造成的影响。 相似文献
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准噶尔盆地是温带内陆干旱区的典型区域，周围高大山地形成径流，流入盆地后造就了绿洲。绿洲和荒漠存在着相互依存关系：绿洲需要通过排水带走自然富集的盐分，而排水给其外围荒漠植被提供水分与养分，外围荒漠植被反过来为绿洲提供了生态屏障。随着绿洲土地开发规模不断加大，节水措施大范围应用，绿洲排水急剧减少。这一方面导致盐分外泄不畅，绿洲积盐；另一方面致使地下水位剧烈下降，绿洲外围、沙漠边缘的植被受到威胁——绿洲-荒漠共生关系面临根本性的危机。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下，新疆阜康荒漠生态系统国家野外科学观测研究站在天山北麓三工河流域建成了“绿洲-荒漠共生关系实验模拟平台”，该平台由绿洲土壤盐分累积与荒漠地下水位模拟子平台、地下水位与荒漠植被关系子平台、沙漠内部降水与荒漠植被关系子平台3个子平台构成，形成了完整的绿洲-荒漠共生关系实验模拟体系。该平台能够满足绿洲区不同灌溉情景下水盐动态长期变化、绿洲边缘荒漠植被变化与地下水位关系、沙漠内部自然植被与降水变化关系的研究需求，为回答绿洲和荒漠生态系统共生关系的关键科学问题提供了重要基础设施支撑。 相似文献
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在全球变化影响下,我国西藏高原的生态环境问题日益突出,严重影响了其生态安全屏障作用,制约了西藏农牧业的可持续发展。中科院拉萨高原生态试验站自建站以来对区域生态环境进行了长期监测,开展了高原生态安全屏障功能保护与建设基础理论研究、退化草地恢复治理及农牧业发展关键技术研发和示范。在学科建设方面发展了一系列高原生态学研究的新方法,建立了高原生态过程、机理与区域格局相结合的研究局面;在技术研发方面提出了高寒退化草地恢复治理和高原草牧业发展的关键技术,并进行了广泛的示范和推广,取得了显著成效。这些科研成果不仅丰富和发展了全球变化影响西藏高原生态屏障功能的基础理论,还推进了高原农牧业发展关键技术的研发和示范。拉萨站已经成为在青藏高原腹地从事生态学研究的支撑平台和农牧业可持续发展试验示范的重要基地。 相似文献
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保护和利用好黑土地资源,建设粮食产业强国是维持国家安全的重要基石。文章聚焦水-土-种-肥-药等农业资源要素,分析了当前我国东北黑土区在粮食生产、生态安全和可持续发展中存在的关键"卡脖子"问题。提出应以科技创新为引领,加强黑土地保护和作物增产技术与装备研发;构建土壤障碍因子消减和抗逆作物优化种植模式、黑土地保护长效机制,全面推进土地集约化经营和机械化生产;加快粮食生产向精准化、智慧化转型,构建多种生态系统协同发展安全模式。提出发挥中国科学院科技力量建制化和多学科优势,紧密联合地方政府、企业、农民,组建科技攻关和技术推广团队,以及推动黑土地保护性利用和健康管理核心技术落地的政策建议。 相似文献
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中科院环江喀斯特生态系统观测研究站面向我国西南喀斯特区域石漠化综合治理与生态服务提升和民生改善的重大需求,系统开展了喀斯特生态系统野外观测、试验与示范研究,发现了喀斯特坡地地表-地下二元水土流失特征,地表侵蚀产沙一般低于50 t/(km2·a),但人为干扰加剧地表侵蚀;揭示了人类活动对喀斯特退化生态系统的影响及其作用机理,阐明了喀斯特景观格局与关键生态过程的相互作用机理,研发了喀斯特退化生态系统适应性修复技术体系,开展了生态工程背景下喀斯特区域生态系统服务变化评估,提出了喀斯特景观保护的优化管控措施,构建了喀斯特生态脆弱区科技扶贫模式,形成了喀斯特生态系统服务优化调控的理论与技术体系,为我国西南地区石漠化治理与区域脱贫提供了重要科技支撑。 相似文献
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东北黑土地是国家粮食安全的"压舱石",然而长期以来的黑土退化导致土壤肥力降低、生态服务功能下降,严重威胁国家粮食安全和区域生态安全。作为"国家队",中国科学院先期谋划、科学论证,汇聚院内外科研队伍,联合东北四省(区)共同发起"黑土粮仓"科技会战。通过设立中国科学院战略性先导科技专项(A类)"黑土地保护与利用科技创新工程"、筹建黑土地保护与利用国家重点实验室、打造黑土地保护利用专业人才队伍,激发科技创新活力,实现黑土地可持续利用,为用好养好黑土地作出国家战略科技力量应有的贡献。 相似文献
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创新是引领学科发展的动力源泉。在中科院、国家科技部、国家自然科学基金委和广东省的长期支持下,中科院华南植物园鼎湖山森林生态系统定位研究站(以下简称"鼎湖山站")以长期监测与创新研究为手段,发现成熟森林土壤持续积累有机碳现象,从宏观到微观的不同尺度阐明森林土壤积累有机碳的机理及其驱动机制,引领森林生态系统碳氮水循环过程及其耦合对环境变化的响应与适应规律的研究,推动生态系统非平衡理论的建立;科学量化了全国森林生态系统碳汇现状与潜力,为国家环境外交提供了重要的科学支撑;提出森林与产水量的全球模式并精确给出了控制产水量气候与流域特征参数的临界值,为"森林与产水量"关系的争论提供了新的阐释;发现常绿阔叶林群落适应气候变化在过去30年向灌丛化方向演替并阐明其受主要环境因子影响的机理。研究成果为森林固碳与水资源效应的科学评估、自然保护区和生态环境建设的国家需求提供了理论支撑。鼎湖山站成为国内外无可替代的野外科技支撑平台和国际著名的森林生态系统科学研究基地,也是中科院和广东地区生态学人才培养基地。 相似文献
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我国温带森林生态系统是东北生态屏障的重要组成部分,不仅孕育着丰富的生物多样性,而且是我国重要的木材资源培育基地,也是我国应对气候变化的重要支撑。由于过度采伐利用,温带针阔混交林的结构和功能遭受严重影响,显著影响了区域生态安全。中国科学院长白山森林生态系统定位观测研究站(以下简称"长白山站")以揭示我国温带原始阔叶红松林的结构、功能及其演变过程为核心,开展长期综合监测和试验研究,发现了老龄林仍然具有持续碳汇能力,揭示了植被数量、大树数量以及树木水分传导率、抗栓塞能力对森林生产力具有重要影响;通过控制实验,阐明了CO_2浓度增加和氮(N)添加能够增加生态系统碳汇和碳固持能力;发现了种子结实机制和尺度在群落构建中的作用,揭示了环境过滤、扩散限制和随机稀释是阔叶红松林生物多样性形成和维持的主要机制;探索了在群落演替过程中地上—地下以及生物多样性-生产力的关系。研究成果为揭示森林生态系统碳汇及其形成与维持机制,促进温带受干扰森林生态系统结构和功能的恢复,以及构建区域生态安全等提供理论支撑。同时,长白山站与国内外科研单位、大专院校等开展合作研究;与周边林业局合作,研制和示范了森林生态系统管理决策支持系统。长白山站是我国温带重要的森林生态系统科学研究基地,也是国内产学研相结合的业务科技支撑平台和生态学、林学人才培养基地。 相似文献
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黄淮海地区是我国第二大平原,在国家粮食安全和国民经济发展中有不可替代的战略地位。黄淮海平原主要由黄河、淮河、海河等多沙性河流冲积而成,历史上长期面临旱、涝、盐碱、风沙等农业生产问题。在此背景下,以中科院南京土壤所熊毅院士为首的研究队伍,于1963年进驻黄淮海平原,创建了"井灌井排"治理盐碱的核心技术。20世纪80年代初,以中科院南京土壤所为主的研究队伍再次会聚封丘,开展治理旱涝灾害和改良低产土壤工作,并由此建立了中科院封丘农业生态实验站(简称"封丘站")。自建站以来,尤其是近10年来,在国家科技部、国家自然科学基金委、农业部和中科院等大力支持下,以封丘站为野外基地,国内科研人员联合开展了系统研究和技术研发,取得了一系列研究成果。在基础理论研究方面,揭示了潮土障碍形成机制和土壤质量演变规律,解析了土壤有机质的周转规律和土壤结构的形成机制,提出了土壤地力定向培育的对策;在技术研发和应用方面,创建了土壤地力培育和大面积均衡增产栽培技术,并在河南省20多个粮食生产重点县示范推广。通过与地方政府和企业合作,研发了道地金银花和树莓规范化、标准化高效栽培技术,建立了"企业+科研+基地+农户"的发展模式,为国家粮食安全保障体系建设和地方经济发展做出了重要的贡献。 相似文献
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东北黑土区是我国重要的商品粮生产基地,在保障国家粮食安全中具有"压舱石"的重要作用。但是由于耕地长期高强度利用及用养失衡导致土壤发生退化,东北黑土区的农业可持续发展受到严重制约。在此背景下,1978年原中国科学院黑龙江农业现代化研究所在东北黑土区中部的黑龙江省海伦市建立了中国科学院海伦农业生态实验站。自建站以来,围绕黑土地农田生态系统的结构和功能,建立了一系列的长期定位试验,经过长期对农田生态要素的监测和研究,划分了黑土肥力变化演化的3个时期,提出了区域尺度上的土壤有机质阈值,阐述了不同养分管理模式下的土壤养分演变规律,证实了通过农田作物的合理配置能够利用生态平衡调控有害生物对作物的危害。通过系谱法选育高产优质"东生号"系列大豆新品种10个,并且进行了成果转化和大面积推广应用。通过研发肥沃耕层构建关键技术,创建了东北黑土地保护利用模式,在黑龙江省的十几个产粮大县示范推广。通过基础理论研究—关键技术研发—大面积推广示范,长期试验示范为东北黑土地保护和区域农业可持续发展起到了重要的科技支撑。 相似文献