近期,南岭森林生态系统野外科学观测研究站(以下简称“南岭台站”)项目组顺利完成了广东南岭森林生态系统国家野外科学观测研究站门户网站系统和数据汇交共享系统的建设(https://www.nllter.ac.cn/ ),将南岭台站研究进展、观测数据及实体资源等信息资源面向科研人员开放共享,实现野外台站资源信息化、样地与样品资源信息化、仪器与设备资源信息化、观测和试验数据资源信息化,打造成为先进高效的生态系统观测研究协同计算平台。
同时,项目组完成了南岭台站基础设施和生态观测设备的野外布置,包括30m气象观测通量塔、永久性植物样地、鸟类观测样线、山地常绿阔叶林气象观测系统(芬兰VAISALA)、山地矮林气象观测系统(北京华创)、山顶草地气象观测系统(北京华创)、森林穿透雨监测系统(美国DAVIS)、植物液流测量系统(德国ECOMATIK)、水文监测系统等,对南岭亚热带常绿阔叶林的辐射(辐照度、总辐射量、反射辐射、净辐射、光合有效辐射、光照度、光照时间等)、热量(介质温度、表面温度和环境平均辐射温度等)、气体(温室气体的密度、质量、浓度等)、水汽(降水、蒸发、水汽压、露点等)、风(风速、风向)等“水、土、气、生”要素进行系统、长期观测。
一、南岭台站简介
南岭台站具有广东省科学院长期支持建设的基础,是广东省科学技术厅在科技基础条件领域首批立项的野外科学观测研究站。广州地理研究所作为承担单位与广东南岭国家级自然保护区管理局、广东省生态环境技术研究所、广东省微生物研究所、广东省生物资源应用研究所和广东省气候中心等5家单位协作共建,共建单位的主管单位有广东省科学院、广东省林业局、广东省气象局。
1、建站目的与意义
南岭具有世界同纬度面积最大的“绿洲”(亚热带常绿阔叶林),是南亚热带和中亚热带的分界线,也是长江水系与珠江水系的分水岭,是我国“两屏三带”生态安全屏障中“南方丘陵低山带”重要的组成部分,是“山水林田湖草生态保护修复”国家试点区域之一;南岭保存有我国最大和最典型的中亚热带常绿阔叶林,是具有国际意义的生物多样性区域;南岭还是粤港澳大湾区重要的生态安全屏障。在南岭布局建野外台站对完善我国陆地生态系统和生物多样性长期监测基础数据库、维持粤港澳大湾区生态安全、促进区域经济可持续发展、促进生态文明和美丽中国建设等具有重要作用。
图1 南岭同纬度带典型区域示意图
图2 南岭是同纬度最大的常绿阔叶林
2、研究对象
南岭台站以南岭亚热带常绿阔叶林为研究对象,构建水、土、气、生的空-天-地监测体系,长期监测森林水文、森林土壤、森林气象、森林生物等指标。
3、开展研究
①南岭山地亚热带典型森林生态系统研究,包括生态系统组成、结构与功能、动态变化规律及其对人类活动与全球变化的适应与响应机理;
②南岭山地森林生态系统的生物多样性研究,包括生物多样性的形成、演化、物种共存机制,以及物种协同进化关系;
③南岭屏障带生态系统服务功能研究,着重开展服务功能的科学原理与关键影响因素解析,服务于南岭屏障带物质循环和能量流动重大科学问题的解决;
④提供包括数据系统建设与服务、多方合作机制完善与服务、科普示范服务、人才梯队建设与培养服务等的支撑服务。从而为南岭“两屏三带”生态安全屏障提供完备的生态系统野外定位观测与研究体系保障,填补全球亚热带东部季风区中亚热带生态系统野外观测的空白,为粤北生态特别保护区及粤港澳大湾区水资源供应、气候调节等功能发挥提供生态保障及重要的理论依据和数据支撑。
4、野外观测
(1)观测设备仪器
图3 野外观测设备
(2)生物多样性样地
依据植被类型、土壤类型、海拔梯度的不同,在广东南岭国家级自然保护区建立 24 个样地,代表的类型有沟谷常绿阔叶林、山地常绿阔叶林、针阔混交林、山顶矮林和山地草甸。
图4 南岭不同梯度生物多样性样地
(3)鸟类观察样线与样地
在广东南岭国家级自然保护区内设计了 17 条鸟类群落野外调查及取样样线以及 170 固定样点。
图5 南岭国家级自然保护区鸟类固定样线设置示意图
(4)观测样本与分析
图6 南岭新种光柄路边菇形态结构图
图7 南岭不同样地土壤真菌多样性分析
图8 南岭居民生计资本变化感知与入户调研图
图9 南岭土壤侵蚀类型分布图以及RUSLE敏感性分级结果和遥感影像对比图
(5)南岭数据系统图
5、研究成果
依靠南岭台站,2019年项目组在南岭自然地理、人文地理、土壤微生物、土壤真菌多样性、鸟类多样性等方面取得了良好的研究进展,目前发表论文14篇,其中SCI论文9篇,中文4篇,SSCI论文1篇;申请专利14件,其中发明专利11项,实用新型专利3;授权软件著作权2项;获得国家基金1项;技术服务和服务企业4次;引进人才7名,培养人才4名。
6、科普活动
项目组举办“南岭杯”首届生态修复设计竞赛、“保护野生鸟类建设美丽广东”科普宣传讲座进校园活动、“走进南岭·倾听大自然的天籁之音”2019年首届南岭观鸟赛、2019年全国菌物多样性与系统学讲习班、“亚热带丛林之旅”自然教育活动等科普及培训活动17场次。
7、学术贡献
研究分析了近百年时间尺度与南岭亚热带常绿阔叶林同纬度地区其它区域的气候特征(图11)及其成因,并分析了气候变化、海陆位置、地形地貌、人类活动干扰可能共同作用导致了该纬度带上的沙漠、荒漠和亚热带常绿阔叶林的差异。
针对于森林和水的关系这个学术界争议了近200年的问题,以及气候变化和下垫面改变如何影响水资源的国内外研究热点。特别是下垫面相对于气候因子对产水量的贡献率这个近年学术界争论的焦点和前沿问题。项目团队人员通过严密的推导、精确的求算,证明了下垫面相对于干燥度指数和湿润指数分别对于产水量的贡献率,成果发表在《Nature Communications》上。
图11 南岭同纬度典型区域年内干湿分布状况
8、项目组研究发现链接
(1)南岭山地的多学科综合研究价值:
http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-RDDD201803001.htm)
(2)提出鉴别“促进自然保护地民生改善与环境保护协调发展”的居民最佳生计策略方法:
https://www.tandfonline.com/eprint/ZITDSXURECRRN8ZZERNN/full?target=10.1080/09669582.2019.1691566
(3)开展南岭珊瑚菌科一新种的形态与系统发育研究:
https:// doi.org/10.3897/mycokeys.57.36416
(4)发现南岭一株新型新鞘氨醇菌的系统进化和生理生化特征:
International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology期刊
(5)揭示南岭山地鸟类多样性海拔梯度格局:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/jbi.13738
(6)南岭山脉及周边鸟类β多样性:
http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-RDDD201803004.htm
(7)开展南岭山地1968到2015年降雨的时空变化特征:
http://www.cqvip.com/QK/97324X/20192/7001792412.html
(8)南岭同纬度带典型区域气候特征差异与成因研究:
http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-RDDD201803002.htm
(9)分析南岭土壤侵蚀敏感性和影响因素分析:
https://doi.org/10.1155/2019/7129639等
(自然地理部 供稿)