网站地图联系我们English中国科学院
 
首 页机构概况机构设置研究队伍科研成果研究生教育科学传播合作交流
 
  科研部门
  综合研究中心  
  水分分中心  
  禹城站  
  千烟洲站  
  拉萨站  
  纳曲站  
  您现在的位置:首页 > 机构设置 > 科研部门 > 千烟洲站
  千烟洲站
千烟洲红壤丘陵综合开发试验站

始建于1983年,其前身是中国科学院南方山区科学考察队(简称南方队)建立的一个试验点,现为中国科学院生态系统研究网络(CERN)的基站之一。

千烟洲地处南方丘陵区,该地是典型的红壤区,成土母质多为红色砂岩、砂砾岩或泥岩,以及河流冲积物。主要的土壤类型有红壤、水稻土、潮土、草甸土等,具有典型亚热带季风气候特征,植被属中亚热带常绿阔叶林带,但原始植被已破坏殆尽,现主要为人工林或草、灌丛次生植被。

一、   建站历程

为了全面认识和评价南方山区的资源状况,寻求自然资源的合理利用与治理途径,1980年初,受国家委托,以原中国科学院自然资源综合考察委员会(简称综考会)为核心,组建了南方队,席承藩院士任队长,李孝芳、刘厚培、那文俊先后担任常务副队长。在1980—1989年期间,南方队对我国南方山区进行了大规模、多学科的综合考察。考察分为两期进行,取得了丰硕的考察研究成果。

第一期考察(1980—1982年):本期考察以江西省吉泰盆地为重点区域,以泰和县为点,采取点面结合的方法,对资源开发利用特点、问题及其发展潜力等开展综合考察研究;同时南方队接受国家农委的委托,与湖南省农业区划办公室共同主持对湘、赣、浙、闽、粤、桂6省区、61×104km2地域的中亚热带丘陵山区进行了农业资源调查和农业发展战略研究。在面上考察和点上实验的基础上总结出版了《江西省泰和县自然资源和农业区划》、《江西省吉泰盆地商品粮生产基地科学考察报告集》、《柑桔生态要求与基地选择———赣南柑桔基地考察报告文集》、《江西省泰和县土壤》、《中国亚热带东部丘陵山区农业发展战略》等专著。通过考察,促进了吉泰盆地商品粮生产基地建设;使宜橘而又少橘的赣南红壤丘陵区柑橘种植业有了迅速的发展;首次提出并论证了丘陵山区必须从“沟谷农业”转向“立体农业”的发展道路等科学论点。 

第二期考察(1983—1989年):为进一步深入探索红壤丘陵区生态环境与经济的综合发展途径,根据中国科学院和国家计划委员会的要求,开展了第二期综合考察研究,考察范围由第一期的中亚热带地区扩展至亚热带东南部9个省(区)。工作采取重点区域考察与面上考察相结合的方法,在每个重点区内,先选一、二个县进行重点剖析,取得一些系统的基础资料与数据,然后开展重点区的全面考察。同时,还把宏观的科学考察和微观的开发性试验研究工作结合起来,进行小范围的开发治理试点,开展一些试验和观测。本期考察所取得的不同范围与精度的考察、试验资料以《南方山区综合科学考察专辑》的形式出版,全面反映了南方山区国土资源概况,并从多方面探讨了与国土整治有关的科学技术问题。由于本期考察范围广、任务重、时间紧,南方队先后组建5个分队,按照统一计划,分片包干。其中,二分队由原综考会主持并组建,主要承担湘赣丘陵山区的考察研究任务。

为了验证、完善第一期考察的成果和观点,提高对红壤丘陵山区的理性认识,进而科学地指导山丘荒地(重点是红壤丘陵)开发治理的生产实践和加速南方山区的综合开发,二分队与江西省科学技术委员会合作,在江西省泰和县设立千烟洲试验点,开展生产性试验研究,成功创建了驰名中外的“千烟洲模式”,并根据科学试验研究结果撰写了具有重要指导意义的《红壤丘陵开发和治理》一书。“千烟洲模式”不仅为进一步开发我国南方大面积红壤丘陵资源提供了科学的、可行性强的模式样板,而且为该区域的资源综合利用与农业可持续发展探索了一条成功道路。相关研究成果被评为“国家科学技术进步三等奖”和“中国科学院科学技术进步一等奖”。

国家农业科技攻关与千烟洲站的稳定发展期(1990-2000年):1988年,南方队的工作即将结束。为了把千烟洲试验点的工作继续下去,中国科学院和江西省人民政府批准建立了千烟洲站。试验站正式成立后,其开发试验与学科研究进入了持续稳定发展时期。1990年成为联合国教科文组织人与生物圈计划红壤丘陵综合开发治理国际试验示范研究站,1991年被纳入中国科学院生态系统研究网络,1994年被确定为联合国开发计划署(UNDP)援助江西“山江湖”项目的红壤丘陵区培训中心。鉴于前期取得的成就,1990年千烟洲站成为国家区域农业综合发展试验示范区,并围绕“南方红壤丘陵综合开发治理与农业持续发展技术研究”,承担了“八五”和“九五”两期国家农业科技攻关项目。通过国家科技攻关专题研究,在原千烟洲模式基础上深化发展出了“林-果-经”、“林-牧-粮”和“水陆复合生态系统”3个子模式,同时进行了中低产果园和农田的改造及优质高效配套技术的研究。相关研究成果以《红壤丘陵生态系统恢复与农业持续发展》(第一、二集)和《资源科学》专刊的形式出版,并先后荣获“中国科学院自然科学三等奖”、“国家八五科技攻关重大科技成果奖”和“国家科技进步二等奖”。

长期生态学定位观测研究与试验站的快速发展期:2001年以来,中国科学院地理科学与资源研究所进入中科院知识创新工程一期,及时根据学科发展趋势和国家与地方需求,对千烟洲站进行了战略性调整,将千烟洲站的学科方向调整为:研究我国中亚热带红壤丘陵生态系统恢复与重建的过程及其环境效应,以及红壤丘陵区水土资源的可持续管理。根据监测、研究、示范等三大基本任务,把千烟洲站定位于:中亚热带红壤丘陵区农林生态系统长期定位监测和基础数据积累的生态网络监测站;中亚热带红壤丘陵区生态系统恢复过程、发生机理及其生态环境效应的野外试验研究基地;中亚热带红壤丘陵区自然资源综合利用和生态环境与经济可持续发展的研究示范基地;国际合作研究、学术交流基地;地学、生态学与资源科学的人才培养基地和科普教育基地。

因此,从1983年中国科学院南方考察队建立千烟洲试验点,1985 年江西省“山江湖”综合开发治理试验示范基地,1989年中国科学院-江西省千烟洲红壤丘陵综合开发试验站成立,1990年列为国家区域农业综合发展试验示范区,1991 年成为中国科学院生态系统研究网络(CERN)站,2001年中国科学院地理科学与资源研究所取得土地使用权50年,2002年江西省区域生态过程与信息重点实验室成立,2002年并成为中国通量网(ChinaFlux)首批站点,千烟洲站在不断发展壮大。

二、   千烟洲站简况和成果

1.研究方向和研究队伍

千烟洲站的重点任务是通过试验观测数据的长期积累,完成CERN的观测、研究和示范目标。学术研究方向是:以水、土、气、生等自然资源的合理利用与区域可持续发展为目标,深入开展区域内能量物质输送和转换机制、模型的建立和空间尺度转换方法的实验研究;结合地理学、生态学、遥感学等的理论、方法和手段,研究农林生态系统的结构、功能,开展生态系统优化管理模式和配套技术的试验示范。经过20多年的长期研究积累,在区域农业综合开发示范、中亚热带红壤丘陵生态系统恢复与重建的过程及其环境效应,红壤丘陵区水土资源的可持续管理等方面形成了优势。

千烟洲试验站现有在编人员9人,其中研究人员5人,技术支撑人员4人。研究人员中,研究员2人,副研究员1人,博士7人、硕士2人,建成了一支学历层次高、专业结构合理、团结协作的研究队伍。通过不断地培养和培训,建立起一支素质较高,技术能力较强的试验观测队伍和行政后勤管理人员。千烟洲站利用开放实验站的条件和先进的仪器设备、优质的服务,吸引了大批实验站外的研究人员和研究生来站工作,千烟洲站2001年起加大了研究生培养的力度,目前千烟洲站共有研究生10余名。博士后1名,此外还有近10名合作培养和客座的研究生参加研究,形成了一支补充千烟洲站学科专业和人员的研究团队。

2.试验场地与设施

千烟洲站现有自主产权的试验土地约204公顷,在试验地内设置了多学科试验场地,包括:

(1)农田生态系统综合观测场,在观测场中布设有土壤中子水分测试管、小气候梯度仪、土壤水势仪等再配合光合作用系统等生理生态测定仪器用以进行农田生态系统中物质能量循环与生产力的综合试验研究;

(2)稻田碳氮耦合过程试验场:布置了不同生物覆盖、秸秆还田和氮肥用量交互因子试验,共54个小区,占地近5亩。该研究以最大限度地从时间和空间上提高农田土地的生物覆盖、增加土地生产力、促进土壤碳氮循环、降低系统碳氮排放为出发点,通过观测不同措施下稻田生产力、碳氮排放及其过程、土壤碳氮蓄积和土壤微生物群落结构等,提出适合我国南方稻田的增碳保氮管理技术,并揭示其内在机制,进而为提高稻田生产力和降低温室气体排放提供理论依据和技术指导;

(3)中亚热带人工林生态系统碳通量观测:构建了42米高的铁塔,用以进行人工林系统生产力、生态系统呼吸、净系统生产力的试验研究;

(4)中亚热带人工林土壤呼吸观测场:针对本区域内的主要林型,对区域内的各树种进行各种处理,从而研究土壤呼吸与人工林生态系统各因子的关系;

(5)常规气象观测场:该观测场按国家气象局规范标准设置,有一套全自动气象和太阳辐射观测装置和人工常规观测仪器,用以观测全年的天气气象,至今已积累了24年的气象资料(1985-2009);

(6)农田养份平衡观测场:内设有33个养分池,按N、P、K、空白等多种养分处理,进行农田养分平衡的长期定位监测。

(7)降水转移和人工灌溉实验:在马尾松-木荷针阔混交林地内,建立了降水转移实验设施和人工灌溉实验样地6个。并有自动土壤湿度、穿透雨等观测系统。

(8)生物炭输入实验:在农田生态系统,建立了不同施肥与生物炭处理的样地,该实验为评价生物炭输入与秸秆、化肥等不同输入效果提供良好的基础数据,对研究农田碳氮磷元素的平衡、生物炭与秸秆对农田生态系统的固碳效果等提供理论依据。

(9)树干茎流观测场:林冠对降雨存在明显的再分配,针对不同林型,设立了不同的树干茎流与穿透雨的观测设施,同时开展树干液流监测,为了解森林水量平衡提供基础数据。

(10)森林生态系统氮沉降模拟:为评估森林生态系统在氮沉降日趋增加的情况下的响应与适应,设置了不同林型与不同梯度的氮沉降模拟试验。

(11)冰雪灾害恢复实验场:针对2008年的雨雪冰冻灾害,建立了不同处理的灾害恢复模拟实验,为林业恢复与重建提供科技支撑。

(12)农村面源污染试验场:针对农村污染源日益增多的现状,在站区及附近设置多处地表与地下水观测设施,研究污染物迁移与转化路径。

千烟洲站的有线和无线通讯条件优势明显,拥有10M光纤,目前已在站内建成了小规模局域网,每个住房都通了接口,实现了站内互联,总计百余个端口,同时站内也有多处无线数据传输设施。

3.工作和生活设施

千烟洲站高度重视站区的工作和生活条件,现有试验楼一座内有理化分析室、土壤物理实验室、气象观测室、计算机房、资料数据库、土壤和作物样品室等。每个实验室均与计算机房和资料数据库建立了局域网,所有试验观测数据都能直接传输到数据库中。另有生活楼一座,供来站的本站研究技术人员居住,每间宿舍内都配有站内局域网连结接口;生活楼内还有多功能会议厅和会议室,可接待大规模的学术活动。2010年千烟洲站又新建了站的餐厅,可供来站工作和交流的研究人员进餐。千烟洲站还配备有变电站和发电机以保证试验站的正常工作和生活。此外,千烟洲站有帕拉丁越野车一辆,金杯车一辆,红旗轿车一辆,足以保证站的试验研究和生活的需要。

三、研究成果

20多年来,千烟洲站根据已确定的研究方向,在区域农业综合开发示范、中亚热带红壤丘陵生态系统恢复与重建的过程及其环境效应,以及红壤丘陵区水土资源的可持续管理等方面形成了优势研究领域并取得了一批高水平的研究成果,积累了大量的实验观测资料。共发表学术论文150余篇,参与出版专著18本,数据集5本。共获得国家科技进步二等奖、三等奖各一项;中国科学院科技进步一等奖、三等奖;中国科学院自然科学三等奖;全国农业区划委及江西省政府、四川省政府的科技进步奖共计约10余项。

主要研究进展如下:

1. 在区域农业综合开发方面,创立了“千烟洲模式”,并依托于该模式建立了农林牧综合开发的技术体系。“千烟洲模式”不仅为进一步开发我国南方大面积红壤丘陵资源提供了科学的、可行性强的模式样板,而且为该区域的资源综合利用与农业可持续发展探索了一条成功道路。相关研究成果被评为“国家科学技术进步三等奖”和“中国科学院科学技术进步一等奖”。

2001年来,围绕“中亚热带红壤丘陵区生态系统恢复过程、发生机理及其生态环境效应”,千烟洲站申请到国家部委、地方及国际合作项目60余项,总经费2000多万元。在研项目18项,总经费901万元,其中包括973专题2项,自然科学基金1项,国际合作项目2项。在相关项目的支持下,千烟洲站开展了大量的基础研究并取得了一定进展,特别是在亚热带生态系统结构功能以及应对气候变化的碳水循环研究中取得了重要成果。

2. 亚热带针叶人工林碳循环研究

千烟洲试验站的生态系统为典型的人工恢复生态系统,其中人工针叶林在我国亚热带红壤丘陵区具有很强的代表性。千烟洲试验站对人工针叶林的碳循环特征开展了以微气象、森林碳计量以及模型模拟为主要技术手段的多尺度观测和研究。作为我国最早利用涡度相关技术开展森林生态系统碳通量观测的试验站之一,千烟洲站首次对红壤丘陵区人工针叶林的碳收支过程进行了长期连续观测和研究。基于2002年以来的多年连续观测数据,研究了亚热带人工林生态系统的总生态系统生产力(GEP)、生态系统呼吸(RE)和净生态系统生产力(NEP)变化及其与气候因子的关系,初步阐明了亚热带人工林生态系统碳通量变化规律及驱动机制,揭示了生态恢复后人工林生态系统的碳收支过程及其对环境因子的响应规律,精确地测定了森林生态系统的碳蓄积能力。同时在非均匀下垫面通量观测方法、通量计算平均时长的确定、通量贡献区的确定等方面做了深入的探索和研究,为开展相关的长期观测提供了理论依据。配合涡度相关技术,利用森林计测学手段调查了群落固碳速率的年际动态及其同气候因子的关系。此外,还利用模型模拟手段,结合土壤与植被碳储量的实测数据,对千烟洲站人工林生态系统恢复与碳储量变化规律进行了深入研究,明确了植树造林对红壤区生态系统碳库的影响。此研究结果经Nature等国际期刊的转载,引起了国内外的广泛关注,为我国近年来通过生态恢复和林业管理减缓温室气体排放所取得的成就提供了科学依据。

3. 南方红壤丘陵区退化生态系统恢复的生态效应评估

南方红壤丘陵地区生态恢复使小流域环境发生了巨大变化。千烟洲站对生态恢复后的生态效益以及功能进行了综合的调查和观测研究,包括生物多样性、气候效应、水文效应、土壤理化性质以及水土流失变化等。利用定量群落学手段,调查分析了生态恢复后生态系统的物种组成变化及生产力变化,揭示了生态恢复对提高群落生产力和增加物种多样性的重要作用;通过林内和林外对比观测,揭示了生态恢复和人工造林后的小气候变化,阐明了森林在调节小气候中的重要作用,特别是在极端高温或极端干旱条件下,森林的重要调节功能;通过林内降雨分配以及泥沙输出规律观测,阐述了人工林的水源涵养和保土功能,进一步证实森林在减少地表径流的作用;根据对几种主要的森林群落的养分结构及降水化学的连续观测,揭示了人工林生态系统在元素积累、水分调节及养分平衡中的作用;通过分析植物活体、凋落物和土壤养分含量,阐明了群落不同器官与组分中的养分关系,揭示了树木对养分的吸收、存留、归还的基本规律,并论述了造林对土壤养分状况的影响,为林地管理提供了科学依据。

4. 农田生态系统对全球变化的响应机理研究

臭氧耗损所带来的地表B区紫外辐射(UVB)的增强是人类普遍关注的一个全球变化效应。但我国关于地表UVB辐射增强对农作物及农业生产的影响研究甚少。李海涛博士采用可调式自动控制系统和滤光实验方法,选取在千烟洲试验站广泛种植的农作物品种进行实验,得出了地表UVB辐射增强或滤减20%对我国南方主要水稻品种群体的生长发育性状及产量和品质基本没有显著影响的结论。上述两种试验方法避免了目前国内已有的“方波实验”可能夸大紫外辐射处理效应的弊病,所得试验结果与国内多数方波处理的实验结果不同,对于正确预测臭氧层衰竭对我国南方水稻生产的影响具有一定的指导意义和参考价值。

5. 亚热带常绿阔叶林生态系统结构与物质循环过程研究

位于江西省南端赣粤交界处的九连山是千烟洲试验站的观测点之一,这里的原始林代表着亚热带地带性植被。通过国际合作,试验站对森林生态系统进行了较为全面的综合研究,包括动植物区系、群落种类组成、初级生产力、养分循环、气候及水分平衡。通过植被调查阐明了该区动植物区系特征,并建立了动植物名录;通过群落调查,分析了主要森林类型的水平与空间结构;通过树木生长测定,首次揭示了该区原始林群落的生物量、生产力结构;通过枯枝落叶归还过程以及水分输出规律研究,阐明了常绿阔叶林生态系统的养分循环功能;利用量水堰对小流域降水以及流出过程观测,阐明了天然原始林在调节水文平衡中的重要作用。本研究为亚热带常绿阔叶林生态系统保育及生物多样性保护提供了丰富而系统的数据支撑。

6. 低产油茶林改造技术体系研究

油茶是我国特有的木本食用油料树种,也是林业建设一大优势资源,在我国南方广大丘陵山地有悠久的经营历史和良好的生产基础,为我国食用植物油产量平衡发挥了重要作用。但较长时期以来,由于各地对油茶生产的管理措施削弱,很多地方油茶林的树龄老化,品种混杂,加上粗放经营,资源没有得到很好的开发利用,造成生产力水平下降,比较经济效益较低,在很大程度上抑制了油茶作为一项特色产业的持续发展。

近年来,千烟洲站依托有关项目,通过嫁接、平衡配比施肥和修剪整形等3项新技术,在站区开展低产低效油茶林的改造与示范研究工作。目前,已在站区内完成3.33hm2低产油茶林的高接换冠,成活率达90%以上,其它两项新技术的试验效果在跟踪调查中。另外,引种了油茶优良品种赣无系列12个优良无性系种苗栽植于千烟洲站内,拟通过试验研究从中筛选适应于千烟洲的优良油茶树品种,建立试验站油茶优良品系采穗园。

四、未来展望

全球变化是当今世界最重要的生态环境问题之一。为应对全球变化,各国不懈努力以减少二氧化碳等温室气体排放,增加碳汇潜力。因此,如何走出传统工业经济发展的“先污染后治理”的老路成为国际社会关注的焦点。有鉴于此,2009年12月2日,国务院批准了鄱阳湖生态经济区规划,以便为江西的发展确定科学的绿色经济之路,确保鄱阳湖一湖清水不变质,同时为其他经济欠发达省区提供新的发展模式。

千烟洲站自建立之时起就一直进行着南方红壤丘陵区生态经济可持续发展的探索,具有深厚的基础。因此,必将在鄱阳湖生态经济区建设中发挥积极作用。我站依据国家和区域发展的需求和自身的特点,确立了一站四点的发展框架,即依托千烟洲,辐射赣江流域的九连山、兴国和井冈山等研究基地。我们的研究简单概括为三大科学问题、两大试验示范和一个总体目标。

三大科学问题是:①典型生态系统碳水等物质循环及其对全球变化的响应规律。通过对典型农田、森林等典型生态系统结构和功能的观测与定位研究,揭示生态系统物质循环、能量流动及其对环境变化的响应规律,阐明不同环境条件下生态系统结构变化及其与碳源/汇等生态服务功能的时空分异规律;通过野外控制试验,研究典型生态系统对全球变化的响应,阐明我国南方典型生态系统对全球变化的适应和响应机制,揭示南方红壤区对气候变化的区域响应特征。为准确评价南方典型生态系统对缓解全球变化的贡献提供依据。②生态系统服务功能的形成机制、综合评估及生态补偿机制的建立。我国南方生态系统复杂多样,服务功能各异。针对南方典型生态系统,探讨生态服务功能的形成机制及其内在相互关系;综合评估生态系统和区域尺度的生态系统服务功能,结合鄱阳湖生态经济区建设,探讨可行的生态补偿机制。③农田生态系统综合管理及面源污染的防控机制;以千烟洲站为主要依托,建立地表水和地下水污染物的动态监测体系,重点对农药、化肥等面源污染物质进行监测,研究农村污染物的运移规律、环境污染形成机理;通过强化农田生态系统的综合管理、控制污染物排放以及开展土壤修复等措施,探索绿色生态农业发展之路,为面源污染控制及治理提供切实可行的技术和方法。通过开展农民健康监测,揭示环境变化对人类健康的影响,为新农村生态文明建设服务。

两大试验示范研究:①千烟洲模式的深化与示范研究。基于以往建立的千烟洲模式,结合区域经济发展和环境保护的新需求,优化模式的组成,特别是通过对果林结构进行优化改造,提高生态经济效益,更好地服务于新农村建设和鄱阳湖生态经济区绿色农业发展的需求。②南方低效林改造、提高生态系统服务功能的试验示范研究。20世纪80年代初开展的大规模植树造林为治理我国南方严重的水土流失和生态环境改善发挥了巨大作用。但是由于当时对生态学认识的局限性及条件的限制,在生态恢复过程中营造了过多的针叶纯林,导致森林生态系统服务功能低下。通过对现有低效林进行改造,优化结构,提高生态系统的碳汇等生态服务功能,并建立南方低效林改造的技术体系。

一个最终目标:千烟洲站自1983年建立以来,在红壤丘陵区资源综合开发和小流域治理等方面已经取得了较大成绩,为本区域生态环境的综合发展起到了良好的示范作用。通过对农林生态系统物质循环规律、生态服务功能、面源污染及人为调控措施的综合影响,结合城镇、工矿企业点源污染的监测研究,通过点面结合的技术手段,探索大流域生态环境与经济可持续发展的理论与模式,为赣江流域以及鄱阳湖流域生态环境与经济可持续发展提供科技支撑。

经过20多年艰苦卓绝的努力,千烟洲站已经建设成为一个设施良好、生态类型多样的野外生态环境综合监测基地、生态实验研究基地、高等院校野外实习基地、生态农业的观光旅游和科学普及教育基地。作为一个日益开放的国际科研平台,我们热诚欢迎一切有兴趣的朋友来参观指导,也期待着与您的合作、创新。

附:千烟洲站历任站长:

1983-1988  程 彤 研究员 试验点负责人

1988-1989 李文华 院 士 第一任站长

1989-1999  程 彤 研究员 第二任站长

1999-2003  李家永 研究员 第三任站长

2003-2006  刘琪璟 研究员 第四任站长

2006-2008  王绍强 研究员 第五任站长

2009-    王辉民 研究员 第六任站长

  建议您使用IE6.0以上版本浏览器 屏幕设置为1024 * 768 为最佳效果
版权所有:中国科学院地理科学与资源研究所 Copyright.2009
地址:北京市朝阳区大屯路甲11号 100101 京ICP备05002858号