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中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站

站长:朱波

成都本部Tel:(028)85235869,85232090

成都本部Fax:(028) 85222258 

E-mail:yga@imde.ac.cn

野外站地址:四川省盐亭县县林山乡,

野外站电话:(0816)7398600

一、野外站概况

中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站隶属中国科学院成都山地灾害与环境研究所,1980年正式建站,位于四川盆地中北部的盐亭县林山乡(105°27′E,31°16′N,海拔420米)。1991年成为中国生态系统研究网络(CERN)的首批农业生态站。2005年成为农田生态系统国家野外科学观测研究站。

盐亭站拥有生活、试验用房1200m2,试验区土地面积35hm2,为一完整的集水区,自有试验用地80亩。野外已建成了自动气象辐射观测站、农地综合观测场、集水区测流站、坡地养分平衡场、紫色母岩风化试验场等野外设施22项。室内拥有原子吸收分光光谱仪、气相色谱仪、显微镜等先进进口仪器30套件。

二、基础条件

野外试验观测设施

三、研究方向与定位

(一)总体定位

面向粮食安全、水环境安全保障与长江上游生态环境建设的国家战略需求,针对农业生态系统结构与功能优化、人口密集区农村生态环境的变化、水土保持与农业可持续发展的关键科学问题,以四川盆地紫色土丘陵区为主要研究对象,建立基础性、公益性的长期试验与观测平台。监测典型生态区水、土、气、生等生态要素的动态变化,开展以土壤圈层为核心的紫色土水-土-植物-大气界面物质与能量过程的综合实验与观测研究,剖析紫色土农业生态系统与环境变化及其人为活动的相互作用,揭示紫色土坡地水-土-植被相互作用机理,探索节水、保土、省肥、高产、优质的生态农业模式。为长江上游生态环境建设、国家粮食安全与水环境安全保障提供强有力的科技支撑。

(二)研究方向 

以土壤学、农业生态学和水土保持学为主要学科方向,研究自然过程与人为活动交互作用下的土壤质量演变、坡地土壤-水-植被相互作用机理和农田生态系统结构与功能变化与及其物质流、能量流、信息流传输、调控的关系,揭示人类活动影响及全球变化背景下的土壤质量、农田生态系统结构与功能、水土流失演变规律,为构建高效、可持续的生态农业体系,保护、改善农村生态环境提供科学理论与技术方法。

(三)当前研究重点

(1)农田生态系统物质循环与调控

(2)紫色土现代地表过程与全球变化的响应

(3)坡地径流、泥沙与农业化学物质迁移过程

(4)经济高效、环境友好的水土资源与养分管理技术与示范

四、承担科研项目情况

盐亭站建站以来,主要围绕紫色土农田生态系统结构与功能变化和紫色土丘陵区环境变化与区域农业可持续发展开展了大量的定位试验与观测研究。近5年来,主要承担了国家重点基础研究发展计划"973"、国家攻关、国家自然科学基金、中国科学院知识创新工程和四川省杰出青年基金等项目30多项,累计承担科研项目合同经费达1530万元。

①国家重点基础研究发展计划项目"长江流域水沙产输及其与环境变化耦合机理"课题1"长江流域环境与水资源演化规律(2003CB415201)":应用现代技术探索不同时空尺度上流域环境变化与水资源演变特征以及它们的相互作用关系。

②国家重点基础研究发展计划项目"我国农田生态系统重要过程与调控对策研究"之子课题3" 水热梯度变化下农田土壤养分累积的环境效应" (2005CB121108-3)研究我国主要农田土壤碳-氮平衡水平及其水热驱动机制,确定我国南北热量梯度和东西水分梯度土壤养分平衡格局及无效碳、氮潜在释放与迁移量,为我国主要农田系统水肥优化调控提供科学依据。

 ③国家自然科学基金重点项目 "土壤-农作物体系N2O排放系数的观测与模式研究"(40331014)课题"不同类型农田N2O排放观测研究":以中国科学院盐亭站的基础设施为依托,在盐亭站选取不同类型农田,对其N2O排放及与其相关的CO2和CH4排放实施连续三个轮作周期的观测研究,以定量了解四川盆地紫色土丘陵区农田N2O排放的基本过程和规律。

④中国科学院知识创新工程重要方向性项目"长江上游典型小流域侵蚀产沙与调控机制研究"(KZCX3-SW-330):查明坡地降雨产流产沙过程与机理,建立紫色土坡面降雨产流、产沙模型;初步阐明小流域泥沙平衡和泥沙输移规律,为进一步建立小流域侵蚀预测模型积累基础数据;针对川中丘陵区水土保持技术问题,提出符合当地社会和经济发展的农林水复合泥沙控制技术体系。

⑤中国科学院知识创新工程重要方向性项目"中国主要农田生态系统氮磷钾迁移、转化规律与优化管理"(KZCX2-413)课题5"农田生态系统氮磷界面迁移及其环境效应":依托盐亭站及CERN另外6个台站对农田生态系统"土壤-大气"、"土壤-水体"界面氮磷迁移过程开展定位监测与联网研究;阐明我国主要农田生态系统施用氮磷造成的大气和水体污染的主要方式、特征与贡献,为提出减少农业面源污染的政策和技术措施提供科学依据。

⑥中国科学院知识创新重大项目"中国陆地和近海生态系统碳收支"(KZCX-SW-01)专题"川中丘陵区农林复合生态系统碳通量观测研究":通过对川中丘陵区农林复合生态系统CO2、CH4、N2O通量及相关环境要素的定位观测,阐明中国西南地区农林复合区生态系统CO2、CH4、N2O通量的季节和日变化特征,碳净通量及其与土壤、植被、气象等环境因子的相互关系。阐明人类活动、特别是人为恢复森林对陆地生态系统CO2、CH4、N2O源汇强度和过程的影响,为确定西南地区碳收支格局提供可靠的基础数据。

⑦国家自然科学基金项目"紫色土坡地硝酸盐淋失及其环境效应"(40571093):研究紫色土坡耕地氮素淋失过程,查明紫色土坡地土壤硝酸盐淋溶特征、坡面淋溶累加效应及其随壤中流迁移的过程与机理,建立紫色土坡耕地硝态氮随壤中流迁移的通量计算模型,估算氮素淋失的环境负荷,评价紫色土坡地氮素淋失的环境效应,为紫色土坡地农业氮肥合理施用、非点源污染调控及长江上游特别是三峡水库水资源安全保障提供科学依据。

五、研究与监测成果

自建站以来,盐亭站积累了大量紫色土区水、土、气、生等生态要素观测数据,同时农田生态系统结构与功能变化和区域环境演变等科学研究也有较丰富的数据积累。经过整理与整编,建立了数据管理信息系统。整编数据已于1999年编印数据集第1缉(1970~1995年),共10卷;1996年以后的试验观测数据已整编成第2缉(1996~2005年),共27册。

盐亭站代表了中亚热带紫色土丘陵区典型农业生态系统,长期开展紫色土土壤肥力、水土保持、环境演变与农业生态等领域的试验观测研究,承担了大量国家"973"、自然科学基金、中国科学院和地方项目,积累了丰富的野外试验观测数据。发表论文500多篇,出版专著22本,获得国家和省级奖励16项。研发的生态农业与小流域生态恢复技术如"桤柏混交林模式"、"聚土免耕"、"粮经弹性种植"等技术在长江上游紫色土丘陵区广泛推广,取得了显著的生态、经济和社会效益。为长江上游特别是紫色土地区生态环境建设和农业可持续发展作出了重要贡献。

六、主要科学贡献

①应用"土壤肥力生物-热力学"理论指导农田生态系统的调控

依据侯光炯院士的"土壤肥力生物-热力学"理论,特别是依据土壤胶体是土壤肥力的基础,设计试验获得了培养土壤复合胶体的耕作制度(聚土免耕)和施肥制度(有机肥与秸秆还田),并依据紫色土土壤发育的幼年性特点,开发了促进母岩(母质)养分释放的土壤培肥技术,使退化紫色土土壤肥力得到恢复;依据"土壤生物-热力学"理论中"土壤与作物生理性相协调"的观点,根据土壤与植物各自的特点,合理搭配土壤与植物类型,构建了良好的农田生态系统轮作与套作、间作结构。

②中国紫色土系统研究

紫色土研究是盐亭站的主要特色之一。自建站以来,就全面开展紫色土的基础和应用研究,取得了一系列成果。先后在1991年和2003年完成了的学术专著,并荣获中国科学院出版基金,先后由科学出版社出版了《中国紫色土》(上篇)、(下篇)。得到学术界的高度评价。

③构建小流域侵蚀泥沙与面源污染控制技术体系与模式

在嘉陵江中游的典型小流域,根据四川盆地丘陵区的地貌特点,建立了紫色土坡地不同坡度(5、10、15、20、25度)、不同坡长(5、8、10、15、20m)和不同土地利用类型(耕地、草地、林地、裸地)的坡地径流小区22个,同时还建立了耕地、林地和农林复合集水区(毛支沟)径流、泥沙与养分迁移的观测设施和小流域截流堰,通过系统观测小流域的不同单元的径流、泥沙与养分迁移过程结合野外人工模拟降雨试验,基本查明了紫色土小流域坡地、集水区、小流域等多尺度径流、泥沙与氮磷养分迁移规律。

④中国主要农田土壤剖面硝酸盐累积与淋失

通过盐亭站与CERN其它6个农业生态站的联网研究,发现我国主要旱地农田土壤剖面硝酸盐累积十分普遍,但南方和北方农田生态系统硝酸盐累积的特点差异明显,环境效应也不相同。且进一步分析发现,南方夏季降雨丰富,蓄满产流特征明显,土壤壤中流发育,而土壤剖面累积的硝酸盐通过壤中流携带进入地下水,造成大面积浅层地下水硝酸盐污染。

⑤基本查明长江上游干支流径流、泥沙的变化规律

通过对长江上游嘉陵江和金沙江流域径流、泥沙近50年观测资料结合紫色土区定位观测资料的分析表明,20世纪80年代以来,嘉陵江的河流泥沙呈明显减少的趋势,金沙江的河流泥沙略有上升。而长期泥沙变化是由嘉陵江和金沙江的泥沙来源差异及其人为活动影响所造成的,嘉陵江泥沙主要来源于面蚀,通过水土保持等生态工程控制泥沙的效益显著,盐亭站上世纪70~80年代推出的桤柏混交林植被恢复模式、90年代推出的聚土免耕技术和本世纪初提出小流域侵蚀泥沙控制模式的示范与推广作出了重要贡献,同时众多水利工程的拦沙效益显著;而金沙江泥沙主要来自重力侵蚀,生态工程减沙效益不明显。