傳木鐸金聲，展京師風(fēng)范,，講述北師大人自己的故事,。
實驗室名片：地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室圍繞地球系統(tǒng)科學(xué)前沿和國家重大戰(zhàn)略需求,，以我國北方農(nóng)牧交錯帶,、城鄉(xiāng)過渡帶及海岸帶等為重點，研究地表過程及其對可更新資源再生機理的影響,，建立與完善地表多要素,、多過程和多尺度模型與人地系統(tǒng)動力學(xué)模擬系統(tǒng)，探討區(qū)域自然資源可持續(xù)利用范式,，為生態(tài)系統(tǒng)服務(wù),、可持續(xù)性管理與退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建等提供科學(xué)與技術(shù)支撐。實驗室擁有多個野外監(jiān)測平臺,、數(shù)據(jù)與計算模擬平臺和分析測試平臺,，形成了地表過程、資源生態(tài),、地表系統(tǒng)模型與模擬,、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展模式四個相互聯(lián)系、互為依托的研究方向,，多項研究成果分別獲國家自然科學(xué)獎,、國家科技進步獎等獎項，為生態(tài)文明建設(shè)和區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展方面做出重要貢獻,。
地球,，人類賴以生存的家園。在水,、土,、氣、生,、人多種要素相互作用下,，地球這個生命體每時每刻都在發(fā)生著變化。
“這些不同的要素之間有何關(guān)系,，相互作用的機理是什么,，會給地表環(huán)境帶來哪些變化,、產(chǎn)生哪些問題，如何解決這些問題,，讓地表可更新資源更可持續(xù),、讓區(qū)域發(fā)展更高質(zhì)量，等等,，這些都是我們這個實驗室關(guān)注的重點,。”地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室主任效存德教授介紹,，如果把地表系統(tǒng)視為人體,，那就需要一位“全科醫(yī)生”，既為地表資源環(huán)境“把脈問診”,，也針對問題為地表系統(tǒng)“開方療傷”,。
近日，記者走進地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室,，近距離了解這位“全科醫(yī)生”如何為地表資源環(huán)境“問診療傷”,。
天空地一體化綜合觀測
為了解地表過程及分析決策等提供數(shù)據(jù)支撐
9月15日上午9時許，記者來到位于北京師范大學(xué)的地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室,。實驗室成員,、高級工程師徐自為正通過野外站網(wǎng)遠程監(jiān)控與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),，查看千余公里外的黑河流域地表過程綜合觀測網(wǎng)的實時觀測數(shù)據(jù),。
這是他每天的“固定動作”。
“一方面是要看一看觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量,、連續(xù)性,，另一方面是要檢查各觀測儀器的運行狀態(tài)?！毙熳詾楦嬖V記者,，大型觀測試驗如同大型“體檢”，是了解陸地表層系統(tǒng)狀態(tài),、過程以及研發(fā)相關(guān)模型,、提出決策參考的前提。
山水林田湖草沙冰是一個生命共同體,，構(gòu)成了一個區(qū)域,、國家乃至地球的景觀綜合體，各系統(tǒng)間存在復(fù)雜而緊密的物質(zhì)循環(huán)和能量流動,，其生態(tài)功能是該生命共同體質(zhì)量的重要表征,，而生物多樣性是各系統(tǒng)生產(chǎn)和服務(wù)的基礎(chǔ)和源泉，要揭示一個區(qū)域或流域山水林田湖草沙冰生命共同體的健康狀態(tài),、演化規(guī)律與驅(qū)動機制,，發(fā)現(xiàn)問題、提出對策，首先要建立全方位,、立體化監(jiān)測體系,，集成多尺度、多過程,、多要素的綜合監(jiān)測數(shù)據(jù),。這是“診斷”的基礎(chǔ)。
黑河流域位于我國西部干旱半干旱區(qū),，是我國第二大內(nèi)陸河流域,，也是絲綢之路經(jīng)濟帶的核心地段，從上游到中游,、下游,，以水為紐帶，形成了“冰雪/凍土—森林—草甸—綠洲（農(nóng)田,、河岸林）—荒漠/沙漠/戈壁—湖泊”的多元自然景觀,。“可以說,，是開展地表（陸表）過程觀測的絕佳單元,。”實驗室成員劉紹民教授介紹,。
為此,，實驗室團隊成員打造了多要素、多過程,、多尺度的分布式立體觀測物聯(lián)網(wǎng),，可對黑河流域進行天空地一體化的、不同尺度的長期觀測,，積累長時間序列數(shù)據(jù)集,，為流域綜合管理提供數(shù)據(jù)支撐。
“目前一共有13個觀測站正在運行,，覆蓋黑河流域主要下墊面類型,。地面上布置的多類型觀測儀器可以獲取地表通量、水文氣象要素,、植被參數(shù)和土壤參數(shù)等數(shù)據(jù),，無人機、衛(wèi)星遙感等則可以獲取由基礎(chǔ)產(chǎn)品,、植被產(chǎn)品,、水文產(chǎn)品和人類活動產(chǎn)品等構(gòu)成的全區(qū)域、重點區(qū)域和人類活動區(qū)生態(tài)環(huán)境遙感產(chǎn)品數(shù)據(jù),?！毙熳詾楦嬖V記者,，無論是冰雪、凍土,，還是森林,、草甸、湖泊,，水,、土、氣,、生,、人全要素、多尺度的數(shù)據(jù)信息,，都可以借助這一觀測網(wǎng)獲取,。
這只是祁連山天空地一體化綜合監(jiān)測系統(tǒng)的一部分。
記者了解到,，除黑河流域外,，實驗室團隊還在青海湖流域、疏勒河流域,、石羊河流域,、大通河—湟水流域與柴達木盆地等祁連山地區(qū)，構(gòu)建了由地面觀測站網(wǎng)+無人機+高分衛(wèi)星+中高分辨率衛(wèi)星等組成的天空地一體化綜合監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng),，生成了祁連山多源,、多尺度、多要素的綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)集,。目前,，已在國家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心發(fā)布相應(yīng)中文、英文數(shù)據(jù)集700余個,。
在此基礎(chǔ)上，實驗室團隊成員還根據(jù)觀測數(shù)據(jù)對祁連山山水林田湖草沙冰系統(tǒng)生態(tài)功能和生物多樣性現(xiàn)狀進行了評估,，揭示了植物對干旱缺水的生態(tài)水文適應(yīng)機制,，研發(fā)出高寒濕地系統(tǒng)性植被恢復(fù)技術(shù)等。
研發(fā)中國土壤侵蝕模型
揭示土壤背后的秘密,，探究水土流失的原因和治理
前不久,，在北京師范大學(xué)房山綜合實驗基地人工模擬降雨大廳，一場人工降雨正在進行,。
“主要是研究暴雨影響土壤侵蝕的機理問題,。”實驗室副主任張光輝教授介紹,，無論是普通降雨,，還是50年一遇,、100年一遇的大暴雨，在這里都可以隨時實現(xiàn),、隨時獲取相關(guān)數(shù)據(jù),。
不僅如此，在實驗基地的風(fēng)洞實驗大廳,，還可進行風(fēng)蝕觀測,，測定在不同風(fēng)速條件下，不同下墊面的風(fēng)蝕狀況和風(fēng)蝕量,，從而獲得相關(guān)實驗數(shù)據(jù),。
土長土養(yǎng)，土生萬物,。土壤對于一個國家乃至整個地球的重要性不言而喻,。然而，受水力,、風(fēng)力,、凍融或重力等外營力影響，土壤及其母質(zhì)不斷被破壞,、分離,、搬運、沉積,。
“這個過程就是我們所說的土壤侵蝕,。”張光輝教授告訴記者,，在外營力作用下,，土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，變?yōu)樗缮⒛嗌?，從而?dǎo)致水土流失等問題,。因此，研究土壤侵蝕過程與機理,、確定土壤侵蝕強度及其時空分布,，對于防治生態(tài)災(zāi)害、治理水土流失,、服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)等,，意義重大。而這也是實驗室的重要研究領(lǐng)域之一,。
據(jù)介紹,，地表過程主要包括由氣候、水文,、植被及人類活動變化所引起的侵蝕,、搬運,、沉積及景觀格局變化等地理過程。其中對資源生態(tài)影響最為突出的是土壤水蝕,、風(fēng)蝕和風(fēng)水復(fù)合侵蝕等過程,。
近年來，實驗室團隊成員合力攻關(guān),，研發(fā)了中國土壤侵蝕模型,，被應(yīng)用于全國水土流失調(diào)查。同時開發(fā)了耕地,、灌草地和沙地風(fēng)蝕模型,，解決了區(qū)域水土流失調(diào)查定量評價與空間制圖的難題，編制了我國第一幅定量土壤侵蝕強度圖,?！拔覀冞€主持了第一次全國水利普查土壤侵蝕普查，完成了全國土壤侵蝕專題圖,?！毙Т娴陆淌诟嬖V記者。
今年7月,，實驗室成員劉寶元教授還帶領(lǐng)科考隊進行了國家第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究2022年夏季“土壤侵蝕”專題科考工作,，填補了青藏高原無人區(qū)沒有土壤侵蝕定量研究的空白。
據(jù)介紹,，10年前,，劉寶元教授就發(fā)現(xiàn)了青藏高原土壤具有獨特的侵蝕特點。此后十年,，幾乎每年一次的三江源野外踏勘,，成了他的工作日常。而此次青藏高原“土壤侵蝕”專題科考,，旨在進一步開展定量化研究,，同時要解決土壤侵蝕與土地退化的關(guān)系，以期為后續(xù)的水土流失防治提供科學(xué)依據(jù),?！拔覀兊难芯亢驼{(diào)查就是為了保護土壤，為子孫后代的生存和發(fā)展做出當(dāng)代人應(yīng)有的貢獻,。”劉寶元教授表示,。
記者了解到,，從青藏高原采集回來的土壤樣本，不僅會在房山綜合實驗基地接受“風(fēng)沙”“雨水”的考驗,，還會在實驗室的室內(nèi)分析測試平臺接受CT掃描,、伽馬探測等多項分析測試實驗,。
“土壤的微觀結(jié)構(gòu)、質(zhì)地以及養(yǎng)分含量,、孔隙大小,、微生物種類等，在室內(nèi)分析測試平臺均可得到答案,?！睂嶒炇曳治鰷y試中心副主任高曉飛告訴記者。
創(chuàng)建綜合災(zāi)害風(fēng)險防范科技體系
解決重大自然災(zāi)害評估等科技難題
王承書,，地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室博士研究生,。“我們種下的大豆,，馬上就要收獲了,。”9月15日,，記者聯(lián)系到他時,，他和團隊成員正忙著整理實驗用具，為大豆測產(chǎn)做準(zhǔn)備,。
王承書告訴記者,，今年4月以來，他一直待在黑龍江省嫩江市鶴山農(nóng)場,，與其他成員一起進行著大田試驗,，并獲取了一系列詳實可靠的數(shù)據(jù)。秸稈碎混還田將對不同退化程度的黑土農(nóng)田生態(tài)生產(chǎn)功能帶來什么影響,？答案很快就要揭曉,。
據(jù)張光輝教授介紹，受人為高強度開發(fā)利用以及氣候,、地形地貌,、土壤、植被等獨特侵蝕環(huán)境的綜合影響,，東北黑土地耕層逐漸變薄,、變瘦、變硬,，導(dǎo)致地力下降,、甚至損毀耕地，阻礙了地表系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展,，威脅國家糧食安全,。怎樣做才能有效阻控水土流失，恢復(fù)侵蝕退化黑土地生態(tài)生產(chǎn)功能,，推進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展,？他們一直在探究有效模式為黑土地“療傷”,。
“我們現(xiàn)在正在開展的侵蝕退化黑土地生態(tài)生產(chǎn)功能重建機制與阻控技術(shù)研究，主要是探求秸稈還田,、有機肥施用,、結(jié)構(gòu)改良與耕層重構(gòu)，對不同退化程度黑土農(nóng)田土壤水熱特征,、養(yǎng)分動態(tài)等生態(tài)生產(chǎn)功能帶來哪些影響,，其背后的機制是什么?！睆埞廨x教授告訴記者,，這對于抑制土壤侵蝕、促進黑土區(qū)水土保持,、改善生態(tài)環(huán)境以及實現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn),，具有重要的理論和應(yīng)用價值。
這只是實驗室科研團隊探索區(qū)域可持續(xù),、高質(zhì)量發(fā)展有效模式的一個例子,。“我們從區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)改善和自然災(zāi)害綜合風(fēng)險防范入手,，開展了不同尺度的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展理論,、方法和應(yīng)用實踐研究?！毙Т娴陆淌诮榻B,。
據(jù)介紹，中國是世界上自然災(zāi)害最嚴(yán)重國家之一,，重大自然災(zāi)害頻繁發(fā)生,，僅汶川地震就使8.7萬人遇難和失蹤，直接經(jīng)濟損失約8500億元,。針對自然災(zāi)害風(fēng)險防范和特別重大自然災(zāi)害應(yīng)對急需的關(guān)鍵技術(shù),，實驗室災(zāi)害綜合風(fēng)險防范團隊歷經(jīng)多年合作研究，在區(qū)域自然災(zāi)害系統(tǒng)理論與方法,、重大自然災(zāi)害損失與風(fēng)險綜合評估技術(shù),、中國自然災(zāi)害系列地圖集編制、重大自然災(zāi)害應(yīng)對與農(nóng)業(yè)自然災(zāi)害保險技術(shù)等方面取得多項原創(chuàng)性成果,，創(chuàng)建了模式化,、圖譜化、實時化,、標(biāo)準(zhǔn)化,、一體化的綜合災(zāi)害風(fēng)險防范科技體系，解決了重大自然災(zāi)害評估缺少體系化統(tǒng)計制度保障,、時效性與精準(zhǔn)性差等科技難題,。
在國際上率先提出區(qū)域災(zāi)害系統(tǒng)理論，據(jù)此建立了中國13種主要自然災(zāi)害數(shù)據(jù)庫,，編制了中國自然災(zāi)害系列地圖集,；首次研發(fā)特別重大自然災(zāi)害損失統(tǒng)計制度，并在全國應(yīng)用,；系統(tǒng)建立了基于區(qū)域災(zāi)害系統(tǒng)理論的綜合風(fēng)險評估模型,；首次制定了中國自然災(zāi)害系列區(qū)劃與農(nóng)業(yè)風(fēng)險與保險區(qū)劃；研發(fā)了國家重大自然災(zāi)害評估業(yè)務(wù)運行技術(shù)支撐系統(tǒng)……
實驗室主要成員還參與了正在開展的第一次全國自然災(zāi)害綜合風(fēng)險普查工作,。
科研人員正在進行野外踏勘,，采集土壤樣本、獲取有關(guān)數(shù)據(jù)
科研人員在實驗室的室內(nèi)分析測試平臺開展實驗
北京師范大學(xué)房山綜合實驗基地的大型風(fēng)沙環(huán)境與工程風(fēng)洞設(shè)備
黑河流域上游阿柔超級觀測站的地面觀測設(shè)施
（地表過程與資源生態(tài)國家重點實驗室 供圖）
原文刊載于《中國紀(jì)檢監(jiān)察報》2022年9月19日,，記者：王珍