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国家林草局黄河小浪底森林生态系统定位研究站

河南小浪底森林生态系统定位观测研究站


河南小浪底森林生态系统定位观测研究站(简称小浪底站),以原黄河小浪底森林生态系统效应监测站为基础,始建于1998年,2003年成为国家林业和草原局陆地生态系统观测研究网络(CEN)成员站,2018年牵头组建了国家林草局森林植被通量创新研究联盟2021年入选国家野外站。本站技术依托及建设单位为中国林业科学研究院林业研究所,共建单位为河南省林业科学研究。站长:张劲松博士/研究员,副站长:孙守家博士/研究员、樊巍博士/研究员。

一、位置与自然条件概况

地处黄河中游与太行山南麓交错带、第二~三级台地过渡区,属暖温带亚湿润季风气候区,为国家重点生态治理工程区。植被类型以暖温带落叶阔叶林及针阔混交林为主。土壤为棕壤和石灰岩风化母质淋溶性褐土。研究区域具有暖温带典型山地代表性,且区位特殊。"一站三点"布设观测场地,主站点位于济源市承留镇(N35°03'21''E112°29'59''),观测区域约5000 hm2分站点位于济源市邵原镇、焦作市中站区。

二、目标与任务

建成一个国内领先、有国际影响力的人工林生态系统观测研究基地、先进科技成果实验示范基地、优秀人才培养基地和高度开放学术交流基地,支撑沿黄生态涵养带山水林田湖草沙一体化治理、小浪底水利枢纽工程、林业应对气候变化行动,服务黄河流域生态保护和高质量发展战略、国家碳中和目标。

重点围绕全球变化背景下的黄土丘陵-太行山交错区水土生态安全、生态工程提质增效与流域可持续发展、区域高质量发展等战略与科技需求,结合森林生态及全球变化等相关研究领域国际前沿主题,开展科学观测、试验研究、示范服务、人才培养和科普教育。

三、研究方向与内容

1)森林生态系统结构与功能

研究典型森林生态系统组成及群落结构的变化特征、生态系统物质和能量循环过程及其影响机制、不同林龄期生态系统服务功能权衡/协同关系,揭示气候变化和人类干扰背景下生态系统结构与功能稳定性提升机制。

2)森林水文与水沙过程

研究不同林分条件下降水入渗及土壤水迁移转化等水文过程、水沙形成过程及泥沙输移机制,分析土地利用变化对水土流失及河流水量水质的影响效应与机制,量化林业生态工程对小浪底水库的生态安全保障效应。研究小浪底水库气候效应及其对周边植被的影响,揭示森林-河流/水库之间相互作用过程。

3)气候变化与人工林物质和能量通量

研究典型人工林全生命周期生产力形成、水分利用(利用来源、强度、效率及水分供求关系)、土壤碳库分解和转化、碳氮温室气体通量变化等过程及其影响机制,揭示人工林物质和能量通量变化对气候变化的响应机制。

4)生态修复与流域可持续发展

研究太行山南麓生态系统退化-恢复过程及其驱动机制,揭示山地生态系统系统稳定性及其维持机制;分析国土空间生态安全格局及其服务功能的协同和权衡关系,从流域整体性出发,揭示水资源、生态保护与可持续发展耦合机理;攻克困难立地生态修复、人工林结构优化、农林复合系统高效调控等关键技术。构建太行山南麓生态恢复与流域可持续发展理论和技术体系。

四、支撑条件

队伍结构合理、研究力量比较雄厚。现有固定人员30(高级职称24)研究队伍专业背景涉及森林生态学、森林培育学、应用气象学、土壤学、森林经理学、水土保持学、植物生理学等相关学科及领域,设有森林生态系统、生态水文、植被通量与气候变化、林业生态工程4个研究团队。

设施设备等基础条件较为齐全。建有1980m2的综合实验楼,围绕水分/水文、土壤、气象、生物等四大类基础数据观测与专项研究观测,建有50多个长期观测样地/场地。拥有30余套(件)先进仪器设备及配套的观测设施,包括地面气象及森林小气候自动观测系统、涡度相关法通量观测系统、像元尺度水热通量观测系统、百米尺度土壤水分自动观测仪、土壤温室气体通量观测系统、日光诱导叶绿素荧光观测系统、地物高光谱分析仪、稳定同位素分析仪、水质分析仪、光合分析仪、大型称重式蒸渗仪、步入式人工气候室等。

五、建设与运行成效

按相关规范,开展长期定位观测与专项观测,积累了长达20多年的观测数据,至2024年底积累数据总量约为4100.46 GB2.24×104万条(30min及以上尺度)累计获得10年以上长期观测数据集6个,数据总量约1287.83GB。长期观测数据主要包括水、土、气、生等基本要素浓度或储量,以及不同界面物质和能量通量。专项观测主要包括碳汇功能、水源涵养、生态遥感验证等内容。牵头建立了我国人工林生长与通量观测网络,构建了覆盖树种最多的人工林水热碳通量数据库。特色数据: 日光诱导叶绿素荧光(SIF)数据,始于2019年,是林业部门率先开展SIF观测研究的台站之一,是目前国内森林生态系统领域数据质量最高、有效性最好的台站。 采用宇宙射线法观测得到的土壤水分数据(水平尺度可达700m),始于2014, 对监测研究半干旱气候区森林水分状况具有重要意义。采用双波段闪烁法观测得到的公里尺度感热及潜热通量数据,始于2016, 构建有国内森林领域唯一长期连续观测数据库。

围绕台站建设目标与研究方向,结合承担的国家及省部级课题,开展基础及应用基础研究,主要内容包括:典型树种生长和碳汇及其影响机制、人工林生态系统温室气体通量变化及其调控机制、小浪底库区植被水文生态过程、农林复合系统结构与功能、山地退化生态系统修复理论与技术。累计承担国家自然基金、重点研发/科技支撑、林业及气象行业公益等国家级和省部级科研课题60余项,获省部级科技进步奖8项,授权发明专利7项、软件登记20余项,制定标准7项,出版专著6部,在Agricultural and Forest MeteorologyJournal of HydrologyAgricultural Water ManagementForest Ecology and Management Atmospheric EnvironmentPlant Soil及生态学报、农业工程学报、林业科学等期刊上发表论文300余篇。在人工林碳汇和水分利用、森林保障小浪底水库安全、农林复合系统种间关系及调控技术、地表水热通量观测技术等方面取得重要研究进展,相关成果对黄河流域生态修复保护与高质量发展、碳中和目标、太行山国家公园建设及林业生态工程提质增效,具有重要支撑作用。