为雪域“听诊”,科技支撑筑牢青藏高原生态安全屏障

王小丹(右一)和团队一起在贡嘎山采集植被根系土壤。 成都山地所供图
■本报记者 杨晨
青藏高原,被誉为“世界屋脊”“亚洲水塔”,是我国重要的生态安全屏障。这里几乎囊括了除海洋生态系统之外的所有陆地生态系统,发挥着水源涵养、土壤保持、防风固沙、固碳和维持生物多样性等不可替代的功能。
这些特质同样造就了它的敏感与脆弱,使其退化生态修复与功能维系成为世界性难题。全球气候变暖和频繁的人类活动,更让这一问题的复杂性不断加剧。
在青藏高原生态安全屏障战略指引下,我国在西藏生态安全屏障区、三江源、祁连山、横断山及甘南-若尔盖等重点生态区域实施了一系列重大生态工程,总投资超千亿元,保护面积约占国土总面积的1/3。
这些举措的生态保护效果究竟如何?人类活动带来了怎样的效应?承担着这些生态工程科学监测与成效评估任务的中国科学院成都山地灾害与环境研究所(以下简称成都山地所)西藏生态环境创新团队,用一手数据回答着工程的真实成效,并在长期实践中提出了新的原创理念。
在为高原“听诊”的历程中,他们秉持“心怀山川、足履实地、守正创新”的团队精神,以科技支撑筑牢青藏高原生态安全屏障,用科学回应国家和地方的生态保护与发展需求。
心怀山川的初心使命
2005年,成都山地所研究员钟祥浩率先提出建设西藏高原国家生态安全屏障的构想,以改变此前高原生态保护与修复工作碎片化的现状。
4年后,国务院正式批复《西藏生态安全屏障保护与建设规划(2008—2030年)》,规划确定了生态保护、生态建设、支撑保障三大类任务,涵盖天然草地保护、防护林体系建设、人工种草与天然草地改良、防沙治沙、水土流失治理等10项工程。此后,各项生态建设在高原上有序铺开。
这些生态工程的核心目标是在促进自然良性循环的前提下,发挥生态生产潜力,解决可持续发展难题。
生态保护投入巨大,效果究竟如何?带着这一疑问,沿着前辈的足迹,成都山地所西藏生态环境创新团队牵头,联合多家单位围绕藏北天然草地保护工程区、雅鲁藏布江河谷人工造林与沙化治理区等重点区域,在第二次青藏科考期间对生态工程开展了系统成效评估。
近50年来,高原气候总体呈现暖湿化趋势,为生态工程提供了宝贵窗口期。2023年最新评估表明,人类活动通过生态保护与修复发挥的正向效应日益凸显,区域生态退化得到有效遏制,高原生态总体趋好,实现了安全屏障建设的阶段性目标。
过去国际学界大多关注人类活动对环境的负效应,但积极生态保护正效应同样存在,只是评估过程复杂。为此,团队引进新手段、接轨国际指标、发表研究论文,推动科学界对这一问题的认知深化;同时,通过组织宣传、开展讲座、发放问卷的方式,把科研结论“翻译”成地方政府能读懂的“语言”。
评估不是为了“叫好”,而是为了发现问题、动态优化。以草地保护中最常见的围栏工程为例,过去,近8万平方公里草场被围栏禁牧,初衷是遏制草地退化。短期内,围栏内植被得到恢复、生物量有所上升,但团队发现一个反常现象:部分围封十几年的草场,生长状况反而不如围栏外的。
团队成员、成都山地所研究员魏达给记者展示了一张照片:只见围栏内堆积着厚厚一层陈年枯落物,像给草地盖上了“毛毯”,而围栏外的草地却绿意盎然。为探明原因,团队设置样方,拉起0.03毫米鱼线固定凋落物,进行光合观测实验。
结果有些出乎意料。围封5年后,植被吸收二氧化碳的能力达到顶峰,之后碳汇效应开始饱和,而植物多样性与优势物种的稳定性也随之走下坡路。“青藏高原太阳辐射极强,外面的植物长期暴露早已适应。”魏达解释,围栏内的新植物晒不到太阳,光合作用减弱,所以更显凋敝。而堆积的枯草恰恰又是农牧民最需要的牛羊饲料。
研究进一步表明,食草动物的觅食行为会显著影响植物群落与碳循环,因为适度啃食能刺激根系生长、促进土壤碳输入,而动物的踩踏、尿液和粪便则会改变土壤理化性质及微生物活动。同时,不同体形的食草动物在食物偏好、踩踏频率和对土壤的压实效应上差异明显。
研究团队认为,根据草原类型合理选择放牧动物与管理方式,有助于提升草原的固碳能力。
围绕围栏封育年限,学界正逐步形成共识。早在2016年,成都山地所团队就基于研究发现提出建议,围封固定年限后应拆除围栏、实行轮牧。该建议被当地政府采纳,以指令形式下发各县。
团队成员强调,只有在动态管理中不断调整优化生态工程,才能兼顾生态保护、牧民生产与生活改善。这正是他们把论文写在高原上、用科学回应地方和国家需求,践行“心怀山川”初心的生动体现。
足履实地的科学态度
想要作出科学、客观的评估,必须“到现场去”。
研究团队在青藏高原建起了一张覆盖范围极广、密度极高的生态监测网,综合运用地面监测、无人机高光谱、陆地卫星立体调查、工程区内外对照监测、双核素联合示踪以及流域和区域模型改进等方法,以探究生态工程实施后屏障功能的时空变化规律,从而查明成效与问题。
为做好扎实的地面监测,团队布设了1250个地面样点,组网建设了10个野外台站。台站内配备物候相机、土壤温湿度探头、通量塔等设备,可实现半小时一次的连续监测。此外,他们还设置了27个大样方和多条样带,覆盖高寒草甸、草原、荒漠等各类生态系统。
每一处样点,科研人员从勘探到后期观测都要反复前往。仅2020年,一位队员的全球定位系统(GPS)轨迹就长达27万公里。
青藏高原是全球最大的高山冻土区,气候变暖正使冻融作用不断增强。土壤冬天结冰膨胀,融化时水分发生相变,孔隙与结构随之变化,一方面释放出部分养分,另一方面也迫使植物学会在这种剧烈环境中吸收养分。
团队成员、成都山地所副研究员洪江涛介绍,科研人员通过开展高寒植物养分利用与适应性策略研究,旨在揭示植物如何应对气候变化与人类活动的影响,为优化生态恢复措施提供依据。
刨“根”问底才能掌握一手准确数据。他们利用稳定同位素示踪技术,用氮-15标记不同形态的氮,施于植物根系附近后,通过质谱仪检测吸收量,从而探明每种植物的“饮食偏好”。站区还建起大型冻融控制平台,在地下一米处埋设加热棒模拟增温冻融,室内辅以冻融模拟箱。
所有监测方法中,最艰苦的要数微根窗监测。研究者将带高清摄像头的观测器倾斜45度,埋入地下几十厘米深处,像内窥镜一样在不伤害植物的情况下捕捉根系动态。
每年11月、12月,高原上的冻土白天融化、晚上冻结,相变最为剧烈,正是观测的关键期。但这段时间,大雪和大风也是高原的常客,气温常常降到零下十几摄氏度。野外工作者全身贴满暖宝宝,在野外一蹲就是一整天。
高寒地区的生态恢复有其自身规律,不能照搬其他地区经验。只有积累足够的一手数据,才能科学评估、优化生态工程。
在雅鲁藏布江中游河谷沙化治理中,人工林建设不仅要根据不同区域的特点选择树种,还要在具体树种间进行精细选择。为此,研究团队对比了北京杨、银白杨和藏川杨,发现北京杨吸收养分的能力最强,根部、枝条和叶片的关键营养指标都显著优于另外两种,其根际还富集了固氮、分解有机质的有益细菌。因此,北京杨被推荐为拉萨河流域人工林的先锋树种。
西藏人工林普遍存在高密度种植的问题。为了在干旱少雨、蒸发强烈的环境下保证树木成活,早期常采用1.5米见方的密植模式。但经团队研究发现,成林后缺乏疏伐,树木之间激烈争夺资源,不仅生长缓慢,还容易招致病虫害。相比之下,“2×3”米低密度种植的林地中,单木长得更高、更粗。
此外,研究团队还提出,单一杨树林的生物多样性往往偏低,而采用杨树加砂生槐这样的乔灌搭配模式,则能大幅提升林下植物多样性、生物量以及土壤有机质和养分含量。随着时间推移,灌木逐渐演替为草本群落,发达的根系网络还能固结沙粒、促进成土,增强抗侵蚀能力。
守正创新的接力传承
从技术应用到认知深化,从数据解析到规律把握,高原生态保护路径愈发系统和清晰。西藏生态环境创新团队在监测评估中逐渐认识到,生态工程具有阶段性和时效性,需动态调整、持续管护,必须推动生态保护从侧重工程执行向强化系统管理升级。这一认识,正是团队守正与创新的体现。
所谓守正,是对前辈开创性工作的尊重与延续。由钟祥浩提出构想并主导编制的《西藏生态安全屏障保护与建设规划(2008—2030年)》,是他带领团队开展数百次实地调查的重要成果。包括西藏生态环境创新团队在内的一代代山地生态研究者,正是在这个规划框架下,持续开展监测评估、工程优化和政策咨询。
创新,则是在传承中实现理念的跃升。2020年,中央第七次西藏工作座谈会明确提出“把青藏高原打造成为全国乃至国际生态文明高地”的战略部署。西藏生态环境创新团队负责人、研究员王小丹带领成员在长期评估积累的科学认知基础上,阐明生态文明高地内涵要件:重要的国家安全与生态安全屏障、人类与自然和谐相处的高级阶段、经济-社会-自然协同耦合的地域系统,以及世界可持续发展的创新模式。
在此基础上,他们进一步厘定了西藏生态文明高地的建设路径和模式,即国家生态安全屏障地、人与自然和谐共生示范地、绿色发展试验地、自然保护样板地、生态富民先行地。
这一源自实践、服务发展的原创理念迅速转化为制度成果。2021年,西藏出台全国首部省级生态文明高地专项法规《西藏自治区国家生态文明高地建设条例》,同步发布《西藏自治区国家生态文明高地建设规划(2021—2035年)》,明确“五地”建设目标,成立专门机构统筹推进,并将相关指标纳入政府考核与中长期规划。2024年10月,生态文明高地建设相关内容再次纳入中央相关会议部署,相关要求迅速在西藏全面落实。
立足青藏高原高寒环境先天脆弱、生态风险加剧、发展压力增加的现实,研究团队认为,应从空间布局、实施时序、技术应用等方面优化生态工程体系,推动生态安全、生态经济、生态文化、生态制度多维度协同发展。
随着《中华人民共和国青藏高原生态保护法》的全面实施,西藏生态文明高地建设迈入法治化、系统化新阶段。当前,各项工作紧密对接国家及自治区重大规划部署,持续优化重大生态保护与修复工程,努力将生态优势转化为发展优势。
“这条路还很长。”王小丹说,“但只要守正创新、接力传承,就能将青藏高原生态保护与生态文明建设这项事业一代代传下去。”
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