【科学智慧火花】中国科学院海北高寒草甸生态系统定位研究站： 中国生态系统定位研究的开拓者

　　当今之世界，人们已经深刻地认识到，单纯靠生物学和生态学研究难以解决人类所面临的人口膨胀、粮食短缺、资源枯竭、能源耗费、环境退化和生态平衡失调六大危机的挑战。只有在各国政府的协调与合作之下，采取多学科合作研究的途径，才能寻求解决上述问题的方法。自20世纪70年代起，由联合国教科文组织发起的一项政府间跨学科大型综合性研究计划：人与生物圈（MAB）计划，在此计划的组织和推动下，相继在全球不同气候带建立了许多旨在研究各类生态系统结构、功能的长期定位研究站，并取得了许多重大阶段性成果。然而，此时的中国正处在科学研究全面停滞的特殊时期，中科院西北高原生物研究所夏武平教授则捕捉到这段先机查阅大量文献资料，以自己的睿智和远见卓识，抢占全球科技创新发展前沿，冲破当时的政治壁垒，下定决心率先在我国建立青藏高原生态系统野外定位研究站。

　　一、中国首个生态系统野外站--海北高寒草甸生态系统定位站建立

　　1974年底，夏武平教授动员和组织当时西高所有关学科的带头人和骨干，多次召开关于建立高寒草甸生态系统研究站的可能性的分析评估会议，与会的同志一致认为，青藏高原是我国独特的地理单元，具有一定的区位和生态优势；西高所经十多年的科学考察，积累了雄厚的研究基础以及有别于其他研究所缺少的多学科综合优势。大家思想统一之后，说干就干，于1975年组织有关科研人员开始野外选点调查工作。是年便向所领导正式提交“在青藏高原建立高寒草甸生态系统野外研究站的分析和评估报告”，经所领导同意和上级领导的支持，西高所所务会议决定，于1975年年底整合全所优势学科气象、土壤、植物生态、植物生理生化、草原生态、动物生态、动物生理、家畜生态、微生物学以及数学生态等组建了生态研究室。

　　1976年4月26日，经西高所所务会议对当时的社会、经济文化和交通等条件进行全面分析之后决定，在位于青藏高原东北部的祁连山南麓的青海省海北门源种马场所辖风匣口，建立我国第一个旨在研究青藏高原高寒草甸生态系统结构、功能及提高生产力模式为目标的长期定位研究站，实现了西高所从大规模的野外考察到从事高寒草甸生态系统的理论研究的历史跨越，成为西高所创新发展的一座丰碑。

　　在全站科技人员的共同努力下，海北站经过三年的建设和艰苦卓绝的工作，取得了一些阶段性成果和建设的经验，引起了中国科学院领导和国内一批知名专家的极大关注。1978年8月，由中科院生物局主持，西高所承办，在西宁召开了来自全国60多个单位，120多位专家学者参加的首届中国陆地生态系统科研工作会议，由西高所夏武平教授及相关同志向与会专家学者介绍了海北站建站的艰难历程、工作和建站的经验。通过此次会议，中科院决定在长白山、内蒙锡林浩特和广东分别建立了森林、草原生态系统定位站，开启了中国陆地生态系统定位研究的新时代。在此过程中，西高所海北站是中国生态系统野外研究站的引领者和助力器。

　　此后，海北站积极参加和融入到中国科学院于1988年建立的中国生态系统研究网络（CERN）体系，海北站在CERN和世界银行大量资金的资助下，使海北站的野外设施、实验室的改造和购置先进仪器、生活和通讯条件得到了全面提升；人才培训和国际学术交流也进一步加强。海北站始终是CERN的中坚力量。1988年5月，海北站成为我国首批向国内外开放的五个野外台站之一；1990年，为CERN的重点站；2001年，晋升为国家实验站；2006年，正式纳入国家野外观测研究站。从此，在海北站的促进和带动下，西高所学科发展达到鼎盛，并为国内外科学家进行合作研究和学术交流提供了广阔的平台，为青藏高原生态系统可持续发展提供强有力的研究、监测和示范的支持。充分证明，抢占世界科技发展前沿研究才是所创新高质量发展的根本动力。

　　二、海北站为中国生态系统提供了多学科综合研究方案

　　生态系统结构与能量流动和物质循环是一个非常庞大而复杂的系统，非单学科所能完成的工程，必须通过多学科综合性的合作研究才能深入系统的揭示生态系统的结构、功能过程和机理，为生态系统的保护和自然资源的合理利用提供科学依据；通过长期的系统监测，研究全球变化和人类对生物圈的影响等。就中科院西高所而言，虽然建所时间较短，但较中科院所属的北京植物研究所和北京动物研究所的学科更加齐全。如前所述，西高所拥有气象、自然地理、土壤、植物生态、植物生理生化、草原植被、动物生态、动物生理、昆虫生态、鸟类生态、家畜生态、微生物学以及数学生态等可以组成易于领导和调配的生态系统多学科研究的团队。当然仅有多学科还不能充分发挥其更大的优势，还必须在以新思维、新理论、新举措组建一个组织严密、目标任务明确、方案设计完善、统一规划和科学管理的前提下，学科组全力以赴，充分发挥其特长、才能真正的发挥团队之优势，这在海北站的发展过程中又形成了一种强大的团队精神。

　　海北站主要任务在于开展高寒草甸生态系的结构、功能以及能流和物质循环的研究工作（图），用生态系统的理论指导和管理畜牧业生产，不断提高草甸生态系统的生产力。通过多年的努力，已取得许多重大科研成果以及显著的经济、生态和社会效益。

高寒草甸生态系统各组分图解

　　环境系统：不断的更新气象观测仪器设备，由原来的人工观测气温、降水、地温等发展到自动气象观测站，为生态系统研究提供大气温度、土壤湿度、大气降水、不同高度的太阳总辐射、紫外辐射等气象资料。

　　生产者亚系统：开展了高寒灌丛、高寒草甸植物群落的种类组成、结构、地理分布和演替规律；初级生产量（地上和地下）的季节动态和年动态的研究；主要种群和群体的光合作用的研究；牧草的再生性、植物生态生理适应性的研究，测定了主要植物的营养成分和热值以及植物群落和主要种群的水分蒸腾作用和环境之间的关系等。

　　消费者亚系统：主要进行了高寒草甸上优势种群青藏高原特有的土著动物高原鼠兔、根田鼠、高原鼢鼠、艾虎、香鼬、角百灵、云雀等的生物学特性、分布与植被的关系，食性和食量，消化率与同化水平以及能量需求、热值的测定等；对草地最主要的消费者--藏羊和牦牛进行了基础代谢、体组织的热值、食性和食量、采食率、消化率、同化率和畜群结构等方面的研究。在这些工作基础上，建造了消费者亚系统生物量模型、鸟类群落的数学模型以及植物-啮齿动物系统数学模型等。

　　分解者亚系统：进行了土壤微生物种类的调查，植物立枯和凋落物的分解速率、各类微生物的活性与环境的关系等方面的研究。

　　物质循环是生态系统两大支柱之一。多年来，从无机环境（土壤、降水、径流）方面进行了土壤养分季节动态的研究；同时，结合青藏高原土壤养分积累大于释放的特点，进行了土壤氮、磷矿化速率的研究，土壤微量元素的分析。同时还进行了大气降水、土壤、植物、动物（包括啮齿动物，牛、羊）之间物质循环的研究。

　　在上述生态系统结构与功能研究的同时，各学科充分利用海北站的地形地貌的多样化，深入研究青藏高原和高山植物的生活型、形态-解剖特征、生理生化的代谢过程，繁殖策略等以及土著动物鼠兔、根田鼠、艾虎和鸟类的种群的社会行为、种间关系、营养和种群数量消长之关系，并用自己设计的遥测专用车，以观察高原鼢鼠的家庭结构、活动轨迹等的适应与进化的重大理论问题，为发展青藏高原生命科学提供理论依据。

　　青藏高原是我国重要的畜牧业基地之一，如何采用科学技术的方法，解决高寒草地生态与畜牧业发展之矛盾，不断提高广大牧区人民群众的生活水平，是海北站科研工作者义不容辞的历史责任和担当。因此，海北站积极开展草畜平衡的优化放牧方案、优良牧草的选育、天然草地退化的原因与恢复重建的措施、人工草地建设和科学管理以及探索生态天鼠一系列支撑技术，以达到草地生态和社会经济共荣和可持续发展。经过多年的努力，取得了一批可复制、可推广的国内领先的科技成果。

　　三、自立更生 艰苦创业

　　成功源于奋斗，动力源于自信。

　　1976年4月，我们首批10多人来到青海省海北门源种马场的风匣口，此地南北两侧耸立着海拔4000米以上的祁连山北支冷龙岭和中支大阪山，主峰岗什大坂海拔5254.5米，山顶终年积雪，白雪皑皑；大通河自西向东穿过，河流北岸平原广阔，分布着青藏高原典型的高寒灌丛和高寒草甸。就当年的自然环境和社会、交通、人文等条件来看，这里是建立高寒草甸生态系统野外长期观测站的理想之地。面对茫茫荒原给我们建站带来前所未有的困难，但大家从思想上，精神上作好了与困难作斗争的一切准备，弘扬自力更生，艰苦奋斗的革命精神，决心建立一个属于我们自己圆梦初心使命的研究基地，开启我国 生态系统研究的新征程。

　　初到风匣口，首要的是解决我们的吃住问题，面对被弃用的一排马厩，将成为我们遮风挡雨的最好住所。我们放下行囊，立即清除垃圾，打扫周围环境、砌灶生火，并在房前搭起帐房，经过一番努力，一个整洁卫生、具有人气的新环境展现在大家面前。

　　建站当年，我们的主要任务是：逐步完善生活设施建设、站区生态环境条件和生物群落的本底调查与野外实验地的建立。为了尽快改善住房和交通条件，后勤同志在西宁购置木料和砖瓦，并动员全站人员参予和泥 打土坯，在马场基建队的全力支持和帮助下，于年底建成了一排崭新的住房。同年，在马场群众的帮助下，我们搬石运土，架桥铺路，终于一条宽洞平坦、连接省道和站区道路终于建成，极大的改善了海北站的生活和交通条件。

　　然而，在崇山峻岭之间，供电、供水和通信设施全无，在与外界隔绝的情况下，我们只能以河水为源，以煤油灯和腊烛照明。 溪流因放牧家畜的粪便污染和迳流的影响，河水混浊不堪，而且极不卫生，为保障大家的用水安全，对河水进行反复消毒和沉淀之后才可饮用。每天晚上， 在昏暗的灯光下，大家聚在一起，先交流和总结当天的调查情况，而后便玩起了成语接龙游戏，以消除一天之疲劳，到也快乐无比。

　　野外实验地的建设为重中之重，经与马场领导协商并得到他们的同意和大力支持，无偿划拨两块天然草地供我们使用，其中一块为约百亩的天然草地作为生态系统各组份研究的永久样地，另一块为约50亩作为优良牧草选育和人工草地建设之样地，为了确保证实验用地的安全，在那特殊年代，顾工是不可能的情况之下，只能自己动手、知难而上，克服种种困难，在距站区约25公里之外的大通河边的马场四牙河农业队职工的大力支持下，采沙、碎石、制作围拦所用之水泥桩；而优良牧草选育和人工草地建设用地，则需要开垦草地，但高寒草甸是千百万年形成的具有坚实的草皮层，翻耕并非易事，需大马力的拖拉机反复翻耕，每次翻起的草皮则需人工搬运垒起来，大块的草皮重约50-60余斤，小块亦在20-30余斤，大家不惜体力，每天搬运约7-8个小时，每个人都筋疲力尽。等翻地基本完成之后，我们又重新把垒在一起的草皮分别堆放在已翻的耕地上，来年春季将堆放的草皮点燃（当地称之为烧肥），等完全燃烧之后将所剩之土均匀撒在土地上，一块新的实验地才算完成。接下来，两块样地才能进行围栏保护，全站同志个个精神饱满地投入到样地围拦建设之中，为了加快工作进度，大家开展劳动竞赛活动，从挖坑到埋桩仅需10分钟即可，两个样地从水泥桩运输、载桩到拉钢丝网仅用了1个多月，为来年的各项实验提供了保证。在此过程中，不少同志的手被刺丝划破，鲜血直流，但从没有人败阵下来。

　　在此后的野外科学试验中，我们虽作好了应对一切困难的思想准备，但真正到项目实施时所遇到的困难是前所未有的，例如为解决青藏高原草畜矛盾而进行的“高寒草甸草场优化放牧方案”(冬场）的研究项目。冬季，海北站已是冰天雪地，河水冻结，我们每天要 从河里凿冰取水以保证供试绵羊的饮水需求。同时，接项目要求，每月要测定供试绵羊的体重变化特征，科研人员冒着零下20多度的低温和忍受着凛冽西风吹袭，虽穿着厚厚的防寒服，但手脚亦然冻的麻木，就在此种严酷条件下，需大家共同努力才能完成任务。

　　高原鼢鼠营地下生活，它们的采食、繁殖以及所有的生活行为均在地下洞道系统进行，为了探测高原鼢鼠洞道结构的奥秘，研究人员克服高原缺氧所带来的身体乏力和呼吸困难，仍挥镐产土、挖掘洞道，并小心翼翼地解剖洞道的结构。经过发掘，令人十分惊奇，高原鼢鼠真不愧为能工巧匠，建成一座包括窝（即生育、育儿、栖身之处）、出窝洞、朝天洞、交通道、采食道、盲洞、储粮洞和厕所等生活设施完善、舒适、卫生的宫殿式结构，以保证其种群的生存和繁衍。

　　鸟类是高寒草甸生态系统的重要组成部分，摸清鸟类营巢环境、繁殖、窝卵数、幼鸟的生长、亲鸟的取食和喂雏鸟的频率等是研究鸟类生活史对策的重要内容。研究人员像战士一样，静坐在草地上2-4小时，以坚定的毅力忍受着高原强日照、强辐射的暴晒，或大风、暴雨、冰雹以及蚊虫的叮咬，连续几年取得了草原10多种雀形目鸟类的相关资料，为鸟类生态学的发展提供了坚实的理论基础。

　　四、踔励奋进 书写海北站发展新篇章

　　自海北站加入中国生态系统研究网络和晋升为国家野外台站后，中国科学院投入巨额资金，加大海北站野外观测和生活设施等重要基础建设，购置野外监测数据自动采集系统和实验室先进仪器，提升了实验手段和方法。现海北站已建成每年可按待来自国内外有关高等院校和一些研究院所的1300多位专家、学者和研究生进行合作研究、学术交流的现代化研究基地。由于海北站所处的地理优势和雄厚的科学数据的积累，先后被吸纳为国家林草局所属的青海高寒草地生态系统定位观测研究站、国家水利部所属国家水土保持监测海北高寒草甸生态系统冻融侵蚀观测站以及国家民用空间基础：海北遥感真实性检验站等，极大的提升了海北站在国内外的知名度。

　　生态环境监测是参加生态系统研究网络各站必须承担的长期任务之一。海北站自成立以来，严格尊循网络中心的要求，全面进行气象、土壤和生物群落的种类组成、结构、植物群落地上、地下生物量等项目的测定，先后汇集出版建站2000年(已报网络中心)、2001-2006年，2004-2015年数据集，为来站工作的专家和学者提供基础数据支撑。

　　海北站在坚持生态系统结构、功能研究的基础上，瞄准国际科技发展前沿，积极开展青藏高原高寒生态系统对全球变化的响应，青藏高原生物的适应与进化、生物多样性的发生与保护、高寒草地水源涵养功能和青藏高原碳源汇等重大基础性研究。同时，还承担包括科技基础资源调查专项、重点研发计划、国家自然科学基金重点项目等20余项，均取得了阶段性成果。每年在国内外核心刊物上发表论文60余篇，其中SCI 30余篇，作为参与单位完成的“河西内陆河典型生态治理与洪水资源利用化技术”获中国科学院科技促进发展奖。

　　在对当地社会经济发展需要方面：海北站应对“休牧-季节性轮放-牛改羊种群调整”等放牧制度改革的适应性管理，并构建了基于“生态-经济管理”的家庭制式草地功能提升技术体系进行了示范和牧民培训，取得了良好的社会效益;为祁连山国家公园建设提供了生态系统要素长期监测样点选择、设备选型、技术培训，并承担了草地和森林生态系统的监测任务;为木里煤矿的生态环境治理提供“整平直播”的方案，并为“一坑一策”治理方案制定提供咨询和技术支持。

　　综上所述，近半个世纪以来，几代立志献身青藏高原生物研究的科学家汇集在一起，以强大的凝聚力，在海北站创立、建设、发展的过程中，发扬自力更生、艰苦创业、顽强拼搏、无私奉献和勇攀科学高峰的伟大气魄和坚韧不拔的精神，克服了来自各方面的艰难险阻，使海北站不断的发展壮大，成为一座拥有野外和生活设施齐全、实验室的仪器先进的现代化野外长期监测和科学研究基地，促进青藏高原生物科学研究事业的可持续发展，不断攀登新的科学高峰。

　　作者：周兴民，中国科学院西北高原生物研究所。

　　来源：科学智慧火花｜科学视点