【我們蘭大人】高原火種——記我校高寒草地生態學研究團隊

日期: 2020-09-16 閱讀: 來源:

在剛剛過去的8月,生命科學學院教授馬妙君帶學生在甘南州瑪曲縣曼日瑪鄉科考時,路遇一位僧人。

閑聊時,僧人聽到馬妙君等人是蘭州大學搞研究工作的,頗有感情地給馬妙君等人講了30年前他在當地遇到的幾個人:“他們騎著馬到我們寺院里,住了大概一個月,每天背著一個大箱子到沼澤濕地里去做實驗,他們就是蘭州大學搞研究的”。僧人會的漢語不多,但對“蘭州大學”幾個字,他卻深深印在了腦海里。

早在上個世紀六七十年代,我校老一輩著名生態學家陳慶誠、張鵬云、彭澤祥、趙松齡、王剛等人就開始在青藏高原東緣的高寒草甸、沼澤濕地開展科研工作。

1992年,在青藏高原東部(海拔2700-4200米)、位于甘肅省甘南藏族自治州境內,杜國禎教授建立了“甘南草原生態系統野外科學觀測研究站”(以下簡稱甘南站) 。發展至今,甘南站施行“一站多點”的管理和運行方式,包括瑪曲阿孜站、合作觀測點,以及哇樂卡觀測點,占地面積133公頃,成為集科學研究、教學實習、科技成果轉化、技術推廣服務為一體的實踐基地。

2004年6月,即將本科畢業的馬妙君第一次來到了甘南站做實驗,盡管他從小生長在與甘南州相鄰的臨夏州,但之前也從未踏足過。

猶記得在前去的路上,同行的師兄向他如是描述甘南草原的美景:“就像WINDOWS XP 的桌面一樣,藍天白云綠草,特別漂亮?!?/p>

果不其然,他到達當天便見到了這樣的美景,“天特別藍,草地又濕又綠,尤其是在采樣地看到了一個小山坡,真的和電腦桌面一模一樣,就覺得生態學原來是這么有意思的學科?!边@讓他忽視了師兄讓他出門要戴草帽的溫馨提醒,第一天采樣回來后便開始皮膚發疼發紅、幾天后開始脫皮。尤其是在經歷了第一次剛才還陽光刺眼、頃刻間便暴雨傾盆、荒郊野外無處躲藏而渾身上下濕透的狼狽之后,馬妙君感到生態學和之前理解的“好像還不太一樣,夢想被澆滅了的感覺”。

而這樣的經歷對從上個世紀90年代初開始就在甘南草原上做研究工作的導師杜國禎而言,早已是家常便飯。從小生長在甘南草原的杜國禎不存在馬妙君那樣第一次踏上甘南草原的欣喜若狂,但現在已60多歲的他也同樣記得在甘南草原做的第一項研究工作,“是我的博士畢業論文,有關草地生物多樣性的”。

1992年博士畢業后,杜國禎留校任教,他萌生了建立野外實驗臺站來支撐在甘南草原繼續開展工作的想法,“甘南重大的生態意義和獨特的高寒草甸生態系統,是我們蘭州大學生態學應該抓住的優勢資源?!?/p>

他的想法得到了張鵬云、趙松齡等一些前輩老師的支持,但同樣也遭到了來自同仁和領導不同程度的質疑、反對甚至嘲笑:“杜國禎在那荒郊野外的建個站,不知道能干個啥?!钡@些并沒有動搖他建站的決心。

在我國“兩屏三帶”的生態安全戰略格局中,青藏高原生態安全屏障是其中非常重要的一個屏障。發源于巴顏喀拉山的黃河在位于青藏高原東部的甘南入境甘肅,而后在甘南瑪曲繞了433公里后又回到青海,在這里形成了黃河第一道灣,在瑪曲形成了我國面積最大的高寒沼澤濕地,使甘南草原成為整個青藏高原上擁有初級生產力、物種多樣性最高的高寒草甸生態系統,“高寒草甸的面積占到青藏高原的49%,被譽為亞洲最好的牧場”。

對于該區域的高寒草甸和濕地退化后將會帶來的嚴重后果,馬妙君如數家珍:會使青藏高原生態安全屏障遭到破壞;會嚴重影響黃河上游的水源補給功能;會成為黃河中下游沙塵暴和荒漠化的源泉;會使泥炭中的碳大量排放出來形成二氧化碳、進一步導致全球氣溫升高;會關系到這個多民族交匯地區的經濟社會穩定……“因此無論從哪個角度來說,這個地方都是非常重要的,是我們生態學研究應該堅守住的陣地”。

從蘭州到甘南州瑪曲縣有400多公里,對于現在前往的馬妙君而言已經不是大問題,“自己開車或租車半天時間就到了,再到瑪曲實驗站的話當天也能到?!?/p>

而在1992年杜國禎建站初期的時候,路程遠且交通不便就是橫亙在他面前的首個問題,“從蘭州坐一整天班車到合作,從合作再坐一整天班車到瑪曲,再從瑪曲再往鄉上或實驗場地走就沒有班車了。起初那幾年是騎馬下去,從瑪曲到實驗場地得走兩天。后來就是自己聯系當地單位的車,一般要等個三五天;運氣好的時候碰上個蘭駝拖拉機,跟司機商量好付點酬金就把我們帶下去了?!?/p>

住宿同樣是問題。從最開始租牧民的冬窩子、自己搭土棚子、搭帳篷,吃的是山泉水、照明是太陽能電池板發的電,過著日出而作、日落而息的生活,到后來租當地單位的平房,再到現在擁有甘南站自己的房屋,杜國禎一點點讓所有問題都變得不是問題?!跋裎以诟誓险咀龉ぷ鞯臅r候就非常幸運,只住了一段時間的帳篷就住到房子里了,在這方面杜老師真是費了心血”,馬妙君說道。

相比生活條件保障上的坎坷,經費的短缺是甘南站發展的最大制約?!敖ㄕ境跗诮涃M支出最大的就是給實驗場地修圍墻,沒有圍墻的話種的草很容易就被牲畜破壞掉,實驗就白做了。因為雨水充沛,圍墻大概兩三年就得推倒重修,在90年代修一次大概需要3萬多塊錢,錢主要花在這上面。再就是買些簡單的工具,例如天平、卷尺、紙筆等?!奔词惯@樣,剛開始甘南站的運行經費要么靠杜國禎自己墊錢,要么用其他科研項目的經費,甚至他兩次將自己的房子抵押貸款共將近30萬投入到甘南站的運行中,到后來漸漸獲得了學校的經費支持,這才使甘南站的生活設施、實驗條件等有了大的改觀。目前,甘南站已經擁有總建筑面積1720平方米、生活設施齊全、可滿足一百余人長期住宿需求的房屋,擁有價值2000多萬的監測草甸和濕地的儀器設備。

甘南站在杜國禎的帶領下逐步走上正軌。

2011年7月,甘南站擴建升級為“蘭州大學中央級普通高等學校農林實踐基地——高寒退化草地恢復與可持續利用技術推廣基地”。

2011年9月,甘南站作為亞洲地區唯一進入營養物研究網絡(Nutrient Network,簡稱NutNet)的野外工作臺站,參與觀測的國際合作研究成果在全球知名科學雜志《Science》上發表。

2012年,甘南站被學校正式認定為實體科研機構。

2018年,甘南站被甘肅省科技廳認定為省級臺站。

2019年,甘南站被教育部認定為部級臺站,與“甘肅慶陽草地農業生態系統野外科學觀測研究站”一道實現了蘭州大學部級野外臺站零的突破。

如前文所述,甘南對我國黃河流域的生態安全有著至關重要的作用,但是,隨著人口壓力的增大和過度放牧,甘南草地嚴重退化、濕地面積萎縮、次生裸地過程加劇、水源補給量減少,草地的水源涵養、補給的生態功能及生物多樣性保護功能已嚴重受損,成為我國黃河流域生態環境建設亟待解決的問題。

如何合理利用不同類型的草地,通過何種措施修復退化的生態系統、提升草地水源涵養功能、解決日益尖銳的草畜矛盾,實現生態系統穩定、草地可持續利用、草地畜牧業良性發展,這已然成為該區域的一項重要戰略任務。

杜國禎團隊圍繞這些問題,通過長期的基礎研究和積累,進行了大量的高寒草甸和沼澤濕地生態系統的退化和恢復機理研究。

進行了低耗高效水分利用植物建植技術研發,在積累的近30年的研究數據的基礎上,提出了高寒草地與濕地毒雜草和高耗水植物危害的中、長期預警方案,建立了一系列技術體系并示范應用。

根據高寒沼澤濕地植物群落結構及主要組分種的特性,以退化濕地植物群落關鍵指示種的繁殖物候為標志,首次提出了以植物物候特征為關鍵指標的、適用于高寒濕地的中長期預警技術。

提出高寒沙化型次生裸地治理技術。提高了沙地植物褐鱗苔草種子繁殖和地下莖段繁殖成活率(達到80%以上);研發了不同尺度的山生柳網格狀高寒沙地固沙技術,效果顯著。

提出高寒草地利用模式。通過調控放牧單元尺度、調整放牧時間有效地減輕了草地承載壓力、牲畜死亡損失,利于牲畜換季健康及牧民生活,是全國草地承包到戶后草地保護性利用及退化草地、濕地恢復行之有效的創新模式。

界定了高寒草地適宜載畜量,構建了以植被蓋度為基礎的草畜平衡模型,確定了瑪曲草地過牧的黃色和紅色預警系統。

提出高寒草牧區草畜平衡方案。首次制定了以人-草-畜平衡發展及生態環境保護為主要目標的減畜方案,該方案是甘南州草地畜牧業可持續發展的根本途徑。

提出基于GIS技術的瑪曲降水資源調控集成業務應用系統。系統研究了瑪曲降水氣候背景、水汽來源及通道,給出了適宜人工增雨作業的天氣系統、云系特征及作業催化的部位、時機選擇的依據。

針對青藏高原生態系統功能和區域經濟社會發展所面臨的重大科學問題,甘南站從學科發展和青藏高原生態安全的國家需求出發,瞄準國際生態學研究前沿,經過長期的積累,取得了豐碩的學術成果。

截至目前,依托臺站發表論文431篇,其中在Ecology Letters,Global Change Biology,Ecology,Journal of Ecology,New Phytologist,Journal of Applied Ecology,Soil Biology & Biochemistry等生態學主流期刊發表SCI論文163篇;發表在著名期刊Journal of Ecology(2篇),Oikos,Behavioural Ecology,Plant and Soil 的5篇文章被選擇做封面文章(Editor’s Choice)。通過國際合作,作為主要參與單位在自然科學頂級雜志Science發表2篇,在Nature發表3篇論文。

基于上述研究及成果,2009年,杜國禎作為首席科學家,針對草地退化、濕地面積萎縮、黃河水源補給量減少等嚴重的生態問題,成功申請到支持經費1765萬元的國家科技支撐計劃項目“黃河重要水源補給區(瑪曲)生態修復及保護技術集成研究與示范”。該項目的執行收獲了顯著的生態效益、經濟效益和社會效益。

通過項目區退化生態系統的修復,使得整個項目實施區域高寒草甸和濕地生態系統的生態功能得到恢復,水源涵養功能大幅提升,對瑪曲的水資源、生物多樣性和生態環境保護起到重要作用。項目成果示范推廣后,應用退化濕地生態系統修復技術,草地綜合生產力可增加30%以上,示范區內平均每公頃可增加鮮草產量1400公斤,推廣區按示范區增加鮮草產量一半計算,每年可增收900多萬元。通過建植人工草地,906畝實驗區每年可增收近50萬元。次生裸地采用植被重建、補播、施肥等多種措施治理后,可使牧草產鮮草產量提高52.6%,并培育山生柳苗木30萬株,次生裸地示范區每年直接經濟效益近500萬元。通過畜群結構優化,實施草畜平衡方案,提高出欄率及增加冬春補飼,不僅增加了牧民收入,同時還大大降低了牛羊的死亡率,使冬春家畜死亡率降低了2%,瑪曲縣牧民每年可挽回經濟損失1000多萬元。所開發的草原觀光、特色民族文化、有機特色產品的品牌效應等潛在項目的開發將會給當地帶來新的經濟增長點和長遠經濟收益。

在項目支撐下建成1個示范基地、5個示范區,共培養研究生77名、專業技術人才45名、牧戶200余名,為當地培訓了一批技術推廣人才及牧民技術能手。通過示范牧戶和技術骨干調動牧戶科學管理利用草地的積極性、增強其生態保護意識,實現人草畜和諧發展,進一步提高了青藏高原牧區的整體生產科技水平。使草地利用更加合理,遏制草地退化所造成的損失,減少有害生物防治、次生裸地治理等方面投入,調整畜群結構、增加出欄率結合冷季補飼促進了草畜產業的良性循環和發展,促進地方經濟高效發展。

2014年,該項目獲得甘肅省科技進步獎一等獎。

在長期研究的基礎上,之后杜國禎提出發展生態文化旅游是青藏高原農牧民脫貧致富的最佳途徑。

首先,發展生態文化旅游業,可以盡快地降低青藏高原牲畜的數量,減輕畜牧業對天然草地的壓力,達到保護自然生態系統之目的。

其次,生態文化旅游業的進入門檻較低,并不需要復雜的專業技能,工作時間與地點相對靈活,投資回報的周期也較短,可以使牧民較快提高現金收入。

再次,發展生態文化旅游業并不是不發展畜牧業,而是將其作為旅游業的主要組成部分。青藏高原黑白鑲嵌、高矮錯落的成群牛羊構成的壯美景色是其無可替代的旅游資源,藏族傳統的住黑帳篷、騎馬等生活方式可以開發為有品位的旅游體驗活動,牦牛肉、酸奶、藏毯等畜牧業的產品作為旅游產品銷售具有更高的附加值,游牧生產活動及其產品也會為更多的人所熟知,對于藏族傳統文化的保護與宣傳也會起到極大的推動作用。

最后,發展生態文化旅游業,牧民的收入與視野提升之后,會逐漸結束依賴于天然草地的生活,主動選擇到學習、生活、醫療條件更好的鄉鎮、城市去生活,從而激勵主動的生態移民,更有利于保護青藏高原的生態環境。

建議報告于2017年6月得到甘肅省委書記和省長的批示。之后,甘肅省不僅摘除了甘南州在GDP目標上的“緊箍咒”,而且通過修建或改善基礎設施建設,積極推動生態文化旅游業的發展。

對于生態學領域的經典問題、冷門問題,杜國禎也鍥而不舍,“科學研究就是要抓住學科的本質問題、不斷發現真理的過程”。

2004年,馬妙君開始攻讀碩士研究生的時候,杜國禎便給其指定種子庫生態學和群落生態學作為研究方向。對于這項自己完全不懂的研究,馬妙君深感不解,“土壤種子庫,聽起來像到哪個倉庫里工作一樣,所以說非常冷門。冷門學科的直接體現就是不好出成果、不好發文章、不好畢業,當時作為學生,首先考慮的還是發文章畢業的事情嘛?!钡R妙君還是聽從了導師的建議和安排。

什么是土壤種子庫呢?每一種植物母體成熟之后都會孕育出很多種子,種子個體會因為風吹、鳥銜等原因擴散,最終落到土壤里,其中一些種子在自然環境中生長出來,而更多的種子存在了土壤里面,如是日積月累,土壤里留存了大量各種植物的種子,既能反映植被的歷史,也能預測植被的將來,即土壤種子庫。

“我的主要工作就是通過采集土壤里面的種子,辨別這一區域內種子的種類和數量,并分析該區域土壤種子庫在植物群落更新和退化植被恢復中的作用。例如,某種植物在某一區域地表上已經不存在了,但我們分析出其土壤中是有這種植物種子存在的,那也就是它有生長出來的可能性,我們要做的就是通過改善土壤環境等其他因素來促進其生長;如果某種植物在地表上不存在、土壤中也沒有種子,那么就要補種,補種的投入是比較大的,如果我們能研究證明這個區域里有這種種子并且它可以萌發出來,那么不就免去了補種的高投入嘛?!?/p>

采集種子的工作就是這項研究中碰到的首要難題,“每一個物種我們都要采集幾千粒甚至上萬粒種子,采集工作每年從8月開始一直到11月,全靠人力,所以說工作量是非常大的?!狈N子采集回來后,先晾干、然后在4度的環境下保存起來,“這一方面是為了讓它更有活力地保存下去,另一方面是模擬大自然當中的春化作用。春化作用就是所有的大自然中的種子經過冬天的冷凍、春天才能更有利地萌發?!钡诙甏禾煸僮雒劝l實驗,通過此研究種子的萌發特點。截至目前,杜國禎團隊已經建立起了一個擁有700個物種的種庫。

在這條研究路線上,馬妙君堅持做到了2009年博士畢業。留校工作后,馬妙君提出想改變研究方向,“畢竟這個做得人又少,工作量又大,出成果太難了”,但杜國禎堅持鼓勵他繼續做下去。

后來的事實證明杜國禎的堅持沒有錯,馬妙君也不負厚望做出了一定成績,于2014年被聘為學校的青年教授,“當時我才31歲,這個對我的鼓舞太大了,一下子有信心了,就想著一定要堅持做下去、做出點成績來?!?/p>

2019年,馬妙君獲批國家自然科學基金優秀青年基金項目,更是對他這些年工作的莫大肯定。

對于這一切成績,馬妙君無不歸功于導師杜國禎。

慈祥、嚴厲、簡單,這是馬妙君眼中的杜國禎,但最讓馬妙君受益的還是“杜老師那種堅持不懈、以身作則的勁頭和精神,這種精神在我們團隊、我們臺站得以長期傳承下來,這也是我們臺站今天取得這些成績的最大源泉”。

從建站之初每年在站上常住大約半年時間,到后來隨著工作越來越繁忙、每年也能在站上呆兩三個月時間,杜國禎始終沒有離開甘南草原這個工作平臺?!霸谡旧弦环矫媸侵笇W生開展研究工作,另一方面是和當地的政府、牧民等協商解決租用草原、房屋等問題,更重要的是擔心學生的安全問題。在站上,我不僅是他們的老師,更是他們的家長?!?/p>

2014年至2016年青藏科考,時年已近60的杜國禎堅持帶著學生們奔波在青藏高原上,每天早上五六點出發、晚上八九點回來,回來了整理樣本到半夜,中午就在草原上喝礦泉水吃白餅榨菜。

長年累月的野外奔波加上不規律的生活作息,使杜國禎的身體發出了超負荷的信號。2016年11月,正在北京參加學術會議的杜國禎胃部劇烈疼痛,他堅持了兩天實在堅持不下去了,只得提前離會返回蘭州,第二天去醫院檢查,胃癌。很快他便接受了手術,切去了三分之二的胃,休養了大約半年后,杜國禎又返回辦公室,“還有學生的畢業論文等著我看呢”。

在杜國禎的示范帶動下,從過去條件極其艱苦到現在條件相對改觀,在應該從事野外實驗、野外考察的季節,他的學生總是毫不猶豫地外出,“學生看老師是這樣做也就沒有怨言了,師弟師妹看師兄師姐是這樣做也就不覺得委屈了,這么多年還沒有因為吃不了苦而放棄的學生”。

相反,杜國禎及其他老師依托甘南站培養了博士80余人、碩士200余人,其中一些已經成長為國內生態學研究骨干和學術帶頭人,例如中山大學儲誠進教授(國家杰青)、西北農林科技大學武高林研究員(國家優青)、南京大學??瞬淌?、蘭州大學張世挺教授、趙志剛教授等?,F為生態學研究所黨支部書記的趙志剛教授也在2017年成功牽頭申報國家重點研發計劃項目“川西北和甘南退化高寒生態系統綜合整治”,中央財政支持經費1838萬,成為自國家科技計劃新政策實施以來我校作為牽頭單位獲批的首個重點研發項目。

而杜國禎對馬妙君唯一一次的夸獎,也心有靈犀地強調了馬妙君的堅持,那是在2017年11月13日生命科學學院生態學研究所黨支部召開的討論接收馬妙君為預備黨員的黨員大會上,他稱“馬妙君是一個可愛的人,他可愛在什么地方呢?野外工作需要堅持,堅持一個科學問題,堅持一種勤奮的精神,他正是這樣一個人?!?/p>

談起入黨一事,馬妙君也由衷地感嘆“入黨動力來源于團隊的精神傳承,杜老師就是一位有30多年黨齡的老黨員?!痹诶蠋焸兊母腥編酉?,團隊學生入黨比例也非常之高,“就我自己的學生來說,大概有90%是黨員,剩下10%也正在積極向黨組織靠攏?!?/p>

2018年,馬妙君接過了杜國禎的接力棒,承擔起了甘南站負責人的重任。對甘南站的未來,他目標明確:在現有的基礎上,建成一個硬件設施進一步提高、生活條件進一步改善、實現天地空全方位監測的開放化實驗站,“將來在國際上生態學研究領域有我們一席之地,能吸引到全世界的科研人員到甘南站來做實驗”。宏偉目標的背后是憂心忡忡:“杜老師建站的過程非常不容易,我很擔心自己不僅不能實現這些目標,反而把站搞砸了”。

而談到對甘南站未來的期待,杜國禎表示“就希望年輕人不要趕時髦、瞎折騰、亂搞創新,就抓住生態學的本質問題,穩扎穩打地往前走”。

原文鏈接:http://news.lzu.edu.cn/zt/ddh2020/72486.html

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