中國科學院千煙洲紅壤丘陵綜合開發試驗站

中國科學院千煙洲紅壤丘陵綜合開發試驗站始建於1983年，其前身是中國科學院南方山區科學考察隊（簡稱南方隊）建立的一個試驗點，現為中國科學院生態系統研究網路（CERN）的基站之一。

千煙洲地處江西省吉安市泰和灌溪鎮，為南方丘陵區，該地是典型的紅壤區，成土母質多為紅色砂岩、砂礫岩或泥岩，以及河流沖積物。主要的土壤類型有紅壤、水稻土、潮土、草甸土等，具有典型亞熱帶季風氣候特徵，植被屬中亞熱帶常綠闊葉林帶，但原始植被已破壞殆盡，現主要為人工林或草、灌叢次生植被。

基本介紹

• 中文名：中國科學院千煙洲紅壤丘陵綜合開發試驗站
• 主管部門：中國科學院

研究方向

中國科學院千煙洲紅壤丘陵綜合開發試驗站的重點任務是通過試驗觀測數據的長期積累，完成CERN的觀測、研究和示範目標。學術研究方向是：以水、土、氣、生等自然資源的合理利用與區域可持續發展為目標，深入開展區域內能量物質輸送和轉換機制、模型的建立和空間尺度轉換方法的實驗研究；結合地理學、生態學、遙感學等的理論、方法和手段，研究農林生態系統的結構、功能，開展生態系統最佳化管理模式和配套技術的試驗示範。經過20多年的長期研究積累，在區域農業綜合開發示範、中亞熱帶紅壤丘陵生態系統恢復與重建的過程及其環境效應，紅壤丘陵區水土資源的可持續管理等方面形成了優勢。

發展歷史

為了全面認識和評價南方山區的資源狀況，尋求自然資源的合理利用與治理途徑，1980年初，受國家委託，以原中國科學院自然資源綜合考察委員會為核心，組建了南方隊，席承藩院士任隊長，李孝芳、劉厚培、那文俊先後擔任常務副隊長。在1980—1989年期間，南方隊對我國南方山區進行了大規模、多學科的綜合考察。考察分為兩期進行，取得了豐碩的考察研究成果。

第一期考察（1980—1982年）：本期考察以江西省吉泰盆地為重點區域，以泰和縣為點，採取點面結合的方法，對資源開發利用特點、問題及其發展潛力等開展綜合考察研究；同時南方隊接受國家農委的委託，與湖南省農業區劃辦公室共同主持對湘、贛、浙、閩、粵、桂6省區、61×104km2地域的中亞熱帶丘陵山區進行了農業資源調查和農業發展戰略研究。在面上考察和點上實驗的基礎上總結出版了《江西省泰和縣自然資源和農業區劃》、《江西省吉泰盆地商品糧生產基地科學考察報告集》、《柑桔生態要求與基地選擇———贛南柑桔基地考察報告文集》、《江西省泰和縣土壤》、《中國亞熱帶東部丘陵山區農業發展戰略》等專著。通過考察，促進了吉泰盆地商品糧生產基地建設；使宜橘而又少橘的贛南紅壤丘陵區柑橘種植業有了迅速的發展；首次提出並論證了丘陵山區必須從“溝谷農業”轉向“立體農業”的發展道路等科學論點。　

第二期考察（1983—1989年）：為進一步深入探索紅壤丘陵區生態環境與經濟的綜合發展途徑，根據中國科學院和國家計畫委員會的要求，開展了第二期綜合考察研究，考察範圍由第一期的中亞熱帶地區擴展至亞熱帶東南部9個省（區）。工作採取重點區域考察與面上考察相結合的方法，在每個重點區內，先選一、二個縣進行重點剖析，取得一些系統的基礎資料與數據，然後開展重點區的全面考察。同時，還把巨觀的科學考察和微觀的開發性試驗研究工作結合起來，進行小範圍的開發治理試點，開展一些試驗和觀測。本期考察所取得的不同範圍與精度的考察、試驗資料以《南方山區綜合科學考察專輯》的形式出版，全面反映了南方山區國土資源概況，並從多方面探討了與國土整治有關的科學技術問題。由於本期考察範圍廣、任務重、時間緊，南方隊先後組建5個分隊，按照統一計畫，分片包乾。其中，二分隊由原綜考會主持並組建，主要承擔湘贛丘陵山區的考察研究任務。

為了驗證、完善第一期考察的成果和觀點，提高對紅壤丘陵山區的理性認識，進而科學地指導山丘荒地（重點是紅壤丘陵）開發治理的生產實踐和加速南方山區的綜合開發，二分隊與江西省科學技術委員會合作，在江西省泰和縣設立千煙洲試驗點，開展生產性試驗研究，成功創建了馳名中外的“千煙洲模式”，並根據科學試驗研究結果撰寫了具有重要指導意義的《紅壤丘陵開發和治理》一書。“千煙洲模式”不僅為進一步開發我國南方大面積紅壤丘陵資源提供了科學的、可行性強的模式樣板，而且為該區域的資源綜合利用與農業可持續發展探索了一條成功道路。相關研究成果被評為“國家科學技術進步三等獎”和“中國科學院科學技術進步一等獎”。

國家農業科技攻關與千煙洲站的穩定發展期（1990-2000年）：1988年，南方隊的工作即將結束。為了把千煙洲試驗點的工作繼續下去，中國科學院和江西省人民政府批准建立了千煙洲站。試驗站正式成立後，其開發試驗與學科研究進入了持續穩定發展時期。1990年成為聯合國教科文組織人與生物圈計畫紅壤丘陵綜合開發治理國際試驗示範研究站，1991年被納入中國科學院生態系統研究網路，1994年被確定為聯合國開發計畫署（UNDP）援助江西“山江湖”項目的紅壤丘陵區培訓中心。鑒於前期取得的成就，1990年千煙洲站成為國家區域農業綜合發展試驗示範區，並圍繞“南方紅壤丘陵綜合開發治理與農業持續發展技術研究”，承擔了“八五”和“九五”兩期國家農業科技攻關項目。通過國家科技攻關專題研究，在原千煙洲模式基礎上深化發展出了“林－果－經”、“林－牧－糧”和“水陸複合生態系統”3個子模式，同時進行了中低產果園和農田的改造及優質高效配套技術的研究。相關研究成果以《紅壤丘陵生態系統恢復與農業持續發展》（第一、二集）和《資源科學》專刊的形式出版，並先後榮獲“中國科學院自然科學三等獎”、“國家八五科技攻關重大科技成果獎”和“國家科技進步二等獎”。

長期生態學定位觀測研究與試驗站的快速發展期：2001年以來，中國科學院地理科學與資源研究所進入中科院知識創新工程一期，及時根據學科發展趨勢和國家與地方需求，對千煙洲站進行了戰略性調整，將千煙洲站的學科方向調整為：研究我國中亞熱帶紅壤丘陵生態系統恢復與重建的過程及其環境效應，以及紅壤丘陵區水土資源的可持續管理。根據監測、研究、示範等三大基本任務，把千煙洲站定位於：中亞熱帶紅壤丘陵區農林生態系統長期定位監測和基礎數據積累的生態網路監測站；中亞熱帶紅壤丘陵區生態系統恢復過程、發生機理及其生態環境效應的野外試驗研究基地；中亞熱帶紅壤丘陵區自然資源綜合利用和生態環境與經濟可持續發展的研究示範基地；國際合作研究、學術交流基地；地學、生態學與資源科學的人才培養基地和科普教育基地。

因此，從1983年中國科學院南方考察隊建立千煙洲試驗點，1985 年江西省“山江湖”綜合開發治理試驗示範基地，1989年中國科學院-江西省千煙洲紅壤丘陵綜合開發試驗站成立，1990年列為國家區域農業綜合發展試驗示範區，1991 年成為中國科學院生態系統研究網路（CERN）站，2001年中國科學院地理科學與資源研究所取得土地使用權50年，2002年江西省區域生態過程與信息重點實驗室成立，2002年並成為中國通量網（ChinaFlux）首批站點，千煙洲站在不斷發展壯大。

科研條件

中國科學院千煙洲紅壤丘陵綜合開發試驗站現有自主產權的試驗土地約204公頃，在試驗地內設定了多學科試驗場地，包括：

（1）農田生態系統綜合觀測場，在觀測場中布設有土壤中子水分測試管、小氣候梯度儀、土壤水勢儀等再配合光合作用系統等生理生態測定儀器用以進行農田生態系統中物質能量循環與生產力的綜合試驗研究；

（2）稻田碳氮耦合過程試驗場：布置了不同生物覆蓋、秸稈還田和氮肥用量互動因子試驗，共54個小區，占地近5畝。該研究以最大限度地從時間和空間上提高農田土地的生物覆蓋、增加土地生產力、促進土壤碳氮循環、降低系統碳氮排放為出發點，通過觀測不同措施下稻田生產力、碳氮排放及其過程、土壤碳氮蓄積和土壤微生物群落結構等，提出適合我國南方稻田的增碳保氮管理技術，並揭示其內在機制，進而為提高稻田生產力和降低溫室氣體排放提供理論依據和技術指導；

（3）中亞熱帶人工林生態系統碳通量觀測：構建了42米高的鐵塔，用以進行人工林系統生產力、生態系統呼吸、淨系統生產力的試驗研究；

（4）中亞熱帶人工林土壤呼吸觀測場：針對本區域內的主要林型，對區域內的各樹種進行各種處理，從而研究土壤呼吸與人工林生態系統各因子的關係；

（5）常規氣象觀測場：該觀測場按國家氣象局規範標準設定，有一套全自動氣象和太陽輻射觀測裝置和人工常規觀測儀器，用以觀測全年的天氣氣象，已積累了24年的氣象資料（1985-2009）；

（6）農田養份平衡觀測場：內設有33個養分池，按N、P、K、空白等多種養分處理，進行農田養分平衡的長期定位監測。

（7）降水轉移和人工灌溉實驗：在馬尾松-木荷針闊混交林地內，建立了降水轉移實驗設施和人工灌溉實驗樣地6個。並有自動土壤濕度、穿透雨等觀測系統。

（8）生物炭輸入實驗：在農田生態系統，建立了不同施肥與生物炭處理的樣地，該實驗為評價生物炭輸入與秸稈、化肥等不同輸入效果提供良好的基礎數據，對研究農田碳氮磷元素的平衡、生物炭與秸稈對農田生態系統的固碳效果等提供理論依據。

（9）樹幹莖流觀測場：林冠對降雨存在明顯的再分配，針對不同林型，設立了不同的樹幹莖流與穿透雨的觀測設施，同時開展樹幹液流監測，為了解森林水量平衡提供基礎數據。

（10）森林生態系統氮沉降模擬：為評估森林生態系統在氮沉降日趨增加的情況下的回響與適應，設定了不同林型與不同梯度的氮沉降模擬試驗。

（11）冰雪災害恢復實驗場：針對2008年的雨雪冰凍災害，建立了不同處理的災害恢復模擬實驗，為林業恢復與重建提供科技支撐。

（12）農村面源污染試驗場：針對農村污染源日益增多的現狀，在站區及附近設定多處地表與地下水觀測設施，研究污染物遷移與轉化路徑。

中國科學院千煙洲紅壤丘陵綜合開發試驗站的有線和無線通訊條件優勢明顯，擁有10M光纖，已在站內建成了小規模區域網路，每個住房都通了接口，實現了站內互聯，總計百餘個連線埠，同時站內也有多處無線數據傳輸設施。

科研成就

中國科學院千煙洲紅壤丘陵綜合開發試驗站根據已確定的研究方向，在區域農業綜合開發示範、中亞熱帶紅壤丘陵生態系統恢復與重建的過程及其環境效應，以及紅壤丘陵區水土資源的可持續管理等方面形成了優勢研究領域並取得了一批高水平的研究成果，積累了大量的實驗觀測資料。共發表學術論文150餘篇，參與出版專著18本，數據集5本。共獲得國家科技進步二等獎、三等獎各一項；中國科學院科技進步一等獎、三等獎；中國科學院自然科學三等獎；全國農業區劃委及江西省政府、四川省政府的科技進步獎總計約10餘項。

主要研究進展如下：

1. 在區域農業綜合開發方面，創立了“千煙洲模式”，並依託於該模式建立了農林牧綜合開發的技術體系。“千煙洲模式”不僅為進一步開發我國南方大面積紅壤丘陵資源提供了科學的、可行性強的模式樣板，而且為該區域的資源綜合利用與農業可持續發展探索了一條成功道路。相關研究成果被評為“國家科學技術進步三等獎”和“中國科學院科學技術進步一等獎”。

2001年開始，圍繞“中亞熱帶紅壤丘陵區生態系統恢復過程、發生機理及其生態環境效應”，千煙洲站申請到國家部委、地方及國際合作項目60餘項，總經費2000多萬元。在研項目18項，總經費901萬元，其中包括973專題2項，自然科學基金1項，國際合作項目2項。在相關項目的支持下，千煙洲站開展了大量的基礎研究並取得了一定進展，特別是在亞熱帶生態系統結構功能以及應對氣候變化的碳水循環研究中取得了重要成果。

2. 亞熱帶針葉人工林碳循環研究

千煙洲試驗站的生態系統為典型的人工恢復生態系統，其中人工針葉林在我國亞熱帶紅壤丘陵區具有很強的代表性。千煙洲試驗站對人工針葉林的碳循環特徵開展了以微氣象、森林碳計量以及模型模擬為主要技術手段的多尺度觀測和研究。作為我國最早利用渦度相關技術開展森林生態系統碳通量觀測的試驗站之一，千煙洲站首次對紅壤丘陵區人工針葉林的碳收支過程進行了長期連續觀測和研究。基於2002年以來的多年連續觀測數據，研究了亞熱帶人工林生態系統的總生態系統生產力（GEP）、生態系統呼吸（RE）和淨生態系統生產力（NEP）變化及其與氣候因子的關係，初步闡明了亞熱帶人工林生態系統碳通量變化規律及驅動機制，揭示了生態恢復後人工林生態系統的碳收支過程及其對環境因子的回響規律，精確地測定了森林生態系統的碳蓄積能力。同時在非均勻下墊面通量觀測方法、通量計算平均時長的確定、通量貢獻區的確定等方面做了深入的探索和研究，為開展相關的長期觀測提供了理論依據。配合渦度相關技術，利用森林計測學手段調查了群落固碳速率的年際動態及其同氣候因子的關係。此外，還利用模型模擬手段，結合土壤與植被碳儲量的實測數據，對千煙洲站人工林生態系統恢復與碳儲量變化規律進行了深入研究，明確了植樹造林對紅壤區生態系統碳庫的影響。此研究結果經Nature等國際期刊的轉載，引起了國內外的廣泛關注，為我國近年來通過生態恢復和林業管理減緩溫室氣體排放所取得的成就提供了科學依據。

3. 南方紅壤丘陵區退化生態系統恢復的生態效應評估

南方紅壤丘陵地區生態恢復使小流域環境發生了巨大變化。千煙洲站對生態恢復後的生態效益以及功能進行了綜合的調查和觀測研究，包括生物多樣性、氣候效應、水文效應、土壤理化性質以及水土流失變化等。利用定量群落學手段，調查分析了生態恢復後生態系統的物種組成變化及生產力變化，揭示了生態恢復對提高群落生產力和增加物種多樣性的重要作用；通過林內和林外對比觀測，揭示了生態恢復和人工造林後的小氣候變化，闡明了森林在調節小氣候中的重要作用，特別是在極端高溫或極端乾旱條件下，森林的重要調節功能；通過林內降雨分配以及泥沙輸出規律觀測，闡述了人工林的水源涵養和保土功能，進一步證實森林在減少地表徑流的作用；根據對幾種主要的森林群落的養分結構及降水化學的連續觀測，揭示了人工林生態系統在元素積累、水分調節及養分平衡中的作用；通過分析植物活體、凋落物和土壤養分含量，闡明了群落不同器官與組分中的養分關係，揭示了樹木對養分的吸收、存留、歸還的基本規律，並論述了造林對土壤養分狀況的影響，為林地管理提供了科學依據。

4. 農田生態系統對全球變化的回響機理研究

臭氧耗損所帶來的地表B區紫外輻射（UVB）的增強是人類普遍關注的一個全球變化效應。但我國關於地表UVB輻射增強對農作物及農業生產的影響研究甚少。李海濤博士採用可調式自動控制系統和濾光實驗方法，選取在千煙洲試驗站廣泛種植的農作物品種進行實驗，得出了地表UVB輻射增強或濾減20%對我國南方主要水稻品種群體的生長發育性狀及產量和品質基本沒有顯著影響的結論。上述兩種試驗方法避免了國內已有的“方波實驗”可能誇大紫外輻射處理效應的弊病，所得試驗結果與國內多數方波處理的實驗結果不同，對於正確預測臭氧層衰竭對我國南方水稻生產的影響具有一定的指導意義和參考價值。

5. 亞熱帶常綠闊葉林生態系統結構與物質循環過程研究

位於江西省南端贛粵交界處的九連山是千煙洲試驗站的觀測點之一，這裡的原始林代表著亞熱帶地帶性植被。通過國際合作，試驗站對森林生態系統進行了較為全面的綜合研究，包括動植物區系、群落種類組成、初級生產力、養分循環、氣候及水分平衡。通過植被調查闡明了該區動植物區系特徵，並建立了動植物名錄；通過群落調查，分析了主要森林類型的水平與空間結構；通過樹木生長測定，首次揭示了該區原始林群落的生物量、生產力結構；通過枯枝落葉歸還過程以及水分輸出規律研究，闡明了常綠闊葉林生態系統的養分循環功能；利用量水堰對小流域降水以及流出過程觀測，闡明了天然原始林在調節水文平衡中的重要作用。本研究為亞熱帶常綠闊葉林生態系統保育及生物多樣性保護提供了豐富而系統的數據支撐。

6. 低產油茶林改造技術體系研究

油茶是我國特有的木本食用油料樹種，也是林業建設一大優勢資源，在我國南方廣大丘陵山地有悠久的經營歷史和良好的生產基礎，為我國食用植物油產量平衡發揮了重要作用。但較長時期以來，由於各地對油茶生產的管理措施削弱，很多地方油茶林的樹齡老化，品種混雜，加上粗放經營，資源沒有得到很好的開發利用，造成生產力水平下降，比較經濟效益較低，在很大程度上抑制了油茶作為一項特色產業的持續發展。

近年來，千煙洲站依託有關項目，通過嫁接、平衡配比施肥和修剪整形等3項新技術，在站區開展低產低效油茶林的改造與示範研究工作。已在站區內完成3．33hm2低產油茶林的高接換冠，成活率達90%以上，其它兩項新技術的試驗效果在跟蹤調查中。另外，引種了油茶優良品種贛無系列12個優良無性系種苗栽植於千煙洲站內，擬通過試驗研究從中篩選適應於千煙洲的優良油茶樹品種，建立試驗站油茶優良品系采穗園。

人才培養

中國科學院千煙洲紅壤丘陵綜合開發試驗站有在編人員9人，其中研究人員5人，技術支撐人員4人。研究人員中，研究員2人，副研究員1人，博士7人、碩士2人，建成了一支學歷層次高、專業結構合理、團結協作的研究隊伍。通過不斷地培養和培訓，建立起一支素質較高，技術能力較強的試驗觀測隊伍和行政後勤管理人員。千煙洲站利用開放實驗站的條件和先進的儀器設備、優質的服務，吸引了大批實驗站外的研究人員和研究生來站工作，千煙洲站2001年起加大了研究生培養的力度，千煙洲站共有研究生10餘名。博士後1名，此外還有近10名合作培養和客座的研究生參加研究，形成了一支補充千煙洲站學科專業和人員的研究團隊。