北京師範大學太僕寺旗農田-草地生態系統野外站

北京師範大學太僕寺旗農田-草地生態系統野外站（以下簡稱“太旗野外站”）地處內蒙古自治區錫林郭勒盟太僕寺旗駱駝山鎮北部，距旗政府所在地寶昌鎮40公里，地理坐標為東經115°29'45"，北緯42°06'51"。在“中國生態系統研究網路生態站分布圖”上，太旗野外站處於中溫帶半乾旱地區內蒙古高原南緣農牧交錯脆弱生態區。

以區域地表過程為核心，通過長期定位觀測和模型模擬，開展自然過程與人文過程的系統研究，揭示氣候-水文-植被-人類活動對地表景觀格局、土壤侵蝕等的影響機理，構建區域草地資源綜合利用範式，建成高水準的科學研究和教學實習基地，為生態環境建設與社會經濟發展提供科技支撐。

基本介紹

• 中文名：北京師範大學太僕寺旗農田-草地生態系統野外站
• 機構地址：內蒙古自治區錫林郭勒盟太僕寺旗駱駝山鎮北部
• 主管部門：北京師範大學
• 地理區域：中溫帶半乾旱地區內蒙古高原南緣農牧交錯脆弱生態區

發展歷史

北京師範大學太僕寺旗農田-草地生態系統野外站（以下簡稱“太旗野外站”）地處內蒙古自治區錫林郭勒盟太僕寺旗駱駝山鎮北部，距旗政府所在地寶昌鎮40公里，地理坐標為東經115°29'45"，北緯42°06'51"（圖1）。在“中國生態系統研究網路生態站分布圖”上，太旗野外站處於中溫帶半乾旱地區內蒙古高原南緣農牧交錯脆弱生態區。從地形上，屬於陰山山脈東延部分，呈現低山丘陵與盆地相間分布的波狀起伏地形，海拔高度1325～1802 m。所在區域屬溫帶半乾旱大陸性氣候，年平均氣溫1.6℃，全年日照時數2937.4 h，無霜期90～120天；年平均降水量407 mm，年平均蒸發量1900 mm，降水多集中在7、8、9月，占全年總降水量的65%；全年多西北風，年均風速3.4m/s，冬、春季平均風速在4m/s以上。地表沉積物為殘坡積混雜堆積物，地帶土壤為栗鈣土，質地較粗，富含沙和礫石，土壤較貧瘠，有機質含量較低。地帶性植被為溫帶乾草原，以克氏針茅、羊草、百里香以及蒿屬植物等為優勢種，在地下水埋藏較淺的低洼地帶以芨芨草草甸為主，在山前丘陵坡部以及農田下風側出現小葉錦雞兒灌叢。

研究方向

（1）生態水文與水土生資源高效利用

通過對不同退化程度草地和不同退耕年限耕地植被特徵、土壤性質、水文過程的野外調查和實驗觀測，分析草原灌叢化和退耕還林還草過程中水分在土壤-植被-大氣連續體之間的運移特徵，刻畫半乾旱區土壤、植被的空間異質性及其水文效應，研究土壤性質和水文特徵對植被生長及其空間分布格局的影響規律，闡明土壤、植被、水文之間相互作用機制。藉助穩定同位素方法，研究農牧交錯帶不同植被類型的水分利用特徵，探究不同尺度（單株尺度、斑塊尺度、坡面尺度）植被對乾旱缺水的適應機制，為內蒙古草原灌叢化防治和草灌生態系統持續發展提供依據。

（2）生態系統碳氮循環與生態模型

以中國北方農牧交錯帶主要生態系統為研究對象，基於土地利用/土地覆蓋變化、氮沉降等全球變化因子，通過自然生態系統觀測、自然和人工生態系統控制實驗相結合，開展生態系統碳循環和氮循環過程研究。在以往生態系統結構和功能相關實驗研究基礎上，通過不同景觀格局下的水分循環、生態系統生物地球化學過程實驗、生態系統穩定性研究以及相關的水蝕、風蝕實驗來模擬中尺度的景觀生態學格局與過程，研究和探討不同空間尺度的景觀系統動態機制，從而實現景觀模型中尺度轉換過程的實驗驗證。

（3）生態服務形成機理與生態-生產範式

研究從草原到農區生態地球化學循環、生物地球物理過程和生態地球社會經濟驅動的生態系統服務功能變化，探究生態系統結構、功能及服務之間的相互關係和作用機理，揭示草地退化對生態系統服務功能的影響，構建科學的可持續發展的生態-生產範式，提高區域人類福祉水平。

科研條件

1、基礎設施

（1）總體情況

野外站距離207國道200米，交通便利。占地320畝，包括生活區、風沙觀測場、通量觀測場、生態觀測場等，所有設施均有專人看護，水電設施齊全，滿足日常生活和儀器正常運轉需要。

（2）試驗觀測場

①風沙觀測場

2011年10月於風沙觀測場內安裝自動集沙儀15套，樣地設計為一個長160m、寬50m的矩形，方向垂直於主風向，即西北方向，在樣地中央豎立一塊長150m、高3m的鋼製擋板，擋板兩側分別設定兩行形狀、大小完全相同的10m*10m樣方，每行15塊，共60塊，主要研究風速下降與不同程度人類干擾對草原生態系統的影響（圖4）。同時，布設樣地進行施氮實驗，共設定5個處理，分別為：對照（CK），不添加氮肥；N1水平，2 gN/m2；N2水平，5 gN/m2；N3水平，10 gN/m2；N4水平，25 gN/m2；每個樣地為3m×6m，每種處理設定3個重複且隨機布設。

② 通量觀測場

安裝有1套渦動相關係統、1套波文比系統，對野外站的降水、溫濕度、風速風向、太陽輻射、土壤熱通量等進行連續觀測，在此基礎上計算潛熱和顯熱通量，分析蒸散發的動態變化及其影響因素，闡明野外站典型生態系統水分收支特徵。

③ 生態觀測場

修建長、寬、深均為1m的水泥池36個，底部和側面與池外無水分交換，池內填滿質地均勻的當地土壤，同時搭建遮雨蓬，避免自然降水的影響，建設了紫花苜蓿和羊草2種人工草地3個土壤水分梯度的控制實驗，每個處理5個重複，同時有紫花苜蓿、羊草、蘇丹草3種人工草地3個施氮水平的盆栽控制實驗，分別進行人工草地碳水和碳氮耦合過程觀測。

（3）生活設施

現有房屋420平方米，其中實驗室220平方米、居住200平方米（圖5）。

2、儀器設備

野外站擁有30餘台儀器設備，整體運轉良好，能夠滿足土壤生態、生態水文、植物生理、碳氮循環等多方面的測定和試驗任務。

3、基礎數據

積累了2005年以來的連續觀測數據，包括常規氣象數據、植被特徵數據、土壤屬性數據等。

科研成就

（1）農牧交錯帶的代表性

太旗野外站所在區域是北方農牧交錯帶由人地關係矛盾所導致的生態與環境問題比較突出和典型的地區之一。北方農牧交錯帶是從半乾旱地區向半濕潤地區、從高原地區向丘陵平原地區、從草原牧區向農耕區的過渡地帶，該地區氣候乾旱多風，加之長期以來人類不合理的資源開發和利用，如濫墾、過牧、樵採等，使土壤侵蝕、草地退化、水土流失和土地沙化嚴重，導致草原生態系統功能全面受損。因此，該區域是生態重建與經濟發展的典型範式區，是承載減緩首都風沙侵蝕、提高水源涵養能力等生態系統服務功能的重要區域，對研究生態系統服務與生態-生產範式具有相當的代表性。野外站作為我國北方農牧交錯帶科學研究的綜合觀測與技術支撐平台，具有不可替代的作用。

（2）草原灌叢化的特殊性

野外站所在區域典型景觀類型為草原植被，但在全球變化背景下，該區域成為氣候變化最為劇烈的地區之一，且生態系統非常脆弱。同時，該區域也是人類活動較為頻繁的地區。在氣候變化和人類活動雙重作用下，出現了明顯的草原灌叢化現象，嚴重影響草地資源的可持續利用。土壤-植被-大氣連續體的水熱交換一直是乾旱半乾旱區的研究熱點，也是深入了解草原灌叢化內在機理的關鍵，因此，開展草原灌叢化條件下的生態水文、土壤水文過程研究，模擬全球變化背景下生態系統結構、功能的變化特徵，對於加強生態系統管理、保障區域可持續發展具有重要意義。

（3）退耕還林還草的典型性

伴隨國家對生態環境建設的日益重視，野外站所在區域退耕還林還草工作不斷推進，生態系統類型和結構明顯改變，並將導致水分、營養元素等物質循環和能量交換逐步改變，最終引起生態系統服務功能的變化。因此，以野外站所在區域為代表，研究退耕還林還草條件下生態系統水文過程、土壤性質、植被演替的動態特徵，模擬生態系統的發展路徑，在此基礎上分析生態系統服務功能的變化，提出合理的生態-生產範式，對於促進退耕還林還草工作的持續科學開展具有重要參考價值。

（4）土地利用與全球變化的複雜性

靠近京津冀首都圈，以及內蒙古能源工業的大力發展，使得北方農牧交錯帶成為我國新的高氮沉降地區，並有持續增加的趨勢。日益增加的外源性氮輸入勢必對草地生態系統碳氮循環轉化、分配格局等關鍵生態過程造成重大影響。固碳是廣受重視的自然和人工生態系統的重要功能之一，是全球變化生態學的重要研究內容。因此，依託太旗野外站，建設一系列野外觀測場，開展不同土地利用/土地覆蓋變化、氮沉降等主要因子以及生態系統固碳過程研究，著眼於不同生態系統在植被-土壤連續體上的碳儲存和分配，結合生態系統氮循環過程，探討農牧交錯帶不同生態系統的固碳機理，對提高區域的生產力和固碳效率、應對全球變化實現區域自然資源的高效利用具有重要意義。