野外台站

长江口湿地生态系统野外研究站

Yangtze River Delta Estuary Wetland StationYARDEWS

  

长江口湿地生态系统野外研究站(http://www.yerows.ecnu.edu.cn/)依托于华东师范大学上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室,是以长江河口湿地为研究对象,覆盖长江河口段及临近水域的综合性开放研究站。针对长江河口湿地的各类典型生境,以实体站+监测点的方式,形成长江河口段第一级分汊口到入海端(东经121°-122°; 北纬30.7°-31.8°)的野外监测平台。

  

一、站点概况

长江口湿地生态系统野外研究站依托于华东师范大学上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室,是以长江河口湿地为研究对象,覆盖长江河口段及临近水域的综合性开放研究站。针对长江河口湿地的各类典型生境,以实体站+监测点的方式,形成长江河口段第一级分汊口到入海端(121°-122°E; 30.7°-31.8°N)的野外监测平台。研究区域平均海拔4.7m,属于典型亚热带季风气候区,年平均气温15.3°C,年平均降雨量1049.3mm,年平均蒸发量718.0mm。地质结构为中生代以来发育的地层,包括未固结的第四纪松散沉积物,土壤以灰色和灰褐色砂-粘土质粉砂为主。实体站(崇西分站和崇东分站)分别位于世界最大的河口冲积岛——崇明岛的西端和东端。崇西分站(121°12.691’E 31°44.091’N)所处崇西湿地位于长江河口段第一级分汊口,属于河口潮滩涨潮湿地,基本为淡水控制区,植被类型以淡水沼泽和人工林泽为主。崇东分站(121°55.032’E 31°31.108’N)所处东滩湿地位于长江入海端,潮滩广袤,为咸淡水交汇区,植被类型以盐沼为主。

  

二、建设目标、研究方向与任务

(一)建设目标

长江口湿地是世界重要的大型河口、强潮汐湿地,具有显著的生态特色和生物多样性价值。长江口湿地生态系统野外监测研究站以长江口湿地作为研究对象,对沿江沿海边滩及河口沙洲岛屿等典型湿地开展长期定位综合观测;系统研究长江口湿地生态系统结构、过程、功能和格局的变化,认识长江口湿地生态环境的长期演变规律;揭示气候变化和人类活动对长江口湿地生态系统的影响和作用机制,并探讨湿地生态系统保护、修复及优化管理的技术和方法。本研究站的中长期目标是构建具有国际影响力的长江口湿地生态环境野外监测与试验平台,为我国湿地生态学研究、湿地生物多样性保育、湿地生态恢复与重建提供野外试验和研究平台,同时也为我国长江口地区生态环境与社会经济的可持续发展提供宏观决策依据。

  

(二)研究方向

1、河口湿地生物多样性及其形成与维持机制;

2河口湿地生态系统结构、功能与过程及其对全球变化、人类活动的响应; 

3、河口湿地生态系统的修复与重建、生态管理和示范;

4、河口湿地生态系统服务功能与区域可持续发展。

  

(三)主要任务

具体表现在监测、研究、示范及教育四个方面:

1、监测:长期监测是生态站的主要任务之一。长江口湿地生态系统野外观测研究站已分别在崇西和崇东分站建立了综合观测场,系统监测长江口不同类型湿地生态系统的水、土、气、生等主要生态要素的动态变化,为湿地生态系统和区域环境演变研究提供长期数据积累。

2、研究:主要集中于(1)长江口湿地生态系统结构与格局特征长期演变规律、湿地生态系统过程与功能关系的基础研究;(2) 湿地生态系统管理、资源可持续利用、湿地修复及生物多样性保育等应用研究。

3、示范:研究、引进及中试适合于长江口湿地生态环境综合整治和生态恢复的新技术与方法,开展生态修复、生态规划和生态管理等研究,并在河口湿地与海滨湿地进行推广示范,推动地方生态环境的可持续发展。

4、教育:开展大学生野外实习课程、优秀大学生夏令营、志愿者科研实践活动及人才培训活动,培养湿地相关科学研究工作者,提高人们的生态意识。

  

三、基础设施和平台建设

(一)基础设施

1. 崇西分站:

原崇西湿地科学实验站,占地面积近1.8万平米。实验用房11间,占地面积550平米。设有水生生物实验室,植物生态实验室,动物生态实验室,微生物生态实验室,生态组分常规分析室,光合生理生态实验室,生物培养室,微机室,信息处理室,生物标本室,会议室。实验区面积1万平米,包括实验田,实验温室,生态实验池塘,实验鱼塘,沼气池,气象站,气体交换研究平台,长江水质监测平台,大气质量监测平台;生活区面积1500平米。教师公寓5间,学生公寓9间,可同时容纳科研与科辅人员24人,实习大学生32人,并有3个为外籍专家准备的标间,生活区内各类生活设施齐全,可为驻站工作人员创建良好的环境。

      2. 崇东分站:

原崇明东滩湿地野外实验站,位于崇明东滩湿地公园内,由我校与崇明东滩湿地公园合作共建,我校提供科研仪器设备、开展管理与研究工作,公园提供场地及基础设施。现有室内实验室面积100余平米,拥有生物组分测定室、物种鉴定与陈列室、生物生产力测定室、数据资料分析室等分室,以及厨房、卫生间、储物间等生活和科研设施。室外试验区使用面积80余公顷,包括芦苇群落修复技术试验区、涡度相关碳水通量监测平台、微气象和土壤环境监测平台、气候变化模拟试验平台、在线水质监测平台、耐盐碱植物引种、群落配置与土壤改良试验样地等。

  

   (二)平台建设

崇西分站的试验观测仪器主要包括野外试验监测仪器和室内实验仪器。野外试验监测仪器包括MILOS自动气象站、小气候梯度仪等。水分观测仪器主要包括:蒸渗仪、中子仪、EL602表面蒸发器及其数据传感与采集系统等。土壤监测仪器主要包括土钻、纯水仪、恒温振荡器、全自动凯氏定氮仪(FOSS公司)、流动注射分析仪(FOSS公司)、751紫外-可见分光光度计、火焰光度计、PH计等。生物监测仪器主要包括:十分之一天平、百分之一天平、千分之一天平、万分之一天平、望远镜、恒温干燥箱、恒温培养箱、GPS定位系统等。

室内实验仪器主要包括:气相色谱、LI-6400光合测定系统、全自动凯氏定氮仪、流动注射分析仪、碳氮分析仪、酶-核酸动力分析仪、高速冷冻离心机、粗脂肪分析仪、粗纤维分析仪、氧代谢系统、分光谱辐射仪、大型光照培养箱等。

东滩分站野外试验监测仪器和室内仪器主要有开路式碳、水通量监测系统、微气象监测系统、多参数水质测定系统、开顶式生长室(OTCs)、真空干燥箱、TOC测定仪、超纯水系统、多用途振荡器、生化培养箱、微电脑光照培养箱、恒温水浴锅、可见光分光光度计、紫外分光光光度计、离心机、精密天平、十分之一天平、凯氏定氮仪、粗脂肪测定仪、电热鼓风干燥箱、万用电热器、真空泵、超净工作台。

目前研究站仪器设备使用率均在80%以上,各台仪器运转良好。不仅可以满足湿地生态系统研究站观测指标体系的要求,也为站内的科研工作的样品采集、处理与分析提供了保障。

  

四、研究成果

5年来,长江口湿地生态系统野外研究站总计发表论文112篇,其中SCI收录33篇, CSCD收录79篇。出版专著8部。

主要贡献:

1、完善长江河口湿地生物多样性研究。

收集、鉴定长江河口湿地生物标本1000余号(湿地植物,大型底栖无脊椎动物、鱼类、鱼卵和仔稚鱼)。据此提供了完整科学的长江河口潮滩高等植物名录,大型底栖无脊椎动物名录,潮间带湿地蜘蛛名录,湿地鱼类名录。发表SCI论文2篇,出版专著1部。

2、国内首次提出并建设了湿地公园、野外实验站和科学研究有机结合的三位一体生态修复模式。

将生态修复技术与湿地公园建设理念相结合,营建了集湿地科研基地,环境科普基地和休闲基地为一体的湿地公园和建立了一个集生态科研,生物多样性监测,人才培养,科普教育和国际学术交流为一体为湿地生态提供科技支撑的湿地野外科学实验站,体现了积极主动保育的新理念。研究站生态修复研究基地-崇明西沙湿地公园,近年来被评为国家级4A景区,2011年晋升为国家级湿地公园。

3、建立了芦苇群落修复技术试验区。

针对湿地围垦和利用过程中出现的芦苇群落面积萎缩、生长减慢、结构功能严重退化、旱生和外来物种侵入加剧等问题,开展芦苇群落结构和功能修复技术的试验与示范。试验区面积0.7公顷(图4-5),示范面积80公顷。主要技术包括:水位调控技术,刈割期优化技术,土壤修复技术(有机肥、秸秆还田、固碳微生物)。其中,开发的互花米草/芦苇原位(或异位)腐化还田技术,采用来源于盐碱地和海洋的耐盐微生物结合VT高效发酵细菌促进芦苇/米草的腐化,并用于改良土壤,取得了明显的效果。

4、完成了围垦湿地多目标修复工程。

为避免传统滩涂开发方式在损失生态系统功能上的高代价,以开发生态旅游为目的,力求在保育和修复湿地生态系统功能及生物多样性、提供湿地参与体验与教育、保持滨海滩涂特有风貌的基础上,提升湿地的经济价值。与上海东滩国际湿地有限公司合作,结合东滩湿地公园建设工程,初步完成了384.9公顷围垦抛荒湿地多目标修复工程。通过对垦区内原有景观元素(地形、芦苇、河网、鱼塘等)进行有序性和异质性的重组优化设计、配置和部分重建;植物、底栖生物、越冬水禽,特别是重要物种(黑脸琵鹭、花脸鸭等)的生境恢复,水体环境综合控制,次生湿地可持续利用等一系列技术研发、集成和示范,增强了滩涂围垦湿地的生态-经济-社会综合效益,为滩涂围垦湿地的保育和持续利用提供了样板。发表论文5篇,出版专著1部。

5、开发了海岸多功能绿地系统建设的关键技术。

针对崇明植被景观破碎,树种、结构单一,系统不稳定,抗逆性差,服务功能不能满足崇明生态岛建设目标等问题,开发了崇明多功能绿地体系建设一整套技术。开发的海岸多功能绿地系统建设的关键技术包括:海岸多功能植被景观动态可视三维模型设计技术,海岸多功能防护林群落构建技术,海岸多功能城镇绿地群落构建技术,海岸带绿地植物种筛选技术,加固潮滩滩面的梯级植物配置技术,加固潮滩侵蚀陡坎的植物配置技术以及海岸带植物的管护技术。申请了两个专利:一种加固潮滩滩面的梯级配置植物方法一种加固潮滩侵蚀陡坎的植物配置方法

6、崇明岛湿地碳通量监测和管理平台关键技术集成研究。

在崇明东滩围垦湿地建设了三套基于涡度相关技术的开路式碳通量监测系统、微气象和土壤环境监测系统,同时制定了围垦湿地碳通量数据处理标准流程。目前,这些系统能够提供20114月以来的平均半小时碳、水通量、微气候和土壤环境数据。完成了基于遥感和气候驱动的湿地碳源/汇模拟模型” (WECMOD)的构建、参数化、编程和模拟运行,模型系统可对不同类型滩涂湿地的碳源汇时空格局进行动态模拟。开发了崇明湿地碳源/汇重要指标的发布平台软件1套,平台软件包括:崇明湿地概览、崇明碳汇监测平台、崇明湿地碳汇动态、崇明湿地碳汇指标、碳汇博汇等功能。发表相关论文8篇;完成硕士研究生论文4篇,博士研究生论文2篇。

7、耐盐碱高碳汇植物群落景观配置技术与评估研究。

上海东滩国际湿地有限公司在崇明东滩围垦湿地的最东段营造了面积达6.49平方公里的湿地公园。东滩湿地公园在进行建设时, 4.0m高程以上,筛选了200余种耐盐碱旱生乔木、灌木和草本,包括乡土物种四十余种,结合土壤定期翻耕、秸秆还田和有机肥等措施,进行了植物群落人工配置建设工作。主要考虑加速土壤改良、增加植物物种多样性,丰富湿地景观。人工配置植物群落在发挥景观效果、改良土壤的同时,其本身的碳汇能力和碳封存能力也非常值得关注。本研究结合遥感和立地验证,对崇明东滩湿地公园区域内植被群落进行分类;在此基础上,进行了群落结构调查以及植物、土壤碳过程和生长过程测定;开发了基于过程的生态系统碳收支估算和评估模型;估算了东滩湿地公园植被群落类型碳固定、排放和封存能力。研究成果可为如何合理有效地管理围垦成陆的滩涂湿地,以最大限度地发挥其生态功能和经济价值提供科学依据。

  

五、队伍建设和人才培养

研究站共有研究人员15名,包括教授4名,副教授6名,讲师5名。目前已培养博士研究生15名,硕士研究生50余人,面向社会培养湿地科学志愿者百余人。

  

六、学术交流

野外站广泛开展国际学术交流。目前已接待来自上海大学,上海师范大学、上海水产大学、海南大学、上海绿洲生态保护交流中心等国内外高校与研究机构的客座研究人员数十人,实现国内外专家互访二百余人次,国际上与美国俄亥俄州立大学,杜兰大学,西北太平洋国家重点实验室建立了良好的合作关系。相继成为上海市能源作物育种及应用重点实验室崇西基地湿地国际湿地人才培训基地(亚洲地区的唯一基地)(Training Base for Wetland—Wetlands International),全球湿地协作联盟成员单位Member of Global Wetland Consortium)和中美绿色合作伙伴崇西科学实验中心Research Center for the EcoPartnerships Framework for the Ten Yeqr Cooperation on Energy and Environment between the United States of America and the People’s Republic of China)。通过共同申请承担科研项目、举办或参加国际会议、进一步加强国际国内的合作与交流,不断提高研究站的科学研究能力和科研成果的水平,使研究站成为有较高知名度的国际上一流的湿地科学观测研究站。

  

七、公共教育和示范

实验站已面向社会培养湿地科学志愿者百余人为给有志于投身湿地生态科研事业的同学们更好的学习、实践的机会。多次为上海市中学师生团体开展湿地科学科普宣传活动,以讲座及座谈的形式向广大中学生普及湿地的定义。生物多样性、生态服务功能等湿地知识,宣传对生态及环境的保护理念,年均为近百人次提供科普教育服务。