地理研究地理研究

地理与海洋研究院野外科学观测研究网络

野外科学观测研究站是重要的科技创新基地,其建设工作一直受到国家的高度关注。《"十三五"国家科技创新规划》明确提出"围绕生态保障、现代农业、气候变化和灾害防治等国家需求,建设布局一批野外科学观测研究站,推动野外科学观测研究站的多能化、标准化、规范化和网络化建设运行,促进联网观测和协同创新"。省部级重点实验室依据广西自然条件的地理分异规律,面向广西、泛北部湾及东盟国家等的生态建设和社会经济发展的战略需求,主持建设一系列陆地生态系统关键带野外科学研究站(包括十万大山森林站、弄岗喀斯特站、金钟山森林站、百色芒果试验点、崇左甘蔗综合生态遥感试验站等)、海洋生态环境监测站(包括茅尾海研究点、钦州大蚝监控站、北海金鲳鱼监控站等)和北部湾海洋牧场智慧服务平台,并与其他科研单位联合共建了一系列野外科学研究站(包括环江喀斯特站、果化喀斯特站、大瑶山森林站、黄冕桉树人工林综合生态遥感试验站等),这些野外观测站点形成一个较为完整的科学观测研究网络,是全面推进广西绿色发展与科技创新体系建设的重要平台,在解决地方乃至国家生态建设的重大科技问题、构建生态安全格局、服务生态文明建设、支撑国家外交和国际履约等方面都发挥着重要的作用。

 (一)陆地生态系统关键带野外科学研究站

北部湾防城港海陆交互关键带野外科学观测研究站是南宁师范大学与广西防城金花茶国家级自然保护区管理局联合共建。研究站以十万大山极其丰富的生物多样性为基础,以保护区内珍稀濒危植物和药用植物资源(如东兴金花茶、十万大山苏铁、紫纹兜兰、金毛狗脊、铁皮石斛等)为研究对象,综合研究北部湾生物多样性保护与生物资源可持续利用;发挥海河山城交错的地缘优势,将十万大山保护区、防城金花茶保护区、茅尾海红树林保护区和防城港市联合起来,推动研究陆海一体的生态安全格局的演变特征与维持机制,探索陆海协调、人海和谐的沿海城市发展新模式。在此基础上,综合评价海陆自然生态系统为北部湾城市群的发展提供的各种生态产品,推动自然生态系统与城市间生态共建、环境共治,为宜居宜业的蓝色海湾城市群发展奠定基础。

弄岗北热带喀斯特关键带野外科学观测研究站是南宁师范大学与广西弄岗国家级自然保护区管理局联合共建。弄岗处于我国热带北缘,喀斯特地貌典型,植被为世界上罕见保存完好的岩溶地区热带季雨林。弄岗站以森林、灌草丛、农田等生态系统为对象,利用的现代化设备仪器实现生态系统关键过程的自动化观测,发展野外台站-无人机-航空航天立体观测网络以及多源数据同化融合算法与模型,建立山水林田湖草大数据平台,系统研究北热带喀斯特地区生态环境特征及其时空演变规律,山水林田湖草生态系统结构功能、交互作用、调控原理及其对全球变化的响应等,因地制宜地提出合理开发利用喀斯特地区自然资源、改善生态环境、恢复重建退化生态系统的途径和措施,为喀斯特区域山水林田湖草的系统治理提供技术支持。弄岗喀斯特站的建立不仅完善我国西南喀斯特野外科学研究网络体系,为我国典型脆弱区的山水林田湖草系统统筹共治提供立体观测网络及多源数据同化融合算法与模型等技术支撑,而且还可以立足北部湾经济区,将相应的研究成果推广至以越南北部热带喀斯特地区为代表的东盟国家,积极推动中国与东盟在环境保护、气候变化合作和区域可持续发展等领域的国际合作。

广西金钟山森林生态观测站由南宁师范大学(主持单位)、中国科学院植物研究所、右江民族医学院和金钟山黑颈长尾雉国家级自然保护区联合承建。金钟山位于广西丘陵向云贵高原过渡的中间位置上,属南亚热带季风气候区,地带性植被为季风常绿阔叶林,除兼东、西部特点外,而且还具有区域自身的特色,生物多样性极高,生物种类和生态系统类型丰富。金钟山站以金钟山为中心、辐射滇黔桂关键区域,聚焦生物学、生态学、环境科学、中药学等学科的前沿领域,建立多学科交叉的综合科研与示范平台。金钟山森林站的建设,补充完善国家在常绿阔叶林地区野外台站建设的战略布局,满足国家建设西江上游生态功能区、提升生态系统服务功能、保障西南地区生态安全的重大战略需求。同时,金钟山站将以25公顷森林动态大样地及其卫星样地群为框架构建多学科综合研究平台,加入中国森林生物多样性监测网络(CForBio),占领广西高校野外台站制高点。

大瑶山森林生态系统站是以南宁师范大学作为主要技术支撑单位之一的野外观测台站。台站将遥感影像信息和地面监测站采集水土气生等信息相结合,反演大瑶山自然保护区生态环境,搭建大瑶山生态环境动态监测平台;发展遥感驱动的生态系统过程模型,耦合生态系统关键服务功能的相关生态过程,同化地面和遥感数据,揭示生态系统生产力和碳汇、水源涵养、保育土壤、改善空气质量、维持生物多样性等关键服务功能形成机制,为生态系统服务功能综合评估提供支撑;构建基于"数据结构的标准化"+"数据的标准化"的大瑶山自然保护区一体化监管综合平台,形成自然保护区现代化管理共享示范。

环江喀斯特站和平果喀斯特站是省部级重点实验室分别参与中国科学院长沙亚热带农业生态研究所和中国地质科学院岩溶地质研究所合作建立的野外观测台站。台站以喀斯特生态系统的基础研究与应用示范为主,研究内容包括喀斯特峰丛洼地区域石漠化发生或恢复过程的机理及其关键影响因子,以及喀斯特地区退化生态系统修复的生态环境效应。现有木连观测站、古周观测站点、木论观测站等台站,拥有激光雨谱仪、树木茎杆截流测量系统、自动记录雨量计、涡度相关仪、蒸渗仪和水蚀监测系统等相关仪器设备,能够对气象、土壤、植被等环境因子进行观测。

(二)中国(广西)-东盟生态遥感综合试验站(Supersite)

以广西-东盟高光谱遥感信息大数据与应用及石漠化治理技术为目标,推动高光谱遥感信息机理以及石漠化生态恢复研究,打造中国-东盟高光谱信息中心和合作平台。建立集传统生态定位站,涡度相关站和遥感地面实验站于一身的Supersite野外地面综合生态遥感试验站(地基和塔机平台)网络,使之成为国际SpecNet的重要组成部分。在此基础上可以进行反射信息的物理和生物学机制研究,建立不同层次含生物学机制的辐射传导模型,为从遥感信息反演植各种参数提高坚实的生物学基础。目前由我们实验室主导在建有百色芒果综合遥感实验站和崇左甘蔗综合遥感实验站,和广西植物研究所合作建成桂北次生常绿落叶阔叶林站、桂北喀斯特退化灌丛生态系统站,桂北桉树人工林站。在试验站内开展地-空结合,建立目标树的生物地理信息数据,进行长期同步观测植被不同尺度蒸散(茎流)、土壤温湿度时空分布、剖面垂直变异和土壤水分平衡(中子管、蒸渗系统)、定期同步测定植被不同尺度光谱及生化和物理参数、观测塔上仪器的长期自动观测(涡度仪和气象站)、室内土壤水分动态和高光谱测定等。

(三)北部湾海洋牧场地理时空立体化数据采集平台

教育部重点实验室与广西科学院、中国科学院测量与地球物理研究所、江苏中海达海洋科技有限公司共建海洋牧场地理时空立体化数据采集平台,选取钦州茅尾海海洋牧场规划区为数据采集区域,基本覆盖整个茅尾海,面积约135km2。设置海上浮标五参数水质仪、便携式水质仪、北斗三号卫星导航终端、多波束侧扫声纳、海洋大地测量基准和应答器、水下/水上一体化视频监控系统、水下机器人等,进行海洋牧场多源异构数据采集。建立网格化水质监控体系,以矩形网格法对研究区进行划分,将网格内定点采集海水样品的包括时间、位置、温度、盐度、溶解氧(DO)、酸碱度(pH)、浊度等指标,进行水质环境监测和水动力运行模型研究。采集海洋(水上/水下)高精度导航定位数据、建立海上/海下位置服务原型系统。

建立海洋牧场智慧服务示范区,建成"五个一,三套装备和三个平台",即一个地理时空数据集、一个核心示范区、一个展示厅、一个监控室、一个交易中心;三套装备(信标、测深、北斗多功能装置);三个平台(大数据立体采集网名平台、网格化处理平台和智慧服务平台)。 针对北部湾茅尾海两千多户蚝农示范应用,并推广到北部湾、我国沿海,并辐射越南、泰国等东盟国家。

(四)海洋生态环境监测站

钦州和北海生态环境综合监测平台是与广西沿海水文水资源局合作筹建的海陆生态环境监测平台,重点关注北部湾海洋以及海岸带生态环境监测。实验室配置有气相色谱仪、高效液相色谱仪、质谱仪、原子吸收分光光度计、有机碳分析仪、荧光生物显微镜等仪器,能够适应和满足海洋环境监测工作的需要。

近5年来,这些平台支持实验室承担的国家和省部级各类科研项目达100余项,同时还与国内外多家科研院所保持紧密合作关系,为学科发展和科研工作做出了贡献。