中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所 烏魯木齊 830011

中國科學(xué)院阿克蘇水平衡試驗站*

中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所 烏魯木齊 830011

阿克蘇水平衡試驗站位于新疆阿克蘇，地理坐標：東經(jīng) 80°45′，北緯 40°37′，海拔 1 030 m。站區(qū)多年平均氣溫11.2oC，降水 45.7 mm，無霜期 207 天。阿克蘇站建于 1982 年，2002 年成為新疆五大灌溉試驗站和中科院特殊環(huán)境與災(zāi)害網(wǎng)絡(luò)研究站，2005 年進入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外研究站網(wǎng)絡(luò)，2008 年進入中科院生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)，2011 年進入農(nóng)業(yè)部耕地保育研究網(wǎng)絡(luò)。

阿克蘇站位于我國最大內(nèi)陸河-塔里木河的平原荒漠-綠洲區(qū)內(nèi)，所在區(qū)域是塔里木盆地極端干旱背景條件下分布的最大綠洲，也是我國最大的棉花生產(chǎn)區(qū)；同時這里是塔里木盆地水系變遷最劇烈的區(qū)域，也是塔里木河流域農(nóng)田水分消耗最大的區(qū)域，是監(jiān)測與研究極端干旱區(qū)綠洲農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水分、鹽分和養(yǎng)分過程變化規(guī)律、節(jié)水灌溉理論和技術(shù)示范以及綠洲農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的理想場所，極具典型性。

阿克蘇站緊緊圍繞內(nèi)陸河流域水循環(huán)過程與模擬，重點研究氣候變化和人類活動下水資源利用、土地開發(fā)、生態(tài)建設(shè)過程中的環(huán)境變化與演變規(guī)律，揭示綠洲生態(tài)系統(tǒng)水土平衡、水鹽平衡過程與變化趨勢，闡明綠洲生態(tài)安全、穩(wěn)定性和可持續(xù)發(fā)展的問題與對策為研究目標，在綠洲生態(tài)過程與綠洲農(nóng)業(yè)、綠洲環(huán)境演變與生態(tài)修復(fù)、農(nóng)業(yè)資源開發(fā)利用與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展等領(lǐng)域開展理論探索與原創(chuàng)性研究。

1 主要研究方向

瞄準國際極端干旱區(qū)研究發(fā)展前沿，面向荒漠-綠洲生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求，以水循環(huán)過程為核心，開展資源生態(tài)環(huán)境相關(guān)要素（包括水、土、氣、生）的長期定位監(jiān)測、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的積累與資源生態(tài)環(huán)境演化趨勢分析和預(yù)測；研究荒漠-綠洲生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和生產(chǎn)率以及各種亞系統(tǒng)（水、土、氣、生）中及之間的物質(zhì)循環(huán)過程與能量轉(zhuǎn)換規(guī)律與相關(guān)調(diào)控理論的建設(shè)；開發(fā)節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)地新技術(shù)體系以及綠洲農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展模式的構(gòu)建與試驗示范。為干旱區(qū)綠洲生態(tài)環(huán)境建設(shè)、資源持續(xù)利用、農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局的優(yōu)化及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展提供理論依據(jù)和示范優(yōu)化模式。

（1）內(nèi)陸河流域不同下墊面水熱鹽氣過程與規(guī)律。研究內(nèi)陸河流域不同下墊面水、熱、鹽、氣與能量的交換特征， 探明不同下墊面水、熱、溶質(zhì)遷移規(guī)律，揭示荒漠-綠洲生態(tài)系統(tǒng)水、熱、鹽、氣交換機制，探索流域水循環(huán)過程改變的生態(tài)效應(yīng)，為流域的水資源合理分配提供科學(xué)依據(jù)。

（2）內(nèi)陸河流域關(guān)鍵生態(tài)過程與調(diào)控機制。研究生物產(chǎn)量形成的生理生態(tài)學(xué)過程、農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分循環(huán)、水肥耦合效應(yīng)及界面?zhèn)鬏斶^程，重點探索土壤-作物系統(tǒng)水肥熱最優(yōu)配置模式、土—水界面碳/氮通量與遷移規(guī)律，提出環(huán)境友好的水肥優(yōu)化管理模式，篩選農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康診斷指標，集成農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定高效管理技術(shù)體系與示范模式。

（3）內(nèi)陸河流域關(guān)鍵生態(tài)水文過程變化研究。研究個體—群落—景觀不同尺度植物耗水規(guī)律及植物生長與地表水-地下水的相互關(guān)系，探索內(nèi)陸河流域尺度水-經(jīng)濟-生態(tài)的協(xié)調(diào)關(guān)系，揭示荒漠植被格局與水文過程的耦合機理，為荒漠河岸林生態(tài)系統(tǒng)的管理和恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

（4）氣候變化對內(nèi)陸河流域水循環(huán)影響與適應(yīng)技術(shù)研究。研究流域氣候變化對水循環(huán)的影響，評估綠洲灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展對流域尺度水循環(huán)影響的生態(tài)效應(yīng)，診斷氣候變化與極端氣候事件發(fā)生的關(guān)系，確定區(qū)域氣候變化適應(yīng)的關(guān)鍵問題，建立區(qū)域氣候模式驅(qū)動的流域水資源系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)綜合適應(yīng)性評價模型，評估已有水資源利用與管理等方面適應(yīng)技術(shù)與措施。

2 研究水平與貢獻

阿克蘇站依托不同下墊面水、熱、溶質(zhì)運移過程的長期監(jiān)測，系統(tǒng)闡明了內(nèi)陸河流域農(nóng)田—灌區(qū)—流域尺度土壤水鹽運移規(guī)律，建立了綠洲棉田水肥熱優(yōu)化管理模式及灌區(qū)尺度水鹽調(diào)控策略，構(gòu)建了綠洲農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展理論體系。初步闡明了水面蒸發(fā)、農(nóng)田蒸散發(fā)、植物生態(tài)耗水規(guī)律，定量研究了荒漠植被格局與土壤水—地下水的互饋關(guān)系，揭示了典型植被格局生態(tài)-水文過程的相互作用機制。探索了氣候變化和人類活動對荒漠河岸林生態(tài)水文過程的影響機理，獲取了關(guān)鍵生態(tài)水文參數(shù)閾值，提出了綠洲農(nóng)田用水和生態(tài)用水的時空調(diào)配比例， 集成了適應(yīng)氣候變化的水土資源開發(fā)技術(shù)，對優(yōu)勢適應(yīng)技術(shù)進行了試驗示范，并推進把適應(yīng)氣候變化技術(shù)納入塔里木河流域水利工程規(guī)劃和生態(tài)建設(shè)中，為塔里木河流域水資源合理配置提供了理論依據(jù)。

利用阿克蘇站的水面蒸發(fā)、潛水蒸發(fā)的長期觀測數(shù)據(jù)，為山區(qū)水庫設(shè)計、平原水庫除險加固及無效蒸發(fā)消減等工程建設(shè)提供了技術(shù)咨詢服務(wù)；集成了山區(qū)水庫-平原水庫聯(lián)合調(diào)度技術(shù)、綠洲區(qū)地表水-地下水聯(lián)合開發(fā)技術(shù)、綠洲農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉等適應(yīng)氣候變化技術(shù)，建成了塔河干流 43 座生態(tài)閘人工漫溢管理、溫宿 1 000 畝棉-棗復(fù)合生態(tài)、庫爾勒 800 畝棉花高壓滴灌等 5 個示范區(qū)，為國家氣候變化報告提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和研究案例。

阿克蘇站的棉花膜下滴灌水/鹽/肥優(yōu)化調(diào)控技術(shù)，被廣泛用于指導(dǎo)綠洲農(nóng)田節(jié)水灌溉，兵團農(nóng)一師塔里木北部灌區(qū) 95% 的棉田、巴州灌區(qū)有 80% 的棉田、阿克蘇灌區(qū)有50%的棉田均采用膜下滴灌高效節(jié)水。僅塔北灌區(qū)每年節(jié)水超過 6 000 萬立方米，增產(chǎn)超過 800 萬公斤，平均每畝棉田節(jié)水 30%，增產(chǎn) 20%以上，極大促進了當(dāng)?shù)孛藁ǚN植業(yè)的發(fā)展。

5 年來，阿克蘇站先后完成了國家“973”“863”、科技支撐計劃、中國科學(xué)院和地方委托的 60 多項研究任務(wù)，總經(jīng)費達 5 500.5 萬元，與進入國家站前的 2005 年相比，研究經(jīng)費增加了55 倍。5 年發(fā)表論文 169 篇，其中 SCI/EI 論文 50 篇，CSCD 論文 119 篇，與進入國家站前的 2005 年當(dāng)年發(fā)表論文的 19 篇相比，2010 年當(dāng)年發(fā)表論文達到了60 篇。依托阿克蘇站完成的《塔里木河流域水資源與生態(tài)環(huán)境綜合整治研究》《干旱內(nèi)陸河灌區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)綜合技術(shù)體系研究與集成》《塔里木河流域水文過程研究》等，獲國家科技進步獎二等獎 2 項、自治區(qū)科技進步獎一等獎 3 項、自治區(qū)科技進步獎二等獎 3 項、自治區(qū)科技進步獎三等獎 1 項。獲得國家發(fā)明專利、新型實用專利、軟件登記共計 23 項。出版專著 3 部。

3 人才隊伍建設(shè)與研究生培養(yǎng)情況

實驗室現(xiàn)有固定人員 33 人，含正高級職稱 11 人，副高級職稱 5 人。其中，國家“千人計劃”入選者 2 人，中組部東部支疆學(xué)者 1 人，中科院“百人計劃”引進人才 4 人。在站工作的外國博士 5 人，國內(nèi)外學(xué)術(shù)機構(gòu)/期刊任職 6 人次，每年來站工作的研究人員達 40 多人。已形成一支以中青年科學(xué)家為主體、自主創(chuàng)新能力強、富有團隊精神的人才隊伍。近 5 年共培養(yǎng)畢業(yè)博士 15 名，碩士 35 名，聯(lián)合培養(yǎng)博士 2 名，碩士 6 名。每年接納 10—20 名塔里木大學(xué)畢業(yè)學(xué)生來站完成畢業(yè)論文。

4 能力建設(shè)和技術(shù)平臺

通過近 30 年的努力，阿克蘇站已經(jīng)建成了以站區(qū)為中心，從站區(qū)-灌區(qū)-流域—點-線-面相結(jié)合的干旱內(nèi)陸河流域水、土、氣、生各要素長期監(jiān)測體系，為干旱區(qū)綠洲水、土、氣、生過程與變化規(guī)律、綠洲水土資源開發(fā)與利用及綠洲生態(tài)安全的研究、試驗示范和人才培養(yǎng)提供了良好平臺。在兵團科技局的大力支持下，阿克蘇站與塔里木大學(xué)共同創(chuàng)建了南疆人才教育科技創(chuàng)新基地。

阿克蘇站完成了臺站數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)平臺建設(shè)，實現(xiàn)了站區(qū)數(shù)據(jù)傳輸與野外監(jiān)測遠程數(shù)據(jù)傳輸自動化，建立了站網(wǎng)頁及數(shù)據(jù)共享平臺，出版了 4 部數(shù)據(jù)集，全部完成阿克蘇站原始數(shù)據(jù)的填報以及監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理入庫工作，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源的網(wǎng)絡(luò)共享。

5 開放交流

為促進學(xué)術(shù)交流與合作，阿克蘇站本著“開放、流動、聯(lián)合、競爭”的原則，與國內(nèi)外高校和研究機構(gòu)開展深入的合作和交流，面向國內(nèi)外科學(xué)家定期發(fā)布開放課題指南，積極吸引、鼓勵和支持國內(nèi)外學(xué)者來實驗室從事合作研究，吸引了一大批國際同領(lǐng)域的專家學(xué)者作為訪問學(xué)者來阿克蘇站開展訪問并從事合作研究。5 年來，先后與以色列、美國加州大學(xué) Riverside 分校、德國霍因海姆大學(xué)、德國吉森大學(xué)、慕尼黑理工大學(xué)的專家，在農(nóng)田灌溉、流域水文生態(tài)過程模擬、植物水分生理等，開展了廣泛合作與交流，有 105 名國外專家、學(xué)生先后來站交流與工作。與中亞地區(qū)國家的學(xué)者和肯尼亞等南非國家的學(xué)者建立了學(xué)術(shù)關(guān)系。

經(jīng)過 3 年的努力，阿克蘇站與德國慕尼黑理工大學(xué)水資源所共同申請的德國政府 BMBF 項目《塔里木河綠洲可持續(xù)發(fā)展管理》（Sustainable management of river oases along the Tarim River，簡稱 SuMaRiO 項目）于 2010 年 11月獲得批準，總經(jīng)費 760 萬歐元。該項目已于 2016 年 3 月通過驗收，在中德雙方以往合作的基礎(chǔ)上，共同關(guān)注了塔里木盆地氣候變化對流域水資源利用的影響、與水有關(guān)的生態(tài)脆弱性、農(nóng)林業(yè)對氣候變化的適應(yīng)技術(shù)、氣候變化對社會經(jīng)濟的影響與適應(yīng)等熱點問題，進一步增進了德國科學(xué)家對塔里木河流域的全面了解，提升了阿克蘇站積極參與國際合作研究的能力。

5 年來，先后建立了科技陳列品（如動植物等展示標本、實物展品等）、科普展板、科普模型等 1 000 多件，策劃舉辦科普夏令營 3 場、開展科技下鄉(xiāng)等 10 場（次），參加人數(shù)達 1 500 人次。

（相關(guān)圖片請見封三）

* 修改稿收到日期：2017年 1月10日