每次与省政协常委、中国科学院亚热带农业生态研究所(以下简称亚热带生态所)所长陈洪松见面,他都会耐心地提醒记者:“我的研究主战场在广西喀斯特区。”
近日,2023年度国家科学技术奖在北京揭晓。陈洪松作为第二完成人,参与的“西南喀斯特区石漠化治理与生态服务功能提升关键技术及应用”项目成果,荣获国家科技进步奖二等奖。面对荣誉,陈洪松谦逊地说:“30多年来我们所持续在喀斯特区开展科技攻关,这次获奖更多的是对全所石漠化综合治理与科技扶贫工作的肯定。”
从探索喀斯特区石漠化成因,到服务喀斯特区可持续发展,自2003年起,陈洪松用科技护佑一方水土,持续在喀斯特区从事生态水文与水土保持研究工作,促进喀斯特应用基础研究,为西南喀斯特区石漠化治理和生态衍生产业发展提供了有力的科技支撑。
陈洪松正在利用稳定同位素质谱仪研究植物水分来源。政协融媒记者 闫利鹏 摄
扎根环江
开展石漠化水土研究
石漠化是喀斯特区土地退化的极端形式,广西壮族自治区是全国石漠化最严重的地区之一。在广西河池市环江毛南族自治县,喀斯特地貌非常普遍,石漠化尤为突出。
“第一次来到环江县古周村是在2003年,当时交通不便,当地随处可见岩石裸露,地面坑坑洼洼,石漠化严重,村民也处于深度贫困之中。”陈洪松说,当时的情形让他极为震撼,他暗下决心要运用所学去认识和治理这片土地。
此前,陈洪松师从中国土壤物理领域著名学者邵明安院士,开展黄土高原的水土保持研究。喀斯特和黄土高原一样,都是生态脆弱区,但西南喀斯特区石漠化问题,在当时受到的关注度远不及黄土高原,相关基础研究也很薄弱。
毕业后,陈洪松跟随亚热带生态所王克林研究员,针对喀斯特区水土流失危害大、石质生境植被恢复难等课题进行攻关。从1994年开始,亚热带生态所的科研人员扎根环江县,开展科技扶贫和生态移民,被联合国教科文组织称为“肯福模式”——一种成功的生态移民与科技扶贫模式,旨在帮助喀斯特地貌区的群众脱贫。
黄土高原的水土流失,主要是通过退耕还林还草、大规模植树造林等方式来改善。那么喀斯特区石漠化的水土流失为何不适宜这些方式?有研究人员告诉陈洪松,当地岩石裸露,降雨量大,水土流失严重,且喀斯特区植被易被破坏——雨水侵蚀严重,地表径流容易把小树苗冲走,幼苗也难以存活,容易导致石漠化。
“不做基础研究和野外观测研究,很多现象的成因就容易凭空想象。”一来到亚热带生态所,陈洪松便开始带领研究生们围绕石漠化土壤性质时空变异展开研究,探索人为干扰对水分养分变化的影响。
当时亚热带生态所古周基地条件异常艰苦,手机没有信号,很难与外界联络。为了完成土壤样品采集工作,陈洪松曾在近乎失联的状态下和研究生们连续奋战了一月有余。
建设观测站
探究石漠化成因
“为了更好地开展基础研究,所里提出在环江县建设一个定位观测研究站。”自2004年开始,陈洪松作为核心成员参与建站,并负责样地规划。2005年12月,亚热带生态所与广西壮族自治区水利厅、环江县政府联合共建的国家生态系统野外科学观测研究站正式成立。
地表的水土流失情况怎样?石漠化是如何形成的?每到下雨时,陈洪松和团队就去研究站建立的13个大型径流小区观测。他们发现,径流小区的地表几乎没有连续的地表径流,侵蚀也少;但耕作较大的玉米地,有人为扰动就会加剧土壤侵蚀。
“早期囿于资金原因以及喀斯特地区地下径流观察难度大,只开展了地表径流观测。研究表明,进一步探明地下的水文过程非常必要,于是我们修建了12个标准径流小区,观测地表地下水文-侵蚀过程,发现人为扰动下喀斯特土壤是地下漏失为主。”陈洪松说。
通过观测地下水文过程,结合同位素示踪技术和模型模拟,陈洪松从不同尺度综合分析了土壤-表层岩溶带的水文调蓄功能及影响机制。在此基础上,陈洪松还带领团队改进了传统径流冲刷侵蚀模型,提高了喀斯特流域水土流失模拟精度。
最终,定位监测与模拟结果支撑了西南喀斯特地区土壤允许流失量标准的调整和水土保持综合治理规划的修订,为区域水土保持效应定量评估提供了重要支撑。
为此,陈洪松荣获中国科学院王宽诚西部学者突出贡献奖,入选湖南省121创新人才工程第一层次,并享受国务院政府特殊津贴。
围绕石漠化治理
探索解决新问题
石漠化治理中,植被恢复是重要一环。除去人工造林外,如何自然恢复植被,不同生境的植物水分来源如何?随着研究不断深入,陈洪松和团队也在持续探索新问题。
带着这些疑惑,通过承担的国家自然科学基金重点项目,近年来陈洪松团队围绕喀斯特关键带水文过程开展了一系列研究,揭示了喀斯特坡面和小流域降雨-产流规律,阐释了不同生境植物水分适应机制。
陈洪松发现,当地降雨量大,但是降雨强度小;降雨强度要超过岩土界面稳定入渗率,才能产生地表径流。相关研究不仅丰富了对喀斯特生态水文学的认识,也为生态修复和水文过程调控时工程措施和适宜物种选取提供了科学依据。一些成果还被有关部门应用到水土流失综合防治、植被适应性恢复以及特色生态产业培育中,支撑了科技扶贫。
针对喀斯特区地表地下的土壤养分流失,去年,陈洪松申请到国家自然科学基金地质联合基金重点项目——喀斯特关键带土壤-养分多界面流失的水文驱动机制,目前正在开展研究。
经过亚热带生态所科研人员30余年的不断努力,西南喀斯特区域石漠化面积开始逆转,其中尤以广西的减少速度最快,不少地区绿进石退,满山苍翠。
“2003年,环江站只有6位研究人员,如今发展到了40余人,早期我带着在野外采样的研究生们,大多毕业后也留在了研究所。”上周,陈洪松去了一趟环江站,指导新一批学生的选题和野外观测工作,看到持续发展的队伍,陈洪松很是欣慰。
陈洪松说,在科技帮扶的过程中寻找科学问题。目前,石漠化治理的主要内容是要兼顾生态、生产、生活,进行“三生”融合,接下来的研究方向就是为生态、生产协同提升而努力。
文 | 政协融媒记者 肖君臻