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  夏日,走进辽宁清原森林生态系统国家野外科学观测研究站,这里绿树成荫,郁郁葱葱;溪水潺潺,清莹秀澈。

  清原森林野外站依托中国科学院沈阳应用生态研究所建设,位于辽宁省抚顺市清原满族自治县山区,地处长白山余脉龙岗山北麓,主要森林类型为次生林,代表着东北典型的温带森林生态系统。清原森林站区域内的长沙河流域是沈阳、抚顺两市的母亲河——浑河的西源头、大伙房水库上游水源安全保障的源头区,也是辽东山区重要珍稀濒危物种栖息地和重要生态屏障区。

  近年来,清原森林站充分利用信息化手段推动林学、森林生态学等传统学科的科研范式变革,开展森林碳汇精准核算、森林生态系统水源涵养等复合生态功能的科学研究;以生态科技助力林下经济发展和乡村振兴,为区域生态文明建设提供科技支撑。

  智能管理

  森林是陆地最重要的生态系统之一。森林生态系统是巨大的碳汇,固碳能力十分可观。精准核算森林碳汇,对我国尽早实现“双碳”目标、维护国家生态安全具有重大意义。不过,沈阳生态所科技处处长王绪高坦言,当前森林碳汇核算不确定性大、森林三维结构不清、关键碳汇形成机制仍不清楚;其中,森林碳通量的精准计量是解决上述问题的关键前提。

  为了提高森林碳汇的核算精准度,清原森林站在独立流域内建立3座观测塔,组建科尔塔群监测平台,通过信息化技术手段,高质量地获取森林生态系统的全息三维结构与动态、通量监测数据和生态水文数据。

  滕德雄,作为沈阳生态所一名特别研究助理,他每个月至少要来清原森林站两三次,围绕科尔塔群开展科研工作。滕德雄说,“塔群平台上增设了冠上物候相机、林下光量子矩阵传感器和鱼眼相机等多类科研设施,对塔群固定样地群进行补充调查”。随着信息化、智能化的逐步推进,他现在只需坐在清原森林站多功能数据中心的电脑前,就可以随时监测塔上实时传输回来的数据。

  沈阳生态所所长、清原森林站站长朱教君介绍,多功能数据中心可以将科尔塔群、水文站和实验样地内的仪器设备采集到的数据即时传输至站区服务器,实现观测站区多源数据高效管理;再通过一体化在线监测管理系统,整合各类数据资源,以标准化、模板化的应用服务接口对外提供各类数据服务,实现数据共享和智能化管理,精准有效核算区域森林碳汇。

  “以科尔塔群为纽带,依托数据中心等信息化平台建设,融合大数据、人工智能、物联网等先进的信息化技术,打造数据获取、自动传输、智能分析、管理决策、可视化的全链条信息化平台,实现森林生态系统多尺度、多要素、多过程长期碳通量观测数据的联网获取与存储、计算与分析、质控与共享、展示与应用,以信息化手段全面提升森林碳汇研究的科研范式变革,建立精准的森林碳储量核算机制。”朱教君表示。

  科技支撑

  家住沈阳、工作在抚顺的邓朔,常常开车在两地之间奔波。她对沈阳、抚顺两市的母亲河——浑河很有感情,也感受到了浑河这几年的巨大变化。

  “浑河水越来越清澈了,岸边越来越绿了,空气更清新了,周末我经常喜欢在河边遛弯,很享受在河边的时光。”邓朔谈到浑河的变化时嘴角上扬,眼神中流淌着喜悦。

  浑河的变化,除了得益于流域的生态治理外,与清原森林站打造跨尺度森林水文过程研究平台,为服务区域生态水安全提供科技支撑有一定关联。

  监测水位、流速、年径流量、年降水、蒸发、坡面径流、土壤含水量及流域内植被和土壤情况……在次生林生态系统水文观测平台,朱教君经常带领他的博士生、硕士生研究次生林生态系统水文情势和过程。

  朱教君说,在核心独立小流域(536.4公顷)内,结合观测塔群和激光雷达技术,可高质量地获取生态水文数据,借助多功能数据中心开展水文实时监测,为森林水文监测与研究提供长期支撑平台。

  “我们研究森林生态系统不同层次的水文过程与环境的互馈机制,认识环境变化下森林水循环过程及其与生物因子的关系;从冠层—生态系统—小流域—集水区尺度,跨尺度量化森林水文过程及各组分贡献率;分析森林类型与结构对水量/水质的影响,探索森林水源涵养服务功能的形成机制。努力打造以森林水文学与生态水文学为核心的监测研究平台,为保障区域生态水安全提供科技支撑。”朱教君表示。

  “针对东北温带森林生物多样性维持机制不清、生物多样性下降等问题,依托大型森林监测样地平台研究不同物种对周边生物多样性的作用,开发野生植物资源实时在线监测系统,保护珍贵野生植物资源;开发野生动物资源实时在线监测系统,实现野生动植物资源自动监测、传输和识别一体化技术变革,为森林生物多样性维持与改善提供科技支撑。”清原森林站高级工程师孙一荣说。

  多效合一

  在抚顺市清原县夏家堡镇贾屯村,全村于上世纪80年代末就有农户开始林下参种植;2006年,村民真正有了自己的林地,这时掀起了林下参种植的热潮。截至目前,林下参种植户共有150余户,面积已达1.2万亩,10年以上人参成亩连片,年产值达千万元。

  林下种植人参已成为当地林农增收的重要途径之一。清原森林站副站长于立忠直言,他们在调研中发现,林下参在生长过程中对光环境要求较高,已有的林冠调控措施不能满足林下参的生长要求,导致林下参苗保存率极低,严重影响林下参的种植效益。为此,我们模拟野生人参的生长习性和生态环境,将人参籽播种或将参苗栽到土壤适宜、排水透气性良好的林分内。

  于立忠介绍,将透光分层疏透度(OSP)精准量化技术应用于林下参培育过程,改变以往上层阔叶树的调控高度与精度,实现对林下参上方(0.5m)OSP的准确量化,进而进行精准调控,大幅提高了林下参的成活率。同时,模拟自然环境,在自然干扰形成的大林窗下种植五味子,在小林窗内栽植细辛、刺五加等,形成林药复合经营模式。

  “清原森林站通过创新技术改善了林下参的光环境,提高了林下参的产量,增加了村民的种植收益,助力了乡村振兴。”贾屯村党支部书记张庆财告诉记者。

  沈阳生态所副所长卓君臣表示,“我所在的不同类型生态系统地区建设了多个野外台站,不仅是科学研究的重要平台,同时也积极为当地经济社会发展提供科技支撑”。除了林药高效经营模式外,林菜高效经营模式也是林下资源高效利用的典型案例。例如,清原森林站依托近成熟落叶松人工林,加大抚育强度,利用林下空间与生态环境,在林下人工栽植大叶芹和刺龙芽等山野菜,形成林菜高效复层经营模式,通过发展林下经济有效实现多重效益的协调统一。

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作者 绿色华夏网

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