廣西陸地生態系統定位觀測研究的網絡建設

盧 峰，蔡會德，蘇宏新，童德文，文 娟，梁永延，覃志偉，羅蔚生

(1.廣西壯族自治區森林資源與生態環境監測中心，廣西 南寧 530020； 2.廣西大瑤山森林生態系統國家定位觀測研究站，廣西 來賓 546100； 3.南寧師范大學廣西地表過程與智能模擬重點實驗室，廣西 南寧 530001)

長期定位觀測是研究生態系統的重要手段[1]。為解決生態學、環境科學、全球氣候變化、可持續發展等重要問題，在20世紀80年代，生態定位站研究工作得到各國政府的大力支持和認可。隨著網絡和信息技術的飛速發展，生態系統觀測研究已不再局限于單個站點，而是向全球化、網絡化的跨國家、跨地區、多站參與的研究體系轉變。在全球尺度上，有國際長期生態研究網絡(ILTER)、聯合國陸地生態系統監測網絡(TEMS)、全球陸地觀測系統(GTOS)等[2-3]。在國家尺度上，有美國長期生態學研究網絡(US-LTER)[4]、英國環境變化網絡(ECN)[5]、加拿大生態監測與評估網絡(EMAN)[6]，以及中國的國家生態系統觀測研究網絡(CNERN)[7]、中國生態系統研究網絡(CERN)和中國陸地生態系統定位觀測研究站網(CTERN)等[8-9]。在省域尺度上，廣東[10]、上海[11]、云南[12]、山西[13]等根據當地經濟社會、林業和生態建設發展需要，以國家級野外定位觀測臺站為骨干構建了本省(市)的陸地生態系統定位觀測研究網絡，開展了相關研究和建設，并且達到了一定規模，在縱向銜接國家生態站網絡布局、橫向融入周邊省份生態網絡聯網觀測中起到不可或缺的作用。

廣西林草資源稟賦，全境位于珠江流域水系中上游，是西南巖溶石漠化分布重點區，生態區位尤為重要，對于維護中國—東盟生態區、粵港澳大灣區等周邊區域生態安全起到重要的作用，是我國南方重要的生態屏障。1979年，李治基和李信賢帶領的研究團隊在廣西境內建立了7個森林生態系統定位研究站，對森林生態系統中的森林氣象、水文、土壤微生物、營養物質循環及森林群落、昆蟲和鳥獸等進行了系統研究，填補了國內同類研究類型上的空白[14-16]。2000—2001年，中國科學院和中國地質調查局分別在廣西環江縣和平果市建立喀斯特生態系統觀測研究站，對喀斯特生態系統演替過程及其生態環境效應、生態系統退化機理與恢復技術等進行觀測研究，構建了石漠生態系統人為調控技術體系與模式[17-19]。2008—2017年，廣西相繼建設了漓江源、大瑤山、友誼關和憑祥(竹林)等森林站及北海紅樹林濕地站，成為廣西首批加入國家陸地生態系統定位觀測研究網絡的5個生態站，同時建立了省級的七坡桉樹站。

目前，廣西已建成包括森林(竹林)、濕地、荒漠(石漠)3類生態系統的生態站，通過長期連續基礎數據獲取、自然現象和規律認知及相關研究，其成果對推動生態相關領域方向發展發揮了重要作用，取得了一定成效。但從構建本省(區)的定位觀測研究網絡考慮，在生態站布局、數量、覆蓋類型等方面仍存在不足，雖然廣西國土面積平均每475萬hm2內建有國家級臺站1個，但是低于云南、貴州、廣東等7個省份[20]，且區域內在城市生態和草地生態定位觀測研究方面還是空白；從支撐國家林草生態綜合監測的總體要求來看，現有的林草生態網絡及其監測與研究仍顯薄弱，也難以滿足區域林業高質量發展和生態環境保護的需要。因此，廣西急需升級優化現有的國家臺站，規劃布局一批各類型生態系統定位站，科學構建長期定位觀測研究網絡平臺，旨在助推生態文明建設和綠色發展，持續擦亮“山青水秀生態美”的金字招牌，促進人與自然和諧共生的中國式現代化壯美廣西建設。

1 研究區概況

1.1 自然地理條件

廣西地處中國南疆，地理坐標為104°26′—112°04′E，20°54′—26°24′N，地勢西北高，東南低，屬亞熱帶季風氣候區，年均氣溫17～23 ℃，年均降雨量1835mm。其地理位置獨特，東連粵港澳大灣區，南臨北部灣，背靠大西南，面向東南亞，是中國唯一與東盟國家陸海相鄰的省區[21]。

1.2 廣西資源現狀及特點

1.2.1 森林生態系統

廣西跨北熱帶、南亞熱帶和中亞熱帶3個生物氣候帶[22]，生物多樣性富集，生物多樣性豐富度居全國第三位，是全球生物多樣性熱點地區之一[23-24]，其森林資源豐富，森林覆蓋率居全國第三位，是全國重要的森林生態優勢區，在國家生態安全和生態文明建設戰略格局中具有重要地位。全區有保存完好的常綠闊葉天然林，可分為4個植被型綱，2個植被型組，722個群系，此外還有大面積的人工林和經濟林[25]。廣西森林植被分布具有明顯的緯度地帶性和經度地帶性[26-27]，包括南亞熱帶常綠闊葉林、典型常綠闊葉林、中亞熱帶典型常綠闊葉林以及人工純林和竹林等各類型森林生態系統，具有區域典型性和代表性，適合開展不同類型森林生態系統結構、功能、生物多樣性、氣候變化、物質循環和能量流動等方面的科學觀測研究。

1.2.2 濕地生態系統

廣西濕地資源豐富，類型多樣，有近海與海岸濕地、河流濕地、湖泊濕地、沼澤濕地和人工濕地5類25型，尤以喀斯特濕地和近海與海岸濕地最具地方特色[28]，現建有桂林會仙喀斯特、北海山口紅樹林、防城港北侖河口和北海濱海等4處國際重要濕地，其生態功能在國際和國家生態地位中占居獨特而重要的地位。境內濕地生物多樣性豐富，且具有一定的典型性和稀有性，有“植物大熊貓”——野生稻原生種(Oryzarufipogon)、海菜花(Otteliaacuminatavar.acuminata)、桃花水母(Craspedacusta)等珍稀瀕危保護動植物[28-29]，還有獨特的島群紅樹林(Rhizophoramangle)，是我國紅樹林的重要分布區。濕地生態系統多樣，珍稀植物和珍貴動物種類繁多，是開展濕地生態系統定位研究的理想場所。

1.2.3 石漠生態系統

廣西巖溶地貌廣布，巖溶發育強烈，屬西南巖溶石漠化重點區，是中國乃至全球熱帶—亞熱帶喀斯特發育十分典型的地區之一[30]。受巖性以及海拔高度變化的影響，形成了特殊的自然生態環境。其巖溶地區生物資源豐富、植被類型多樣，主要有熱帶雨林性常綠闊葉林、中亞熱帶典型常綠闊葉林、南亞熱帶季雨林化常綠闊葉林，種質資源豐富，生物多樣性指數較高[31-32]。據統計，廣西巖溶地區植物區系成分有175科662屬1500種，其中6科171屬834種為巖溶植被專有[33]，是我國17個優先保護的生物多樣性關鍵地區之一[34]，也是當今地球上少有的動植物基因庫，極具研究價值。

1.2.4 草地生態系統

廣西草地資源較為豐富，草地面積110.9萬hm2，名列南方省份的第三位，其分布廣泛，涉及全區的14個設區市，大體分布在桂北高寒山區、桂西干旱區、桂中地區、桂東地區、桂南及沿海灘涂區[35]。草地類型以熱性灌草叢類為主，分屬195科1352種，其中草本植物713種、灌木樹種426種、喬木樹種213種[35]，是中國生物多樣性的天然寶庫和資源基地之一，也是廣西重要的生態安全屏障和物種遺傳基因庫。

1.2.5 城市生態系統

廣西下轄南寧、柳州、桂林等14個地級市111個縣(區)，其中，國家森林城市10個，占廣西14個地市的71.4%，已建成以國家森林城市為統領的生態格局；全區城市建成區綠地面積約8.37萬hm2，綠地率為35.67%，人均公園綠地面積達到13.83m2，公園綠化活動場地服務半徑覆蓋率達到80%[36]；建有南寧市那考河濕地公園、北海市馮家江濱海濕地公園、防城港市北部灣海洋文化公園等具有代表性的城市濕地公園。城市生態系統重點聚焦城市森林、公園綠地、城市濕地等自然生態系統，以省會城市及北部灣城市群核心城市南寧，廣西副中心城市及重要工業城市柳州，中國對外開放國際旅游城市桂林，北欽防一體化的三市等重點城市為代表開展廣西城市綠地、生態系統功能與人為活動、經濟社會發展之間相互影響關系研究，對于填補廣西城市生態站建設的空白，實現城市森林生態系統功能的健康運行具有十分重要的意義。

2 研究方法

以典型抽樣思想為指導，采用多源數據分析與分層抽樣方法相結合的方法劃定邊界，選取適宜指標，綜合利用空間分析、系統聚類分析實現廣西生態地理區劃和臺站布局。

2.1 多源數據獲取

收集基礎信息數據，包括平均氣溫、平均降雨、森林植被、二級流域、主要土壤類型、優勢樹種和地形地貌等7個因素，以及濕地、草地、荒漠(石漠)和重點城市分布等數據。

2.2 空間數據預處理

采用ArcGIS 10.2軟件，對收集的多源空間數據進行幾何校正、格式轉換及錯誤信息校正，統一數據空間投影。

2.3 空間數據處理

采用ArcGIS 10.2軟件，在基于每個指標進行分層抽樣的基礎上，對氣溫區劃、降雨區劃、植被區劃、流域區劃、土壤分布、優勢樹種分布，以及濕地分布、草地分布、荒漠(石漠)分布和重點城市分布等圖層實施疊置分析，各圖層相互切割獲得多個分析斑塊，得到多圖層疊置分析圖。

2.4 系統聚類分析

利用SPSS 19.0軟件，在空間分析數據的基礎上，對切割后的斑塊信息作無量綱化處理后進行系統聚類分析，使分區指標相似度高的斑塊合并為同類，同時結合廣西植被分布特點、地形地貌、土地保護利用規劃等信息，對廣西的生態地理分區進行劃分確定。

3 結果與分析

3.1 建設布局

3.1.1 生態地理分區

根據分區方法和廣西陸地生態系統特征，將廣西全域劃分為9個相對均質的生態地理區(見圖1)：Ⅰ桂北中亞熱帶山地常綠闊葉林區、Ⅱ桂西北亞熱帶山原季風常綠闊葉林區、Ⅲ桂中亞熱帶石山季風常綠闊葉林區、Ⅳ桂中亞熱帶山地常綠闊葉林區、Ⅴ桂東北亞熱帶山地常綠闊葉林與馬尾松林區、Ⅵ桂東南南亞熱帶山地丘陵栽培植被林區、Ⅶ桂西南亞熱帶石山山地丘陵季雨林區、Ⅷ桂南十萬大山北熱帶季雨林區和Ⅸ桂南沿海北熱帶栽培植被林區等。

圖1 廣西生態地理分區Fig.1 The zone of ecological geographical in Guangxi Region

3.1.2 臺站布局

根據廣西生態地理分區特征，按照統籌兼顧、互聯共享、同類對比、可操作性等原則，在各生態地理區內選擇具有典型性、代表性的區域，統籌布局森(竹)林、草地、濕地、荒漠、城市五大類型生態定位觀測研究站，規劃建設25個生態站(含已建成的7個臺站)，其中森林生態站12個，濕地生態站6個，荒漠(石漠)生態站2個，草地生態站2個，城市生態站3個，詳見表1。

表1 廣西陸地生態系統定位觀測研究網絡布局Tab.1 Layout of field positioning observation and research network for terrestrial ecosystems in Guangxi Region分區數量生態站建設地點類型兼顧功能廣西漓江源站*貓兒山國家級自然保護區森林生態站兼顧退耕還林、重點公益林、珠江防護林監測點九萬山杉木與毛竹站九萬山國家級自然保護區森林生態站兼顧珠江防護林監測點Ⅰ5天湖站全州縣天湖景區草地生態站—臨桂會仙站臨桂會仙國家濕地公園濕地生態站—桂林站桂林植物園城市生態站—Ⅱ1金鐘山站金鐘山黑頸長尾雉國家級自然保護區森林生態站兼顧退耕還林、重點公益林、珠江防護林監測點Ⅲ2大明山站大明山國家級自然保護區森林生態站兼顧重點公益林監測點都安澄江河站都安澄江國家濕地公園濕地生態站Ⅳ2環江站*環江縣石漠生態站兼顧退耕還林監測點、石漠化綜合治理林草植被監測點柳州站廣西生態職業技術學院附屬沙塘林場城市生態站Ⅴ2廣西大瑤山站*大瑤山國家級自然保護區森林生態站兼顧重點公益林監測點大桂山馬尾松與闊葉樹人工林站大桂山鱷蜥國家級自然保護區森林生態站兼顧人工林監測點六萬山經濟林站國有六萬林場森林生態站兼顧人工林監測點Ⅵ3爽島森林站爽島國家森林公園森林生態站兼顧珠江防護林監測點、人工林監測點橫縣西津站橫縣西津國家濕地公園濕地生態站—廣西友誼關站*弄崗國家級自然保護區森林生態站兼顧人工林監測點廣西憑祥竹林站*中國林科院熱林中心森林生態站兼顧人工林監測點南寧桉樹林站*國有七坡林場森林生態站兼顧珠江防護林、人工林監測點Ⅶ7天等站天等縣草地生態站—大新黑水河站大新黑水河國家濕地公園濕地生態站—隴均站隴均自然保護區石漠生態站兼顧退耕還林監測點、石漠化綜合治理林草植被監測點南寧站南寧市城市生態站—Ⅷ1十萬大山站十萬大山國家級自然保護區森林生態站兼顧重點公益林、珠江防護林、沿海防護林監測點Ⅸ2廣西北海紅樹林站*北海市防護林場濕地生態站兼顧沿海防護林監測點北侖河口紅樹林站北侖河口國家級自然保護區濕地生態站兼顧沿海防護林監測點合計25———— 注: *為已建臺站。

3.1.3 布局合理性分析

(1)布局類型覆蓋合理

以規劃臺站為中心，外延20 km為半徑的范圍作為生態系統定位研究的區域，按1∶100萬植被分布圖進行疊加提取分析，布局臺站涉及植被大類5個，植被亞類14個，除森林生態系統外，同時考慮濕地、荒漠(石漠)、草地及城市等生態系統類型，布局類型覆蓋率為100%。

(2)布局規劃數量合理

廣西天然植被亞類14個，規劃布局滿足涵蓋所有植被亞類的條件，至少要建設臺站14個，加上考慮濕地、草地、荒漠(石漠)等生態系統一些特殊類型和重要山系分布情況，臺站總數至少在20個以上。規劃布局各生態系統臺站共25個，臺站密度由平均475萬hm2設置1個提高到平均95萬hm2設置1個。

(3)布局功能區域合理

結合廣西實際，規劃布局臺站選址以自然保護地、國有林場、國家公益林監測范圍為主，充分考慮了區內陸地生態系統的水源涵養生態功能區、水土保持功能區、生物多樣性功能區及重點城鎮群等功能區域。

(4)布局上下銜接合理

銜接國家林草生態系統總體規劃，充分考慮森林、濕地、草地、荒漠(石漠)及城市等生態系統類型在國家層面的重點布局，與各個生態功能區銜接，實現完全統一，在滿足國家陸地生態系統生態功能區監測需要的基礎上，結合廣西實際，對各類型生態系統臺站進行進一步的補充和完善與優化。

3.2 建設與發展重點

根據新時期國家科技創新和各學科領域科技發展需要，在滿足國家陸地生態系統長期定位觀測研究網絡布局及觀測要求的基礎上，以全面提高省級生態監測網能力為原則，圍繞各生態系統臺站的觀測任務和研究重點，通過高標準建設，統一標準、規范運行，提升觀測與科研能力，加強資源與數據共享，構建形成學科體系完整、空間布局合理、組織體系完善、開放共享與服務的省級生態站網絡體系。

3.2.1 建設重點

(1)建設標準化生態站

加快推進布局臺站建設，進一步完善省級臺站觀測網絡建設。將標準化建站理念貫穿生態站建設的全過程和各個環節，按照生態站建設的相關標準，規范建設內容，提高建設質量，建設一批高標準、高質量的生態站，充分發揮生態網絡的功能，服務區域與國家生態保護與社會發展。

(2)統一標準，規范運行

按照各生態系統相關觀測技術標準開展定位觀測，對各生態系統典型要素進行整體布控、全面監測，體現生態系統的共性監測，同時兼顧區域的個性特色。堅持監測標準與數據格式的統一，確保數據的真實有效性、系統性、連續性、典型性、完整性和可比性。實現生態站網標準化建設，保障生態站網規范、高效運行。

(3)提升野外觀測技術，擴大觀測與研究尺度

結合地面觀測和遙感多尺度觀測，發展宏觀“天—空—地”立體監測、微觀“動物、植物、微生物”等分子測序、精準“基因—細胞水平、初級生產者、頂級群落、旗艦物種的全食物鏈”示蹤技術，提升野外觀測技術，提高觀測精度[37]。同時，觀測尺度由站點流域和區域轉換，研究對象從生態系統向地表系統擴展，促進自然生態要素與社會經濟相結合，進一步深化聯網觀測和研究。

(4)加強信息化臺站建設，實現數據共享

重點推進臺站信息化建設，提升生態站數字化、自動化、網絡化等綜合水平，通過長期定位監測生態系統過程，形成各生態系統要素觀測數據集，促進監測成果的產出與轉化。建設省級生態網絡數據中心，構建基于物聯網技術的生態站網絡數據共享體系，完善數據共享機制，實現資源與數據共享，提高數據產品服務能力，定期發布專題報告，支撐生態產品核算，服務“雙重”規劃重大生態工程等效益監測評估，為政府部門提供決策的數據依據。

(5)面向國家和地方重大需求，發揮行業優勢

圍繞國家“雙碳”目標、鄉村振興、國家公園建設、“雙重”規劃實施等戰略，探索研究生態產品核算，林草碳匯計量和碳匯能力及其實現路徑等，支撐自然保護地生物多樣性保護、西南巖溶國家公園建設等，更好地服務國家戰略需求[38]。同時，以生態站網絡平臺為紐帶，加強與區內外高校和科研院所的科技合作，發揮林草系統生態站“地域廣、面向實際問題”的優勢，中國科學院等科研單位和高?！熬C合性強、面向科學前沿”各自臺站優勢，加強基礎研究以及示范應用、科普研學等合作，共同為國家或行業需求發揮生態網絡的作用[39]。

3.2.2 研究重點

(1)生物多樣性重要保護地聯網觀測研究

結合大瑤山地生物多樣性保護重要區、涉及武陵山區生物多樣性保護重要區等生態功能區位定位，以桂中、桂北區域的大瑤山、漓江源森林站為重點，輻射區內及周邊省份各重要生態區域的生物多樣性聯網觀測研究，提升區域生態系統多樣性、穩定性、持續性，加強自然保護地體系建設，擴大保護范圍，堅持自然恢復，優化森林生態系統結構，修復野生動植物棲息地生境，為保護生物多樣性和持續增強生態系統服務功能等提供必要的參考。

(2)典型喀斯特地區森林保育與生態修復研究

以環江喀斯特生態站、隴均石漠生態站為重點，開展西南喀斯特地區退化生態系統恢復重建與可持續發展、石漠化綜合治理及綠色發展、巖溶關鍵帶與水土流失、表層巖溶水生態調蓄、生態服務提升技術與模式、石漠化治理增碳匯等問題研究，為典型喀斯特地區森林保育生態修復、石漠化治理和人工林區植被恢復提供科學依據，為支撐西南石漠化區生態恢復與民生改善提供技術保障。

(3)喀斯特濕地與近海的紅樹林研究

在喀斯特濕地方面，以臨桂會仙濕地站、都安澄江河流濕地站為研究平臺，重點研究喀斯特濕地水資源調控、生物多樣性及其維持機制、景觀格局變化及其響應機制、特色資源保護與恢復、自然景觀修復與植被生態功能提升等問題。

在近海的紅樹林研究方面，以福建泉州灣、廣西北海、海南東寨港沿海一帶的濱海濕地區紅樹林為研究對象，開展紅樹林及相關生境協同演化、紅樹林生態修復與功能利用、紅樹林及鄰近水域生物監測及生態安全評估等研究，探討紅樹林等典型近海濕地生態系統的演變過程及其對人類活動和氣候變化協同作用的響應，以期在國家和區域海洋生態觀測網絡構建中發揮重要作用，并為我國海洋生態保護和修復提供重要科技支撐。

(4)城市生態圈生態效應研究

由省會城市南寧城市站、工業城市柳州城市站、生態旅游城市桂林城市站，形成3個類型城市生態圈的聯網觀測，重點研究城市森林、濕地等自然生態系統對城市環境的影響與響應，以及城市生態系統結構、格局、過程、功能和服務及其演變的研究，為科學建設和使用城市森林、濕地等自然生態系統提供理論依據和技術支撐，為城市可持續管理提供決策依據。

(5)生態產品核算及其實現機制研究

重點研究典型森林(含竹林)、濕地、荒漠(石漠)、草地和城市等生態系統的生態產品形成機理和變化規律，研發生態產品指標實物量及價值量信息庫構建技術、生態產品核算技術；并依托生態系統長期定位觀測網絡，連續對同一生態系統進行全指標體系觀測與清查，獲取長期定位觀測數據，耦合自然資源數據，建立健全生態產品綠色核算體系，精準實現生態空間生態產品價值核算與綠色碳中和發展，服務碳達峰碳中和的國家戰略。

(6)重點生態工程效益監測與評估研究

以公益林、天然林、退耕還林、防護林、國家儲備林以及“雙重規劃”等重點林業生態工程的典型區域為研究對象，建立廣西林業重點生態工程效益監測網絡，構建林業生態工程生態效益評價的數據平臺，建立不同區域“站點”尺度林業生態工程生態效益評價指標體系，研發多尺度效益評價技術，制訂相關技術標準和監測規范，定量評價與預測重點林業生態工程的生態效益。

(7)流域補償聯網觀測研究

結合南嶺山地水源涵養與生物多樣性保護重要區、云開大山水源涵養重要區、西江上游水源涵養與土壤保持重要區目標定位，與貴州、廣東等生態站聯合開展流域跨省聯網監測，形成三省珠江水系西江流域等重要水源地的生態聯網觀測，重點開展流域生態補償聯網研究，為珠江流域下游城市群對上游水源涵養生態功能區的生態補償提供基礎數據和決策依據。

4 討論

廣西陸地生態系統定位觀測研究站網絡建設是公益型的長期科研事業，需要各級政府和行業主管部門高度重視，加強生態站的觀測基礎設施建設和儀器設備的投入，制訂《廣西陸地生態系統定位觀測研究站網數據管理辦法》，建立廣西陸地生態站網絡管理平臺，強化生態站專家學術委員會的指導，重點解決人才隊伍培養、技術薄弱等重大問題，集成資源，形成合力，多層面、多角度開展觀測與研究工作，圍繞國家和地方開展生態系統結構與功能的長期、連續、定位野外科學觀測和生態過程關鍵技術研究，助力生態文明和壯美廣西建設。