江源科考摸清生態本底

2023-11-27 19:53:24 來源: 瞭望 2023年第48期

  

2012年以來每年開展的江源科考,聚焦冰川、河湖和濕地,對長江源區水環境、水生態等進行“體檢”,摸清江源生態本底,找尋江源變化規律

“借助‘基地+站區’的江源野外科考觀測體係,江源科考從定點觀測走向係統研究,取得一係列科研成果,撰寫學術論文上百篇,多項科研成果屬于‘全球首次’。”

  文 |《瞭望》新聞周刊記者 陳凱 史衛燕 陳傑

  地處青藏高原腹地,長期處于科研“空白區”的長江源是氣候變化的敏感響應區和生態環境脆弱區。作為長江流域受人為活動影響最少的一塊凈土,江源河流規律和生態指標對長江流域具有指示和參考意義,堪稱長江大保護的“本底”。

  2012年以來每年開展的江源科考,聚焦冰川、河湖和濕地,對長江源區水環境、水生態等進行“體檢”,摸清江源生態本底,找尋江源變化規律。

  首次實現長江源關鍵魚類的人工規模繁殖、設計增溫試驗發現溫度與江源植被多樣性的關係、模擬徑流衝刷試驗發現水土流失區域差異……科研團隊深入江源腹地,連續十余年開展科學考察,逐步揭開江源神秘面紗。

  搭建河湖生態安全立體監測和預警技術平臺、牽頭制定三江源國家公園水文水生態監測規劃……十余年來,多項有關長江源的研究項目獲國家自然科學基金立項,相關成果不斷揭示江源生態環境變化規律,為長江大保護提供堅實科技支撐。

科考隊員在各拉丹冬雪山主峰冰川上進行地質雷達探測(2023 年7 月 28 日攝)劉詩平攝 / 本刊

  平均海拔超4500米

  江源科考常態化

  “血氧飽和度不到80%,高原反應已經很嚴重了,要趕緊下去吸氧。”

  “我還能堅持,等明天再看看。”

  長江源平均海拔超過4500米,高寒缺氧,來自平原地區的科考隊員初到長江源,幾乎都會産生頭疼、氣喘等高原反應。

  長江科學院總工程師徐平説,通過科考持續研究江源冰川、凍土、湖泊等生態變化的背後規律,為長江源生態環境保護提供更加係統專業的科研支撐十分重要。

  1976年,水利部長江水利委員會組織科考隊,首次將長江源追溯到唐古拉山主峰各拉丹冬雪山,此後陸續探明“長江三源”:正源沱沱河、南源當曲、北源楚瑪爾河。

  在多次考察基礎上,2012年7月水利部長江水利委員會、長江科學院等機構組織20多人團隊走進江源,拉開江源科考常態化序幕。

  “不到江源心不死,死在江源心也甘。”1976年新中國首次組織對長江源頭展開科考,參與隊員簽名寫下了“決心書”。

  近年來,科研條件日益改善,但地形情況復雜、天氣多變,缺少網絡信號覆蓋,在江源開展野外考察條件依然艱苦,並且有一定危險性。

  作為長江源的“固態水庫”,冰川承擔著一年四季生態補水的重要功能,是科考的重點關注領域。

  “高原地區的生態氣候特殊,因此升溫態勢比平原地區更加明顯。”科考隊員介紹,冰川退化短期將導致長江源徑流增加、湖泊擴張,中長期則將導致源頭蓄水能力減弱,直接威脅長江源的生態安全。

  作為“中華水塔”的重要組成部分,大小湖泊是長江源區重要的水生態調蓄器,其面積和水質變化,也是江源科考關注的重點。

  長期研究魚類棲息地的長江科學院博士李偉,不到5年時間,到長江源科考超過20次,最長的一次待了30天。為了研究高原魚類特性,他穿上笨重的防水服、扛上漁網與設備,在冰冷河水中捕魚、採樣。一次次科考中,李偉遭遇過各種不同的突發情況:冰天雪地中車輛“趴窩”,在零下30攝氏度的野外過夜,夏天汽車頻繁陷進泥潭。

  冬季,長江源接近零下30攝氏度的氣溫,河流發生“連底凍”:從水底到水面全部凍住。這種條件下,長江源魚類怎麼存活?就在快熬不住時,他終于發現高原魚群在冰天雪地中選擇越冬場、産卵場、索餌場的奧秘。

  長江科學院博士任斐鵬和同事經常到地形復雜的山溝、山坡等區域,通過布設草地和灌叢調查樣方,詳細觀測每個樣方內的植物組成、植株高度等指標,並記錄土壤類型、幹擾程度、坡度和坡向等生境指標。

  不同于大規模科考,小組行動往往要獨自面對難以預料的挑戰。“最害怕感冒,最難適應的是吃飯和住宿。”任斐鵬回憶,一次從野外返回的途中,一位同事突然高燒39攝氏度,趕到醫院熬了一個通宵後,同事終于轉危為安,自己這才放下心來。

  為計算冰層厚度和冰川退縮程度,被稱為“雷達兄弟”的長科院博士范越和董士琦,經常要攜帶30多斤重的雷達探測設備測量冰川。設備太重,大家肩挑手扛為他們分擔負重;冰川太陡,有人自告奮勇先爬上去,用繩索搭起“安全通道”。

  河谷中遭遇泥石流,距離滑落的巨石僅一兩米;鑽取冰芯耗時長,被迫深夜驅車翻越山脊……科考隊員們克服強烈高原反應、負重前行,跨越約4000公里的草甸、河湖與冰川,採集數百件樣品,開展多項觀測,為係統認識江源、解讀江源奧秘奠定扎實基礎。

  2016年,位于玉樹藏族自治州雜多縣的水利部長江委長江科學院江源基地建成,科考有了固定的實驗室,科考隊員有了“家”。告別“打遊擊”,實驗條件日漸完善,江源科考多領域科研成果持續涌現。

  十余年科考揭開江源神秘面紗

  2022年夏季,李偉團隊在江源基地人工繁殖的小頭裸裂尻魚平均出苗率超過70%,一條條小頭裸裂尻魚苗放流後,在南源當曲暢遊棲息。

  李偉介紹,長江源特有魚種小頭裸裂尻魚首次實現增殖放流,標誌著江源特有魚類物種保護取得新突破。

  “長江流域的中華鱘數量減少、白鱘被宣布滅絕,因此,對長江源魚類的研究和保護迫在眉睫。”李偉説。小頭裸裂尻魚是世界上已知海拔分布最高的關鍵魚類,發現小頭裸裂尻魚等關鍵魚類越冬場後,團隊相繼開展了越冬場魚類組成等研究。

  憑借在江源積累的經驗,李偉又在西藏阿裏地區找到高原裸裂尻魚的産卵場。“在青藏高原,如果有溫泉匯入冬天‘連底凍’的河流,就有可能形成魚類越冬場。”李偉説。

  魚類是長江源“生態環境晴雨表”。“水溫、洪水過程、泥沙以及冰期等的變化,均能影響到魚類的生活節律。”李偉説,對魚類了解越多,長江源水生態保護就越精準。

  與平原河流河床相比,江源地區河流河床經常出現“擺動”,由此呈現各類辮狀、分叉等形態。河床的不穩定,造成江源地區橋梁橋墩、臨河道路極易破損,使用壽命較短。

  “橋墩、路基經常遭遇河水衝刷,容易被掏空。”長江科學院河流研究所副所長周銀軍介紹,在平原地區可以根據相應衝刷公式測算,採取對應防護措施,但這些公式在江源地區並不適用。

  從2014年開始,周銀軍和團隊多次來到江源。他們首次使用數字技術成功還原出江源河流斷面歷史形態,發表江源水沙變化和河床演變對路橋水毀影響的論文,為提高基礎設施使用壽命提供技術參考。

  高寒、高海拔地區被視為全球氣候變化的前哨站。受全球變暖影響,長江源區過去十多年的平均氣溫急劇上升。植物作為維持江源生態健康的重要基礎,遇到升溫後會有哪些變化?

  走進長江科學院江源基地大門,草地上擺放著高低不同的六邊形玻璃溫箱。自2020年以來,任斐鵬和隊友用這些溫箱開展“模擬增溫試驗”,觀察不同增溫幅度下的植被生態變化。

  通過不同高度的溫箱控制增溫幅度,任斐鵬試驗發現,當增溫達到或超過3攝氏度時,江源高寒草甸生態係統會達到變化臨界點;高于3攝氏度越多,樣方內的植被覆蓋度下降越大,生物多樣性下降越明顯。

  聯合國政府間氣候變化專門委員會發布的第六次評估報告指出,在“中等變暖水準(3.2攝氏度)”條件下,面臨滅絕風險的物種數量顯著增多。

  任斐鵬説,增溫試驗結果與這一結論能夠相互佐證,因此升溫3攝氏度可能是江源高寒草甸生態係統退化的“臨界點”。

  “植被和土壤如同生態係統的肌膚,對維持長江源區生態係統至關重要。”任斐鵬説,“模擬增溫試驗”研究提示需要進一步加強江源地區氣候變化觀測,提高生態係統退化風險早期預警能力。

  連續十余年科學考察,江源神秘面紗逐步揭開,為更好地保護江源打下了堅實的基礎。

  給江源“體檢” 科技保護長江

  “源頭之于長江,好比大腦之于人體一樣,牽一髮而動全身。”多次參加科考的青海省水文水資源測報中心水資源部部長李燕説,江源生態極其敏感和脆弱,保護江源對長江大保護舉足輕重,江源科考正成為江源保護的重要科研支撐平臺。

  “江源科考經歷了‘走進江源、研究江源、保護江源’三個階段。”長江科學院相關負責人表示,此前多次江源科考,重在採集江源水土、冰川、生物等數據,全面認識江源的整體情況;現階段的江源科考,則是比對歷年科考數據,對江源開展“體檢”,更好地保護長江江源。

  江源科考成果的背後,是日漸完善的科考支撐體係。

  近年來,長江科學院依托佔地近10畝的科考基地,先後在長江南源當曲、北源楚瑪爾河、幹流通天河、唐古拉山建起研究站或研究區。

  “基地建成後,江源科考終于告別過去‘打遊擊’的模式。”徐平介紹,以往江源科考只能野外逐一採樣,再送回武漢集中分析檢驗,科考范圍受限。科考基地不僅解決了科考隊員吃住等後勤保障問題,更提供了一年四季全天候科考觀測試驗條件。

  聚焦高寒濕地、冰川和流域水迴圈、水生態水環境演變、河道演變與水沙變化等研究領域,科考隊分別確定20多個河流觀測斷面和點位,建立較為係統的野外科考觀測體係。

  “借助‘基地+站區’的江源野外科考觀測體係,江源科考從定點觀測走向係統研究,取得一係列科研成果,撰寫學術論文上百篇,多項科研成果屬于‘全球首次’。”徐平説。

  十余年江源科考,在一批青年科研工作者中播下了研究江源、保護江源的種子。近年科考中,一大半隊員都是“90後”,不少年輕人在科考中成長成才。博士畢業不久的劉晗經常頂著大風和雨雪,穿著下水褲和隊友在河流中採集魚類樣本。

  劉晗和隊友在長江源區採集了十多對魚耳石,計劃構建長江源關鍵魚類生長指數年表,探究江源水生生物對水生態環境變化的響應機制。

  隨著新技術、新設備的開發和使用,江源科考深度和廣度不斷拓展。江源科考將圍繞三江源生態保護、高寒高海拔地區基礎建設,與更多科研機構開展跨學科、跨領域合作。廣袤江源還有無窮奧秘,等待更多人走進江源,了解江源。