长江科学院野外科学观测与科学考察回顾及展望

徐 平，洪晓峰

(1.长江科学院 野外科学观测中心，武汉 430010; 2.长江科学院 水资源综合利用研究所，武汉 430010)

1 研究背景

野外科学观测与科学考察是科技工作的基本研究手段，在认识自然现象的演变过程、揭示其演化规律和作用机理、探索人与自然和谐发展的模式等方面具有明显的优势[1]。作为国家水利公益性科研院，长江科学院肩负开发、利用、治理和保护长江的科技支撑重任，有义务和责任对长江进行系统、全面的科学考察和长期的野外科学观测，大力促进水科学发展，为大保护背景下水资源管理、水环境保护、水生态修复、水土流失防治等提供科技支撑。

2009年以来，长江科学院以野外科学观测与科学考察为着力点，不断完善野外科学观测研究站网体系，持续开展长江流域及高原河湖科学考察，积极探索从以往偏重实验室(室内)研究向实验室研究与野外观测和科学考察并重研究方式的转变；对流域水问题的研究从短期、局部逐步向长期、全域系统研究转变。

通过十余年野外科学观测与科学考察，长江科学院收集了“山水林田湖草”流域系统治理的第一手科学数据，基于原位观测与多专业交叉融合研究，积累了一批原始创新成果，培养了一支包含多学科(专业)、以优秀青年人才为骨干的野外科学观测与考察研究团队，可更好地服务于长江大保护、长江经济带发展以及新时代治水兴水工作，对贯彻落实《中华人民共和国长江保护法》，科学制定长江大保护行动计划、保障长江流域高质量发展意义重大[2]。

2 发展历程

2.1 野外科学观测

长江科学院为了加强基础性研究，将野外科学观测研究站作为提升自主创新能力的重要突破口，着力构建基本覆盖长江流域重点区域，涵盖生态、环境、资源及灾害防治等领域的野外科学观测研究站网体系，自2009年以来历经了规划筹建、机构建设、建设运行3个发展阶段。

规划筹建阶段(2009—2011年)：2009年11月，组织编制了《长江科学院野外科学观测实验站(点)建设专项规划(2010—2030年)》，该规划为《长江科学院学科建设与专业发展规划》的4个专项规划之一，自此长江科学院野外科学观测研究工作起步并开始筹建野外站。

机构建设阶段(2011—2012年)：2011年11月，主管单位水利部长江水利委员会《关于印发〈长江科学院主要职责机构设置和人员编制规定〉的通知》中明确，在长江科学院设置野外科学观测中心，赋予野外科学观测中心“开展流域综合性科学研究信息采集、管理及利用工作”的职责。据此，长江科学院从流域整体出发，结合自身职责定位，综合考虑区域特征，明确野外科学观测中心首批下设江源、金沙江、赤水河、三峡库区、丹江口、长江中下游、长江口、高原河湖、西南河流9个观测实验站，并印发相关任职通知。9个观测实验站各自定位明确、研究方向各有侧重但又相互关联，组成覆盖长江流域片、多学科、多指标、多功能的综合观测站网。

建设运行阶段(2012年至今)： 2012年5月23日， 以各观测研究站被授牌为标志， 野外科学观测站进入正式运行阶段。 《长江科学院野外科学观测实验站管理暂行办法》《长江流域(片)野外科学观测实验站建设实施方案(一期)(2012—2015)》《长江流域(片)野外科学观测实验站作业文件》等管理文件相继出台。 各观测实验研究站紧扣国家相关需求， 综合考虑区域代表性(表1)， 不断完善观测研究方向、 观测实验场及基础设施建设， 购置试验观测设备并开展常态化观测和实验研究。 如江源分站以水循环为核心， 在源区典型流域建立多尺度水循环要素自动观测系统， 开展冰川、 冻土、 积雪、 水文气象等要素原位观测， 并结合野外科学考察定期或不定期开展江源河湖水体理化特征、 水生生物、 河流泥沙、 河床地貌以及土壤植被等野外科学观测与调查， 辅以野外实验和遥感等监测技术， 探究气候变化背景下长江源区水循环与水资源演变特征， 以及源区生态环境变化与响应研究， 为源区水-生态-环境保护适应性对策研究提供支撑。 三峡库区站围绕大型水利水电工程生态环境影响以及库区水土流失与面源污染防控， 开展三峡库区和清江梯级水库水生态环境、 水资源、 河流泥沙等野外科学观测研究工作。 2019年10月， 由江源站等组成的“长江江源区水生态系统野外科学观测研究站”被认定为第一批水利部野外科学观测研究站。

表1 各站区域代表性Table 1 Representativeness of regional stations

2.2 科学考察

为了“深刻认识长江、掌握第一手资料、凝练科学问题、培养高层次人才”，自2009年至今持续开展20余次多专业综合性长江科考活动，其中江源科考10余次。另外，还有分专业针对河道、湖泊、崩岸、水生态环境等具体问题组织开展的科学考察数次。历年科学考察大致分为摸索、初探和提升阶段3个阶段。

第一阶段为摸索阶段(2009—2012年)，聚焦长江重要支流、大型水利工程、通江湖泊等重点对象，围绕水环境、泥沙、河道变迁、工程运行、水电开发、洪旱灾害等问题，以长江中上游考察为主，先后组织开展了汉江、三峡库区、大渡河、洞庭湖、洪湖、鄱阳湖共6次多专业综合性科学考察。围绕问题为导向的野外科学考察，摸索了事前准备、事中处置、事后总结等各环节经验。

第二阶段为初探阶段(2012—2016年)，开始江源科考，以探索科考路线、监测手段，选取监测点，填补数据空白为主，科考路线逐步涵盖了从长江正源沱沱河、南源当曲、北源楚玛尔河、向下至金沙江，以及周边澜沧江、怒江、雅鲁藏布江源区及中上游和藏北羌塘高原，考察项目以河流泥沙、水生生物、水土保持与植被生态、空间地理信息和光谱信息为主。此阶段的科考不仅培养了一批科学考察人才，积累了大量珍贵的江源地区的水土信息、空间地理信息、水环境和水生态本底资料，开阔了治江科研的视野，唤起全社会对江源地区的关注，也为开展大江大河源区综合科学考察提供了宝贵经验[3-5]，为后续开展长期监测和科学考察奠定基础。

第三阶段为提升阶段(2017年至今)，在长江“共抓大保护、不搞大开发”指导思想指引下，加大了科学考察力度，坚持问题导向，不断完善科考针对性，在传统考察内容基础上，按需补充了地热水循环、鱼类栖息地生境、沼泽湿地演变等新考察内容和多专业高度融合试验，逐步加强考察成果对科研生产的支撑作用，此外还不断优化科考路线，基本形成了以长江三源和澜沧江源区为核心的稳定科考路线[2]。

3 主要成就

3.1 基础条件不断完善

近10 a来，长江科学院通过自筹资金、中央预算基本建设项目、修缮购置项目等渠道多方筹措资金，投入野外观测站建设。目前，江源(图1)、赤水河等多个观测实验站站房、观测实验场相继建成并投入使用，直门达、沱沱河、茅草街、商南、星子、丹江口等共建观测站挂牌，布设近百个观测断面(点)。大部分野外观测实验站不仅具有配套设施较为齐备的工作和生活用房、相对良好的交通与通讯条件，还在水循环要素自动观测、水文测验、环境监测与分析、生态监测、空天地水快速探测、水沙实验等方面配备世界先进的仪器设备，可满足长期无人值守原位观测、固定实验、便携采样、移动探测、高精分析等不同需求，野外观测基础设施和观测条件持续改善。

图1 江源站杂多基地Fig.1 Zaduo field observation base

3.2 观测数据积累丰硕

多年的定位观测实验与科学考察，积累了大量的本底数据。各野外观测站及科学考察数据主要依托“长江流域野外观测站数据共享平台”进行数字化管理，观测数据完成整编后通过该共享平台完成入库。物联网技术的发展使得无人值守在线监测成为可能，自动在线监测不仅带来了观测的便捷，也带来了数据的海量增长，以江源站唐古拉山研究区内架设的高原寒区典型流域多尺度水循环要素自动观测系统(图2)为例，现每年获取的冰川、冻土、积雪、水文及气象观测数据近50 Gb，其中文本属性数据逾20 Gb，影像数据近30 Gb。 2013年6月，《长江流域(片)生态环境野外科学观测年报(2012年)》[6]正式发布，年报汇集了各野外观测站现场观测与考察成果，包括水文泥沙与河道、水环境、水生态、水土流失与植被、水旱灾害与山洪地质灾害、水利血防、水工材料与结构及重要事件等内容，该年报是长江科学院建院62 a来发布的首份生态环境野外科学观测年报。2013—2020年年报陆续发布，内容涵盖长江流域资源、生态、环境、灾害等领域的野外科学观测与实验，通过对第一手观测资料的汇总整理和研究分析，为相关科学研究提供参考。

图2 多尺度水循环要素自动观测系统Fig.2 Multi-scale automatic observation system of water cycle elements

3.3 科技支撑与创新成绩初显

近年来，针对国家与行业需求，长江科学院通过依托野外观测站和科学考察承担了国家重点研发计划、国家科技支撑计划、国家自然科学基金、公益性行业科研专项等国家、省部级科研项目，以及长江经济带与黄金水道建设、长江干支流水库群联合调度、长江中下游河道整治、南水北调中线工程、引江济淮等国家和行业重大工程关键技术研究项目，在河道冲刷与再造、水资源保护、水污染防治、水生态修复、水土流失治理等方面深入开展科学研究工作，取得了丰富的研究成果，为国家和部门科学决策提供了有力的技术支持。

江源研究团队创新成效显著，根据《江源地区水资源与生态环境研究专项规划(2016—2030)》提出的江源区水资源演变、江源区水生态环境演变、江源区陆地生态环境演变、青藏高原河湖演化、江源区保护和江源区水工程建设关键技术6个研究对象，以“水、土、沙、生”耦合关系为主线，在江源区水资源与水循环、河流泥沙、水环境、水生态、湿地生态系统、植被生态、水土流失、地下水环境与生态环境遥感监测等方面均取得了重要进展,揭示了气候变化背景下长江源区水循环与水资源演变特征[7-8];同时系统分析了长江源区近期水沙输移变化和河床演变规律[9]，开展了长江源区沉积物测量并复原了河流历史断面形态[10]，阐明了长江源区主要河流的水环境特征和水化学特征及主要控制因子[11]，首次发现江源河流内鱼类越冬场和产卵场，实现关键鱼类人工繁殖，辨析了植被退化与土壤侵蚀之间的关系[1]，初步揭示了可可西里卓乃湖、库塞湖、海丁诺尔湖和盐湖这4个湖泊的扩张机制[12]。相关研究成果和江源保护建议获得党中央、水利部、青海省人民政府等领导的高度重视并对其作出重要批示。

3.4 骨干队伍基本形成

围绕水资源管理、水环境保护、水生态修复、水土流失治理等野外观测、研究与示范，基本构建了一支以国家和省部级专家为引领，以学科带头人为核心，以覆盖多学科(专业)的优秀青年人才为骨干的高水平三级野外科学观测与科学考察团队。特别是源区独特的自然地理特性，为科学研究提供了广阔舞台，富有挑战性的科学考察工作吸引和凝聚了一批学有所精、思维活跃、创新能力强的优秀青年科技骨干投身其中，多名技术骨干因事迹突出、成果显著获得各级荣誉称号、入选人才工程。

3.5 社会影响日益扩大

长江科学院野外科学观测与科学考察工作相关新闻被中央电视台的《新闻联播》、青海电视台的《新闻联播》、武汉电视台报道。新华社、中国政府网、文汇报、中国水利报、湖北日报、长江日报等主流媒体相继作了深度报道，新闻报道阅读量达数千万。新华社多篇江源科学考察专题报道、微视频、人物专访阅读量超百万，各大网站纷纷转载[13-16]。发布在人民网的《立碑江源》《再进江源》和腾讯网的《又进江源》等系列江源科考纪实片受到好评，“首份长江流域生态环境野外科学观测年报发布”报道登上“紫光阁”——中共中央国家机关工作委员会网站，“长江科学院‘十三五’江源科学考察成绩单”被推送到中共中央宣传部“学习强国”学习平台，增加了公众对于长江特别是长江源区的认识，唤醒了全社会保护长江生态环境的意识，社会影响日益扩大。

4 下一步要加强的工作

(1)基础设施建设。通过多种渠道筹集资金，加强野外观测站基础设施建设，积极申请三峡库区、丹江口库区、长江中下游等站基础设施建设项目，改善野外站工作和生活条件。同时，加强野外观测设施、场地的管理和维护，保证观测数据的时序性、准确性、可靠性和可比性。

(2)长期观测与考察。加强长期观测体系建设，进一步推进自动化、实时化连续观测，提升空天地多种观测手段相结合的立体综合观测能力。加强流域内各类标本的收集管理，丰富长江水科学标本馆馆藏。采取综合团队与专业分队相结合的方式，强化冰川、冻土、积雪、高原草甸、高原沼泽湿地、高原湖泊、鱼类“三场一通道”等重点对象科学考察，持续开展水资源、水环境、水生态、植被生态、水土流失和高原河湖等方面的本底调查，扩大“江源科考”品牌影响力。在关注以水循环为核心的江源生态环境演变的同时，从考察对象的多学科特性出发，逐步拓宽科学考察研究领域，通过跨专业跨部门联合科学考察等形式，从地球科学、生命科学、资源环境科学、社会经济科学等多学科角度，为资源合理开发利用、环境保护、生态建设、经济发展、社会进步提供更多的科学依据。

(3)科学研究与示范。围绕长江大保护与长江经济带发展战略等国家需求，坚持“生态优先，绿色发展”理念，从生态系统整体性和长江流域系统性着眼，整体系统考虑流域上中下游、干流与支流、水下与岸上、河流与湖泊等复杂关系，加强以流域为单元的水资源保护、水污染防治、水生态修复、水土流失治理、河湖演变与保护等研究工作，出版和发表高水平科研专著与论文，并及时将科研成果在长江流域应用与示范，为长江系统治理与保护提供更加有力的科技支撑。

(4)交流合作。加强与国家生态系统观测研究网络的台站特别是流域内的生态系统野外站的交流合作，充分利用长江科学院建设的科技部“江湖保护与水安全保障国际合作基地”等平台，积极开展国际科技合作与人员交流，产出更多国际合作成果，努力提升国际影响力。

(5)人才队伍建设。以野外观测站为平台，鼓励跨学科合作，促进学科之间的交叉融合，加强野外观测与科学研究相关技术培训与资格认证，加大野外基础科研支持力度，出台向野外站一线研究人员倾斜的奖励政策，在稳定现有人才队伍的基础上，加大人才引进力度，吸引国内外优秀硕博士加入到野外科学观测与科学考察行列，形成专业结构、年龄结构更加合理的集观测、研究、实验技术于一体的人才队伍。弘扬“不畏艰险、勇于开拓、善于创新、甘于寂寞”的野外工作精神，注重第一手数据的获取，鼓励潜心高品质科研。

5 展 望

野外科学观测与科学考察作为基础性科技工作[17]，在治江科研事业中具有重要的、不可替代的作用。长江科学院未来将着重做好基础设施建设、长期观测、科学研究与示范、交流合作、人才队伍建设等方面工作，努力打造江源科考科技创新品牌，将长江科学院观测站网建成为基础设施良好、仪器设备先进、生活设施齐备、通讯与交通完备、观测研究能力强的具有长江特色和国际影响力的科学观测与研究基地、先进科学技术成果试验、示范和推广的基地、优秀科学人才的培养基地、开放的学术交流基地和长江流域水生态环境科学数据中心。