广西陆地生态系统定位观测研究的网络建设

卢 峰，蔡会德，苏宏新，童德文，文 娟，梁永延，覃志伟，罗蔚生

(1.广西壮族自治区森林资源与生态环境监测中心，广西 南宁 530020； 2.广西大瑶山森林生态系统国家定位观测研究站，广西 来宾 546100； 3.南宁师范大学广西地表过程与智能模拟重点实验室，广西 南宁 530001)

长期定位观测是研究生态系统的重要手段[1]。为解决生态学、环境科学、全球气候变化、可持续发展等重要问题，在20世纪80年代，生态定位站研究工作得到各国政府的大力支持和认可。随着网络和信息技术的飞速发展，生态系统观测研究已不再局限于单个站点，而是向全球化、网络化的跨国家、跨地区、多站参与的研究体系转变。在全球尺度上，有国际长期生态研究网络(ILTER)、联合国陆地生态系统监测网络(TEMS)、全球陆地观测系统(GTOS)等[2-3]。在国家尺度上，有美国长期生态学研究网络(US-LTER)[4]、英国环境变化网络(ECN)[5]、加拿大生态监测与评估网络(EMAN)[6]，以及中国的国家生态系统观测研究网络(CNERN)[7]、中国生态系统研究网络(CERN)和中国陆地生态系统定位观测研究站网(CTERN)等[8-9]。在省域尺度上，广东[10]、上海[11]、云南[12]、山西[13]等根据当地经济社会、林业和生态建设发展需要，以国家级野外定位观测台站为骨干构建了本省(市)的陆地生态系统定位观测研究网络，开展了相关研究和建设，并且达到了一定规模，在纵向衔接国家生态站网络布局、横向融入周边省份生态网络联网观测中起到不可或缺的作用。

广西林草资源禀赋，全境位于珠江流域水系中上游，是西南岩溶石漠化分布重点区，生态区位尤为重要，对于维护中国—东盟生态区、粤港澳大湾区等周边区域生态安全起到重要的作用，是我国南方重要的生态屏障。1979年，李治基和李信贤带领的研究团队在广西境内建立了7个森林生态系统定位研究站，对森林生态系统中的森林气象、水文、土壤微生物、营养物质循环及森林群落、昆虫和鸟兽等进行了系统研究，填补了国内同类研究类型上的空白[14-16]。2000—2001年，中国科学院和中国地质调查局分别在广西环江县和平果市建立喀斯特生态系统观测研究站，对喀斯特生态系统演替过程及其生态环境效应、生态系统退化机理与恢复技术等进行观测研究，构建了石漠生态系统人为调控技术体系与模式[17-19]。2008—2017年，广西相继建设了漓江源、大瑶山、友谊关和凭祥(竹林)等森林站及北海红树林湿地站，成为广西首批加入国家陆地生态系统定位观测研究网络的5个生态站，同时建立了省级的七坡桉树站。

目前，广西已建成包括森林(竹林)、湿地、荒漠(石漠)3类生态系统的生态站，通过长期连续基础数据获取、自然现象和规律认知及相关研究，其成果对推动生态相关领域方向发展发挥了重要作用，取得了一定成效。但从构建本省(区)的定位观测研究网络考虑，在生态站布局、数量、覆盖类型等方面仍存在不足，虽然广西国土面积平均每475万hm2内建有国家级台站1个，但是低于云南、贵州、广东等7个省份[20]，且区域内在城市生态和草地生态定位观测研究方面还是空白；从支撑国家林草生态综合监测的总体要求来看，现有的林草生态网络及其监测与研究仍显薄弱，也难以满足区域林业高质量发展和生态环境保护的需要。因此，广西急需升级优化现有的国家台站，规划布局一批各类型生态系统定位站，科学构建长期定位观测研究网络平台，旨在助推生态文明建设和绿色发展，持续擦亮“山青水秀生态美”的金字招牌，促进人与自然和谐共生的中国式现代化壮美广西建设。

1 研究区概况

1.1 自然地理条件

广西地处中国南疆，地理坐标为104°26′—112°04′E，20°54′—26°24′N，地势西北高，东南低，属亚热带季风气候区，年均气温17～23 ℃，年均降雨量1835mm。其地理位置独特，东连粤港澳大湾区，南临北部湾，背靠大西南，面向东南亚，是中国唯一与东盟国家陆海相邻的省区[21]。

1.2 广西资源现状及特点

1.2.1 森林生态系统

广西跨北热带、南亚热带和中亚热带3个生物气候带[22]，生物多样性富集，生物多样性丰富度居全国第三位，是全球生物多样性热点地区之一[23-24]，其森林资源丰富，森林覆盖率居全国第三位，是全国重要的森林生态优势区，在国家生态安全和生态文明建设战略格局中具有重要地位。全区有保存完好的常绿阔叶天然林，可分为4个植被型纲，2个植被型组，722个群系，此外还有大面积的人工林和经济林[25]。广西森林植被分布具有明显的纬度地带性和经度地带性[26-27]，包括南亚热带常绿阔叶林、典型常绿阔叶林、中亚热带典型常绿阔叶林以及人工纯林和竹林等各类型森林生态系统，具有区域典型性和代表性，适合开展不同类型森林生态系统结构、功能、生物多样性、气候变化、物质循环和能量流动等方面的科学观测研究。

1.2.2 湿地生态系统

广西湿地资源丰富，类型多样，有近海与海岸湿地、河流湿地、湖泊湿地、沼泽湿地和人工湿地5类25型，尤以喀斯特湿地和近海与海岸湿地最具地方特色[28]，现建有桂林会仙喀斯特、北海山口红树林、防城港北仑河口和北海滨海等4处国际重要湿地，其生态功能在国际和国家生态地位中占居独特而重要的地位。境内湿地生物多样性丰富，且具有一定的典型性和稀有性，有“植物大熊猫”——野生稻原生种(Oryzarufipogon)、海菜花(Otteliaacuminatavar.acuminata)、桃花水母(Craspedacusta)等珍稀濒危保护动植物[28-29]，还有独特的岛群红树林(Rhizophoramangle)，是我国红树林的重要分布区。湿地生态系统多样，珍稀植物和珍贵动物种类繁多，是开展湿地生态系统定位研究的理想场所。

1.2.3 石漠生态系统

广西岩溶地貌广布，岩溶发育强烈，属西南岩溶石漠化重点区，是中国乃至全球热带—亚热带喀斯特发育十分典型的地区之一[30]。受岩性以及海拔高度变化的影响，形成了特殊的自然生态环境。其岩溶地区生物资源丰富、植被类型多样，主要有热带雨林性常绿阔叶林、中亚热带典型常绿阔叶林、南亚热带季雨林化常绿阔叶林，种质资源丰富，生物多样性指数较高[31-32]。据统计，广西岩溶地区植物区系成分有175科662属1500种，其中6科171属834种为岩溶植被专有[33]，是我国17个优先保护的生物多样性关键地区之一[34]，也是当今地球上少有的动植物基因库，极具研究价值。

1.2.4 草地生态系统

广西草地资源较为丰富，草地面积110.9万hm2，名列南方省份的第三位，其分布广泛，涉及全区的14个设区市，大体分布在桂北高寒山区、桂西干旱区、桂中地区、桂东地区、桂南及沿海滩涂区[35]。草地类型以热性灌草丛类为主，分属195科1352种，其中草本植物713种、灌木树种426种、乔木树种213种[35]，是中国生物多样性的天然宝库和资源基地之一，也是广西重要的生态安全屏障和物种遗传基因库。

1.2.5 城市生态系统

广西下辖南宁、柳州、桂林等14个地级市111个县(区)，其中，国家森林城市10个，占广西14个地市的71.4%，已建成以国家森林城市为统领的生态格局；全区城市建成区绿地面积约8.37万hm2，绿地率为35.67%，人均公园绿地面积达到13.83m2，公园绿化活动场地服务半径覆盖率达到80%[36]；建有南宁市那考河湿地公园、北海市冯家江滨海湿地公园、防城港市北部湾海洋文化公园等具有代表性的城市湿地公园。城市生态系统重点聚焦城市森林、公园绿地、城市湿地等自然生态系统，以省会城市及北部湾城市群核心城市南宁，广西副中心城市及重要工业城市柳州，中国对外开放国际旅游城市桂林，北钦防一体化的三市等重点城市为代表开展广西城市绿地、生态系统功能与人为活动、经济社会发展之间相互影响关系研究，对于填补广西城市生态站建设的空白，实现城市森林生态系统功能的健康运行具有十分重要的意义。

2 研究方法

以典型抽样思想为指导，采用多源数据分析与分层抽样方法相结合的方法划定边界，选取适宜指标，综合利用空间分析、系统聚类分析实现广西生态地理区划和台站布局。

2.1 多源数据获取

收集基础信息数据，包括平均气温、平均降雨、森林植被、二级流域、主要土壤类型、优势树种和地形地貌等7个因素，以及湿地、草地、荒漠(石漠)和重点城市分布等数据。

2.2 空间数据预处理

采用ArcGIS 10.2软件，对收集的多源空间数据进行几何校正、格式转换及错误信息校正，统一数据空间投影。

2.3 空间数据处理

采用ArcGIS 10.2软件，在基于每个指标进行分层抽样的基础上，对气温区划、降雨区划、植被区划、流域区划、土壤分布、优势树种分布，以及湿地分布、草地分布、荒漠(石漠)分布和重点城市分布等图层实施叠置分析，各图层相互切割获得多个分析斑块，得到多图层叠置分析图。

2.4 系统聚类分析

利用SPSS 19.0软件，在空间分析数据的基础上，对切割后的斑块信息作无量纲化处理后进行系统聚类分析，使分区指标相似度高的斑块合并为同类，同时结合广西植被分布特点、地形地貌、土地保护利用规划等信息，对广西的生态地理分区进行划分确定。

3 结果与分析

3.1 建设布局

3.1.1 生态地理分区

根据分区方法和广西陆地生态系统特征，将广西全域划分为9个相对均质的生态地理区(见图1)：Ⅰ桂北中亚热带山地常绿阔叶林区、Ⅱ桂西北亚热带山原季风常绿阔叶林区、Ⅲ桂中亚热带石山季风常绿阔叶林区、Ⅳ桂中亚热带山地常绿阔叶林区、Ⅴ桂东北亚热带山地常绿阔叶林与马尾松林区、Ⅵ桂东南南亚热带山地丘陵栽培植被林区、Ⅶ桂西南亚热带石山山地丘陵季雨林区、Ⅷ桂南十万大山北热带季雨林区和Ⅸ桂南沿海北热带栽培植被林区等。

图1 广西生态地理分区Fig.1 The zone of ecological geographical in Guangxi Region

3.1.2 台站布局

根据广西生态地理分区特征，按照统筹兼顾、互联共享、同类对比、可操作性等原则，在各生态地理区内选择具有典型性、代表性的区域，统筹布局森(竹)林、草地、湿地、荒漠、城市五大类型生态定位观测研究站，规划建设25个生态站(含已建成的7个台站)，其中森林生态站12个，湿地生态站6个，荒漠(石漠)生态站2个，草地生态站2个，城市生态站3个，详见表1。

表1 广西陆地生态系统定位观测研究网络布局Tab.1 Layout of field positioning observation and research network for terrestrial ecosystems in Guangxi Region分区数量生态站建设地点类型兼顾功能广西漓江源站*猫儿山国家级自然保护区森林生态站兼顾退耕还林、重点公益林、珠江防护林监测点九万山杉木与毛竹站九万山国家级自然保护区森林生态站兼顾珠江防护林监测点Ⅰ5天湖站全州县天湖景区草地生态站—临桂会仙站临桂会仙国家湿地公园湿地生态站—桂林站桂林植物园城市生态站—Ⅱ1金钟山站金钟山黑颈长尾雉国家级自然保护区森林生态站兼顾退耕还林、重点公益林、珠江防护林监测点Ⅲ2大明山站大明山国家级自然保护区森林生态站兼顾重点公益林监测点都安澄江河站都安澄江国家湿地公园湿地生态站Ⅳ2环江站*环江县石漠生态站兼顾退耕还林监测点、石漠化综合治理林草植被监测点柳州站广西生态职业技术学院附属沙塘林场城市生态站Ⅴ2广西大瑶山站*大瑶山国家级自然保护区森林生态站兼顾重点公益林监测点大桂山马尾松与阔叶树人工林站大桂山鳄蜥国家级自然保护区森林生态站兼顾人工林监测点六万山经济林站国有六万林场森林生态站兼顾人工林监测点Ⅵ3爽岛森林站爽岛国家森林公园森林生态站兼顾珠江防护林监测点、人工林监测点横县西津站横县西津国家湿地公园湿地生态站—广西友谊关站*弄岗国家级自然保护区森林生态站兼顾人工林监测点广西凭祥竹林站*中国林科院热林中心森林生态站兼顾人工林监测点南宁桉树林站*国有七坡林场森林生态站兼顾珠江防护林、人工林监测点Ⅶ7天等站天等县草地生态站—大新黑水河站大新黑水河国家湿地公园湿地生态站—陇均站陇均自然保护区石漠生态站兼顾退耕还林监测点、石漠化综合治理林草植被监测点南宁站南宁市城市生态站—Ⅷ1十万大山站十万大山国家级自然保护区森林生态站兼顾重点公益林、珠江防护林、沿海防护林监测点Ⅸ2广西北海红树林站*北海市防护林场湿地生态站兼顾沿海防护林监测点北仑河口红树林站北仑河口国家级自然保护区湿地生态站兼顾沿海防护林监测点合计25———— 注: *为已建台站。

3.1.3 布局合理性分析

(1)布局类型覆盖合理

以规划台站为中心，外延20 km为半径的范围作为生态系统定位研究的区域，按1∶100万植被分布图进行叠加提取分析，布局台站涉及植被大类5个，植被亚类14个，除森林生态系统外，同时考虑湿地、荒漠(石漠)、草地及城市等生态系统类型，布局类型覆盖率为100%。

(2)布局规划数量合理

广西天然植被亚类14个，规划布局满足涵盖所有植被亚类的条件，至少要建设台站14个，加上考虑湿地、草地、荒漠(石漠)等生态系统一些特殊类型和重要山系分布情况，台站总数至少在20个以上。规划布局各生态系统台站共25个，台站密度由平均475万hm2设置1个提高到平均95万hm2设置1个。

(3)布局功能区域合理

结合广西实际，规划布局台站选址以自然保护地、国有林场、国家公益林监测范围为主，充分考虑了区内陆地生态系统的水源涵养生态功能区、水土保持功能区、生物多样性功能区及重点城镇群等功能区域。

(4)布局上下衔接合理

衔接国家林草生态系统总体规划，充分考虑森林、湿地、草地、荒漠(石漠)及城市等生态系统类型在国家层面的重点布局，与各个生态功能区衔接，实现完全统一，在满足国家陆地生态系统生态功能区监测需要的基础上，结合广西实际，对各类型生态系统台站进行进一步的补充和完善与优化。

3.2 建设与发展重点

根据新时期国家科技创新和各学科领域科技发展需要，在满足国家陆地生态系统长期定位观测研究网络布局及观测要求的基础上，以全面提高省级生态监测网能力为原则，围绕各生态系统台站的观测任务和研究重点，通过高标准建设，统一标准、规范运行，提升观测与科研能力，加强资源与数据共享，构建形成学科体系完整、空间布局合理、组织体系完善、开放共享与服务的省级生态站网络体系。

3.2.1 建设重点

(1)建设标准化生态站

加快推进布局台站建设，进一步完善省级台站观测网络建设。将标准化建站理念贯穿生态站建设的全过程和各个环节，按照生态站建设的相关标准，规范建设内容，提高建设质量，建设一批高标准、高质量的生态站，充分发挥生态网络的功能，服务区域与国家生态保护与社会发展。

(2)统一标准，规范运行

按照各生态系统相关观测技术标准开展定位观测，对各生态系统典型要素进行整体布控、全面监测，体现生态系统的共性监测，同时兼顾区域的个性特色。坚持监测标准与数据格式的统一，确保数据的真实有效性、系统性、连续性、典型性、完整性和可比性。实现生态站网标准化建设，保障生态站网规范、高效运行。

(3)提升野外观测技术，扩大观测与研究尺度

结合地面观测和遥感多尺度观测，发展宏观“天—空—地”立体监测、微观“动物、植物、微生物”等分子测序、精准“基因—细胞水平、初级生产者、顶级群落、旗舰物种的全食物链”示踪技术，提升野外观测技术，提高观测精度[37]。同时，观测尺度由站点流域和区域转换，研究对象从生态系统向地表系统扩展，促进自然生态要素与社会经济相结合，进一步深化联网观测和研究。

(4)加强信息化台站建设，实现数据共享

重点推进台站信息化建设，提升生态站数字化、自动化、网络化等综合水平，通过长期定位监测生态系统过程，形成各生态系统要素观测数据集，促进监测成果的产出与转化。建设省级生态网络数据中心，构建基于物联网技术的生态站网络数据共享体系，完善数据共享机制，实现资源与数据共享，提高数据产品服务能力，定期发布专题报告，支撑生态产品核算，服务“双重”规划重大生态工程等效益监测评估，为政府部门提供决策的数据依据。

(5)面向国家和地方重大需求，发挥行业优势

围绕国家“双碳”目标、乡村振兴、国家公园建设、“双重”规划实施等战略，探索研究生态产品核算，林草碳汇计量和碳汇能力及其实现路径等，支撑自然保护地生物多样性保护、西南岩溶国家公园建设等，更好地服务国家战略需求[38]。同时，以生态站网络平台为纽带，加强与区内外高校和科研院所的科技合作，发挥林草系统生态站“地域广、面向实际问题”的优势，中国科学院等科研单位和高校“综合性强、面向科学前沿”各自台站优势，加强基础研究以及示范应用、科普研学等合作，共同为国家或行业需求发挥生态网络的作用[39]。

3.2.2 研究重点

(1)生物多样性重要保护地联网观测研究

结合大瑶山地生物多样性保护重要区、涉及武陵山区生物多样性保护重要区等生态功能区位定位，以桂中、桂北区域的大瑶山、漓江源森林站为重点，辐射区内及周边省份各重要生态区域的生物多样性联网观测研究，提升区域生态系统多样性、稳定性、持续性，加强自然保护地体系建设，扩大保护范围，坚持自然恢复，优化森林生态系统结构，修复野生动植物栖息地生境，为保护生物多样性和持续增强生态系统服务功能等提供必要的参考。

(2)典型喀斯特地区森林保育与生态修复研究

以环江喀斯特生态站、陇均石漠生态站为重点，开展西南喀斯特地区退化生态系统恢复重建与可持续发展、石漠化综合治理及绿色发展、岩溶关键带与水土流失、表层岩溶水生态调蓄、生态服务提升技术与模式、石漠化治理增碳汇等问题研究，为典型喀斯特地区森林保育生态修复、石漠化治理和人工林区植被恢复提供科学依据，为支撑西南石漠化区生态恢复与民生改善提供技术保障。

(3)喀斯特湿地与近海的红树林研究

在喀斯特湿地方面，以临桂会仙湿地站、都安澄江河流湿地站为研究平台，重点研究喀斯特湿地水资源调控、生物多样性及其维持机制、景观格局变化及其响应机制、特色资源保护与恢复、自然景观修复与植被生态功能提升等问题。

在近海的红树林研究方面，以福建泉州湾、广西北海、海南东寨港沿海一带的滨海湿地区红树林为研究对象，开展红树林及相关生境协同演化、红树林生态修复与功能利用、红树林及邻近水域生物监测及生态安全评估等研究，探讨红树林等典型近海湿地生态系统的演变过程及其对人类活动和气候变化协同作用的响应，以期在国家和区域海洋生态观测网络构建中发挥重要作用，并为我国海洋生态保护和修复提供重要科技支撑。

(4)城市生态圈生态效应研究

由省会城市南宁城市站、工业城市柳州城市站、生态旅游城市桂林城市站，形成3个类型城市生态圈的联网观测，重点研究城市森林、湿地等自然生态系统对城市环境的影响与响应，以及城市生态系统结构、格局、过程、功能和服务及其演变的研究，为科学建设和使用城市森林、湿地等自然生态系统提供理论依据和技术支撑，为城市可持续管理提供决策依据。

(5)生态产品核算及其实现机制研究

重点研究典型森林(含竹林)、湿地、荒漠(石漠)、草地和城市等生态系统的生态产品形成机理和变化规律，研发生态产品指标实物量及价值量信息库构建技术、生态产品核算技术；并依托生态系统长期定位观测网络，连续对同一生态系统进行全指标体系观测与清查，获取长期定位观测数据，耦合自然资源数据，建立健全生态产品绿色核算体系，精准实现生态空间生态产品价值核算与绿色碳中和发展，服务碳达峰碳中和的国家战略。

(6)重点生态工程效益监测与评估研究

以公益林、天然林、退耕还林、防护林、国家储备林以及“双重规划”等重点林业生态工程的典型区域为研究对象，建立广西林业重点生态工程效益监测网络，构建林业生态工程生态效益评价的数据平台，建立不同区域“站点”尺度林业生态工程生态效益评价指标体系，研发多尺度效益评价技术，制订相关技术标准和监测规范，定量评价与预测重点林业生态工程的生态效益。

(7)流域补偿联网观测研究

结合南岭山地水源涵养与生物多样性保护重要区、云开大山水源涵养重要区、西江上游水源涵养与土壤保持重要区目标定位，与贵州、广东等生态站联合开展流域跨省联网监测，形成三省珠江水系西江流域等重要水源地的生态联网观测，重点开展流域生态补偿联网研究，为珠江流域下游城市群对上游水源涵养生态功能区的生态补偿提供基础数据和决策依据。

4 讨论

广西陆地生态系统定位观测研究站网络建设是公益型的长期科研事业，需要各级政府和行业主管部门高度重视，加强生态站的观测基础设施建设和仪器设备的投入，制订《广西陆地生态系统定位观测研究站网数据管理办法》，建立广西陆地生态站网络管理平台，强化生态站专家学术委员会的指导，重点解决人才队伍培养、技术薄弱等重大问题，集成资源，形成合力，多层面、多角度开展观测与研究工作，围绕国家和地方开展生态系统结构与功能的长期、连续、定位野外科学观测和生态过程关键技术研究，助力生态文明和壮美广西建设。