【建校80周年暨合校15周年巡礼】我校水土保持研究回顾

来源:新闻中心 | 作者:王学锋 | 发布日期:2014-05-26 | 阅读次数:

为了黄土高原再披新绿
——我校水土保持研究回顾
 

  提到黄土高原,很多人都会产生一种颇为复杂的情感。作为华夏文明的重要发祥地,黄土高原寄托了中国人太多的民族情感和历史回忆。然而,自中世纪以来,由于气候变化和人类活动影响,黄土高原水土流失严重,不但自身环境遭受破坏,还对黄河下游造成严重水患威胁。

  从上世纪50年代开始,我校水土保持研究所的科研人员团结拼搏、辛勤耕耘,历经半个多世纪的艰苦创业,在土壤侵蚀、旱地农业、水土保持与区域综合治理等研究领域形成了自身学科优势,建立了我国水土保持科学体系。目前已发展成为面向国家战略需求、紧跟世界水土保持科技前沿,能够肩负国家重大科技任务的多学科综合性国家水土保持科学研究和高级人才培养基地,确立了国家水土保持科学研究的中心地位,为我国乃至世界水土保持科学的发展作出了重要贡献。

  艰苦奋斗    科学研究硕果累累

  自1956年建所以来,水保所主要在土壤侵蚀规律与水土保持原理,土壤、土地资源与侵蚀环境整治,水土保持型生态农业和旱地农业的理论与技术,水土保持植被建设与环境效应,水土流失综合治理,黄土高原宏观发展战略,节水理论技术研究和成果转化、产业化等7个方面开展了科学研究,取得累累硕果。

  在土壤侵蚀规律与水土保持原理的研究方面,编制了土壤侵蚀类型和土壤侵蚀区划;创造性地提出区分土壤抗冲、抗蚀性的理论;提出了现代加速侵蚀占主导地位的科学论断;构建了坡面与小流域水蚀预报的物理模型;研发了土壤侵蚀研究的新技术和新方法。

  在土壤、土地资源与侵蚀环境整治方面,通过对原始土壤与黄土古土壤层的研究,确认了生物因素在成土过程中的主导作用,证明了黄土最初的风成学说,提出了黄土疏松多孔结构的成因,对研究土壤侵蚀过程及其调控提供了新的依据;通过对黄土高原土壤分类、土壤培肥研究,确立了黄土区土壤分类系统,提出了土壤干层的存在、发生与发展成因,探索养分高效利用的调控途径。土壤地球化学与地方病研究,为地方病防治工作提供了重要的科技支撑。

  在水土保持型生态农业和旱地农业的理论与技术研究方面,提出了“水土保持型生态农业”的主要理论与技术;阐明了“土壤水库效应”,提出了“以肥调水”的概念;提出了“作物对多变低水环境适应与调节”的新概念,并提出生物节水是大幅度提高旱地作物水分利用效率和生产力的重要途径;通过SPAC中物质运移规律研究,揭示了土壤中水、热、化学物质迁移规律和SPAC中水分运转规律及节水调控原理,提出了控制性交替灌溉新方法。

  在水土保持植被建设与环境效应研究方面,开创了我国干旱与半干旱地区飞播造林种草的先河。通过多种水土保持型优良树草种的生理生态及选育、引种和栽培技术研究,为黄土高原不同区域选择适宜林草奠定了基础。通过长期定位监测研究,提出黄土高原森林草原区植被建设以自然恢复为主,人工植被建设以乡土树草种为主的结论,对植被恢复前景进行了预测,为黄土高原植被建设决策提供了科学依据和有效途径。

  在水土流失综合治理研究方面,建立了完整的黄土高原资源信息数据库;以水土流失治理与生态环境建设的试验示范为科技切入点,连续20年主持国家黄土高原综合治理科技攻关,在黄土高原不同类型区建立了11个试验示范区,提出了黄土高原不同类型区水土流失综合治理模式,成功创建了试验示范研究基地和实体样板;发展了小流域综合治理理论,开创了中尺度水土流失治理与生态建设模式;拟订了流域生态经济系统健康评价方法和模型,为生态建设综合评价提供了科学方法,为国家生态建设战略决策提供了科学依据。

  在黄土高原宏观发展战略研究方面,提出了“全部降水就地入渗拦蓄;米粮下川上塬;林果下沟上岔;草灌上坡下土瓜 ”的黄土高原国土整治方略,成为黄土高原水土保持工作的主要理论依据,在指导该地区水土流失综合治理中发挥了重要作用。提出黄土高原农林牧生产发展“两环”、整治“两区”,建设“两廊”的农林牧科学布局方案。同时,系统总结分析了黄土高原区域粮食生产的历史、发展现状以及综合影响因子,确定了黄土高原水土流失区各类型区的粮食产量潜势,建立了粮食、人口、土地承载力预测模型,提出了黄土高原水土流失区粮食的最大可能生产能力与最低保有量及综合配套技术体系。

  在节水理论技术研究和成果转化、产业化方面,建立了节水灌溉技术设备示范基地,汇集了包括自主研发的节水灌溉产品在内的世界各地先进的节水灌溉设备、材料和节水灌溉技术,成为杨凌农业高新技术产业示范区进行农业高新技术推介的重要窗口。承担水土保持工程技术项目,开辟了为经济建设服务的新路子。近年来,先后承担了“西气东输管道工程环境监督项目”等水土保持工程技术咨询服务项目,在水土保持工程技术领域迈出了坚实的步伐,成立了“中科环境”公司,建立了控根育苗基地和控根育苗博览园。被誉为“移动的森林”的控根苗木,对环境建设和城市绿化发挥了重要作用。

  半个多世纪以来,以著名胶体化学家、学部委员虞宏正,著名土壤与水土保持学家、中国科学院院士朱显谟,著名作物生理生态与水土保持学家、中国工程院院士山仑,著名土壤侵蚀与水土保持学家、国际欧亚科学院院士唐克丽为典型代表,水保所专家们积极献身水保科学,共取得科研成果500余项,其中获得国家科技进步成果奖10项,省部级科技成果奖159项,为黄土高原国土整治、旱地农业、生态建设发挥了重要的科技支撑作用,累计经济效益百亿元以上。

  1985年,《黄土高原飞机播种造林种草试验》项目获国家科技进步二等奖;1988年,《黄土丘陵区农林牧合理结构与增产技术综合研究》获国家科技进步三等奖;1992年,《黄土高原微肥使用的有效条件与施肥技术》获国家科技进步二等奖。

  1993年,以李玉山等为主要完成人、与众多单位协作完成的11个试区50多项专题的联合攻关成果“黄土高原综合治理定位试验研究”获得国家科技进步奖一等奖。其成果表明,在加强投入的情况下可以实现区域粮食自给有余,水土流失可得到有效控制,中西部果品生产具有优良的生态条件,可建成我国第一流的果品基地。其成果有力说明:黄土高原是一块能养育自己并能发展的区域。

  2001年,由卢宗凡、梁一民、刘国彬等主持完成的“安塞丘陵沟壑区提高水土保持型生态农业系统总体功能的研究”获得国家科技进步二等奖;2004年,山仑院士和水保所研究员邵明安、邓西平、上官周平等完成的“半干旱地区作物对有限水分高效利用的原理与技术”成果获得国家科技进步二等奖。该研究成果揭示了黄土高原土壤的蓄水力、供水调节能力,提出了若干节水增产新技术,并在生产实践中得到应用且产生了良好的经济效益。

  奋发努力     打造水土保持实验观测平台

  经过长期建设,一个特色鲜明、优势突出、开放共享的野外实验观测和室内模拟测试有机结合的水土保持实验观测平台已基本形成。目前拥有“黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室”、“国家节水灌溉杨凌工程技术研究中心”、“水利部水土保持生态工程技术研究中心”、“流域生态与管理研究室”、“区域水土保持与环境研究室”、“林草生态研究室”等6个研究单元。在黄土高原不同类型区建有安塞水土保持综合试验站、长武黄土高原农业生态试验站、固原生态试验站、神木侵蚀与环境试验站等野外站。建有人工模拟降雨大厅和人工干旱环境气候室等重要科研实验设施,形成了集应用基础研究、试验与示范、决策服务于一体的水土保持科研体系。

  黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室于1989年正式立项,1991年筹建,1993年12月正式开放,1995年通过国家正式验收。1998年通过科技部评估。2000年、2005年、2010年顺利通过科技部地学实验室评估。

  实验室以黄土高原侵蚀环境调控和提高旱地农业生产力为研究方向,以控制黄土高原水土流失和缓解干旱为目标。重点实验室贯彻“开放、流动、联合、创新”的方针,开拓创新,为黄土高原生态环境治理问题提供前沿科学理论依据与集成技术创新成果。

  经过多年的发展,实验室现拥有实验及办公大楼1座,人工模拟降雨大厅1座,人工模拟干旱气候室1座,野外实验站5个:包括安塞站、长武站、固原站、神木站、子午岭站;拥有与美国农业部农业研究局、资源保护局、韩国农业局等共同成立的“中美水土保持与环境保护研究中心”、“中韩沙漠化防治研究中心”;拥有稳定性同位素质谱仪等大型仪器设备近30台;实验室有固定人员70名,其中院士2 名,千人计划1名,百人计划11名,研究员37名,博士生导师40名,杰出青年基金获得者2名,其中具有博士学位者57名。另有中科院特聘外籍研究员3名:美国马里兰大学教授Robert Lee博士;美国依阿华州立大学Horton教授,澳大利亚大气研究所首席研究员David教授。

  重点实验室先后主持或承担国家攀登计划、“973”项目、“863”计划、国家重点科技攻关项目、国家自然科学基金项目等国家级科研项目,中科院知识创新重要方向项目、中科院“百人计划”项目、中科院引进国外杰出人才项目、中科院国家外专局创新团队国际合作伙伴计划,教育部创新团队,“西部之光”等省(部)级重大和重点科研项目,以及中美、中澳、中欧、中英、中以、中日等国际合作项目165项。

  实验室先后有42项成果获得国家、省部级奖励,其中国家科技进步一等奖1项,国家科技进步二等奖5项,省(部)级一等奖15项,省(部)级二等奖15项;发表学术论文并被SCI收录600多篇。取得发明专利5项。

  自实验室成立以来共出版学术专著80余部。《土壤学与水土保持——朱显谟院士论文集》、《中国水土保持》、《中国节水农业》、《中国黄土高原研究与展望》、《细沟侵蚀物理模型》等研究专著,代表了中国乃至世界土壤侵蚀与旱地农业研究的最高学术水平。

  实验室目前拥有完善的配套设施与国际先进水平的人工模拟降雨大厅和人工干旱环境气候室的室内研究平台。人工模拟降雨大厅于1991年建成并投入使用,其降雨高度为18米,有效降雨面积为1350平方米。计算机自控系统可分别独立控制四个降雨区不同雨强的降雨,可模拟自然界的主要降雨特征,进行降雨冲刷实验、溅蚀实验及相关土壤侵蚀及水土流失的基础理论及基本原理的研究。人工干旱环境气候室2005年10月完成主体工程,建筑面积2530平方米,由不同规模的人工光照、自然光照、可调光谱、密闭气体及自控玻璃温室组成。主要用于植物在干旱半干旱条件下生长的环境条件的控制,探讨植物生理生态特征和进行旱区农业研究。

  实验室组成了由神木侵蚀与环境试验站、子午岭土壤侵蚀与生态环境试验站、安塞水土保持综合试验站、长武农业生态试验站、固原水土保持试验站5个重要野外研究基地联网的实验室野外试验站网平台。其中,神木侵蚀与环境试验站位于黄土高原水蚀与风蚀最强烈土壤侵蚀区,是研究黄土高原土壤侵蚀泥沙下泄黄河的野外观测台站;长武农业生态试验站主要研究半干旱条件下粮食丰产与稳定性问题,为研究增强高效农业生态经济系统的抗逆性提供条件;子午岭土壤侵蚀与生态环境试验站是研究人为加速土壤侵蚀的过程和机理的野外观测台站。

  半个多世纪的艰苦奋斗,近六十载黄土情。在50多年的发展历程中,水保所几代科技工作者始终坚守黄土高原科学研究第一线,艰苦奋斗、无私奉献、协力攻关、锐意进取,为国家水土保持事业作出了贡献。在新的历史时期,水保所科研工作者们将继承和发扬“厚实、淳朴、包容、奉献”的“黄土精神”,为黄土高原秀美山川再立新功。


责任编辑:杨耀荣
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