中國科學(xué)院欒城農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心 石家莊 050021

中國科學(xué)院欒城農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站（以下簡稱“欒城站”），始建于 1981 年，1988 年加入中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)（CERN），1999 年成為全球陸地生態(tài)系統(tǒng)觀測網(wǎng)絡(luò)（GTOS）成員，2005 年成為國家生態(tài)系統(tǒng)觀測研究網(wǎng)絡(luò)（CNERN）臺站。在中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò) 2006—2010 年綜合評估中獲得“優(yōu)秀野外臺站”。

1 研究目標(biāo)和定位

瞄準(zhǔn)農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)的國際前沿和國家糧食安全、水資源安全的需求，圍繞華北平原地下水超采區(qū)的生態(tài)環(huán)境問題，開展區(qū)域農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能及其演變過程的長期綜合觀測及對全球變化與集約化生產(chǎn)的響應(yīng)機(jī)制研究；探索農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)界面能量、水分、養(yǎng)分傳輸過程及其內(nèi)在調(diào)節(jié)機(jī)制和農(nóng)業(yè)生態(tài)—經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能優(yōu)化調(diào)控機(jī)制；重點(diǎn)研發(fā)和集成現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)、清潔施肥管理技術(shù)、分子育種技術(shù)和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)應(yīng)用技術(shù)等資源節(jié)約高效利用與管理技術(shù)；發(fā)展華北平原可持續(xù)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)管理的理論體系和區(qū)域優(yōu)化示范模式。

2 研究成果與科學(xué)貢獻(xiàn)

欒城站圍繞大農(nóng)業(yè)開展了節(jié)水灌溉、平衡施肥、作物品種、平原畜牧業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和農(nóng)村新能源等方面的理論研究與技術(shù)示范工作。

（1）明確了農(nóng)田水分界面通量與蒸散結(jié)構(gòu)，提出水分適度脅迫下的作物“反沖響應(yīng)機(jī)制”，豐富了非充分灌溉理論與技術(shù)，研發(fā)了限水灌溉理論與界面節(jié)水調(diào)控技術(shù)體系。

（2）量化了太行山前平原農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)氮素通量、農(nóng)田養(yǎng)分過程與面源污染控制機(jī)理，在深層土壤促進(jìn)反硝化作用、削減硝酸鹽淋失和減小地下水污染風(fēng)險(xiǎn)方面取得創(chuàng)新性結(jié)論。

（3）闡明了農(nóng)田水分平衡機(jī)制，揭示了深層包氣帶水分運(yùn)移和溶質(zhì)傳輸過程機(jī)理，提出適合本地區(qū)水文氣候特點(diǎn)的農(nóng)業(yè)種植制度調(diào)整途徑，為地下水壓采政策的實(shí)施提供了科學(xué)依據(jù)。

（4）較早開展了生物節(jié)水方面的研究，實(shí)證了小麥、玉米 WUE（水利用效率）生理差異的潛力，揭示了 WUE 與關(guān)鍵生理性狀的關(guān)系，建立了指導(dǎo)節(jié)水品種選育的作物抗旱性綜合評價(jià)指標(biāo)體系。

（5）利用 CO2倍增與增溫等環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究了農(nóng)田生產(chǎn)力、水分、養(yǎng)分過程的響應(yīng)反饋機(jī)制，建立了農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)健康評價(jià)的指標(biāo)體系與農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能評估方法。

（6）率先建立了我國縣域精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范區(qū)，初步探索出適合國情，以農(nóng)戶管理單元為主體，農(nóng)田和縣域兩種尺度的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)模式。

（7）構(gòu)建了食物鏈養(yǎng)分金字塔理論，闡明了養(yǎng)分管理與食物系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系，并且將養(yǎng)分管理研究從農(nóng)田擴(kuò)展到食物鏈系統(tǒng)，為養(yǎng)分優(yōu)化管理提供了理論框架。

3 人才培養(yǎng)與隊(duì)伍建設(shè)

欒城站目前共有包括水分循環(huán)、養(yǎng)分循環(huán)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、分子育種、農(nóng)牧食物鏈營養(yǎng)流與循環(huán)農(nóng)業(yè)和全球變化等方向在內(nèi)的創(chuàng)新研究單元 8 個(gè)，研究和技術(shù)人員 33 名；其中，中科院院士 1 人，研究員 9 人，副研究員 14 人，助理研究員 6 人，實(shí)習(xí)研究員 3 人；博士 20 人、碩士 6 人；平均年齡 39 歲，平均工作年限 16 年。這是一支年輕且富有研究經(jīng)驗(yàn)的隊(duì)伍。在讀博士研究生 22 名、碩士研究生 56 名，流動人員（包括研究生、客座研究人員）達(dá)到在站研究人員的 50% 以上，已經(jīng)成為欒城站和相關(guān)創(chuàng)新研究單元的中堅(jiān)力量。

近 10 年來，共培養(yǎng)研究生 118 名，其中碩士研究生 68 名，博士研究生 50 名。其中，1 人獲中科院院長特別獎(jiǎng)，其博士論文獲評為中科院優(yōu)秀博士學(xué)位論文，1 人獲中科院院長優(yōu)秀獎(jiǎng)。

4 科研能力與技術(shù)平臺

經(jīng)過 30 多年的建設(shè)，欒城站在公共監(jiān)測平臺、試驗(yàn)研究平臺、服務(wù)平臺建設(shè)等方面都取得了長足的發(fā)展，為逐步成為國際水平的長期生態(tài)學(xué)研究基地奠定了基礎(chǔ)。

公共監(jiān)測平臺方面，按照 CERN 和 CNERN 監(jiān)測規(guī)范，欒城站建設(shè)了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的觀測場與長期觀測采樣地，配置了先進(jìn)的監(jiān)測儀器，配備有完善的、專業(yè)配置齊全的監(jiān)測技術(shù)隊(duì)伍，采用監(jiān)測任務(wù)責(zé)任到人的管理機(jī)制和“田間監(jiān)測人員→專業(yè)質(zhì)量控制組控制→數(shù)據(jù)管理員和主管站長”三級數(shù)據(jù)質(zhì)量控制制度，圓滿完成了各項(xiàng)監(jiān)測任。

試驗(yàn)研究平臺方面，欒城站擁有完全產(chǎn)權(quán)土地 417畝，試驗(yàn)場道路平整，設(shè)施齊全，通訊等支撐條件完備，可滿足標(biāo)準(zhǔn)化的農(nóng)田管理和試驗(yàn)要求。主要的觀測試驗(yàn)場包括：設(shè)施齊備的氣象場、綜合觀測場、水分平衡場、養(yǎng)分平衡場、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)示范場、小麥育種場等。配備有先進(jìn)的觀測研究設(shè)施，包括：遙感鐵塔、大型蒸滲儀、水分溶質(zhì)遷移觀測深井、溫室氣體觀測系統(tǒng)、OTC（開頂式氣室）、紅外增溫系統(tǒng)、遮雨棚、渦度相關(guān)、波文比、大孔徑閃爍儀、GeoProbe 土壤深層采樣機(jī)、野外同位素質(zhì)譜儀、光譜儀、光合儀等。

公共實(shí)驗(yàn)室平臺方面，欒城站建有分析測試中心和數(shù)據(jù)采集中心，并建立有專業(yè)的農(nóng)田 SPAC 水分過程實(shí)驗(yàn)室、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)驗(yàn)室、種子分析與低溫保存室等。

公共服務(wù)平臺方面，站區(qū)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)暢通，工作和生活環(huán)境舒適幽靜，全部公共監(jiān)測數(shù)據(jù)和部分研究數(shù)據(jù)及時(shí)入庫，并通過數(shù)據(jù)共享云平臺提供服務(wù)?？茖W(xué)傳播平臺也日臻完善，成為多家科研院所、大學(xué)和中學(xué)的研究實(shí)習(xí)實(shí)訓(xùn)基地，面向社會公眾、大中學(xué)生、政府職能部門和農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社，提供科學(xué)普及、技術(shù)示范和推廣的服務(wù)。

5 開放與交流

欒城站是聯(lián)合國糧農(nóng)組織“全球陸地生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)（GTOS）”的成員單位，是美國馬里蘭大學(xué)全球變化研究所、日本國際農(nóng)業(yè)研究中心模擬東亞季風(fēng)氣候變化和災(zāi)害氣候?qū)Z食安全生產(chǎn)影響研究的基點(diǎn)站之一。與日本千葉大學(xué)、筑波大學(xué)、東京大學(xué)聯(lián)合建立了華北N38° 生態(tài)樣帶的水文水資源長期動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。已成為國際上有影響的長期生態(tài)學(xué)觀測平臺之一。

在農(nóng)業(yè)節(jié)水、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、作物育種、農(nóng)田水氮管理、溫室氣體排放等研究領(lǐng)域與美國、日本、澳大利亞、德國、荷蘭等國家的大學(xué)或科研機(jī)構(gòu)建立了長期合作關(guān)系，已成為國際上有一定影響的長期農(nóng)田生態(tài)學(xué)研究平臺。

近年來，到欒城站進(jìn)行學(xué)術(shù)訪問和合作研究的國外科學(xué)家和研究人員達(dá)年均 30 余人次，與欒城站有合作和交流的國家和地區(qū)包括美國、德國、荷蘭、英國、日本、澳大利亞等 20 多個(gè)國家和地區(qū)。來站工作的國外科研機(jī)構(gòu)有美國農(nóng)業(yè)部、澳大利亞科工組織、德國農(nóng)業(yè)景觀研究中心、荷蘭瓦格寧根大學(xué)、英國帝國理工大學(xué)、日本東京大學(xué)、日本千葉大學(xué)等 30 多個(gè)大學(xué)或機(jī)構(gòu)。已成為國內(nèi)外有影響的合作研究與學(xué)術(shù)交流的開放平臺。

6 發(fā)展目標(biāo)

欒城站的發(fā)展和建設(shè)目標(biāo)是：（1）建成具有國際一流水平的農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)長期綜合觀測與研究平臺；（2）具有區(qū)域特色的華北平原現(xiàn)代農(nóng)業(yè)與水肥土種資源高效利用研究與示范中心；（3）先進(jìn)的農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化和應(yīng)用基地，為我國北方農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)優(yōu)化管理與水資源可持續(xù)利用提供示范模式和配套技術(shù)；（4）為全球變化與國家生態(tài)環(huán)境評估提供科學(xué)依據(jù)；（5）為我國社會和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供宏觀決策依據(jù)。

（相關(guān)圖片請見封三）