青藏高原自然資源綜合觀測(cè)體系構(gòu)建探討

楊 斌，譚昌海，趙陽(yáng)剛，何曉波，段陽(yáng)海，張潯潯

（1.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局應(yīng)用地質(zhì)研究中心, 四川 成都 610036；2.自然資源要素耦合過(guò)程與效應(yīng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100055；3.中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 冰凍圈科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅 蘭州 730000）

自然資源是人類(lèi)生存和發(fā)展的必要條件，人類(lèi)社會(huì)發(fā)展進(jìn)程就是不斷認(rèn)識(shí)自然、開(kāi)發(fā)利用自然資源的歷史[1-3]。自然資源的稀缺和不合理開(kāi)發(fā)已成為與人口、生態(tài)環(huán)境和發(fā)展緊密聯(lián)系的世界性問(wèn)題[4-5]。如何處理好該問(wèn)題，是社會(huì)發(fā)展和文明進(jìn)步的核心關(guān)鍵。由此，生態(tài)文明建設(shè)成為了人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的必然選擇，也是我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的重大戰(zhàn)略之一[6]。

為研究環(huán)境變化與生態(tài)系統(tǒng)相互作用關(guān)系及其對(duì)人類(lèi)生活的影響，許多歐美國(guó)家和國(guó)際組織自19 世紀(jì)開(kāi)始，紛紛建立了全球尺度、國(guó)家尺度和區(qū)域尺度的觀測(cè)站網(wǎng)，如世界氣象組織建立的全球氣候觀測(cè)系統(tǒng)(Global Climate Observing System, GCOS)、聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織建立的全球陸地觀測(cè)系統(tǒng)(Global Terrestrial Observing System, GTOS)、美 國(guó) 國(guó) 家 生 態(tài)觀 測(cè) 網(wǎng) 絡(luò)(National Ecological Observation Network,NEON)等。中國(guó)也是世界上最早開(kāi)展長(zhǎng)期定位觀測(cè)的國(guó)家之一[4]，主要建立有國(guó)家生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)研究網(wǎng) 絡(luò)(National Ecosystem Research Network of China,NERN)、中國(guó)科學(xué)院生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(China Ecosystem Research Network, CERN)、高寒區(qū)地表過(guò)程與環(huán)境觀測(cè)研究網(wǎng)絡(luò)(High-cold Region Observation and Research Network for Land Surface Processes & Environment of China, HORN)等觀測(cè)研究網(wǎng)；同時(shí)，國(guó)家氣象局、水利部等業(yè)務(wù)管理部門(mén)建立了氣象監(jiān)測(cè)站網(wǎng)、水文監(jiān)測(cè)站網(wǎng)等業(yè)務(wù)管理站網(wǎng)。

但長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外野外觀測(cè)站網(wǎng)主要以生態(tài)系統(tǒng)和環(huán)境變化定位觀測(cè)研究為主，側(cè)重研究生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和環(huán)境變化作用過(guò)程等內(nèi)容。對(duì)自然資源的研究主要依賴(lài)于幾年一次的調(diào)查和每年1～2 次的監(jiān)測(cè)獲取面上自然資源本底數(shù)量、質(zhì)量等變化情況，對(duì)自然資源變化動(dòng)因、演化趨勢(shì)及資源間耦合作用過(guò)程缺乏長(zhǎng)期、連續(xù)的觀測(cè)研究。

黨的十八大以來(lái)，習(xí)近平總書(shū)記高度重視生態(tài)文明建設(shè)，提出了一系列推進(jìn)和加強(qiáng)我國(guó)生態(tài)文明建設(shè)的新理念、新思想和新戰(zhàn)略。在習(xí)近平生態(tài)文明思想指導(dǎo)下，遵循山水林田湖草沙冰生命共同體理念，構(gòu)建自然資源要素綜合觀測(cè)體系，并利用自然資源綜合觀測(cè)站網(wǎng)開(kāi)展自然資源調(diào)查、定位觀測(cè)、遙感解譯及科學(xué)實(shí)驗(yàn)等工作，系統(tǒng)獲取區(qū)域自然資源的多尺度、多要素的長(zhǎng)期、連續(xù)的數(shù)量、質(zhì)量和分布等數(shù)據(jù)，掌握區(qū)域自然資源本底情況，并研究其變化規(guī)律，預(yù)判未來(lái)變化趨勢(shì)，對(duì)指導(dǎo)各階段區(qū)域開(kāi)發(fā)和資源科學(xué)綜合研究都有不可替代的科技支撐作用[7]。為此，自2019 年以來(lái)自然資源部相繼啟動(dòng)“自然資源要素綜合觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)工程”[8]，并下發(fā)了《自然資源調(diào)查監(jiān)測(cè)體系構(gòu)建總體方案》(自然資發(fā)[2020] 15 號(hào))[9]。旨在構(gòu)建布局合理、體系完整的自然資源調(diào)查、觀測(cè)和監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，查清自然資源家底，揭示不同時(shí)期自然資源及環(huán)境要素的變化狀況及其動(dòng)因，闡明不同自然綜合體的功能特征以及生物地球化學(xué)循環(huán)的基本規(guī)律，探索重點(diǎn)區(qū)域重點(diǎn)類(lèi)型國(guó)土、海域利用變化與自然生態(tài)演化相互作用機(jī)理，形成管控機(jī)制，為自然資源的開(kāi)發(fā)利用與保護(hù)提供支撐[10]。

青藏高原自然資源要素綜合觀測(cè)站網(wǎng)作為全國(guó)自然資源觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)重要組成部分，將對(duì)青藏高原自然資源現(xiàn)狀、沖突、自然資源利用的可持續(xù)性進(jìn)行研究。但是目前關(guān)于如何在青藏高原構(gòu)建自然資源綜合觀測(cè)體系的研究比較少，甚至自然資源的本身的定義也有爭(zhēng)議[5,11-19]。廣義上，自然資源包含一定范圍內(nèi)自然形成的能被人利用(自身具備價(jià)值或改造后具備價(jià)值)所有空間資源、物質(zhì)資源和能量資源，只要能(或認(rèn)為能)被人類(lèi)利用的天然生成的各種成分均是自然資源[11-16]。狹義上，認(rèn)為自然資源僅是指天然界存在的、未經(jīng)人類(lèi)加工的資源或能量[17-19]，或法律中規(guī)定、授權(quán)相關(guān)部門(mén)管理的特定資源[9]。作為自然資源統(tǒng)一管理和調(diào)查監(jiān)測(cè)的對(duì)象，人們更加注重那些看得見(jiàn)、摸得著，可以實(shí)施調(diào)查、監(jiān)測(cè)和控制的自然資源實(shí)體，即主要以物質(zhì)形式存在的自然資源要素[19]。從服務(wù)于自然資源管理而開(kāi)展的自然資源綜合觀測(cè)角度出發(fā)，本研究所指自然資源主要是《(中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問(wèn)題的決定)輔導(dǎo)讀本》中所解釋的自然資源，即“自然資源是指天然存在、有使用價(jià)值、可提高人類(lèi)當(dāng)前和未來(lái)福利的自然環(huán)境因素的總和”。

本研究以地球系統(tǒng)科學(xué)理論為指導(dǎo)，從服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)出發(fā)，梳理總結(jié)青藏高原已有野外臺(tái)站現(xiàn)狀，從觀測(cè)對(duì)象、觀測(cè)指標(biāo)體系、觀測(cè)體系、質(zhì)量控制體系、運(yùn)行管理體系、成果與服務(wù)等方面全面探討探討在青藏高原自然資源綜合觀測(cè)體系構(gòu)建過(guò)程中存在的問(wèn)題與可能的解決方法。

1 青藏高原自然資源、環(huán)境概況及觀測(cè)現(xiàn)狀

1.1 青藏高原自然資源及環(huán)境概況

青藏高原屬于中國(guó)西高東低的地勢(shì)總輪廓中的最高一級(jí)地勢(shì)階梯，被譽(yù)為“世界屋脊”“地球第三極”“亞洲水塔”。晚近地質(zhì)時(shí)期的強(qiáng)烈隆升，導(dǎo)致高原本身自然環(huán)境的急劇演變和顯著的區(qū)域分異，成為我國(guó)獨(dú)具一格的自然地域單元[20-23]；青藏高原地理結(jié)構(gòu)和生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜[22-23]，擁有豐富和獨(dú)特的自然資源如生物資源、水資源、氣候資源與礦產(chǎn)資源等，是我國(guó)重要的生態(tài)功能區(qū)和資源戰(zhàn)略區(qū)[21,24-25]，但地勢(shì)高亢、冰川凍土廣布、冰雪與寒凍作用普遍的高寒氣候特殊性導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境極其脆弱[20-21]。

氣候高寒、水資源充沛。青藏高原是地球上同緯度最寒冷地區(qū)，受亞洲季風(fēng)和西風(fēng)交互影響[26]，整體氣候寒冷干燥，溫差大，降水空間分布不均，東南多，西北少[27]，日照長(zhǎng)，太陽(yáng)總輻射強(qiáng)，是全球超太陽(yáng)常數(shù)的極值區(qū)域之一[28-29]。特殊地理環(huán)境和高寒氣候條件孕育了養(yǎng)育數(shù)億人口的江河、湖泊、冰川、積雪、地下冰等多種類(lèi)型的固、液態(tài)水資源，使其成為“亞洲水塔”。水資源分布呈東多西少，南多北少，分布主要集中在山南、林芝市，三江源流域、雅魯藏布江流域及藏南諸河流域。高原境內(nèi)集水面積50 km2及以上的河流有13 266 條；常年水面面積1 km2及以上的湖泊有1 129 個(gè)，其中水面面積1 000 km2以上的湖泊有青海湖、色林錯(cuò)、納木錯(cuò)和扎日南木錯(cuò)[30-31]，是地球上海拔最高、數(shù)量最多、面積最大的高原湖群之一。冰川作為“高山固體水庫(kù)”，在高原也有廣泛分布[32]，基于第二次冰川編目數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，青藏高原發(fā)育有現(xiàn)代冰川36 793 條，冰川面積49 873.44 km2，分別占中國(guó)冰川總數(shù)的79.4%和84.0%。冰川消融與后退不僅會(huì)影響冰川徑流變化[33-34]，而且會(huì)影響湖泊的變化[35]。積雪作為干旱半干旱地區(qū)春季最重要的淡水資源[36]，在青藏高原分布具有較大的空間異質(zhì)性，穩(wěn)定積雪主要分布在高山區(qū)，其年內(nèi)的積累和消融是高原水文循環(huán)的重要組成部分。20 世紀(jì)八九十年代高原積雪面積較大，最大值出現(xiàn)在1994-1995 積雪期，接近2.5 × 106km2。同時(shí)，青藏高原還蘊(yùn)藏有豐富的地下冰，在多年凍土層形成的漫長(zhǎng)過(guò)程中，反復(fù)的成冰作用將大量水分凍結(jié)并以固態(tài)形式長(zhǎng)期儲(chǔ)存于地下而形成了地下冰，現(xiàn)有地下冰儲(chǔ)量約為12.7 萬(wàn)億m3[37]。

耕地資源有限、草地資源豐富。根據(jù)中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心2018 年的土地利用數(shù)據(jù)[38]，青藏高原的土地利用與覆蓋空間分布，由東南向西北依次為林地、草地和荒漠。其中，草地是主要的土地利用類(lèi)型，覆蓋面積為127.49 × 104km2，占總面積的48.51%；其次為荒漠，主要分布在高原北部，以沙地、戈壁、鹽堿地、裸土地、裸巖為主，覆蓋面積為84.26 × 104km2，占比32.06%；再次為林地，集中分布在青藏高原南緣和東緣的高山峽谷區(qū)，覆蓋面積為34.60 × 104km2，占高原總面積的13.16%；從次為濕地與水體，多分布在青藏高原中西部，覆蓋面積為13.28 × 104km2，占高原總面積的5.05%；耕地和建設(shè)用地最少，集中于“一江兩河”、河湟谷地等地區(qū)，覆蓋面積為3.2 × 104km2，占比1.22%。整體來(lái)看，雖然青藏高原耕地資源極其有限，且集中分布在海拔3 000～4 600 m 溫度條件相對(duì)優(yōu)越的半干旱、半濕潤(rùn)河谷地區(qū)[39]，且各類(lèi)宜農(nóng)土地資源受灌溉條件、土壤肥力及土壤質(zhì)地等因素影響較大[40]，客觀決定了高原發(fā)展農(nóng)業(yè)的局限性；但高原草地資源分布廣泛，是中國(guó)乃至世界著名的高寒牧區(qū)之一，草資源優(yōu)勢(shì)度高，為高原牧業(yè)發(fā)展提供了有利條件，使高原農(nóng)牧業(yè)資源利用具有“以牧為主、農(nóng)牧結(jié)合”的典型特征[41]。此外，雖然高原林業(yè)資源也極為豐富，但多為江河源頭的水源涵養(yǎng)林和生態(tài)保護(hù)林，其生態(tài)價(jià)值遠(yuǎn)大于開(kāi)采的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，故林業(yè)不可能也不應(yīng)該成為高原的優(yōu)勢(shì)資源產(chǎn)業(yè)，而是優(yōu)質(zhì)生態(tài)資產(chǎn)。

生物多樣、生態(tài)環(huán)境脆弱。新生代印度板塊與歐亞板塊的俯沖碰撞作用，造成高原持續(xù)隆升，在內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用下，形成了明顯的垂直分帶現(xiàn)象，在不同海拔地帶形成了不同成因的地貌類(lèi)型及組合。受地形地貌、氣候、海拔梯度等因素的綜合影響，發(fā)育了完整的山地垂直生態(tài)系統(tǒng)，孕育了豐富的野生動(dòng)植物資源，是我國(guó)乃至世界生物多樣性最豐富的山地之一[42]。但同樣也在內(nèi)外動(dòng)力地質(zhì)作用下，加之高原本身土壤發(fā)育的年青性特征，高原地表物質(zhì)處于不斷侵蝕、搬運(yùn)和堆積過(guò)程中，造成生態(tài)環(huán)境變遷劇烈，生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定、自我修復(fù)和調(diào)解能力差[20]。一旦遭到破壞，則極難恢復(fù)。

近幾十年來(lái)青藏高原的升溫幅度是同期全球其他地區(qū)平均值的2 倍[43]，西風(fēng)的加強(qiáng)和印度季風(fēng)的減弱導(dǎo)致北部?jī)?nèi)流區(qū)的降水增多、南部外流區(qū)的降水減少，但高原整體以暖濕化為主[44]。在全球變化背景下，青藏高原的資源及環(huán)境問(wèn)題，也越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者及政府機(jī)構(gòu)的高度重視。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展了較多關(guān)于青藏高原環(huán)境變化相關(guān)的研究分析和評(píng)估工作。其中，陳德亮等[43]專(zhuān)家學(xué)者于2015 年提交了首份《青藏高原環(huán)境變化科學(xué)評(píng)估報(bào)告》，2022 年5 月聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署面向全球發(fā)布《第三極環(huán)境科學(xué)評(píng)估報(bào)告》，這些報(bào)告系統(tǒng)分析總結(jié)了青藏高原過(guò)去2000 年和現(xiàn)代環(huán)境變化的基本事實(shí)，重點(diǎn)評(píng)估了環(huán)境變化和人類(lèi)活動(dòng)影響，同時(shí)預(yù)估了未來(lái)100 年環(huán)境的不同情景變化。整體來(lái)看，青藏高原氣候變化特征是變暖和變濕為主，冰川、凍土多呈退縮狀態(tài)，地表徑流增加，生態(tài)系統(tǒng)總體趨好。但同時(shí)，“暖濕化”趨勢(shì)下也帶來(lái)了新的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題和挑戰(zhàn)，如地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)增大，極端天氣情況增加等。

1.2 野外觀測(cè)站網(wǎng)及現(xiàn)狀

青藏高原大規(guī)模系統(tǒng)研究始于20 世紀(jì)50 年代初，這一階段主要是進(jìn)行青藏高原資源環(huán)境的本底調(diào)查，限于當(dāng)時(shí)的政治、經(jīng)濟(jì)條件，只是對(duì)青藏高原局部地區(qū)的一些專(zhuān)題考察。第2 階段始于20 世紀(jì)70 年代初，這一階段的青藏高原綜合科學(xué)考察歷經(jīng)20 余年，以高原隆起對(duì)自然環(huán)境和人類(lèi)活動(dòng)的影響為主題對(duì)高原進(jìn)行了全面、系統(tǒng)和多學(xué)科的綜合考察，分析了高原隆升過(guò)程及其在地球演化史中的作用，研究了高原生物區(qū)系組成、起源和演化的過(guò)程及規(guī)律，并按照溫度條件、水分狀況和地形差異，把青藏高原劃分為7 個(gè)自然地帶，闡明了各地帶的資源利用方向與主要途徑。進(jìn)入20 世紀(jì)90 年代，青藏高原研究逐漸由面上考察轉(zhuǎn)變?yōu)橐远ㄎ挥^測(cè)為主的機(jī)理性研究，對(duì)高原的自然環(huán)境變化進(jìn)行廣泛的觀測(cè)研究[45]。

通過(guò)資料收集，目前青藏高原定位觀測(cè)研究的野外臺(tái)站已具有一定的數(shù)量規(guī)模，不完全統(tǒng)計(jì)已建立各類(lèi)野外觀測(cè)研究站56 個(gè)(圖1)，其中由中國(guó)科學(xué)院運(yùn)行管理的有31 個(gè)；由部委、地方及高校建設(shè)運(yùn)行的有25 個(gè)；學(xué)科涵蓋生態(tài)學(xué)、農(nóng)學(xué)、林學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地球科學(xué)等方面。同時(shí)，水利部、氣象局、地震局等也建立了大量的業(yè)務(wù)管理監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。初步形成野外臺(tái)站觀測(cè)和研究的基本框架。

圖1 青藏高原已建立的野外觀測(cè)臺(tái)站Figure 1 Field observation stations established in the Qinghai-Tibet Plateau

但由于青藏高原地域遼闊、環(huán)境惡劣，現(xiàn)有站點(diǎn)分布密度稀少，平均近5 萬(wàn)km2才有1 個(gè)野外觀測(cè)研究臺(tái)站，且空間布局不合理，高原中西部極端環(huán)境區(qū)和西南部邊境區(qū)域站點(diǎn)嚴(yán)重不足，喜馬拉雅北麓湖盆區(qū)、藏北高原、阿爾金地區(qū)、柴達(dá)木盆地、喀喇昆侖山山脈、怒江流域以及長(zhǎng)江流域等區(qū)域幾乎還處于觀測(cè)空白區(qū)。同時(shí)，現(xiàn)有臺(tái)站主要開(kāi)展農(nóng)田、草地、森林、荒漠、濕地、冰川、凍土等要素觀測(cè)，對(duì)地球深部、碳源碳匯、人類(lèi)活動(dòng)及自然資源等方面觀測(cè)欠缺；且不同部門(mén)之間研究目標(biāo)不同，觀測(cè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，試驗(yàn)和測(cè)定方法、數(shù)據(jù)采集和管理均不一致，所獲取的數(shù)據(jù)資料缺乏可比性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資料共享；數(shù)據(jù)應(yīng)用范圍小，時(shí)空尺度不匹配、參數(shù)和變量不全制約了區(qū)域地球系統(tǒng)模型發(fā)展；臺(tái)站協(xié)同共享不足，形成觀測(cè)孤島和數(shù)據(jù)孤島。在一定程度上限制了地球系統(tǒng)科學(xué)多學(xué)科交差的發(fā)展，不能滿(mǎn)足“把青藏高原打造成為全國(guó)乃至國(guó)際生態(tài)文明高地”的需求。

2 青藏高原自然資源綜合觀測(cè)體系構(gòu)建

青藏高原具有重要的水源涵養(yǎng)、土壤保持、防風(fēng)固沙、碳固定和生物多樣性保護(hù)功能，是我國(guó)乃至亞洲的重要生態(tài)安全屏障區(qū)[24]、國(guó)土安全屏障、戰(zhàn)略資源儲(chǔ)備基地，是地球系統(tǒng)科學(xué)研究的最佳實(shí)驗(yàn)室，保障生態(tài)環(huán)境安全和保護(hù)生物多樣性是青藏高原生態(tài)保護(hù)的核心任務(wù)[42]。觀測(cè)是保障國(guó)家安全的基礎(chǔ)前提，也是開(kāi)展地球系統(tǒng)科學(xué)研究的重要前提。習(xí)近平總書(shū)記2021 年5 月在西藏調(diào)研時(shí)強(qiáng)調(diào)，要堅(jiān)持保護(hù)優(yōu)先，堅(jiān)持山水林田湖草沙冰一體化保護(hù)和系統(tǒng)治理，加強(qiáng)重要江河流域生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和修復(fù)，統(tǒng)籌水資源合理開(kāi)發(fā)利用和保護(hù)，守護(hù)好這里的生靈草木、萬(wàn)水千山。因此，需要在現(xiàn)有野外臺(tái)站及觀測(cè)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，以服務(wù)國(guó)際(國(guó)家)生態(tài)文明高地建設(shè)、國(guó)家重大戰(zhàn)略需求和青藏高原地球系統(tǒng)科學(xué)(生態(tài)環(huán)境保護(hù)和修復(fù))為導(dǎo)向，發(fā)揮自然資源部與中國(guó)科學(xué)院的國(guó)家隊(duì)作用，聯(lián)合構(gòu)建青藏高原自然資源綜合觀測(cè)體系。通過(guò)新建和融合共建現(xiàn)有臺(tái)站，形成整體觀測(cè)聯(lián)盟，以國(guó)家數(shù)據(jù)中心為信息樞紐，實(shí)現(xiàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)匯聚、實(shí)時(shí)融合、以及與模型和決策支持的大集成。更好地支撐合理開(kāi)發(fā)決策，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，實(shí)現(xiàn)青藏高原研究的國(guó)際引領(lǐng)。

自然資源要素綜合觀測(cè)涉及多圈層綜合、多學(xué)科交叉、多部門(mén)協(xié)同，因此需要建立管理上統(tǒng)一、科學(xué)上系統(tǒng)的“兩統(tǒng)”觀測(cè)體系；在“兩統(tǒng)”的基礎(chǔ)上，依據(jù)不同自然資源要素的特性和共性，構(gòu)建適宜青藏高原的自然資源要素觀測(cè)的科學(xué)上分類(lèi)、分級(jí)，管理上分區(qū)、分流域的“兩分”綜合體系。

從青藏高原的重要性和特殊性出發(fā)，為保障自然資源要素綜合觀測(cè)工程目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，結(jié)合當(dāng)前觀測(cè)的復(fù)雜性和稀缺性特征，本研究構(gòu)建青藏高原自然資源要素綜合觀測(cè)體系的基本思路。第一，明確服務(wù)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的主要自然資源觀測(cè)對(duì)象；第二，建立獲取各類(lèi)資源基礎(chǔ)數(shù)量、質(zhì)量、變化過(guò)程的綜合觀測(cè)指標(biāo)體系；第三，以“東部融合共建、中部改造提升、西部空白添建”為總體布設(shè)思路[46]，聯(lián)合已有站網(wǎng)，對(duì)應(yīng)不同指標(biāo)建立不同類(lèi)型的科學(xué)觀測(cè)點(diǎn)；第四，建立綜合研究中心→二級(jí)站→三級(jí)站的3 級(jí)野外臺(tái)站管理體系架構(gòu)，分層級(jí)管理各類(lèi)野外觀測(cè)點(diǎn)；第五，建立從站(點(diǎn))選址、建設(shè)、后期運(yùn)維的全過(guò)程質(zhì)量控制體系，對(duì)野外觀測(cè)及數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行全過(guò)程控制，保障觀測(cè)數(shù)據(jù)科學(xué)有效，為最終提交合格數(shù)據(jù)集、成果報(bào)告、咨詢(xún)決策建議等奠定堅(jiān)實(shí)成果保障基礎(chǔ)。

2.1 觀測(cè)對(duì)象

2021 年“山水林田湖草生命共同體”理念的提出，對(duì)自然資源綜合管理實(shí)踐和自然資源綜合研究與學(xué)科建設(shè)提出了新的戰(zhàn)略需求[47]。同時(shí)，也為自然資源部統(tǒng)一行使全民所有自然資源資產(chǎn)所有者職責(zé)，統(tǒng)一行使所有國(guó)土空間用途管制和生態(tài)保護(hù)修復(fù)職責(zé)的“兩統(tǒng)一”職責(zé)進(jìn)一步指明了方向和目標(biāo)[48]。自然資源系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)相互緊密耦合的復(fù)合系統(tǒng)，也是生態(tài)文明建設(shè)的關(guān)鍵要素，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)二者的術(shù)語(yǔ)定義及其相互聯(lián)系的研究較多，為深入理解其內(nèi)涵奠定的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)[5,49-51]。自然資源的統(tǒng)一管理既要充分考慮土地、森林、草原、水、能源、礦產(chǎn)等各類(lèi)自然資源要素之間的相互作用和影響，又要考慮和水、土、氣、生等生態(tài)環(huán)境要素之間的相互關(guān)聯(lián)和影響。觀測(cè)的目標(biāo)是在獲取各類(lèi)自然資源基礎(chǔ)數(shù)量、質(zhì)量的基礎(chǔ)上，研究耦合變化機(jī)理，預(yù)測(cè)未來(lái)變化，服務(wù)自然資源管理決策?！蹲匀毁Y源調(diào)查監(jiān)測(cè)體系構(gòu)建的總體方案》中也包含有環(huán)境監(jiān)測(cè)內(nèi)容。因此，觀測(cè)對(duì)象既要考慮各類(lèi)自然資源要素，又要考慮與其相關(guān)的生態(tài)環(huán)境要素，應(yīng)統(tǒng)一以“資源環(huán)境”表述。

基于地球系統(tǒng)科學(xué)的研究，為做好自然資源要素綜合觀測(cè)，本研究系統(tǒng)考慮大氣圈、水圈、巖石圈及生物圈等的相互作用和影響，將氣候資源環(huán)境納入自然資源綜合觀測(cè)。從現(xiàn)有技術(shù)及設(shè)備出發(fā)，明確主要開(kāi)展除礦產(chǎn)以外的資源環(huán)境綜合觀測(cè)。所涉及自然資源包括水資源、土地資源、森林資源、草原資源及氣候資源，其中，水資源主要觀測(cè)冰川、河流、湖泊及地下水；土地資源主要觀測(cè)土壤、凍土、地?zé)?；氣候資源主要觀測(cè)風(fēng)、光及降水；生物資源主要開(kāi)展森林、草地等觀測(cè)。環(huán)境主要為與資源相關(guān)的自然要素，如土壤環(huán)境、水環(huán)境、生態(tài)環(huán)境及大氣環(huán)境等。不同資源環(huán)境的數(shù)量通常采用調(diào)查方式獲取，質(zhì)量和變化過(guò)程通過(guò)大尺度遙感及原位系統(tǒng)性的觀測(cè)協(xié)同設(shè)備獲取。

2.2 觀測(cè)指標(biāo)

規(guī)范、統(tǒng)一的觀測(cè)指標(biāo)是開(kāi)展自然資源要素綜合觀測(cè)的基礎(chǔ)，也是開(kāi)展高水平網(wǎng)絡(luò)化聯(lián)合觀測(cè)的基本前提。建立青藏高原資源綜合觀測(cè)指標(biāo)，利用統(tǒng)一的觀測(cè)系統(tǒng)和觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)自然資源中各要素指標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)期、持續(xù)、系統(tǒng)、穩(wěn)定的觀測(cè)，能夠獲取各要素特征的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，跟蹤研究高原自然資源的動(dòng)態(tài)變化情況，預(yù)測(cè)其發(fā)展演化趨勢(shì)，全面掌控青藏高原各類(lèi)資源與生態(tài)系統(tǒng)的態(tài)勢(shì)。

為更明確地服務(wù)自然資源業(yè)務(wù)管理，同時(shí)兼顧科學(xué)研究。以地球系統(tǒng)科學(xué)和寒區(qū)水文學(xué)為指導(dǎo)，以冰凍圈水循環(huán)(水平衡)影響因素為主線，分層級(jí)選取各類(lèi)自然資源環(huán)境要素基礎(chǔ)性、評(píng)價(jià)性指標(biāo)和各要素相互耦合作用的科研性指標(biāo)作為主要觀測(cè)指標(biāo)，兼顧其他影響自然資源動(dòng)態(tài)平衡的因素，分層級(jí)形成各類(lèi)資源觀測(cè)指標(biāo)體系。

基礎(chǔ)數(shù)量級(jí)指標(biāo)(資源環(huán)境數(shù)量指標(biāo))，主要用于摸清自然資源主要要素本底狀況。如土壤類(lèi)型主要考慮各區(qū)土壤宜農(nóng)、宜林、宜草等；凍土主要獲取不同深度地溫；地下水獲取水位，冰川獲取面積，河流獲取流量指標(biāo)；大氣主要獲取基礎(chǔ)的風(fēng)濕溫壓及降水?dāng)?shù)據(jù)；植被資源獲取蓋度和生物量。

評(píng)估質(zhì)量級(jí)指標(biāo)(資源環(huán)境質(zhì)量指標(biāo))，主要在基礎(chǔ)級(jí)指標(biāo)基礎(chǔ)上添加相應(yīng)評(píng)估指標(biāo)，用于評(píng)價(jià)各類(lèi)自然資源要素的變化情況。如土壤在基礎(chǔ)指標(biāo)上添加面積范圍、含水量、鹽度、肥力等指標(biāo)用于評(píng)估土壤歷史變化情況。

變化過(guò)程級(jí)指標(biāo)(資源變化過(guò)程指標(biāo))，主要在評(píng)估級(jí)指標(biāo)基礎(chǔ)上增加用于研究各類(lèi)自然資源要素變化的指標(biāo)，目的在于研究各類(lèi)資源變化的機(jī)理和過(guò)程。如土壤增加導(dǎo)水率、土壤水勢(shì)、土壤呼吸等指標(biāo)，進(jìn)一步研究土壤含水量變化、肥力變化等的影響因子。該指標(biāo)可根據(jù)研究?jī)?nèi)容的深入和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)進(jìn)步情況進(jìn)一步增添。

2.3 觀測(cè)站點(diǎn)建設(shè)

基于“兩統(tǒng)”“兩分”的總體設(shè)計(jì)，觀測(cè)站點(diǎn)建設(shè)的總體原則主要是為針對(duì)不同觀測(cè)指標(biāo)而設(shè)立的野外觀測(cè)站點(diǎn)、調(diào)查和試驗(yàn)樣地等。按類(lèi)型分為基礎(chǔ)觀測(cè)站、標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)站和超級(jí)觀測(cè)站。同時(shí)，配套航天、航空遙感，形成“空天地一體化”觀測(cè)體系。

基礎(chǔ)觀測(cè)站，依托地球系統(tǒng)科學(xué)，在不同自然資源稟賦區(qū)和科學(xué)問(wèn)題研究關(guān)鍵區(qū)設(shè)立。主要通過(guò)調(diào)查和觀測(cè)獲取區(qū)內(nèi)主要自然資源和相應(yīng)科學(xué)問(wèn)題的數(shù)量級(jí)指標(biāo)，例如基礎(chǔ)氣象站、凍土地溫觀測(cè)點(diǎn)、植被調(diào)查樣地、土壤調(diào)查樣地等。

標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)站，在基礎(chǔ)觀測(cè)站基礎(chǔ)上添加相應(yīng)觀測(cè)設(shè)備和人工調(diào)查觀測(cè)等，獲取主要自然資源的質(zhì)量級(jí)指標(biāo)。例如在基礎(chǔ)氣象站增加輻射、蒸散發(fā)、積雪等觀測(cè)，土壤觀測(cè)樣地開(kāi)展土壤質(zhì)量調(diào)查、取樣；凍土地溫觀測(cè)增加活動(dòng)層水熱觀測(cè)等。

超級(jí)觀測(cè)站，在標(biāo)準(zhǔn)觀測(cè)站基礎(chǔ)上進(jìn)一步增加相應(yīng)觀測(cè)設(shè)備和人工調(diào)查觀測(cè)內(nèi)容，主要用于研究某一主要資源變化或科學(xué)問(wèn)題。例如在標(biāo)準(zhǔn)氣象站基礎(chǔ)上添加渦動(dòng)相關(guān)、土壤呼吸等相關(guān)設(shè)備，獲取溫室氣體通量等數(shù)據(jù)；在多年凍土區(qū)進(jìn)一步增加地表、地下水徑流觀測(cè)，獲取多年凍土融水相關(guān)數(shù)據(jù)等。

2.4 質(zhì)量控制

質(zhì)量管理是保障觀測(cè)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，是獲取有效觀測(cè)數(shù)據(jù)的必要保障機(jī)制。需要具備明確的質(zhì)量方針、目標(biāo)和職責(zé)，并通過(guò)質(zhì)量檢查、控制、保證和改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)的正常運(yùn)行。首要任務(wù)是以自然資源綜合觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量管理及野外臺(tái)站質(zhì)量管理需求為導(dǎo)向，依據(jù)各類(lèi)觀測(cè)規(guī)范要求，構(gòu)建質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)，按不同層級(jí)開(kāi)展質(zhì)量控制。

良好的質(zhì)量控制，需從觀測(cè)點(diǎn)選址期→建設(shè)期→運(yùn)維期對(duì)野外觀測(cè)及數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行全過(guò)程控制。實(shí)行自檢、互檢、專(zhuān)檢三者相結(jié)合，確保野外觀測(cè)站點(diǎn)選址科學(xué)合理，站點(diǎn)建設(shè)過(guò)程規(guī)范，長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)規(guī)范、準(zhǔn)確、連續(xù)、完整，更好服務(wù)自然資源統(tǒng)一管理。

觀測(cè)點(diǎn)選址期質(zhì)量控制：科學(xué)合理的觀測(cè)站(點(diǎn))選址是觀測(cè)成果有效性的基礎(chǔ)保障。從觀測(cè)點(diǎn)選址的科學(xué)性、典型性及設(shè)備選型匹配性開(kāi)展質(zhì)量控制(圖2)，主要依據(jù)不同區(qū)域自然資源稟賦調(diào)查成果、存在的資源環(huán)境問(wèn)題等方面入手，針對(duì)不同資源分類(lèi)、觀測(cè)目標(biāo)意義與設(shè)備選型的匹配性開(kāi)展專(zhuān)家論證，最終提交站點(diǎn)選址論證報(bào)告。

圖2 站點(diǎn)選址質(zhì)量控制Figure 2 Quality control of site selection for field observation stations

觀測(cè)點(diǎn)建設(shè)期質(zhì)量控制：在觀測(cè)區(qū)站(點(diǎn))選址及儀器配型論證基礎(chǔ)上，明確各觀測(cè)儀器的安裝方案，制作安裝設(shè)計(jì)圖及開(kāi)工報(bào)告，開(kāi)展野外觀測(cè)站(點(diǎn))建設(shè)質(zhì)量控制(圖3)，并通過(guò)站點(diǎn)運(yùn)行調(diào)試和數(shù)據(jù)傳輸調(diào)試后形成站點(diǎn)建設(shè)驗(yàn)收?qǐng)?bào)告。

圖3 站點(diǎn)建設(shè)質(zhì)量控制Figure 3 Quality control of construction of field observation stations

觀測(cè)點(diǎn)運(yùn)維期質(zhì)量控制：通過(guò)構(gòu)建統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，元數(shù)據(jù)編制歸檔；建立完善的野外觀測(cè)點(diǎn)支撐保障制度；制定詳細(xì)的巡檢維護(hù)計(jì)劃，確保野外觀測(cè)原始數(shù)據(jù)長(zhǎng)期連續(xù)、穩(wěn)定；形成運(yùn)維報(bào)告，提交相應(yīng)觀測(cè)數(shù)據(jù)集(圖4)。

圖4 站點(diǎn)運(yùn)維質(zhì)量控制Figure 4 Quality control of operation and maintenance of field observation stations

2.5 綜合觀測(cè)體系構(gòu)建

通過(guò)明確觀測(cè)對(duì)象、確立觀測(cè)指標(biāo)、合理站點(diǎn)建設(shè)、完善質(zhì)量控制，是初步形成青藏高原自然資源綜合觀測(cè)體系的前提；也是保障獲取長(zhǎng)期、連續(xù)、穩(wěn)定觀測(cè)數(shù)據(jù)的現(xiàn)實(shí)需要。合理站網(wǎng)規(guī)劃，統(tǒng)管各類(lèi)野外觀測(cè)點(diǎn)，是建立綜合觀測(cè)體系的具體實(shí)現(xiàn)。

青藏高原是地球上一個(gè)獨(dú)特的地理單元，其自然資源豐富、氣候和環(huán)境復(fù)雜多樣，具有10 個(gè)特色自然區(qū)[52]，劃歸1 個(gè)草地自然資源大區(qū)[53](一級(jí)區(qū)劃)和9 個(gè)自然資源亞區(qū)[54](二級(jí)區(qū)劃)，進(jìn)一步細(xì)分為21 個(gè)三級(jí)區(qū)劃(表1、圖5)。自然資源要素綜合觀測(cè)工作，以不同自然區(qū)和自然資源區(qū)劃為站點(diǎn)布設(shè)依據(jù)，需盡可能覆蓋所有特色自然區(qū)和自然資源區(qū)，獲取各區(qū)域不同自然資源稟賦特征和環(huán)境變化影響機(jī)制，預(yù)測(cè)未來(lái)變化。因此，需要在不同自然資源稟賦區(qū)建立不同觀測(cè)站(點(diǎn))，以高原特色重點(diǎn)科學(xué)問(wèn)題為研究對(duì)象，開(kāi)展綜合觀測(cè)工作。

圖5 青藏高原自然資源二級(jí)、三級(jí)區(qū)劃Figure 5 Secondary and tertiary divisions of natural resources in the Qinghai-Tibet Plateau

表1 青藏高原自然資源分區(qū)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of natural resources zoning in the Qinghai-Tibet Plateau

據(jù)此，以整個(gè)青藏高原地理單元或自然資源大區(qū)為分區(qū)管理邊界設(shè)立一級(jí)站，為大區(qū)中心，負(fù)責(zé)統(tǒng)管并開(kāi)展青藏高原自然資源要素綜合觀測(cè)工作，以數(shù)據(jù)集成和分析為主，開(kāi)展大數(shù)據(jù)處理、計(jì)算機(jī)模擬和重點(diǎn)樣品處理、分析測(cè)試；負(fù)責(zé)二級(jí)站的日常運(yùn)行和管理工作，匯聚二級(jí)站數(shù)據(jù)，集成自然資源大區(qū)數(shù)據(jù)，向上級(jí)部門(mén)或國(guó)家數(shù)據(jù)中心匯交數(shù)據(jù)。

基于“兩統(tǒng)”“兩分”的設(shè)計(jì)，為方便管理在自然資源區(qū)劃基礎(chǔ)上，以主要流域或地理單元為主要管理邊界設(shè)立二級(jí)站，其功能及組織架構(gòu)等同于現(xiàn)有綜合觀測(cè)研究站，主要管理流域邊界或地理單元范圍內(nèi)所有野外觀測(cè)站，每個(gè)二級(jí)站下轄2～3 個(gè)三級(jí)站，具有若干個(gè)樣方、樣點(diǎn)。二級(jí)站主要以數(shù)據(jù)核查驗(yàn)收和特色區(qū)域綜合研究為主，開(kāi)展一般數(shù)據(jù)處理、原位觀測(cè)模擬和一般樣品處理分析測(cè)試、遙感數(shù)據(jù)處理與分析、遙感對(duì)地觀測(cè)理論和觀測(cè)系統(tǒng)驗(yàn)證、定量遙感正反演模型研發(fā)驗(yàn)證、定量遙感數(shù)據(jù)產(chǎn)品驗(yàn)證；負(fù)責(zé)三級(jí)站日常運(yùn)行管理工作，匯聚三級(jí)站數(shù)據(jù)，集成自然資源區(qū)域數(shù)據(jù)，并向一級(jí)站匯交數(shù)據(jù)。下設(shè)三級(jí)站，主要負(fù)責(zé)流域內(nèi)不同資源稟賦區(qū)不同要素觀測(cè)，功能等同于現(xiàn)有臺(tái)站的分站、單要素觀測(cè)站、觀測(cè)試驗(yàn)區(qū)、樣地等。

具體實(shí)施過(guò)程中，一級(jí)站和二級(jí)站覆蓋青藏高原全地區(qū)，需對(duì)二級(jí)區(qū)劃開(kāi)展重復(fù)性篩查，做典型性、代表性和重要性篩選。對(duì)已有站的區(qū)域，結(jié)合現(xiàn)有野外站觀測(cè)內(nèi)容，針對(duì)區(qū)域自然資源觀測(cè)內(nèi)容、目標(biāo)開(kāi)展融合共建，減少重復(fù)建設(shè)；空白區(qū)域以自主新建為主。三級(jí)站的選區(qū)需要進(jìn)行典型性、代表性、重要性和重復(fù)性多重篩查，著重篩查選區(qū)自然資源稟賦特征及近20 年自然資源變化程度，根據(jù)篩查結(jié)果布設(shè)三級(jí)站(圖6)。最終，建立一級(jí)站→二級(jí)站→三級(jí)站的金字塔型3 級(jí)臺(tái)站管理體系架構(gòu)。

圖6 青藏高原多級(jí)站點(diǎn)布設(shè)技術(shù)路線Figure 6 Technical route for multi-level station layout in the Qinghai-Tibet Plateau

依托觀測(cè)體系，圍繞應(yīng)對(duì)全球氣候變化、青藏高原生態(tài)安全、“雙碳”戰(zhàn)略、自然資源“兩統(tǒng)一”管理等世界、國(guó)家及部門(mén)工作等需要，開(kāi)展相關(guān)調(diào)查、觀測(cè)工作，以國(guó)家數(shù)據(jù)中心為樞紐，進(jìn)行長(zhǎng)期數(shù)據(jù)匯聚積累、模型模擬和綜合研究分析，為合理利用自然資源和生態(tài)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，服務(wù)國(guó)家、部門(mén)業(yè)務(wù)發(fā)展和管理需求，是新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措。主要產(chǎn)出成果為數(shù)據(jù)集、成果報(bào)告、咨詢(xún)報(bào)告及科技論文等。同時(shí)，可依托野外站系統(tǒng)積累科學(xué)資料、示范推廣科技成果、開(kāi)展科普研學(xué)、對(duì)外進(jìn)行國(guó)際學(xué)術(shù)交流活動(dòng)等。

3 結(jié)語(yǔ)及展望

構(gòu)建自然資源綜合觀測(cè)體系是落實(shí)生態(tài)文明建設(shè)、“山水林田湖草生命共同體”發(fā)展理念的重要體現(xiàn)和現(xiàn)實(shí)需求[4]。

本研究基于“兩統(tǒng)”“兩分”的指導(dǎo)思想，從青藏高原的重要性、特殊性、復(fù)雜性及現(xiàn)有觀測(cè)站網(wǎng)的稀缺性出發(fā)，探討了青藏高原自然資源要素綜合觀測(cè)體系構(gòu)建，明確觀測(cè)對(duì)象，構(gòu)建科學(xué)合理指標(biāo)體系、觀測(cè)體系，并建立全過(guò)程質(zhì)量控制體系，建立從綜合研究中心→二級(jí)站→三級(jí)站3 級(jí)臺(tái)站管理體系架構(gòu)，產(chǎn)出各類(lèi)觀測(cè)研究成果，服務(wù)國(guó)家、部門(mén)業(yè)務(wù)發(fā)展和管理需求。在開(kāi)展青藏高原自然資源要素綜合觀測(cè)的基礎(chǔ)上，探索構(gòu)建青藏高原自然資源要素綜合觀測(cè)體系，以期為該區(qū)自然資源多要素科學(xué)觀測(cè)研究提供了可供借鑒經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ健?/p>

自然資源綜合觀測(cè)體系構(gòu)建是一項(xiàng)長(zhǎng)期系統(tǒng)性工作，也是重要的基礎(chǔ)性工作。自然資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局自然資源綜合調(diào)查指揮中心作為該工作的具體實(shí)施單位，將在未來(lái)工作中聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院有關(guān)單位不斷探索、應(yīng)用和總結(jié)，逐步豐富完善綜合觀測(cè)體系內(nèi)容，更好地支撐新時(shí)代自然資源管理工作，服務(wù)國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)。