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关于云贵高原自然资源要素综合观测体系建设的思考与认识

杨朝磊, 李灿锋, 田瑜峰, 马一奇, 朱志平

杨朝磊，李灿锋，田瑜峰，马一奇，朱志平. 关于云贵高原自然资源要素综合观测体系建设的思考与认识. 草业科学, 2022, 39(12): 2629-2644 . DOI: 10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0172
引用本文: 杨朝磊，李灿锋，田瑜峰，马一奇，朱志平. 关于云贵高原自然资源要素综合观测体系建设的思考与认识. 草业科学, 2022, 39(12): 2629-2644 . DOI: 10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0172
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YANG C L, LI C F, TIAN Y F, MA Y Q, ZHU Z P. Insight into the construction of a comprehensive observation system of natural resource elements in Yunnan Guizhou Plateau. Pratacultural Science, 2022, 39(12): 2629-2644 . DOI: 10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0172
Citation: YANG C L, LI C F, TIAN Y F, MA Y Q, ZHU Z P. Insight into the construction of a comprehensive observation system of natural resource elements in Yunnan Guizhou Plateau. Pratacultural Science, 2022, 39(12): 2629-2644 . DOI: 10.11829/j.issn.1001-0629.2022-0172
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关于云贵高原自然资源要素综合观测体系建设的思考与认识

  • 中国地质调查局昆明自然资源综合调查中心, 云南 昆明 650111

基金项目: 中国地质调查局二级项目(ZD20220145)；国家自然科学基金项目(U2102209)
摘要: 随着全球气候变暖与人类活动影响地加剧，云贵高原的生态环境系统正变得愈发脆弱与敏感，生物多样性受损、水资源短缺、人地矛盾突出、湖泊湿地服务功能退化等资源环境问题不断凸显，制约着区域生态系统，资源环境系统和社会经济系统的协调式融合发展，构建自然资源要素综合观测站网体系，开展多站点－多尺度－多方法－多要素－多过程的立体化协同观测与科学研究实验，成为了当前一项战略性、紧迫性、基础性的重要工作。基于云贵高原生态地理、气候环境、自然资源等多重特征，结合现有观测站点概况，本研究提出了构建高山峡谷冰川湿地水文气象生态植被综合观测网、高原盆地农田湿地水文气象生态植被综合观测网、中低山丘陵脆弱环境水文气象生态植被综合观测网3个自然资源要素综合观测站网的体系建设构想，并从观测指标体系、站点融合共建、天空地立体化观测、重大科学问题研究4个方面对未来工作进行了思考与展望，为云贵高原观测体系的建设与发展提供建议和参考。

 

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  • 自然资源要素综合观测体系建设作为自然资源部十二项重大科技工程之一[1]，主要立足国家重大战略需求，围绕自然资源部“统一行使全民所有自然资源资产所有者职责，统一行使所有国土空间用途管制和生态保护修复职责”的“两统一”管理职责展开，即有效服务于自然资源经济价值和生态价值的科学管理，支撑自然资源从以要素管理为主向以综合管理为主的转型和升级。该工程的启动不仅是全面贯彻习近平生态文明思想、实现山水林田湖草整体保护、系统修复、综合治理的重要举措，同时对于优化自然资源开发利用格局，深入实施国家生态系统保护和修复重大工程也具有十分重要的科学意义与现实价值[2-5]。

    云贵高原作为西部的重要生态安全屏障，气候环境特征独特，自然资源禀赋优越，在中国自然地理环境中扮演着十分重要的角色[6-9]。然而，近年来，随着全球气候变暖[10]与人类活动影响加剧，整个高原的生态环境系统正变得愈发脆弱与敏感，生物多样性受损[11-12]、高原湖泊萎缩与污染[13-16]、湿地服务功能退化[17-19]、人地矛盾突出[20-21]、水资源短缺[22-24]等资源环境问题不断凸显，对区域自然－社会－经济复合生态系统的维持与平衡造成了严重影响，成为了当前人与自然和谐共生所必须面对与解决的核心问题。

    当前，云贵高原各类资源环境问题的出现一方面与区域的独特地理环境以及各类自然资源的结构、状态有关，然而更为重要的是人类对资源的不合理开发利用以及资源环境承载力与区域城镇化发展的不协调是导致这些问题出现的主要驱动因素，因此，在这样的背景下，构建云贵高原自然资源要素综合观测站网体系，通过多站点、多尺度、多方法、多要素和多过程的立体化协同观测与科学实验，以及多学科数据整合与多过程模型模拟，系统地掌握区域不同自然资源的结构、状态、功能变化及其动态演变规律，实现区域自然－社会－经济复合生态系统的协调式融合发展与水土气生的自然环境及资源时空格局优化配置，就成为了当前一项战略性、紧迫性、基础性的重要工作。基于此，本文在系统分析云贵高原主要资源环境问题现状的基础上，详细梳理了现有野外观测研究站点概况，结合区域生态地理、气候环境和自然资源等多重特征，对云贵高原自然资源要素综合观测体系的构建进行了思考与展望，以期为该地区观测体系的建设与发展提供建议和参考。

    1.   区域概况

    云贵高原是中国四大高原之一，位于西南边陲，地处南北走向和东北西南走向两组山脉交汇部位，整体地形破碎，地势西北高、东南低，覆盖范围较广，其主体以云南、贵州两省为主，故本文所指云贵高原将以两省的行政区边界为界，该区域总面积为57.02 × 106 hm2，占中国国土面积5.90%。由于地势较高、纬度较低，加之季风气候制约的综合影响，整个高原气候类型多样且垂直气候明显，横跨寒温带至热带的7个气候带，大部分地区年平均降水量为800～2 100 mm，年平均气温为5～24 ℃，且不同地区差别明显，具有南高北低、西高东低、西南最高、西北最低的分布特征[25]。

    作为西部重要的生态安全屏障，云贵高原自然资源禀赋独具优势，具有种类多、总量大、潜在价值高的特点[7-8]。整个地区矿产资源丰富，水资源总量居全国第一[26-45]，分布有金沙江、澜沧江、怒江、珠江等多条水系，并且水能蕴藏年发电量巨大[46]。特殊的地理环境条件使云贵高原的生物资源禀赋十分优越[47-48]，森林覆盖率较高，发育有从热带森林到高山苔原的多种植被类型，区域林地面积更是高达50.00%以上[20]，同时动物种类繁多，分布有横断山南段、西双版纳、武陵山、桂西黔南石灰岩区等多个生物多样性保护优先区[49]，是保障西南地区社会经济稳定发展的重要资源战略基地。

    2.   资源环境问题现状

    2.1   生物多样性保护压力日益加大

    云贵高原许多地区都处于工业化、城镇化加速发展期，居民生活、资源开发、生产发展和基础设施建设等给生物多样性保护造成的压力正日益加大，尤其是部分生物多样性保护区与资源开发地带高度重合，随着人类活动影响的加剧，一些生物的栖息地遭到人为损害，自然通道被破坏，生境不断被割裂和缩小，质量严重退化[12, 50]，以最为典型的梯级电站开发为例，截至2020年，云南境内各大流域水电站数量达64座(含在建)之多[50]，电站库区建成后淹没大量土地[51-53]，导致动、植物栖息地丧失，森林覆盖率降低，如李仙江流域的梯级电站开发淹没各类植被面积2 715.16 hm2 [54]；澜沧江中、下游的梯级电站建成蓄水后，淹没的林地面积则高达1 643 hm2 [55]，严重影响了区域植被的正常演替，甚至产生生物迁移和基因交流的隔离，对流域内的生物多样性造成了严重威胁；而受人类活动与生产发展的影响，一些高原湿地的生物多样性状况也极为不容乐观，如滇中地区的多数湿地生物多样性指数普遍低于0.413，陆良湿地的指数值更是仅有0.189 [56]，如何平衡生物多样性保护与社会经济发展之间的协调关系成为了当前亟需解决的一个重要科学问题。其次，整个高原的外来物种入侵与遗传种质资源流失等现象，目前仍未得到有效地控制与解决，对生态环境和生物多样性构成了严重威胁[50, 57-58]，数据显示，云南省外来入侵物种为209种[59]，贵州省则达217种[60]，在云南热带、亚热带地区分布的3种野生稻种中，普通野生稻26个分布点已经消失24个，药用野生稻13个分布点已消失11个，疣粒野生稻105个分布点已消失70多个，尤其是随着全球气候变化地加剧，极端气候现象频繁和次生气象灾害频发等给生物多样性保护带来了新的挑战[59, 61]，而生态补偿机制的不健全以及现代化进程的加快更使得生物多样性利用与保护的民族传统生态文化面临着前所未有的冲击，导致与之相适应的可持续自然资源传统管理模式逐步消失[62-64]，十分不利于生物多样性的可持续利用与发展。

    2.2   高原湖泊湿地服务功能退化

    云贵高原湖泊湿地众多，其作为影响区域生态环境的关键因子，不仅具有发育典型、类型多样、功能强大等多重特征，同时还具有无可替代的环境、生态及社会功能，是高原区域维持可持续发展的重要生态系统，在社会经济发展过程中占据着重要的战略地位[65]。然而，近年来，在自然因素与人类社会活动如围湖造田、农经种植、排水垦殖、生物资源过度利用、水资源过度开采以及无序旅游开发等多种因素影响下，高原湖泊湿地生态系统承受了比其他自然生态系统更为巨大的胁迫压力，尤其是多数湖泊、湿地流域内人口密度高，工农业集中，经济发展速度较快，人类活动的干扰程度十分显著，导致一些生态系统本身就较为脆弱的湖泊、湿地，具有的功能与服务出现明显退化甚至丧失[66-67]，以致其表面水体面积显著减少，生态环境急剧恶化，出现面积萎缩、水质污染与富营养化(表1) [15-16]、水土流失、泥沙淤积和逆向演替等一系列问题[13-19]，不仅严重影响水文调节、气候调节、环境调节等生态系统服务功能的发挥及其稳定性[68-70]，同时更是显著地加大了当地生产、生活用水的压力，影响了水资源的管理开发与利用。

    表  1  云贵高原主要湖泊概况
    Table  1.  Overview of main lakes in the Yunnan Guizhou Plateau
    湖泊
    Lake    		水质类别
    Water quality
    class    		水质
    Water
    quality    		是否达到水功能环境要求
    To achieve the
    function of water
    environment    		营养状态
    Nutritional
    status    		2005－2015年湖泊表面
    水体面积变化
    Surface water area changes
    of lakes (2005－2015)
    滇池草海
    Caohai of Dianchi Lake    		Ⅳ类
    Class Ⅳ    		轻度污染
    Light pollution    		是
    Yse    		中度富营养
    Medium eutrophication    		增大
    Increase
    滇池外海
    Waihai of Dianchi Lake    		Ⅴ类
    Class Ⅴ    		中度污染
    Moderate pollution    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication
    阳宗海
    Yangzonghai Lake    		Ⅲ类
    Class Ⅲ    		良好
    Good quality    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication    		缩小
    Reduction
    洱海
    Erhai Lake    		Ⅲ类
    Class Ⅲ    		良好
    Good quality    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication    		增大
    Increase
    抚仙湖
    Fuxian Lake    		Ⅰ类
    Class Ⅰ    		优
    High quality    		是
    Yse    		贫营养
    Oligotrophic    		缩小
    Reduction
    星云湖
    Xingyun Lake    		Ⅴ类
    Class Ⅴ    		中度污染
    Moderate pollution    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication    		缩小
    Reduction
    杞麓湖
    Qilu Lake    		劣Ⅴ类
    Inferior class Ⅴ    		重度污染
    Severe pollution    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication    		缩小
    Reduction
    程海
    Chenghai Lake    		Ⅳ类
    Class Ⅳ    		轻度污染
    Light pollution    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication    		缩小
    Reduction
    泸沽湖
    Lugu Lake    		Ⅰ类
    Class Ⅰ    		优
    High quality    		是
    Yse    		贫营养
    Oligotrophic    		缩小
    Reduction
    异龙湖
    Yilong Lake    		Ⅴ类
    Class Ⅴ    		中度污染
    Moderate pollution    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication    		缩小
    Reduction
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    2.3   土地保护与利用的矛盾突出

    当前，云贵高原的土地资源开发利用主要面临以下3个方面的挑战：一是人均耕地面积较少，陡坡耕地与旱地的占比较高，水土资源存在空间不匹配的现象，同时，耕地破碎化程度高，耕作层浅薄，养分贫乏、有机质含量低，蓄水保肥能力较差，耕地存在酸化板结、潜育化等现象，有大面积的中低产田发育，整体投入产出率一般较低[71-72]；二是区域地处土壤侵蚀严重区，水土流失问题突出，数据显示2020年云南、贵州两省的水土流失总面积达14.76 × 106 hm2，占两省土地总面积的25.87%，其中强烈级以上的面积占水土流失总面积的18.85% [73]，水土流失不仅造成严重的土地质量退化，同时大量的泥沙淤积还会对水能资源梯级开发及流域防洪等构成重大威胁；三是石漠化问题突出，云贵高原的石漠化经过多年的系统治理已取得了显著的阶段性成果，但总体来看，防治形势依然非常严峻，其治理过程具有长期性和艰巨性，局部地区石漠化土地仍在扩展，同时石漠化耕地与坡耕地加剧和产生新的石漠化的风险较高[74]，而一些石漠化情况已经得到控制及恢复的区域，随着全球气候变暖，洪涝灾害的频发，将面临着再次石漠化，甚至石漠化扩大的风险[75]，无形中显著加大了土地的承载压力，使得整个地区土地保护与利用的矛盾变得异常尖锐。

    2.4   水资源短缺严重

    云贵高原水资源总量十分丰富，但时空分布不均，各地区普遍存在不同程度的缺水现象，而随着人口增加(图1) [76-77]、经济发展(图2) [77-78]与气候变化加剧，许多地区的水资源承载力正逐步增大，脆弱性问题不断加重[22-24, 78]。首先，在时间上整个地区全年降水较为集中，雨季时间较短，旱季时间较长，季节性缺水问题突出[79-80]，尤其是部分喀斯特地区，地表河流少，区域河网密度较低，地表水资源量相对匮乏且涵养能力弱，地下水储量大但开采利用困难[81]，因此，降雨较少的干旱季节会出现水资源供给不足的现象；其次在空间上，区域水资源总量具有山区多，坝区(盆地)少的特征，而山区内的水资源又往往集中于深切沟谷中，地形地貌复杂，存在“人在高处居，水在低处流”的现象，水资源利用难度较大且开发成本高，工程性缺水严重[7-8, 23, 82]，整个地区土地、人口、水资源空间分布不均的情况十分显著，特别是滇中、黔中等耕地、人口、工业比较集中的重点城市群，水资源本身相对贫乏，工农业需水量较高，人均水资源生态盈余较低，如昆明、贵阳等核心城市的人均水资源量多年低于国际公认的人均1 000 m3下限标准(图3)，处于重度缺水状态[26-27]，同时水资源承载力濒临超载甚至已超过合理开发上限[23, 83]，其区域水资源量已难以满足需水要求，水资源短缺的形势日趋复杂与严峻，已成为制约区域工农业发展的主要因素。

    图  1  云南、贵州2011－2020年人口数量情况
    Figure  1.  Population situation of Yunnan and Guizhou provinces (2011－2020)
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    图  2  云南、贵州2011－2020年GDP变化情况
    Figure  2.  Changes in GDP of Yunnan and Guizhou provinces (2011－2020)
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    图  3  昆明、贵阳2011－2020年人均水资源量[26-45]
    Figure  3.  Per capita water resources in Kunming and Guiyang (2011－2020)[26-45]
    下载: 全尺寸图片 幻灯片

    可以看出，随着全球气候变暖与人类活动影响加剧，一些突出的资源环境问题所带来的风险与挑战已成为制约云贵高原高质量可持续发展的重要阻碍，因此，如何全面有效地掌握区域自然资源的状态、功能及动态演变规律，科学认知自然资源变化与人类社会活动的互馈机制，优化资源空间配置，评估资源开发上限，合理管理与利用自然资源成为了解决问题的关键，而建立自然资源要素综合观测体系，获取不同时间(小时、日、季节、年代、时代)与空间(个体、样地、群落、集水区、流域、关键带和区域)尺度的自然资源特征数据，可为实现这一关键提供直接有效的参考数据与验证信息[2-3, 84]。

    3.   野外观测研究站点概况

    3.1   基本概况

    目前，除国家气象监测站网、水文监测站网、土壤环境监测网、数字地震台网及水土保持监测网等部门业务网站点外，整个云贵高原还分布有各类野外定位观测研究站点四十多个，隶属于多家不同的科研院所与单位，在空间上主要集中于滇中、滇西北、滇西南等地区，整体具有“西多东少、局部集中”的分布特征，根据观测研究对象，可分为自然资源类生态观测站、生态环境观测站及其他观测站3种主要类型，其中，自然资源类生态观测站的观测对象涉及森林、草地、湿地(湖泊)、农田和冰川等多种资源，研究内容包括自然资源的结构、功能特征及动态变化规律、资源开发与高效持续利用、资源环境效应及其影响等多个方面；生态环境观测站则以干热河谷、喀斯特脆弱区为主要观测研究对象，研究内容以脆弱生态环境的变化与驱动机制，以及生态环境的修复保护与治理为主。经过多年的建设与发展，整个云贵高原目前已基本形成覆盖重要生态地理单元的综合观测站网体系，为区域的社会经济稳定发展与生态文明建设提供了重要的支撑。

    3.2   存在不足

    构建满足服务于自然资源管理需求的观测体系是一项庞大且复杂的艰巨任务，需要充分统筹协调现有的各类观测站点，建立协作机制，形成多尺度观测、多方法印证、多过程融合、多资源集成、多目标服务的综合站网体系[2-3, 84]，然而，从目前观测站点的分布格局与建设情况来看，现有站网体系在服务云贵高原自然资源的一体化统筹管理与自然－社会－经济系统的协调式融合发展方面还存在一定的不足，主要表现为以下两点：

    一是现有观测研究站点分属于多家不同的部门、单位，不同站点的管理和运行机制各具特点，数据分散且表征指标不统一，存在数据壁垒，无法有效集中统一管理，尤其是不同台站之间缺少稳定的数据共享交换机制，站网之间衔接融合难度大，而要实现区域自然资源的一体化统筹管理，服务生态系统－资源环境系统－社会经济系统之间的协调式融合发展，形成多尺度、多过程、多方法、多来源数据的有效集成与融合是关键。

    二是观测研究站点空间分布不均，空间上集中于局部区域，对乌蒙山生态带、苗岭生态带、南盘江－红水河流域生态带、大娄山－赤水河上中游生态带以及武陵山生态带[85-86]等重要区带的控制程度明显不足，此外，部分观测站点建设规模较小，观测要素单一，站点建成后，由于后续资金投入不足，未能形成稳固的运维机制，无法稳定产出长时间序列的观测数据，对于系统掌握区域不同自然资源组成、结构、功能及其动态演变规律的数据支撑能力还相对不足。

    因此，基于现有观测站点格局，如何科学有效地整合观测站网资源与数据，形成跨台站与跨部门的合作模式，不断优化与完善观测站网体系，实现区域自然资源观测数据的集中统一管理与高效利用将是未来云贵高原观测体系建设的重点工作。

    4.   站网体系框架构想

    4.1   构建思路

    云贵高原地形地貌多样，立体气候显著，生态地理特征复杂，整体地势呈阶梯式下降，可分为3个梯层：高山峡谷区(第一梯层)、高原面区(第二梯层)与低山丘陵过渡区(第三梯层)[7-8]。

    1)高山峡谷区主要以滇西北部地区为主，属于云贵高原的第一梯层，为寒温带－温带气候类型，区内河流切割侵蚀特征明显，高山峡谷相间分布，地形复杂且起伏较大，水分、温度、植被垂直地带性显著，山脉的隔离与特殊的自然地理气候，使该区具有环境异质性与生物多样性的双重特点，成为生物多样性程度较高的复杂栖息地，生物资源禀赋优越，是中国乃至世界生物多样性重点保护的核心区域[87-88]，同时，区内河网水系密布，高原湿地众多且海洋型冰川发育，因此，水资源亦较为丰富，属于水源涵养与生物多样性保护的重要生态功能区。

    2)高原面区主要以云南高原以及黔中、黔西和黔西北等贵州地区为主体，属于云贵高原的第二梯层，气候以温带－亚热带气候类型为主，该区为残留的古夷平面，起伏程度与侵蚀程度较低，高原地貌典型且高原面特征明显，区内发育有众多地势平坦的断陷盆地，高原湖泊星罗棋布，可利用土地面积大，属于耕地资源的优势集中区[89-90]，围绕断陷盆地，形成了人口密度大、城镇化程度高的城市群、城镇群，如滇中城市群、黔中城市群、滇东北城镇群等 [85-86]，属于云贵地区社会经济发展的核心地带，自然资源需求量大、开发利用程度高，区域城镇化、工业化、农业集约化等人类活动对生态环境系统的影响较为显著。

    3)低山丘陵过渡区属于第三梯层，其范围主要包括贵州向四川盆地，以及广西、湖南丘陵的过渡地区，同时还涵盖云南南部、西南部、东南部的边缘地带，整体为中低山丘陵地貌，以亚热带－热带气候类型为主，该区水热资源较好，耕地资源相对丰富，分布有西双版纳、武陵山、桂西黔南石灰岩区等多个生物多样性保护优先区[49]，生物资源禀赋优越[91-92]，是水土保持、水源涵养与生物多样性保护的重要生态功能区，但该地区自然环境特殊，整体生态系统较为脆弱、敏感，分布有喀斯特生态环境系统、热带雨林、季雨林生态环境系统等极易受到气候变化与人类活动影响的特殊自然生态系统，很大程度地制约了区域生态环境保护与自然资源的可持续开发与利用。

    上述3个自然地理梯层的资源禀赋差异明显，涵盖了云贵高原的主要气候环境与自然生态系统，因此，自然资源要素观测站网体系的框架可整体围绕3个梯层进行构建，立足生态地理、气候环境、自然资源等多重特征，以控制各梯层内的重要自然保护节点、关键辅助廊道和重要生态区带为目标，以服务自然资源管理与重大生态环境修复保护工程为导向，结合云贵地区现有观测站点，构建高山峡谷冰川湿地水文气象生态植被综合观测网、高原盆地农田湿地水文气象生态植被综合观测网、中低山丘陵脆弱环境水文气象生态植被综合观测网3个自然资源要素综合观测站网。

    4.2   高山峡谷冰川湿地水文气象生态植被综合观测网

    高山峡谷冰川湿地水文气象生态植被综合观测网主要以老君山、普达措、白马雪山、梅里雪山、玉龙雪山、碧罗雪山和哈巴雪山等重要自然保护地为支撑节点，依托迪庆、丽江生物多样性保护廊道、怒江生物多样性保护廊道[85]两条关键辅助廊道进行衔接，控制青藏高原东南缘生态屏障。高山峡谷区内观测站点相对较多，分布有冰川观测站、湿地观测站、森林观测站、草地观测站等，对自然资源关键要素、生态地理重要区带的控制程度高，因此，高山峡谷冰川湿地水文气象生态植被综合观测网将主要基于区内的各类观测站点，以站网融合、站点整合、数据共享的方式进行构建。

    观测网的观测对象以冰川资源、湿地资源与植被资源等为主，重点服务“独龙江流域生物多样性保育”和“三江并流区生物多样性保护与生态修复”[79]等生态工程项目，主要研究与解决生物多样性可持续发展、高原湖泊湿地退化以及冰川萎缩等资源环境问题，重点开展冰川、湿地的变化过程与机理监测、水文过程与模拟监测、立体气候环境与植被分带变化监测等，以观测和积累低纬高山、亚高山地区的冰川、湿地、气象气候、水文、生态环境、植被和人类活动等方面的基础数据及资料为目的，建立高山峡谷区以冰川、湿地、植被为主的资源环境研究体系与评价体系，对高山峡谷区资源环境系统的服务、功能及其价值进行定量地分析、评估，以揭示气候变化与人类活动影响下高山峡谷区的资源环境系统特征、演变与退化规律等，服务区域自然资源的管理开发与生态环境保护。

    4.3   高原盆地农田湿地水文气象生态植被综合观测网

    高原面区的自然保护节点众多，主要以滇池、抚仙湖、杞麓湖、草海等高原湿地，以及乌蒙山、哀牢山、无量山、高黎贡山、元江、宽阔水等自然保护地为代表，乌江生态廊道、牛栏江－横江生态廊道、滇东北－滇中水土保持廊道、元江生物多样性保护廊道等关键辅助廊道与无量山－哀牢山生态屏障、滇东－滇东南石漠化地带、金沙江－元江干热河谷带、乌蒙山生态带[85-86]等重要区带组成了该区的生态安全格局体系构架，高原盆地农田湿地水文气象生态植被综合观测网将基于该生态安全格局体系构架进行建设。高原面区内站点主要以农业观测站、湿地观测站、森林观测站、干热河谷观测站及其他观测站等为主，站点较多，但局部集中特征明显，存在观测空白区域，因此，高原盆地农田湿地水文气象生态植被综合观测网将以站点集中区域站网融合、站点整合、数据共享为主，空白区域添建控制为辅相结合的方式进行构建。

    观测网将以水资源为核心，土地资源为基础，重点围绕湿地、农田及植被等资源要素开展相关调查、观测与评价，主要研究与解决高原湖泊湿地退化、土壤侵蚀与水土流失防治、土地退化与耕地质量提升以及核心城市群水资源短缺等资源环境问题，有效支撑与服务“九大高原湖泊生态保护和修复”“乌蒙山生态保护与修复”“乌江上中游城镇生态修复与国土综合整治”“金沙江干热河谷生态修复”“珠江源头区水土保持与水源涵养”等生态工程项目[85-86]。结合区域特点，该站网将主要观测城市群城镇化、工业化、农业集约化进程中淡水、土地、气候、生物等资源要素的组成、结构、功能及其变化、过程和机制，重点观测与积累不同进程中水、土、气、生、人生态要素与淡水、土地、气候、生物、经济等资源要素耦合作用关系的长期数据与资料，创新更多基于自然解决方案的河湖湿地生态系统保护修复治理模式、土地整治与功能服务提升模式以及生物资源开发利用与社会经济高质量发展的协同机制，探索水量型缺水、水质型缺水、生态型缺水(“量－质－生”)三维水资源短缺的应对机制，优化国土空间配置，缓解人地矛盾，不断调控与提高城市群城镇化与资源环境承载力的耦合协调度，维持区域工农业的可持续高质量发展。

    4.4   中低山丘陵脆弱环境水文气象生态植被综合观测网

    中低山丘陵脆弱环境水文气象生态植被综合观测网将基于铜壁关、黄连山、八宝、雷公山、梵净山、茂兰、习水、武陵山等重要自然保护节点，围绕滇东南水土保持廊道、普洱－西双版纳生物多样性保护廊道、黔西南－西双版纳生态廊道及黔西南－黔南－黔东南至武夷山区生态廊道[85-86]等关键辅助廊道进行构建，控制南盘江－红水河流域生态带、大娄山－赤水河中上游生态带、武陵山－月亮山区生态带、苗岭生态带及南部边境生态屏障[87-88]等重要区带。低山丘陵过渡区内以喀斯特观测站、森林观测站为主，站点稀疏，对自然保护节点、关键辅助廊道和重要区带的控制程度明显不足，观测空白区域较多，因此，结合实际情况，中低山丘陵脆弱环境水文气象生态植被综合观测网将以现有的站点为基础，围绕区内重要节点、辅助廊道与关键区带采取站点添建控制为主，站网(点)融合共建为辅的方式开展建设。

    观测网将主要对区内喀斯特、热带雨林、季雨林等脆弱生态环境系统的土壤、气象气候、水文以及植被等要素的变化过程与规律进行长期连续观测，重点开展水土流/漏失过程与机理监测、石漠化过程与生态修复效益监测、热带农经种植与资源环境效应监测等，主要研究与解决生物多样性保护、水土流/漏失防治、石漠化综合整治等资源环境问题，有效服务与支撑“赤水河生物多样性保护与石漠化治理”“武陵山水土保持与生物多样性保护”“苗岭南缘石漠化治理与生物多样性保护”“南汀河流域生物多样性保护与石漠化防治”“滇南热带森林保育”及“滇东南石漠化防治与生物多样性保护”[85-86]等生态工程项目，建立脆弱生态环境保护与资源开发利用的可持续绿色发展模式，以提高脆弱环境的生态系统功能和服务价值为目标，形成水土保持、水源涵养、生物多样性“三位一体”的协同恢复模式与发展机制。

    5.   体系建设展望

    自然资源要素综合观测体系建设是一项系统性、基础性工程，需要从地球系统科学的角度出发，综合考虑区域重要性、资源代表性和观测研究对象的典型性，多要素、多过程、多尺度地整体设计和系统推进，体系建设既要全面统筹地上、地表、地下不同自然资源，将各资源要素系统性的有机统合起来，确保完善山水林田湖草生命共同体，同时还要紧扣区域的资源环境管理需求实际，切实有效服务保障生存、生活、生产与生计“四生”问题，构建多要素交叉、多目标服务、多功能融合的综合观测站网体系。本文将从以下4个方面对云贵高原自然资源要素观测体系建设的未来重点工作进行展望与概述。

    5.1   建立科学合理的观测指标体系

    观测站网体系构建的最终目的是实现自然资源的可研、可预和可控，而科学合理的观测指标体系是实现这一目的基础，同时也是开展高水平多台站联网观测的基本前提[4]，因此，观测指标体系的构建不仅要突出区域重要性、资源代表性和观测研究对象的典型性，更为核心的是能科学合理地反映云贵高原高山峡谷区、高原面区、低山丘陵过渡区3个不同地理、气候、环境梯度带内的自然资源变化特征，尤其是一些特殊生态环境系统如高山复合生态环境系统、高原湖泊湿地生态环境系统、喀斯特生态环境系统、干热河谷生态环境系统、热带雨林、季雨林生态环境系统内的一般资源与特色资源的数量、质量变化情况、耦合作用关系及相互转化过程，获取各系统内自然资源要素在不同时空尺度组分、结构、过程、功能、服务变化的第一手基础数据，为观测和评估区域的自然资源状态变化，发现和理解自然资源响应机制，认知和描述自然资源演变规律，预测和预警自然资源演变趋势，系统评价资源环境承载力与多资源综合统一管理提供重要支撑。

    5.2   探索站点融合共建运行模式

    文中构想的3个综合观测网其所在区域内均分布有不同数量的各类观测站点，基于站网体系构架如何充分有效地利用与整合这些观测站点及其相关观测数据是观测网建立的关键与基础所在。但如前文所述，现有的定位观测站点一是所属部门、单位不同，管理运行模式存在一定差异，数据之间交换共享存在困难；二是观测要素表征指标不同，存在共性指标与差异指标，而共性指标在观测技术方法、观测标准、数据精度方面也存在一定不同；三是数据传输体系不同，观测站点归属不同观测网络，有其自身的数据通讯传输体系与管理体系，部分台站的观测数据以人工采集为主，仪器设备缺少实时传输功能；四是部分观测站属于专项科研台站、部门业务台站，观测要素不全，需要补充缺少的观测要素。基于此，本文认为探索站点融合共建运行模式，构建云贵高原自然资源要素综合观测网应从以下几方面着手：一是联合各观测站点及管理部门单位，初步建立观测网络，在数据交换、站点合建、数据传输、运维管理、科学观测计划方面开展相关合作工作；二是制定统一的自然资源要素综合观测标准规范、指标体系，科学统一共性指标的观测技术方法、标准规范、数据精度，保证数据能够集中统一管理与利用；三是结合三个观测网的定位，针对云贵地区的特殊资源环境系统与特色资源，依据各现有站点的研究方向、定位及观测内容等，合理的设置差异性观测指标，规划观测内容与任务；四是开展已有观测站点的改建升级工作，包括站点(样地)，改建、仪器补充、设备升级、数据采集传输体系设计等，其目的主要是补充观测要素，实现站点观测数据的有效实时传输等，确保观测网络长期稳定运行。

    5.3   构建天、空、地立体化观测体系

    云贵高原地形地貌多样，自然生态、气候环境与资源特征存在显著的层次与差异，因此，仅依靠单一站点、单一尺度、单一方法和单一过程的观测无法实现对全域自然资源的系统覆盖与有效控制，建立天、空、地立体观测体系，将地面观测与卫星观测、航空观测紧密结合，开展个体、样地、群落、集水区、流域、关键带、区域到各圈层的跨尺度观测，对于获取系统性的云贵高原自然资源科学观测数据，形成多方法、多过程、跨尺度观测数据的有效集成融合和相互校正有着十分重要的作用。卫星观测具有覆盖范围大、历史数据周期长、分辨率中低的特点，主要用于大、中型河流流域、关键带、区域等大尺度范围内不同时期的资源环境特征动态变化监测、对比研究及模型反演等；航空观测主要以无人机观测为主，具有作业范围小、分辨率高、时间分辨率可控的特点，主要用于样地、群落、集水区、小型河流流域等中等尺度的短周期资源环境监测等；地面观测则具有覆盖范围小、实时化、无人化、智能化、高通量、高精度观测的特点，主要用于个体、样地、群落、集水区等小尺度的资源环境监测，该数据可为卫星遥感、航空遥感的数据验证、模型反演等提供高分辨率、高频次、高精度的信息数据与资料。3种技术手段的互相结合与协同观测，对系统掌握与及时获取云贵高原各地理、气候、环境梯度带内的植被特征(如植被分布面积、物种多样性、植被盖度、植被指数、生物量等)、土地特征(如土地覆被、水土流失、土壤水分、土壤有机质、石漠化变化等)、气象气候特征(如降水、温度、辐射、蒸散发指数、碳水通量等)、水文水资源特征(如冰川边界、湖泊湿地面积、水深与水体面积、流域面积、水质状况等)将起到十分重要的支撑作用。

    5.4   开展重大资源环境科学问题研究

    云贵高原生态地理特征独特、自然资源丰富，对于维持西南地区的社会经济稳定发展起着至关重要的支撑作用，然而随着城镇化、工业化、农业集约化的不断推进，各类资源环境问题越发凸显，尤其是一些特殊生态环境系统，如高原湖泊湿地生态环境系统、喀斯特生态环境系统、干热河谷生态环境系统、热带雨林、季雨林生态环境系统等，在气候变暖与人类活动下，其自身的结构、过程、功能、服务等特征已发生了明显变化，显著制约了区域资源的管理开发与生态环境保护。以云贵高原自然资源要素综合观测体系为基础，不断强化各自然资源要素的区域性、立体化、综合性协同观测与研究，围绕资源环境管理需要实际，可重点开展核心城市群“量、质、生”三维水资源短缺机制与应对措施；高原湖泊湿地水文过程、水量平衡与服务功能提升；生物资源开发利用与生物多样性可持续发展；喀斯特石漠化脆弱环境生态恢复与资源环境效应评价；热带雨林、季雨林保育与农经种植资源环境效应；干热河谷水－热－人－地复合系统耦合与平衡；土壤侵蚀、土地退化关键因子、作用机制分析与土地质量提升等主要问题研究，不断推动相关领域的理论创新与技术实践，探索生态系统、资源环境系统、社会经济系统之间的协调发展模式，为实现区域生存、生活、生产与生计“四生”空间的合理匹配与协同互惠提供有效支撑。

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  • 图  1   云南、贵州2011－2020年人口数量情况

    Figure  1.   Population situation of Yunnan and Guizhou provinces (2011－2020)

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    图  2   云南、贵州2011－2020年GDP变化情况

    Figure  2.   Changes in GDP of Yunnan and Guizhou provinces (2011－2020)

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    图  3   昆明、贵阳2011－2020年人均水资源量[26-45]

    Figure  3.   Per capita water resources in Kunming and Guiyang (2011－2020)[26-45]

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    表  1   云贵高原主要湖泊概况

    Table  1   Overview of main lakes in the Yunnan Guizhou Plateau

    湖泊
    Lake    		水质类别
    Water quality
    class    		水质
    Water
    quality    		是否达到水功能环境要求
    To achieve the
    function of water
    environment    		营养状态
    Nutritional
    status    		2005－2015年湖泊表面
    水体面积变化
    Surface water area changes
    of lakes (2005－2015)
    滇池草海
    Caohai of Dianchi Lake    		Ⅳ类
    Class Ⅳ    		轻度污染
    Light pollution    		是
    Yse    		中度富营养
    Medium eutrophication    		增大
    Increase
    滇池外海
    Waihai of Dianchi Lake    		Ⅴ类
    Class Ⅴ    		中度污染
    Moderate pollution    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication
    阳宗海
    Yangzonghai Lake    		Ⅲ类
    Class Ⅲ    		良好
    Good quality    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication    		缩小
    Reduction
    洱海
    Erhai Lake    		Ⅲ类
    Class Ⅲ    		良好
    Good quality    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication    		增大
    Increase
    抚仙湖
    Fuxian Lake    		Ⅰ类
    Class Ⅰ    		优
    High quality    		是
    Yse    		贫营养
    Oligotrophic    		缩小
    Reduction
    星云湖
    Xingyun Lake    		Ⅴ类
    Class Ⅴ    		中度污染
    Moderate pollution    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication    		缩小
    Reduction
    杞麓湖
    Qilu Lake    		劣Ⅴ类
    Inferior class Ⅴ    		重度污染
    Severe pollution    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication    		缩小
    Reduction
    程海
    Chenghai Lake    		Ⅳ类
    Class Ⅳ    		轻度污染
    Light pollution    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication    		缩小
    Reduction
    泸沽湖
    Lugu Lake    		Ⅰ类
    Class Ⅰ    		优
    High quality    		是
    Yse    		贫营养
    Oligotrophic    		缩小
    Reduction
    异龙湖
    Yilong Lake    		Ⅴ类
    Class Ⅴ    		中度污染
    Moderate pollution    		否
    No    		中度富营养
    Medium eutrophication    		缩小
    Reduction
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  • 通讯作者: 杨朝磊
  • 收稿日期:  2022-03-13
  • 接受日期:  2022-06-05
  • 网络出版日期:  2023-01-02
  • 发布日期:  2022-12-14

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  • 1.   区域概况

  • 2.   资源环境问题现状

  • 2.1   生物多样性保护压力日益加大

  • 2.2   高原湖泊湿地服务功能退化

  • 2.3   土地保护与利用的矛盾突出

  • 2.4   水资源短缺严重

  • 3.   野外观测研究站点概况

  • 3.1   基本概况

  • 3.2   存在不足

  • 4.   站网体系框架构想

  • 4.1   构建思路

  • 4.2   高山峡谷冰川湿地水文气象生态植被综合观测网

  • 4.3   高原盆地农田湿地水文气象生态植被综合观测网

  • 4.4   中低山丘陵脆弱环境水文气象生态植被综合观测网

  • 5.   体系建设展望

  • 5.1   建立科学合理的观测指标体系

  • 5.2   探索站点融合共建运行模式

  • 5.3   构建天、空、地立体化观测体系

  • 5.4   开展重大资源环境科学问题研究

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