作者:温才妃 王耀辉 来源:中国科学报 发布时间:2022/10/7 23:07:18
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书写“黄河答卷”,兰大人这么做

兰大科研团队在高寒草地上“种草” 兰州大学供图

九曲黄河,奔腾不息。

这条形似巨龙的中国第二长河被赋予太多象征含义,但她完整的面貌及形成,反而被厚重的赞歌掩藏。黄河如何形成“几”字形河道?黄河水系形成于什么时期?黄河形成演化的驱动机理是什么?蕴含其中的泥沙又从何而来?

近日,兰州大学地貌演化与新生代环境研究团队在《科学通报》发表相关研究结果,提出现代黄河水系在125万年前开始形成,基本摸清了现代黄河水系的形成时代。

共同抓好大保护,协同推进大治理。一批兰大学者开展着黄河领域的多学科研究,书写“黄河答卷”。

九曲黄河的身世

在以往研究中学者多以局部河段地貌分析与定性沉积描述为主,对全流域黄河形成时间缺乏系统研究。

“确定黄河拐弯处形成的时间是研究黄河形成历史的一个重要任务。”兰州大学教授聂军胜说,“几”字湾的形成和三门峡贯通东流入海是现代黄河水系形成的重要标志。

“要知道黄河出现的时间,首先要找到‘河流阶地’。”团队负责人潘保田教授介绍,河流阶地是过去的古河漫滩,是河流形成演化最直接的证据。通过对兰州盆地内7级阶地的研究,团队发现黄河最高级阶地年代逐渐年轻化,揭示现代黄河上游水系格局的形成是黄河自兰州盆地不断溯源侵蚀,逐渐贯通上游内流盆地的结果。

2022年8月,兰州大学教授王鑫等与合作者利用系统的沉积学、古地磁定年、物源分析等多种技术方法,获取了黄河贯通三门峡历史完整的岩芯档案,明确了岩芯108 m处河道沉积物的首次出现是黄河在三门峡地区留下的最老印迹。

王鑫表示,研究表明自125万年前开始,三门峡盆地河流沉积物开始大规模发育、上游鄂尔多斯地体的碎屑物质开始大量涌入,团队因此进一步印证了现代黄河水系在125万年前开始形成的观点。

“总的来说,我们目前的认识是370万—180万年前兰州至河套段贯通形成‘几’字湾的‘一边’;125万年前黄河贯通整个中游并东流入海。”聂军胜介绍,黄河的形成演化驱动力除了构造运动,还有当时变湿的气候环境。

要想治理黄河的泥沙,就得知道它的泥沙从哪来的。聂军胜曾详细比较了150万年以来黄河不同部位泥沙的地球化学特征,发现黄河上、中、下游泥沙分别具有不同的来源。

“我们之后要和现代黄河的治理团队进行沟通和合作,为黄河治理提供相应的建议。”聂军胜表示。

在高寒草地上“种草”

甘南草原是黄河上游重要的水源补给区和生态功能区。

对于该区域的高寒草甸和湿地退化后将会带来的严重后果,兰州大学高寒草地生态学研究团队成员、教授马妙君了如指掌:将严重影响黄河上游的水源补给功能和中下游的生态安全;不仅降低碳的固定,而且会使封存在土壤中的碳(泥炭、冻土中的碳)大量排放进一步影响气温,影响国家“双碳”战略目标;该区域的生物多样性和生态系统功能丧失……

兰州大学教授杜国祯带领高寒草地生态学研究团队一直致力于构建适用于青藏高原生态系统植被修复的创新性技术体系和保护利用模式。他们界定了高寒草地适宜载畜量,构建了以植被盖度为基础的草畜平衡模型,确定了玛曲草地过牧的黄色和红色预警系统。

他们根据高寒沼泽湿地植物群落结构及主要组分种的特性,以退化湿地植物群落关键指示种的繁殖物候为标志,首次提出了以植物物候特征为关键指标的、适用于高寒湿地的中长期预警技术。

他们还得出垂穗披碱草在不同密度条件下的繁殖能力与个体大小的关系、垂穗披碱草在不同供施磷肥条件下的繁殖对策、多年生植物群个体大小与密度的关系等多项研究结论,并依据模型建立了甘南高寒草地资源相应的保护指标 ,提出了草地资源优化利用的放牧管理对策。

系列成果示范推广后,草地综合生产力可增加30%以上,示范区内平均每公顷可增加鲜草产量1400公斤,每年可增收900多万元。通过建植人工草地,906亩实验区每年可增收近50万元。次生裸地采用植被重建、补播、施肥等多种措施治理后,可使牧草鲜草产量提高52.6%,并培育山生柳苗木30万株,次生裸地示范区每年直接经济效益近500万元。

评估黄土高原的“逐绿”效应

“黄土高原长期以来缺乏植被保护,生态环境脆弱,土质疏松,暴雨冲刷强烈,致使该区水土流失严重。”据兰州大学黄河流域绿色发展研究院青年研究员田磊介绍,黄土高原水土保持是黄河流域生态保护和高质量发展的重要内容。

2019年,兰州大学揭牌成立了黄河流域绿色发展研究院,致力于黄河流域生态环境保护,深度参与黄河中游水土保持和污染治理。为改善黄土高原植被覆盖状况,治理水土流失,国家自20世纪90年代开始实施退耕还林(草)工程。“我们通过遥感数据发现区域内林地面积增加了约16.0%,草地面积增加了约8.0%,裸地与荒漠面积减少了29.0%,入黄泥沙从最初的16亿吨减少到目前不到3亿吨。”田磊说。

但是在植被恢复的同时,部分区域植被恢复强度已经达到了极限,若进一步增加植被建设强度,将会产生土壤干燥化、植被退化和水资源过度消耗等新的生态问题。因此,如何科学评估和认识黄土高原大规模植被建设的水文气候效应成为广受关注的热点科学问题。

团队开展了黄土高原区域水文气候数值模拟研究,评估了大规模推动退耕还林(草)工程实施以后对降水产生的影响。模拟结果显示,大规模植被恢复对研究区降水量增加速率的贡献约为37.4%,考虑植被恢复情景比不考虑植被恢复情景下的黄土高原年均降水量高12.4%。

田磊表示,下一步团队要设计一些可行的退耕还林(草)方案,例如如何合理布局、如何选择草种树种,评估其影响,为保障黄土高原植被建设可持续发展提供科学合理的建议。

 
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