<p class="ql-block">古今結(jié)合：蘭州大學(xué)的“黃河答卷”</p><p class="ql-block">澎湃新聞客戶端</p><p class="ql-block">2022-10-06 12:38上海澎湃新聞旗下賬號(hào)</p><p class="ql-block">九曲黃河，奔騰不息。哺育中華民族，孕育中華文明。</p><p class="ql-block">這條形似巨龍的中國(guó)第二長(zhǎng)河被賦予太多象征含義，但她完整的面貌及形成，反而被厚重的贊歌掩藏。黃河如何形成“幾”字形河道？黃河水系形成于什么時(shí)期？黃河形成演化的驅(qū)動(dòng)機(jī)理是什么？蘊(yùn)含其中的泥沙又從何而來(lái)？</p><p class="ql-block">蘭州大學(xué)地貌演化與新生代環(huán)境研究團(tuán)隊(duì)很早前就開(kāi)始從事黃河的形成發(fā)育研究。近日?qǐng)F(tuán)隊(duì)在《科學(xué)通報(bào)》又發(fā)表相關(guān)研究結(jié)果，提出現(xiàn)代黃河水系在~125萬(wàn)年開(kāi)始形成，基本摸清了現(xiàn)代黃河水系的形成時(shí)代。</p><p class="ql-block">共同抓好大保護(hù)，協(xié)同推進(jìn)大治理。除了黃河的形成發(fā)育，一批蘭大學(xué)者還開(kāi)展著黃河領(lǐng)域的多學(xué)科研究，他們圍繞黃河上游水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)保護(hù)和發(fā)展、黃土高原水土保持、沿黃地區(qū)歷史與考古等書(shū)寫(xiě)“黃河答卷”，為黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展提供著科技和智力支撐。</p><p class="ql-block">九曲黃河的身世</p><p class="ql-block">事實(shí)上，關(guān)于黃河的形成演化過(guò)程學(xué)術(shù)界一直存在較大爭(zhēng)議。在以往研究中學(xué)者多以局部河段地貌分析與定性沉積描述為主，對(duì)全流域黃河形成時(shí)間缺乏系統(tǒng)研究。</p><p class="ql-block">“確定黃河拐彎處形成的時(shí)間是研究黃河形成歷史的一個(gè)重要任務(wù)。”地貌演化與新生代環(huán)境研究團(tuán)隊(duì)聶軍勝教授說(shuō)，“幾”字灣的形成和三門峽貫通東流入海是現(xiàn)代黃河水系形成的重要標(biāo)志。</p><p class="ql-block">黃河流經(jīng)蘭州后受山地、高原地形的阻擋向東北方改道，因此蘭州盆地作為黃河自青藏高原流入黃土高原的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，其對(duì)黃河水系的演化研究也有承上啟下的意義。</p><p class="ql-block">“要知道黃河出現(xiàn)的時(shí)間，首先要找到‘河流階地’?！眻F(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人潘保田教授介紹，河流階地是過(guò)去的古河漫灘，是河流形成演化最直接的證據(jù)。通過(guò)對(duì)蘭州盆地內(nèi)7級(jí)階地的研究，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)黃河最高級(jí)階地年代逐漸年輕化，揭示現(xiàn)代黃河上游水系格局的形成是黃河自蘭州盆地不斷溯源侵蝕，逐漸貫通上游內(nèi)流盆地的結(jié)果。</p><p class="ql-block">在2020年，團(tuán)隊(duì)歷時(shí)10余年通過(guò)對(duì)黃河中上游沿程多達(dá)9個(gè)盆地以及17個(gè)關(guān)鍵河段的河流階地、夷平面等地貌記錄的系統(tǒng)研究，利用古地磁、宇生核素、釋光、14C等測(cè)年方法，提出了較精準(zhǔn)的河谷發(fā)育年代學(xué)框架。</p><p class="ql-block">研究發(fā)現(xiàn)，黃河的形成經(jīng)歷了四個(gè)階段：在大約370-180萬(wàn)年，伴隨青藏高原東北緣平坦地形（主夷平面）抬升和解體，地勢(shì)出現(xiàn)強(qiáng)烈反差，為河湖水系襲奪重組注入強(qiáng)大能量，蘭州至河套段黃河最先出現(xiàn)。而在120萬(wàn)年前，黃土高原南部和崤山東麓的局地河流也開(kāi)始分別向北和向西溯源，這些河湖水系最終形成串聯(lián)，連接河套盆地、汾渭盆地和華北平原的現(xiàn)代黃河?xùn)|流水系格局形成。120萬(wàn)年以后，黃河進(jìn)一步向青藏高原內(nèi)部延伸，襲奪了高原東北部系列河湖系統(tǒng)，黃河中上游水系格局逐漸形成。1萬(wàn)多年前，若爾蓋以上河段被納入黃河水系，這才基本形成了現(xiàn)今看到的黃河全貌。</p><p class="ql-block">?</p><p class="ql-block">“黃河是‘相互串聯(lián)，河湖共存’，從原來(lái)河湖共存的狀態(tài)到互相串聯(lián)，黃河就形成了?！迸吮Ｌ镎f(shuō)。</p><p class="ql-block">2022年8月，團(tuán)隊(duì)王鑫教授等與合作者利用系統(tǒng)的沉積學(xué)、古地磁定年、物源分析等多種技術(shù)方法，獲取了黃河貫通三門峽歷史完整的巖芯檔案，明確了巖芯108 m處河道沉積物的首次出現(xiàn)是黃河在三門峽地區(qū)留下的最老印跡。</p><p class="ql-block">“黃河的歷史寫(xiě)在巖芯里面，鉆取巖芯正是用于研究黃河的歷史?！蓖貊握f(shuō)，研究表明自125萬(wàn)年前開(kāi)始，三門峽盆地河流沉積物開(kāi)始大規(guī)模發(fā)育、上游鄂爾多斯地體的碎屑物質(zhì)開(kāi)始大量涌入。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步印證了現(xiàn)代黃河水系在125萬(wàn)年前開(kāi)始形成的觀點(diǎn)，為研究世界大江大河的形成演化歷史和水系發(fā)育模式提供了新的關(guān)鍵證據(jù)。</p><p class="ql-block">?</p><p class="ql-block">“總的來(lái)說(shuō)，我們目前的認(rèn)識(shí)是370萬(wàn)年前黃河可能不存在，370-180萬(wàn)年前蘭州至河套段貫通形成‘幾’字灣的‘一邊’；125萬(wàn)年前黃河貫通整個(gè)中游并東流入海。”聶軍勝介紹，黃河的形成演化驅(qū)動(dòng)力除了構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，還有當(dāng)時(shí)變濕的氣候環(huán)境?！拔覀冇泻芏嗉僭O(shè)，一種是第四紀(jì)冰期開(kāi)始后干濕交替頻繁，濕潤(rùn)的時(shí)候降水比較多，沖刷能力很強(qiáng)，干季土壤沒(méi)有植被保護(hù)，侵蝕速度很快，黃河就一點(diǎn)一點(diǎn)侵蝕，逐漸串連起來(lái)。”在構(gòu)造-氣候耦合作用下，當(dāng)大大小小的峽谷湖盆被串連貫通時(shí)，一條萬(wàn)溪匯聚、奔騰浩蕩的泱泱巨川便演變而成。</p><p class="ql-block">近年來(lái)，在氣候變化、沙漠?dāng)U張、水庫(kù)調(diào)蓄和用水過(guò)度等影響下，除下游河道外，黃河上游的內(nèi)蒙段也迅速發(fā)展成“新懸河”，探討黃河流域的泥沙來(lái)源以及輸移過(guò)程不僅有重要理論價(jià)值，在流域生態(tài)治理上更具實(shí)踐指導(dǎo)意義。</p><p class="ql-block">聶軍勝曾詳細(xì)比較了一百五十萬(wàn)年以來(lái)黃河不同部位泥沙的地球化學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)黃河上、中、下游泥沙分別具有不同的來(lái)源。“之前很多人認(rèn)為黃河從青藏高原下來(lái)以后把泥沙直接堆到下游、運(yùn)到海里，但是我們的研究結(jié)果出來(lái)后，發(fā)現(xiàn)跟大家想的不一樣?！甭欆妱僬f(shuō)。</p><p class="ql-block">要想治理黃河的泥沙，就得知道它的泥沙從哪來(lái)的，才能從源頭上去治理?！按箫L(fēng)吹動(dòng)+水流搬運(yùn)”是構(gòu)成黃河寧-蒙段河道泥沙淤積的主要原因?！拔覀冎笠同F(xiàn)代黃河的治理團(tuán)隊(duì)進(jìn)行溝通和合作，為黃河治理提供相應(yīng)的建議。”聶軍勝表示。</p><p class="ql-block">在高寒草地上“種草”</p><p class="ql-block">在地處青藏高原東部甘南藏族自治州瑪曲縣和合作市境內(nèi)的甘肅甘南草原生態(tài)系統(tǒng)野外科學(xué)觀測(cè)研究站里，蘭州大學(xué)高寒草地生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的師生們即將完成實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)的工作，并準(zhǔn)備返程。</p><p class="ql-block">?</p><p class="ql-block">從3月起，他們便陸續(xù)地趕往實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行課題實(shí)驗(yàn)的初期布置，4月中旬開(kāi)始長(zhǎng)期留在實(shí)驗(yàn)站工作，半年的時(shí)間里完成了高寒草甸、沼澤濕地的種子雨收集、種子鑒定；種子采樣、種子庫(kù)幼苗萌發(fā)、物種鑒定；觀測(cè)高寒植物從返青、顯蕾、開(kāi)花，到枯黃一整個(gè)過(guò)程中群落組分植物物種的關(guān)鍵物候事件的變化規(guī)律。</p><p class="ql-block">甘南草原是黃河上游重要的水源補(bǔ)給區(qū)和生態(tài)功能區(qū)?！案誓暇硟?nèi)的高寒草地對(duì)黃河的水源補(bǔ)給能力占區(qū)域內(nèi)黃河總徑流量的48%-50%，這里擁有亞洲最優(yōu)質(zhì)的天然草地，使得甘南草原成為整個(gè)青藏高原上擁有初級(jí)生產(chǎn)力、物種多樣性最高的高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)?！碧m州大學(xué)高寒草地生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊(duì)杜國(guó)禎教授介紹道。</p><p class="ql-block">對(duì)于該區(qū)域的高寒草甸和濕地退化后將會(huì)帶來(lái)的嚴(yán)重后果，團(tuán)隊(duì)成員、甘南草原國(guó)家站站長(zhǎng)馬妙君教授也了如指掌：甘南草原地處青藏高原生態(tài)安全屏障建設(shè)的關(guān)鍵區(qū)域，遭到破壞將嚴(yán)重影響黃河上游的水源補(bǔ)給功能和中下游的生態(tài)安全；不僅降低碳的固定，而且會(huì)使封存在土壤中的碳（泥炭、凍土中的碳）大量排放進(jìn)一步影響氣溫，影響國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)；該區(qū)域的生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)功能喪失；會(huì)關(guān)系到這一多民族交匯地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定……</p><p class="ql-block">“黃河等大江大河都發(fā)源于青藏高原，它的生態(tài)優(yōu)勢(shì)對(duì)我們國(guó)家來(lái)說(shuō)極其重要?！睘榱耸刈o(hù)和修復(fù)這里的生態(tài)，杜國(guó)禎教授和團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期堅(jiān)持在海拔近4000米的自然條件極為惡劣的高寒草地，從事理論生態(tài)學(xué)和恢復(fù)生態(tài)學(xué)的研究。</p><p class="ql-block">?</p><p class="ql-block">杜國(guó)禎團(tuán)隊(duì)一直致力于構(gòu)建適用于青藏高原生態(tài)系統(tǒng)植被修復(fù)的創(chuàng)新性技術(shù)體系和保護(hù)利用模式?！案誓喜莸胤拍梁笸嘶瘒?yán)重，烈性毒雜草肆虐，但我不贊成用除草劑。我們研究發(fā)現(xiàn)毒雜草對(duì)光非常敏感，植物蓋度在40%-60%時(shí)極其容易生長(zhǎng)，但通過(guò)把植物蓋度提升至80%—90%，就可以自然抑制，通過(guò)改變植物群落的方式來(lái)改變毒雜草的生存條件，進(jìn)而控制其生長(zhǎng)，讓優(yōu)良牧草得以繁殖?！?lt;/p><p class="ql-block">他們界定了高寒草地適宜載畜量，構(gòu)建了以植被蓋度為基礎(chǔ)的草畜平衡模型，確定了瑪曲草地過(guò)牧的黃色和紅色預(yù)警系統(tǒng)。</p><p class="ql-block">他們根據(jù)高寒沼澤濕地植物群落結(jié)構(gòu)及主要組分種的特性，以退化濕地植物群落關(guān)鍵指示種的繁殖物候?yàn)闃?biāo)志，首次提出了以植物物候特征為關(guān)鍵指標(biāo)的、適用于高寒濕地的中長(zhǎng)期預(yù)警技術(shù)。</p><p class="ql-block">他們提出高寒沙化型次生裸地治理技術(shù)，研發(fā)了不同尺度的山生柳網(wǎng)格狀高寒沙地固沙技術(shù)。</p><p class="ql-block">他們還得出垂穗披堿草在不同密度條件下的繁殖能力與個(gè)體大小的關(guān)系、垂穗披堿草在不同供施磷肥條件下的繁殖對(duì)策、多年生植物群個(gè)體大小與密度的關(guān)系等多項(xiàng)研究結(jié)論，并依據(jù)模型建立了甘南高寒草地資源相應(yīng)的保護(hù)指標(biāo) ,提出了草地資源優(yōu)化利用的放牧管理對(duì)策。</p><p class="ql-block">?</p><p class="ql-block">系列成果示范推廣后，草地綜合生產(chǎn)力可增加30%以上，示范區(qū)內(nèi)平均每公頃可增加鮮草產(chǎn)量1400公斤，每年可增收900多萬(wàn)元。通過(guò)建植人工草地，906畝實(shí)驗(yàn)區(qū)每年可增收近50萬(wàn)元。次生裸地采用植被重建、補(bǔ)播、施肥等多種措施治理后，可使牧草鮮草產(chǎn)量提高52.6%,并培育山生柳苗木30萬(wàn)株,次生裸地示范區(qū)每年直接經(jīng)濟(jì)效益近500萬(wàn)元。</p><p class="ql-block">“完成土壤采樣，分析其成分及養(yǎng)分；觀察記錄各種植物的生長(zhǎng)過(guò)程；研究分析植物群落包含的種類及數(shù)量，研究隨著季節(jié)變化，植物對(duì)環(huán)境的不同反應(yīng)……在草原開(kāi)展生態(tài)學(xué)研究沒(méi)有觀測(cè)臺(tái)站是不可思議的。”杜國(guó)禎常常這樣說(shuō)。</p><p class="ql-block">2021年10月，蘭州大學(xué)組織推薦的“甘肅甘南草原生態(tài)系統(tǒng)野外科學(xué)觀測(cè)研究站”獲批國(guó)家野外站建設(shè)。這一集科學(xué)研究、教學(xué)實(shí)習(xí)、科技成果轉(zhuǎn)化、技術(shù)推廣服務(wù)為一體的實(shí)踐基地，也為蘭州大學(xué)繼續(xù)服務(wù)黃河上游水源涵養(yǎng)區(qū)生態(tài)保護(hù)和發(fā)展提供了更堅(jiān)強(qiáng)的支撐。</p><p class="ql-block">評(píng)估黃土高原的“逐綠”效應(yīng)</p><p class="ql-block">地處黃河流域中游的黃土高原在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)安全方面具有十分重要的地位，也是黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展重大國(guó)家戰(zhàn)略重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域。</p><p class="ql-block">“黃土高原長(zhǎng)期以來(lái)缺乏植被保護(hù)，生態(tài)環(huán)境脆弱，土質(zhì)疏松，暴雨沖刷強(qiáng)烈，致使該區(qū)水土流失嚴(yán)重。”蘭州大學(xué)黃河流域綠色發(fā)展研究院青年研究員田磊介紹，黃土高原水土保持是黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展的重要內(nèi)容。</p><p class="ql-block">2019年，蘭州大學(xué)揭牌成立了黃河流域綠色發(fā)展研究院，致力于黃河流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)，深度參與黃河中游水土保持和污染治理。黃河流域綠色發(fā)展研究院青年研究員田磊團(tuán)隊(duì)針對(duì)黃土高原區(qū)域水文氣候開(kāi)展了長(zhǎng)時(shí)間系列研究，著眼于區(qū)域氣候和水文過(guò)程數(shù)值模擬及陸氣相互作用，為退耕還林（草）政策及生態(tài)計(jì)劃的擬定提供科學(xué)支撐。</p><p class="ql-block">田磊介紹，為改善黃土高原植被覆蓋狀況，治理水土流失，國(guó)家自20世紀(jì)90年代開(kāi)始實(shí)施退耕還林（草）工程。該工程實(shí)施二十多年以來(lái)，大量坡耕地被轉(zhuǎn)化為草地和林地，區(qū)域植被覆蓋水平明顯提高，入黃泥沙大幅降低，“我們通過(guò)遙感數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)林地面積增加了約16.0%，草地面積增加了約8.0%，裸地與荒漠面積減少了29.0%，入黃泥沙從最初的16億噸減少到目前不到3億噸”。</p><p class="ql-block">但是在植被恢復(fù)的同時(shí)，部分區(qū)域植被恢復(fù)強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到了極限，若進(jìn)一步增加植被建設(shè)強(qiáng)度，將會(huì)產(chǎn)生土壤干燥化、植被退化和水資源過(guò)度消耗等新的生態(tài)問(wèn)題。田磊表示，在植被恢復(fù)的同時(shí)也產(chǎn)生了顯著的地表水分效應(yīng)，這造成了黃土高原蒸散耗水量急劇上升,其徑流系數(shù)大幅下降，黃河流域徑流量銳減，區(qū)域水資源供需矛盾進(jìn)一步加劇。</p><p class="ql-block">因此，如何科學(xué)評(píng)估和認(rèn)識(shí)黃土高原大規(guī)模植被建設(shè)的水文氣候效應(yīng)成為廣受關(guān)注的熱點(diǎn)科學(xué)問(wèn)題。</p><p class="ql-block">依托蘭州大學(xué)超級(jí)計(jì)算平臺(tái)提供的充足計(jì)算資源，團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了黃土高原區(qū)域水文氣候數(shù)值模擬研究，定量評(píng)估大規(guī)模植被建設(shè)對(duì)區(qū)域氣溫、降水、水汽傳輸以及水汽-降水轉(zhuǎn)化的影響?！耙酝难芯恐魂P(guān)注大氣活動(dòng)是如何影響陸地表面的，大多忽視了地面上的活動(dòng)是如何影響大氣的，我們關(guān)注的恰恰是這一被忽略的環(huán)節(jié)，但它對(duì)黃土高原的水資源管理有很重要的意義。”田磊說(shuō)。</p><p class="ql-block">?</p><p class="ql-block">團(tuán)隊(duì)評(píng)估了大規(guī)模推動(dòng)退耕還林（草）工程實(shí)施以后對(duì)降水產(chǎn)生的影響。田磊介紹：“我們得出的結(jié)論是植被建設(shè)對(duì)黃土高原在年尺度上表現(xiàn)為增溫效應(yīng)，大規(guī)模植被建設(shè)顯著增加了區(qū)域蒸散發(fā)，使得近地表大氣更加濕潤(rùn)，最終使得植被建設(shè)對(duì)黃土高原降水量增加具有積極作用?！?lt;/p><p class="ql-block">團(tuán)隊(duì)模擬結(jié)果顯示，大規(guī)模植被恢復(fù)對(duì)研究區(qū)降水量增加速率的貢獻(xiàn)約為37.4%，考慮植被恢復(fù)情景比不考慮植被恢復(fù)情景下的黃土高原年均降水量高12.4%。</p><p class="ql-block">“植被是很好的固碳手段，可以緩解氣候變化。但大密度的造林及植被建設(shè)會(huì)造成水資源的過(guò)度消耗，因此科學(xué)的評(píng)估論證對(duì)未來(lái)黃土高原植被恢復(fù)與重建的可持續(xù)性管理具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義?！碧锢诒硎?，下一步團(tuán)隊(duì)要設(shè)計(jì)一些可行的退耕還林（草）方案，例如如何合理布局、如何選擇草種樹(shù)種，并通過(guò)數(shù)值模型這一工具評(píng)估其影響，為保障黃土高原植被建設(shè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)合理的建議。</p>