“生物地球化学循环与环境健康”专题
2020年暑期科考日志
一、科考背景及相关情况介绍
2017年8月19日,第二次青藏科考在拉萨正式启动。遵照习近平总书记“聚焦水、生态、人类活动,着力解决青藏高原资源环境承载力、灾害风险、绿色发展途径等方面的问题,揭示青藏高原环境变化机理,优化生态屏障体系”的指示,科考队迅速组织相关专家,经充分讨论形成了第二次青藏高原科考总体科学方案。第二次青藏科考将实现青藏高原的全域覆盖,在亚洲水塔区、喜马拉雅区、横断山高山峡谷区、祁连山—阿尔金山区、天山—帕米尔区等5大综合考察研究区的19个关键区,开展10大任务66个专题的科学考察研究。
在此背景下,针对青藏高原“缺氧”这一特殊的环境致灾因子,任务六“生物地球化学循环与环境健康”专题“缺氧环境及其健康效应”团队拟从地球表层系统的角度出发,通过对青藏高原大气、植被、土壤、地貌等地理要素的综合考察研究,揭示青藏高原地表氧含量时空变化格局,厘清氧含量影响因素,并对其贡献率进行量化分析。在此基础上,定量评估青藏高原缺氧环境的人畜健康效应。
前期工作中,本团队于2017-2019年先后完成了对青藏高原青藏线、新藏线、川藏线及其沿线地区,以及青海湖、祁连山及其周边地区的科学考察。为更进一步深化对全球变化(主要是气候变化)和人类活动影响下青藏高原缺氧环境人畜健康风险的认识与理解,我们分别于2020年6月21日至7月1日、7月23日至8月6日期间对“西宁-玉树-昆明”“玉树-那曲-阿里”及“西宁-甘南-成都”沿线地区开展野外考察活动。
本次科考的主要任务有四个部分:一是路线/样点式测定沿线近地表氧含量等近地表环境参数;二是调查当地主要植被类型、地表覆盖等信息;三是通过生理指标测定、现场访谈等形式,调查短居人群(包括科考队员)和长居人群对缺氧环境的适应(习服)情况;四是对可循环利用的便携式供氧保障设备进行测试,进而分析高原缺氧环境中便携式供氧技术对人体健康安全的防护作用。
本次活动历时26天,总行程约8000 km,其中“西宁-玉树-昆明”段考察路线为西宁市—湟源县—共和县—玛多县—玉树市—囊谦县—类乌齐县—昌都市卡若区—左贡县—芒康县—德钦县—香格里拉市—丽江市古城区—剑川县—洱源县—大理市—弥渡县—南华县—楚雄市—昆明市;“玉树-那曲-阿里”段考察路线为西宁市—玉树市—杂多县—聂荣县—那曲市色尼区—班戈县—尼玛县—改则县—革吉县—噶尔县—札达县,“西宁-甘南-成都”段考察路线为西宁市—同仁县—夏河县—合作市—碌曲县—红原县—理县—汶川县—成都市(图1)。
图1 2020年科考路线图
本次科考共完成176个采样点地表环境各要素(地理位置、高程、气温、大气压、相对湿度、相对氧含量等)的实测工作;完成了19个大覆盖度样方(1 km×1 km)的测量,调查了123个样点植被信息(时间、天气、经纬度、海拔、地貌类型、坡向、植被类型、优势种、植被覆盖度等);对1000多人次的生理指标进行了测定和现场访谈,获得了一批宝贵的第一手科学数据。
途经丽江市古城区和甘南藏族自治州合作市时,科考队分别拜访了中国科学院玉龙雪山冰川与环境观测研究站和甘肃省高寒草甸与湿地生态系统野外科学观测研究站(兰州大学干旱农业生态系统国家重点实验室高寒草地生态系统定位研究站),并与站上老师进行了深入交流。路过阿坝藏族羌族自治州汶川县映秀镇漩口中学汶川地震遗址时,科考队员们沉痛缅怀了在抗震救灾中牺牲的烈士和遇难同胞,深切感受到特大自然灾害给人民群众生命财产造成的巨大损失以及在党中央国务院的坚强领导下灾区迅速恢复重建的恢弘成就。
参加“西宁-玉树-昆明”段科考的师生共计18人,分别为:青海师范大学/北京师范大学史培军教授,青海师范大学陈志教授、马永贵教授、谢惠春副教授、罗巧玉老师及索南吉老师,青海师范大学研究生李亚兄、梁向平、马伟东和周源涛,青海大学研究生李爽林和张辉,以及北京师范大学研究生潘云龙、陈彦强、马恒、梁大林、杨合仪及李佳桐。
参加“玉树-那曲-阿里”及“西宁-甘南-成都”段的科考师生共计24人,分别为:青海师范大学/北京师范大学史培军教授,青师大高科院/北京大学吴必虎教授(仅参加“西宁-杂多”段),北京师范大学唐海萍教授,青海师范大学马永贵教授、谢惠春副教授(仅参加“西宁-札达”段)、索南吉老师和贾伟老师,青师大高科院/中国矿业大学文艺老师(仅参加“西宁-札达”段),大地风景文旅集团袁德宣老师和余洲老师(仅参加“西宁-札达”段),北京师范大学张钢锋博士,青海师范大学研究生马伟东、李亚兄、董志强、杜少波、戢爽及金兄莲,青海大学研究生李爽林,以及北京师范大学研究生潘云龙、陈彦强、吴仁吉、李佳桐、杨雯倩及胡小康。
主要行程安排如下:
6月20至21日:各路队员分批次抵达西宁,野外工作物资准备、休整、适应高原反应。21日下午在青海师范大学召开“科考大数据平台使用培训暨科考任务部署工作会”;
6月22日:从西宁出发,沿G109、G214,经湟源县、共和县至玛多县城;
6月23日:从玛多县出发,沿G214至玉树市;
6月24日:从玉树市区出发,沿G214经囊谦县至类乌齐县城;
6月25日:从类乌齐县城出发,沿G214经昌都市至左贡县城;
6月26日:从左贡县城出发,沿G214经芒康县至德钦县城;
6月27日:从德钦县城出发,沿G214经香格里拉市至丽江市,下午参观访问了中国科学院玉龙雪山冰川与环境观测研究站;
6月28日:从丽江市出发,沿G214、G320,经剑川县、洱源县、大理市、祥云县、南华县至楚雄市区;
6月29日:从楚雄市区出发,沿G56至昆明市区,下午召开本次科考的总结大会;
6月30日至7月1号:队员返程。
7月22至23日:各路队员分批次抵达西宁,野外物资准备、休整、适应高原反应,23日下午在青海师范大学城西校区召开“科考动员会”;
7月24日:部分队员乘车从西宁至玉树,部分队员从西宁飞赴玉树;
7月25日:从玉树市出发,沿G214、G345至杂多县;
7月26日:从杂多县出发,过查旦乡,沿G345(在建)经聂荣县至那曲市;
7月27日:从那曲市出发,沿G317经班戈县、申扎县、双湖县至尼玛县;
7月28日:从尼玛县出发,沿G317至改则县;
7月29日:从改则县出发,沿G317经革吉县至噶尔县;
7月30日:从噶尔县出发至札达县,下午召开本次科考上半段的总结会;
7月31日:从札达县出发至昆莎机场,经拉萨中转返回西宁;
8月1日:在西宁整理数据,休整;
8月2日:从西宁市出发,经同仁县、夏河县至合作市;
8月3日:从合作市出发,拜访甘肃省高寒草甸与湿地生态系统野外科学观测研究站(兰州大学干旱农业生态系统国家重点实验室高寒草地生态系统定位研究站)后,沿G213、G248经碌曲县、若尔盖县至红原县;
8月4日:从红原县出发,沿G248、G317,经理县、汶川县至成都市,经过汶川县时参观了映秀镇漩口中学汶川地震遗址;
8月5日:上午参观都江堰水利工程,下午召开本次科考下半段的总结会;
8月6日:队员返程。
二、“西宁-玉树-昆明”段科考日志
Day 1:2020年6月21日
地点:西宁市
天气:晴
早上七点半,所有队员在青海师范大学城西校区进行了血压、血氧含量、心率等指标的测量和血样的采集。由于大部分队员之前都到过高海拔地区,大家的各项指标都很正常。之后购买了一些野外所需物资,如抗高反的药物、氧气瓶等,皮尺、测量绳、笔记本、记录笔等野外测量和记录工具以及手套、纸巾等劳保用品。
下午,在青海师范大学城西校区召开了“科考大数据平台使用培训暨科考任务部署工作会”(图2)。北京师范大学、青海师范大学、青海大学的18名科考队员和青海师范大学“第二次青藏科考数据平台”项目团队5名师生共计23人参加了会议。队员们逐个作了自我介绍,并结合自身专业背景和研究方向阐述了对此次科考的一些认识和思考。“第二次青藏科考数据平台”项目团队负责人、青海师范大学计算机学院耿生玲老师指导大家下载安装了青藏科考软件,并详细介绍了数据平台的功能和操作方法等。最后由史培军老师和陈志老师向大家介绍“第二次青藏科考综合科学考察研究”的相关情况,并对本次科考的主要目的、行程安排、任务分工及野外安全等方面的要求进行了说明。
图2 科考动员会现场
Day 2:2020年6月22日
路线:西宁市—湟源县—共和县—玛多县(约480 km)
天气:雨转阴
一早,所有队员在果洛大酒店集合,装车的同时测了第一个点,7点半左右出发,科考正式开始。向西经湟源后南折,经西倒一级公路(G109)过日月山。日月山为黄河流域与青海湖流域的分水岭,自日月山隆升后,青海湖盆地转变为内陆湖流域,后黄河切穿龙羊峡,才逐渐形成了今天的地貌格局。沿途做了1个大样方后,经共和盆地至河卡镇午饭。至此,今日3000 m左右的高原面(夷平面)已全部走完。陆续翻越河卡山、鄂拉山垭口(实测海拔分别为3914、4486 m),姜路岭和长石头山,晚上七点半左右抵达玛多县城。除部分山区外,此部分行经4000 m左右的高原面(夷平面)。沿途注意到以下两个现象:随着高原的显著变暖,高山区山顶至半山腰的积雪(根据海拔数据和路上观察,沿途无冰川发育)大面积消融,导致其下覆盖的裸石(或裸岩、裸沙等)大面积出露。气候变暖导致沿途冻融侵蚀加剧,公路沿线尤其突出;另一方面,变暖导致大量冻胀丘中的水分融化流出(可能主要通过地下水流走),使其本身更类似于沼泽。史培军老师介绍,与这些现象相对应的热点科学问题之一是:气候变化背景下的青藏高原到底是碳源还是碳汇。近几十年来,青藏高原整体是变暖变湿的,随之而来的是植被条件的不断改善,这可能增加碳汇;同时,冰川积雪的消融/退缩及冻土退化等又可能增加碳排放。青藏高原整体是源还是汇取决于二者的相对大小,目前有很多相关的研究,有一些认为青藏高原整体是碳汇,其碳吸收大于碳排放。
玛多县是黄河发源地,隶属于果洛藏族自治州,海拔在4500-5000 m之间,境内湖泊众多。玛多县城是“西宁-玉树-昆明”段行程中海拔最高的住宿点。相关生理指标数据表明,队员们在此表现出较轻的高原反应,如食欲不振、头疼,普遍血压偏高、心率偏低。当晚天降小雪,气温较低。
Day 3:2020年6月23日
路线:玛多县—玉树市(约330 km)
天气:雪转阴
早上7点开始,大家陆续在酒店大厅进行血压、血氧饱和度等生理指标的测量。8点钟,车队出发,继续沿着G214前行,周围的山坡上都覆盖着一层薄薄的“白纱”。没多久就到了星星海附近(图3),这也是我们今天的第一个测样点。史培军老师向我们介绍说,此地多个大小不一的湖泊密布,其形状颇似星星,故得名“星星海”。星星海周围遍布浑圆山地,其相对高差很小,河流侵蚀不发达,重力侵蚀不明显,主要以风蚀、寒冻风化为主。此处以西十余公里,即为黄河源区著名的两大湖泊——鄂陵湖与扎陵湖。
图3 科考队在星星海附近合影
巴颜喀拉山为黄河与长江河源段的分水岭,巴颜喀拉山垭口(实测海拔4817 m)为今天途经的最高点(图4)。此地冰雪退缩明显,多处裸地(裸岩、裸石、裸砾、裸沙、裸土)出现,山坡植被稀少。海拔已然接近5000 m,但各位队员们并未出现明显的高原反应,测定氧含量和温湿压等参数后,我们沿着国道翻越了巴颜喀拉山。
图4 巴颜喀拉山垭口附近景观
过巴颜喀拉山后,海拔逐渐降低,气温有所上升。沿途看到许多牧民的帐篷和牛羊,过度放牧较为严重,国道两侧的植被覆盖度较前半段有所降低。过歇武镇后不久,“干热河谷”逐渐出现:歇武河两岸山谷中海拔较低的地方温度较高,蒸散发量较大,植被生长反而不如海拔相对更高的地方。歇武河在直门达村附近汇入通天河(即长江上游),此处可看到通天河两岸厚厚的冲洪积相河流沉积物,在这里测点后,我们便马不停蹄地赶往了玉树市。
Day 4:2020年6月24日
路线:玉树市—囊谦县—类乌齐县(约380 km)
天气:晴
早上7点,大家照例在酒店大厅进行血压、血氧饱和度等生理指标的测量。从测得的数据来看,经过这几天的高原生活后,大部分队员的血氧饱和度逐渐恢复至正常水平,大家已经逐渐适应高原缺氧环境了。8点车队从宾馆出发。在城南通向机场的路边,建有玉树抗震救灾纪念馆。2010年,这里曾发生过里氏7.1级大地震,目前大部分因地震毁坏的建筑都已重建,但仍可见部分倒塌的建筑遗迹。
之后我们沿G214一路前行,随着海拔的上升,道路两旁的植被覆盖度逐渐降低,至尕拉尕山垭口处,冰雪消融退缩后留下的裸石、裸沙、裸土、裸岩及裸砾等“裸地貌”清晰可见(图5)。史培军老师介绍说,随着气候变暖,这一地区雪线已上升千余米,覆盖这些山体的冰雪融化退缩后,便会形成现在所看到的“裸地貌”。过下拉秀镇后,在尕日拉山垭口处作了一个大样方。
图5 尕拉尕垭口处冰雪退缩后形成的“裸地貌”
中午在囊谦县城午餐,县城不大,扎曲穿城而过。史培军老师介绍,囊谦是青海的“南大门”,也曾是玉树地区的发祥地和政治、文化、经济中心。因其地理位置和自然条件相对优越,属玉树州的“农业大县”和“林业大县”。同时,囊谦属全民信教地区(藏传佛教),境内寺院多、教派全、僧尼众、影响大,也是“宗教大县”。
继续沿G214前行,在然代拉山垭口处作了第二个大样方,此采样点植被分布从上到下依次为冰雪退缩区裸地、高山草甸、灌木林带、灌木草甸及山地草甸(图6)。此后不多时便进入西藏类乌齐县境内,在甲桑卡检查站按要求出示了身份证和健康码,当晚即宿于类乌齐县城。
图6 然代拉山下采样处植被景观
Day 5:2020年6月25日
路线:类乌齐县—昌都市—左贡县(约360km)
天气:晴转雨转阴
早上大家照例在饭前测量了血压和血氧饱和度等生理指标,在酒店测完第一个样点后,科考队于8点出发。出了类乌齐县城后,至宾达乡朗错村附近进行了第二个样点的测量,此处有大量乔木生长,其优势种为青海云杉。
继续前进,大约在昂曲汇入澜沧江处(昌都市卡若区附近),“干热河谷”再次出现:此段海拔有所降低,但道路两侧的植被覆盖度明显降低,至澜沧江河谷两岸已只有稀疏的灌丛和草本植物了(图7)。正值夏季丰水期,澜沧江急流浑浊,当地水土流失严重。沿途观察到澜沧江两岸有一级构造阶地和两级河流阶地,河谷底部为荒漠半荒漠景观。整体来看,“滇藏线”(G214)沿线的“干热河谷”大约止于芒康-德钦交界地带,因部分地段水分条件较好,空间上不连续,其南北长约500余公里。现有的植被图在这些区域大多存在很大错误,无法准确把握沿线植被的巨大垂直分异。本专题的任务之一就是结合相关遥感数据,通过实地考察,进一步完善该地区的植被图。
图7 澜沧江干热河谷段景观
途径昌都市,与陈志老师一行汇合(陈志老师等2人此前赴拉萨为科考队办理了科考相关手续)。之后在浪拉山垭口(图8)测量了一个大样方。浪拉山垭口实测海拔4371 m,为今日途经最高点。沿G214至玉曲沿岸的普曲桥,作了第二个大样方。天有不测风云,两次测量途中皆遭遇大雨,但是队员们克服了重重困难,顺利完成了任务。最后雨过天晴,普曲桥处竟然出现了美丽的“双彩虹”(图9)。
图8 浪拉山垭口处景观
图9 普曲桥处美丽的“双彩虹”
天色已晚,我们便马不停蹄赶往左贡县,至10点终于到达县城。等饭间隙,相关老师同学为大家测量了血压和血氧饱和度等。
Day 6:2020年6月26日
路线:左贡县—芒康县—德钦县(约380 km)
天气:晴转多云
8点从左贡县城出发。沿G214国道继续前行,海拔逐渐升高,后至东达山垭口(实测海拔5048 m,东达山为怒江流域与澜沧江流域分水岭),此处也是“西宁-玉树-昆明”段科考途经最高点。几天时间,大家都已适应了缺氧环境,海拔已然超过5000 m,但都未表现出任何不适。
在东达山垭口测完样点后,我们继续前行。一路上观察到了植被的层状分布,自上而下依次为顶部冰雪消融区、高寒草甸、高寒灌丛草甸、高山针叶林+灌丛草甸、高山针叶林、河谷灌丛草甸。后过觉巴山至如美镇(图10),此地“干热河谷”特征十分明显,国道两侧几无植被,此段深切河谷已达千余米。时值中午,酷热难耐(30℃左右)。
图10 如美镇“干热河谷”景观
翻过拉乌山至芒康县城午餐后继续前行,随海拔逐渐升高,大量乔灌木出现,同时也注意到,此地多处现“封山育林”标语,部分应属有人工林。在此作大样方一个,浓密的乔灌木却给测量工作带来诸多不变。工作中部分队员遭遇野猪二只,想来因为封山育林,当地生态环境恢复得不错。
后过红拉山滇金丝猴自然保护区,至拉久西村附近再遇澜沧江,“干热河谷”再次出现。沿途发育较多滑坡构造阶地(图11),其下部为构造地貌,上部为滑坡堆积体,在阶地抬升后,阶地面与坡面的垂直距离变小,再次发生滑坡的概率减小,因此滑坡构造阶地还是安全的。
图11 澜沧江畔滑坡构造阶地
经过澜沧江畔的曲孜卡乡检查站后,便进入了云南省德钦县境内。山路蜿蜒,快进入县城时天色已晚,只见两侧华灯初上,绵延不绝十余公里。科考队按计划夜宿于德钦县城。
Day 7:2020年6月27日
路线:德钦县—香格里拉市—丽江市(约360 km)
天气:阴转小雨转多云
早餐前量测了各位科考队员的血压和血氧饱和度等生理指标,之后8点准时出发。离开德钦县城,沿G214继续前行,便逐渐进入金沙江流域。过白马雪山系列隧道(大桥)、梅里雪山国家公园金沙江大湾、帕纳海至香格里拉市午餐。香格里拉市原名“中甸县”,为迪庆藏族自治州首府,香格里拉是迪庆藏语,意为“心中的日月”,其名称源自英国作家詹姆斯·希尔顿的《消失的地平线》。餐桌上,史培军老师介绍说,按照地形特征、自然条件和方言的不同,一般习惯上将藏区划分为三大部分,人称“法域卫藏,马域安多,人域康巴”。卫藏,包括西藏自治区的拉萨市、日喀则市、山南市、林芝市、那曲市及阿里地区;安多,主要范围为青海省的果洛藏族自治州、黄南藏族自治州、海西蒙古族藏族自治州、海南藏族自治州、海北藏族自治州,甘肃省的甘南藏族自治州和天祝藏族自治县,四川省的阿坝藏族羌族自治州等地区;康巴,包括西藏自治区的昌都市、青海省的玉树藏族自治州,四川省的甘孜藏族自治州和云南省的迪庆藏族自治州等。
在香格里拉市测了一个样点后,我们沿G214继续向丽江前行。经虎跳峡镇、拉市海,在丽江市区拜访了中国科学院玉龙雪山冰川与环境观测研究站。站上老师向我们介绍了玉龙站的基本情况和玉龙雪山近些年冰雪变化情况,并播放了相关介绍影片。部分队员就玉龙雪山地区气候变化特点、玉龙站观测体系等问题与站上老师进行交流讨论,之后大家合影留念(图12)。傍晚,部分队员结伴游览丽江古城(图13),时值疫情初控,游人甚众。当晚宿于丽江市区。
图12 拜访中国科学院玉龙雪山冰川与环境观测研究站
图13 丽江古城夜景
Day 8:2020年6月28日
路线:丽江市—剑川县—洱源县—大理市—弥渡县—祥云县—南华县—楚雄市(约410 km)
天气:晴
早上8点,告别秀美的丽江,我们向下一站进发,不断南下,至此已然是亚热带的景观了。逐渐进入“大理盆地-楚雄坝区”内部,除部分山头外,周围地势落差较小,海拔维持在2000 m左右。沿途人口众多,道路两侧的农业用地比例很高。史培军老师告诉我们,沿途这一地区为西南地区的农牧交错地带,当地不仅种植水稻等农作物(图14),还种植了大面积的中药材、烟草等经济作物,卷烟、医药、旅游等行业很有特色。
图14 玉龙县九河乡附近的水稻田
由于道路两侧多为农田,没有进行大样方的测量。完成今天的采样任务后,我们按照原定计划夜宿于楚雄市区,晚饭后全体科考人员进行血压和血氧饱和度测量,相关老师同学进行抽血和血样处理分析。
Day 9:2020年6月29日
路线:楚雄市—昆明市(约150 km)
天气:晴
早上八点,车队离开楚雄,向着本次科考的最后一站——昆明进发。由于本次科考的大部分任务已经完成,这一路的海拔、地貌景观等差别也不大,我们直接走高速,途中在两个服务区测定了氧含量等数据。
10点左右到达昆明,科考队进行短暂休息,之后于下午2点召开了本次科考的总结会(图15)。会上,参加科考的各位老师同学先后发言,分别汇报了各自负责的具体工作情况及科考途中所见所闻与所思所想。最后,史培军老师进行总结发言。他语重心长地说,综合科学考察搭建了一个独特的大平台,为我们更进一步夯实专业基础、加强不同学科间的互学互鉴提供了宝贵机会。在这一过程中,大家要以科学的精神、科学的态度及科学的工作,不断地向相关领域的专家学者、老师同学请教学习、相互合作,不断完善知识结构、激发创新创造。
图15 科考总结会现场
史培军老师说,这次科考我们走过了不同的地理单元(黄土高原、青藏高原、横断山区及云贵高原)和不同的河流流域(太平洋水系(长江和黄河)与印度洋水系(澜沧江和怒江)),看到了不同的地貌类型(山地、丘陵及平原等),植被类型(森林、草原、荒漠及农田等)和土壤类型(栗钙土、黑钙土、褐土、风沙土、粗骨土、黄壤及红黄壤等),沿途各处的土地利用类型(城镇居民用地、工矿用地、道路用地、耕地、草地、林地、水域(湿地)及未利用土地等)和社会经济发展水平(城市发达区、农牧交错较发达区、农区(牧区)欠发达区及山区民族地区集中连片特困区等)各不相同。在全球气候变化(尤其是青藏高原整体变暖)的背景下,作为地学、生物学及高原医学为主的科考队,我们需要重点关注冰雪融化、多年冻土退化、冻融侵蚀加剧、河川径流增加、雪线/牧线上移、土壤碳储量变化、生态系统服务变化、生物多样性变化、灾害风险增加及缺氧环境变化及其健康效应等对青藏高原自然环境、经济社会发展等方面的深刻影响,争取从不同的专业角度深入思考并提出适应(减缓)气候变化、促进高原可持续发展的应对之策。
之后对返程安排和后续数据整理汇交等工作进行了部署和讨论,本次科考就此圆满结束。
三、“玉树-那曲-阿里”及“西宁-甘南-成都”段科考日志
Day1:2020年7月23日
地点:西宁市
天气:阴
7月21和22日,科考队员们陆续抵达西宁。今日上午8点,参加科考的各位师生在青海师范大学城西校区科技楼测量了血压、血氧饱和度和心率,并采集了第一组血样。随后将科考物资装车。
下午3点,在青海师范大学城西校区田家炳书院二楼会议室召开本次科考动员会(图16)。首先,各位队员依次作了自我介绍。史培军老师向大家介绍了“第二次青藏科考”项目和“生物地球化学循环与环境健康”专题的概况,并详细说明了本次科考的具体安排。之后唐海萍、陈志和吴必虎三位老师分别对“青藏高原近地表大气氧含量及植被调查”“缺氧环境对人畜健康的影响”“缺氧环境中便携式供养技术对人体健康的防护作用”三个部分进行了详细的介绍。最后,史培军老师进行总结并就健康安全、行程安全和装备安全向大家提出了具体要求和建议,并提出了“缺氧的时空格局及影响因素”“缺氧环境对短居人群的影响”“如何解决(或缓解)缺氧”等3个问题供大家思考。
图16 科考动员会现场
Day2:2020年7月24日
路线:西宁市—湟源县—共和县—玛多县—玉树市
天气:晴
本次科考途径地区海拔均较高,为了使队员们尽快适应高原环境,绝大部分队员乘车从西宁出发经湟源县、共和县、玛多县前往玉树市。早上7点半,队员们在宾馆测定了第一组氧含量及温湿压数据后出发(图17)。
图17 科考队准备出发
由于路程较长(约800 km),且6月份科考时也已获取了“西宁-玉树”段相关数据),沿途只在休息点进行了数据测量。部分队员在吴必虎和文艺等老师的指导下,对便携式吸氧仪进行了测试。本次科考中,供氧设备测试采用对照实验的方式,一部分队员佩戴便携式吸氧仪,一部分队员不佩戴,两组队员均按时记录血氧饱和度、心率等指标。行车过程中,由于冻土的冻融作用,国道因热胀冷缩而高低起伏,部分路段甚至一度出现“搓板路”。一路行驶,途经巴颜喀拉山垭口,晚上九点半抵达玉树市区。
Day3:2020年7月25日
路线:玉树市—杂多县
天气:晴
早晨八点半从宾馆出发,在巴塘机场与史培军老师一行会合,并在机场外测定一组氧含量、温湿压等数据。行进途中,史培军老师介绍了当地的植被类型:地带性植被属于小嵩草高寒草甸,但由于海拔、地形等造成的局部水热条件差异,该处植被由山脚至山顶呈高寒沼泽草甸-高寒草甸-高寒灌丛的梯度分布。沿途随处可见冻融侵蚀作用对该地植被造成的破坏。
随后过尕拉尕山垭口(实测海拔4493 m),沿G345至杂多县。在上拉秀乡,科考队员采用拉样线的方式测量了地表覆盖度。在查乃拉卡山垭口,史培军老师介绍了“秃顶山”,即山顶为裸岩,下部为草甸的高原山地景观,这是由于当地雪线由原来的4500 m左右上移至约5500 m,低于5500 m的中低山地顶部因全球变暖导致积雪消融后成为裸岩,裸岩风化成裸砾或裸沙,远远望去仿佛秃顶,由此称作“秃顶山”(图18)。
图18 查乃拉卡山垭口远眺“秃顶山”
下午抵达杂多县城,其建在扎曲河谷中,地貌可分为8层(图19),上部4层由上至下依次为:冰雪消融后的裸露山头,高山灌丛和草甸分布的山坡上部,重力作用、降水冲刷导致土壤和植被流失的山坡下部,以及高寒草甸分布的山脚。下部为扎曲的四级阶地,其中第一级为河漫滩阶地,二、三级为河流堆积阶地,第四级是基岩组成的构造阶地。随后我们在县城边南侧一处阶地上调查了地表覆盖,测量过程中发现当地过度放牧导致草场退化现象较为严重。
图19 杂多县城及其周边地貌
今日所达最高海拔处为4750 m,大部分师生适应良好,只有一两位同学出现了轻微的高原反应。
Day4:2020年7月26日
路程:杂多县—聂荣县—那曲市
早上7点半从杂多县城出发,因G356还未建成,沿途路况较差,从查旦乡附近至聂荣县,沿途是400多公里的砂石路和土路,部分路段甚至“炮弹坑”密布,科考车队行进缓慢。史培军老师介绍,“炮弹坑”的形成与冻融作用有关:冻土地段冬季冻土结冰,形成一个个冻胀丘,而夏季融化后地面沉陷,形成一个个水坑,冻融作用对该地公路造成极大破坏。除了进行氧含量、土壤温湿度等指标观测外,没有条件进行大范围的地表覆盖调查和植被调查。沿途穿过三江源国家公园(试点),此处植被条件较好,随处可见高原湖泊(图20)。这一路平均海拔超过4500 m,长时间颠簸,部分同学的高反症状逐渐加重,出现头晕、恶心、食欲不振等情况。
图20 三江源国家公园的湖泊
沿途澜沧江水浑浊且呈现红色,这是由于当地红层堆积(图21),在大小河流侵蚀作用下,大量的红层碎屑随河流而下。红层形成一般需要适宜的地质与气候条件:岩石风化作用强烈,可以提供丰富的物源,同时氧化作用强烈,形成了艳丽的红色外观,煞是好看。
图21 高原上带有侵蚀沟的红层
历经艰辛,车队终于在凌晨1点多安全抵达那曲市区。人困马乏,抽血后大家立马洗漱休息。
Day5 :2020年7月27日
路线:那曲市—班戈县—申扎县—双湖县—尼玛县
天气:晴
早上8点从酒店出发,前往尼玛县的路途中已不见前几日嶙峋的高山,当地地形大多为较平坦的高原面及中低山地。史培军老师根据沿途岩石的形态特征,为我们解释了寒冻风化与干燥风化的差异性:寒冻风化的产物通常为四棱状,这是由于拔蚀作用直接将岩块拔起,因此岩块棱角分明;而干燥风化的产物通常浑圆,这是由于在干燥气候地区,强烈的物理风化作用下,岩石受磨蚀作用被逐渐打磨,呈浑圆状。对岩石进行观察可以发现,表面浑圆的岩石占大多数,说明当地以干燥风化为主。
途中突降大雨,甚至出现了冰雹(图22)。暴雨初歇,国道两边的地面上升起一层薄雾,史培军老师解释这是高原和沙漠中常见的逆温现象:一般情况下,大气温度随高度增加而下降,但刚刚下雨过后,地表温度骤降,距地表较近的空气温度高于地表温度,在垂直方向上,气流以下沉作用为主,同时,下雨后大气中水汽达到饱和,易凝结形成雾。
图22 科考队员收集的冰雹
随后车队途经西藏最大的湖——色林错(图23)。彼时狂风大作,并伴有毛毛细雨,气温很低,科考队员们在色林错国家级自然保护区界碑附近测完氧含量等数据后合影留念(图24),随后继续赶路至尼玛县。
图23 色林错
图24 科考队在色林错国家级自然保护区界碑前合影
Day6:2020年7月28日
路线:尼玛县—改则县
天气:晴转小雨转晴
早晨8点从酒店出发,沿途的植被以高寒草原和荒漠草原为主,更显荒凉,史培军老师介绍说该地年平均降水量大约为150 mm,往西降水量更少。但即便如此,改则地区却是中国最大的湿地之一,其总面积约50万平方公里,约占青藏高原面积的五分之一。形成湿地的主要原因是当地分布广泛的盆地于汇集上游的冰川融水(故大多湖泊为淡水湖),自上世纪90年代以来,包括改则地区在内的羌塘高原内部大部分湖泊持续扩张,尽管冰川融水增加对其有一定贡献,但相关研究表明近些年来的降水增加是湖泊扩张的主因。在今后一段时期内,整体上这一地区的湖泊可能会进一步扩张。同时,从沿途观察到的古湖岸线遗迹来看,仍有部分湖泊处于退缩状态。
图25 远处唐古拉山连绵分布的冰川
阿索乡海拔4850 m,地处荒漠干燥剥蚀高丘陵,降水少,草地退化严重,植被覆盖度低。继续西行,植被类型发生变化,由荒漠草原变成草原化荒漠,随着海拔升高,再次转为荒漠草原。
此外,在途中我们还观察到了多种野生动物,包括藏羚羊(图26)、普氏原羚、藏牦牛、藏野驴(图27)、藏野马等。晚上6点车队抵达了改则县城,晚上7点测量血压及抽血,并对血样进行了及时处置。
图26 高原上成群的藏羚羊
图27高原上成对的藏野驴
Day7:2020年7月29日
路线:改则县—革吉县—噶尔县
天气:晴
早晨6点,所有队员完成血压、血氧饱和度及心率等测量任务后在当地吃早餐,6:30准时出发前往噶尔县。昨夜下了一整晚的雨,扑面而来的湿气中带着一丝丝寒意,一路沿317国道前行,6:50进行了今天第一组数据的测量,此时温度很低,大约只有9℃,相对湿度高达60%。
沿途可以看到裸露基岩上覆被一层黑色的物质,学名叫”荒漠岩漆”,是荒漠化的重要标志,颜色要比东部更深,这是因为该地气候干燥,基岩裸露,地下水上升蒸发后在岩石表面形成了红棕色氧化铁和黑色氧化锰薄膜,像涂抹了一层油漆似的(图28)。史培军老师介绍,此处景观为草原化荒漠,该地降水可能已不足50 mm,植被大多是一年生草本或灌丛。
图28 高原荒漠岩漆
在革吉县去往噶尔县的路上,我们测量了一个样方的地表覆盖(图29),该地大多为沙质土壤,地表生有低矮灌丛,向西而行,则变为砾石,应是河水水位下降露出的河漫滩。此地有一处典型剖面,最上部为风沙沉积,上部为河相或者洪积穿插风沙沉积,下层为河湖相粘土堆积层,最下层是和冻胀丘同期形成的冻融褶皱(图30),说明当时气温极低,粘土挤压形成褶皱,应属晚更新世。此处大约为一万五千年以来的地层,中间的地层是全新世以后,气候干湿交替形成的交替地层,可看出共有3个颜色较深的砺石层,代表全新世3个湿润的时期,颜色较浅的地层则是干旱风沙堆积。最上层为年纹层(图31)。
图29 样线法地表覆盖调查
图30 古冻融褶皱
图31 年纹层(左)与河湖相/洪积相沉积(右)
Day 8:2020年7月30日
路线:噶尔县—札达县
天气:晴
上午9点科考队出发前往扎达县。出噶尔县城后,国道两侧植有防风固沙的当地乡土种和部分外来引进树种。史培军老师介绍,北京师范大学也曾参与狮泉河流域治沙工程,其主要措施是把裸露的砾石滩修成砾石垄,并挖沟植树,以抵御风沙。
过昆莎机场后,车队逐渐进入山区(应为喜马拉雅山脉与冈底斯山脉的交会处,也称“山结”,途经最高处实测海拔5362 m)。山地坡面上有流水侵蚀作用形成的微地貌(图32),史培军老师解释,这些侵蚀沟可细分为细沟、浅沟和切沟。这三者相互联系,其中细沟为发育初期,一般分布在坡面上部,不汇水,平行分布;细沟进一步发育成为浅沟,相互交叉,具备汇水作用;最后流水侵蚀作用加剧,形成切沟,伴随有下切侵蚀,形成“T字”陡坎,一般发生在坡面下部。
图32 高原山地坡面上的细沟、浅沟、切沟
随后,科考车队沿山路盘旋而下一直直抵札达县城,沿途经过规模宏大的土林地貌(图33),史培军老师介绍,土林主要由砂岩和泥岩组成,一般林状为泥岩,下部平整的为砂岩,两者通过差异分化形成土林,土林垂直节理较发育,与黄土相似。
图33 札达土林地貌
在札达县城用过午饭后,前往古格王朝遗址(图34)。古格王国遗址位于西藏自治区阿里地区札达县托林镇以西18公里外的一座土山上,周边视野开阔,河流谷底各种地貌类型尽收眼底。遗址各殿内望板及四壁上有彩绘壁画,画风自成一体,既承藏区艺术风格,又受近临的尼泊尔、印度及中亚地区的影响,有较高的艺术及历史价值,在西藏美术史上占有重要地位。
图34 古格王朝遗址
下午,史培军老师组织召开了此次科考上半程的总结会(图35),各小组代表汇报了各自科考工作及数据情况。之后史培军老师从对藏北高原的整体认识、高原生态屏障建设、高原隆升与季风气候等方面进行总结,并希望各位师生从地理学、生态学、气象学、地质学、医学等多学科和交叉学科视角关注青藏高原缺氧环境及其人畜健康问题,加强对植被“隐域中的显域、显域中的隐域”这一特点的认识。便携式供氧设备方面,后续可继续对本次科考获得的数据进行深入分析,重点针对仪器的安全性、稳定性、实用性、便携性、适用性、美观性,结合用户(科考队员)的反馈意见进行改进和优化。
图35 “玉树-那曲-阿里”段科考总结会
Day 9:2020年7月31日
路线:札达—阿里昆莎机场—拉萨贡嘎机场—西宁
天气:阴转晴
清晨5点,科考队从宾馆出发赶往昆莎机场。时夜雨初霁,云雾缭绕,视线受限,小心赶路,天色渐亮到达昆莎机场(图36),科考队员与车队师傅道别,换乘两趟航班后于下午6点左右抵达西宁。经过8天的科考,大部分队员已经适应了高海拔缺氧环境,至西宁后,大家更是倍感轻松。
图36 阿里昆莎机场返程
Day 10:2020年8月1日
地点:西宁市
天气:晴
早上7点30分,科考队员们在青海师范大学城西校区科技楼测量了血压、心率和血氧饱和度等指标,并抽取了血样。经过一夜休整,大部分队员生理指标数据趋于平稳。与高海拔缺氧地区相比,血压、心率数据明显降低,血氧饱和度整体上升。缺氧环境对人体健康的影响,不仅表现在生理反应上,更体现在测量数据上。
之后大家回酒店处理数据,并补充了一些物资。
Day 11:2020年8月2日
地点:西宁市—同仁县—夏河县—合作市(约350km)
天气:晴
清早,所有队员在西宁市果洛大酒店集合,装车的同时测了第一个点。7点半科考车队准时出发,“西宁-甘南-成都”一线科考正式开始。车队沿高速向合作市出发,在平安区古城回族乡附近测得第二个点的温湿压等数据。高速两旁出现黄土丘陵,其上分布有大量梯田(图37)。
图37 黄土丘陵上的梯田
随后在阿岱收费站、科群收费站测点。当地为典型的农牧交错区,循化县穆斯林人口比例很高,可以看到较多的圆顶清真寺建筑。沿黄河前行,观察到多处由地震引发的大型滑坡(图38)。
图38 黄河一侧的滑坡景观
随后在瓜什则乡附近(邻近甘青交界)采集了大样方(图39)。进入甘南地区,沿途主要是山地草原景观,几乎全为草地,伴有少量灌木,植被盖度较高。由于一路上主要在高速路上行进,测得的点较少,于4点半左右抵达了合作市区,照例在晚饭前进行了血压、心率和血氧饱和度等指标的测量。
图39 瓜什则乡附近的大样方
(坡下:嵩草、杂类草高寒草甸(左);坡中:金露梅灌丛草甸草原(右))
Day 12:2020年8月3日
地点:合作市—碌曲县—红原县(约360 km)
天气:阴转晴
早饭前测量了血压、心率和血氧饱和度,科考队于8点准时出发赶往红原县。拜访了位于合作市区的甘肃省高寒草甸与湿地生态系统野外科学观测研究站(兰州大学干旱农业生态系统国家重点实验室高寒草地生态系统定位研究站),在站老师向我们介绍了研究站开展实验研究的一些基本情况,之后合影留念(图40)。
图40 在甘肃省高寒草甸与湿地生态系统野外科学观研究站合影
继续前行,观察到道路两旁十分明显的退耕还草工程实施的景观痕迹(图41)。史培军老师向我们介绍:甘南草原原为灌丛草原,之前因为过度开垦几乎被破坏殆尽,坡度低于15°的地区几乎全部被开发,“退耕还草”政策实施后,草原才得以逐渐恢复。观察发现,山坡坡脚处的植被颜色较浅,是退耕后新长出来的草,而坡顶处植被颜色深,是未开垦保留下来的灌丛草原。
图41 夏河县退耕还草后的景观
天气阴沉,草原上露水较重,队员们在做大样方时鞋子都被打湿了,但是大家都克服了困难,顺利完成了任务。
考察中注意到一个现象:沿途所看到的河流大都是弯曲前进的,并且弯道多、弯度大,特别是一些小河。史培军老师介绍,高原上有冻土层,河水下切侵蚀作用弱,因此无法形成较大的侵蚀沟,同时冻胀丘密布,细流无法冲出,只能绕着冻胀丘往前流动,因此曲流的弯度较大。
午后天气放晴,科考队进入了四川若尔盖县。若尔盖县的地形多为低山丘陵和高平原,高处植被为灌丛草原,低处为沼泽草原和草甸草原,这里的若尔盖草原是我国三大湿地之一。但是如今因草原鼠害和过度放牧,若尔盖草原的草场退化问题十分严重(图42)。在阿西镇做第二个大样方时发现,草原上鼠洞的密度较大,并且羊群也较多。之后科考队继续前行,按计划晚宿于红原,晚饭前全体科考人员进行了血压、心率和血氧测量,并采集了血样。
图42 若尔盖草原
Day 13:2020年8月4日
地点:红原县—理县—汶川县—成都市(约500 km)
天气:晴转阴转雨
早上7点大家在酒店餐厅测量了血压、心率和血氧饱和度,8点从红原县城出发。沿途看到大量的以家庭、村社为单位的草原观光旅游活动点。史培军老师介绍,阿坝藏族羌族自治州经济中,工业占比较小,主要为畜牧业,本地的草原观光产业还比较原始落后。此外,沿途植被覆盖度很高,长江、黄河分水岭处(达格则山垭口)附近,出现森林草原。
越过达格则山垭口后科考队正式离开高原面进入了横断山区,沿途相对地势变大,寒冻侵蚀塑造的“馒头山”消失,流水侵蚀地貌出现,河流弯曲度变小、阶地出现,乔木明显变多,出现针阔混交林(图43)。途经梭磨河,植被条件变得更好,真正属于森林草原。从红原县至此,海拔降低大约1000 m,我们依次经过了沼泽草原、灌丛草原、森林草原,明显感受到了从高原面到横断山区地貌、植被等各方面的变化。
图43 沿途的针阔混交林
出理县后,观察到“干热河谷”景象:河谷处植被主要为草类,而山谷高处和谷底则乔木和灌木分布,其原因是河谷干热,水分条件差,而山谷高处降水较多且有云雾补给,谷底为水分下渗且有河流补给。
在“V”形深切河谷中沿国道前行,道路两侧崩塌山体明显增多(图44),路边被整体冲垮和掩埋的道路和桥梁等,处处体现出地震的巨大破坏力(图45)。史培军老师介绍,这些崩塌都是汶川地震及其余震造成的。随后我们参观了汶川映秀镇漩口中学汶川地震遗址(图46)。十几年过去了,立足此处仍能切身感受到地震对当地人民生产生活造成的深切影响,同时也感叹灾区恢复重建的巨大成就。
图44 国道旁地震引发的崩塌山体
图45 被地震引发的崩塌掩埋的公路和大桥
图46 汶川县映秀镇漩口中学遗址(当年震中位置)
由于沿途都是陡峭的山体,无法进行大样方采集,科考队临时决定不在汶川多做停留,直接奔赴成都。时值八月,正是四川盆地的雨季,车队在去往成都的高速上遭遇暴雨,至晚上8点终于顺利入住宾馆。
Day 14:2020年8月5日
地点:成都市—都江堰市—成都市
天气:阴转大雨转晴
早上8点,科考队出发前往都江堰。都江堰枢纽位于岷江中游,地处岷江由山谷河道进入成都冲积平原的咽喉之处,是蜀郡太守李冰父子在前人基础上组织修建的集防洪、灌溉、航运为一体的大型综合水利工程。都江堰工程中核心的3个部分分别是鱼嘴、飞沙堰和宝瓶口。作为第一道屏障,鱼嘴起第一级分水排沙作用,其将岷江分成内、外二江,内江为引水河道,将部分岷江水引入地势较高的宝瓶口,外江为泄洪排沙河道。在鱼嘴的作用下,洪水期内江引40%的“清水”,60%的河水和大量泥沙进人外江;而在枯水期,内江则引60%的江水,以满足下游灌区用水——即为“鱼嘴四六分水”原则。飞沙堰处于弯道河流,此处会形成弯道环流现象:清澈的表层流进入内江,浑浊的底层流带入外江。宝瓶口作为最后一道关卡,其最重要的作用为“引清排浑”。岷江水滚滚而下,较清澈的表层流流向凹岸(宝瓶口),浑浊的底层流流向凸岸(飞沙堰),宝瓶口正对表层流流向,为“正面引水”的姿态。都江堰水利工程是世界上“适度改造自然”、除害兴利并举的典范。
图47 宝瓶口与离堆
图48 远眺都江堰
参观了古人智慧和创造之作,队员们一起乘车返回酒店,参加2点半史培军老师组织召开的下半程科考的总结会(图49)。会上,各位老师和同学根据本次科考中自己所负责的具体工作,就科考收获、感想与体会以及科考中遇到的问题一一进行了汇报。最后,史培军老师总结发言并提出了5大问题,并希望各位老师同学们在日后学习工作中认真思考并尽可能地解决这些问题,即:青藏高原和横断山区的差别,青藏高原和黄土高原的关系,青藏高原的高原地带性、隆升效应与季风气候,判断地理要素时空差异性的标准及其检验,地理学制图的区域性与非区域性。
至此,本次科考圆满结束。
图49 “西宁-甘南-成都”段科考总结会现场
致谢:
本次科考活动得到了“第二次青藏科考”队长办公室、“人类活动与生存环境安全”任务办公室,青海省科考办、西藏自治区科考办以及云南省、甘肃省、四川省相关单位的大力支持与帮助,在此一并谨致谢忱!
文、图:科考队全体队员,胡小康、杨雯倩、杨合仪、李佳桐和陈彦强整理修改
审核:史培军、唐海萍、马永贵、陈志、文艺