科技日報實習記者?沈唯 記者?劉垠?陸成寬 策劃 劉莉 李坤
7月29日下午2點，瓢潑大雨中，河南封丘農田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站（以下簡稱封丘站）的數(shù)據(jù)觀測人員李小麗，順著熟悉的小路走進氣象觀測場，頂著拍在臉上的雨水，打開百葉箱，記錄下溫度計上的數(shù)字。隨著記錄完成，她也淋透了今天的第二套衣服。
作為國家野外科學觀測研究站（以下簡稱國家野外站），封丘站開展的農田生態(tài)系統(tǒng)水、土、氣等生態(tài)要素的長期定位觀測工作幾十年來從未間斷，一年365天，風雨無阻。
國家野外站是國家創(chuàng)新體系的重要組成部分，通過長期野外定位觀測獲取科學數(shù)據(jù)，開展野外科學試驗研究，為科技創(chuàng)新提供基礎支撐和條件保障?？萍疾炕A研究司副司長黃燦宏的辦公室里，一張中國地圖上，167個國家野外站如同一顆顆閃亮的星星，分布在中國大地各個角落：
——在北端，黑龍江漠河地球物理國家野外站在零下50多攝氏度的極寒天氣中開展地磁場絕對觀測；
——在南端，海南西沙海洋環(huán)境國家野外站長期觀測水深在1500米以上的水文信息；
——在西部，新疆塔克拉瑪干沙漠氣象國家野外站深入沙漠腹地200公里監(jiān)測氣象變化；
——在東部，山東長島近海漁業(yè)資源國家野外站守著海防要塞保存了各類漁業(yè)生物樣本2萬余份……
多年來，167個國家野外站連成一張大網，源源不斷產出第一手觀測數(shù)據(jù)的同時取得了一批原創(chuàng)科研成果，為保障國家糧食安全、生態(tài)文明建設和重大工程建設等提供著強勁科技支撐。
長年觀測，因國家需求而誕生
撥開茂密的玉米葉，中國科學院南京土壤研究所研究員、封丘站站長朱安寧帶著記者穿梭在一塊塊試驗田里。
“這一塊試驗小區(qū)是不施氮肥的，那一塊是不施鉀肥的。”盡管地上的標識已被磨得幾乎看不見，朱安寧依然對每一塊試驗小區(qū)土壤的長期演變規(guī)律了熟于心。
這是封丘站始于1989年的長期施肥定位試驗，是封丘站現(xiàn)存時間最久的長期觀測項目之一，旨在闡明長期不同外源養(yǎng)分投入對農田生態(tài)系統(tǒng)生產力可持續(xù)和穩(wěn)定性的影響及其環(huán)境效應。
封丘站目前共建立了38個長期觀測與試驗研究樣地，多塊樣地建立至今已超過30年?！澳憧催@塊地里，僅施有機肥的試驗小區(qū)玉米經過15年左右才趕上施化肥的試驗小區(qū)玉米的產量，小麥耗時更長，但施有機肥的土壤會肥沃很多?！敝彀矊幗榻B道。
封丘站科學試驗區(qū)。封丘站供圖
有機質含量是評估一塊土地肥沃程度的核心指標之一，朱安寧告訴記者，30多年過去，現(xiàn)在僅施有機肥的地里，土壤有機質含量幾乎是同時期僅施化肥土壤的兩倍。“在當前國家糧食安全剛性需求條件下，有機肥的施用要有科學適宜的替代化肥比例，以實現(xiàn)土壤地力與糧食產能的協(xié)同提升。這是長期試驗觀測才能得到的結果，也是為國家‘藏糧于地、藏糧于技’戰(zhàn)略提供數(shù)據(jù)支撐。”
“國家必須在野外建設一批長期進行數(shù)據(jù)調查和分析工作的實驗站。”負責野外站建設工作幾十年的中國科學院院士、國家自然科學基金委員會原主任陳宜瑜告訴科技日報記者，根據(jù)統(tǒng)一的監(jiān)測指標、標準、規(guī)范，進行長期、連續(xù)定位觀測，才能揭示短時間尺度不可能確定的科學規(guī)律。
其實，建立野外站是國際科學界通行做法。始建于1843年的英國洛桑試驗站，迄今已有180年歷史，那里保存著距今近200年的土壤、植物和肥料樣品。“用這些土壤和現(xiàn)在的土壤作對比，就能知道土壤在百年間發(fā)生了哪些變化，這就能看出長期觀測的重要性?！标愐髓ひ徽Z道破關鍵。
回顧國家野外站的建設發(fā)展歷程和關鍵節(jié)點，黃燦宏介紹道，1999年，為了加強野外站的宏觀管理和頂層設計，統(tǒng)籌解決重大科學問題和國家戰(zhàn)略需求，充分發(fā)揮野外站在基礎研究中的支撐保障作用，在孫鴻烈、陳宜瑜等27名院士和研究員的共同建議下，科技部將野外試驗站工作納入國家“十五”科技發(fā)展計劃，并從當時各部門已有野外試驗站中，擇優(yōu)遴選出35個站作為“國家野外站試點站”給予支持。此后，科技部相繼批準建設了一批國家野外站，到2007年共正式批準建設國家野外站105個，經調整和補充目前增至167個。
封丘站是最初的35個國家試點站之一。20世紀60年代，中國科學院院士、著名土壤學家熊毅曾在這里帶領幾十位科學家，找到了以“井灌井排”為核心的治理鹽堿綜合技術，使當?shù)氐募Z食產量大幅提升；20世紀80年代，針對中低產田治理的“黃淮海戰(zhàn)役”打響，封丘站等依靠長期研究的成果積累，為黃淮海地區(qū)乃至全國的糧食增產作出了卓越貢獻。
“為了治理黃淮海地區(qū)的鹽堿地，我們有了封丘站等一批農田生態(tài)系統(tǒng)野外站；為了建設中國第一條沙漠鐵路包蘭鐵路，我們有了寧夏沙坡頭沙漠生態(tài)系統(tǒng)國家野外站（以下簡稱沙坡頭站）?！痹谥袊茖W院院士、國家生態(tài)系統(tǒng)觀測研究網絡（CNERN）綜合研究中心主任于貴瑞看來，這些野外站因國家需求而誕生，歷史悠久、發(fā)展成熟，為國家野外站的建設奠定了扎實的基礎。
如今，沙坡頭站積累了50多年的土壤—水分監(jiān)測數(shù)據(jù)，將沙漠變?yōu)榫G洲；封丘站積累了30多年的土壤—肥料控制性試驗數(shù)據(jù)，為“中原糧倉”持續(xù)穩(wěn)產提供科技支撐……
今年，封丘站迎來建站40周年。40年間，試驗田里的小麥和玉米一年年地收獲又種下，希望在這里不斷延展。
長期野外科研工作貴在堅持，貴在傳承。在于貴瑞看來，這也是國家野外站科研工作者身上最重要的精神品質之一?！拔覀冞@一代人做的工作，自己可能并不是受益者，而是為后代人積累。我們現(xiàn)在獲得的數(shù)據(jù)也許看不出什么成果，但30年甚至更遠之后，一定會發(fā)揮巨大的能量”。
地處偏遠，也要做好一流科研
七月的大西北驕陽如熾，下午6點的太陽仍然曬得后背火熱。
走進甘肅武威綠洲農業(yè)高效用水國家野外站（以下簡稱武威站），科研人員和學生們忙得熱火朝天。有人在記錄大型稱重式蒸滲儀數(shù)據(jù)，有人在查看土壤水分探頭，有人在遙控無人機記錄作物長勢。
三層綜合實驗大樓被試驗田包圍，金黃的麥子彎著腰，翠綠的玉米稈高過人頭。很難想象，30年前這里還是土地貧瘠、沙塵飛揚。
“野外站的建立，是為了解決當時甘肅石羊河流域嚴峻的水與生態(tài)問題?！倍嗄旰?，中國工程院院士、武威站站長康紹忠依然為當年的景象震撼：“流動的沙丘、枯死的林木、荒廢殘破的村莊，好像到處都在喊渴。”
經過考察，康紹忠發(fā)現(xiàn)，石羊河上中游灌溉面積無序擴大和不科學的農業(yè)用水浪費了大量水資源，導致下游水資源匱乏，“農業(yè)科學用水在這里太重要了”。
要想用好水，就得知道各種作物到底需要多少水，長期野外定位科學觀測的重要性由此凸顯。在當?shù)卣退畡詹块T的支持下，中國農業(yè)大學石羊河流域農業(yè)與生態(tài)節(jié)水實驗站于2004年正式揭牌。從此，帶著干糧和一壺開水在沙漠邊緣的農田里一跑就是一整天成了野外站研究人員的工作常態(tài)。
中國農業(yè)大學教授、武威站副站長佟玲仍記得2002年來青土湖做土壤入滲實驗的場景。
由于砂層太厚，土鉆經常取空；水入滲很快，研究人員只好不停去遠處提水。除了五六十攝氏度高溫的炙烤，讓人頭疼的還有風沙偷襲?！爱敃r馬氏瓶的橡皮塞掉到沙子里，瞬時就被風沙掩埋，我們只好用寬膠帶封住，繼續(xù)做完實驗?！辟×嵴f到這兒，眼睛微瞇哈哈一笑，“那時我們中午經常吃傳說中的西瓜泡饃，你不知道吧！就是西瓜一切兩半，干饃饃泡在里面當飯吃?！?/p>
從甘肅民勤小壩口實驗站、薛百農技中心，到涼州沙生植物園，再到中國農業(yè)大學石羊河實驗站，武威站的站址換了一次又一次，但上百億組珍貴的基礎科學實驗數(shù)據(jù)始終被完整保存。
“我們基于數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，在作物生長的某些特殊階段，使作物經受一定的干旱脅迫鍛煉，即適量虧水反倒會促進作物更好地生長，并能改善作物品質?！笨到B忠說。這一發(fā)現(xiàn)打破了灌水越多越高產的傳統(tǒng)觀念。
長期、繁雜而細微的觀測、試驗、研究，不僅兌現(xiàn)了野外站人用科學向旱區(qū)要水的承諾，也化為科研人員豐厚的成果產出?！拔覀兩碓谥袊鞅备沟兀惨鍪澜缫涣鞯目蒲?。”這是康紹忠常對學生說的話。
像武威站這樣地處偏遠但成果頗豐的國家野外站不在少數(shù)?！昂芏嗾径际窃跇O為艱苦的條件下起步，甚至沒有吃的、沒有住的地方?！标愐髓せ貞浧鸲嗄昵暗谝淮蔚胶邶埥愞r田生態(tài)系統(tǒng)國家野外站（以下簡稱海倫站）的情景十分感慨，“車開不進去，電話打不進去，樓都快塌了?！?/p>
為什么很多野外站要建在人跡罕至的地方？陳宜瑜解釋說，野外站的選址取決于區(qū)域布局，很多站地處偏遠、條件艱苦，但對于國家野外站整個網絡來說缺了它就不行。正如地處黑龍江的海倫站，是中國目前唯一專門從事黑土農田生態(tài)系統(tǒng)長期定位監(jiān)測、研究與示范的國家級野外站，對守護“黑土糧倉”意義重大。
如今，偏居西北的武威站吸引了美國、英國、法國、澳大利亞等30多個國家的節(jié)水專家學者參觀考察，多次舉辦發(fā)展中國家節(jié)水技術培訓班，向外輸出中國的節(jié)水技術；遠在東北的海倫站為東北黑土地保護利用、區(qū)域輪作休耕和農業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論與技術支撐，與美國、加拿大、德國等國家的知名高校和科研機構建立合作關系。
國家野外站在無人知曉的角落堅守使命，釋放出讓世界矚目的強大科研力量。
服務大局，支撐國家重大戰(zhàn)略
網狀的金屬片吊在半空微微搖晃，飽經風吹日曬的洗禮；一個個正方體的深灰色混凝土塊排得密密麻麻，長期浸泡在海水中被侵蝕。
這里是位于港珠澳大橋西人工島的大橋暴露試驗站，眼前斑駁的金屬掛片和混凝土試塊，關系著港珠澳大橋120年的穩(wěn)定和安全。
港珠澳大橋暴露試驗站。港珠澳大橋站供圖
港珠澳大橋地處伶仃洋海域，常年平均氣溫高、空氣濕度大、紫外線輻射強，且處在熱帶氣旋路徑上，受臺風影響頻繁。如此嚴苛的服役環(huán)境，給港珠澳大橋的安全帶來巨大挑戰(zhàn)。
“這些鋼掛片和混凝土暴露試件，是為了獲取海洋環(huán)境下工程材料的長期腐蝕數(shù)據(jù)設計的。有了這些數(shù)據(jù)，就能總結出大橋結構耐久性的變化規(guī)律，分析不同因素對大橋構件的影響，幫助我們提出更完善的維護策略，滿足港珠澳大橋120年設計使用壽命的要求。”廣東港珠澳大橋材料腐蝕與工程安全國家野外站（以下簡稱港珠澳大橋站）站長王彥林介紹。
2021年，為完善國家野外站野外科學觀測研究的網絡體系，進一步實現(xiàn)薄弱學科領域和地區(qū)全覆蓋，科技部批準新建了港珠澳大橋站等69個野外站為國家野外站。黃燦宏表示，諸如研究港珠澳大橋等重大基礎設施與生態(tài)環(huán)境的相互作用和影響，也是開展野外科技工作的一個重要方面?！靶陆ǖ?9個國家野外站，不僅在原有野外站網絡體系基礎上完善了空間布局，同時對新興學科和領域進行補充，極大增強了國家野外站對野外科技工作的支撐能力”。
而今，國家野外站已基本形成覆蓋全域國土空間，包括五大領域共167個國家野外站在內的網絡體系。港珠澳大橋站等一批年輕的國家野外站，在眾多重大科技成果和國家重大工程中，正默默發(fā)揮著底層支撐作用。
在青藏高原腹地，青海北麓河高原凍土工程安全國家野外站創(chuàng)建了獨一無二的高海拔多年凍土區(qū)公路建設養(yǎng)護技術體系，引領國際凍土區(qū)高等級公路建設技術，同時承擔著青藏鐵路、青藏公路、國家電網格拉段多年凍土區(qū)地溫、沉降變形監(jiān)測等多項長期任務。
“國家野外站的定位強調觀測、研究、示范和服務四位一體，形成完整的研究鏈條和研究范式。我們的國家野外站要在每個領域做好系統(tǒng)性長期觀測和基礎性科學研究，更要能為國家服務?！庇谫F瑞說。
規(guī)劃長遠，引領國際科學前沿
跟隨遼寧清原森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外站（以下簡稱清原站）站長、中國科學院沈陽生態(tài)研究所所長朱教君的腳步，穿過狹窄的小路，來到鮮有人至的密林深處，一座50米高的次生林觀測塔矗立眼前。
“對面的林子是蒙古櫟次生林，翻過山脊是落葉松人工林，我們身邊的是闊葉混交次生林?！闭驹谒敚袊茖W院沈陽生態(tài)研究所研究員高添指著不同的方向，為記者介紹不同森林類型的分布情況。連綿青山中還聳立著兩座高塔，它們和這座觀測塔“連成”一個三角形，構成用于觀測森林生態(tài)系統(tǒng)碳通量的“科爾塔群”。
以往森林生態(tài)系統(tǒng)碳通量的海量數(shù)據(jù)傳輸和運算困難，人工測量和收集數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)科研方式無法滿足新時代碳匯監(jiān)測和研究的需求。如今清原站采用物聯(lián)網、人工智能和大數(shù)據(jù)等新一代信息技術，打造了數(shù)據(jù)獲取、傳輸、存儲、計算、分析和可視化的全鏈條信息化平臺，發(fā)展了森林碳通量計量與信息化手段融合的技術方法，探索了森林碳通量觀測與研究的新途徑。
“現(xiàn)在的國家野外站沒有停留在過去傳統(tǒng)的建設模式當中，我們投入了很多新的儀器設備用于觀測?！币恢标P注著國家野外站發(fā)展的陳宜瑜說。
在距離甘肅省蘭州市70多公里的劉家峽水庫，記者感受了一次甘肅主動源重復探測系統(tǒng)制造的人工地震。盡管做好了準備，但當4支氣槍同時從水下18米擊發(fā)，腳下鋼板傳來的沖擊力還是直接“打”在了脊椎。在震源感受0.7級地震比想象中更厲害。
劉家峽主動源實驗場。蘭州站供圖
“借助氣槍定時激發(fā)實驗研究可以產生大量觀測數(shù)據(jù)，布設在周邊的地震臺會接收到一次次的地震波，通過處理分析地震波的走時變化，能幫我們給地球內部持續(xù)做‘CT’?！备拭C省地震局副局長、甘肅蘭州地球物理國家野外站（以下簡稱蘭州站）站長張元生說。
祁連山主動源實驗場和劉家峽主動源實驗場都是蘭州站的實驗基地，兩個探測系統(tǒng)構成的聯(lián)合觀測系統(tǒng)實現(xiàn)了“蘭州—西寧城市群”強震危險區(qū)波速變化連續(xù)監(jiān)測，提升了區(qū)域綜合防震減災能力。
更先進的設備和技術，讓國家野外站擁有更大的底氣和空間。張元生告訴記者，未來蘭州站將充分利用現(xiàn)有成果，為中歐班列、西氣東輸、“一帶一路”工程等地震安全保障提供強有力的技術支撐。
今年6月，第一屆地球物理國家野外站聯(lián)合學術研討會在中國科學技術大學召開，包括蘭州站在內的13個地球物理國家野外站成立聯(lián)盟，拓展了地球物理領域國家野外站之間開展科研合作、資源共享的新通道，對提升我國地球物理領域國家野外站的整體觀測和研究實力意義重大。
作為國家野外站最初建設的發(fā)起人之一，陳宜瑜院士對國家野外站未來的發(fā)展有著更長遠的設想，“未來希望國家野外站能夠做出更多引領國際科學前沿的工作。我們不僅要建立更高水平的單一野外站，更要建設好這個大的網絡體系，做好聯(lián)網研究”。
于貴瑞告訴記者，目前，科技部正在組織制定統(tǒng)一的觀測技術規(guī)范，該規(guī)范的推出對提升國家野外站的聯(lián)網能力將產生重要作用。部分領域國家野外站已在聯(lián)網研究上取得了相關成果。
科技部印發(fā)的《國家野外科學觀測研究站建設發(fā)展方案（2019－2025）》提出，積極推動國家野外站加強合作。共同建設野外聯(lián)網研究平臺，共同承擔國家重大科學研究計劃，開展學術交流活動，共同提升野外站的研究水平與國際地位。黃燦宏表示，科技部的統(tǒng)一指導和一體化管理模式，讓國家野外站建設、運行和發(fā)展的長期性、持續(xù)性得到了充分保障。
從首批試點站設立，到167個野外站聯(lián)網，國家野外站在科技部的整合引領下，由點連成片、由片連成網，“全國一盤棋”正在這張大網日益完善的過程中成為可能。
在封丘站的試驗田里捧起一抔潮土，老一輩科學家扎根當?shù)?、艱苦建站的場景猶在眼前；從清原站50米高的觀測塔上望去，仿佛能看到國家野外站在大江南北服務國家建設的未來。
