黄土高原水土流失治理背后有哪些“硬核科技”？记者探访全国重点实验室

　　今年是“十四五”收官之年。《陕西省“十四五”创新驱动发展规划》提出，要围绕空天、能源、信息、材料、生命科学等重点领域，统筹布局陕西实验室体系，提升陕西承担国家重大战略任务的能力。陕西近年来也建设了一批全国重点实验室、省级重点实验室以及“一带一路”联合实验室，有力支撑了高水平科技自立自强和科技强国建设。

　　即日起，华商报·科学周刊推出系列报道“科技创新十四五·走进实验室”，聚焦前沿科技，深入挖掘展示科技创新成果背后的科学方法、创新思维和科学精神。

　　这是我国唯一以水土保持综合治理为主的全国重点实验室，是国内外具有影响力的水土保持与荒漠化防治研究机构，拥有先进完备的水土保持与荒漠化防治研究设施平台，建有全国领先水平的人工模拟降雨大厅、人工模拟径流大厅、人工模拟干旱大厅以及15个野外实验台站。

　　近日，华商报大风新闻记者来到西北农林科技大学，探秘水土保持与荒漠化整治全国重点实验室，了解黄土高原水土流失治理背后的“硬核科技”。

　　>>室内模拟研究

　　实验槽上“水土流失”一目了然 大豆苗生长特点尽在记录

　　在实验室副主任韩锁昌、方怒放的带领下，华商报大风新闻记者走进了人工模拟降雨大厅。

　　在工作人员的操作下，“天降大雨”，“雨水”落在液压变坡实验槽上，这个实验槽是一个自上而下的斜坡，左侧是黄土高原沟沟壑壑的地形，右侧是植被茂盛的“黄土高原”，两侧的最下方各有一个出水口。当“雨水”落下，左侧流出的水明显浑浊，且量大；右侧流出的水更清澈，水量少。方怒放介绍：“右侧的植被是真实栽培的，左侧的水浑浊，就是因为雨水带着泥沙流走了，通过这个实验槽，能直观地说明，黄土裸露时，更易发生水土流失；土壤植被茂盛时，水土不易流失。”

　　据介绍，人工模拟降雨大厅面积1296平方米，为世界第二大模拟降雨大厅，有下喷式、侧喷式、野外便携式人工模拟降雨系统，含不同尺寸、坡度、实验处理条件下的模拟小区、径流泥沙测量装置，以及三维地貌扫描仪、土壤风蚀风洞等配套设施，形成了人工模拟降雨侵蚀汇流产沙、地貌形态演变、风蚀过程研究的综合实验平台。以记者看到的下喷式降雨系统为例：降雨面积2×27×18米，降雨高度18米，雨强变化范围30—300mm/h，最大连续降雨12小时，由2个降雨试验区组成，可分别独立降雨，也可以联合组合降雨，降雨方式为计算机全自动控制。

　　随后，记者来到人工模拟干旱大厅，工作人员展示了正在温室培育的大豆幼苗以及大苗，大豆苗绿意盎然、生机勃勃，“温度、二氧化碳浓度可以人工调节，用于观察大豆苗的生长特点。”工作人员说。

　　这里还有各种各样用来完成实验的土壤。在分子生物无菌实验室，记者看到正在培育过程中的植物“组织”。

　　据介绍，人工模拟干旱大厅是以研究西北地区干旱环境胁迫为主的人工模拟设施，可以模拟各种气候环境，为植物培养实验提供人工可控环境条件。主要研究方向包括：旱地作物抗旱生理生态理论基础及调控，生态恢复植物抗旱生理机制及抗旱生态恢复植物品种开发，为我国西北地区旱地农业和生态恢复提供理论和技术基础。

　　>>野外实验室

　　硬核节水科技助力黄土高原生态经济双赢

　　方怒放表示，野外实验台站包括安塞水土保持综合试验站、长武黄土高原农业生态试验站、固原生态试验站、神木侵蚀与环境试验站等15个野外台站。

　　位于黄土高原腹地的延安市安塞区，是黄河泥沙的主要来源区和生态治理的核心区域之一，对于开展水土保持与生态建设科学研究和试验示范具有典型代表性。

　　适宜开垦的坡度，合理的农作物间距……科研人员亲力亲为，亲身操作，给出科学建议，帮助农民科学生产。日积月累，科研人员从建立生态户到生态村再到8.27平方公里小流域，逐步形成了安塞纸坊沟生态治理与农业发展的样板和模式。经过长期治理，纸坊沟实现了从森林绝迹到森林覆盖率60.4%的转变，人均收入也飞速增长。

　　纵观黄土高原实验室不同地区的10个野外试验站，处处都是加速度：长武的“王东经验”、米脂的“孟岔模式”等都广受认可和好评。

　　美国科学院院士、斯坦福大学PeterVitousek教授在考察了神木、安塞和长武等野外试验站后，认为“黄土高原水土保持成效非常显著，为世界水土保持创造了典范”。

　　当年，科研人员将目光投向了陕北旱塬的沟壑深处，致力于破解制约农业发展的缺水难题。在米脂县孟岔村的坡茆上，针对农民自发种植的乔木枣林，开创性地推出山地红枣矮化密植技术与微灌节水系统相结合的革命性模式。这项被凝练为“孟岔模式”的硬核节水科技，将鲜枣亩产从过去的150-200公斤提升至1320公斤，亩经济效益更是增长了十倍，生动诠释了“绿水流淌、金枣满仓”的生态富民新图景。

　　“孟岔模式”的成功仅是起点。科研人员持续攻坚，集成创新出“四位一体”集雨补灌技术，巧妙融合沟道坝蓄水、光伏提水、软体水窖高位蓄水与膜下滴灌补水，实现了“秋雨春用，丰雨旱用”，让珍贵的水资源在时空分配上听从人的调遣，使玉米和苹果平均增产63.6%和19.5%。这些硬核技术如同为旱塬农业量身打造的“新式武器”，在陕北黄土地上广泛示范推广，覆盖红枣、苹果、马铃薯等多个特色产业，节本增效显著，亩均可促进增收约900元。

　　从孟岔村的探索到黄土高原区域的整体推进，节水科技不仅让昔日的低产田焕发出勃勃生机，更在生态修复与产业发展的协同共进中，为黄土高原披上了兼具生态效益与经济效益的动人“绿装”。

　　>>重要贡献

　　黄土高原植被覆盖度增长至67% 黄河年输沙量减少80%以上

　　据了解，实验室始于我国黄河治理战略，从上世纪50年代到现在硕果累累：创建了中国水土保持科学研究体系,引领了我国水土保持科学研究和行业发展；率先提出水蚀风蚀交错带概念，开创了水风两相复合侵蚀研究新领域，支撑了三北工程荒漠化防治；提出作物对多变低水环境适应性的科学概念，开拓了旱地农业生理生态研究新领域，推动了我国旱地农业发展，保障了粮食安全；创立“土壤-植物-大气连续体水分运移”科学理论，为维系脆弱生态区水量平衡、以水定绿及水资源持续利用提供了理论支撑；提出了黄土高原国土整治“28字”方略，建立了植被恢复理论和综合治理样板，完善退耕还林(草)建议并得到国家采纳，为国家重大生态工程实施做出了重要贡献。

　　通过朱显谟院士、山仑院士、邵明安院士等几代科学家的努力，科技支撑了黄土高原山变绿，水变清，人变富！黄土高原植被覆盖度由1999年的31.6%，增长至2024年的67%，黄河年输沙量由16亿吨降低到不足3亿吨，减少80%以上，黄土高原水土流失综合治理成为全球生态治理的典范。

　　>>重组后目标

　　2035年我国水土保持率提高至75% 生态系统基本实现良性循环

　　近10年来，实验室承担国家973计划、863计划、重点研发计划和其他科研任务600余项；获国家和省部级科技奖励27项，其中国家自然科学二等奖1项、国家科技进步二等奖1项、省部级科技成果一等奖25项。

　　实验室于2024年6月完成重组答辩，并于2025年1月通过科技部重组。重组后的实验室依托学校水土保持与荒漠化防治学、农业资源与环境、林学、草业科学、农林经济管理、农业水土工程6个优势学科和12个平台基地，现有从事水土保持与荒漠化整治相关方向科研技术人员130余人，其中中国科学院院士1人、中国工程院院士1人，国家级人才41人次，是国内从事水土保持与荒漠化防治研究的高水平人才高地。

　　重组后的实验室——水土保持与荒漠化整治全国重点实验室目标明确：将引领国际水土保持与荒漠化防治理论研究与技术研发，形成科学创新高地、高端智库、人才培养与国际合作交流中心，服务三北工程、黄河战略和美丽中国建设，科技支撑2035年我国水土保持率提高至75%，生态系统基本实现良性循环。

　　实验室计划在5年内建立中国土壤侵蚀过程模型、创新荒漠化防治基础理论与关键技术、形成“山水林田湖草沙”综合治理模式、土壤侵蚀和荒漠化研究国内领先国际并行。计划10年内攻克荒漠资源化、功能化关键技术，破解生态修复水土资源限制瓶颈，形成风蚀水蚀区绿色发展模式，引领国际水土保持与荒漠化整治研究。 华商报大风新闻记者 任婷 王昊 文/图

编辑：曹静