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实 验 技 术 与 管 理 第 40 卷 第 6 期 2023 年 6 月 Experimental Technology and Management Vol.40 No.6 Jun.2023 收稿日期:2023-01-03 基金项目:国家重点研发计划重大专项（2018YFC0407706）作者简介:孙锐（1985），男，湖北郧西，硕士，高级工程师，主要研究方向为环境工程和科技管理，。引文格式:孙锐，宋建正，汝泽龙，等.水利野外科学观测研究工作现状与发展建议J.实验技术与管理,2023,40(6):222-227.Cite this article:SUN R,SONG J Z,RU Z L,et al.Current status and development suggestions of field observation and research in water conservancyJ.Experimental Technology and Management,2023,40(6):222-227.(in Chinese)ISSN 1002-4956 CN11-2034/T DOI:10.16791/ki.sjg.2023.06.036 水利野外科学观测研究工作现状与发展建议 孙 锐1，宋建正1，汝泽龙2，顾晓伟3，渠 帅1（1.中国水利水电科学研究院，北京 100038；2.中国水利学会，北京 100053；3.水利部产品质量标准研究所，浙江 杭州 310012）摘 要：该文在分析水利野外科学观测工作现状和研究进展的基础上，探讨了我国水利行业野外科学观测研究站的建设和运行管理情况。近年来，行业站点通过长期的定点观测和原型试验，积累了许多野外连续观测和实验数据，在认识自然规律、指导治水实践、推动学科发展等方面发挥了重要作用。然而，站点在规划布局、支撑保障、运行机制等方面仍存在短板。围绕新阶段水利高质量发展的四项主要目标和六条实施路径，该文提出优化学科区域布局、提升条件保障能力和完善管理运行机制等措施，以期推动水利野外科学观测研究站长期稳定发展，为国家水安全提供科技基础支撑。关键词：水利；高质量发展；野外科学观测；野外站建设 中图分类号：TV213.4 文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2023)06-0222-06 Current status and development suggestions of field observation and research in water conservancy SUN Rui1,SONG Jianzheng1,RU Zelong2,GU Xiaowei3,QU Shuai1(1.China Institute of Water Resources and Hydropower Research,Beijing 100038,China;2.Chinese Hydraulic Engineering Society,Beijing 100053,China;3.Standard&Quality Control Research Institute,Hangzhou 310012,China)Abstract:On the basis of analyzing present situation and research progress of field scientific observation in water conservancy,this paper discusses the construction and operation management of field scientific observation and research stations in water conservancy sector.In recent years,through long-term fixed-point observations and researches,a certain amount of continuous field observation and experimental data have been accumulated,which plays an important role in understanding natural laws,guiding water conservancy practices,and promoting the development of disciplines.However,the stations still have shortcomings in terms of planning layout,support guarantee,and operation mechanism.Focusing on the four main goals and six implementation paths of promoting the high-quality development of water conservancy in the new stage,this paper proposes measures such as optimizing the regional layout of disciplines,improving the research ability,and improving the management and operation mechanism in order to promote the long-term stable development of the field scientific observation and research station and provide foundational support of science and technology for ensuring national water security.Key words:water conservancy;high-quality development;field scientific observation;field station construction 野外科学观测和定位实验是科研活动的重要方法，与室内实验研究相互配合，在认识自然演变及其作用机理、探索生态文明发展范式等方面发挥了重要作用1。水利是人与自然联系紧密、互动频繁的学科和行业，需要开展长期野外定点监测，通过积累原始数据揭示自然规律、指导治水实践，并在创新水利基础理论与方法、推动新阶段水利高质量发展、提升国家水安全保障能力等方面发挥了重要作用。孙 锐，等：水利野外科学观测研究工作现状与发展建议 223 建立野外科学观测研究站是水利科研工作的基本需要，水利科技工作主要研究山、水、林、田、湖、草、沙等自然环境要素2。由于自然生境本身错综复杂、千变万化，许多因素和条件难以在室内实验室模拟，虽然数学建模可以对特定自然或社会现象进行模拟，但需要实测数据支撑数学模型的原始输入和校核验证等。同时，科学研究范式正在发生深刻变革，基础研究和应用基础研究的带动作用越来越强。因此，必须以大自然为实验室，坚持现场的长期观测和定位实验，系统地收集和积累科学资料，更全面、系统、深入地揭示自然环境演化规律，有针对性地开展基础研究和应用研究3。1 水利野外科学观测研究现状 1.1 国内外发展情况 欧美国家十分重视野外科学观测工作，野外站建设已有近 200 年的历史。1843 年建成的英国洛桑实验站（Rothamsted Experimental Station,RES）是世界上第一个野外站，该站长期开展土壤肥力与作物生长关系的监测、试验和研究，一些长期定位试验至今已有 100多年的历史，为农业、生态和环境科学的发展提供了重要基础支撑4。此外，欧美国家还搭建了许多野外监测网络，如联合国陆地生态系统监测网络（Terrestrial Ecosystem Monitoring Sites,TEMS）、英国环境变化网络（The United Kingdom Environmental Change Network,UKECN）、加拿大生态监测和评估网络（The Ecological Monitoring and Assessment Network,EMAN）等。中国野外科学观测工作起步较晚，但近年来随着国家重视程度的提升和投入力度的持续加大，野外站建设工作进展迅速。中国科学院是中国科学野外台站最多、体系最为完整的部门，在全国各地相继建立了300 多个野外站。中国科学院组建了以中国生态系统研究网络（Chinese Ecosystem Research Network，CERN）为代表的野外科学观测研究网络，包括4个综合观测网络和 6 个专项观测网络，涉及农业、生态、环境、空间、自然资源等研究领域，在农业农村发展、生态文明建设、环境保护、资源利用、灾害防治等方面做出了重要贡献5。国家林业和草原局于 2003 年设立了中国森林生态系统定位研究网络（China Forest Ecosystem Research Network,CFERN），由分布于全国典型森林植被区的若干森林生态站组成，与中国湿地生态系统定位研究网络、中国荒漠生态系统定位研究网络一同构成了国家林业生态系统观测与研究网络6。农业农村部启动建设了全国农作物种质资源野外观测研究圃网、全国农业土壤肥力效益野外研究站网络等野外科学观测站网，评选命名了百余个国家农业科学观测实验站，初步形成了农业野外科学观测体系，为确保粮食稳产增产、实现农业可持续发展夯实基础，推动了农业基础理论的创新和关键技术的研发7-8。1.2 我国水利野外站建设现状 多年来，水利行业高度重视野外科学观测研究工作，持续加大投入，升级改造和新建了一系列的专项观测站点，主要是水文站、水保站、农田灌溉站等。同时，从科学研究需要出发，依托水利科研院所等，在水文水资源、水土保持、防洪抗旱减灾、农田水利、水资源保护、牧区水利等领域，先后建设了一批不同规模和层次的野外台站，在此基础上于 2019 年评审认定了第一批 6 个部级野外站（表 1）。其中，内蒙古阴山北麓荒漠草原生态-水文野外科学观测研究站经过科技部评审，于 2021 年 10 月被认定为国家野外科学观测研究站，填补了水利行业国家野外科学研究观测站的空白。表 1 水利部野外科学观测研究站 名称 依托单位 地点 内蒙古阴山北麓荒漠草原生态-水文野外科学观测研究站 中国水利水电科学研究院 内蒙古包头市达茂旗 新乡灌溉试验野外科学观测研究站 水利部农田灌溉研究所 河南省新乡市 安徽滁州现代水文学野外科学观测研究站 南京水利科学研究院 安徽省滁州市 黄土高原水土保持野外科学观测研究站 黄河上中游管理局 甘肃省天水市 甘肃省庆阳市西峰区 陕西省榆林市绥德县 湖北秭归三峡库区生态系统野外科学观测研究站 中国科学院南京土壤研究所 湖北省宜昌市秭归县 长江江源区水生态系统野外科学观测研究站 长江科学院 青海省玉树州杂多县 水利野外站点通过长期定位观测和原型试验，积累了一定的野外连续观测和实验数据，在认识自然规律、指导治水实践、推动学科进步等方面提供了重要科学数据支撑。长期定位观测提供了大量连续的、具有自主知识产权的第一手观测数据，为重点领域和重大工程建设管理提供了有力保障，并基本摸清了中国的水资源状况，积累了大量基础数据。这些宝贵的资料，为三峡、小浪底、南水北调等重大水利工程的规划、设计和建设；为实现水资源优化配置和可持续利用；为规范农田水利建设管理和提高灌溉用水效率；为水生态保护与修复等工作，提供了有力保障和决策依据。224 实 验 技 术 与 管 理 1.2.1 为改革发展提供科技支撑 水利野外站围绕国家重大战略需求和经济社会发展需要，开展了一系列野外科学观测和研究工作，取得了一批具有自主知识产权的原始创新科研成果，为行业改革发展提供了重要科技支撑。多年来，内蒙古阴山北麓荒漠草原生态-水文野外科学观测研究站围绕“荒漠-草原-生态-水文”演变过程和综合修复技术等方面，开展了大量的研究工作，以 20162020 年环境器材科技有限公司（Umwelt-Gerte-Technik GmbH，UGT）自动风蚀监测系统采集的风速、风向数据为依据，分析了希拉穆仁荒漠草原的起沙风风况和输沙势变化情况，建议从垂直于输沙势方向建设植物防护工程，以减轻内蒙古阴山北麓荒漠草原的风力侵蚀，进而减缓其沙化的进程9。长江江源区水生态系统野外科学观测研究站围绕气候变化和人类活动对长江源区生态环境状况的影响，持续开展野外科学观测研究，获得并比较了长江三大源区浮游植物和底栖动物的种类组成、现存量和生物多样性等特征，分析造成浮游植物和底栖动物分布特征差异的关键环境因子，提出了长江源区植被生态保护和发展的建议，为长江源区治理与保护提供了科技支撑10。黄土高原水土保持野外科学观测研究站围绕黄土丘陵沟壑区水土流失规律、水土保持效益等持续开展研究，探索了小流域水土保持措施的科学配置、不同治理措施的减水减沙效益以及对黄河水沙变化的影响，总结出黄丘一副区土壤侵蚀特征，提出小流域水土流失规律和各项水土保持治理措施及效益，探索建立土壤侵蚀预测预报模型和水土保持综合治理效益预报模型，为黄土高原乃至国家大型工程提供了科技支撑。1.2.2 推广科技成果，开展学术交流 在河南省栾川县建设的全国山洪灾害防治试验示范基地，采用自组网形式完成数据的采集、传输和展示，实现区域全要素实时监测和多源观测数据的融合，涉及防洪减灾、水文、遥感、气象、信息技术等多个学科，促进监测预警新技术和新理念更好地为山洪灾害监测预警工作服务。在试验示范基地建成了山洪灾害宣传教育科普展馆，填补了国内山洪灾害宣传教育展馆的空白，全面系统展示了全国山洪灾害防御成果，为各地山洪灾害防御成果展示提供样板示范，有效地提升了公众山洪灾害防御意识。此外，该基地还强化了山洪灾害防治技术装备试验和示范应用，推动了当地水旱灾害防御技术、旅游和社会经济的快速发展11。2 水利野外科学观测研究存在的困难与挑战 当前，以数字化、智能化为特点的科技创新和产业变革正在加速演进，数字孪生、人工智能、大数据等新技术和应用不断涌现，科研活动中的多学科交叉融合也变得愈发普遍，基础研究和应用基础研究对科技创新的带动作用不断增强。经过多年努力，中国水利野外观测研究工作已取得长足发展，然而，与推动新阶段水利高质量发展的总体目标和实施路径对水利科技创新提出的新任务、新使命、新要求相比，水利野外站建设工作在规划布局、支撑保障、运行机制等方面仍存在一定的短板。2.1 体系布局不均衡 水利野外科学观测具有空间分布广泛、学科领域繁多的特点，现有站点多集中分布在部分区域和传统学科领域，而在某些新兴学科领域和区域布局又较为零散，且多以专项数据观测为主，研究方向较窄、功能单一。因此，在多学科交叉融合方面较为欠缺，难以形成合力并发挥协同效应，与网络化、集群化、体系化建设趋势仍有一定差距，需要对学科体系和空间布局进一步调整优化，强化顶层设计并完善体系建设。2.2 支撑保障不到位 缺乏稳定、充足的经费支撑是制约野外站可持续发展的主要因素之一。目前尚未建立稳定的野外观测专项资金渠道，野外站的日常运行主要依托特定的科研项目。然而，运行管理费普遍不足且不稳定，一旦科研项目结题，科研工作易陷入停摆状态，难以满足对重点区域和学科的连续、深度研究，无法保障野外站的长期稳定运行。2.3 观测能力不足 在野外站基础设施修缮和仪器设备购置等方面缺乏稳定的长期性、系统性投入，部分野外站观测手段和设施尚不齐备，缺乏性能先进的高水平观测设施。室内测试仪器和计算分析设备等配套设施配备不足，只能针对有限的要素进行日常观测，未能围绕建设目标实现观测要素的全覆盖，难以满足样品精细处理和数据深度挖掘利用的需要。同时，受限于经费投入和土地政策等原因，野外站在基础设施建设方面存在一定困难，难以获取具有自主土地使用权证的科研用地，工作和生活用房以及水、电等配套设施建设自主权较小，客观上制约了高水平野外站建设与长期可持续研究的开展。2.4 建设规模偏小 部分野外站规模较小、观测研究方向较窄、人力资源投入不足，发展水平较低；个别野外站基本停留在挂牌阶段，实质性观测研究工作较少，因此难以形成在全国有一定影响的标志性野外站。相较于国家野外站体系和中科院、农业农村部等较成熟的行业野外观测站网，水利野外站建设在站点规模和专业覆盖度 孙 锐，等：水利野外科学观测研究工作现状与发展建议 225 等方面尚显不足。例如国家野外科学观测研究站经动态调整，当前为 97 个站点的规模，并于 2021 年批准筹建 69 个国家野外科学观测研究站，其中由水利行业直接管理的野外站仅有 1 家。另外，中科院拥有4个综合观测网络、6 个专项观测网络，总站点的规模达300 个左右。在水利行业，基本达到上述野外观测研究站同等水平的研究站不足 40 个。2.5 人才吸引力不足 野外观测具有长期、连续的特点，野外站除了科研人员之外，一般还需聘用技术人员在站点常驻，负责观测实验和日常管理。但是野外站大多位于远离城市的农田、森林、湖泊、河口、草原等区域，基础条件艰苦，交通与通信不便，同时野外观测科研周期较长，成果产出较为不易，在人员发展空间、职称评定和工资待遇等方面造成了一定影响，使得野外观测实验工作对优秀科研和技术人才吸引力严重不足，很多野外站人员队伍不稳定，无法保障野外观测研究工作的长期有序开展。2.6 运行机制不完善 各个野外站采集观测数据的技术方法和标准不同，且尚未建立统一的观测标准与技术规范，观测数据的可比性较差。缺乏高效的协作机制，野外站之间无法有效开展协同观测研究，导致资源分散，未能充分释放野外观测体系的潜力。观测数据与成果的开放共享程度不够，信息化建设相对滞后，使得长期积累的丰富观测数据未能得到有效地挖掘利用。3 水利野外科学观测发展建议 围绕推动新阶段水利高质量发展 4 项主要目标和6 条实施路径12-13，通过优化学科区域布局、提升条件保障能力、完善管理运行机制等措施，推动水利野外科学观测研究站长期稳定发展，为保障国家水安全提供科技基础支撑。3.1 强化顶层设计 遵循习近平总书记“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路14-15和国家科研基础条件平台相关政策导向，以“十四五”水利发展规划为依据，强化水利野外站建设顶层设计，优化结构布局，填补区域及领域空白，最终建成布局合理、良性运行的水利野外站体系。聚焦推动新阶段水利高质量发展的主题、路径和步骤，面向新阶段制约水利高质量发展的关键技术问题，重点围绕水文水资源、水生态保护、水旱灾害防御、农田灌溉、水土保持等领域，统筹建设领域类野外站，补齐现有布局短板，积累掌握洪水过程、水文特征、河湖演变、水土流失、水体生境等方面的基础数据和演变规律，助力水利高质量发展。围绕国家区域发展战略，聚焦水利中心工作中需要跨区域、跨学科、跨领域协同创新的问题，试点布局建设行业野外站网体系，解决单一野外站不能明确的科学规律，依靠站网层面的协同研究实现空间尺度的拓展，为保障区域水安全和水利高质量发展提供综合性基础支撑，提升水安全保障能力。3.2 加强支撑保障 加强运行保障能力建设，确保野外站可持续稳定发展。多渠道拓展经费来源渠道，鼓励依托单位设立野外站运行管理专项经费，每年给予每个野外站 10万20 万元的专项经费补助，用于水电暖、小型修缮改造项目、科研成果凝练和形象宣传等支出，保障野外站日常运行，并促进基础条件和规范化管理水平的提升。着力改善野外站科研办公和生活条件，统筹小基建项目等基础设施建设类项目申报，积极支持野外站针对观测实验场地、科研办公场所开展土建、给排水、暖通、电气工程修缮改造，提升野外站的观测和生活环境。在国家重点研发计划、自然科学基金、水利部重大科技项目等财政经费项目遴选中，鼓励申报基于野外站开展的野外科学观测与实验研究项目。在科技成果序列中增加“野外观测长系列数据”条目，纳入科技成果激励奖范畴。在工资绩效方面，加大对驻站研究人员和技术人员差旅和生活补贴力度，补贴方式为在驻站人员的工资中增发驻外补贴，标准为工资的10%20%，按实际驻站天数核算。积极推动职称评审政策向野外观测人员倾斜，稳定一批具有野外观测、管理和研究能力的专业人才队伍。3.3 提升观测能力 加大对野外站基础设施建设的投入，提升野外站装备水平。将野外站基础设施修缮购置与升级改造统一纳入依托单位总体基建规划当中，在科学事业单位改善科研条件专项资金等科研装备类经费渠道申报中，优先支持野外站装备能力建设，研发或购置先进的观测设备和实验设施，配备气象站、流速仪、流量计、雨量计、水位计等通用观测设备，以及水质分析、土壤理化性质测定、气象雷达、遥感监测、通量观测、地下水监测等专用观测系统，满足水文监测、水资源调度、防汛抗旱减灾、河湖治理、农田灌溉、水土流失等学科领域，利于开展大空间尺度、长时间序列的研究。加强野外站科研样地建设，改善观测条件。科研样地是野外站最关键的基础设施16，是开展观测和实验研究的重要场所。按照国家关于科研用地获取、规划和出让等方面的政策法规，积极探索野外观测科研226 实 验 技 术 与 管 理 样地建设新模式，通过自主购买、合作共建等形式，获得土地使用权证或未来长期土地使用权，确保持续稳定开展观测研究工作，为前沿技术在水利行业的推广应用提供示范场所。重视野外观测信息化能力建设，积极利用 5G、物联网、卫星通信等技术，开展基于数据自动获取、实时传输、智能处理的信息化技术探索。推进野外站信息化建设试点，对传统基础设施进行转型升级，开发部署野外科学观测运行管理系统，提升野外站对山、水、林、田、湖、草等资源环境要素，以及水文、水资源、水环境、水土保持、泥沙等生态过程的观测能力，促进不同学科领域的交叉融合，实现野外观测数据的自动获取、存储、传输、处理、展示和挖掘利用17，在减轻人力负担的同时，更好地保障了观测数据的一致性和稳定性。3.4 强化运行管理 建立健全野外站建设与运行管理制度体系，根据业务活动类型，研究制定野外站管理办法、学术委员会工作机制、学术活动制度、人员聘用考核及奖惩制度、开放交流机制等规章制度，使野外站各项建设和运行管理工作有据可依。发挥依托单位管理职责，完善野外站申报、筹建、验收、考核评估全链条管理的机制。强化对野外站运行管理的监督指导，督促年度工作会议、学术委员会、年报、学术活动、开放共享、合作交流等各项日常工作的落实。完善野外站考核评估指标体系、组织开展年度考核和定期评估、建立奖惩机制、加大动态调整力度，做到有进有出，实现野外站建设运行的良性循环。探索建立野外科学观测指标和技术体系，推动统一的数据标准。根据学科领域研究制定相应的观测指标、实验方法、操作规程等，提升观测作业和数据处理的标准化程度，确保观测数据资料质量的可靠性和不同站点之间观测数据的可比性。3.5 促进开放交流 进一步完善野外站合作交流机制，在不同层面上加强野外站点之间的联系协作，形成合力并发挥协同效应。鼓励多学科交叉融合，围绕多学科领域、大空间尺度、长时间序列的重大科技基础问题，联合申报国家重点研发计划和国家自然科学基金等科技攻关项目。开展联网观测研究，充分发挥集群效应，为现阶段水利高质量发展提供科技支撑。推进观测数据与成果的汇交和开放共享。基于研究数据与成果汇交机制，编制一套可操作性强的数据与成果汇交标准及程序，并建立水利野外站观测数据与成果汇交目录体系。该汇交机制可以明确工作职责，规范工作流程，为观测数据与成果的汇交提供科学指南。推进观测数据与成果管理信息化建设，探索设立野外站科学数据中心，开发野外站观测数据汇交和管理系统，建立水利野外科学观测研究基础数据库。基于大数据、人工智能和机器学习技术，开展观测数据与成果的集成应用，挖掘观测数据背后隐藏的信息。面向水资源调度、洪水预报预警、水生态保护等应用场景加工生产数据产品，为行业可持续发展提供技术保障。鼓励依托单位设立野外站开放研究基金，吸引国内外相关领域的科研人员利用现有平台和实验条件，开展前沿性和基础性研究，促进学术交流和学科发展。加强与其他行业部门和地方政府的交流合作，探索部际、部省野外观测数据开放共享机制。利用农业、生态环境系统和地方政府已有的监测业务体系与站房基础，在特定区域开展联合观测研究。以科研项目支持、智力资源投入和仪器设备共享等形式深化合作，为保障区域水安全和水利高质量发展提供综合性基础支撑。积极推进野外观测研究领域的国际交流合作，与具有国际影响力的高校、科研机构、学会、协会等建立长期稳定的合作关系，例如美国 Cedar Creek 草地生态系统研究站18。积极申报科技部国际合作和一带一路科技创新行动计划等项目，以拓展国际合作与影响力。定期邀请国内外知名专家学者到野外站开展学术交流活动，并每季度组织开展一次学术报告与学术讨论。选派科研骨干人员出国访学或参加国内外学术会议等，提升国际视野。3.6 加强人才培养 注重野外科学观测实验专业人员的培养，并加强一线观测实验人员的技术培训和资格认证。每年组织开展一次野外观测实验人员专业技能提升培训学习班，并邀请国内外知名专家学者到站授课，以提升基础理论知识和专业操作技能。大力培养野外观测研究高层次领军人才，并着重培养扎根水利前沿的中青年科研人员。优秀中青年科研人员应该在重点基础科研攻关项目中发挥重要作用，这有利于营造人才成长的良好环境。面向新兴前沿学科和紧缺领域，积极利用人才引进政策，吸引国内外知名高校的教授、博士等高层次人才和优秀青年人才。加强政策扶持力度，建立有利于一线观测实验人才成长的考核和晋级指标，探索将长序列观测数据、种质资源等野外观测研究成果纳入职工考核和职称评定体系。此外，在项目申报、岗位遴选等方面优先向一线观测实验人员倾斜，建立完善的野外作业津补贴制度，让科研人员无后顾之忧，同时引导科研人员积极投入野外科学研究工作。孙 锐，等：水利野外科学观测研究工作现状与发展建议 227 参考文献(References)1 万钢.统一思想提高认识努力开拓我国野外科技工作的新局面J.中国基础科学，2009,11(4):812.2 彭祥，孙锐，刘思妤，等.对水的系统治理的理论解读J.水利发展研究，2020,20(8):14.3 孙鸿烈.发挥优势提高野外观测试验水平J.中国科学院院刊，1987,2(1):711.4 赵方杰.洛桑试验站的长期定位试验：简介及体会J.南京农业大学学报，2012,35(5):147153.5 牛栋，黄铁青，杨萍，等.中国生态系统研究网络（CERN）的建设与思考J.中国科学院院刊，2006,21(6):466471.6 王兵，崔向慧，杨锋伟.中国森林生态系统定位研究网络的建设与发展J.生态学杂志，2004,23(4):8491.7 刘建安.新形势下推进农业野外科学观测试验站建设的思考J.农业科技管理,2020,39(4):5052,83.8 高峰，张雨，李宁.农业野外科学观测试验站现状及贡献分析：以中国农业科学院为例J.广东农业科学，2012,39(9):212214.9 苗恒录，王健，张瑞强，等.内蒙古阴山北麓荒漠草原风况与输沙势研究：以希拉穆仁草原为例J.干旱区资源与环境，2022,36(4):102110.10 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