兰大科研团队：黄河水系125万年前开始形成

　　九曲黄河，奔腾不息，哺育中华民族，孕育中华文明。

　　这条形似巨龙的中国第二长河被赋予太多象征含义，但她完整的面貌及形成反而被掩藏。黄河如何形成“几”字形河道？黄河水系形成于什么时期？黄河形成演化的驱动机理是什么？蕴含其中的泥沙又从何而来？

　　兰州大学地貌演化与新生代环境研究团队很早前就开始从事黄河的形成发育研究。近日团队在《科学通报》又发表相关研究结果，提出现代黄河水系在125万年前开始形成，基本摸清了现代黄河水系的形成时代。

　　除了黄河的形成发育，一批兰大学者还围绕黄河上游水源涵养区生态保护和发展、黄土高原水土保持、沿黄地区历史与考古等书写“黄河答卷”，为黄河流域生态保护和高质量发展提供着科技和智力支撑。

　　九曲黄河的身世

　　关于黄河的形成演化过程学术界一直存在较大争议。

　　“确定黄河拐弯处形成的时间是研究黄河形成历史的一个重要任务。”地貌演化与新生代环境研究团队聂军胜教授说，“几”字湾的形成和三门峡贯通东流入海是现代黄河水系形成的重要标志。

　　黄河流经兰州后受山地、高原地形的阻挡向东北方改道，因此兰州盆地作为黄河自青藏高原流入黄土高原的转折点，其对黄河水系的演化研究也有承上启下的意义。

　　“要知道黄河出现的时间，首先要找到‘河流阶地’。”团队负责人潘保田教授介绍，河流阶地是过去的古河漫滩，是河流形成演化最直接的证据。通过对兰州盆地内7级阶地的研究，团队发现黄河最高级阶地年代逐渐年轻化，揭示现代黄河上游水系格局的形成是黄河自兰州盆地不断溯源侵蚀，逐渐贯通上游内流盆地的结果。

　　2020年，团队历时10余年通过对黄河中上游沿程多达9个盆地以及17个关键河段的河流阶地、夷平面等地貌记录的系统研究。

　　研究发现，黄河的形成经历了四个阶段：在大约370-180万年，伴随青藏高原东北缘平坦地形（主夷平面）抬升和解体，地势出现强烈反差，为河湖水系袭夺重组注入强大能量，兰州至河套段黄河最先出现。而在120万年前，黄土高原南部和崤山东麓的局地河流也开始分别向北和向西溯源，这些河湖水系最终形成串联，连接河套盆地、汾渭盆地和华北平原的现代黄河东流水系格局形成。120万年以后，黄河进一步向青藏高原内部延伸，袭夺了高原东北部系列河湖系统，黄河中上游水系格局逐渐形成。1万多年前，若尔盖以上河段被纳入黄河水系，这才基本形成了现今看到的黄河全貌。

　　2022年8月，团队王鑫教授等与合作者获取了黄河贯通三门峡历史完整的岩芯档案，明确了岩芯108米处河道沉积物的首次出现是黄河在三门峡地区留下的最老印迹。

　　“黄河的历史写在岩芯里面，钻取岩芯正是用于研究黄河的历史。”王鑫说，研究表明自125万年前开始，三门峡盆地河流沉积物开始大规模发育、上游鄂尔多斯地体的碎屑物质开始大量涌入。团队因此进一步印证了现代黄河水系在125万年前开始形成的观点，为研究世界大江大河的形成演化历史和水系发育模式提供了新的关键证据。

　　“总的来说，我们目前的认识是370万年前黄河可能不存在，370万年-180万年前兰州至河套段贯通形成‘几’字湾的‘一边’；125万年前黄河贯通整个中游并东流入海。”聂军胜介绍，黄河的形成演化驱动力除了构造运动，还有当时变湿的气候环境。“我们有很多假设，一种是第四纪冰期开始后干湿交替频繁，湿润的时候降水比较多，冲刷能力很强，干季土壤没有植被保护，侵蚀速度很快，黄河就一点一点侵蚀，逐渐串连起来。”在构造-气候耦合作用下，当大大小小的峡谷湖盆被串连贯通时，一条万溪汇聚、奔腾浩荡的泱泱巨川便演变而成。

　　在高寒草地上“种草”

　　在甘南州玛曲县和合作市境内的甘肃甘南草原生态系统野外科学观测研究站里，兰州大学高寒草地生态学研究团队的师生们即将完成实验周期内的工作，并准备返程。

　　从3月起，他们陆续赶往实验站进行课题实验的初期布置，4月中旬开始长期留在实验站，半年就完成了高寒草甸、沼泽湿地的种子雨收集、种子鉴定；种子采样、种子库幼苗萌发、物种鉴定；观测高寒植物从返青、显蕾、开花，到枯黄一整个过程中群落组分植物物种的关键物候事件的变化规律。

　　甘南草原是黄河上游重要的水源补给区和生态功能区。“甘南境内的高寒草地对黄河的水源补给能力占区域内黄河总径流量的48%-50%，这里拥有亚洲最优质的天然草地，使得甘南草原成为整个青藏高原上拥有初级生产力、物种多样性最高的高寒草甸生态系统。”兰州大学高寒草地生态学研究团队杜国祯教授说。

　　杜国祯团队一直致力于构建适用于青藏高原生态系统植被修复的创新性技术体系和保护利用模式。“甘南草地放牧后退化严重，烈性毒杂草肆虐，但我不赞成用除草剂。我们研究发现毒杂草对光非常敏感，植物盖度在40%-60%时极其容易生长，但通过把植物盖度提升至80%—90%，就可以自然抑制，通过改变植物群落的方式来改变毒杂草的生存条件，进而控制其生长，让优良牧草得以繁殖。”

　　他们界定了高寒草地适宜载畜量，构建了以植被盖度为基础的草畜平衡模型，确定了玛曲草地过牧的黄色和红色预警系统。

　　他们根据高寒沼泽湿地植物群落结构及主要组分种的特性，以退化湿地植物群落关键指示种的繁殖物候为标志，首次提出了以植物物候特征为关键指标的、适用于高寒湿地的中长期预警技术。

　　……

　　系列成果示范推广后，草地综合生产力可增加30%以上，示范区内平均每公顷可增加鲜草产量1400公斤，每年可增收900多万元。通过建植人工草地，906亩实验区每年可增收近50万元。次生裸地采用植被重建、补播等措施治理后，可使牧草鲜草产量提高52.6%,并培育山生柳苗木30万株,次生裸地示范区每年直接经济效益近500万元。

　　评估黄土高原的“逐绿”效应

　　“黄土高原长期以来缺乏植被保护，生态环境脆弱，土质疏松，暴雨冲刷强烈，致使该区水土流失严重。”兰州大学黄河流域绿色发展研究院研究员田磊说，黄土高原水土保持是黄河流域生态保护和高质量发展的重要内容。

　　2019年，兰州大学揭牌成立了黄河流域绿色发展研究院，致力于黄河流域生态环境保护，深度参与黄河中游水土保持和污染治理。

　　田磊介绍，为改善黄土高原植被覆盖状况，治理水土流失，国家自20世纪90年代开始实施退耕还林（草）工程。该工程实施二十多年以来，大量坡耕地被转化为草地和林地，区域植被覆盖水平明显提高，入黄泥沙大幅降低，“我们通过遥感数据发现区域内林地面积增加了约16.0%，草地面积增加了约8.0%，裸地与荒漠面积减少了29.0%，入黄泥沙从最初的16亿吨减少到目前不到3亿吨”。

　　依托兰州大学超级计算平台提供的充足计算资源，团队开展了黄土高原区域水文气候数值模拟研究，定量评估大规模植被建设对区域气温、降水、水汽传输以及水汽-降水转化的影响。

　　团队评估了大规模推动退耕还林（草）工程实施以后对降水产生的影响。田磊说：“植被建设对黄土高原在年尺度上表现为增温效应，大规模植被建设显著增加了区域蒸散发，使得近地表大气更加湿润，最终使得植被建设对黄土高原降水量增加具有积极作用。”

　　团队模拟结果显示，大规模植被恢复对研究区降水量增加速率的贡献约为37.4%，考虑植被恢复情景比不考虑植被恢复情景下的黄土高原年均降水量高12.4%。

　　文丨奔流新闻通讯员 王耀辉 曹洁 记者 武永明

　　图丨兰大提供