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方精云:攀登生态学的高峰

日期: 2019-09-16
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今年8月11-16日,美国生态学会第104届年会在肯塔基州路易斯维尔举行,会上,方精云获颁“惠特克杰出生态学家奖”。该奖由美国生态学会设立,以纪念享誉世界的杰出生态学家罗伯特·惠特克,授予对生态学作出杰出贡献的非美籍生态学家,每年仅评选一位获奖者,是国际生态学界最具影响的奖项之一。方精云是首位获得该奖项的中国科学家。“美国生态学会是生态学领域人数最多、国际影响最大的学会,能获这个奖我还是挺高兴的,这是对我们多年来工作的肯定。”刚领奖后回到北大的方精云坐在办公室里,疲惫的脸上洋溢着笑容,对本报记者娓娓道来30年来他以及他带领的课题组走遍祖国河山,为大自然“望闻问切”,在生态学的高峰上不断攀登的故事。

方精云:攀登生态学的高峰

2019年8月,方精云在美国获颁“惠特克杰出生态学家奖”

科学的道路越走越宽

惠特克杰出生态学家奖评选委员会认为,方精云的工作发展了罗伯特·惠特克建立的多个概念,并为这些概念树立了惠特克时代无法实现的科学严谨的新标准。对此方精云解释道:“我们主要做了几方面的工作,包括全球变化生态学、植被生态学与生物多样性,以及生态遥感等。比如,我们最早在国内系统地开展了我国陆地生态系统碳循环和植物群落生态学的研究,后来又较为系统地开展了我国植物化学计量学研究。无论是碳循环、植物群落还是植物化学元素,它们都有一个特点,那就是随着环境的变化而变化,在南方热带地区和温带地区是不一样的,沿着某一或某些环境梯度发生有规律性的变化。从热到冷的温度梯度、从多雨到干旱的降水梯度、土壤梯度等等都构成环境梯度。”

虽然在做研究的过程中,方精云并没有刻意去涉及惠特克的环境梯度理论,或者说没有刻意按照惠特克理论去做研究,但经过多年的野外考察和实验室分析,他们发现随着环境因子的变化,生态特征是发生变化的,这从理论的高度上进行总结,就是环境梯度理论。惠特克在上世纪60年代就提出了环境梯度理论。当时他是通过较小范围的调查,比如,他发现一座山的动植物分布是随着海拨高度变化呈现出不同的分布特征的。

“惠特克当时提出的是一个比较宽泛的理论,而我们对更大范围、更具体的生态特征的研究所发现的规律与惠特克理论相吻合。而且,这种环境因子的变化不仅体现在空间上,也体现在时间上。大家都知道化石燃料燃烧排放大量二氧化碳到大气中,大气中二氧化碳浓度的增加造成温室效应。大气二氧化碳、氮化物的浓度是随时间而变化的。自然界的生态特征也会随着这种环境因子的时间变化而变化。我感觉,惠特克当年并没有考虑到时间上的这种变化。”方精云笑言,因为惠特克提出的环境梯度理论是一个宽泛的理论,他们在发表论文的时候几乎没有提到过惠特克。但是,他们确实发展了惠特克提出的多个生态学概念,并且建立了科学严谨的基准,其中很多工作在惠特克时代是没法实现的。 

中国的生态学研究起步比较晚。“上世纪80年代初,如果出现一个生态学的新概念,我们都觉得不得了,因为那之前中国几乎没有什么研究。”方精云认为,这跟中国人受的教育有关系,也跟中国人不太了解大自然有关系。如果一个人从小就经常接触大自然,就像西方的很多孩子一样,从小就去野外观鸟,去观察各种动物和植物,那么他们可能就会对大自然、对生态学研究产生发自内心的兴趣和热爱。“而我们的学生可能从大学才开始接触生态学,内心的感受跟从小就形成的对大自然的热爱是很不一样的。”内心真正地热爱大自然,做生态学研究也就不觉得辛苦了。

“中国具有丰富的生境多样性,环境梯度非常大,从海南到东北,从东部沿海到青藏高原,无论是气候还是生物多样性,中国都是最丰富的,这也是我能够获得惠特克奖的外部条件。”方精云表示对我国的生态学发展充满了信心。


生态学研究要走进大自然

“做生态学研究一定要走进大自然,去亲身接触和了解自然。生态学有时也称为‘野外生物学’,这也说明了野外工作在生态学研究中的重要性。虽然现在的研究工具、方法都进步了,比如遥感、计算机模拟等可以不用去野外,但我还是建议学生要走出去,去看看大自然真正是什么样子。”方精云其实是一个不太爱说话的人,但他谈起生态学研究、谈起大自然话就多了起来。

方精云所说的“走进大自然”就是野外调查,这是生态学研究的基本方法。方精云十分重视野外调查和数据采集工作。在近30年的时间里,他对中国和日本的主要植被类型都曾做过实地考察或定点观测,研究地点涉及我国西藏、青海、新疆、黑龙江、海南等几乎所有省区和日本的一些地区,初步发现了我国植物多样性的某些地理分布规律。

野外调查非常辛苦,有时还有危险,尤其在早期,仪器设备和野外生活条件都比较落后。方精云和同事、学生们经常得自己扛着仪器和工具,背上炊具和粮食,常常在野外露宿。“能坐上老乡的拖拉机都是幸运的了,我们经常得步行。”“有一次,我们去黄河上游考察,整整走了三天才到达目的地。没有路,车不能通行,我们只能借用当地牧民的驴子驮着工具、干粮等。”方精云回忆说。

方精云:攀登生态学的高峰

1992年,方精云(右二)在海南尖峰岭做野外调查

1995年5月,方精云作为“远征北极点”科考队7名队员之一参加了我国首次有组织的北极科学考察,对加拿大高纬度地区的生物、冻土、冰雪和大气进行研究。方精云说,北极的冻土非常坚硬,取样十分困难。当时同行的人民日报社记者孔晓宁在《走进北极》一书中有这样的描述:方精云跳下洞,从不同的层次,把冰样装进小塑料瓶里。这事需要精细。他嫌戴手套碍事,于是把手套甩了上来。很快,他两只裸露的双手,冻得又红又肿……

从北极回到北京后,方精云对带回来的大量样品进行了化学成分分析,发现了一些非常有趣的现象。从那以后,他便开始关注植物和环境中重要化学元素的分布及相互关系。2005年,他领导的研究小组在英国《新植物学家》上发表了关于中国氮、磷元素化学计量特征的论文,被国外著名学者评价为“填补了全球生态化学计量学研究的空白”。

虽然野外调查很辛苦,但能感受到大自然的富饶和美丽,这让方精云觉得很值得。“当我在青藏高原的樟木地区,从海拔1700多米爬到海拔4000多米的地方,虽然空气稀薄,爬的过程也很吃力,但我往下望去,视野那么开阔,景色那么美丽,我的心情顿时非常愉悦。”那是1990年夏天,方精云参加中日合作的喜马拉雅山南坡生物多样性调查,并在珠峰脚下海拔5000~5800米的高山冻原地带采样,以研究植物对高寒环境的生态适应性。

在2009年6月召开的我国首届野外科技工作会议上,方精云因在野外科技工作中做出的突出成绩,荣获了“全国野外科技工作先进个人”称号。


科研要解决实际问题

方精云高中毕业时参加了“文革”后第一次全国统一高考,他报考了安徽农学院林学系。“我在农村长大,我们那里很缺木材,建房时屋梁椽子等都需要木材。所以我那时候就有一个朴素的想法,学林学,毕业后能做跟木材有关的工作。”可是上了大学,方精云又觉得做科研是一件很体面的事情。于是他考上了北京林学院教育部政府派遣出国研究生。在国内培训一年后,他到日本攻读硕士和博士学位。

在日本留学期间,方精云如饥似渴地汲取着知识的养分。“我从来没有见过那么多书,恨不得一下子把它们都读完。”方精云说他只要有空就一头扎进书堆里,爱看书成了他人生的一件乐事。除了学习新知识,他还很注重思考。“读硕士的时候,导师有一次给我提出一个跟统计有关的生态学问题,我就一直想啊想,连做梦都在思考那个问题,后来梦中‘化整为零’这个词给了我灵感,终于成功解决了那个问题。”

方精云:攀登生态学的高峰

2016年8月29日,在呼伦贝尔草牧业试验区,方精云院士向汪洋副总理汇报试验区工作进展

方精云认为,做科研不仅是为了探索未知世界的奥秘,还要运用科研成果去解决社会、经济发展中的实际问题。科研人员不应只是追求多发表文章,还要结合国家需求和社会需要去做一些促进国家和社会发展的科研。对此,方精云不仅在理念上具有前瞻性,在行动上也敢想敢干。

方精云课题组经过对森林、草地、农作物、灌丛以及土壤等碳储量的研究,建立了我国陆地植被和土壤碳储量的研究方法,构建了我国第一个国家尺度的陆地碳循环模式,为我国陆地碳循环的研究奠定了方法论。2009年,在哥本哈根气候大会召开前夕,受中科院学部委托,方精云带领他的团队奋战两个多月,对全球主要国家的碳排放趋势和排放量做了详细测算,并据此对我国的气候谈判政策提出了建议,受到中央领导的高度重视,对制定我国的气候变化政策产生了重要影响。

方精云说他喜欢“瞎琢磨”。他的大胆设想变成现实的一个例子是“内蒙古呼伦贝尔草牧业试验区”的建设。

过度放牧造成了草原植被覆盖度低、生产力水平低、优质牧草比例低等问题。加上国内的粮食生产主要面向居民口粮,给牲口吃的饲料用粮却面临巨大缺口。“现在我国基本不缺口粮,但老百姓对牛、羊肉等肉类食物,尤其是优质肉类食物的需求还很旺盛。”

方精云认为,要解决我国饲草料短缺的问题,必须改变农业种植结构,建设集约化人工草地,增加饲草在种植业中的比重。他曾这样设想:把90%以上的草地都“圈”起来养着,只开垦剩下不足10%的耕地。这样,一方面人工草地生产的优质饲草喂饱牛羊,进而丰富人们餐桌上的肉类食物;另一方面也保护了绝大部分的天然草地。2014年,方精云课题组将这一想法写成咨询报告《建立生态草业特区,探索草原牧区发展新模式》,呈交国务院。

在报告中,方精云率先提出“草牧业”的概念,即在传统畜牧业和草业基础上提升的现代化生态草畜产业的理念。他希望通过这一理念的实施落地,从根本上回答“要生产效益还是要生态文明”这一难题,解决草畜矛盾问题。

这一报告受到国务院领导的重视,2015年3月,呼伦贝尔生态草牧业试验区建设启动。由方精云领衔的中科院22个研究所、近200名科研人员,在呼伦贝尔农垦集团提供的上万亩草地上研发实践。“经过三年多的建设,试验区取得了很好的效果。国务院副总理汪洋、胡春华都曾先后到试验区视察。”方精云说道。

带着倒时差的疲惫接受完采访,方精云还要接着赶去云南大学,过两天就开学了,他这个新校长要去欢迎新同学。


文字:北京大学校报记者 张宁
责编:燕元

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