科技日報(bào)記者 荊曉青

“地球系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展應(yīng)融合地理學(xué)思維、大氣科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)方法，構(gòu)建生態(tài)學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)耦合的過程機(jī)制，切實(shí)服務(wù)國家重大戰(zhàn)略需求，為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供堅(jiān)實(shí)支撐。”在12月8日舉行的中國大學(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)聯(lián)盟啟動儀式上，中國科學(xué)院院士傅伯杰分享了關(guān)于地球系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的看法。

在多年深耕地理學(xué)的過程中，傅伯杰堅(jiān)持綜合使用多種學(xué)科知識和研究方法。通過這些方法，他揭示了土地利用格局與水土過程作用機(jī)理，提出了植被恢復(fù)水資源承載力閾值，為生態(tài)恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

日前，科技日報(bào)記者就地理學(xué)發(fā)展、地理人才培養(yǎng)等對他進(jìn)行了專訪。

地理學(xué)是一門古老又年輕的科學(xué)

記者：地理學(xué)最吸引您的地方是什么？

傅伯杰：地理學(xué)具有綜合性、交叉性、區(qū)域性，是探索自然規(guī)律、昭示人文精華的學(xué)科。它最大的魅力，在于其以多維視角、綜合理念、系統(tǒng)思維來認(rèn)識和改造世界，并造福人類，解決的是復(fù)雜問題。

我們常說，地理學(xué)是一門古老又年輕的科學(xué)。地理學(xué)“古老”，是因?yàn)槿祟愇拿髡Q生之初就開始認(rèn)知自然環(huán)境和文化特征，也就有了地理學(xué)。隨著地理學(xué)不斷發(fā)展，地域特征記述、地圖繪制、航海探索等活動開始出現(xiàn)，《徐霞客游記》、15—17世紀(jì)地理大發(fā)現(xiàn)等就屬于這一范疇。

地理學(xué)的“年輕”則體現(xiàn)在新的研究方法、新的數(shù)據(jù)來源、新的發(fā)展目標(biāo)、新的研究主題、新的研究范式，這些共同構(gòu)成了新時代的地理學(xué)。

記者：如何理解地理學(xué)與其他學(xué)科的關(guān)系？

傅伯杰：地理學(xué)既是研究“水、土壤、大氣、生物、人類活動”五大要素空間分異規(guī)律和相互作用機(jī)制的基礎(chǔ)學(xué)科，也是兼具自然科學(xué)、社會科學(xué)和技術(shù)科學(xué)屬性的交叉學(xué)科，核心是探索人與自然的關(guān)系。

地理學(xué)早于很多單要素學(xué)科誕生，但現(xiàn)代地理學(xué)的發(fā)展又離不開其他學(xué)科的支撐。特別是數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)和信息技術(shù)等領(lǐng)域的知識、研究方法、技術(shù)等被吸納到地理學(xué)的現(xiàn)代科學(xué)體系中，使地理學(xué)從描述性學(xué)科轉(zhuǎn)向了有預(yù)測功能的現(xiàn)代科學(xué)。

這種吸收是“問題導(dǎo)向”的，有時需要結(jié)合多個學(xué)科領(lǐng)域的知識。在黃土高原相關(guān)的地理學(xué)研究中，這種導(dǎo)向得到了充分表現(xiàn)。要解決黃土高原水土流失問題，就需要結(jié)合水文學(xué)的徑流觀測、土壤學(xué)的肥力分析，甚至社會學(xué)的農(nóng)戶調(diào)查。早期很多學(xué)科，比如氣象學(xué)、土壤學(xué)都從地理學(xué)細(xì)分出去，而在研究深入后，地理學(xué)又結(jié)合實(shí)際需要將它們綜合了起來。

記者：地理學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了哪些重要節(jié)點(diǎn)？

傅伯杰：地理學(xué)發(fā)展為地理科學(xué)的過程中經(jīng)歷了四次革命。第一次是計(jì)量革命，地理學(xué)從單純的空間分布描述進(jìn)入規(guī)律化認(rèn)知階段；第二次是過程革命，聚焦空間格局與地理過程的相互作用，揭示地理現(xiàn)象背后的驅(qū)動機(jī)制和變化效應(yīng)；第三次是GIS（地理信息系統(tǒng)）革命，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了空間預(yù)測；第四次是人工智能革命，推動地理學(xué)向空間調(diào)控和管理升級，使其可為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供精準(zhǔn)決策支持。

為黃土高原治理提供范式

記者：回顧幾十年學(xué)術(shù)生涯，您一直立足黃土高原，當(dāng)時為什么選擇這一區(qū)域？

傅伯杰：上世紀(jì)80年代，學(xué)界對生態(tài)環(huán)境問題的討論十分熱烈。黃土高原是我國人地矛盾最突出的區(qū)域之一——水土流失嚴(yán)重、生態(tài)脆弱，但又有極高的農(nóng)業(yè)和文化價值。

早期，黃土高原上的研究條件非常艱苦。我們住在老鄉(xiāng)的窯洞中，下雨時老百姓往山下跑，我們往山上跑，就是為了搶測降雨的侵蝕數(shù)據(jù)，觀測關(guān)鍵過程。流域尺度的含沙量過高，儀器用不了，我們就一邊人工記錄每小時的水位變化，一邊用塑料桶打水，觀察含沙量變化。

起初的研究方法也很傳統(tǒng)。讀碩士研究生時，我們只能靠肉眼觀察、采樣分析來“認(rèn)識”黃土高原。1988年寫博士論文時，我評價黃土高原的土地適宜性用的還是傳統(tǒng)調(diào)查方法和簡單的GIS分析。當(dāng)時沒有先進(jìn)的監(jiān)測儀器，對“土地利用與土壤侵蝕和土地退化過程”等問題的認(rèn)識還存在不足。直到1996年，我才終于能在黃土高原安裝專業(yè)儀器，開始小流域的系統(tǒng)觀測。

記者：在黃土高原研究中，您和團(tuán)隊(duì)有哪些重要發(fā)現(xiàn)？

傅伯杰：我們一是發(fā)現(xiàn)了黃河泥沙減少的主因。黃河泥沙從上世紀(jì)50年代的16億噸降到現(xiàn)在的兩三億噸，我們通過模型分析，發(fā)現(xiàn)在上世紀(jì)80—90年代，梯田和壩庫建設(shè)是泥沙減少的主因；2000年以來，植被恢復(fù)的貢獻(xiàn)最大。

二是確定了生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的權(quán)衡關(guān)系。植被恢復(fù)讓黃土高原從碳源變成碳匯，但土壤含水量和徑流量下降了。如何權(quán)衡雙方關(guān)系？通過研究我們發(fā)現(xiàn)干旱半干旱區(qū)不能盲目種樹，草、灌木、樹的種植要有科學(xué)的比例和限度。

三是小流域治理的普適性。我們研究了11個小流域、50多個樣方，發(fā)現(xiàn)在一個類型區(qū)把一個小流域的規(guī)律搞清楚，其他流域就能“舉一反三”，這為整個黃土高原的治理提供了范式。

我們這些發(fā)現(xiàn)不僅寫進(jìn)了論文，更轉(zhuǎn)化成了政策建議。其中，“關(guān)于黃河水沙可持續(xù)管理”的建議引起黃河水利委員會的關(guān)注；“優(yōu)化植被配置”被納入三北防護(hù)林工程調(diào)整方案；人工林疏伐試驗(yàn)在延安等地開展后，實(shí)現(xiàn)生物多樣性增加、水土流失控制效果提升，這對生態(tài)系統(tǒng)管理很有實(shí)際意義。

記者：近年來，關(guān)于黃土高原的生態(tài)環(huán)境研究主要關(guān)注哪些方面？

傅伯杰：近年來，關(guān)于黃土高原生態(tài)系統(tǒng)的研究主要聚焦“優(yōu)化”和“權(quán)衡”。比如如何平衡固碳、水土保持和水源涵養(yǎng)的關(guān)系，目前，我們已經(jīng)開展了4年多的人工林疏伐樣地試驗(yàn)觀測和對比研究，探尋黃土高原人工林結(jié)構(gòu)改良和功能提升的途徑。現(xiàn)在的研究已進(jìn)入復(fù)雜系統(tǒng)模擬階段，即通過大數(shù)據(jù)等技術(shù)預(yù)測生態(tài)恢復(fù)的長期效果，為政策調(diào)整提供科學(xué)依據(jù)。此外，需要發(fā)展人地系統(tǒng)耦合模型，提出不同情景下社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)方案。

研究成果可推廣至全球

記者：您認(rèn)為地理學(xué)對當(dāng)下解決區(qū)域協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展、應(yīng)對全球氣候變化有什么獨(dú)特價值？

傅伯杰：地理學(xué)的核心價值是“綜合思維”和“系統(tǒng)視角”，它能把自然、社會、經(jīng)濟(jì)的復(fù)雜問題聯(lián)系起來。比如，應(yīng)對全球氣候變化，不僅要考慮碳排放、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，還要考慮土地利用、生態(tài)恢復(fù)等多方面的影響，這正是地理學(xué)可提供的獨(dú)特價值。在此過程中，地理學(xué)能通過空間分析優(yōu)化資源配置，通過構(gòu)建模型預(yù)測政策效果。

記者：能否介紹一下您牽頭發(fā)起的全球干旱生態(tài)系統(tǒng)國際大科學(xué)計(jì)劃？

傅伯杰：這個計(jì)劃的起點(diǎn)是我們對黃土高原的研究經(jīng)驗(yàn)。在對半干旱區(qū)的黃土高原及我國干旱區(qū)的研究中，我們找到了生態(tài)恢復(fù)、水土保持的方法，建立了長期觀測網(wǎng)絡(luò)。我們發(fā)現(xiàn)，這些經(jīng)驗(yàn)?zāi)芡茝V到全球干旱區(qū)，例如非洲、中亞等干旱區(qū)也面臨土地退化、水資源短缺的問題。

基于此，我牽頭以國內(nèi)科研人員為核心，組織多國科學(xué)家發(fā)起全球干旱生態(tài)系統(tǒng)國際大科學(xué)計(jì)劃。計(jì)劃以旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)動態(tài)變化與驅(qū)動機(jī)制、干旱生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能變化、旱區(qū)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉、生態(tài)系統(tǒng)管理和可持續(xù)生計(jì)作為四個優(yōu)先研究領(lǐng)域，覆蓋亞、非、澳等典型區(qū)域，為全球干旱區(qū)研究提供了方法論與路線圖。研究成果實(shí)行全球開放獲取，已被包括共建“一帶一路”國家在內(nèi)的多國用于干旱區(qū)治理。過去我們向國外學(xué)習(xí)地理學(xué)研究方法，現(xiàn)在我們的研究能為全球提供中國方案，這是我國科技發(fā)展從“跟跑”到“引領(lǐng)”轉(zhuǎn)變的縮影。

地理人才培養(yǎng)要有所側(cè)重

記者：是什么讓您堅(jiān)定了在地理學(xué)領(lǐng)域研究的決心，并深耕景觀生態(tài)學(xué)方向？

傅伯杰：高考時，我的前幾個志愿是自動控制、無線電這類工科專業(yè)，但沒能被錄取，最終被調(diào)劑到陜西師范大學(xué)地理系。起初，我也對地理專業(yè)存在偏見。但經(jīng)過一段時間學(xué)習(xí)后，我發(fā)現(xiàn)地理學(xué)能兼顧文理，它“綜合”的特點(diǎn)非常符合我的興趣。

那時候，我們專業(yè)有豐富的野外實(shí)踐活動，大學(xué)的第二學(xué)期就進(jìn)行了為期一個月的測量與地圖學(xué)野外實(shí)習(xí)。此后的每個假期都要開展少則兩周，多則一個月的野外實(shí)習(xí)。在這一過程中，我逐漸對地理找到了“感覺”。此外，當(dāng)時幾乎所有同學(xué)都不約而同拼命學(xué)習(xí)，求知欲旺盛，這種氛圍感染著我，因此我也打下了扎實(shí)的學(xué)科基礎(chǔ)。

真正找到研究方向是在讀研究生時。我在參考閱讀蘇聯(lián)的地理學(xué)教材時，看到“景觀是地理學(xué)綜合研究的最小單元”的說法，對此很感興趣，就去圖書館查資料，發(fā)現(xiàn)了1981年國際第一屆景觀生態(tài)學(xué)研討會的論文集。它把地理學(xué)的空間格局和生態(tài)學(xué)的過程研究結(jié)合了起來。受其影響，我“斗膽”寫了《地理學(xué)的新領(lǐng)域——景觀生態(tài)學(xué)》這篇2000多字、5頁稿紙的小文章，寄給了《生態(tài)學(xué)雜志》。這篇時隔一年才刊發(fā)的文章決定了我一輩子的研究方向，我之后的研究幾乎都聚焦于景觀、生態(tài)、格局、過程四個關(guān)鍵詞，探究它們之間的相互作用。

記者：您認(rèn)為當(dāng)前該如何培養(yǎng)地理人才？

傅伯杰：現(xiàn)在信息爆炸，加之地理學(xué)更加綜合交叉、方向更細(xì)化，對整體的人才培養(yǎng)提出了新要求。總的來說，我認(rèn)為地理素養(yǎng)的培養(yǎng)應(yīng)是連貫且有側(cè)重的，不是到上大學(xué)才開始。

在小學(xué)階段，自然課和社科課就要多讓孩子“感知”地理，比如認(rèn)識身邊的河流、山脈，培養(yǎng)他們對自然的興趣；在初中階段，地理學(xué)教育應(yīng)以“區(qū)域地理”為主，講中國地理、世界地理，建立宏觀認(rèn)知；高中階段教育要“深化”，比如自然地理講氣候?qū)W、土壤學(xué)的核心原理，人文地理講經(jīng)濟(jì)地理、城市地理，讓學(xué)生接觸地理分支學(xué)科。有了這些“底子”，學(xué)生在大學(xué)階段才能相對從容、有所側(cè)重。

大學(xué)生低年級要鞏固基礎(chǔ)、建立綜合與系統(tǒng)思維；高年級及研究生階段要走“地理+”路線，按專攻方向補(bǔ)充技能——自然地理重野外觀測，人文地理重社會調(diào)查，生物地理補(bǔ)生物學(xué)知識，大數(shù)據(jù)方向強(qiáng)化計(jì)算機(jī)能力，按需搭建適配知識結(jié)構(gòu)。

記者：那么，從事地理研究需要具備什么樣的素質(zhì)？

傅伯杰：首先是多學(xué)科交叉的素質(zhì)。地理學(xué)的綜合性決定了研究者不能局限于單一學(xué)科思路，要善于借鑒其他領(lǐng)域方法解決本領(lǐng)域問題。

其次是系統(tǒng)性思維。地理研究面對的是復(fù)雜人地系統(tǒng)，各要素相互交織、相互制約。黃土高原不能只聚焦水土流失治理，還要兼顧生態(tài)修復(fù)、固碳、水源涵養(yǎng)等多重生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)。若缺乏系統(tǒng)思維，很可能按下葫蘆起了瓢，解決了土的問題卻引發(fā)水的矛盾。我們團(tuán)隊(duì)曾在《自然·氣候變化》上發(fā)表論文，提出了黃土高原植被恢復(fù)已接近承載力閾值。這篇論文就充分體現(xiàn)了綜合考量多種生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)平衡的系統(tǒng)思維素養(yǎng)。

記者：您對年輕的地理學(xué)研究者有哪些期待？

傅伯杰：對年輕學(xué)者，我想說兩句話。一是“堅(jiān)持一個方向，不斷深化”——把一個領(lǐng)域做透，自然能有所突破。二是“堅(jiān)守一個區(qū)域，逐步擴(kuò)大”——深入一個區(qū)域，了解它的特征和問題，才能提出有針對性的方案。我研究黃土高原40年，從一個小流域到整個區(qū)域，再到全球干旱區(qū)，就是這樣一步步走過來的。不是看到希望才堅(jiān)守，而是堅(jiān)守了才有希望。

院士談科普

近些年，我在科研之余做了一些科普工作，有一些心得。我認(rèn)為地理科普的核心是堅(jiān)持多樣化教學(xué)，關(guān)鍵是讓學(xué)生“走出教室、走進(jìn)自然、走入社會”。

作為國際地理聯(lián)合會副主席，我關(guān)注到我國已有不少中學(xué)生報(bào)名參加聯(lián)合會主辦的國際中學(xué)生地理奧林匹克競賽。這一競賽面向全球中學(xué)生，分為答卷知識考核、海報(bào)展示與講解、野外考察調(diào)查與解決問題三個環(huán)節(jié)。我國參賽選手整體成績還不錯，但得金牌的比較少。主要差距在于，答卷環(huán)節(jié)表現(xiàn)不錯，但后兩個環(huán)節(jié)僅處于中上等。這反映出我們中學(xué)地理教育的短板：在社會實(shí)踐和個人能力展示方面比較薄弱。國外孩子的優(yōu)勢是從幼兒園、小學(xué)就有類似“share talk”的活動——每周讓孩子跟同學(xué)分享自己覺得有趣的事，哪怕是講個故事，這就是在訓(xùn)練表達(dá)和展示能力。此外，家長也經(jīng)常帶孩子去野外，觀察自然、徒步體驗(yàn)，培養(yǎng)對自然的親近感。

親近大自然是地理科普和自然科普最重要的形式之一，不是刻意灌輸，而是潛移默化。只有讓我們的孩子真正走進(jìn)自然、走入社會，才能從心底熱愛自然、保護(hù)自然、敬畏自然，這需要我們整個社會持續(xù)努力。

——傅伯杰