黃土高原俯視圖。受訪者供圖

院士談科普

　　近些年，我在科研之餘做了一些科普工作，有一些心得。我認為地理科普的核心是堅持多樣化教學，關鍵是讓學生“走出教室、走進自然、走入社會”。

　　作為國際地理聯合會副主席，我關注到我國已有不少中學生報名參加聯合會主辦的國際中學生地理奧林匹克競賽。這一競賽面向全球中學生，分為答卷知識考核、海報展示與講解、野外考察調查與解決問題三個環節。我國參賽選手整體成績還不錯，但得金牌的比較少。主要差距在於，答卷環節表現不錯，但後兩個環節僅處於中上等。這反映出我們中學地理教育的短板：在社會實踐和個人能力展示方面比較薄弱。國外孩子的優勢是從幼兒園、小學就有類似“share talk”的活動——每週讓孩子跟同學分享自己覺得有趣的事，哪怕是講個故事，這就是在訓練表達和展示能力。此外，家長也經常帶孩子去野外，觀察自然、徒步體驗，培養對自然的親近感。

　　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自然、走入社會，才能從心底熱愛自然、保護自然、敬畏自然，這需要我們整個社會持續努力。

　　——傅伯傑

　　“地球系統科學發展應融合地理學思維、大氣科學與系統科學方法，構建生態學與經濟學耦合的過程機制，切實服務國家重大戰略需求，為可持續發展戰略提供堅實支撐。”在12月8日舉行的中國大學地球系統科學聯盟啟動儀式上，中國科學院院士傅伯傑分享了關於地球系統科學發展的看法。

　　在多年深耕地理學的過程中，傅伯傑堅持綜合使用多種學科知識和研究方法。通過這些方法，他揭示了土地利用格局與水土過程作用機理，提出了植被恢復水資源承載力閾值，為生態恢復提供科學依據。

　　日前，科技日報記者就地理學發展、地理人才培養等對他進行了專訪。

　　地理學是一門古老又年輕的科學

　　記者：地理學最吸引您的地方是什麼？

　　傅伯傑：地理學具有綜合性、交叉性、區域性，是探索自然規律、昭示人文精華的學科。它最大的魅力，在於其以多維視角、綜合理念、系統思維來認識和改造世界，並造福人類，解決的是複雜問題。

　　我們常説，地理學是一門古老又年輕的科學。地理學“古老”，是因為人類文明誕生之初就開始認知自然環境和文化特徵，也就有了地理學。隨着地理學不斷發展，地域特徵記述、地圖繪製、航海探索等活動開始出現，《徐霞客游記》、15—17世紀地理大發現等就屬於這一范疇。

　　地理學的“年輕”則體現在新的研究方法、新的數據來源、新的發展目標、新的研究主題、新的研究範式，這些共同構成了新時代的地理學。

　　記者：如何理解地理學與其他學科的關係？

　　傅伯傑：地理學既是研究“水、土壤、大氣、生物、人類活動”五大要素空間分異規律和相互作用機制的基礎學科，也是兼具自然科學、社會科學和技術科學屬性的交叉學科，核心是探索人與自然的關係。

　　地理學早於很多單要素學科誕生，但現代地理學的發展又離不開其他學科的支撐。特別是數學、物理、化學和信息技術等領域的知識、研究方法、技術等被吸納到地理學的現代科學體系中，使地理學從描述性學科轉向了有預測功能的現代科學。

　　這種吸收是“問題導向”的，有時需要結合多個學科領域的知識。在黃土高原相關的地理學研究中，這種導向得到了充分表現。要解決黃土高原水土流失問題，就需要結合水文學的徑流觀測、土壤學的肥力分析，甚至社會學的農戶調查。早期很多學科，比如氣象學、土壤學都從地理學細分出去，而在研究深入後，地理學又結合實際需要將它們綜合了起來。

　　記者：地理學的發展經歷了哪些重要節點？

　　傅伯傑：地理學發展為地理科學的過程中經歷了四次革命。第一次是計量革命，地理學從單純的空間分佈描述進入規律化認知階段；第二次是過程革命，聚焦空間格局與地理過程的相互作用，揭示地理現象背後的驅動機制和變化效應；第三次是GIS（地理信息系統）革命，應用地理信息系統實現了空間預測；第四次是人工智能革命，推動地理學向空間調控和管理升級，使其可為區域可持續發展提供精準決策支持。

　　為黃土高原治理提供範式

　　記者：回顧幾十年學術生涯，您一直立足黃土高原，當時為什麼選擇這一區域？

　　傅伯傑：上世紀80年代，學界對生態環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域之一——水土流失嚴重、生態脆弱，但又有極高的農業和文化價值。

　　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據，觀測關鍵過程。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。讀碩士研究生時，我們只能靠肉眼觀察、採樣分析來“認識”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調查方法和簡單的GIS分析。當時沒有先進的監測儀器，對“土地利用與土壤侵蝕和土地退化過程”等問題的認識還存在不足。直到1996年，我才終於能在黃土高原安裝專業儀器，開始小流域的系統觀測。

　　記者：在黃土高原研究中，您和團隊有哪些重要發現？

　　傅伯傑：我們一是發現了黃河泥沙減少的主因。黃河泥沙從上世紀50年代的16億噸降到現在的兩三億噸，我們通過模型分析，發現在上世紀80—90年代，梯田和壩庫建設是泥沙減少的主因；2000年以來，植被恢復的貢獻最大。

　　二是確定了生態系統服務的權衡關係。植被恢復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。如何權衡雙方關係？通過研究我們發現乾旱半乾旱區不能盲目種樹，草、灌木、樹的種植要有科學的比例和限度。

　　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，發現在一個類型區把一個小流域的規律搞清楚，其他流域就能“舉一反三”，這為整個黃土高原的治理提供了範式。

　　我們這些發現不僅寫進了論文，更轉化成了政策建議。其中，“關於黃河水沙可持續管理”的建議引起黃河水利委員會的關注；“優化植被配置”被納入三北防護林工程調整方案；人工林疏伐試驗在延安等地開展後，實現生物多樣性增加、水土流失控制效果提升，這對生態系統管理很有實際意義。

　　記者：近年來，關於黃土高原的生態環境研究主要關注哪些方面？

　　傅伯傑：近年來，關於黃土高原生態系統的研究主要聚焦“優化”和“權衡”。比如如何平衡固碳、水土保持和水源涵養的關係，目前，我們已經開展了4年多的人工林疏伐樣地試驗觀測和對比研究，探尋黃土高原人工林結構改良和功能提升的途徑。現在的研究已進入複雜系統模擬階段，即通過大數據等技術預測生態恢復的長期效果，為政策調整提供科學依據。此外，需要發展人地系統耦合模型，提出不同情景下社會經濟發展和生態環境保護方案。

　　研究成果可推廣至全球

　　記者：您認為地理學對當下解決區域協調可持續發展、應對全球氣候變化有什麼獨特價值？

　　傅伯傑：地理學的核心價值是“綜合思維”和“系統視角”，它能把自然、社會、經濟的複雜問題&&起來。比如，應對全球氣候變化，不僅要考慮碳排放、産業結構，還要考慮土地利用、生態恢復等多方面的影響，這正是地理學可提供的獨特價值。在此過程中，地理學能通過空間分析優化資源配置，通過構建模型預測政策效果。

　　記者：能否介紹一下您牽頭發起的全球乾旱生態系統國際大科學計劃？

　　傅伯傑：這個計劃的起點是我們對黃土高原的研究經驗。在對半乾旱區的黃土高原及我國乾旱區的研究中，我們找到了生態恢復、水土保持的方法，建立了長期觀測網絡。我們發現，這些經驗能推廣到全球乾旱區，例如非洲、中亞等乾旱區也面臨土地退化、水資源短缺的問題。

　　基於此，我牽頭以國內科研人員為核心，組織多國科學家發起全球乾旱生態系統國際大科學計劃。計劃以旱區生態系統動態變化與驅動機制、乾旱生態系統結構和功能變化、旱區生態系統服務和人類福祉、生態系統管理和可持續生計作為四個優先研究領域，覆蓋亞、非、澳等典型區域，為全球乾旱區研究提供了方法論與路線圖。研究成果實行全球開放獲取，已被包括共建“一帶一路”國家在內的多國用於乾旱區治理。過去我們向國外學習地理學研究方法，現在我們的研究能為全球提供中國方案，這是我國科技發展從“跟跑”到“引領”轉變的縮影。

　　地理人才培養要有所側重

　　記者：是什麼讓您堅定了在地理學領域研究的決心，並深耕景觀生態學方向？

　　傅伯傑：高考時，我的前幾個志願是自動控制、無線電這類工科專業，但沒能被錄取，最終被調劑到陜西師範大學地理系。起初，我也對地理專業存在偏見。但經過一段時間學習後，我發現地理學能兼顧文理，它“綜合”的特點非常符合我的興趣。

　　那時候，我們專業有豐富的野外實踐活動，大學的第二學期就進行了為期一個月的測量與地圖學野外實習。此後的每個假期都要開展少則兩周，多則一個月的野外實習。在這一過程中，我逐漸對地理找到了“感覺”。此外，當時幾乎所有同學都不約而同拼命學習，求知欲旺盛，這種氛圍感染着我，因此我也打下了紮實的學科基礎。

　　真正找到研究方向是在讀研究生時。我在參考閱讀蘇聯的地理學教材時，看到“景觀是地理學綜合研究的最小單元”的説法，對此很感興趣，就去圖書館查資料，發現了1981年國際第一屆景觀生態學研討會的論文集。它把地理學的空間格局和生態學的過程研究結合了起來。受其影響，我“斗膽”寫了《地理學的新領域——景觀生態學》這篇2000多字、5頁稿紙的小文章，寄給了《生態學雜誌》。這篇時隔一年才刊發的文章決定了我一輩子的研究方向，我之後的研究幾乎都聚焦於景觀、生態、格局、過程四個關鍵詞，探究它們之間的相互作用。

　　記者：您認為當前該如何培養地理人才？

　　傅伯傑：現在信息爆炸，加之地理學更加綜合交叉、方向更細化，對整體的人才培養提出了新要求。總的來説，我認為地理素養的培養應是連貫且有側重的，不是到上大學才開始。

　　在小學階段，自然課和社科課就要多讓孩子“感知”地理，比如認識身邊的河流、山脈，培養他們對自然的興趣；在初中階段，地理學教育應以“區域地理”為主，講中國地理、世界地理，建立宏觀認知；高中階段教育要“深化”，比如自然地理講氣候學、土壤學的核心原理，人文地理講經濟地理、城市地理，讓學生接觸地理分支學科。有了這些“底子”，學生在大學階段才能相對從容、有所側重。

　　大學生低年級要鞏固基礎、建立綜合與系統思維；高年級及研究生階段要走“地理+”路線，按專攻方向補充技能——自然地理重野外觀測，人文地理重社會調查，生物地理補生物學知識，大數據方向強化計算機能力，按需搭建適配知識結構。

　　記者：那麼，從事地理研究需要具備什麼樣的素質？

　　傅伯傑：首先是多學科交叉的素質。地理學的綜合性決定了研究者不能局限於單一學科思路，要善於借鑒其他領域方法解決本領域問題。

　　其次是系統性思維。地理研究面對的是複雜人地系統，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，還要兼顧生態修復、固碳、水源涵養等多重生態系統服務。若缺乏系統思維，很可能按下葫蘆起了瓢，解決了土的問題卻引發水的矛盾。我們團隊曾在《自然·氣候變化》上發表論文，提出了黃土高原植被恢復已接近承載力閾值。這篇論文就充分體現了綜合考量多種生態系統服務平衡的系統思維素養。

　　記者：您對年輕的地理學研究者有哪些期待？

　　傅伯傑：對年輕學者，我想説兩句話。一是“堅持一個方向，不斷深化”——把一個領域做透，自然能有所突破。二是“堅守一個區域，逐步擴大”——深入一個區域，了解它的特徵和問題，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域，再到全球乾旱區，就是這樣一步步走過來的。不是看到希望才堅守，而是堅守了才有希望。