中国科学院院士傅伯杰：立足黄土高原，服务国家战略

 

人物档案

傅伯杰，中国科学院院士、发展中国家科学院院士、美国人文与科学院外籍院士、英国爱丁堡皇家学会外籍院士、欧洲地球科学联合会“洪堡奖章”得主。创立了“格局—过程—服务”分析方法，在土地利用结构与生态过程、景观生态和生态系统服务等方面取得了系统性创新成果。曾获国家自然科学奖二等奖、陈嘉庚地球科学奖和发展中国家科学院联想科学奖等奖项。

近些年，我在科研之余做了一些科普工作，有一些心得。我认为地理科普的核心是坚持多样化教学，关键是让学生“走出教室、走进自然、走入社会”。

作为国际地理联合会副主席，我关注到我国已有不少中学生报名参加联合会主办的国际中学生地理奥林匹克竞赛。这一竞赛面向全球中学生，分为答卷知识考核、海报展示与讲解、野外考察调查与解决问题三个环节。我国参赛选手整体成绩还不错，但得金牌的比较少。主要差距在于，答卷环节表现不错，但后两个环节仅处于中上等。这反映出我们中学地理教育的短板：在社会实践和个人能力展示方面比较薄弱。国外孩子的优势是从幼儿园、小学就有类似“share talk”的活动——每周让孩子跟同学分享自己觉得有趣的事，哪怕是讲个故事，这就是在训练表达和展示能力。此外，家长也经常带孩子去野外，观察自然、徒步体验，培养对自然的亲近感。

亲近大自然是地理科普和自然科普最重要的形式之一，不是刻意灌输，而是潜移默化。只有让我们的孩子真正走进自然、走入社会，才能从心底热爱自然、保护自然、敬畏自然，这需要我们整个社会持续努力。

——傅伯杰

“地球系统科学发展应融合地理学思维、大气科学与系统科学方法，构建生态学与经济学耦合的过程机制，切实服务国家重大战略需求，为可持续发展战略提供坚实支撑。”在12月8日举行的中国大学地球系统科学联盟启动仪式上，中国科学院院士傅伯杰分享了关于地球系统科学发展的看法。

在多年深耕地理学的过程中，傅伯杰坚持综合使用多种学科知识和研究方法。通过这些方法，他揭示了土地利用格局与水土过程作用机理，提出了植被恢复水资源承载力阈值，为生态恢复提供科学依据。

日前，科技日报记者就地理学发展、地理人才培养等对他进行了专访。

地理学是一门古老又年轻的科学

记者：地理学最吸引您的地方是什么？

傅伯杰：地理学具有综合性、交叉性、区域性，是探索自然规律、昭示人文精华的学科。它最大的魅力，在于其以多维视角、综合理念、系统思维来认识和改造世界，并造福人类，解决的是复杂问题。

我们常说，地理学是一门古老又年轻的科学。地理学“古老”，是因为人类文明诞生之初就开始认知自然环境和文化特征，也就有了地理学。随着地理学不断发展，地域特征记述、地图绘制、航海探索等活动开始出现，《徐霞客游记》、15—17世纪地理大发现等就属于这一范畴。

地理学的“年轻”则体现在新的研究方法、新的数据来源、新的发展目标、新的研究主题、新的研究范式，这些共同构成了新时代的地理学。

记者：如何理解地理学与其他学科的关系？

傅伯杰：地理学既是研究“水、土壤、大气、生物、人类活动”五大要素空间分异规律和相互作用机制的基础学科，也是兼具自然科学、社会科学和技术科学属性的交叉学科，核心是探索人与自然的关系。

地理学早于很多单要素学科诞生，但现代地理学的发展又离不开其他学科的支撑。特别是数学、物理、化学和信息技术等领域的知识、研究方法、技术等被吸纳到地理学的现代科学体系中，使地理学从描述性学科转向了有预测功能的现代科学。

这种吸收是“问题导向”的，有时需要结合多个学科领域的知识。在黄土高原相关的地理学研究中，这种导向得到了充分表现。要解决黄土高原水土流失问题，就需要结合水文学的径流观测、土壤学的肥力分析，甚至社会学的农户调查。早期很多学科，比如气象学、土壤学都从地理学细分出去，而在研究深入后，地理学又结合实际需要将它们综合了起来。

记者：地理学的发展经历了哪些重要节点？

傅伯杰：地理学发展为地理科学的过程中经历了四次革命。第一次是计量革命，地理学从单纯的空间分布描述进入规律化认知阶段；第二次是过程革命，聚焦空间格局与地理过程的相互作用，揭示地理现象背后的驱动机制和变化效应；第三次是GIS（地理信息系统）革命，应用地理信息系统实现了空间预测；第四次是人工智能革命，推动地理学向空间调控和管理升级，使其可为区域可持续发展提供精准决策支持。

为黄土高原治理提供范式

记者：回顾几十年学术生涯，您一直立足黄土高原，当时为什么选择这一区域？

傅伯杰：上世纪80年代，学界对生态环境问题的讨论十分热烈。黄土高原是我国人地矛盾最突出的区域之一——水土流失严重、生态脆弱，但又有极高的农业和文化价值。

早期，黄土高原上的研究条件非常艰苦。我们住在老乡的窑洞中，下雨时老百姓往山下跑，我们往山上跑，就是为了抢测降雨的侵蚀数据，观测关键过程。流域尺度的含沙量过高，仪器用不了，我们就一边人工记录每小时的水位变化，一边用塑料桶打水，观察含沙量变化。

起初的研究方法也很传统。读硕士研究生时，我们只能靠肉眼观察、采样分析来“认识”黄土高原。1988年写博士论文时，我评价黄土高原的土地适宜性用的还是传统调查方法和简单的GIS分析。当时没有先进的监测仪器，对“土地利用与土壤侵蚀和土地退化过程”等问题的认识还存在不足。直到1996年，我才终于能在黄土高原安装专业仪器，开始小流域的系统观测。

记者：在黄土高原研究中，您和团队有哪些重要发现？

傅伯杰：我们一是发现了黄河泥沙减少的主因。黄河泥沙从上世纪50年代的16亿吨降到现在的两三亿吨，我们通过模型分析，发现在上世纪80—90年代，梯田和坝库建设是泥沙减少的主因；2000年以来，植被恢复的贡献最大。

二是确定了生态系统服务的权衡关系。植被恢复让黄土高原从碳源变成碳汇，但土壤含水量和径流量下降了。如何权衡双方关系？通过研究我们发现干旱半干旱区不能盲目种树，草、灌木、树的种植要有科学的比例和限度。

三是小流域治理的普适性。我们研究了11个小流域、50多个样方，发现在一个类型区把一个小流域的规律搞清楚，其他流域就能“举一反三”，这为整个黄土高原的治理提供了范式。

我们这些发现不仅写进了论文，更转化成了政策建议。其中，“关于黄河水沙可持续管理”的建议引起黄河水利委员会的关注；“优化植被配置”被纳入三北防护林工程调整方案；人工林疏伐试验在延安等地开展后，实现生物多样性增加、水土流失控制效果提升，这对生态系统管理很有实际意义。

记者：近年来，关于黄土高原的生态环境研究主要关注哪些方面？

傅伯杰：近年来，关于黄土高原生态系统的研究主要聚焦“优化”和“权衡”。比如如何平衡固碳、水土保持和水源涵养的关系，目前，我们已经开展了4年多的人工林疏伐样地试验观测和对比研究，探寻黄土高原人工林结构改良和功能提升的途径。现在的研究已进入复杂系统模拟阶段，即通过大数据等技术预测生态恢复的长期效果，为政策调整提供科学依据。此外，需要发展人地系统耦合模型，提出不同情景下社会经济发展和生态环境保护方案。

研究成果可推广至全球

记者：您认为地理学对当下解决区域协调可持续发展、应对全球气候变化有什么独特价值？

傅伯杰：地理学的核心价值是“综合思维”和“系统视角”，它能把自然、社会、经济的复杂问题联系起来。比如，应对全球气候变化，不仅要考虑碳排放、产业结构，还要考虑土地利用、生态恢复等多方面的影响，这正是地理学可提供的独特价值。在此过程中，地理学能通过空间分析优化资源配置，通过构建模型预测政策效果。

记者：能否介绍一下您牵头发起的全球干旱生态系统国际大科学计划？

傅伯杰：这个计划的起点是我们对黄土高原的研究经验。在对半干旱区的黄土高原及我国干旱区的研究中，我们找到了生态恢复、水土保持的方法，建立了长期观测网络。我们发现，这些经验能推广到全球干旱区，例如非洲、中亚等干旱区也面临土地退化、水资源短缺的问题。

基于此，我牵头以国内科研人员为核心，组织多国科学家发起全球干旱生态系统国际大科学计划。计划以旱区生态系统动态变化与驱动机制、干旱生态系统结构和功能变化、旱区生态系统服务和人类福祉、生态系统管理和可持续生计作为四个优先研究领域，覆盖亚、非、澳等典型区域，为全球干旱区研究提供了方法论与路线图。研究成果实行全球开放获取，已被包括共建“一带一路”国家在内的多国用于干旱区治理。过去我们向国外学习地理学研究方法，现在我们的研究能为全球提供中国方案，这是我国科技发展从“跟跑”到“引领”转变的缩影。

地理人才培养要有所侧重

记者：是什么让您坚定了在地理学领域研究的决心，并深耕景观生态学方向？

傅伯杰：高考时，我的前几个志愿是自动控制、无线电这类工科专业，但没能被录取，最终被调剂到陕西师范大学地理系。起初，我也对地理专业存在偏见。但经过一段时间学习后，我发现地理学能兼顾文理，它“综合”的特点非常符合我的兴趣。

那时候，我们专业有丰富的野外实践活动，大学的第二学期就进行了为期一个月的测量与地图学野外实习。此后的每个假期都要开展少则两周，多则一个月的野外实习。在这一过程中，我逐渐对地理找到了“感觉”。此外，当时几乎所有同学都不约而同拼命学习，求知欲旺盛，这种氛围感染着我，因此我也打下了扎实的学科基础。

真正找到研究方向是在读研究生时。我在参考阅读苏联的地理学教材时，看到“景观是地理学综合研究的最小单元”的说法，对此很感兴趣，就去图书馆查资料，发现了1981年国际第一届景观生态学研讨会的论文集。它把地理学的空间格局和生态学的过程研究结合了起来。受其影响，我“斗胆”写了《地理学的新领域——景观生态学》这篇2000多字、5页稿纸的小文章，寄给了《生态学杂志》。这篇时隔一年才刊发的文章决定了我一辈子的研究方向，我之后的研究几乎都聚焦于景观、生态、格局、过程四个关键词，探究它们之间的相互作用。

记者：您认为当前该如何培养地理人才？

傅伯杰：现在信息爆炸，加之地理学更加综合交叉、方向更细化，对整体的人才培养提出了新要求。总的来说，我认为地理素养的培养应是连贯且有侧重的，不是到上大学才开始。

在小学阶段，自然课和社科课就要多让孩子“感知”地理，比如认识身边的河流、山脉，培养他们对自然的兴趣；在初中阶段，地理学教育应以“区域地理”为主，讲中国地理、世界地理，建立宏观认知；高中阶段教育要“深化”，比如自然地理讲气候学、土壤学的核心原理，人文地理讲经济地理、城市地理，让学生接触地理分支学科。有了这些“底子”，学生在大学阶段才能相对从容、有所侧重。

大学生低年级要巩固基础、建立综合与系统思维；高年级及研究生阶段要走“地理+”路线，按专攻方向补充技能——自然地理重野外观测，人文地理重社会调查，生物地理补生物学知识，大数据方向强化计算机能力，按需搭建适配知识结构。

记者：那么，从事地理研究需要具备什么样的素质？

傅伯杰：首先是多学科交叉的素质。地理学的综合性决定了研究者不能局限于单一学科思路，要善于借鉴其他领域方法解决本领域问题。

其次是系统性思维。地理研究面对的是复杂人地系统，各要素相互交织、相互制约。黄土高原不能只聚焦水土流失治理，还要兼顾生态修复、固碳、水源涵养等多重生态系统服务。若缺乏系统思维，很可能按下葫芦起了瓢，解决了土的问题却引发水的矛盾。我们团队曾在《自然·气候变化》上发表论文，提出了黄土高原植被恢复已接近承载力阈值。这篇论文就充分体现了综合考量多种生态系统服务平衡的系统思维素养。

记者：您对年轻的地理学研究者有哪些期待？

傅伯杰：对年轻学者，我想说两句话。一是“坚持一个方向，不断深化”——把一个领域做透，自然能有所突破。二是“坚守一个区域，逐步扩大”——深入一个区域，了解它的特征和问题，才能提出有针对性的方案。我研究黄土高原40年，从一个小流域到整个区域，再到全球干旱区，就是这样一步步走过来的。不是看到希望才坚守，而是坚守了才有希望。