在黄土地上创新有为
1985年春，安芷生等一行八人风尘仆仆地从贵阳出发，奔赴西安，组建中国科学院黄土与第四纪地质研究室。春去秋来，这个研究室在他们的呵护下像种子一样发芽、成长、壮大，于1995年升级为黄土与第四纪地质国家重点实验室（以下简称黄土室），并在国家评估中斩获“七连优”佳绩。35年来，黄土室的科学家们白手起家，让以黄土为载体的中国第四纪科学研究蜚声国际，以湖沼、石笋、树轮、砗磲等为载体的研究站在了第四纪与全球变化研究前沿。他们还“把论文写在祖国大地上”，在服务大气环境污染防治、气候趋势预测、区域生态环境治理和可持续发展等方面结下累累硕果。今天的黄土室正快马加鞭，加快建设国际一流的“中国科学院第四纪科学与全球变化卓越创新中心”的步伐。谈起实验室未来发展，中国科学院院士、美国科学院外籍院士、黄土室首任主任安芷生在接受《中国科学报》采访时表示，实验室将继续秉持“如履薄冰、奋发图强”的“黄土精神”，在黄土地不断“刷新”成绩，创新有为。旗帜树在黄土地破解黄土“身世”之谜，这是黄土室成立的初衷。距今约260万年前开始的第四纪，是人类出现和发展的时代，也是全球气候环境剧烈变化的时代。黄土与冰芯、深海沉积一起，成为国际第四纪全球变化研究的三大支柱。我国黄土分布广、厚度大，是研究第四纪气候环境得天独厚的载体。刘东生等提出了黄土的风成说，但独具特色的中国黄土—古土壤序列是如何形成的，仍是上世纪80年代国际地学界的未解之谜。1985年3月，在刘东生、施雅风、李振声等老一辈科学家的倡议下，黄土与第四纪地质研究室应运而生。在刘东生的指导下，安芷生带领从贵阳中国科学院地球化学研究所抽调的8名科研人员来到西安。于是，西安分院挤出的200平方米办公楼便成了他们的奋斗天地。初来乍到，缺人手、少经费，他们就自己推板车运仪器，并完成安装、调试直至运行。为了早些做研究，他们一日三餐、白天黑夜都待在实验室里。“当时，我们只有‘七八条枪’，但大家拧成一股绳，都把实验室当成自己的家。”黄土室首批研究者、第二任主任、中科院院士周卫健向《中国科学报》回忆道。短短一年，他们就建立起碳14、稳定同位素、热释光、地球化学、沉积学等实验室。由于中国黄土的研究优势，“初出茅庐”的黄土室很快就受到国际关注，并被《自然》杂志报导。实验室瞄准黄土、第四纪地质和全球变化的学科前沿，组织了国际黄土学术研讨会。当年，来自十多个国家的百余名学者汇聚西安，认识和了解到这个体量不大，但极具特色、办事高效的研究室，纷纷抛出橄榄枝，寻求合作。“要造就一流人才，必须与国际一流科学家合作。”安芷生说。这次国际交流为黄土室的首个跨越发展打下了基础，也为实验室今天“三个研究群体”的特殊人才队伍埋下了伏笔。同时，它还让黄土室的学术思想不断孕育、成长。在与欧美科学家合作考察过程中，安芷生发现，欧美黄土都是与冰川进退有关的冰缘黄土。而位于亚洲季风区的中国黄土分布更广、更厚（达100~200米，甚至更多），与古土壤层相互交替的规律十分明显，其形成原因与冰川进退并无直接联系。经过几年探索，1990年，安芷生带领黄土室系统提出“东亚环境变迁的季风控制论”，阐明黄土高原的黄土—古土壤交替出现是东亚季风气候变迁的产物，其中黄土与冬季风、古土壤与夏季风紧密相关，并应用季风变化理论系统解释了东亚湖面变化、沙漠进退、动植物迁徙、雪线林线变化和南海海面温度变化等环境变化现象。很快，这一理论获得了全球第四纪地质研究界，乃至大气科学界的认可。气候学家叶笃正评价：“古季风研究非常重要，这对中国以至亚洲的全球变化研究有着重要贡献。”“该研究将引起学科间的兴趣，因为它照亮了东亚气候与环境变化研究的道路。”美国气候模拟学家John Kutzbach说。自此，黄土与季风变迁成为研究中国乃至亚洲第四纪和过去全球变化的一个主题，吸引了众多国内外科学家的参与。他们重建了黄土高原的气候历史，深入研究了东亚季风的历史与变率，揭示了亚洲季风与青藏高原隆升和全球变化的联系，开展了南北半球古气候对比研究……此时的黄土室已成为国际第四纪研究的一面旗帜。一路拼搏，黄土室在发展中完成三次跨越：1987年成立中国科学院开放实验室；1995年建成国家重点实验室；1999年，在中国科学院实施知识创新一期工程中，升级为研究所——中国科学院地球环境研究所（以下简称地环所）。“黄土是我们的根本，更是我们的特色。此外，湖沼、石笋、树轮、砗磲——这些跟第四纪有关的载体，我们的研究也都走在前面。”谈起黄土室的发展，现任主任金章东语气中透出自信，“目前，你很难在全球找到一个研究这么集中、门类这么齐全的第四纪与全球变化研究机构。”目前，黄土室利用多种载体开展的研究很多都处于国际前沿。例如，刘禹团队在树轮稳定同位素方面的研究被该领域国际权威Leavitt教授评价为“亚洲最可靠、可与世界其他三大洲树轮同位素结果比较的曲线”；金章东团队十余年如一日坚持对2008年汶川地震后的环境进行监测，是国际上系统评价大地震对地表过程和碳循环深远影响的范例；韩永明团队利用玛珥湖开展的研究为国际“人类世”金钉子选址提供了中国方案；晏宏团队从南海砗磲化石中获得日—小时分辨率的台风和寒潮频发信息，填补了古天气研究的空白。“黄土室发展到今天，合作是非常重要的一环。”金章东告诉《中国科学报》，实验室的一大特色是拥有3个研究群体：立足本实验室的核心群体；国内科研院校客座学者形成的多学科交叉研究群体；由各国科学家形成的国际合作研究群体。“这些（合作）很重要，只有跟高手一起过招，你才会变得高明。”如何开拓创新、与时俱进？如何让旗帜更加鲜艳？2006年，安芷生提出学科发展的“三个转变”：从区域转向全球，从自然过程转向自然与人类相互作用研究，从过去气候环境变化转向过去和现在相结合的研究。中国科学院领导对此给予了高度评价。以此为基础，目前黄土室设立了5个研究单元：古环境研究室、现代环境研究室、粉尘与环境研究室、加速器质谱中心、生态环境研究室。“这5个方向基本上围绕一条线，把气候环境变化的过去、现在与未来联系在一起，用加速器等工具作为支撑，把相关成果应用到国家和区域可持续发展。”地环所所长、黄土室前主任刘禹介绍说。论文写在黄土地“黄土室的基础研究不是孤立的，我们一定要把研究成果应用到可持续发展的实践当中去，要为国家、社会可持续发展服务。”安芷生说。从诞生之日起，黄土室一直践行着这个宗旨。1985年，实验室在成立短短半年内就完成了兵马俑年代样品的测试任务，为兵马俑考古年代的确定提供了重要的基础年代数据。此后，基于黄土稳定碳同位素研究，实验室发现历史上黄土高原塬面植被以草地和灌木为主，而非森林，由此提出以自然植被恢复为主、在半干旱区遏制沙尘暴等建议，受到有关部门高度重视。近年来，随着退耕还林草工程和城镇化的推进，黄土高原不同地质单元出现了塬面破碎、耕地面积不足、局部地区人—粮矛盾突出等现象。在此背景下，2011年，延安市提出开展治沟造地工程。陈怡平等认为治沟造地将减少黄土高原的“势能差”，为治沟造地提出了“科学依据”，研究集体还划分了黄土高原治沟造地的不同区域和途径。此外，研究人员还针对治沟造地后新土壤生产力低的问题开展了专门研究，并筛选了不同的种植技术、品种，提高土地生产力。同时，他们与陕西土地建设工程集团合作，在土地开发和整治技术的突破方面摘得陕西省科学技术奖一等奖。此后，周卫健、安芷生等先后组织20多位院士专家进行实地考察，提出“塬区固沟保塬，坡面退耕还林（草），沟壑治沟整地，沙区退林还灌草”的26字黄土高原综合治理方略，并提议适时将“治沟造地”提升为与“退耕还林还草”并重的黄土高原生态治理重大方针。在万众瞩目的“蓝天保卫战”中，黄土室的成绩也可圈可点。2003年，当大多数国人对PM2.5尚无清晰概念时，黄土室建立了PM2.5观测站。今天，地环所拥有国内持续时间最长的PM2.5日变化曲线，曾为中科院撰写PM2.5治理报告，献策国家可持续发展。这些基础研究的支撑作用同样体现在院地合作中。2017年，西安市与地环所共建“西安地球环境创新研究院”，致力于大气污染、水污染、生态环境保护等领域的研发工作，为建设“天蓝、水清”的西安提供高水平科技支撑。2018年，生态环境部在大气污染防治重点区域汾渭平原地区启动“一市一策”跟踪研究，黄土室承担了西安、咸阳、宝鸡和铜川等4市的驻点跟踪研究。通过建立污染源清单、制定重污染天气应急预案以及重点污染源的精准治理等组合方案，黄土室为4个地市及关中大气污染持续改善做出重要贡献。当年西安空气质量改善进入全国前20名，2019年咸阳空气质量改善居全国第三名。“九曲黄河万里沙，浪淘风簸自天涯。”刘禹非常喜欢这句意境豪迈的诗。然而，如今的黄河已然缺乏奔流而下的气势。由于径流急剧减少，黄河载沙能力从上世纪70年代每年16亿吨下降到目前3亿吨左右。黄河天然径流到底是多少？泥沙为什么减少？当今黄河在历史长河中处于什么位置？人类活动究竟消耗了多少水量？刘禹团队一直致力于回答这些问题。今年7月，在发表于美国《国家科学院院刊》的一篇文章中，他们重建了过去500年黄河径流量变化，发现黄河径流和泥沙空前减少主要是人类活动导致的，为未来黄河工程建设、沿岸水资源分配以及黄河流域生态保护提供了科学依据。“资源环境方面的基础研究成果一定是有用的，只要基础研究做得好，就能提出有针对性的建议。”安芷生说。黄土室的目标不仅是将论文写进国际期刊，更要将论文写在广袤的祖国大地上。人才留在黄土地35年来，黄土室在国家重点实验室评估中取得了骄人成就——“七次全优”，成为我国地学领域“七连优”纪录的两个保持者之一。黄土室保持优秀的秘诀是什么？周卫健回答：首先是人。实验室从筹建至今，黄土与第四纪地质研究室首任主任刘东生成为国家最高科技奖得主，先后培养了2位中科院院士、1位工程院院士、16位“杰青”，并为国内外许多高校和科研院所输送了优秀人才。黄土室地处西北，在“孔雀东南飞”的大环境下，为了吸引人才，地环所想方设法为人才开设“绿色通道”。2012年，研究所针对30岁以内的优秀博士生与博士后，直接给予副研究员职位，3年后经过考评，还有升级为研究员的机会。“这项计划引进了十多位青年人才，已成为黄土室的中流砥柱。”金章东说。黄土室的三位副主任晏宏、王云强和石正国就是通过这一计划引进的。其中，“85后”晏宏出任副主任时仅29岁，是当时国内最年轻的国家重点实验室副主任。今年8月，晏宏刚通过国家“杰青”答辩，可能成为今年该项目最年轻的受资助者。晏宏到地环所工作已有8年，在他看来，能够在这个“国内最适合做研究”的地方工作，是人生一大幸事。“在这里，有良师益友不断拓宽研究深度和广度，能够与全世界顶尖的科学家交流合作，参与承担重要的项目。我肯定是选对了地方。”他希望自己也能创造一个具有同样国际学术氛围的研究团队，影响更多的人。王云强喜欢地环所“以能力论英雄，不以关系论英雄”的学术风气。2012年到地环所竞聘时，尽管没有任何熟人，他依然感受到考核过程的公平。“只要你努力，就会得到应有的重视。”王云强所在的生态环境研究室是黄土室最年轻的学科方向，正在围绕地球关键带科学开展研究，聚焦黄土高原关键带生态环境监测。经过近10年发展，该方向建成的洛川站和秦岭站已入选中国科学院野外台站系列。他希望进一步完善实验平台，把研究做得更加深入。“一个人可以很快成长，一个团队可以走得很远，但一个学科才是真正的永恒。”王云强说。“善于发现年轻人、培养年轻人、重用年轻人，给年轻人提供实现理想和价值的舞台。”黄土室副主任韩永明认为这是地环所能够吸引人才、留住人才的一贯优势,“真正想做科研或者对科学感兴趣的人，还是愿意留下来的”。35年前，安芷生、周卫健等老一辈科学家扎根黄土地，无问归期；今天，黄土室的青年科学家逆风飞翔，成为新一代西北人。“相比35年前，今天的黄土室要人有人，要项目有项目，要平台有平台，整个实验室‘武装到牙齿’。年轻人有拼劲、有闯劲，比我们那个时候思想更活跃、更有追求。”刘禹说。在他看来，这样的黄土室将持续奋发图强，不断创新有为。2019年4月，中国科学院第四纪科学与全球变化卓越创新中心在地环所揭牌，这给黄土室的发展带来了新的契机。“气候变化、环境问题所带来的影响，将来必然会成为一个国家要解决的重头戏。研究气候环境变化规律，克服不确定性的影响，预测它的发展趋势非常必要。我相信我们能做一些工作，我对卓越中心的发展充满信心。”安芷生说。东方的文明依然有活力 我坚持四个自信，才能有所为
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