在黃土地上創新有為｜重點實驗室巡禮

作者 |馮麗妃

部分黃土室科研人員在洛川開展工作的合影。

研究人員在運送從吉林龍灣群瑪珥湖採集的樣本。

2017年5月，安芷生院士被授予美國科學院外籍院士時在林肯紀念簿上簽名。

周衛健院士（左）在寶雞陵塬考察。

科研人員在黃土關鍵帶洛川站安裝傳感器。

中國大陸環境科學鑽探第一鑽：雲南鶴慶鑽探。

黃土關鍵帶野外研究。

1985年春，安芷生等一行八人風塵僕僕地從貴陽出發，奔赴西安，組建中國科學院黃土與第四紀地質研究室。

春去秋來，這個研究室在他們的呵護下像種子一樣發芽、成長、壯大，於1995年升級為黃土與第四紀地質國家重點實驗室（以下簡稱黃土室），並在國家評估中斬獲「七連優」佳績。

35年來，黃土室的科學家們白手起家，讓以黃土為載體的中國第四紀科學研究蜚聲國際，以湖沼、石筍、樹輪、硨磲等為載體的研究站在了第四紀與全球變化研究前沿。

他們還「把論文寫在祖國大地上」，在服務大氣環境汙染防治、氣候趨勢預測、區域生態環境治理和可持續發展等方面結下累累碩果。

今天的黃土室正快馬加鞭，加快建設國際一流的「中國科學院第四紀科學與全球變化卓越創新中心」的步伐。

談起實驗室未來發展，中國科學院院士、美國科學院外籍院士、黃土室首任主任安芷生在接受《中國科學報》採訪時表示，實驗室將繼續秉持「如履薄冰、奮發圖強」的「黃土精神」，在黃土地不斷「刷新」成績，創新有為。

旗幟樹在黃土地

破解黃土「身世」之謎，這是黃土室成立的初衷。

距今約260萬年前開始的第四紀，是人類出現和發展的時代，也是全球氣候環境劇烈變化的時代。

黃土與冰芯、深海沉積一起，成為國際第四紀全球變化研究的三大支柱。

我國黃土分布廣、厚度大，是研究第四紀氣候環境得天獨厚的載體。

劉東生等提出了黃土的風成說，但獨具特色的中國黃土—古土壤序列是如何形成的，仍是上世紀80年代國際地學界的未解之謎。

1985年3月，在劉東生、施雅風、李振聲等老一輩科學家的倡議下，黃土與第四紀地質研究室應運而生。

在劉東生的指導下，安芷生帶領從貴陽中國科學院地球化學研究所抽調的8名科研人員來到西安。

於是，西安分院擠出的200平方米辦公樓便成了他們的奮鬥天地。

初來乍到，缺人手、少經費，他們就自己推板車運儀器，並完成安裝、調試直至運行。為了早些做研究，他們一日三餐、白天黑夜都待在實驗室裡。「當時，我們只有『七八條槍』，但大家擰成一股繩，都把實驗室當成自己的家。」

黃土室首批研究者、第二任主任、中科院院士周衛健向《中國科學報》回憶道。短短一年，他們就建立起碳14、穩定同位素、熱釋光、地球化學、沉積學等實驗室。

由於中國黃土的研究優勢，「初出茅廬」的黃土室很快就受到國際關注，並被《自然》雜誌報導。

實驗室瞄準黃土、第四紀地質和全球變化的學科前沿，組織了國際黃土學術研討會。

當年，來自十多個國家的百餘名學者匯聚西安，認識和了解到這個體量不大，但極具特色、辦事高效的研究室，紛紛拋出橄欖枝，尋求合作。

「要造就一流人才，必須與國際一流科學家合作。」安芷生說。

這次國際交流為黃土室的首個跨越發展打下了基礎，也為實驗室今天「三個研究群體」的特殊人才隊伍埋下了伏筆。

同時，它還讓黃土室的學術思想不斷孕育、成長。

在與歐美科學家合作考察過程中，安芷生發現，歐美黃土都是與冰川進退有關的冰緣黃土。

而位於亞洲季風區的中國黃土分布更廣、更厚（達100~200米，甚至更多），與古土壤層相互交替的規律十分明顯，其形成原因與冰川進退並無直接聯繫。

經過幾年探索，1990年，安芷生帶領黃土室系統提出「東亞環境變遷的季風控制論」，闡明黃土高原的黃土—古土壤交替出現是東亞季風氣候變遷的產物，其中黃土與冬季風、古土壤與夏季風緊密相關，並應用季風變化理論系統解釋了東亞湖面變化、沙漠進退、動植物遷徙、雪線林線變化和南海海面溫度變化等環境變化現象。很快，這一理論獲得了全球第四紀地質研究界，乃至大氣科學界的認可。

氣候學家葉篤正評價：「古季風研究非常重要，這對中國以至亞洲的全球變化研究有著重要貢獻。」「該研究將引起學科間的興趣，因為它照亮了東亞氣候與環境變化研究的道路。」美國氣候模擬學家John Kutzbach說。

自此，黃土與季風變遷成為研究中國乃至亞洲第四紀和過去全球變化的一個主題，吸引了眾多國內外科學家的參與。他們重建了黃土高原的氣候歷史，深入研究了東亞季風的歷史與變率，揭示了亞洲季風與青藏高原隆升和全球變化的聯繫，開展了南北半球古氣候對比研究……此時的黃土室已成為國際第四紀研究的一面旗幟。

一路拼搏，黃土室在發展中完成三次跨越：1987年成立中國科學院開放實驗室；1995年建成國家重點實驗室；1999年，在中國科學院實施知識創新一期工程中，升級為研究所——中國科學院地球環境研究所（以下簡稱地環所）。

「黃土是我們的根本，更是我們的特色。此外，湖沼、石筍、樹輪、硨磲——這些跟第四紀有關的載體，我們的研究也都走在前面。」

談起黃土室的發展，現任主任金章東語氣中透出自信，「目前，你很難在全球找到一個研究這麼集中、門類這麼齊全的第四紀與全球變化研究機構。」

目前，黃土室利用多種載體開展的研究很多都處於國際前沿。例如，劉禹團隊在樹輪穩定同位素方面的研究被該領域國際權威Leavitt教授評價為「亞洲最可靠、可與世界其他三大洲樹輪同位素結果比較的曲線」；金章東團隊十餘年如一日堅持對2008年汶川地震後的環境進行監測，是國際上系統評價大地震對地表過程和碳循環深遠影響的範例；韓永明團隊利用瑪珥湖開展的研究為國際「人類世」金釘子選址提供了中國方案；晏宏團隊從南海硨磲化石中獲得日—小時解析度的颱風和寒潮頻發信息，填補了古天氣研究的空白。

「黃土室發展到今天，合作是非常重要的一環。」金章東告訴《中國科學報》，實驗室的一大特色是擁有3個研究群體：立足本實驗室的核心群體；國內科研院校客座學者形成的多學科交叉研究群體；由各國科學家形成的國際合作研究群體。「這些（合作）很重要，只有跟高手一起過招，你才會變得高明。」

如何開拓創新、與時俱進？如何讓旗幟更加鮮豔？2006年，安芷生提出學科發展的「三個轉變」：從區域轉向全球，從自然過程轉向自然與人類相互作用研究，從過去氣候環境變化轉向過去和現在相結合的研究。

中國科學院領導對此給予了高度評價。

以此為基礎，目前黃土室設立了5個研究單元：古環境研究室、現代環境研究室、粉塵與環境研究室、加速器質譜中心、生態環境研究室。

「這5個方向基本上圍繞一條線，把氣候環境變化的過去、現在與未來聯繫在一起，用加速器等工具作為支撐，把相關成果應用到國家和區域可持續發展。」地環所所長、黃土室前主任劉禹介紹說。

論文寫在黃土地

「黃土室的基礎研究不是孤立的，我們一定要把研究成果應用到可持續發展的實踐當中去，要為國家、社會可持續發展服務。」安芷生說。

從誕生之日起，黃土室一直踐行著這個宗旨。

1985年，實驗室在成立短短半年內就完成了兵馬俑年代樣品的測試任務，為兵馬俑考古年代的確定提供了重要的基礎年代數據。

此後，基於黃土穩定碳同位素研究，實驗室發現歷史上黃土高原塬面植被以草地和灌木為主，而非森林，由此提出以自然植被恢復為主、在半乾旱區遏制沙塵暴等建議，受到有關部門高度重視。

近年來，隨著退耕還林草工程和城鎮化的推進，黃土高原不同地質單元出現了塬面破碎、耕地面積不足、局部地區人—糧矛盾突出等現象。

在此背景下，2011年，延安市提出開展治溝造地工程。

陳怡平等認為治溝造地將減少黃土高原的「勢能差」，為治溝造地提出了「科學依據」，研究集體還劃分了黃土高原治溝造地的不同區域和途徑。

此外，研究人員還針對治溝造地後新土壤生產力低的問題開展了專門研究，並篩選了不同的種植技術、品種，提高土地生產力。

同時，他們與陝西土地建設工程集團合作，在土地開發和整治技術的突破方面摘得陝西省科學技術獎一等獎。

此後，周衛健、安芷生等先後組織20多位院士專家進行實地考察，提出「塬區固溝保塬，坡面退耕還林（草），溝壑治溝整地，沙區退林還灌草」的26字黃土高原綜合治理方略，並提議適時將「治溝造地」提升為與「退耕還林還草」並重的黃土高原生態治理重大方針。

在萬眾矚目的「藍天保衛戰」中，黃土室的成績也可圈可點。

2003年，當大多數國人對PM2.5尚無清晰概念時，黃土室建立了PM2.5觀測站。

今天，地環所擁有國內持續時間最長的PM2.5日變化曲線，曾為中科院撰寫PM2.5治理報告，獻策國家可持續發展。

這些基礎研究的支撐作用同樣體現在院地合作中。

2017年，西安市與地環所共建「西安地球環境創新研究院」，致力於大氣汙染、水汙染、生態環境保護等領域的研發工作，為建設「天藍、水清」的西安提供高水平科技支撐。

2018年，生態環境部在大氣汙染防治重點區域汾渭平原地區啟動「一市一策」跟蹤研究，黃土室承擔了西安、鹹陽、寶雞和銅川等4市的駐點跟蹤研究。

通過建立汙染源清單、制定重汙染天氣應急預案以及重點汙染源的精準治理等組合方案，黃土室為4個地市及關中大氣汙染持續改善做出重要貢獻。

當年西安空氣品質改善進入全國前20名，2019年鹹陽空氣品質改善居全國第三名。

「九曲黃河萬裡沙，浪淘風簸自天涯。」劉禹非常喜歡這句意境豪邁的詩。

然而，如今的黃河已然缺乏奔流而下的氣勢。

由於徑流急劇減少，黃河載沙能力從上世紀70年代每年16億噸下降到目前3億噸左右。

黃河天然徑流到底是多少？泥沙為什麼減少？當今黃河在歷史長河中處於什麼位置？人類活動究竟消耗了多少水量？劉禹團隊一直致力於回答這些問題。

今年7月，在發表於美國《國家科學院院刊》的一篇文章中，他們重建了過去500年黃河徑流量變化，發現黃河徑流和泥沙空前減少主要是人類活動導致的，為未來黃河工程建設、沿岸水資源分配以及黃河流域生態保護提供了科學依據。

「資源環境方面的基礎研究成果一定是有用的，只要基礎研究做得好，就能提出有針對性的建議。」安芷生說。

黃土室的目標不僅是將論文寫進國際期刊，更要將論文寫在廣袤的祖國大地上。

人才留在黃土地

35年來，黃土室在國家重點實驗室評估中取得了驕人成就——「七次全優」，成為我國地學領域「七連優」紀錄的兩個保持者之一。

黃土室保持優秀的秘訣是什麼？周衛健回答：首先是人。

實驗室從籌建至今，黃土與第四紀地質研究室首任主任劉東生成為國家最高科技獎得主，先後培養了2位中科院院士、1位工程院院士、16位「傑青」，並為國內外許多高校和科研院所輸送了優秀人才。

黃土室地處西北，在「孔雀東南飛」的大環境下，為了吸引人才，地環所想方設法為人才開設「綠色通道」。

2012年，研究所針對30歲以內的優秀博士生與博士後，直接給予副研究員職位，3年後經過考評，還有升級為研究員的機會。

「這項計劃引進了十多位青年人才，已成為黃土室的中流砥柱。」金章東說。

黃土室的三位副主任晏宏、王雲強和石正國就是通過這一計劃引進的。

其中，「85後」晏宏出任副主任時僅29歲，是當時國內最年輕的國家重點實驗室副主任。

今年8月，晏宏剛通過國家「傑青」答辯，可能成為今年該項目最年輕的受資助者。

晏宏到地環所工作已有8年，在他看來，能夠在這個「國內最適合做研究」的地方工作，是人生一大幸事。

「在這裡，有良師益友不斷拓寬研究深度和廣度，能夠與全世界頂尖的科學家交流合作，參與承擔重要的項目。我肯定是選對了地方。」他希望自己也能創造一個具有同樣國際學術氛圍的研究團隊，影響更多的人。

王雲強喜歡地環所「以能力論英雄，不以關係論英雄」的學術風氣。

2012年到地環所競聘時，儘管沒有任何熟人，他依然感受到考核過程的公平。

「只要你努力，就會得到應有的重視。」

王雲強所在的生態環境研究室是黃土室最年輕的學科方向，正在圍繞地球關鍵帶科學開展研究，聚焦黃土高原關鍵帶生態環境監測。

經過近10年發展，該方向建成的洛川站和秦嶺站已入選中國科學院野外臺站系列。

他希望進一步完善實驗平臺，把研究做得更加深入。

「一個人可以很快成長，一個團隊可以走得很遠，但一個學科才是真正的永恆。」王雲強說。

「善於發現年輕人、培養年輕人、重用年輕人，給年輕人提供實現理想和價值的舞臺。」

黃土室副主任韓永明認為這是地環所能夠吸引人才、留住人才的一貫優勢,「真正想做科研或者對科學感興趣的人，還是願意留下來的」。

35年前，安芷生、周衛健等老一輩科學家紮根黃土地，無問歸期；今天，黃土室的青年科學家逆風飛翔，成為新一代西北人。

「相比35年前，今天的黃土室要人有人，要項目有項目，要平臺有平臺，整個實驗室『武裝到牙齒』。年輕人有拼勁、有闖勁，比我們那個時候思想更活躍、更有追求。」劉禹說。

在他看來，這樣的黃土室將持續奮發圖強，不斷創新有為。

2019年4月，中國科學院第四紀科學與全球變化卓越創新中心在地環所揭牌，這給黃土室的發展帶來了新的契機。

「氣候變化、環境問題所帶來的影響，將來必然會成為一個國家要解決的重頭戲。研究氣候環境變化規律，克服不確定性的影響，預測它的發展趨勢非常必要。我相信我們能做一些工作，我對卓越中心的發展充滿信心。」安芷生說。

實驗室小故事

「優秀生」的如履薄冰

作者 | 馮麗妃

黃土室的成績欄裡寫滿「優秀」，但它的座右銘卻是「如履薄冰、奮發圖強」。

在安芷生看來，這並不矛盾，並且在實驗室發展的不同時期，它有著不同的內涵。

一開始，如履薄冰是一種生存壓力。對於一個地處中西部的實驗室來說，它意味著無時不在的緊迫感。

黃土室剛成立時，一些人曾覺得它缺人、少經費，沒什麼希望。

「我們一直都有危機感。」安芷生說，「西部研究所沒有時間也沒有能力去跟別人拉關係，只能靠努力工作來提升自己。」

這時，如履薄冰就成了奮發向上的動力。

為了實現目標，大家以室為家，沒日沒夜地幹。

一次，周衛健和張景昭被派到塘沽港提取一個急需的儀器設備，當時靠港船隻很多，為了搶在黃土國際會議前出實驗數據，她們跑到港口管理辦公室再三央求調貨，最終感動了港口領導，給予了優先。

在這股衝勁下，實驗室很快建成，接著開始組織國際會議，獲批開放實驗室，並在國務院學位委員會爭取到了碩士點、博士點，於1990—1996年在科學出版社出版了四集「黃土·第四紀地質·全球變化」論文集，在國內同行中引起重大反響。

此後又獲評國家重點實驗室，發展為地環所。「你們不要埋怨，不要怕吃虧，堅持戰鬥在西部，勝利一定是屬於你們的。」安芷生時常對年輕人說。

今天，如履薄冰，對黃土室更多人來說，意味著持之以恆、不懈怠。

自2017年1月上任地環所所長以來，劉禹總是每天早上7點左右到所，晚上11點回去，天天如此，即使大年初一也沒給自己放過假。

當所長前，他頭髮是黑的，才3年頭髮已經花白。他從未放下自己的樹輪研究，白天忙行政管理，晚上做研究。

不只是劉禹，周末晚上的地環所，大家挑燈夜戰是家常便飯。

對於新一代黃土室人來說，如履薄冰，意味著朝著新目標「擼起袖子加油幹」。

「一個奮進的實驗室，永遠不會滿足現狀，永遠都是精益求精。」王雲強說，黃土室每個人的願景都非常明確：讓這個國家重點實驗室成為全球環境變化研究的一個高地，所以每個人都在努力把工作做到極致。

未來，如履薄冰對於黃土室來說，就是要「把紅旗扛到底」。

「一個人取得一個成績，一個研究所取得一個成績，這很容易。但你要一輩子取得成功，要永遠『把紅旗扛到底』，這不是一件簡單的事情。」金章東說。

如履薄冰，奮發圖強。黃土室將在「黃土精神」洗禮下，砥礪前行，有創新、有作為。

黃土與第四紀地質國家重點實驗室簡介

中國科學院黃土與第四紀地質研究室成立於1985年，位於陝西西安，歷經三次跨越。

1987年被批准為開放實驗室，1995年通過國家重點實驗室驗收，1999年以實驗室為基礎成立的中國科學院地球環境研究所，亦是其如今的依託單位。

實驗室歷來重視科研能力建設，圍繞環境變化「過去—現在—未來」這條主線，在年代學、理化指標分析、計算機數值模擬等方面建成了具有綜合優勢的分析測試系統，並擁有亞洲最大的大陸環境巖芯庫。

遵循「開放、流動、聯合、競爭」的原則，形成了「本室核心研究隊伍+國內一流團隊+國際頂尖學者」三個研究群體，支撐創新，服務發展。

研究室始終站在地學前沿，提出「東亞環境變遷的季風控制論」、「亞洲季風—乾旱環境系統」、「南北半球古氣候相互作用」等理論或概念，開闢第四紀科學與全球變化相融合的新研究方向，持續產出對全球變化和地球系統科學發展有深遠影響的原創成果，先後在Nature、Science及其子刊、PNAS上發表論文62篇，獲1項中國科學十大進展，6項國家自然科學獎二等獎和多項國際學術獎，引領亞洲過去全球變化研究，在國際上產生巨大影響。

實驗室還高度重視原創成果產出與國家戰略需求相結合，發揮科技智庫作用，向中央和地方政府提交諮詢報告，涉及大氣環境汙染防治、氣候趨勢預測、區域生態環境治理和可持續發展對策等，為制定西部生態環境建設和修復戰略做出了突出貢獻。

在歷任實驗室主任的領導下，實驗室成為蜚聲海內外的第四紀科學研究機構，在1989年至今的國家實驗室評估中，連續七次獲得優秀，並榮獲科技部「國家重點實驗室計劃先進集體」稱號。

(黃土與第四紀地質國家重點實驗室供圖)

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《中國科學報》 (2020-11-05 第4版 聚焦)

編輯 | 趙路

排版 | 郭剛

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