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陳效逑:四十載物候情緣

劉婉茹    2019年06月18日

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  編者按:陳效逑,現任北京大學城市與環境學院二級教授。1994年在德國法蘭克福大學地球科學系獲博士學位,主要從事植物物候學和全球氣候變化方面的研究,現任國際生物氣象學會物候學委員會副主席。發表學術論文70余篇,出版英文、德文和中文專著各1部,高等學校教材3部。1996 獲北京市優秀圖書三等獎;1997年獲北京市科技進步獎三等獎;2004年獲第十屆北京大學“十佳教師”稱號;2005年獲北京大學優秀博士后獎和北京大學教學成果一等獎;2007年主講的“自然地理學”被評為北京市精品課程;2008年編著的《自然地理學原理》被評為北京高等教育精品教材;2009年主講的“自然地理學”被評為國家級精品課程,并獲得北京市高等學校教學名師獎;2015年獲得北京大學唐立新獎教金教學名師獎;2018年獲得北京市高等教育教學成果獎二等獎。

  1996年9月加入民建,2006-2012年擔任中國民主建國會北京大學支部主委,2012年至今擔任民建北京大學委員會主委,現任第四屆國家特邀國土資源監察專員,中國民主建國會第十一屆中央委員會經濟委員會副主任。2009年參加民建中央《加快節能減排促進可持續發展》大考察調研課題,并作為執筆人起草了調研報告,該調研報告獲得時任國務院總理溫家寶批示。2003年被評為民建北京市委調研工作優秀會員,2015年被評為2012-2014年度民建北京市委優秀會員。
陳效逑:四十載物候情緣

  在世界上,物候知識的起源以中國為最早。在兩千多年以前,中國古代人民就把一年冷暖干濕的變化分為二十四節氣,把在冷暖干濕變化影響下所出現的自然現象分為七十二候。這些都反映了早期物候知識的積累和傳播。

  “花深葉暗耀明日,日暖眾鳥皆嚶鳴”,“颯颯西風滿院栽,蕊寒香冷蝶難來”,“夏至無雨三伏熱,處暑難得十日陰”,從古至今,無論是詩人、學者還是平民百姓都在運用關于物候的詩詞和諺語,抒發著對于生活的感悟。

  陳效逑認為,“身處于大自然之中,觀察和體驗生命的季節律動”是物候學研究區別于其他研究的獨特魅力。從溫帶到亞熱帶和熱帶,從平原到山地和高原,從森林到草原......陳效逑的物候學研究覆蓋了大半個中國。投身物候學研究四十載,他始終如一地堅持著物候觀測,用心發現著自然界的節律和美感,感受著世事的變遷。一年一歲,隨著花開花落、葉綠葉黃,他追尋著大自然季節的蹤跡,“捕變幻于瞬時,懷永恒于心間”。如今的陳效逑已邁進了耳順之年,他與物候的40年情緣,春夏秋冬的花草樹木皆可見證。

  興趣使然,走近物候

  1977年,中斷了10年的中國高考制度得以恢復。在國家恢復高考的第二年,陳效逑考入了北京師范學院(現首都師范大學),步入了地理學的殿堂。

2004年在內蒙古巴彥胡碩測量羊草葉片光合速率

  在陳效逑的印象中,高考制度的恢復讓沉寂了10年的大學校園回歸了往日的活力,教師和學生對于教學和學習都充滿了熱情。因為喜歡植物,入學后不久,他便閱讀了竺可楨和宛敏渭先生撰寫的《物候學》一書,并對物候觀測與研究產生了強烈的興趣。于是,他利用業余時間參加了物候觀測小組,時常與老師、同學們一起在校園里觀察植物的萌芽、開花、展葉、果實成熟、葉變秋色和落葉。

  竺可楨一直是陳效逑所敬佩的前輩。如今,陳效逑仍能對竺可楨生前的一些事跡娓娓道來,“竺可楨先生自從來到北京一直到去世的前一年,都在堅持物候觀測。當時,先生的家住在北海公園附近,每天早晨他都要穿過北海公園觀測物候,然后才去上班,對于物候學的堅守與執著,在他的身上得到了完美體現”。這些事跡潛移默化地影響著青年時代的陳效逑,并激勵著他堅持不懈地投身于物候學研究中。在陳效逑看來,物候學研究不僅十分有趣,而且對地理學研究有著獨特的意義。“地理學最講究綜合,那么,什么指標能夠體現自然環境的綜合特征呢?其實,生物就是自然環境的綜合指示器,生物適應一個地方的光、熱、水、土、氣等環境條件才能生存和繁衍,而生物的物候變化則是自然環境季節變化的綜合指示器。物候是大自然的語言,我們捕捉到大自然的語言就等于抓住了它的本質特征。” 

  以前輩的榜樣為指引,以對物候學研究的重要性認識為動力,陳效逑在導師楊國棟教授的指導下,從1979年開始在北京植物園開展物候觀測,已堅持觀測30多年。“春雪滿空來,觸處似花開。不知園里樹,若個是真梅。”至今,他仍記得在一個雪后的晴日,和老師一起去觀察臘梅開花的情景。雪罩花蕾的美感激發了他對于物候現象的好奇心,讓他記憶猶新。通過細心的觀察和探索,陳效逑在大學二年級時就與導師合作發表了第一篇學術論文《北京地區物候季節的初步研究》。

  陳效逑對于物候觀測的堅持與熱愛,老師們都贊賞有加。楊國棟教授曾賦詩一首這樣鼓勵他:“相約看物候,效逑最認真。春驚紅爛漫,夏喜綠深沉。細察山水性,窮追草木心。投身大自然,奧秘任搜尋。”這無疑是對他巨大的鞭策,并堅定了他在物候學研究中不斷開拓進取的決心。

  大學本科畢業后,因學習成績優異且具有從事科學研究的潛質,陳效逑被留在本校任教。在之后的8年中,他多次帶領學生登華山、入關中、訪蓉城、渡三峽,進行歷時3個星期的自然地理野外實習,這讓他體驗到與學生親如手足,共同探索大自然奧秘的無限樂趣。在此期間,他還參與組建了北京地區物候觀測網,獲得了豐富的第一手物候數據,并與導師合作發表了10余篇論文。

  1990年10月,陳效逑受國家公派到德國中央氣象局進行訪問交流,繼續進行物候學研究。德國具有全世界站點最稠密的物候觀測網,各類物候資料充足,這為他走向物候學領域的學術前沿,提供了十分難得的機遇。在這一年中,陳效逑主持了兩項氣象局的科研項目,為了更好地完成科研任務,他聯系了法蘭克福大學地學系的兩位教授,并順利考取了法蘭克福大學的博士研究生。其博士論文經同行專家的嚴格審查,作為《德國氣象局叢書》第189卷于1994年正式出版,被德國學術界認為是第二次世界大戰之后物候學方面的重要文獻。

  1994年12月,陳效逑回到了祖國。次年4月他來到了北京大學,從事植物物候與氣候變化的博士后研究工作。在這段期間,他參與了1979—1987年北京地區物候觀測資料的系統整理工作,編輯完成了16部物候日歷,并于1995年與楊國棟教授合作出版了《北京地區的物候日歷及其應用》一書,該成果獲得了1995年版北京市新聞出版局優秀圖書獎三等獎和1997年度北京市科技進步獎三等獎。1997年3月,陳效逑留校任教,開始了在北京大學的科研與教學生涯。

  縱貫南北、跨越經緯的物候學研究

  “興趣”“堅持”“習慣”是陳效逑從事物候學研究不同階段的動力。他對于物候學的研究傾盡心力,真正達到了“讀萬卷書、行萬里路”的境界。從北方到南方,從內蒙古到青藏高原,從樹木到草本,從個體到景觀,多年來,他堅持植物物候學、氣候變化與植被動態等方向的研究,取得了一系列科研成果。

  在北京大學從事科研工作以來,陳效逑立足于從自然地理學的視角,針對植物開花、展葉、果實成熟、葉變秋色和落葉的發生時間及其影響因素,開展區域物候學的研究。在植物物候學基礎理論研究方面,他的團隊通過不斷探索,揭示了物候現象發生的順序相關節律、準年周期節律和多年波動節律及其與氣溫節律性變化的關系,從而深化了對物候現象發生時間的基本規律及其環境機制的認識。在植物物候季節劃分研究中,他們提出了頻率分布型法和累積頻率擬合法,進行溫帶和亞熱帶植物群落的物候季節劃分,彌補了物候季節劃分局限于單種植物物候期的不足。在遙感物候研究中,提出基于植物群落物候期頻率特征與遙感植被指數相結合的物候提取方法,實現了由點及面地確定區域植被生長季節及其對氣候變化的響應。陳效逑認為,“在獲得了系統的物候數據之后,下個階段的主要任務就是物候期的過程模擬與預測。”到目前為止,他的團隊已經針對中國北方溫帶和東部亞熱帶-熱帶地區的樹木開展了基于溫度的春季物候過程模擬和預測研究,揭示了溫帶和亞熱帶—熱帶春季樹木物候對氣候波動響應的不同機制;構建了基于溫度和水分條件的內蒙古和青藏高原草本植物返青期的物候過程模型,揭示出草原返青對溫度和水分耦合響應的區域差異及其成因。進而,將對植物個體展葉期的小尺度模擬與大尺度遙感物候的過程模擬打通,通過兩種不同數據過程模擬的模型結構與參數比較,評價遙感物候提取的有效性,并預測了未來幾十年我國北方落葉闊葉林展葉期的變化趨勢。

  目前,陳效逑團隊將主攻方向集中在秋季物候的影響因子分析和過程模擬方面。近期,他們提出了一種基于光周期和低溫耦合預測葉片衰老的全新過程模型,大大簡化了前人的光周期和低溫耦合模型。新模型將光周期和低溫作為葉片衰老的獨立條件,當二者之一達到閾值時,葉衰老過程即可啟動,而葉片的衰老速率則由光周期與日最低氣溫乘積的指數函數予以描述。該模型在反映葉衰老生理生態機理的真實性、模擬與預測的準確性和模型結構的普適性方面均優于現存的模型,具有顯著的理論和方法創新。模擬結果表明,在夏季光周期較長的北方,葉衰老過程主要由氣溫的降低啟動,而在夏季光周期較短的南方,葉衰老過程主要由光周期的縮短啟動,這一結果得到了大量野外和室內實驗的支持,相關成果即將發表在《農業與森林氣象學》雜志上。

  此外,他們在2018年的《全球變化生物學》上發表了一篇關于中國北方樹木秋季葉變色影響因子的論文。“以往的研究表明,樹木葉變色主要由秋季短期而快速的溫度降低所決定,因為低溫會限制光合作用和葉綠素的生產,使葉綠素水平降低,這樣,類胡蘿卜素便逐漸顯現出來,從而導致葉片由綠變黃。”然而,陳效逑團隊卻發現:樹木葉變色期的發生時間不僅與葉變色發生之前一段時期的秋季溫度呈正相關,還與整個綠葉期間的均溫呈負相關,其機理是樹木葉片從展葉到衰老也需要一定的積溫。因此,綠葉期溫度越高,葉片代謝和衰老速率越快,便會較早地進入葉變色期;反之,綠葉期溫度越低,葉片代謝和衰老速率越慢,便會較晚地進入葉變色期。此外,綠葉期溫度還可以抵消秋季低溫對葉變色的影響,即一旦較高的綠葉期溫度已經加速了葉片的衰老,則需要較少的秋季低溫刺激便可引起葉變色的發生。在這一發現的基礎上,陳效逑團隊根據綠葉期溫度和降水量對葉變色的影響,改進了前人基于光周期和秋季溫度耦合的過程模型。該成果已經發表在《生態模型》雜志上。

2018年在墨爾本與物候學委員會主席Marie Keatley教授(左)、副主席Mark Schwartz教授(中)合影

  作為30多年來從事植物物候觀測與研究的階段性總結,陳效逑的新著《植物物候的時空過程:模擬和預測》于2017年由德國施普林格(Springer)出版社出版。該書從地理學的視角闡述了植物物候現象的基本規律和植物物候時空序列模擬與預測的方法及其應用。

  由于在物候學研究中所取得的突出成就和良好的國際聲望,陳效逑在2005年就當選了國際生物氣象學會執行理事和物候學委員會主席,近10年來一直擔任物候學委員會副主席。

  探究不輟、耕耘不倦

  盡管在他人看來,陳效逑的科研之路順風順水,但他也曾度過了一段在科研生涯中的艱難時期。

  在德國留學期間,他面臨的最大問題就是語言障礙,而博士論文要求用德文撰寫,這對于只學習了7個月德文的他來說,無疑是巨大的挑戰。由于在20世紀90年代,國內的計算機還不是很普及,而在德國進行物候學的相關研究,從數據處理、繪圖到論文寫作,都要在計算機上進行,每前進一步,都面臨著重重的困難。

  為了攻克語言難關,陳效逑結交了很多德國朋友,每天都與他們交流思想并時常與他們一起踢足球,語言水平有了很大的提升,最終,以螞蟻啃骨頭的干勁,順利撰寫完成博士論文,并以優異成績通過了答辯。最令陳效逑感動的是,在他博士答辯的那天,除了導師和答辯教授之外,他在德國氣象局和居住小城的20多位德國朋友都從各地趕來旁聽,還為他的答辯會做了全程的錄像,如今,這盒錄像帶已經成了他永遠的珍藏。

  回顧過去30多年的教師生涯,陳效逑最深的感觸是寶貴的時光沒有虛度。他曾認真研究了十幾種歐美的《自然地理學》教材,通過精心鉆研本科教學,逐步摸索出了“自然地理學”課程的全新教學模式,一改過去幾十年該課程按照自然地理要素分別敘述、平行地羅列知識的講授模式,運用系統論的思想,將地球表層系統的大氣圈、水圈、巖石圈、土壤圈、生物圈、人類圈加以貫通。在新教學體系指導下的課堂教學贏得了本院和其他院系學生的普遍喜愛,如今這門課程已經獲得了“北京市精品課程”和“國家級精品課程”的稱號。2009年,陳效逑還獲得了北京市高等學校教學名師獎。

  春華秋實,在物候學研究領域風風雨雨四十載,陳效逑從未忘記自己的理想與初衷。2018年1月,在60歲生日之際,他寫下這樣的詩句:“讀書立論為求真,功利人間不染塵。獨往獨來憑興趣,自由自在品清純。寧拙毋巧操心智,破舊開新探果因。學問從來需盡力,梅香濃郁苦寒尋。”將他人生的點滴心得都凝萃在了這首七律詩中。

  “一生執著,不為名利”,陳效逑的科研人生還在續寫著新的篇章。辦公室里懸掛著的物候鐘二十年如一日地運轉著,就如同陳效逑對于物候研究的熱情,絲毫未褪、歷久彌新。

  (來源:科學中國人2019年1期)

責任編輯:劉海梅

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