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  实验地理学与地理工程学的30年(作者:唐登银)  
          2010-06-21    【关闭】  
 

作者:唐登银*

30年前,“科学的春天”降临之际,地理所水文室蒸发组和抑制蒸发组的人员,在黄秉维、刘昌明、左大康的支持下,在所、研究室的领导下,建立了中国科学院禹城综合试验站。建站宗旨非常明确:一是为解决黄淮海平原的旱涝盐碱威胁,为提高作物产量做贡献;二是开展蒸发、水量平衡、能量平衡、盐分运移、水—盐作物关系的试验研究。简言之,就是要奉献农业和发展学科。

禹城站发展学科,是以长期定位实验为基础,目的是深化对地理过程的认识,提升地理学的理论水平。禹城站以黄淮海平原鲁西北引黄灌区为研究区域,以土壤-作物-大气连续体为研究对象,以田间试验为主要研究方法,以由实验获取的第一手资料为主要依据,定点研究陆地表层系统的能量流、物质流以及环境-作物相互关系的规律,提出高水平的科研论文,提供认识黄淮海平原本质的知识。与此同时,禹城站的工作立足于站点,又面向区域,面向全国。为此,进行模型研究,以试验数据为基础,建立自己的模型,或者检验他人的模型,为大面积运用提供更加有效的手段。

禹城站的试验研究对于传统地理学工作是创新之举。传统地理学的研究对象是一定区域,研究的空间尺度一般偏于宏观,主要方法是考察和制图,研究内容主要是区域分异规律,成果表达的主要形式是区域分析报告及建议等。禹城站的工作是以点为重心,研究的空间尺度一般是微观或田间尺度,主要方法是实验,研究内容主要是陆地表层系统的物理过程、化学过程和生物过程的规律,成果表现是以比较深刻揭示自然过程规律的论文为主要形式。两者相较看出,禹城站的工作是沿着一种新的方向前进,就是实验地理学的方向。禹城站的30年是实验地理学的30年。

实验地理学的建立和发展推动自然地理学的发展。自然地理学引入了实验概念,因此也具有了现代自然学科都有其实验分支学科的一般特征,实现了实验、考察、制图多种方法的结合。借助物理、化学、生物学等多方向开展实验研究,依靠实验而获得第一手材料,自然地理学研究由此实现从单纯定性走向定量定性相结合。站点工作的开展,令自然地理学的视角更加全面,实现了宏观与微观的结合。站点工作对于自然地理过程的研究有所深入,弥补了传统地理学单纯注重区域分异规律的不足,实现了空间分异和过程研究两大主题的结合。实验地理学是对传统地理学的突破和补充,实验地理学工作促进了地理学科学水平的提高,也提升了自然地理学解决实际问题的能力。

禹城站实验地理的研究工作取得了巨大成绩。禹城站研究内容广泛,涵盖了农田生态系统和农牧生态系统物质迁移和能量转换的许多方面,提供了农田生态系统的知识,包括农田热量平衡、水量平衡、盐分平衡、作物-水分、盐分、养分关系,作物生产力等。禹城站研究工作起点较高,跟踪国际科学发展动态,不回避困难,知难而进,敢于面对盲点难点,在一些领域取得了具国内外领先水平的科学成果,例如陆面蒸发和水面蒸发、作物(包括牧草)需水耗水、非饱和带土壤水分运移、热红外实验遥感等。禹城站开展实验地理研究时,时刻关注当地旱涝盐碱风沙等攸关民生的农业和环境问题,紧密联系生产实践开展实验研究,对灌溉、节水、改碱、增产、节肥进行了许多试验,为农业技术提供了支持。禹城站把实验方法学放在重要位置,布设了一批野外试验场,如水面蒸发场、养分观测场、水平衡试验场、水肥耦合试验场、遥感试验场等,研制了先进适用高效的仪器设备,如大型称重蒸发渗漏仪、中子水分测定仪、波文比蒸发测定仪、水碳涡度相关测定装置、比辐射测定装置等。

禹城站奉献农业,其核心是重视应用开发,其科研成果不仅写在纸上,而且写在大地上;其要义是主动面对农业生产实际,开展地理过程和人工措施的实验,寻求解决农业生产问题的答案,提供农业发展的试验示范样板,推动县域、省域和更大区域的农业发展。

禹城站的应用开发研究对于传统地理学的相应工作是一次大踏步的超越。传统地理学提供书面(或电子)文件,提出咨询和建议,有时以区域或项目规划的形式提供决策者参考。禹城站的应用开发工作提供农业技术和发展管理模式,建立实验示范样板,直接带动农业发展。地理学家深入实际,面对农民,以技术和模式指导农业生产是地理学家工作的一种新样式。这种工作样式实质上已进入工程学的框架,这样的工作应是地理工程学的范畴,30年来禹城站的应用开发工作可以概括为地理工程学的内容。

地理工程学必然应对自然地理学产生深刻的影响。传统地理学的区域研究十分重要,甚至是地理学工作的主要方面,可以对国民经济发挥重要作用,但面对微观实际问题明显乏力,工作内容基本上不涉及工程层面。地理工程学工作主动参与自然条件的优化,在田块上促进农业增产增收,这意味着自然地理学增添了一支新军,一个在工程层面的分支。纵观自然科学学科的分类及其演进,一般学科都有工程层面的分支,例如,化学—化学工程,生物学—生物工程,遗传学—遗传工程,电子学—电子工程,环境科学—环境工程等等,而物理学及其分支派生的工程层面的分支科学就不胜枚举了。地理工程学的发展,令地理学具备了现代自然科学应当具有工程层面分支学科的特征。

地理工程学在禹城站收获颇丰。30年来,禹城站产出了一系列农业技术和模式。20世纪80年代初,提出了治理盐碱地的井(打井)、沟(灌排沟渠)、平(平整土地)、肥(肥沃土壤)、路(修建道路)、林(防护林)、改(作物改制)的综合配套技术。80年代中期,发展了三种洼地类型(重盐碱、渍涝、风沙)的中低产田治理开发技术。80年代末,提出了农牧结合配套技术体系。90年代,提出了农业可持续发展和资源节约型高产高效农业的综合技术。进入21世纪,又提出了节能、节水、节药、节肥、网络信息化的“四节一网”高产高效现代农业配套技术。通过地理工程学的工作,禹城农业自然条件发生了根本改变,农业生产有了翻天覆地的变化,贫穷落后大大改观。与此同时,研发的农业技术和生产模式,被称为“禹城经验”,在山东省、华北平原乃至全国产生了深刻影响。

对于禹城站的30年作出以上回顾的同时,自然不会也不能忘记实验地理学与地理工程学工作的开拓与实践源自于黄秉维院士。

——20世纪50年代,黄先生深感地理学发展滞后,地理科学成果仍停留于定性描述,科学水平不高,面对实际问题常常缺乏能力。黄先生以巨大的勇气、广阔的视野、超前的思维提出了一系列发展和改革地理学的思考,这其中包括:地理学要为农业服务,要直接解决农业生产实际问题;引入数理化、生物等学科知识和新技术,开展地表实验研究;深入研究陆地表层系统的物理过程、化学过程、生物过程,研究地表能量转换物质迁移的规律性;倡导在地理所开展水热平衡、化学地理和生物地理群落的三个自然地理研究新方向。

幸运的,我1959年进入地理所,正好赶上黄秉维革新地理学思想提出的时候,其后一直在黄先生指导下工作,参与他倡导的自然地理学新方向的实践和探索,这其中包括山东德州、河北石家庄的水分、能量平衡实验工作以及土面增温剂的研制和应用工作。时间进入到1979年,是我进入地理所工作后的20年,正好赶上文革结束百废待举之时,禹城站就此起航。禹城站的30年,是黄先生学术思想的一次长期全面的实践,是黄先生革新地理学实践的继续和发展。

30年的坚持已经过去。更艰难的科学问题有待攻克,更复杂的生产问题有待解决。与英国罗恩斯特(农业)实验站超过160年,美国耶鲁大学(森林)实验站已近100年相比,禹城站正处于青年时期,沿着实验地理学和地理工程学的方向,一定能为发展学科和奉献农业做出更大的贡献。我们应当对禹城站的未来充满信心。

(原文刊于《科学时报》 (2009-11-17 A3 专题),此次发表稍有改动。)



*唐登银(1938—),1959年至退休在所。研究员。