于德萍

氮循環(huán)是地球物質(zhì)循環(huán)的重要組成部分。全球每年通過人類活動新增的“活性”氮導(dǎo)致全球氮循環(huán)嚴(yán)重失衡，并引起陸地和水體生態(tài)系統(tǒng)的富營養(yǎng)化、酸化和溫室氣體排放等一系列生態(tài)和環(huán)境問題。20世紀(jì)70年代國際科學(xué)聯(lián)合會環(huán)境問題科學(xué)委員會將全球氮超載作為一個潛在的環(huán)境問題和化學(xué)“定時炸彈”提出后，人類開始對地球各類生態(tài)系統(tǒng)中的氮循環(huán)進(jìn)行廣泛而深入的研究。

方運(yùn)霆，中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所副所長、研究員。近20年來，他一直從事陸地生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)及其對全球變化響應(yīng)的研究，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)圍繞國家生態(tài)安全和地方重大需求，打造國內(nèi)外一流水平的穩(wěn)定同位素技術(shù)研究和應(yīng)用平臺，系統(tǒng)研究碳氮水循環(huán)的關(guān)鍵過程對人類活動干擾和全球變化的響應(yīng)與反饋，揭示干擾和環(huán)境因素的驅(qū)動機(jī)制，為提升生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，提高農(nóng)田地力和養(yǎng)分利用效率，尋求陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯提升途徑等重大關(guān)鍵問題解決提供科學(xué)依據(jù)、政策咨詢和技術(shù)支持。方運(yùn)霆獲得的諸多科研成果在國內(nèi)外產(chǎn)生了廣泛的影響。

在適應(yīng)中找尋方向

方運(yùn)霆在祖國各地的多個野外站開展過許多工作。華南植物園、廣東鼎湖山、內(nèi)蒙古大草原、吉林長白山……這些都是令人心馳神往、放松身心的好去處。他無暇欣賞青山秀色，野外站的實(shí)驗(yàn)研究比旖旎風(fēng)景更具吸引力。一路走來，方運(yùn)霆先后建立了森林野外模擬氮沉降平臺、森林生態(tài)系統(tǒng)尺度上15N示蹤網(wǎng)絡(luò)、森林原位增溫實(shí)驗(yàn)平臺等。不同地域有不同的氣候條件，不管炎熱或寒冷，他都能很好適應(yīng)。做生態(tài)科學(xué)研究，適應(yīng)環(huán)境是一種能力，或許在農(nóng)村出生、成長，良好的適應(yīng)力已成為方運(yùn)霆刻入骨子里的基因。

方運(yùn)霆出生在江西一個秀美的村莊，對大自然有天然的親近感。正因如此，當(dāng)年高考被調(diào)劑到江西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)專業(yè)時，他心里也并未有太大失落?！皩W(xué)林學(xué)專業(yè)，似乎對出身農(nóng)家的我來說也是一個不錯的選擇，因?yàn)閷W(xué)一些森林經(jīng)營和管理上的知識技能，將來如果沒別的出路至少可以回鄉(xiāng)為家鄉(xiāng)建設(shè)做點(diǎn)事情?！彼睦镞@樣想。

方運(yùn)霆的適應(yīng)力很強(qiáng)，梳理他的求學(xué)科研歷程，就印證了這點(diǎn)，因?yàn)椴还苡龅胶畏N情況，他總能做出與當(dāng)時情境相適應(yīng)的選擇。

方運(yùn)霆1995年上大學(xué)。畢業(yè)時沒趕上工作分配，卻趕上了考研熱潮，繼續(xù)深造成了莘莘學(xué)子的更高追求。方運(yùn)霆加入了考研隊(duì)伍。在校時，所學(xué)課程多與森林培育和造林相關(guān)，但臨近畢業(yè)，國家的林業(yè)政策發(fā)生了變化，森林功能從以木材生產(chǎn)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐陨鷳B(tài)服務(wù)為主，森林生態(tài)學(xué)成了一個重要學(xué)科。在此背景下，方運(yùn)霆報考了中國科學(xué)院華南植物園森林生態(tài)學(xué)方向的碩士研究生，并順利被錄取。

華南植物園雖地處廣州，但因?qū)熌餮芯繂T常年在遠(yuǎn)離市區(qū)的鼎湖山站開展工作，所以大部分時間方運(yùn)霆也跟隨導(dǎo)師在那里。那是一段非常自由的求學(xué)時光，在導(dǎo)師的支持和鼓勵下，方運(yùn)霆不斷尋找著自己感興趣的方向。

1997年12月，《京都議定書》在日本京都通過，它的簽署是為了人類免受氣候變暖的威脅。2005年2月16日，《京都議定書》正式生效。這是人類歷史上首次以法規(guī)的形式限制溫室氣體排放。為促進(jìn)各國完成溫室氣體減排目標(biāo)，議定書允許采取4種減排方式，其中一種是：以“凈排放量”計(jì)算溫室氣體排放量，即從本國實(shí)際排放量中扣除森林所吸收的二氧化碳的數(shù)量。

這條減排政策引起了方運(yùn)霆的注意，在國內(nèi)還沒有多少人做相關(guān)研究的情況下，他的碩士論文研究隨著生長、恢復(fù)或演替，森林生態(tài)系統(tǒng)吸收二氧化碳潛力和速率等問題。在當(dāng)下提出實(shí)現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”雙碳目標(biāo)成為中國應(yīng)對全球氣候變化國策的背景下，方運(yùn)霆是國內(nèi)較早接觸相關(guān)研究課題的科研工作者之一。

廣東珠三角區(qū)域城市快速發(fā)展，工業(yè)、汽車尾氣排放和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)集約化加劇了大氣氮污染。在此背景下，在華南植物園繼續(xù)攻博的方運(yùn)霆從2003年開始轉(zhuǎn)向研究氮沉降如何影響區(qū)域森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能。

鼎湖山處于珠三角地區(qū)的下風(fēng)口，是研究氮沉降的絕佳地點(diǎn)。從布置森林氮添加的模擬控制實(shí)驗(yàn)開始，方運(yùn)霆針對氮循環(huán)開展的一系列研究由此起步。

如今，20年過去，方運(yùn)霆讀博期間參與搭建的野外平臺仍在發(fā)揮作用，而他早已是懷抱夢想出國深造又懷抱所學(xué)到沈陽施展抱負(fù)的一名資深科研人員。從南方熱土到遼闊北方工作，在持續(xù)探索中，他研究的深度與廣度也在不斷拓展。

逐夢路上恩師指引

一個人的成長離不開老師的指導(dǎo)、教誨、提攜與幫助。“郭靖有9個老師，我比郭靖的少，但也有6位?！闭勑﹂g，方運(yùn)霆語氣中透露的是對老師的感恩。

莫江明研究員是方運(yùn)霆的碩士研究生導(dǎo)師，是他帶領(lǐng)方運(yùn)霆走上了科研之路。華南植物所（現(xiàn)為華南植物園）副所長周國逸研究員是他的博士導(dǎo)師，尤其在后續(xù)的學(xué)術(shù)生涯里，周老師的幫助讓方運(yùn)霆受益匪淺。還有丹麥哥本哈根大學(xué)皮爾·剛德森教授（Per?Gundersen），日本東京農(nóng)工大學(xué)的兩位博士后導(dǎo)師楊宗興教授（Muneoki?Yoh）和木庭啓介教授（Keisuke?Koba），及長期合作的美國紐約州立大學(xué)的朱偉興教授，他們都對方運(yùn)霆的科研成長提供了極大的幫助。

方運(yùn)霆2006年博士畢業(yè)后留所做了1年的助理研究員，2007年作為訪問學(xué)者在丹麥哥本哈根大學(xué)訪學(xué)1年。那是一段歲月靜好的時光，他大量研讀了研究生階段沒來得及涉獵的文獻(xiàn)，對博士期間獲取的數(shù)據(jù)有了更深入、全面的認(rèn)識。在導(dǎo)師皮爾·剛德森教授的指導(dǎo)下，方運(yùn)霆將博士期間的研究成果進(jìn)行整理，發(fā)表了3篇不錯的《科學(xué)引文索引》（SCI）論文。通過接觸外國的科學(xué)家，方運(yùn)霆的科研態(tài)度、學(xué)術(shù)思想都有了潛移默化的改變，而且對學(xué)術(shù)交流亦有了更真切的認(rèn)識。

隨著研究的深入，方運(yùn)霆越來越意識到常規(guī)的實(shí)驗(yàn)方法很難解決氮循環(huán)研究中遇到的一些關(guān)鍵問題，只有借助穩(wěn)定同位素技術(shù)，有些問題才能迎刃而解。但國內(nèi)在氮循環(huán)研究領(lǐng)域里，很少有實(shí)驗(yàn)室有相配套的穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀。而日本做穩(wěn)定同位素技術(shù)研究的歷史悠久，方運(yùn)霆決定去那里學(xué)習(xí)。

在日本，同事們追求精準(zhǔn)、追求極致的科研態(tài)度讓方運(yùn)霆對科學(xué)精神有了新的認(rèn)識。他說：“這種工匠精神，對科研求真非常有必要。因?yàn)闆]有認(rèn)真的態(tài)度去獲取每一個正確的數(shù)據(jù)，就永遠(yuǎn)不會看到科學(xué)背后的真相?！被貒?，他將這種追求卓越的精神帶到了團(tuán)隊(duì)中，用此約束并激勵團(tuán)隊(duì)成員在工作上做到精益求精。

在追求完美的同時，方運(yùn)霆也感受到了周圍人對他的包容。當(dāng)時給他分配的儀器使用時間也很有限，所以輪到他時，他就想盡量測更多的樣品，總是工作到很晚。人累了容易出差錯?！暗还軐?dǎo)師還是周圍的同事，對我都非常包容，沒有批評，也沒有因?yàn)榕挛以俪霾铄e，不給我使用儀器的時間?；貒笪覍ψ约旱膱F(tuán)隊(duì)也很包容并且鼓勵他們積極動手操作儀器，不要怕出錯，不要怕把機(jī)器弄壞，因?yàn)橹挥羞@樣才會讓他們真正去珍惜樣品和獲取的數(shù)據(jù)，才會掌握儀器操作的技能和思考如何改進(jìn)分析方法?！狈竭\(yùn)霆說。

在日本的4年，方運(yùn)霆延續(xù)了在博士期間的研究，因?yàn)橛蟹€(wěn)定同位素技術(shù)的支持，他的探索越來越深入，同時學(xué)成歸國的想法在他心中越來越強(qiáng)烈。面對國內(nèi)高校、科研院所向他伸出的橄欖枝，結(jié)合多種因素考慮，方運(yùn)霆最終選擇到中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所工作，開始了科研歷程的新發(fā)展。

協(xié)同作戰(zhàn)出戰(zhàn)果

沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所歷史悠久，在我國溫帶森林生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域碩果累累，為國家培養(yǎng)出了大批優(yōu)秀的生態(tài)學(xué)人才。方運(yùn)霆正式入職后，研究所為他各項(xiàng)工作的開展提供了眾多有力的支持，積極為他的團(tuán)隊(duì)配備了他夢寐以求的穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀。到沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所工作是方運(yùn)霆科研生涯的一次重大轉(zhuǎn)變，從此他由單兵作戰(zhàn)轉(zhuǎn)為帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)協(xié)同作戰(zhàn)。

方運(yùn)霆成長迅速，2012年入選中國科學(xué)院“百人計(jì)劃”（2017年終期評估答辯優(yōu)秀），2014年獲得國家自然科學(xué)基金委員會優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目，2019年入選遼寧省“興遼英才”計(jì)劃創(chuàng)新領(lǐng)軍人才。一面在科研上持續(xù)發(fā)力，一面在方法上尋求突破，方運(yùn)霆帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一路披荊斬棘，各項(xiàng)工作都取得了長足進(jìn)展。

“百人計(jì)劃”項(xiàng)目選題相對自由，方運(yùn)霆希望借此做一些前沿性的探索。氮沉降一定程度上會促進(jìn)森林樹木生長，但長期過量的氮沉降則會對森林生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致土壤酸化、養(yǎng)分流失、植物養(yǎng)分失衡、溫室氣體排放增加和生物多樣性損失。硝化作用影響森林氮的有效性和組成，是生態(tài)系統(tǒng)氮循環(huán)過程關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。但由于森林土壤硝化作用的時空異質(zhì)性，在生態(tài)系統(tǒng)尺度上量化硝化作用速率的問題一直難以解決。

美國普渡大學(xué)的格瑞格·米哈爾斯基（Greg?Michalski）教授等首次測定了大氣沉降硝酸鹽的17O自然豐度，發(fā)現(xiàn)大氣沉降硝酸鹽在形成過程中經(jīng)與臭氧的相互作用獲得了額外的17O（定義為17O盈余，用Δ17O表示，Δ17O值通常為20‰～31‰）。硝酸鹽進(jìn)入土壤后，部分被植物或者微生物利用而消耗，但這些消耗過程都不會對剩余硝酸鹽的Δ17O產(chǎn)生影響。硝化作用生成的硝酸鹽中3個氧原子1個來自氧氣，2個來自水，不存在17O盈余，因此硝化作用產(chǎn)生的硝酸鹽Δ17O為0‰。因此，如果土壤硝化作用越強(qiáng)，那么對土壤中來自大氣沉降硝酸鹽17O盈余的稀釋作用越強(qiáng)。也就是說大氣沉降硝酸鹽Δ17O是一種天然的示蹤劑。根據(jù)這一原理，通過測定降水和溪水的硝酸鹽Δ17O和降水硝酸鹽量，利用同位素混合模型，方運(yùn)霆帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)首次量化了森林生態(tài)系統(tǒng)尺度上年硝化作用速率和反硝化作用速率，這一成果于2015年發(fā)表于《美國科學(xué)院院刊》（PNAS）上。這是沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所建所60年來，第一篇發(fā)表在美國科學(xué)院院刊的研究成果。

除關(guān)注基礎(chǔ)問題外，方運(yùn)霆更將研究視角投向與日常生活緊密相關(guān)并需要迫切解決的霧霾問題上。在他參與的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“京津冀重污染過程多同位素示蹤與精細(xì)化溯源”所屬項(xiàng)目“基于同位素技術(shù)的大氣顆粒物來源解析方法研究與應(yīng)用”中，依托穩(wěn)定同位素測定設(shè)備和新建立的方法，方運(yùn)霆帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)和中國科學(xué)院大氣物理研究所等有關(guān)單位針對灰霾如何形成、有哪些成分、排放源來自哪里等問題進(jìn)行了源解析，并取得了一些重要成果。他們量化了機(jī)動車尾氣排放和農(nóng)田揮發(fā)的氨同位素特征，并得出了重要結(jié)論，即在城市區(qū)域大氣銨鹽來自機(jī)動車尾氣和發(fā)電廠廢氣排放。這是國內(nèi)用氮的同位素技術(shù)證明城市氨氣的排放不是來自農(nóng)田的較早嘗試，在當(dāng)時對此問題存在較大爭議的情況下，方運(yùn)霆帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)為城市大氣氨來源解析提供了新的科學(xué)方法和證據(jù)。

2012年回國后，方運(yùn)霆先后主持科技部重點(diǎn)研發(fā)課題、中科院前沿重點(diǎn)等項(xiàng)目近20項(xiàng)，這些項(xiàng)目中有關(guān)于儀器研制的，有關(guān)于改進(jìn)氮排放管理實(shí)驗(yàn)方法的，有基礎(chǔ)研究也有應(yīng)用研究。他承擔(dān)的國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“中國北方森林和草地生態(tài)系統(tǒng)碳氮耦合循環(huán)與碳源匯效應(yīng)研究”之課題二“生態(tài)系統(tǒng)碳氮耦合循環(huán)生物學(xué)機(jī)制”，是在眾多項(xiàng)目中他投入巨大精力的代表性項(xiàng)目之一。

以我國北方典型溫帶、寒溫帶森林和草地生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，攻關(guān)目標(biāo)是研究增溫、氮沉降、森林演替和火干擾等因子對森林和草地生態(tài)系統(tǒng)植物氮吸收和同化、光合碳水化合物分配、有機(jī)質(zhì)分解和根際激發(fā)作用、碳氮循環(huán)相關(guān)微生物多樣性、土壤氮周轉(zhuǎn)和氮損失的影響，從而揭示碳氮耦合循環(huán)生物學(xué)機(jī)制及其對氮沉降和全球變化的響應(yīng)和適應(yīng)。課題自2016年實(shí)施以來，方運(yùn)霆帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)按任務(wù)書的計(jì)劃目標(biāo)和各項(xiàng)主要指標(biāo)要求布置研究，完成了課題任務(wù)書的所有考核指標(biāo)，在平臺建設(shè)、方法創(chuàng)新、科研產(chǎn)出和人才培養(yǎng)方面均取得了重要進(jìn)展。

通過項(xiàng)目攻關(guān)，方運(yùn)霆及其團(tuán)隊(duì)建立了全球最大的通過紅外輻射增溫的野外增溫平臺和森林生態(tài)系統(tǒng)15N成對標(biāo)記網(wǎng)絡(luò)，為研究全球變暖和氮沉降對森林生態(tài)系統(tǒng)的影響提供了重要平臺。他們還建立了我國森林樹木年輪15N自然豐度數(shù)據(jù)庫，發(fā)現(xiàn)我國原始林在過去百年并沒有出現(xiàn)越來越氮限制的狀況。研究成果發(fā)表在《自然·通訊》（Nature?Communications）、《生態(tài)學(xué)專論》（Ecological?Monographs）和《全球變化生物學(xué)》（Global?Change?Biology）等生態(tài)學(xué)領(lǐng)域期刊上。

工欲善其事，必先利其器。在完成項(xiàng)目攻關(guān)的同時，方運(yùn)霆也在不斷創(chuàng)新穩(wěn)定同位素技術(shù)方法。依托中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所，他著手建設(shè)了以穩(wěn)定同位素技術(shù)研究、利用和測試服務(wù)為主的國內(nèi)第一家省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室——遼寧省穩(wěn)定同位素技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

實(shí)驗(yàn)室于2018年9月獲批建設(shè)，2019年正式運(yùn)行，新研發(fā)和建立的方法適用于生態(tài)系統(tǒng)中不同含氮物質(zhì)的同位素測定，使用前景非常廣闊，銨鹽和硝酸鹽同位素測定技術(shù)已經(jīng)用在氣溶膠、降水、湖水、河水、溪水、土壤浸提液、冰芯樣品。由于技術(shù)先進(jìn)，實(shí)驗(yàn)室吸引了清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中國農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院大氣物理所等100多所高?；蜓芯克星皝韺W(xué)習(xí)或送測樣品。

集中優(yōu)勢力量加強(qiáng)科研條件建設(shè)，擴(kuò)大國內(nèi)外開放交流，吸引和培養(yǎng)高端研究人才，促進(jìn)學(xué)科交叉融合，推動原創(chuàng)性成果產(chǎn)出，實(shí)驗(yàn)室在方運(yùn)霆帶領(lǐng)下會為提升遼寧省在相關(guān)領(lǐng)域整體的研究水平和國際影響力，提高我國解決區(qū)域和國家重大生態(tài)問題的能力持續(xù)貢獻(xiàn)力量。

孜孜不倦去追求

在求學(xué)過程中，方運(yùn)霆的6位導(dǎo)師給了他極大的自由去探索，并毫不吝惜他們的知識幫助他實(shí)現(xiàn)科研夢想。老師們照亮了他前行的路，當(dāng)自己成為別人的師長，方運(yùn)霆同樣愿意去幫助、支持這些年輕的學(xué)生。

方運(yùn)霆與學(xué)生共同制訂研究計(jì)劃，分享獲得的研究結(jié)果，參與實(shí)驗(yàn)工作，引導(dǎo)他們共同進(jìn)步。不管學(xué)生的理想是不是想成為一名科學(xué)家，他都愿意把他們作為科研工作者來進(jìn)行培養(yǎng)，鼓勵他們追求原始創(chuàng)新，做別人沒做過的事情。原來方運(yùn)霆樂于看到自己出成果，現(xiàn)在他更欣慰看到學(xué)生的進(jìn)步與成長。

從科研新手到行穩(wěn)致遠(yuǎn)，回顧一路的科研歷程，方運(yùn)霆有很多感悟和體會。他認(rèn)為，中國快速發(fā)展的過程中產(chǎn)生的問題比能解決的問題快得多，只有真正熱愛科研，并將國家需求與自己的研究緊密結(jié)合，才會有做不完的課題。“我們遇到了好時代，國家對人才重視，對基礎(chǔ)研究重視，我們有了施展才華的機(jī)會和舞臺。從人才培養(yǎng)的角度看，前30年我在學(xué)習(xí)、接受知識，后30年到我發(fā)揮作用的時候了?？蒲新愤€很長，我沒有別的興趣，不會去從事其他行業(yè)，許多已經(jīng)鋪好路的研究、許多好的想法在不斷產(chǎn)生新的成果，未來我還需要孜孜不倦地去追求?！睂τ谝叩穆?，方運(yùn)霆無比堅(jiān)定。

（責(zé)編：李莉）