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文|《中国科学报》记者 杜珊妮 作为第一作者兼通信作者，刘文丰于首篇PNAS论文中终究称心如意。 9年前，还有于读博的他于查阅文献时萌发了一个设法——将差别维度的水资源要素整合起来开展研究。然而，其时这个假想有些“超前”，因缺少体系数据与阐发框架难以推进，只能暂时弃捐。但刘文丰没有抛却，而是把它深埋于心底。 如今，这颗种子终究破土而出。中国农业年夜学水利与土木匠程学院传授刘文丰地点的研究团队初次提出了思量“蓝水—绿水—水质”的多维水欠缺观点和其评价框架，鞭策了水欠缺的评价系统从“单一维度”到“多维度”评价系统的改变，为将来精准辨认、阐发与应答水资源危机奠基了理论基础并提供了实践路径。该学院博士生付中皞为论文配合第一作者，同窗院传授杜太生及美国特拉华年夜学传授Kyle Frankel Davis为论文通信作者。 刘文丰于石羊河道域 PNAS论文 1 弥补范畴空缺 “持久以来，咱们对于‘水欠缺’的理解更多逗留于单一维度的量化阐发上，缺乏多维评价体系，轻忽了其暗地里更为繁杂的、多源协同的生态—情况历程，这致使很多地域真正的水资源困境被袒护了。”刘文丰说。 于传统的水资源欠缺研究中，科学家凡是聚焦在三种水体——源自江河、湖泊及地下水等可以被直接取用的“蓝水”、贮存在泥土中供植物接收的“绿水”，和受污三木SEO-染影响而需要举行处置惩罚的“水质水”。 三者彼此联系关系，配合决议人类及生态体系的现实可用水状态。但于已往的水资源研究中，这三者往往被割裂评估，缺少同一视角与体系整合。 这一研究范畴的空缺，恰是这项研究的出发点。 2016年，于瑞士苏黎世联邦理工年夜学攻读博士时，刘文丰的研究标的目的聚焦在全世界农业体系中蓝水与绿水的转化纪律及可连续使用，以和非点源污染中氮、磷元素对于水质的影响。 一次查阅文献时，他偶尔读到了一篇荷兰瓦赫宁根年夜学研究者的论文，这篇文章初次测验考试将蓝水与水质耦合阐发。只管篇幅不长、模子也不繁杂，却让他面前一亮。 “它涉及了一个一直于我脑中回旋的问题——假如于蓝水—绿水研究的基础上引入水质维度，不就能成立一个更完备的水资源欠缺评估框架了吗？”带着这个假想，他马上及导师起草了一份观点性方案，试图搭建一个涵盖蓝水、绿水与水质水的综合阐发框架。 然而，因为缺少数据支撑，这个方案没能发表，却为厥后的“多维水欠缺”理论框架奠基了基础。 如今，于最新发表的这项研究中，刘文丰将多年前的设法付诸实践。 他并未局限在传统意义上的水资源欠缺，提出了更具综合性的“水欠缺”观点。“于这项研究中，咱们夸大的‘水欠缺’不单单触及水量，还有包括水的类型、时空漫衍以和水质等多维要素。”刘文丰注释说。 他及研究团队经由过程构建全世界标准的水文—作物耦合模子，初次将“蓝水—绿水—水质水”三个维度纳入统一系统举行综合评估，量化了全世界地盘及人口于年及季候程度上的多维水欠缺环境。 “咱们的研究发明全世界多维水欠缺问题遍及存于且出现显著的空间变异性。约1/4的陆地面积及跨越50%的人口整年面对至少一种水欠缺。从季候来看，全世界有10%的人口每一年至少履历一个月的多维水资源欠缺。”刘文丰说，“这恰是多维视角的意义——之前没被发明的危机，此刻藏不住了。” 构建水文—作物耦合模子是这项研究事情最年夜的亮点之一，也是团队面对的要害挑战。 研究早期，团队先别离运行水文模子及作物模子，再将各自输出的成果举行匹配及整合。然而，这类“疏松耦合”看似合理，却没法反应上下流影响及水质动态变化，致使评估成果与实际的水轮回图景存于较年夜差异。 “河流其实不是简朴的直线，而是重大的收集。水于流动的历程中，部门会被沿岸的浇灌区、工业区取用，或者经由过程回归流从头返回河流，有些则会带着污染继承向下流流动。只有把这些历程都纳入模子，才能真正展现水资源的真实状态。”论文配合第一作者付中皞注释说。 多维水欠缺的格式蜕变 为解决这个问题，团队整合了差别来历的水文数据及作物耗水数据，深切阐发了河道的拓扑布局。这不仅是科学挑战，更是技能难题——所有繁杂的物理与生态历程，都必需经由过程代码转换为可计较的情势，才能于计较机上运行并终极成立模子。 “有时辰，一个微小的代码过错，就可能致使整个年夜模子的成果掉真。”付中皞说。而于那段为修改步伐bug而“愁云密布”的日子里，代码及数据险些盘踞了他全数糊口，他经常于入眠前还有于脑中重复推演模子的运行逻辑，甚至梦里都于调试代码步伐。 终极，颠末长达半年的迭代与批改，研究团队乐成将作物模块完备融入水文模子框架，实现上下流影响的动态表征。这套慎密耦合的水文—作物模子，不仅解决了传统模子没法反应上下流水量及水质动态的问题，也为全世界水资源治理提供了更真实、周全的科学依据。 刘文丰（左）与付中皞 2 深耕科研初心 2006年，刘文丰考入四川年夜学水利水电工程系。因为课程侧重工程，彼时他对于“水资源研究”还有没有太深切的熟悉。 迁移转变点呈现于2008年，北京师范年夜学水科学研究院传授徐宗学来川年夜交流。这位持久致力在水资源研究的学者，以他对于“水”的深刻理解与国际视线，引领刘文丰与“水”结下了深挚缘分。 2010年，刘文丰进入北京师范年夜学，师从徐宗学攻读水文学和水资源的硕士学位。三年间，他不仅打下了坚实的专业基础，更深受导师治学立场的影响。 “徐教员曾经说‘踏遍五洲皆为水’。他的萍踪遍布全球50多个国度，始终存眷水文水资源科学研究与人类福祉。”刘文丰回忆说，“这恰是他科研生活生计的真实写照——不管身于外洋还有是海内，他始终专注在水资源范畴的研究，把平生都奉献给了‘水’。是他让我大白，做科研惟有专注结壮，才能真正有所收成”。 于徐宗学的引荐下，刘文丰结识了另外一位对于其科研生活生计孕育发生深远影响的先辈——瑞士联邦供水、废水处置惩罚与水体掩护研究所传授杨红。假如说徐宗学是刘文丰步入“水世界”的“引路人”，那末杨红则是助他夯实科研学术根底的“筑路人”。 2013年，硕士卒业的刘文丰远赴瑞士，插手杨红研究团队攻读博士学位。“杨教员对于每一位学生都倾泻了极年夜的耐烦，时常夸大严谨的主要性。” 他至今记患上，本身于撰写博士课题第一篇学术论文时，哪怕是一个看似不起眼的说话，杨红城市重复斟酌。这类“抠细节”的要求，进一步转变了刘文丰的科研写作习气，也让他真正熟悉到，科研严谨不仅表现于试验设计及数据阐发上，更蕴含于文字暗地里的逻辑链条与表达自洽性中。 于杨红的引导下，刘文丰逐渐成立起体系性的科研思维及全局视角。“已往做全世界标准的研究，我老是局限在几个国度的样本，研究成果经常以偏概全。但杨教员让我意想到，做研究不克不及只盯着局部问题，要始终连结对于总体的掌握，理解每个变量于体系中的位置及意义。” 2020年，刘文丰竣事法国天气与情况变化试验室（LSCE）博士后研究，返国插手中国农业年夜学，开启自力科研新征程。 于这里，他碰到了科研门路上的又一名主要“拓路人”——中国工程院院士、中国农业年夜学传授康绍忠。康绍忠以现实步履指引他将科研扎根故国年夜地。 “我由衷钦佩康院士三十余年如一日的苦守。”康绍忠持久扎根甘肃石羊河道域，亲赴一线带学生、做调研，始终专注在我国水资源与农业水问题研究。于刘文丰看来，这是将一件事做到了极致。“这让我晓得，科研做到这类境地便是艺术，更让我明确了科研初心：要把论文写于故国最需要之处。” 此刻，他的研究重心聚焦在天气变化配景下我国西北旱区水资源可连续性使用这一要害课题。“于石羊河研究团队中，咱们依托两年夜国度级科研平台，试验前提日益完美。这份支撑更让我坚定信念，要将芳华热情挥洒于西北广袤的地盘上。”刘文丰说。 3 厚植育研膏壤 如今，刘文丰已经于中国农业年夜学任教近5年，组建了本身的课题组。作为青年导师，他将修业路上沉淀的科研初心及育人理念融入一样平常讲授，逐渐打磨出独具气势派头的课题组气氛。 于学生眼中，他是亦师亦友的导师。“日常平凡刘教员老是笑意盈盈，亲及力统统。但于会商科研问题时他很严谨专注。”付中皞说。 于刘文丰看来，科研造就的焦点是点燃思维火花、叫醒问题意识。他不偏向在频仍的全体组会模式，更推许矫捷的小组会商及一对于一深度引导。“让差别标的目的的学生分小组推进，按照研究进展随时交流，而不是为开会而开会。”他说。 正因云云，课题组内逐渐形成为了一种“轻布局、高效率”的协作方式。学生于各自研究标的目的深耕细作，遇要害节点便与他深切碰撞思绪，形成开放研究的良性轮回。 与此同时，他也非分特别看重造就学生的科研自立性。“假如有了新设法，我会指导他们自立制订时间计划与方针节点。”于他看来，自动计划进度、明确攻坚标的目的，是成为自力科研事情者的必经之路。 刘文丰还有有个尤其的理念。他认为，博士阶段不该止步在被动接管常识的“进修者”，更要发展为特定科研问题的“深耕者”。 “进入博士中后期，学生于研究问题和技能细节上应比我更精进、专业。”他坦言，“这时候我再也不是单向输出的引导者，反而要让他们具有‘反哺’能力。这才是学生真实的发展。” 相互信托、彼此开导的相处之道，组成了刘文丰课题组更矫捷自由、更尊敬个别节拍的科研韵律。 “学生们常带着新发明兴冲冲来会商，有时一聊即是一下战书，连饭点都忘了，但各人都乐于此中。”他笑言，“这类为了一个问题配合研讨思绪、碰撞火花的时刻，恰是科研最感人的底色——它本就是让人心生陶醉的事业。” 论文链接： https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2413541122
