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中科院院士邵明安:求索万里,为守望一方水土

84农业网   时间:2018-09-11    作者:本网记者 姚媛    来源:中国农业新闻网-农民日报

他生于洞庭鱼米之乡,却扎根黄土高原,一待就是36年;

他的理论突破,引领我国土壤物理学走向世界前沿;

从青丝到白发,他的足迹遍布祖国大西北,为黄土高原的农业生产和生态环境建设奉献终身。

他就是中国科学院院士邵明安。

邵明安说:“我是农民的儿子,从小就爱玩泥巴,长大后还真玩出点儿名堂来。”他在国内外学术刊物上发表主要论著300余篇,出版专(编)著十部,获得国家自然科学二等奖一项,国家科技进步二等奖两项。

他学问厚重、包容朴实,淡泊名利、一心为国,正如同这片辽阔的黄土地,可敬,可佩。

“回到黄土高原去,回到大西北,那里大有可为”

1956年,邵明安出生于湖南常德一个偏僻的小山村,1978年考上湖南师大物理系。1981年底,他坚持将物理与农业的结合点作为未来的研究方向,选择了土壤物理学这个交叉学科,报考位于陕西省杨陵小镇的中国科学院西北水土保持研究所,来到黄土高原,开启了他扎根于斯36年的科研生涯。

 

1983年读研期间的邵明安院士与导师李玉山讨论实验方案

攻读硕士研究生期间,邵明安发现土壤导水参数常用的试验测定和数据计算方法过于繁冗,就凭借扎实的数学和物理基础,研究出根据土壤水分再分布过程推求土壤导水参数的新方法,引起了同行专家的高度关注。1989年,在意大利召开的国际土壤物理学术研讨会上,邵明安的研究成果“土壤—植物—大气系统中水分应用及滞后效应影响”得到了世界著名土壤物理学家Nielsen教授等的充分肯定。1993年8月,邵明安前往美国爱荷华州立科技大学攻读博士学位。1996年11月,他的“广义相似论确定土壤水分扩散系数”一文在《Soil Science》上以首篇位置发表,世界著名土壤物理学家、美国康奈尔大学Parlange教授和澳大利亚格里菲斯大学的Hogarth教授共同作了专门评述。

邵明安得到了导师罗伯特?霍顿(Robert Horton)教授的高度赞赏。毕业时,霍顿教授问邵明安打算去哪里工作,他坚定地回答:“回国”。邵明安仅用了两年零九个月,就拿到了通常5年才能取得的博士学位 。1996年5月12日,他以优异成绩完成博士论文答辩,次日便返回祖国。

 

1996年邵明安院士(左四)博士毕业答辩后在爱荷华州立大学农学院门口与导师(右二)留影

1994年,时任中科院院长的周光召院士赴美参加会议,曾同邵明安亲切谈话:“回到黄土高原去,回到大西北,那里大有可为。”这是一份语重心长的嘱托。当时,北京和南京的一些高校和科研单位为邵明安提供了工作岗位,他深感导师李玉山研究员和师母唐克丽研究员的恳切期待和水保所的需要,放弃了优厚的待遇,义无反顾地回到了西北,回到了黄土高原。

理论探索走在世界前沿

在攻读硕士研究生期间,邵明安在国内率先全面开展了以植物根系吸水的机理模型和土壤水分有效性的动力学模式,提出了描述土壤-植物系统中水流运动的瞬态流通用模型,为旱区农业节水提供了理论基础。

此前,人们普遍认为,应在土壤含水量达到田间持水量的70%开始灌水。邵明安通过研究发现,田间持水量在40%-80%的范围内,对于植物而言几乎同等有效,大大节省了灌溉用水。

随着研究不断深入,邵明安在理论上的突破,已经走在了国际前沿:

建立土壤水运动的广义相似理论和溶质迁移的边界层理论;

求解土壤水分运动的Richards方程的解析解和溶质迁移方程的边界层解;

提出土壤水力参数积分法和相似法。

2001年,美、英、澳3国7所大学8位土壤物理学教授, 联名对广义相似理论求得的显式解专门评述。

土壤水分导水参数的积分法,被编入由十七国124位学者编著的国际权威方法专著《土壤分析方法》,已成为土壤学界的标准分析方法之一。

美国科学院Jury院士等在研究生教材《Soil Physics》第六版中,有5个版面采用了邵明安等提出的土壤物理学的相关理论和方法。

黄土高原沟壑纵横,土质疏松,生态环境脆弱。降水太少,引发干旱;降水偏多,又会造成水土流失。为了改善生态环境、遏制荒漠化趋势,必须增加林草的覆盖面积。然而,植被会在一定程度拦截有限的降水资源,若种植不当,就会产生水分失衡、土壤干燥化为特点的新的环境问题,形成土壤干层,造成人工林退化。

邵明安的理论探索,在黄土高原农业生产和生态建设中找到了新的着力点。他阐明了黄土高原土壤干层的空间分布规律以及相关土壤水动力学参数和相关土壤性质的空间变异特征,提出了土壤水分植被承载力的科学概念,建立了小流域土壤水分植被承载力模型,提供了三种典型植被土壤水分的承载力,为黄土高原合理有效的植被建造提供科学支撑。

为祖国的绿水青山,走遍黄土高原

在陕西省神木市西沟办事处蛇圪垯村,坐落着神木侵蚀与环境试验站。放眼望去,漫山遍野已被绿色覆盖,可风力、水力侵蚀的深深沟壑,仍触目惊心。从研究角度看,这里是黄土高原水蚀风蚀复合强烈侵蚀中心,具有科学研究的典型性和区域代表性。但是,由于位置偏远、交通不便、人烟稀少,生活异常艰苦,人才缺乏一直是开展科研工作的瓶颈。

2007年,在时任中科院水保所所长邵明安的领导下,神木试验站正式挂牌。邵明安和中科院水保所唐克丽、雷廷武、郑粉莉等长期坚持在此,还吸收了北京师范大学教授刘宝元、中国农业科学院研究员李勇等来试验站展开科学研究,促进了学科发展及交叉创新。如今,邵明安已年过花甲,仍坚持每年来到试验站,指导在站研究生工作。

2015年11月6日,邵明安团队获得了国家自然科学基金委与英国自然环境研究理事会联合资助开展“黄土高原关键带水循环过程与空间异质性”研究。在当时,鲜有二十米以下深层土壤水分分布情况的报道。为了次年4月能尽早开展采样工作以及野外试验布置,虽然时值寒冬,陕北的路面结了很厚的冰,邵明安亲自带队,当月即从南至北跨越一千多公里对不同气候区的典型土壤及土地利用类型进行了详细考察。每到一个地点,邵明安都要亲自爬山、下沟观察当地土壤情况。考察结束后,邵明安与团队经过多次讨论,发现其中一个样点需要调整。2016年3月24日,此时天气尚未转暖,邵明安再一次带队进行了全面调查。在此基础上,样品采集十分顺利,首次获取了黄土高原典型区域从地表至基岩全剖面的土芯样品,其中最深达到了206米。

为了探明西北地区土壤水资源的储量及分布状况,邵明安决定对黄土高原64万平方公里的黄土区土地进行全区域土壤水分调查。2008年-2015年,他的团队先后三次开展了共计6万多公里的野外调查采样工作,2017年又将同属西北旱区的“河西走廊”以及新疆大部分区域纳入研究范围,进行了拉网式调查采样工作,野外工作时间超过400天,行程累计15万公里。

经过多年的积累,邵明安率领他的团队收集了上千个采样点,共计1.5万余个土壤样品的物理、化学指标,首次系统研究了该区土壤干层发生机制和分布特征,绘制了黄土高原土壤干层的空间分布图和土壤水分植被承载力分布图,为西北地区土壤水分的科学管理以及黄土高原退耕还林(草)工程的长效可持续推进,积累了宝贵的基础资料。

神木市锦界镇沟掌村,位于毛乌素沙漠东南,有312平方公里的无人区。沙漠中,水比油还要金贵。人工治沙要想长久有效,就必须根据水资源的承载能力,合理设定治沙植物合理种植密度与配置方式。2008年起,邵明安每年都要多次来到治沙基地,解答问题,为其提供科学支撑。现在,曾经荒芜的沙漠已成为一片绿洲,植被盖度由不足5%增加至63%。长柄扁桃等油料作物,还发挥出一定的经济价值。

“青出于蓝,要胜于蓝”

邵明安说:“水土保持是一个‘接力赛’。生态环境长期友好,不是朝夕之功。旧的问题解决了,新的问题又会出现。老一辈科学家把棒子交给我,我还要把接力棒传承下去。”

邵明安长期从事土壤物理学、土壤水动力学的教学。他总能把艰涩的专业理论,用通俗、有趣的方法教授给学生。在担任黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室主任、中国科学院水土保持研究所所长期间,他的工作地点主要在杨凌,即便如此,他仍坚持每周跨越一千多公里赶去北京上课,并亲自批改作业。被问到如此奔波是否辛苦时,他说:“不辛苦,我喜欢跟学生在一起!只要能够把知识传递给学生,我就非常高兴。”

 

2016年邵明安院士在国科大给学生讲授土壤物理学

中科院地理资源所助理研究员王娇告诉记者:“没有一个学生,是邵老师放任不管的。”无论学生是在学业上遇到了阻碍,心理上有了困扰,生活中碰到难题,邵明安都会不遗余力地给予帮助。中科院水保所研究员樊军说,邵老师很注重正面引导,对学生的要求十分严格,但极少批评学生。学生开展实验,从制定方案,到最终的实验结果,邵明安都要查看每一个细节。每到毕业论文答辩的前一天,邵明安都会组织全组的成员进行一次预答辩。学生每一页PPT,小到标点、单位符号,都会一一检查、更正。

2017年4月11日,邵明安的博士研究生需要提交毕业论文盲审稿,有两名学生4月8日才完成论文初稿。为了及时给他们反馈修改意见并按时提交,他通宵达旦地修改。连夜高强度脑力劳动,加上早年劳累落下的心脏病,次日下午两点半,他独自去地下车库取车,突发心脏骤停陷入昏迷,已经发动的车与地下车库多辆车相撞,最终撞上墙壁被逼停。事故发生后20多分钟,邵明安才在车内的血泊中醒来,命悬一线。2017年9月5日,正在住院的邵明安受邀为地理资源所2017级博士生作入学报告。学生情绪高涨,和邵老师有很多互动,却不知道邵老师身上还挂着沉重的动态血压计和动态心电图仪。直到返回医院,邵明安才敢露出疲惫。

邵明安说:“我希望学生超过我,青出于蓝,要胜于蓝。”迄今为止,邵明安共培养了100余名研究生,两人获得国家自然科学基金优秀青年基金项目支持,一人获得国家青年拔尖人才计划支持,三人获得教育部新世纪人才支持计划。他精心栽培的后学,正逐渐成长为新的科研力量,在祖国最需要的地方,抒写着自己的崭新篇章。

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