“萬物一體”破學(xué)科壁壘，心懷大道解環(huán)境議題

戶萬

正如《莊子·齊物論》所言，“天地與我并生，而萬物與我為一”。如果從環(huán)境科學(xué)家的角度看世界，也會(huì)發(fā)現(xiàn)，天地萬物渾然一體，充滿了哲學(xué)意味。如今，打破學(xué)科壁壘，甚至跳出學(xué)術(shù)界，直接與政府和社會(huì)對(duì)話的跨學(xué)科研究正在成為潮流。來自香港中文大學(xué)（以下簡稱“港中大”）理學(xué)院地球與環(huán)境科學(xué)課程的副教授戴沛權(quán)正是這種“萬物一體”思想和跨學(xué)科研究的倡導(dǎo)人。

農(nóng)業(yè)與森林生態(tài)系統(tǒng)是地球系統(tǒng)不可或缺的組成部分，闡明農(nóng)業(yè)、森林與大氣之間的相互作用是地球系統(tǒng)科學(xué)的前沿焦點(diǎn)，對(duì)解決空氣污染、氣候變化、糧食保障及生態(tài)危機(jī)等嚴(yán)峻問題亦至關(guān)重要。戴沛權(quán)長期致力于結(jié)合高性能地球系統(tǒng)模擬及創(chuàng)新的多元統(tǒng)計(jì)方法，深入了解農(nóng)業(yè)、森林生態(tài)系統(tǒng)與大氣環(huán)境之間的相互作用，并著力從跨學(xué)科角度解決與之密切相關(guān)的環(huán)境問題。

近年，戴沛權(quán)的研究成果多次得到國際同行認(rèn)可，先后有多篇論文發(fā)表于《自然·氣候變化》（Nature?Climate?Change）、《自然·食品》（Nature?Food）、《大氣化學(xué)與物理學(xué)》（Atmospheric?Chemistry?and?Physics）等大氣、環(huán)境與食品科學(xué)領(lǐng)域期刊，在地球系統(tǒng)科學(xué)前沿領(lǐng)域中占得了一席之地。相關(guān)研究一方面為地球科學(xué)模式尤其是GEOS-Chem化學(xué)輸送模型和CESM地球系統(tǒng)模型的開發(fā)作出了貢獻(xiàn)，另一方面為預(yù)測和解決空氣污染及糧食短缺等嚴(yán)峻問題提供了嶄新的研究方法與觀點(diǎn)。

“你可隨意挑選一個(gè)關(guān)心的議題，我們都有辦法設(shè)計(jì)出相應(yīng)的模型來探討這些問題?！痹诖髋鏅?quán)看來，環(huán)境問題雖復(fù)雜難辨，但亦環(huán)環(huán)相扣，通過科學(xué)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，大多數(shù)人們想要了解的宏觀議題都能應(yīng)對(duì)。

看見需求，當(dāng)?shù)厍虻尼t(yī)生

要說香港占地最大、風(fēng)景最秀逸的校園，非港中大莫屬。校園依山而建，面海而居，從山頂?shù)缴侥_，遍布百余座大樓。生態(tài)豐富，處處花木扶疏，中西風(fēng)格的建筑掩映其間，盡得詩意。其中，“環(huán)境與持續(xù)發(fā)展”更是港中大四大策略研究范疇之一，在世界上享有盛譽(yù)。

早在2003年讀高中時(shí)，戴沛權(quán)就與港中大有過交集。當(dāng)時(shí)他在父母的殷切期盼下，一度想要成為醫(yī)生，并獲得了港中大醫(yī)學(xué)院的錄取通知書。然而，面對(duì)唾手可得的機(jī)會(huì)，他卻猶豫了?！拔覐男【拖矚g動(dòng)植物，熱愛大自然。我那時(shí)想到，這世上有許多醫(yī)生，人身體不舒服，就可以走進(jìn)醫(yī)院接受診療救治，但長期以來，卻少有人研究地球環(huán)境問題。環(huán)境持續(xù)惡化，最終影響的便不只是地球生態(tài)，還會(huì)造成更多的人類生病?！贝髋鏅?quán)心里升騰起強(qiáng)烈的使命感——“也許我可以做地球的醫(yī)生，這樣既能治理環(huán)境問題，又能讓更多人類避免因環(huán)境惡化而患上疾病?！?/p>

于是，懷著熾熱的理想，戴沛權(quán)孤身前往美國麻省理工學(xué)院，攻讀環(huán)境工程科學(xué)專業(yè)。本科時(shí)，他如饑似渴地閱讀了大量書籍文獻(xiàn)。他運(yùn)用化學(xué)、物理、生物等基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)，不斷觀察、解釋和認(rèn)識(shí)大千世界，嘗試從理論映照真實(shí)的自然變化，從變化的自然中總結(jié)出可靠的觀點(diǎn)。其間，他逐漸意識(shí)到，若有好的理論框架，科學(xué)家是可以解決地球正面臨的環(huán)境問題的?！坝谑?，我認(rèn)定了，這就是我未來想要走的道路?！?/p>

然而，環(huán)境工程科學(xué)涵蓋范圍如此廣，到底要從哪里切入呢？2007年戴沛權(quán)進(jìn)入哈佛大學(xué)攻讀工程科學(xué)（環(huán)境科學(xué)與工程）博士學(xué)位，尋找答案。博士前半年，他一直在實(shí)驗(yàn)室工作?！翱晌野l(fā)現(xiàn)，做實(shí)驗(yàn)不是我的興趣，我更喜歡跟計(jì)算機(jī)技術(shù)相關(guān)的工作，我還喜歡涉及全球的這類大尺度的研究。”于是戴沛權(quán)當(dāng)機(jī)立斷將自己的研究方向轉(zhuǎn)向了運(yùn)用電腦模擬系統(tǒng)研究大氣科學(xué)的領(lǐng)域，探索氣候轉(zhuǎn)變對(duì)懸浮粒子及空氣質(zhì)素的影響。接觸來自世界各地的第一手?jǐn)?shù)據(jù)，了解世界不同地方正在發(fā)生的變化，這個(gè)過程令他非常享受。

在哈佛深造期間，戴沛權(quán)的表現(xiàn)一如既往地出色。他兩獲哈佛大學(xué)頒發(fā)的卓越教學(xué)獎(jiǎng)，并將霍華德·T.費(fèi)希爾（Howard?T.?Fisher）卓越地球信息科學(xué)獎(jiǎng)收入囊中。2012年，博士畢業(yè)后，戴沛權(quán)又獲“裘槎博士后研究獎(jiǎng)學(xué)金”，到母校麻省理工學(xué)院做博士后研究。此時(shí)，戴沛權(quán)在國外的科研生涯正是風(fēng)生水起，但一年后博士后出站時(shí)，他卻沒有絲毫留戀地選擇了回國。

對(duì)此，戴沛權(quán)認(rèn)真解釋道：“雖然做科研在哪里都可以，但我首先是中國人，是香港人。我要為祖國和家鄉(xiāng)的科研事業(yè)、社會(huì)發(fā)展作貢獻(xiàn)?！绷硪淮偈顾貒脑蛟谟冢拔蚁Ｍ厝椭切┩乙粯?，在學(xué)生時(shí)代、在人生道路的選擇上感到迷茫的年輕人。通過我的成長經(jīng)歷和心得，引導(dǎo)他們找到自己的興趣，激發(fā)他們的熱情。”就這樣，戴沛權(quán)由己及人，心懷“大道”，在闊別十年后，帶著前沿的理念和成果，走進(jìn)了港中大。

打破壁壘，做跨學(xué)科研究

如今，戴沛權(quán)不僅是港中大理學(xué)院地球與環(huán)境科學(xué)課程的副教授及地球系統(tǒng)科學(xué)課程的主任，還是大學(xué)通識(shí)教育部的副主任，以及環(huán)境、能源及可持續(xù)發(fā)展研究所副所長。港中大校訓(xùn)“博文約禮”，與戴沛權(quán)廣泛涉獵，以跨學(xué)科知識(shí)和全局視角做研究的理念不謀而合。

大氣科學(xué)作為地球科學(xué)的組成部分，其主要研究對(duì)象是覆蓋整個(gè)地球的大氣圈。它與水圈、冰雪圈、巖石圈、生物圈相互影響、相互作用，因此其組分、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)，存在著確定性與不確定性，造成了科研的復(fù)雜性。打破學(xué)科壁壘，開展跨學(xué)科研究，勢在必行。

戴沛權(quán)的主要研究方向和學(xué)術(shù)思路，是以人為排放、土地利用、糧食生產(chǎn)與消費(fèi)等人類活動(dòng)為背景，探究空氣質(zhì)量和氣候變化、農(nóng)業(yè)與森林的可持續(xù)發(fā)展，以及各個(gè)領(lǐng)域中的變量相互影響的模式，尋找綜合的適應(yīng)與管理策略，為環(huán)境的保護(hù)、社會(huì)的發(fā)展提供科學(xué)的建議。

在跨學(xué)科研究中，難點(diǎn)在于如何高效地溝通。戴沛權(quán)說：“每個(gè)領(lǐng)域都有自己的傳統(tǒng)，有些方法為外界不解，甚至不被接受。所以，當(dāng)我跟生態(tài)學(xué)家、農(nóng)業(yè)科學(xué)家、公共衛(wèi)生學(xué)家、經(jīng)濟(jì)學(xué)家等談我們的模型時(shí)，他們起初常常感到不可思議，難以相信。做跨學(xué)科研究，肯定要突破這些難關(guān)。面對(duì)不同領(lǐng)域的專家，要虛心交流，互通有無，揚(yáng)長避短?！?/p>

跨學(xué)科研究的觀念和心態(tài)建設(shè)起來了，下一步則要做好案頭工作?！拔倚枰嬲钊雽?duì)方的研究領(lǐng)域去，花大量時(shí)間閱讀他們的論文、專著。經(jīng)濟(jì)學(xué)的、生態(tài)學(xué)的、農(nóng)業(yè)科學(xué)的……通過這個(gè)過程，幫助自己建立宏觀的知識(shí)體系。一方面，當(dāng)我在進(jìn)行跨學(xué)科交流時(shí)，可以使用對(duì)方熟悉的術(shù)語，表明誠意，迅速推進(jìn)合作關(guān)系；另一方面，我可以事先設(shè)計(jì)好跨學(xué)科的研究思路，然后尋找對(duì)應(yīng)的專家合作研究，有的放矢。”

懷著這樣的想法，自2013年加入港中大以來，戴沛權(quán)不斷探索那些鮮有人涉足的領(lǐng)域，尋求新穎的角度，積極開展創(chuàng)新研究。在一次次摸著石頭過河的實(shí)踐中，他形成了三大研究主題，包括：臭氧與植被的相互作用對(duì)作物與森林生產(chǎn)力和空氣質(zhì)量的影響；氣候、土地利用與土地覆蓋變化對(duì)空氣質(zhì)量的影響；可持續(xù)農(nóng)業(yè)與飲食模式對(duì)糧食安全與環(huán)境健康的多重效益。以諸多項(xiàng)目為依托，戴沛權(quán)廣泛聯(lián)合各領(lǐng)域?qū)＜?，為關(guān)乎人類福祉的環(huán)境問題尋求答案。

跳出傳統(tǒng)視角，挖掘新鮮觀點(diǎn)

2018年以來糧食危機(jī)席卷全球，面對(duì)這一重大議題，科學(xué)家往往從單一環(huán)境因素入手，鮮有人注意到不同因素之間的協(xié)同作用對(duì)其產(chǎn)生的影響。戴沛權(quán)則視角獨(dú)特，從臭氧污染和全球暖化的協(xié)同作用對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)的影響出發(fā)展開研究。他采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)模型，模擬未來一系列的環(huán)境變化及人類活動(dòng)，從而預(yù)測將來的氣候和空氣質(zhì)素，并精確地把地球系統(tǒng)中物理和化學(xué)成分之間復(fù)雜的相互作用也計(jì)算在內(nèi)。在充分考慮各種可能的情況后，他得出結(jié)論，在未來數(shù)十年里，氣候變化和空氣污染惡化問題將可能導(dǎo)致全球農(nóng)作物生產(chǎn)量大減，令營養(yǎng)不足的人口比例上升，嚴(yán)重威脅全球糧食安全和公眾健康。最壞的情況下，發(fā)展中國家的營養(yǎng)不足人口將于2050年前增加約五成。然而，嚴(yán)格控制空氣污染，可部分抵消氣候暖化對(duì)農(nóng)作物的影響。同時(shí)，配合種植更耐熱農(nóng)作物品種，或許可以扭轉(zhuǎn)局面。戴沛權(quán)的研究顯示了臭氧污染和全球暖化的協(xié)同作用超過二者單獨(dú)對(duì)農(nóng)作物生產(chǎn)的影響，對(duì)世界各地的農(nóng)業(yè)及空氣污染政策制定提供了極具價(jià)值的參考。

此外，在空氣污染問題上，許多人都會(huì)想到，是工業(yè)污染導(dǎo)致了空氣污染加劇。戴沛權(quán)則針對(duì)氣候暖化對(duì)空氣污染的影響開展研究，發(fā)現(xiàn)在過去30年，中國及周邊地方的地表平均氣溫在夏季提升最高達(dá)3℃，令夏季地表臭氧濃度增加了2～10ppbv。臭氧濃度增加，所造成的最直觀的危害就是，它將導(dǎo)致因長期吸入臭氧引致呼吸病癥而過早死亡的人數(shù)增加。因氣候暖化而導(dǎo)致的臭氧污染加劇，可使整個(gè)東亞地區(qū)，每年過早死亡人數(shù)增加約6000人。相比之下，廣為人知的燃燒化石所制造出的人為排放，也不過令臭氧濃度增加最多30ppbv，導(dǎo)致每年過早死亡人數(shù)增加約6萬人。由此可見，除工業(yè)排放之外，氣候變化對(duì)中國人口的健康亦有重大損害。戴沛權(quán)又指出：“氣候暖化及二氧化碳濃度上升，一般會(huì)令植物于夏季生長得更茂盛，促進(jìn)植物透過葉氣孔吸收更多臭氧，可以抵消部分氣候暖化及排放所造成的不利影響。”因此，他呼吁，未來控制空氣污染的政策，必須將氣候及生態(tài)系統(tǒng)的影響納入考慮因素之內(nèi)。

近年來，人口快速增長，導(dǎo)致對(duì)糧食尤其是肉類的需求不斷提高，這一變化是否會(huì)使地球環(huán)境產(chǎn)生連鎖反應(yīng)？為了探究這一問題，戴沛權(quán)課題組以1980年至2010年中國食品生產(chǎn)和消費(fèi)模式的變化為基礎(chǔ)，并綜合電腦模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示，過去中國飲食模式的改變，尤其因肉類需求量大增，使農(nóng)業(yè)氨氣排放量增加6成多，年均細(xì)顆粒物濃度增加達(dá)10ug/m3，而這個(gè)從飲食改變而來的增長約為同一時(shí)期來自所有細(xì)顆粒物污染源的兩成，導(dǎo)致每年約9萬人過早死于空氣污染相關(guān)疾病。具體來說，就是飼料作物生長過程中含氮化肥過量使用、牲畜排泄物又向空氣釋放大量活性氮，聯(lián)合導(dǎo)致含氮污染物增加，影響環(huán)境健康，亦使一氧化二氮等溫室氣體增多，進(jìn)而加劇全球變暖。

戴沛權(quán)和團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，如改變目前過度吃肉的飲食習(xí)慣，改為《2016年中國膳食指南》推薦的較健康、多菜少肉飲食模式，則可減少兩成農(nóng)業(yè)氨氣的排放量及6ug/m3細(xì)顆粒物，并可避免每年7.5萬人因空氣污染而過早死亡。這項(xiàng)研究，是全球首次發(fā)現(xiàn)，廣泛采用多菜少肉的飲食模式，可成為減輕中國嚴(yán)重空氣污染問題的對(duì)策之一。不僅如此，戴沛權(quán)還研究發(fā)現(xiàn)，間套作系統(tǒng)作為一種可持續(xù)農(nóng)耕模式可減少空氣污染，在促進(jìn)糧食安全、環(huán)境與人類健康各方面均具有多重效益。所以，綜合來說，改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式和國民飲食習(xí)慣，除了可以減少溫室氣體排放而幫助國家邁向碳中和，亦可作為減輕中國空氣污染的重要策略之一。

如今，在“碳中和、碳達(dá)峰”的戰(zhàn)略背景下，環(huán)境問題越發(fā)重要。戴沛權(quán)響應(yīng)號(hào)召，計(jì)劃更深入探究空氣污染對(duì)森林的影響，進(jìn)而為國家制定科學(xué)的發(fā)展路線提供參考。此外，他還將繼續(xù)可持續(xù)農(nóng)業(yè)與飲食模式的研究，致力于建立對(duì)環(huán)境更友好的飲食文化，并以此推動(dòng)農(nóng)業(yè)技術(shù)的改進(jìn)，將制造和需求相結(jié)合，最終實(shí)現(xiàn)多贏的局面。對(duì)戴沛權(quán)來說，環(huán)境研究從來不是站在道德制高點(diǎn)紙上談兵，而是深入社會(huì)和自然，體察發(fā)展需求和難點(diǎn)，于迷霧中抽絲剝繭，找出讓這個(gè)世界變得更美好且更切實(shí)可行的方案。多贏，是他最樂見的局面。

助人者，人恒助之

基于累累成果，戴沛權(quán)于2014年獲得香港研究資助局（RGC）的“杰出青年學(xué)者獎(jiǎng)”，2015年獲聯(lián)合國頒發(fā)的“世界氣象組織青年科學(xué)家研究獎(jiǎng)”，成為香港首位獲頒這項(xiàng)研究獎(jiǎng)的科學(xué)家；更于2018年獲選“香港青年科學(xué)院”的創(chuàng)院成員及義務(wù)秘書。

面對(duì)榮譽(yù)和獎(jiǎng)勵(lì)，戴沛權(quán)表現(xiàn)得謙虛和感恩，希望繼續(xù)為社會(huì)作更多貢獻(xiàn)。然而，回首這十余年，他坦言，曾經(jīng)差點(diǎn)就放棄了科研。一直以來，對(duì)戴沛權(quán)而言，工作中最主要的兩個(gè)難點(diǎn)，一是如何說服其他領(lǐng)域的專家開展合作，二是如何將尺度如此之大的理論成果應(yīng)用于實(shí)際社會(huì)。“有段時(shí)間，我發(fā)覺工作很難推進(jìn)，一度萌生了離開科研界的想法。最后，是作家弗雷德里克·布赫納（Frederick?Buechner）作品里的觀點(diǎn)啟發(fā)了我?！辈己占{在書里說，人生的目標(biāo)應(yīng)是兩樣?xùn)|西的交會(huì)處，一樣是能給予你最深刻的喜悅的事物，一樣是這個(gè)世界上所最急需的事物。戴沛權(quán)恍然意識(shí)到，這不就是自己正從事的科研和教學(xué)？

“我享受在科研中求知、解題的過程，享受在教學(xué)中幫助和影響學(xué)生的過程，享受在探究環(huán)境問題的過程中為百姓謀求更好的生存條件，向政府、企業(yè)和公眾宣傳，引起他們的關(guān)注和重視的過程。我希望大家知道，其實(shí)我們每個(gè)人每天吃什么、消費(fèi)什么、使用什么，都能影響到這個(gè)世界。”戴沛權(quán)由此深深意識(shí)到，自己對(duì)環(huán)境科學(xué)的熱情，再也沒動(dòng)搖。

在哈佛大學(xué)讀博時(shí)，戴沛權(quán)的導(dǎo)師常常對(duì)大家說，“When?you?share，you?gain?a?lot?more?than?if?you?don't”。意思是，當(dāng)你分享時(shí)，你得到的比不分享時(shí)多得多。后來成立團(tuán)隊(duì)，戴沛權(quán)也向成員強(qiáng)調(diào)要保持開放和互助的精神。助人者，人恒助之。正是基于這種文化，戴沛權(quán)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)與外界建立了良好的合作，結(jié)交了真誠的伙伴。他興奮地補(bǔ)充道：“不僅如此，因?yàn)榇蠹叶蓟ハ喾窒?、協(xié)同合作，到最后并非只是某幾個(gè)人獲利了，而是所在領(lǐng)域的科學(xué)進(jìn)展更快了、更有影響力了。”

科研之余，戴沛權(quán)喜歡音樂和書籍。有時(shí)工作疲憊，他就坐在鋼琴前彈一曲。助人的理念，不光體現(xiàn)在科研中，在生活中，他也總是不吝余力發(fā)揮才能?！熬蹠?huì)上需要我的地方，我都愿意去彈琴，陶冶自己，也陶冶別人。”那雙用來采集戶外信息、操作計(jì)算機(jī)設(shè)備、設(shè)計(jì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的手，在彈奏樂器時(shí)，同樣靈動(dòng)而自如。即興的、反傳統(tǒng)的、融合混搭的爵士樂，同樣為戴沛權(quán)所鐘情，正如對(duì)科學(xué)研究的品味一般，他喜歡那些不走尋常路、耐人尋味的事物。而廣泛地閱讀書籍文獻(xiàn)，則是他建立跨學(xué)科思維和進(jìn)行跨科學(xué)研究，提高文化修養(yǎng)和專業(yè)素質(zhì)的基礎(chǔ)，對(duì)戴沛權(quán)來說，亦是尤為重要。

（責(zé)編：王芳）