孔祥臻 | 創(chuàng)新研發(fā)生態(tài)模型 矢志守護湖泊環(huán)境

湖泊被譽為“大地上的明珠”，是重要的國土資源和生態(tài)安全屏障。我國是湖泊大國，據(jù)2022年中國科學院南京地理與湖泊研究所編制的《中國湖泊生態(tài)環(huán)境研究報告》顯示，我國現(xiàn)有面積1平方千米以上的天然湖泊2670個，總面積8.07萬平方千米，是我國極其珍貴的地表水資源。為了更好地保護和利用這一資源，用科學的手段深入了解湖泊生態(tài)系統(tǒng)長期演變規(guī)律至關(guān)重要。

有湖泊的地方，常常能看見這樣一支團隊：他們腳踏實地、兢兢業(yè)業(yè)，為祖國綠水青山的生態(tài)環(huán)境保護注入科技力量。中國科學院南京地理與湖泊研究所青年研究員孔祥臻就是其中一員。

▲孔祥臻（中）與荷蘭瓦赫寧恩大學博士生導(dǎo)師合影

與“湖泊科學”研究結(jié)緣多年，孔祥臻聚焦全球變化下的湖泊生態(tài)系統(tǒng)長期演變規(guī)律及其機制，創(chuàng)新研發(fā)湖泊生態(tài)模型，并與長期湖沼學記錄相結(jié)合，闡明湖泊流域人－地互作機制，探究全球變化影響下不同氣候區(qū)與不同類型湖泊生態(tài)系統(tǒng)演變的新模式和機制，用科技力量守護著祖國的綠水青山。

專業(yè)選擇：從物理到地理的跨越

作為一名在湖泊研究領(lǐng)域經(jīng)驗頗豐的青年研究者，孔祥臻最開始的專業(yè)方向卻是物理學。

孔祥臻一直對基礎(chǔ)理論學科十分感興趣，并在本科期間選擇了物理學專業(yè)。物理學科在培養(yǎng)過程中十分注重數(shù)學建模的概念，本科階段孔祥臻積極參與到國內(nèi)外多個數(shù)學建模競賽中并數(shù)次榮獲一等獎。在這一過程中，他了解到數(shù)學模型可廣泛應(yīng)用在生態(tài)環(huán)境問題研究中，并對此產(chǎn)生了濃厚的興趣。為了能夠?qū)⒆约核鶎W的專業(yè)更好地加以應(yīng)用，本科畢業(yè)后孔祥臻選擇保送至北京大學攻讀博士學位，師從徐福留教授，并將專業(yè)方向轉(zhuǎn)換到了環(huán)境地理學。

科研方向的轉(zhuǎn)換，讓孔祥臻經(jīng)歷了一段“陣痛期”?！耙驗槲锢韺W與環(huán)境科學之間沒有太多的交集，所以要從很多基礎(chǔ)理論知識開始惡補?！彼f。這一階段，徐福留教授給予了孔祥臻專業(yè)的指導(dǎo)和巨大的支持，同時也鼓勵他發(fā)揮自己的專業(yè)背景特點開展工作。隨著學習的深入，孔祥臻利用在物理專業(yè)學習中塑造的邏輯思維和數(shù)理分析能力，從獨特的視角更加全面地理解湖泊生態(tài)系統(tǒng)的演變規(guī)律，并在環(huán)境地理學研究中拓展出新的科研創(chuàng)新問題，在相關(guān)領(lǐng)域研究中越發(fā)得心應(yīng)手。

創(chuàng)新實踐：成功研發(fā)湖泊生態(tài)系統(tǒng)模型

巢湖位于安徽省中部，面積約780平方千米，是我國第五大淡水湖，也是富營養(yǎng)化問題最為嚴重的湖泊之一。

從博士階段開始，孔祥臻就以巢湖作為研究對象開展了系列研究，致力于研發(fā)符合巢湖生態(tài)環(huán)境特點的數(shù)學模型，揭示和預(yù)測湖泊的歷史演變過程，探究富營養(yǎng)化和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換過程的發(fā)生機制。

事實上，關(guān)于湖泊生態(tài)模型的研發(fā)，國際上早有先例。

20世紀90年代，荷蘭瓦赫寧根大學的科學家曾研發(fā)了淺水湖泊富營養(yǎng)化模型PCLake并被廣泛應(yīng)用。通過系統(tǒng)研究，孔祥臻發(fā)現(xiàn)PCLake并不完全適用于國內(nèi)湖泊?！昂商m地處溫帶地區(qū)，其氣候條件與巢湖所處的亞熱帶地區(qū)有很大的不同。同時，不同地區(qū)湖泊的生態(tài)結(jié)構(gòu)與功能也有顯著差異。我國湖泊營養(yǎng)級下行效應(yīng)偏弱，雜食性魚類比例較高，生物群落結(jié)構(gòu)與功能顯著不同于溫帶湖泊。另外，我國湖泊普遍受到富營養(yǎng)化與有害污染物的復(fù)合污染，已有的湖泊生態(tài)模型（包括PCLake）尚無法研究復(fù)合污染條件下的湖泊生態(tài)系統(tǒng)演變?！笨紫檎檎f。

在這一背景下，孔祥臻基于PCLake并針對我國湖泊特點，成功研發(fā)了生態(tài)系統(tǒng)模型EUTOX（EUtrophication & TOXicant，v1.0）。模型以流域－湖泊系統(tǒng)為模擬對象，由物質(zhì)循環(huán)與湖泊生態(tài)系統(tǒng)模塊構(gòu)成，能夠根據(jù)不同湖泊食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)特點進行模塊化設(shè)置，相對傳統(tǒng)模型在應(yīng)用范圍方面有大幅提升。

基于EUTOX模型，孔祥臻系統(tǒng)梳理和定量反演了巢湖生態(tài)系統(tǒng)20世紀50年代以來的演變過程，發(fā)現(xiàn)了營養(yǎng)鹽排放與水文調(diào)控的耦合作用機制，提出了巢湖“三階段”富營養(yǎng)化和演變模式。進一步研究發(fā)現(xiàn)，有害污染物通過“資源稀釋”效應(yīng)降低湖泊富營養(yǎng)化發(fā)生閾值，使得湖泊更易發(fā)生系統(tǒng)突變和藻類水華。相關(guān)成果發(fā)表于《全球變化生物學》（Global Change Biology）、《水研究》（Water Research）等重要學術(shù)期刊。在優(yōu)秀的科研成果基礎(chǔ)上，孔祥臻于2016年、2018年先后獲得北京大學環(huán)境地理學及荷蘭瓦赫寧根大學生態(tài)學的雙博士學位。

放眼全球：完善升級EUTOX模型

為了能夠接觸到更多前沿的科學觀點，孔祥臻于2018年申請并成功獲得了德國洪堡基金的資助，開始在德國亥姆霍茲環(huán)境研究中心（UFZ）從事博士后工作，更加系統(tǒng)研究了全球變化下湖泊生態(tài)系統(tǒng)的演變規(guī)律。

德國等歐洲國家在湖沼學方面有著非常深厚的研究積淀。博士后階段孔祥臻得到了更加全面、系統(tǒng)的專業(yè)訓練，同時，UFZ的科研平臺也讓孔祥臻有機會與各國學者進行廣泛交流，參與了包括跨領(lǐng)域國際影響模型比較計劃（ISIMIP）在內(nèi)的多個國際研究項目，同時進一步提升EUTOX（v2.0）模型對湖泊-流域耦合系統(tǒng)的模擬功能。

基于高頻水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)和升級的EUTOX（v2.0）模型分析，孔祥臻揭示了增溫可縮短冬季湖冰時間，進而間接改變藻類季節(jié)演替模式及其驅(qū)動機制，為揭示湖泊生態(tài)系統(tǒng)長期演變規(guī)律和準確預(yù)警夏季藍藻水華提供了新的理論依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，他進一步突破了傳統(tǒng)的“氣候-湖庫”二元系統(tǒng)框架的局限性，提出了“氣候-流域-湖庫”多元耦合系統(tǒng)新框架，研究了連續(xù)極端干旱事件后森林大面積退化對下游湖庫生態(tài)系統(tǒng)退化造成的影響，揭示了在未來短期內(nèi)（10～15年）“氣候→流域”偶聯(lián)過程的湖庫生態(tài)效應(yīng)亟須優(yōu)先應(yīng)對，為管理決策提供了關(guān)鍵科學依據(jù)。相關(guān)成果連續(xù)發(fā)表在《水研究》（Water Research）和《環(huán)境科學與技術(shù)》（Environmental Science & Technology）等重要學術(shù)期刊，并被美國科學促進會（AAAS）、《科學日報》（Science Daily）、德國亥姆霍茲環(huán)境研究中心（UFZ）網(wǎng)站等多家網(wǎng)絡(luò)科學媒體采訪并廣泛報道。

研以報國：致力北方湖泊生態(tài)系統(tǒng)保護

游子思歸，報效祖國。在國外從事科研工作多年，孔祥臻“學成報國”的信念越加強烈。

中國科學院南京地理與湖泊研究所，是目前全國唯一以湖泊－流域系統(tǒng)為主要研究對象的綜合研究機構(gòu)，也是孔祥臻一直向往的科研工作平臺。2021年他如愿以人才引進的方式入職，加入了薛濱研究員的研究團隊。

近年來，北方溫帶湖泊生態(tài)系統(tǒng)急劇退化，藍藻水華等生態(tài)環(huán)境問題日趨嚴重，湖泊富營養(yǎng)化治理與防控迫在眉睫。加入地湖所之后，孔祥臻開始著眼于研究基礎(chǔ)較為薄弱的北方溫帶高緯度地區(qū)湖泊。針對北方第一大淡水湖呼倫湖，孔祥臻多次組織團隊進行實地考察和調(diào)研，發(fā)現(xiàn)藍藻水華已經(jīng)成了當前呼倫湖治理最棘手的問題之一。在研究團隊帶頭人薛濱研究員大力推動下，中國科學院南京地理與湖泊研究所和呼倫湖國家級保護區(qū)管理局共建呼倫湖濕地生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究站，并加入國家陸地生態(tài)系統(tǒng)定位觀測網(wǎng)絡(luò)?？紫檎橐卜e極參與到臺站的建設(shè)與運行中，“以站為基”，全面投入以呼倫湖為代表的北方干旱半干旱地區(qū)湖泊研究工作中。

▲研究團隊在呼倫湖采集湖泊巖芯（攝于2023年2月）

未來，孔祥臻希望能進一步開發(fā)適用于我國北方湖泊的EUTOX系列模型，力求突破北方溫帶湖泊生態(tài)系統(tǒng)演變規(guī)律的理論和模型技術(shù)瓶頸，回答“全球變化多重因素協(xié)同作用下我國北方溫帶湖泊生態(tài)系統(tǒng)演變機制”這一重要科學問題，為有效防控北方溫帶湖泊富營養(yǎng)化、保障區(qū)域水生態(tài)安全作出創(chuàng)新貢獻。

光而不耀，靜水深流。多年來腳踏實地前行在科研探索的道路上，孔祥臻始終在追求一種“自然而然、水到渠成”的狀態(tài)。正如《道德經(jīng)》中所說：“天之道，利而不害；人之道，為而不爭?！倍@便是他向往的工作與生活態(tài)度。他希望無論是現(xiàn)在還是以后，都能不忘初心，以最飽滿的熱情投入我國湖泊流域的生態(tài)環(huán)境研究中，為保護祖國的綠水青山貢獻科學力量。