“万物一体”破学科壁垒，心怀大道解环境议题——记香港中文大学理学院地球与环境科学课程副教授戴沛权

户 万

正如《庄子·齐物论》所言，“天地与我并生，而万物与我为一”。如果从环境科学家的角度看世界，也会发现，天地万物浑然一体，充满了哲学意味。如今，打破学科壁垒，甚至跳出学术界，直接与政府和社会对话的跨学科研究正在成为潮流。来自香港中文大学（以下简称“港中大”）理学院地球与环境科学课程的副教授戴沛权正是这种“万物一体”思想和跨学科研究的倡导人。

农业与森林生态系统是地球系统不可或缺的组成部分，阐明农业、森林与大气之间的相互作用是地球系统科学的前沿焦点，对解决空气污染、气候变化、粮食保障及生态危机等严峻问题亦至关重要。戴沛权长期致力于结合高性能地球系统模拟及创新的多元统计方法，深入了解农业、森林生态系统与大气环境之间的相互作用，并着力从跨学科角度解决与之密切相关的环境问题。

戴沛权

近年，戴沛权的研究成果多次得到国际同行认可，先后有多篇论文发表于《自然·气候变化》（Nature Climate Change）、《自然·食品》（Nature Food）、《大气化学与物理学》（Atmospheric Chemistry andPhysics）等大气、环境与食品科学领域期刊，在地球系统科学前沿领域中占得了一席之地。相关研究一方面为地球科学模式尤其是GEOS-Chem化学输送模型和CESM地球系统模型的开发作出了贡献，另一方面为预测和解决空气污染及粮食短缺等严峻问题提供了崭新的研究方法与观点。

“你可随意挑选一个关心的议题，我们都有办法设计出相应的模型来探讨这些问题。”在戴沛权看来，环境问题虽复杂难辨，但亦环环相扣，通过科学的系统设计，大多数人们想要了解的宏观议题都能应对。

看见需求，当地球的医生

要说香港占地最大、风景最秀逸的校园，非港中大莫属。校园依山而建，面海而居，从山顶到山脚，遍布百余座大楼。生态丰富，处处花木扶疏，中西风格的建筑掩映其间，尽得诗意。其中，“环境与持续发展”更是港中大四大策略研究范畴之一，在世界上享有盛誉。

早在2003年读高中时，戴沛权就与港中大有过交集。当时他在父母的殷切期盼下，一度想要成为医生，并获得了港中大医学院的录取通知书。然而，面对唾手可得的机会，他却犹豫了。“我从小就喜欢动植物，热爱大自然。我那时想到，这世上有许多医生，人身体不舒服，就可以走进医院接受诊疗救治，但长期以来，却少有人研究地球环境问题。环境持续恶化，最终影响的便不只是地球生态，还会造成更多的人类生病。”戴沛权心里升腾起强烈的使命感——“也许我可以做地球的医生，这样既能治理环境问题，又能让更多人类避免因环境恶化而患上疾病。”

于是，怀着炽热的理想，戴沛权孤身前往美国麻省理工学院，攻读环境工程科学专业。本科时，他如饥似渴地阅读了大量书籍文献。他运用化学、物理、生物等基础科学知识，不断观察、解释和认识大千世界，尝试从理论映照真实的自然变化，从变化的自然中总结出可靠的观点。其间，他逐渐意识到，若有好的理论框架，科学家是可以解决地球正面临的环境问题的。“于是，我认定了，这就是我未来想要走的道路。”

然而，环境工程科学涵盖范围如此广，到底要从哪里切入呢？2007年戴沛权进入哈佛大学攻读工程科学（环境科学与工程）博士学位，寻找答案。博士前半年，他一直在实验室工作。“可我发现，做实验不是我的兴趣，我更喜欢跟计算机技术相关的工作，我还喜欢涉及全球的这类大尺度的研究。”于是戴沛权当机立断将自己的研究方向转向了运用电脑模拟系统研究大气科学的领域，探索气候转变对悬浮粒子及空气质素的影响。接触来自世界各地的第一手数据，了解世界不同地方正在发生的变化，这个过程令他非常享受。

在哈佛深造期间，戴沛权的表现一如既往地出色。他两获哈佛大学颁发的卓越教学奖，并将霍华德·T.费希尔（Howard T.Fisher）卓越地球信息科学奖收入囊中。2012年，博士毕业后，戴沛权又获“裘槎博士后研究奖学金”，到母校麻省理工学院做博士后研究。此时，戴沛权在国外的科研生涯正是风生水起，但一年后博士后出站时，他却没有丝毫留恋地选择了回国。

对此，戴沛权认真解释道：“虽然做科研在哪里都可以，但我首先是中国人，是香港人。我要为祖国和家乡的科研事业、社会发展作贡献。”另一促使他回国的原因在于，“我希望回去帮助那些同我一样，在学生时代、在人生道路的选择上感到迷茫的年轻人。通过我的成长经历和心得，引导他们找到自己的兴趣，激发他们的热情。”就这样，戴沛权由己及人，心怀“大道”，在阔别十年后，带着前沿的理念和成果，走进了港中大。

打破壁垒，做跨学科研究

如今，戴沛权不仅是港中大理学院地球与环境科学课程的副教授及地球系统科学课程的主任，还是大学通识教育部的副主任，以及环境、能源及可持续发展研究所副所长。港中大校训“博文约礼”，与戴沛权广泛涉猎，以跨学科知识和全局视角做研究的理念不谋而合。

大气科学作为地球科学的组成部分，其主要研究对象是覆盖整个地球的大气圈。它与水圈、冰雪圈、岩石圈、生物圈相互影响、相互作用，因此其组分、结构、运动，存在着确定性与不确定性，造成了科研的复杂性。打破学科壁垒，开展跨学科研究，势在必行。

戴沛权的主要研究方向和学术思路，是以人为排放、土地利用、粮食生产与消费等人类活动为背景，探究空气质量和气候变化、农业与森林的可持续发展，以及各个领域中的变量相互影响的模式，寻找综合的适应与管理策略，为环境的保护、社会的发展提供科学的建议。

在跨学科研究中，难点在于如何高效地沟通。戴沛权说：“每个领域都有自己的传统，有些方法为外界不解，甚至不被接受。所以，当我跟生态学家、农业科学家、公共卫生学家、经济学家等谈我们的模型时，他们起初常常感到不可思议，难以相信。做跨学科研究，肯定要突破这些难关。面对不同领域的专家，要虚心交流，互通有无，扬长避短。”

跨学科研究的观念和心态建设起来了，下一步则要做好案头工作。“我需要真正深入对方的研究领域去，花大量时间阅读他们的论文、专著。经济学的、生态学的、农业科学的……通过这个过程，帮助自己建立宏观的知识体系。一方面，当我在进行跨学科交流时，可以使用对方熟悉的术语，表明诚意，迅速推进合作关系；另一方面，我可以事先设计好跨学科的研究思路，然后寻找对应的专家合作研究，有的放矢。”

怀着这样的想法，自2013年加入港中大以来，戴沛权不断探索那些鲜有人涉足的领域，寻求新颖的角度，积极开展创新研究。在一次次摸着石头过河的实践中，他形成了三大研究主题，包括：臭氧与植被的相互作用对作物与森林生产力和空气质量的影响；气候、土地利用与土地覆盖变化对空气质量的影响；可持续农业与饮食模式对粮食安全与环境健康的多重效益。以诸多项目为依托，戴沛权广泛联合各领域专家，为关乎人类福祉的环境问题寻求答案。

跳出传统视角，挖掘新鲜观点

戴沛权（右）带领团队成员在户外测量实验所需参数

2018年以来粮食危机席卷全球，面对这一重大议题，科学家往往从单一环境因素入手，鲜有人注意到不同因素之间的协同作用对其产生的影响。戴沛权则视角独特，从臭氧污染和全球暖化的协同作用对农作物生产的影响出发展开研究。他采用先进的计算机模型，模拟未来一系列的环境变化及人类活动，从而预测将来的气候和空气质素，并精确地把地球系统中物理和化学成分之间复杂的相互作用也计算在内。在充分考虑各种可能的情况后，他得出结论，在未来数十年里，气候变化和空气污染恶化问题将可能导致全球农作物生产量大减，令营养不足的人口比例上升，严重威胁全球粮食安全和公众健康。最坏的情况下，发展中国家的营养不足人口将于2050年前增加约五成。然而，严格控制空气污染，可部分抵消气候暖化对农作物的影响。同时，配合种植更耐热农作物品种，或许可以扭转局面。戴沛权的研究显示了臭氧污染和全球暖化的协同作用超过二者单独对农作物生产的影响，对世界各地的农业及空气污染政策制定提供了极具价值的参考。

此外，在空气污染问题上，许多人都会想到，是工业污染导致了空气污染加剧。戴沛权则针对气候暖化对空气污染的影响开展研究，发现在过去30年，中国及周边地方的地表平均气温在夏季提升最高达3℃，令夏季地表臭氧浓度增加了2～10ppbv。臭氧浓度增加，所造成的最直观的危害就是，它将导致因长期吸入臭氧引致呼吸病症而过早死亡的人数增加。因气候暖化而导致的臭氧污染加剧，可使整个东亚地区，每年过早死亡人数增加约6000人。相比之下，广为人知的燃烧化石所制造出的人为排放，也不过令臭氧浓度增加最多30ppbv，导致每年过早死亡人数增加约6万人。由此可见，除工业排放之外，气候变化对中国人口的健康亦有重大损害。戴沛权又指出：“气候暖化及二氧化碳浓度上升，一般会令植物于夏季生长得更茂盛，促进植物透过叶气孔吸收更多臭氧，可以抵消部分气候暖化及排放所造成的不利影响。”因此，他呼吁，未来控制空气污染的政策，必须将气候及生态系统的影响纳入考虑因素之内。

近年来，人口快速增长，导致对粮食尤其是肉类的需求不断提高，这一变化是否会使地球环境产生连锁反应？为了探究这一问题，戴沛权课题组以1980年至2010年中国食品生产和消费模式的变化为基础，并综合电脑模型进行实验。结果显示，过去中国饮食模式的改变，尤其因肉类需求量大增，使农业氨气排放量增加6成多，年均细颗粒物浓度增加达10ug/m3，而这个从饮食改变而来的增长约为同一时期来自所有细颗粒物污染源的两成，导致每年约9万人过早死于空气污染相关疾病。具体来说，就是饲料作物生长过程中含氮化肥过量使用、牲畜排泄物又向空气释放大量活性氮，联合导致含氮污染物增加，影响环境健康，亦使一氧化二氮等温室气体增多，进而加剧全球变暖。

戴沛权和团队通过实验发现，如改变目前过度吃肉的饮食习惯，改为《2016年中国膳食指南》推荐的较健康、多菜少肉饮食模式，则可减少两成农业氨气的排放量及6ug/m3细颗粒物，并可避免每年7.5万人因空气污染而过早死亡。这项研究，是全球首次发现，广泛采用多菜少肉的饮食模式，可成为减轻中国严重空气污染问题的对策之一。不仅如此，戴沛权还研究发现，间套作系统作为一种可持续农耕模式可减少空气污染，在促进粮食安全、环境与人类健康各方面均具有多重效益。所以，综合来说，改善农业生产模式和国民饮食习惯，除了可以减少温室气体排放而帮助国家迈向碳中和，亦可作为减轻中国空气污染的重要策略之一。

如今，在“碳中和、碳达峰”的战略背景下，环境问题越发重要。戴沛权响应号召，计划更深入探究空气污染对森林的影响，进而为国家制定科学的发展路线提供参考。此外，他还将继续可持续农业与饮食模式的研究，致力于建立对环境更友好的饮食文化，并以此推动农业技术的改进，将制造和需求相结合，最终实现多赢的局面。对戴沛权来说，环境研究从来不是站在道德制高点纸上谈兵，而是深入社会和自然，体察发展需求和难点，于迷雾中抽丝剥茧，找出让这个世界变得更美好且更切实可行的方案。多赢，是他最乐见的局面。

助人者，人恒助之

基于累累成果，戴沛权于2014年获得香港研究资助局（RGC）的“杰出青年学者奖”，2015年获联合国颁发的“世界气象组织青年科学家研究奖”，成为香港首位获颁这项研究奖的科学家；更于2018年获选“香港青年科学院”的创院成员及义务秘书。

面对荣誉和奖励，戴沛权表现得谦虚和感恩，希望继续为社会作更多贡献。然而，回首这十余年，他坦言，曾经差点就放弃了科研。一直以来，对戴沛权而言，工作中最主要的两个难点，一是如何说服其他领域的专家开展合作，二是如何将尺度如此之大的理论成果应用于实际社会。“有段时间，我发觉工作很难推进，一度萌生了离开科研界的想法。最后，是作家弗雷德里克·布赫纳（Frederick Buechner）作品里的观点启发了我。”布赫纳在书里说，人生的目标应是两样东西的交会处，一样是能给予你最深刻的喜悦的事物，一样是这个世界上所最急需的事物。戴沛权恍然意识到，这不就是自己正从事的科研和教学？

戴沛权在香港青年科学院活动上作演讲

“我享受在科研中求知、解题的过程，享受在教学中帮助和影响学生的过程，享受在探究环境问题的过程中为百姓谋求更好的生存条件，向政府、企业和公众宣传，引起他们的关注和重视的过程。我希望大家知道，其实我们每个人每天吃什么、消费什么、使用什么，都能影响到这个世界。”戴沛权由此深深意识到，自己对环境科学的热情，再也没动摇。

在哈佛大学读博时，戴沛权的导师常常对大家说，“When you share，you gain a lot more than if you don't”。意思是，当你分享时，你得到的比不分享时多得多。后来成立团队，戴沛权也向成员强调要保持开放和互助的精神。助人者，人恒助之。正是基于这种文化，戴沛权带领团队与外界建立了良好的合作，结交了真诚的伙伴。他兴奋地补充道：“不仅如此，因为大家都互相分享、协同合作，到最后并非只是某几个人获利了，而是所在领域的科学进展更快了、更有影响力了。”

科研之余，戴沛权喜欢音乐和书籍。有时工作疲惫，他就坐在钢琴前弹一曲。助人的理念，不光体现在科研中，在生活中，他也总是不吝余力发挥才能。“聚会上需要我的地方，我都愿意去弹琴，陶冶自己，也陶冶别人。”那双用来采集户外信息、操作计算机设备、设计科学实验的手，在弹奏乐器时，同样灵动而自如。即兴的、反传统的、融合混搭的爵士乐，同样为戴沛权所钟情，正如对科学研究的品味一般，他喜欢那些不走寻常路、耐人寻味的事物。而广泛地阅读书籍文献，则是他建立跨学科思维和进行跨科学研究，提高文化修养和专业素质的基础，对戴沛权来说，亦是尤为重要。