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科学少年的“种地”课丨旁听西湖
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冯怡 公共事务部 2024年06月18日
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公共事务部

教室前方的大屏上,出现了一张黑白照片。

照片上的人,正伏案工作,瘦削的身形很是眼熟。讲台上,一位德国教授正兴奋地指着这张照片,用不够纯正的中文发音念出他的名字——袁隆平。

一时间,中国学生恍然:“是袁爷爷!”

美国学生仍一脸迷茫,轻推一下身边的中国同学:“他是谁?”


今年春季学期起,西湖大学面向本科生新开了一门通识选修课——《环境问题与可持续发展》。由环境水文讲席教授李凌领衔,工学院环境分支的张羽中、Thomas Wanger、张岩岩、鞠峰、王蕾等青年博导共同授课。

我们旁听的这节课,由Thomas Wanger讲粮食安全与可持续农业。

这门课一共16节,由Thomas老师主讲或参与授课的有6节。自2019年底来到中国、全职加入西湖大学,他就为自己起了一个富有深意的中文名字——王立农,寓意着在这片土地上扎根农业的理想抱负。课内课外,他都很乐于分享自己在全世界的“种地”经历。

出发,我们一起去种地!


先热热身,做个小测试。

“粮食安全”这个词熟悉吗?听到这个词,你会联想到什么?Thomas邀请大家扫描课件上的二维码,共同创建“粮食安全”的词云。

很快,屏幕上实时跳动着大家输入的联想词:有人写“饥荒”,有人写“营养不良”,有人觉得是“耕地流失”……

词云百态,躲不过一个“饿”字。

但接下来要讲的内容,却与“饿”没太大关系。

Thomas Wanger曾在美国斯坦福大学和瑞典农业大学开展博士后研究,在德国哥廷根大学农业生态学小组担任研究员,因开展“土地多样化利用对印度尼西亚生物多样性的影响”等研究获得多项国际大奖。作为一名跨学科的科学家,Thomas眼中的“粮食安全”具备更广阔的内涵——

可以非常具体,具体到某一个国家、一个城镇、一个部落、一个家庭能不能填饱肚子,或是吃得够不够营养健康;

也可以非常宏观,宏观到跳出某一时某一地,从全球数据看,我们所生产的粮食远多于所需要的粮食,是什么导致局部地区又饱又饿的现状;

若是再将时间拉长,粮食安全还关乎种植、生产、供应、消费这根链条的稳定性,如果我们不再为气候变化和生物多样性受损做些补救,未来的土地还能生产出足够的粮食吗?


为此,Thomas在西湖大学建立了一个国际化的研究团队。

从2019年底至今,他的团队已在中国、巴西、南非、英国等国的多个城市设立了“实验场”,22位团队成员来自7个不同的国家和地区,全都拥有跨学科背景。

在巴西,他们以橡胶、可可为研究对象,发起了全球农林系统研究平台,尝试将不同地区的橡胶、可可生产联系起来,整体分析这些作物系统的效益。最近,他们把这项研究,扩展到了中国海南的可可种植园里。

在中国,他们以水稻种植系统为研究对象,发起了中国水稻研究平台(China Rice Network),邀请国内外多名专家学者共同参与组建,研究基地遍布全国各地。他们尝试通过农业多样化策略,提高水稻生产的可持续性以及对抗气候与环境变化的韧性。

相当于跳出水稻本身,跳出如何抗病、如何多产的传统育种思路,通过优化“环水稻”的生态圈,从更宏观、更整体的方式提升水稻产量,一种可以穿越时间周期的可持续的产量。

这也是为什么Thomas会在课堂上讲起袁隆平。

“袁隆平是杂交水稻之父,在提高粮食产量方面做出了卓越的贡献。”Thomas说,在眼下的21世纪,农业或粮食安全正在面临新挑战,比如人口增加但耕地减少、化学品对环境的影响、生物多样性下降、气候变化等,“希望同学们通过这堂课了解这些挑战,充分调动自己和伙伴的跨学科知识去探索潜在的解决方案,这是关系到全世界、全人类的大事。”


联合国制定的可持续发展目标(Sustainable Development Goals,简称SDGs),是这件大事最好的例证。

这张图,同学们在这门课的第一讲,就听李凌老师介绍过。这是联合国在2015年制定的17个全球发展目标,包括消除贫困、消除饥饿、负责任的消费与生产、气候行动、海洋环境、陆地生态等,用来指导世界各国从2015年到2030年间的发展政策。

“谁能告诉我,这17项发展目标中,有几项与农业有关?”Thomas问。

答案是100%。

“那么,谁能猜一猜,这些目标现在完成了多少?”

答案是15%。

触目惊心的数字对比,引发课堂上一阵唏嘘和议论。

100%,说明农业系统非常复杂,实现农业可持续发展需要跨学科、跨领域的合作研究;而15%,既说明环境问题与可持续发展任重道远,也印证了最初李凌老师以及工学院环境分支想要设立这门课的初衷。

“环境这个学科,其实是一个高度交叉的学科。西湖大学的本科生不论今后选择什么专业方向,他们作为这个时代最具探索精神和好奇心的年轻人,应该对这个人类所面临的共同挑战有认知、有见解,愿出力、愿担责。”李凌说。

几位博导为这堂课做了一个小设计:最后两节课,师与生对调,每位同学需要结合自己的学科特长和兴趣,定位至少一个环境问题或可持续发展挑战,并提出一个解题思路。


Thomas在这节“种地”课上,给这群年轻人先打了个样。

他向同学们展示了一只黑色方盒,不足一个手掌大。这是他们团队自主研发的AI“摄像头”,也叫“生态眼”,出自研究课题——“基于机器学习的生态系统监测技术助力数字农业可持续发展”。

“生态眼”可以单独执行任务,或与其他类似小型监测设备组合,应用于农业生产系统的很多方面。与传统诱捕的方式不同,AI摄像机能够实现长时间的连续观测,对农作物与动物也没有侵入性,回收提取数据时还能借助AI算法提高效率。

这些“生态眼”,已经跟着Thomas的科研团队,看过全世界很多地方。

去年夏天,一群来自美国的高中生参加西湖大学夏校,跟着Thomas老师的团队成员下到杭州郊区的水稻田里,学着安装“生态眼”。一台“看天”,观测水稻田一带蝙蝠和飞虫的数量、出没时间等;另一台“看地”,观测田里的昆虫种类、数量、活动时间等,进而识别水稻田中的害虫和天敌,研究生物多样性与可持续农业的关系。

而在中国海南和巴西伊列乌斯(Ilhéus)的可可种植园里,他们利用“生态眼”监测并记录到停留在可可花朵上、帮助这些花朵传粉的昆虫。这也是世界上第一次有人用清晰的图像记录这些可可的授粉者。

要知道,不用任何化肥和农药,仅仅依靠提高可可的授粉率——不论是人工的还是天然的——都能显著提升可可产量,抵御全球气候变化带来的负面影响。

有多显著呢?团队曾在巴西的可可种植区做过一次人工授粉实验,产量提高了近700%!所以,面对可可全球减产的严峻形势,或许小小的一只授粉昆虫,比如怎么保护它们、怎么吸引它们来工作,都是拯救巧克力自由的新路径。

看,他们又一次跳出了可可本身,把解决问题的视角拉远了一些。


初夏傍晚,数不清的年轻人涌向杭州城西边的后陡门,他们的偶像——10个种地的年轻人——已连续两年在这成片的麦田里播种收获。

这天,是6月5日,世界环境日。

同一天,距离那片金色麦田仅1公里的西湖大学云谷校区里,一堂师与生对调的《环境问题与可持续发展》课开始了。

经过一学期的学习,轮到这群意气风发的年轻人走上讲台。有学物理的、化学的、生物的或数学的,有中国的也有美国的,他们用一种名叫“科学”的方式探讨“种地”,探索人类活动与可持续发展的关系。

全球变暖、空气污染、生物多样性受损、生态系统退化、资源枯竭、粮食安全……

如何通过跨学科研究与应用,去理解,去回应,去解决;如何通过设计框架与政策,去衡量,去管理,去改善。

年轻人的学术思考也许略显生涩,但年轻人的未来探索充满奇思妙想。

今年世界环境日的口号,是“我们的土地,我们的未来”

我们的土地以种子为起点,地球的未来以少年为起点。