本刊記者 杜月嬌 實習(xí)記者 馬曉娟

21世紀(jì)，水資源危機已成為世界各國所關(guān)注的一個重要問題。1977年，聯(lián)合國水事會議就發(fā)出警告：“石油危機以后的下一個危機就是水的危機?！比驘o數(shù)科學(xué)家為之心憂，首都師范大學(xué)教授張靜也是其中之一。2008年5月，張靜作為海外引進優(yōu)秀人才回國，開始了在水資源方面的研究與探索。

農(nóng)業(yè)灌溉：滴“水”不漏

用水結(jié)構(gòu)中，農(nóng)業(yè)用水占社會總用水量比例最大。繼以色列高效的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)極大地彌補了其先天不足的水資源缺乏狀況后，科研領(lǐng)域掀起了一番對水文學(xué)及農(nóng)業(yè)節(jié)水的深層次研究。而農(nóng)業(yè)節(jié)水的關(guān)鍵是提高農(nóng)業(yè)灌溉用水的有效利用率。

作物對水分的利用，主要是通過根系吸收土壤水分實現(xiàn)的，包氣帶水對成壤作用及植物生長具有重要意義。對農(nóng)業(yè)來說，包氣帶水實際上是可被農(nóng)作物直接利用的唯一水資源形式，是農(nóng)作物生產(chǎn)效益的主要制約因素之一。另外，在“四水”轉(zhuǎn)化中，包氣帶水也居中心關(guān)鍵部位，起著至關(guān)重要的調(diào)蓄和制約作用。因此，包氣帶水文學(xué)與地表水和地下水相互作用下包氣帶水分運移機制的研究越來越成為水文學(xué)研究方面的熱點問題，相關(guān)方面的研究對實現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)水及水資源利用效率具有重要的理論和實際意義。

在這樣的情況下，2009年，張靜開始主持國家自然科學(xué)基金青年項目，逐步展開地表水與地下水相互作用下雙層包氣帶水分運移機制課題研究，力圖做到提高農(nóng)業(yè)灌溉用水的有效利用率，實現(xiàn)在農(nóng)業(yè)節(jié)水中滴“水”不漏。

該項目以半干旱地區(qū)水資源保障功能重要的北京市郊為研究區(qū)，主要分四個步驟依次進行。首先，建立雙層包氣帶土壤水分運移模型，揭示地表水和地下水相互作用下包氣帶土壤水分運移規(guī)律及其動態(tài)特征；其次，建立基于雙層包氣帶水分運移機制的地表水——地下水耦合模型。在這一過程中，張靜提出的Two Layer Vadose Zone創(chuàng)新理論，使得該集成模型考慮包氣帶土壤水分運移規(guī)律時，物理機制更趨完善，從而更好地描述地表水-地下水相互作用過程。該模型已在中非國際合作項目（2010DFA2400）中得到較好驗證，目前在與美方合作者一起申請相關(guān)專利；繼而，在深入分析了灌溉水補給地下水、蒸散發(fā)和徑流等重要水文過程的響應(yīng)特性及變化規(guī)律后，最后初步探討了該流域變化環(huán)境下生態(tài)水文響應(yīng)。

2012年，張靜主持的國家自然科學(xué)基金青年項目如期交上完美答卷。在研究中，張靜對包氣帶水分運移過程的地表水—地下水耦合模型等相關(guān)問題進行分析。這一研究不僅對于評價水資源系統(tǒng)，制定科學(xué)合理灌溉制度等皆具有重大現(xiàn)實應(yīng)用價值，而且有助于解決地下水天然及人工補給的機制、土壤改良、徑流分析等一系列理論和實際問題。

關(guān)注植被：“水”到渠成

植被與水文過程相互作用和互為反饋機制，水循環(huán)過程尤其是土壤水的時空變化決定了植被的生長動態(tài)、形態(tài)功能和空間分布格局；反之，植被通過生物物理過程和生物化學(xué)循環(huán)作用于水循環(huán)過程。

在青年基金課題的研究中，張靜研究組在分析灌溉水補給地下水、蒸散發(fā)和徑流等重要水文過程的響應(yīng)特性，以及人類擾動和變化環(huán)境，特別是近10年植被覆蓋和土地利用改變對降雨、蒸散發(fā)等水分要素的影響時意識到，流域水文模型不能忽略植被的重要作用，植被的生長發(fā)育及其季節(jié)性變化會對水文過程產(chǎn)生重要影響。

然而，在當(dāng)時已建立的地表水—地下水耦合模型中，大家孤立地看待了水文過程，很少考慮到植被的因素。2012年，張靜圍繞這個問題，主持了國家自然科學(xué)基金青年面上連續(xù)項目，逐步展開對變化環(huán)境下基于雙層包氣帶水分運移機制的流域植被—水文雙向耦合模型的課題研究。該項目是前一個青年基金研究基礎(chǔ)的進一步深化和拓展，研究對象從單一的水文過程擴展到流域植被與水文過程相互作用機制的描述，使得水文學(xué)進一步延伸到了生態(tài)領(lǐng)域。

在這個過程中，如何使得模型對水文過程的模擬更符合實際？如何有效地利用青年基金的研究成果，在已建立的基于雙層包氣帶水文運移機制的地表水——地下水集成模型基礎(chǔ)上建立耦合生態(tài)模型？生態(tài)模型與水文模型耦合的尺度問題怎樣解決？如何合理的刻畫交互作用實現(xiàn)雙向動態(tài)耦合？這些問題成了張靜課題組成員一直在深入思考的關(guān)鍵問題。

隨著研究的深入，張靜瞄準(zhǔn)基于人類擾動和變化環(huán)境下的水循環(huán)過程變化以及相應(yīng)的植被生態(tài)響應(yīng)機理研究，開展了這一前沿領(lǐng)域方面的研究。她希望，這項研究能對發(fā)展水文和生態(tài)科學(xué)的理論創(chuàng)新具有重要意義。

海外歸來：促中西“水”交流

博士就讀于美國南佛羅里達大學(xué)，博士后就讀于美國佛羅里達州水文模型與生態(tài)系統(tǒng)中心,她也曾在普林斯頓大學(xué)當(dāng)高級訪問學(xué)者。同時，她還是聯(lián)合國教科文組織水信息學(xué)與生態(tài)水文學(xué)主席的核心成員、美國土木工程師協(xié)會會員、美國水資源協(xié)會會員、國際水文科學(xué)協(xié)會會員、美國地球物理協(xié)會會員。令人艷羨的求學(xué)經(jīng)歷和領(lǐng)域內(nèi)諸多國際頭銜，為張靜在行業(yè)領(lǐng)域貼上了令人矚目的標(biāo)簽。

作為一名海外歸來的科學(xué)家，張靜有了更多的話語權(quán)。在美國的6年里，她深諳國際水資源水文化方面的動態(tài)，也領(lǐng)略了國際前沿的水資源科研理念。而這些都讓她在接手國家自然科學(xué)基金、北京市科技新星等科研項目時能做到胸有成竹、游刃有余。張靜說：“國內(nèi)緊跟國際潮流，國際的熱門研究，例如碳循環(huán)，水質(zhì)微生物等國內(nèi)都有研究，但不足的一點是，國內(nèi)缺乏創(chuàng)新性，老師學(xué)生發(fā)表一篇文章非常不易?！币虼耍鲝?，應(yīng)該大力鼓勵與支持創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。

對人才培養(yǎng)，張靜也頗有心得，她特別提出“引進來”與“走出去”相結(jié)合，希望學(xué)生們能通過學(xué)術(shù)交流，借鑒國際水資源發(fā)展的長處。“我曾邀請美國專家來華訪問，對我們的研究進行專業(yè)性的指導(dǎo)。時隔六年，我又以訪問學(xué)者的身份回到了普林斯頓大學(xué)與專家學(xué)者們進行了6個月的學(xué)術(shù)交流?！痹谄樟炙诡D大學(xué)時，張靜的合作學(xué)者Ignacio Rodriguez-Iturbe教授是世界生態(tài)水文學(xué)領(lǐng)域的引領(lǐng)者之一。他的團隊所研究的生態(tài)水文耦合模型世界領(lǐng)先，模型的廣泛使用已促成了多項具有重要生態(tài)水文學(xué)意義的研究成果。當(dāng)時，張靜與Ignacio Rodriguez-Iturbe教授的研究方向一致，因此也一直保持著較密切的聯(lián)系。

“通過國際間的交流與探討，國內(nèi)才會了解國際在水資源方面的動態(tài)，才會擴大視野，緊跟潮流，站在水資源研究的前沿領(lǐng)域。”張靜特別提倡國際交流與國際合作。

作為老師，她多年來一直從事本科生及研究生教學(xué)工作，指導(dǎo)本科生做畢業(yè)設(shè)計，指導(dǎo)研究生、博士生進行科研實踐。“相對于國外，國內(nèi)的教學(xué)壓力比較大，我們應(yīng)該借鑒國外的教學(xué)模式，給予學(xué)生更多獨立思考的空間與更多做科研項目的時間。”中西文化帶來教育理念的不同，張靜深有感慨。