博文
洛桑故事
||
今天的科学时报头版有对陈宜瑜院士的访谈：长期生态学研究比任何时候都重要（http://www.sciencenet.cn/htmlnews/20079248284685190318.html?id=190318）
长期生态学研究在西方国家由来已久，欧洲、澳洲和美国都已有相当的历史了，不过都是以一个或几个站点为基础的长期观测和研究。从1980年开始，美国国家科学基金会启动了世界上第一个国家层面上的长期生态研究计划－The Long Term Ecological Research (LTER) Network。它包括26个长期观测站，有1800多名科学家和研究生参与其中的研究。他们利用3S技术进行综合分析，已经取得了一系列研究成果。
但要说长期生态研究，就不能不说一个人：英国人John Bennet Lawes爵士。
John Bennet Lawes爵士
Lawes的父亲是个庄园主，就是Rothamsted的所有者。1822年，Lawes八岁。那年他父亲去世了，家道衰落。他母亲将庄园里的房子租了出去以供他读书，先是伊顿公学，然后牛津。
1834年，房客离去，他母亲又回到了庄园。正读大二的Lawes是个孝子，于是也退学回家帮母亲打理庄园。此时的Lawes对科学有着浓厚的兴趣，他将一间卧室改装成实验室，试图提取一些药用植物的活性成分，但没有成功。此后，他又尝试用一种新方法生产氯化亚汞去做泻剂，结果又失败了。
在1830年代，很多农户都知道往地里施些碎骨粉可以增加甘蓝的产量。Lawes发现，如果把骨头用硫酸处理一下产生过磷酸钙，甘蓝产量会大幅度提高。到了1842年，Lawes申报了一项利用磷矿石制造过磷酸盐的专利。第二年，他在伦敦建厂开始进行磷肥的商业化生产。同时，他对作物营养研究越来越有兴趣。但他明白，作为伦敦的一个实业家，他不可能同时又是40km以外的Rothamsted的一个农业科学家。于是，他雇了一位助手来设计和实施他想做的那些试验，帮他完成心中的夙愿。
这位助手叫Joseph Henry Gilbert，是个化学家（后来也得到了爵位）。他在伦敦大学学的化学，后又到德国留学拿了博士学位。1841年回伦敦大学任教，不久就又到曼彻斯特工作。1843年6月1日，Gilbert正式上任，开始了他与Lawes长达57年且富有成效的科研合作生涯。在农业科学史上，Lawes和Gilbert的名字是永远连在一起的，而且他们俩被公认为现代农业科学方法的创立者，也是作物营养学科的奠基人。这57年里，他俩联名发表了150篇科学论文和300多篇科普文章。
正是从1843年起，他俩开始了一系列长期田间试验－这是世界上最早的长期试验，而且这其中的大部分试验一直延续到了今天！这些试验的目的是测量无机肥和有机肥对作物产量的影响，即所谓的“Classical Field Experiments”。这些试验的结果正日益显示出它独一无二难以估量的价值：气候的长期变化对作物生产的影响。1996年我在帝国理工访问三个月，其间专程访问了洛桑试验站，参观了那些经历了一百五十余年沧桑的经典试验田。这些田里的小区设置和试验方法仍是Gilbert当年的设计，看了真让人百感交集。我们中华民族可绝对没有这份耐心的哦！
到了1900年，积累了几十年的数据已经是“海量”数据了，加上农业田间试验固有的可变性，怎么分析这些数据成了非常棘手的问题，显然这需要合理的统计方法。于是，现代统计学从洛桑诞生了。在以后的岁月里，洛桑又为现代农业提供了许多开创性的贡献：如拟除虫菊酯类农药的发现和研制，又如在病毒学、线虫学、土壤学、害虫抗药性等方面的开创性研究成果。
到了1960年代，洛桑又开启了另一项长期研究：The Rothamsted Insect Survey，全欧昆虫监测网。
英国的地理位置很偏北，虽然温暖的大西洋洋流使得不列颠不象其它同纬度国家那样冬季严寒，但总体而言，其作物相比较简单，相应的为害作物的害虫也就没那么多。在英国，麦类作物面积较大（冬小麦、燕麦），麦子上的主要害虫是几种蚜虫，而蚜虫都是迁飞性的。在洛桑试验站，昆虫学家们有两个研究传统。一是C.B. Williams挂帅的昆虫迁飞研究，包括蚜虫、蝴蝶和蛾类的迁飞。另一个是C.G. (Johnny) Johnson and L.R. (Roy) Taylor领军的对空中虫群的取样和定量分析技术研究。
在1930和1940年代，这两个研究组分别设计了两种捕虫装置用来采虫取样。Williams组做的灯光诱虫装置（Light-trap），1933-1937年和1946-1950年安装在洛桑长期试验田旁边，用来诱集鳞翅目的蛾子，用这些资料研究天气对昆虫的影响、昆虫种群的季节性数量变化和不同种类的时间分布。而Jahnson＆Taylor组研制出了吸虫器（Suction trap），通过动力装置的强力抽吸，将飞过吸虫器上方的蚜虫类小型昆虫吸入其内分时间隔的小室内，这样即可研究空中蚜虫种群的时间动态；他们又将多个吸虫器放置在不同高度，又得到了空中蚜虫种群的时空分布。
1950年代末，第一批昆虫种群动态的数量模型在洛桑诞生，但很快他们就发现这些模型一旦应用于迁飞性昆虫就没用了，原因是这些模型没有考虑它们的迁飞行为。当昆虫学家们着手改善模型时，却又发现没有可用的关于昆虫迁飞和空间变化的量化信息。正是这种为制模提供基础信息的实际需要促使Roy Taylor下决心建立一个迁飞昆虫的监测网，The Rothamsted Insect Survey （RIS）应时应运而生。
一开始成网的是诱虫灯，到1968年已有95个诱虫灯分布在全英各地。1963年，Carson的“Silent Spring”出版，农药残留和污染问题引起了公众的注意。至此，Insect Survey 的目标进一步明确：为害虫发生预警提供基础信息以减少农药的使用。Roy Taylor抓住这个历史机遇，设计了新型的12.2m高的Suction trap。第一台新型吸虫器就安装在洛桑试验站内，之后又逐渐成网，全英有了23台新型吸虫器。这些吸虫器与诱虫灯互为补充，为农业相关部门提供了源源不断的逐日虫情时空动态。正是吸虫器和诱虫灯这两个全国性网构成了后来闻名于世的RIS。再后来，这个网络扩展到了全欧洲。
全英诱虫灯分布
全英Suction trap分布
Suction trap网1990年以来的负责人Dr Richard Harrington。他旁边就是两个Suction trap.
诱虫灯网的负责人Dr Woiwod （左）和Dr Harrington在一盏Light trap旁边。1996年我访问洛桑时就是他俩接待的我。
几十年后，当初为了研究蚜虫种群动态、扩散分布及预测预报而建立的这个昆虫监测网显出了它始料未及的真正价值。1990年代，全球变化问题、生物多样性问题日益突出，长期生态研究成了全球的热点。这时，重新审视RIS的历史数据，顿时让人们欣喜若狂，这些数据清楚地展示着气候变化、环境变化、耕作制度变化、土地利用的变化等等大背景下昆虫生物多样性变化的时空动态，一系列只有洛桑人才能拿出的研究成果出笼了。1990年代，RIS的目标再一次发生根本性转折：全球变化背景下昆虫的生态响应。RIS的专家们正致力于以下研究：昆虫种群的季节性变化和长期变化、昆虫种群遗传学与基因流、害虫发生的监测预测和防治决策支持、全球环境变化的生物学影响。
洛桑的启示：科学自有其发展规律，只有长期不懈的耕耘才能真正有所收获。科学家应该具备高屋建瓴的前瞻性眼光，而国家管理部门则应该有长远目标和恒久的耐心。一个只知道急功近利的民族绝对不会有大出息的，一个只管眼前只看脚下的国家绝对不会长久的。
有兴趣的朋友可读读下列文献：
R.A. Leigh, A.E. Johnston. (eds.) Long-term Experiments in Agricultural and Ecological Sciences. CAB International, Wallingford, UK. 1994, pp. 9-37, 321-342.
Richard Harrington, Ian Woiwod. Foresight from hindsight: The Rothamsted Insect Survey. Outlooks on Pest Management , 2007,18(1): 9-14
https://blog.sciencenet.cn/blog-235-7785.html
上一篇：人生无常也无长
下一篇：八月十五中秋月
