8月15日是全国生态日，中国科学院大学南京学院研究生导师、中国科学院南京地理与湖泊研究所研究员施坤的电脑屏幕上，全球湖泊水温与溶解氧的时空变化图谱正不断刷新。今年，由他牵头完成的“气候变化对湖泊生态环境的影响机制”研究，成功入选2025年度中国生态环境十大科技进展。从太湖之滨到世界屋脊，从单湖观测到全球建模，这支扎根南京的科研团队，用十余年的坚守与创新，搭起了气候变化与湖泊生态之间的科学桥梁，为我国乃至全球的水生态安全筑牢了科研底座。

打破“黑箱”：补上气候到生态的关键一环

湖泊对气候变化的响应，曾是学界一道说不清、算不准的难题。

“早年的研究大多是‘从气候直接到生态’，比如发现气温升高后藻类水华变多，但中间到底是怎么传导的，没人能说清机制，更没法精准量化。”施坤回忆，早在前辈秦伯强研究员带领团队开展湖泊气候响应研究的阶段，这一“黑箱”困境就一直存在。传统研究局限于单个湖泊的实地调查，既难以拓展到大尺度范围，也无法拆解复杂的作用过程。

加入团队后，深耕遥感与湖泊光学的施坤跳出了传统思路：“陆地生态系统的核心驱动因子是光、热、水、肥，水体不缺水，那光和热会不会就是气候影响湖泊生态的核心介质？”带着这一猜想，团队将研究核心锚定在湖泊物理过程上，提出“气候变化驱动光热环境改变，进而引发生态系统连锁反应”的研究框架，决心补上这条缺失的逻辑链条。

历经十余年攻关，团队自主搭建起陆基高光谱遥感、卫星遥感与数值模型三位一体的湖泊观测模拟技术体系，系统阐明了气候变暖、植被绿化、冻土融化改变湖泊光热环境的过程机制，量化了极端高温热浪驱动湖泊升温、脱氧的关键作用，揭示了气候变暖背景下我国湖泊藻类水华物候变化的系列规律。

“相当于把原来的‘黑箱’拆成了清晰的传导链条。”施坤解释，“只有搞懂了过程，我们才能真正预判湖泊生态的走向，也才能给治理提供精准的科学依据。”

全域覆盖：绘就全球湖泊脱氧的首张全景图

这套技术体系最重磅的产出之一，是全球首张高精度河湖溶解氧长时序数据集。

此前，全球大范围河湖溶解氧数据长期处于空白状态，各国学者只能依托零散的点位数据推测趋势。施坤带领团队整合全球湖泊实测数据、河流水质数据、卫星遥感数据与气象再分析数据，结合机器学习算法搭建起全球首个适用于全域湖泊的溶解氧估算模型，最终覆盖了全球15535个湖泊、21439条大型河流。

研究结果刷新了学界认知：全球83%的湖泊、79%的河流均出现持续性脱氧问题，河湖溶氧下降速率显著高于海洋；气温升高是诱发缺氧的首要因素，单次高温热浪可加剧水体7.7%的溶氧损耗，热带水系与亚洲湖泊更是缺氧风险的集中区域。

“这是第一次有人能把全球湖泊的‘氧收支’算得这么清楚。”施坤坦言，成果的背后是数据与技术的双重突破，“没有足够的实测数据做训练，再先进的算法都是空中楼阁；没有适配全球的模型，再多的数据也拼不出完整的图谱。”

该系列成果发表后在国际学界引发强烈反响，两篇核心论文刊发当月即登顶期刊关注度榜首，全球百余家媒体跟进报道，多国学者主动联系团队索要数据与论文，其中不乏美国科学院院士等领域顶尖学者。这套数据也成为全球各国研判水生态风险、制定保护策略的重要科学依据。

天地协同：破解大尺度观测的技术难题

能把研究做到全球尺度，靠的是两项关键技术突破——卫星遥感的大尺度校准，与岸基高光谱的高频补盲。

“传统的湖泊数值模型，一个湖就得用这个湖的实测数据校准，换个湖就失效了。全世界这么多湖，不可能个个都有长期观测。”施坤介绍，团队创新性地将卫星遥感水温数据作为校准依据，为每个湖泊匹配专属参数，一举打破了模型“一湖一校准”的局限，让数值模拟首次覆盖到全球所有大型湖泊。

而针对卫星观测“频次低、易受天气影响”的短板，团队自主研发了岸基高光谱监测仪。这套设备就像架在湖边的“全天候监控”，能实时捕捉水体光谱变化、反演水质参数，哪怕是台风过境、暴雨连阴的极端天气，也能持续获取数据。

“卫星看得广，但‘眨眼’的次数多；岸基设备盯得紧，能抓住几小时内的快速变化。”施坤打了个比方，“天地结合，我们才能既看见全球的整体趋势，又抓住极端天气下的瞬时响应，不会错过任何关键细节。”

如今，这套岸基监测设备已实现产业化应用，广泛部署在国内多个重点湖泊，成为日常水质监测与应急预警的重要工具。

踏雪高原：用脚步填补数据空白

模型的精度，终究要靠脚下的采样数据托底。

响应第二次青藏高原综合科学考察的国家战略，施坤连续7年带队奔赴海拔4000米以上的青藏高原腹地，每年开展70天左右的高强度野外观测。纳木错、色林错……这些散落在“世界屋脊”的湛蓝湖泊，留下了团队的采样足迹。

高原科考的艰险远超平原想象。“纳木错海拔4750米，含氧量只有平原的50%到60%，走快两步都喘。”施坤回忆，团队只能用充气橡皮艇下湖采样，天气更是说变就变，“上午还风平浪静、晴空万里，下午突然就狂风大作，冰雹、雪粒砸下来，船晃得根本靠不了岸，每次都捏着一把汗。”夜里住在科考站，大风刮得窗框呼呼作响，队员们常常担心第二天没法出湖，可往往天一亮高原又放晴了，大家便立刻扛着仪器往湖边赶。

“高原湖泊受人类活动干扰少，能够最大程度排除人为因素影响，成为研究气候独立驱动过程的天然实验室。”在施坤看来，这些冒着风险采回的样本与数据价值无可替代，“这些一手数据填补了高海拔湖泊光热过程长期观测的空白，也让我们的全球模型在高原区域不再是‘盲算’。”

除了青藏高原，团队的采样足迹还遍布长江中下游湖泊群、云贵高原湖泊等典型区域，结合太湖站几十年的长期观测数据，再整合国际共享数据，最终攒下了支撑全球模型的海量数据集。“做地学的，不能只坐在办公室里看数据。”施坤常跟学生说，“你研究的湖长什么样、水是什么质感，只有亲眼见过、亲手采过样，心里才有数。”

守正创新：从跟跑到领跑的中国担当

从跟随国际前沿开展单湖研究，到牵头全球尺度研究并输出中国方案，施坤团队的攻关之路，也是我国湖泊科学领域快速发展的一个缩影。

如今，团队提出的湖泊光热演化理论与遥感监测技术体系，已引领国际湖泊物理与生态交叉研究方向；我国湖泊遥感相关研究，也从过去的跟跑，逐步实现并跑，部分核心方向达到全球领跑水平。

施坤坦言，这份跨越离不开新技术的赋能，更离不开国家需求的牵引：“国家提出生态文明建设，要做山水林田湖草沙一体化保护，要建幸福河湖，这些需求推着我们往深里做、往广里拓。我们做基础研究，既要瞄准国际前沿，更要扎根中国大地，解决真问题。”

目前，相关成果已直接支撑我国湖泊富营养化综合治理、重大生态保护修复工程落地，为各地水环境管理提供了坚实的科技支撑。而施坤团队又将目光投向了新的方向——湖泊岸带。“岸边是湖泊和陆地接触的前沿，承载了大部分生态服务功能，也最脆弱、受人类活动影响最大，但全球层面的系统研究还是空白。”施坤说，团队未来将聚焦全球湖泊岸带的生态环境演变，继续在湖泊科学的无人区里探索。

在潜心科研的同时，施坤始终践行立德树人的使命。作为获评2024年度中国科学院优秀导师的双聘博导，他坚持“先立人、再治学”的理念，把野外实践的基因融入人才培养，带领学生走遍全国各大河湖，支持学生参与国际交流、攻关前沿课题。团队培养的学生中，多人以第一作者在国内外顶尖期刊发表系列高水平研究成果，斩获中国科学院院长特别奖和中国科学院优秀博士论文，多人赴（国）境外顶尖高校深造，持续为湖泊科学领域输送青年力量。

十余年深耕湖沼，从实验室到野外湖岸，从太湖之滨到世界屋脊，施坤和团队始终以科研报国的初心，守护着万千湖泊的碧水安澜。

新华日报·交汇点记者 程晓琳