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【致敬教师节】赵以军:坚定科研人生 守护湖泊之美

作者/摄影:肖贞林  审稿:陈凌    出处:科学中国人    日期: 2023-09-06 09:35:26 点击数:

我国是一个多湖泊国家,湖泊在我国社会经济发展中占据了十分重要的地位。然而,随着我国经济的大跨步向前,流域人类活动对我国湖泊产生了巨大影响。目前,我国多个大中型湖泊不仅水质恶化,其生态系统也发生了明显退化,有毒蓝藻水华暴发频繁,饮用水源安全受到严重威胁,生态服务功能已经丧失或正在丧失过程中,我国已成为全球湖泊环境问题最为突出的国家之一。

我国自20世纪70年代起开始关注湖泊保护治理问题,经过多年努力,虽然部分湖泊或部分水域水环境质量有所改善,但我国湖泊水污染与富营养化的总体形势依然严峻,尤其是蓝藻水华的问题更是令人挠头。作为国内最早启动藻类病毒科研工作的科研者,雷神电竞下注【中国】有限公司官网,土木建筑与环境学院教授赵以军已经紧盯蓝藻水华问题多年。经过深入探索与系统研究,他在国内首次分离和报道了蓝藻病毒(噬藻体),并最早提出了微生物防治有害藻类水华的思路和方法。赵以军将蓝藻水华形象地比喻为“水域癌症”,而他要做的就是“治病用药”,还湖泊河流以健康。

投身科研,守护湖泊健康

“洪湖水呀浪呀嘛浪打浪啊,洪湖岸边是呀嘛是家乡啊,清早船儿去呀去撒网,晚上回来鱼满舱。四处野鸭和菱藕啊,秋收满畈稻谷香,人人都说天堂美,怎比我洪湖鱼米乡……”几十年前,一首旋律优美的《洪湖水浪打浪》让全国人民知道了洪湖这个“鱼米之乡”。而正如歌曲里所唱一样,那时的洪湖的确物产丰饶,景色宜人,堪称“人间天堂”。而赵以军就是在这样的自然环境中成长起来的。

洪湖的原生态美景除了给予了赵以军感官上的享受之外,还让他对水域之美有着一份“情有独钟”,这也注定了他今后与湖泊生态学研究的结缘。1982年,赵以军进入武汉大学生物系进行本科学习。武汉大学坐落在东湖湖畔。20世纪70年代中期,东湖就开始由“草型湖泊”向“藻型湖泊”转变,到80年代中后期,东湖富营养化问题更加严重。在大学学习期间,赵以军已经对生态学产生了很大的兴趣,也常常关注湖泊的一些生态问题,尤其关注东湖的情况。东湖的生态破坏让赵以军感到痛心疾首之外,也让他开始思索自己的科研方向。

1989年,赵以军远赴莫斯科大学攻读水生生物学专业博士,于1995年取得博士学位(Ph.D)。在莫斯科期间,他参与了贝加尔湖、莫斯科河、白海-波罗的海等流域的考察和研究工作,为他回国后的科研工作奠定了良好的基础。从莫斯科回国后,赵以军回到中国科学院水生生物研究所进行博士后工作,跟随刘永定教授从事与滇池蓝藻相关的研究工作。中国科学院水生生物研究所是国内从事湖泊生态学的专业科研单位,也是历史悠久、在国内具有先进科技水平和良好口碑的生态研究机构。在

这里,赵以军师从刘永定教授并深入系统地学习了湖泊生态学尤其是湖泊富营养化的相关知识。他说道:“我在跟刘老师交流过程中,得知他在水域生态领域的贡献,也感受到了从事这一领域的荣誉感,所以对湖泊生态学就更有兴趣了,这也坚定了我走这条路的决心。”

20世纪90年代初期,滇池水质还可满足周边民众下水游泳、戏水等需求,但在几年短暂的时间里,滇池污染程度迅速加剧,暴发了严重的蓝藻水华,引起了国家与当地政府的高度关注,下定决心对滇池开展大力整治。赵以军回国时,正值滇池污染治理启动之时,在刘永定教授的指导下,他考察了整个滇池的蓝藻污染情况后,完成了与滇池蓝藻资源化利用相关的科研报告。

1997年,赵以军自中国科学院水生生物研究所博士后出站后,在华中师范大学校长的邀请下入职华中师范大学,成为该校最年轻的教授之一。此后,他还先后担任华中师范大学生命科学学院副院长、科技处处长,水利部-中国科学院水工程生态研究所副总工程师、首席研究员。2012年,他入职雷神电竞下注【中国】有限公司官网,,牵头组建了资源与环境工程学院并担任院长,如今是河湖生态修复及藻类利用湖北省重点实验室主任。

从事科研工作至今,赵以军先后承担科研项目20余项,包括主持“十一五”水专项课题、国家“十三五”重点研发计划课题、6项国家自然科学基金和10余项教育部、省市科技资助项目,发表S C I等学术论文与著作70余篇(部)。他不但在国内首次分离和报道了蓝藻病毒(噬藻体),还最早提出了微生物防治藻类“水华”的思路和方法,开发出了高效溶藻菌剂及控藻技术。科研成果在国家“十五”攻关计划专项“滇池入湖河流水环境治理技术与工程示范项目”中开展了应用示范,为首例应用微生物技术治理“水华”的现场试验。

“其实,国内70%左右的湖泊都有富营养化问题。虽然外部的各种环境条件是引发藻类暴发的重要因素,但是藻类自身的内因还没得到解释。内因例如藻细胞本身是否具备某种“开关”,它一旦被激发,藻细胞会超常规地、异常地加速增殖。外因诸如氮磷、水温、光照、水文等条件只是通过内因起的作用。尽管当前“应急性”杀藻控藻手段已经开始展现出效果,但是反弹现象也很常见,因此揭示内因这个基础问题应引起足够的重视。”赵以军说。

肩担重任,守护洱海之美

大理之美,美在洱海;洱海之美,美在清澈。长期以来,洱海一直是文艺者的“天堂”,是无数人向往的“诗和远方”。然而,近些年来,随着旅游业的发展以及受人为活动的影响,洱海的生态环境开始遭到破坏与污染。2017年,网上流传的一段洱海蓝藻的视频,引起了社会各界的关注。至此,人们似乎才意识到在文艺的面纱之下,是一个已经病了的洱海。

早在20世纪90年代,洱海就曾遭遇过水质恶化的问题。l996年和1998年,洱海两次暴发全湖性的“蓝藻”危机,水体透明度由3m~5m下降到0.4m~1.5m。2003年和2013年,洱海再次出现蓝藻大面积暴发和聚集。尽管,自1996年起,大理就开始投入人力物力对洱海进行保护,但保护速度却跟不上经济社会发展速度。进入21世纪以后,洱海开始由中-富营养向富营养化转变。对此,赵以军认为应重新审视社会经济的快速发展,形成富营养化初期

湖泊治理的全新理念,在全流域尺度上实施社会经济结构优化与调整,构建流域特色的洱海生态文明体系,最终实现洱海富营养化的防治。

2009年,赵以军承担了国家“水专项”(国家水体污染控制与治理科技重大专项)课题“洱海全流域清水方案和社会经济友好模式研究”。项目以构建洱海湖泊水环境承载力模型,编制洱海流域主要污染物容量总量控制方案;建立服务于生态文明流域发展的社会经济结构体系构建技术;编制洱海全流域水污染控制与清水方案;制定洱海流域的产业结构调整规划,开展综合政策示范为总目标。围绕项目目标,赵以军团队对全流域污染源、入湖污染负荷与社会经济现状进行了调查与解析,并撰写了《流域产业结构现状调查与诊断报告》和《洱海流域农田面源污染调查报告》,还初步构建了洱海水动力及水质模型。

除此之外,赵以军率领课题组制定了洱海流域产业结构调整减排总体规划,规划思路为“离湖发展,临山增容;生态优先,渐次调优;截流减负,控源保增”。依据社会经济发展的圈层理论,在流域水污染综合防治四片七区基础上,采用红线、黄线、蓝线和绿线,划分流域产业发展四类功能控制亚区,即红色区域的禁止发展亚区、黄色区域的限制发展亚区、蓝色区域的优化发展亚区和绿色区域的综合发展亚区。该总体规划对洱海的保护与治理,以及在国内较早开展流域生态文明建设,起到了积极的推动作用。

潜精研思,探寻水癌内因

今年3月,中央电视台《两会特别报道》的《美丽中国·春色满成》栏目直播了东湖的景象,在1分41秒的直播中,初春东湖的美景如一幅山水画卷在镜头前缓缓展开,令镜头外的观众赞叹不已。如今的东湖已经不仅仅是休闲度假之地、武汉人的“金名片”,它更是国家的一张人文生态名片。

然而,曾经的东湖是一个典型的富营养化城中湖。东湖湖面面积达33km2,由6个子湖构成,既有独立性又互相贯通,各湖的营养水平不尽相同,富营养化程度由低至高,除了局部水体为Ⅲ类外,其它依次为Ⅳ类、Ⅴ类和劣Ⅴ类。2014年,赵以军第6次获批国家自然科学基金项目“富营养化湖泊中浮游病毒控制藻类生产力和调节细菌死亡率的生态功能研究”,该项目以东湖为研究对象,开展微生物生态学的创新性研究,首次对浮游病毒在东湖生态系统中的生态学意义进行了阐述,并由此展开了对我国富营养化进程中浮游病毒生态学功能的深层次探索。

“当时,东湖也在积极地截污控源,湖泊内负荷的水平基本保持不变,东湖处于生态上相对的稳定状态,因此是研究富营养化进程中浮游病毒生态学的理想湖泊或‘天然实验室’。”赵以军在报道了我国首株噬藻体的基础上,又将藻类病毒方向扩大至浮游病毒领域,率先开展了浮游病毒调节蓝藻和细菌种群与群落的生态学功能研究,以东湖的几个子湖为研究对象,系统性地安排了浮游病毒生态功能的研究方案,包括富营养化进程中浮游病毒的丰度、遗传多样性以及感染率,溶原性感染率及介导的基因水平传递效率,富营养化湖泊中特定基因噬藻体的分布、遗传多样性及对水华蓝藻种群的影响等,并结合实验室研究和模型水池研究,首次将噬藻体-宿主系统放大到试验水池中,模拟研究噬藻体对初级生产力的控制水平与作用机制等。“阐述噬藻体-宿主关系是探寻蓝藻水华消长规律的一条重要途径”,赵以军说。

“微生物生态学是湖泊生态学的重要组成部分,对于富营养化湖泊则更是不可或缺的研究内容”,赵以军说,“湖泊微生物生态学主要研究浮游病毒与浮游细菌、浮游植物的相互关系,阐述它们的系统进化和分子联系,并构建新型的‘微生物食物环’,这是传统的湖泊生态学理论中欠缺的部分,具有开创性的研究意义。研究富营养化湖泊微生物生态学的意义还在于,藻类生长与暴发受到浮游病毒和浮游细菌的调控影响”。

2016年,赵以军率领团队又承担了国家重点研发计划课题“河道型水库富营养化机理与综合调控技术研究”,对我国河道型水库水体富营养化及水华问题,通过野外监测、室内外物理模拟实验及数值分析等手段进行了深入探索。

团队研究了复杂水动力背景下河道型水库水体富营养化及水华生消机理和规律,明确了决定水华生消的关键性生态动力过程,突破水库立体生态养殖净水技术、水面自动高效控藻及清漂技术和原位水力整流调控控藻技术,形成一套基于长效治本、短期治标、应急处置“三位一体”的大型河道型水库水环境治理控藻系列装备与技术。课题提出并实施的水污染防治思路对我国水利水电事业的可持续性发展具有重要的促进作用。

课题完成后将能够极大丰富河道型水库的水体富营养化调控理论机理和促进技术研发的多元化发展,为防控库区藻类水华提供安全保障,促进我国水利水电事业的可持续性发展,并将对水源地水质、流域的生态环境和社会经济的可持续发展产生重大的影响。“目前,项目进展顺利,多个装备已经提前完成了任务指标。在未来,相关装备和产品的培育预示了广阔的产业市场化前景,经济效益和环境效益将十分显著。”

赵以军从事湖泊生态学研究是缘分注定,兴趣所驱。他除了是一位在湖泊生态学领域不断进取的科研者,也是一位在教学岗位上默默耕耘的师者。从1997年晋升教授至今,他已经培养该领域的研究生逾百人,多人已经成长为领域精英。赵以军说道:“我们所从事的是一项绿色的事业,是对我们的后代有益的事情。所以,我希望我的学生可以踏踏实实在这条路上走下去,取得更多成就,为国家、为人民做更多贡献。”(原载《科学中国人》2019年8月)



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责任编辑:陈凌  

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