新当选院士俞志明:做大海的“灭火人”

得知当选中国工程院院士的消息时,中国科学院海洋研究所(以下简称“海洋所”)研究员俞志明,正在位于青岛西海岸古镇口园区的会议室开组会。团队成员顿时沸腾了起来,祝贺声此起彼伏。

园区里的同事们也纷纷发来祝贺,大家不约而同改称他为“俞院士”,这真让他感到有点“不习惯”。

作为一个土生土长的青岛人,他小时候在海边玩耍,长大后在青岛求学、工作、生活,“对大海始终怀有一种情结”。

1989年渤海发生的一次大规模赤潮,把他引上了赤潮治理的科研之路,他提出的改性黏土治理赤潮的理论与方法,成为保障全球近海生态安全的“中国方案”。

“我经常自称为赤潮‘消防员’,为什么这样称呼呢?因为赤潮作为一种生态灾害,就像大海里的‘火灾’,迫切需要类似‘灭火器’的方法来治理它。而自己的工作正致力于此,扮演着赤潮‘消防员’的角色。”

当选中国工程院院士的第一时间,俞志明接受了记者采访。在他看来,“能够利用自己的技术治理赤潮,成功保障生态安全,是最开心的事”。

下一步,他将继续带领团队推动赤潮治理的“中国方案”持续走向世界,展现中国在全球海洋命运共同体中的智慧与担当。

俞志明

01

大海里的“火灾”

记者:您是山东青岛人,后来进入海洋领域是否跟生活在这座滨海城市有关呢?是什么契机,让您决定投身海洋生态环境保护领域的?

俞志明:作为土生土长的青岛人,我小时候就经常在青岛第一海水浴场等海边玩耍、游泳。长大后,我又在青岛求学、工作,对大海始终怀有一种情结,而且越来越深。

说起来,我与赤潮结缘始于上世纪80年代末。1989年,渤海发生了一次大规模有害赤潮,导致了大量养殖生物死亡,经济损失高达两亿元人民币。

当时的两亿元可以说是个天文数字。面对绝产的网箱,我永远记得养殖户们绝望和欲哭无泪的表情。那次赤潮引起了各地政府的高度重视,恰逢我从中国海洋大学博士毕业,就投身于赤潮研究中,走向了赤潮治理的科研之路。

记者:赤潮被称为“红色幽灵”,如何看待这种生态现象?

俞志明:赤潮是指海水中一些浮游植物爆发性增殖,导致生态系统结构与功能破坏的一种有害生态现象。由于赤潮生物(几微米到几十微米的单细胞藻)带有颜色,其中红色最为普遍,爆发时导致水体变红,俗称赤潮,也被称为“红色幽灵”。

实际上赤潮不都是红色的,它因藻种而异——有的是粉红的,有的是绿色的,有的是褐色的。其中,夜光藻大规模爆发时,在海水中呈蓝色,被称为“蓝眼泪”。

赤潮古来有之,它原本是海洋生态系统自我调节的一个自然过程,但是在人类活动的影响下,特别是在近海富营养化驱动下,它在全球爆发的频率越来越高,规模越来越大,损失也越来越严重,已成为目前全球近海最为严重的海洋生态灾害。

赤潮发生时,可以堵塞海洋生物呼吸系统,导致其窒息死亡。赤潮生物死亡分解时,可以耗尽水体的氧气,造成无氧区。

更有甚者,很多赤潮藻会分泌藻毒素,不仅可以杀死其他生物,而且可沿着食物链传递,最终威胁人类健康。

俞志明(右一)指导改性黏土治理赤潮技术开发。

记者:治理赤潮的难点在哪里呢?

俞志明:赤潮发生时往往呈现爆发速度快、规模大等特点,所以我们说赤潮就像海里的“火灾”,迫切需要类似“灭火器”的方法来及时有效地控制它。

多年来,国内外治理赤潮的基本逻辑就是杀死赤潮生物。但它要求:第一,起效快、成本低;第二,杀死赤潮生物的同时,对非赤潮生物不能产生影响;第三,环境友好,不能带来二次污染;第四,不能“赶尽杀绝”,要让它维持在正常水平,以保持生态平衡。

但实际上,找到一个同时满足上述条件且能够实现大规模应用的方法寥寥无几。所以,长期以来赤潮治理是一个国际难题。

02

国际首创治理赤潮技术

记者:您最早开展赤潮治理研究时,面临的最大挑战是什么? 

俞志明:海洋所是我国从事赤潮研究最早的科研机构之一。但是在我进入海洋所工作之前,赤潮治理研究还属于空白。我在研究生期间学习的是黏土的表面吸附作用。因此,在我刚进入海洋所时,便被治理赤潮的黏土方法所吸引。

当时,国际上早已有人提出用黏土法。治理的原理是:黏土颗粒和赤潮生物碰撞后,将赤潮生物絮凝沉降下去,导致其死亡、分解。这在科学上称为“絮凝作用”。

但使用天然黏土治理赤潮面临的最大问题是治理效率太低,每平方公里要用100至400吨。面对动辄几十、上百平方公里的赤潮时,也只能望“潮”兴叹,难以推广。

俞志明团队研发出一系列赤潮治理专用装备,形成了从材料、装备到标准的综合技术体系。

记者:我们是如何一点点突破的呢?

俞志明:我们在国内外搜集了几十种黏土,研究它们对赤潮治理效率的影响。结果发现,不同种类的黏土治理赤潮的效率确实是不一样的。

经过反复验证、分析,我们最终发现了其关键原因——黏土的表面电性导致治理效率的不同。

这一发现,不仅解释了不同种类的黏土治理赤潮效率有差异,更重要的是戳破了为什么天然黏土治理赤潮效率低这层“窗户纸”——因为它们都带有负电,负负相斥!

由此,我们提出了一个大胆假设:能不能把黏土表面的电性改一下,从负电转成正电,这样其与赤潮生物的静电相斥将变为相吸,从而破解黏土治理效率低的难题。

记者:后来的结果,验证了这个猜想?

俞志明:没错。天然黏土经过表面改性之后,从负电变成正电,它的治理效率提升了几十到几百倍,每平方公里所用的黏土量大幅下降,由国际上的100至400吨降到仅需4至10吨。结果非常令人振奋!

而且它的沉降速度也加快了,沉降过程从原来需要几小时缩短至几十分钟。并且它绿色环保,对非赤潮生物无影响。

由此,我们在国际上首创改性黏土治理赤潮的理论与方法。所谓改性黏土,顾名思义就是改变黏土的表面性质,该方法突破了天然黏土治理赤潮效率低、用量大、淤积重、难以大规模应用的国际难题。

03

保障青岛奥帆赛的举办

记者:实验室成果出来后,推广过程顺利吗?

俞志明:2005年出现了一个机遇。当时正要举办全国十运会,但水上运动比赛水域却发生了蓝藻水华,水体表面绿油油的一片,像一层油漆,散发着难闻的气味。

当时组委会翻遍了各种资料,找到了我们,希望用我们的方法试一下。我当时既高兴又忐忑,检验我们技术的机会终于到来了,但又担心出现问题。

当时我率领团队顶着40℃的高温,开展了系统治理工作。经过反复喷洒改性黏土,水华慢慢地消失,水体渐渐地清澈。

虽然那时身上沾满了泥土,但初战告捷,极大地增强了我们的信心,标志着我们的技术正式从论文走向了实践,标志着改性黏土技术成为真正的赤潮“灭火器”,我们也成了真正的赤潮“消防员”。

在这之后,改性黏土治理赤潮技术伴随国家各项重大工程和重要活动,在全国沿海广泛应用。

2008年奥运会,帆船比赛在青岛举办。开幕前一天,却发现距离奥帆赛场不远的地方发生了大面积的赤潮,大约有86平方公里,且正向比赛区域扩展。

组委会要求我们在比赛前的30多个小时之内消除赤潮。

8月8日晚上,当大家都在家里观看奥运会开幕式的时候,我们在伸手不见五指的大海上,将一袋袋改性黏土撒向大海,阻止赤潮向比赛海域蔓延。

那天夜里,我们出动了40多艘船,喷洒了320吨黏土,连续工作二三十个小时。8月9日,当水色恢复正常、赤潮警报解除时,我们心里由衷地感到自豪和骄傲。

2008年,改性黏土治理赤潮技术在青岛海域应用,保障奥运会帆船比赛举行。

记者:科技成果转化到产业上,总会遇到各种问题。赤潮治理技术能够很好的推广应用,您认为有怎样的启示?

俞志明:目前一线的科技需求非常多,有时一线的需求并不一定需要多么高大上的成果。

作为一线的科研人员,我认为科研与现实需求不能脱节,解决关键的需求问题,并将其推广应用,当你真正解决现实需求问题时,会有一种成就感和自我价值的体现。

对科研人员的考核机制应该在这方面强化,促使更多的科研成果落地。

04

打造“赤潮灭火器”

记者:我们研发的技术不仅在国内推广应用,而且也在国际上引起了关注,很多国家纷纷前来“取经”?

俞志明:是的。第一个是智利,智利是全球三文鱼生产第二大国家。2016年上半年,智利近海爆发了一次大规模赤潮,重创当地三文鱼产业,导致大约2700万尾的三文鱼死亡,经济损失高达10亿美元,并引发了社会动荡。

当年12月,智利派出了一个20多人的代表团,来到海洋所学习改性黏土技术,通过现场考察和实际演练,与我们签订了多份合作协议。

2017年的12月,改性黏土技术正式走出国门,当地媒体赞叹:这是中国制造的赤潮“灭火器”。

记者:除了智利,还有哪些国家用上了咱们的改性黏土技术?

俞志明:智利之后,秘鲁也来主动寻求合作。当时,秘鲁爆发了有毒赤潮,导致紫扇贝大量死亡。

我们根据这种赤潮的特点,有针对性地研发了能够降低藻毒素的材料,通过在黏土颗粒表面接上一些能够降毒的“功能模块”,专业术语叫作官能团,能够使赤潮毒素下降80%。当地政府对我们的方法非常肯定,赞誉我们给秘鲁乃至世界的近海养殖业带来了福音。

这之后,该技术相继在美国、马来西亚、土耳其等国家开展了示范应用,为世界各国赤潮治理贡献“中国智慧”,也确立了我们作为“国际赤潮治理领域的引领者”的地位。

赤潮应急处置技术荣获国家技术发明奖二等奖。

记者:由此来说,我们对黏土表面进行“改性”,改的不仅仅是表面静电性质。

俞志明:是这样的。最开始研发改性黏土技术,出发点是提高治理效率、降低治理成本,改的是黏土的表面静电。

后来根据不同的场景需求,不断进行功能化的改造,比如我们把它的表面接上一些大分子,就像一只章鱼伸出很多触手一样,根据赤潮生物的大小,编织形成一个网,自上而下地去除赤潮生物。这样既符合赤潮基本发生在表层的生物学特点,也避免了将它们“赶尽杀绝”。

所以你问,我们改性黏土技术是什么时候成型的?这没有一个确切的时间,因为技术一直在进步,一直在成型。

记者:黄海浒苔绿潮爆发多年,能否使用改性黏土技术进行治理?

俞志明:浒苔和赤潮有截然不同的特点。赤潮藻属于单细胞藻,其尺寸为几微米到几十微米;浒苔属于多细胞大型藻,因此不能利用单纯的絮凝作用将其沉没。

目前来看,浒苔成长起来后,打捞是最好的方法。

但是,浒苔在生活史上有一个阶段被称为微观繁殖体。这个阶段它的尺寸和赤潮生物差不多,我们能否在这个阶段使用改性黏土技术,使其絮凝、下沉直至死亡?

关于这个研究,我们已经开始了尝试,在实验室里取得了一些进展,希望在未来有机会到现场试一下。

记者|李勋祥   编辑|赵笛‍‍

责任编辑:宋尉嘉

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