朱廣偉：還清澈于湖泊

本刊記者 石芳芳

在古今中外的文人眼中，湖泊總是寧?kù)o、清澈與浪漫的化身。許多浪漫的故事發(fā)生在湖畔，許多幽美的曲子贊頌著湖泊。在現(xiàn)實(shí)生活中，湖泊是人們生活用水的主要來(lái)源之一，然而在環(huán)境問(wèn)題日益突出的今天，湖泊也逐漸失去往日的澄澈。

為了尋回那片昔日的碧藍(lán)與寧?kù)o，中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所水文與水動(dòng)力研究室副主任朱廣偉及其研究團(tuán)隊(duì)在湖泊科學(xué)的道路上奮力求索著，湖泊是他的戰(zhàn)場(chǎng)，還清澈于湖泊是他事業(yè)的夢(mèng)想。因?yàn)橛辛讼袼粯拥目茖W(xué)家，湖泊與人類(lèi)的和諧相處多了些保障。

科技為眼 監(jiān)測(cè)太湖

太湖是中國(guó)五大淡水湖之一，自古以來(lái)便是知名的游覽勝地，同時(shí)更是當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?/p>

如今，已平靜與天空對(duì)望了數(shù)千年的太湖，卻被藍(lán)藻水華以及其生態(tài)災(zāi)害困擾著。形成災(zāi)害的藍(lán)藻種屬為微囊藻。每年夏天太湖藍(lán)藻瘋長(zhǎng)，大量漂浮在湖面，覆蓋范圍可達(dá)幾百平方公里甚至上千平方公里，嚴(yán)重威脅湖泊生態(tài)系統(tǒng)健康和城市飲用水安全。朱廣偉說(shuō)：“藍(lán)藻水華由于上浮過(guò)程快，隨風(fēng)移動(dòng)快，受短期強(qiáng)風(fēng)浪擾動(dòng)的影響很大，常規(guī)采樣監(jiān)測(cè)方法很難捕捉到其變化規(guī)律，而高頻自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)卻能在其中發(fā)揮重要的作用?！?/p>

高頻監(jiān)測(cè)是如何用于湖泊生態(tài)監(jiān)測(cè)的呢？

高頻自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是基于水質(zhì)傳感器探測(cè)技術(shù)與信息傳輸技術(shù)為一體的水生態(tài)高頻感知技術(shù)。隨著生態(tài)系統(tǒng)參數(shù)傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)和大型計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，復(fù)雜多變的生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程監(jiān)測(cè)成為可能，大大拓展了生態(tài)學(xué)家對(duì)復(fù)雜生態(tài)過(guò)程的認(rèn)知能力。高頻監(jiān)測(cè)技術(shù)在湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究中的應(yīng)用，始于2004年美國(guó)威斯康辛大學(xué)鱒魚(yú)湖生態(tài)站和臺(tái)灣鴛鴦湖的探索，及在其基礎(chǔ)上成立的全球湖泊生態(tài)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)（GLEON）。而GLEON在成立之初，就把朱廣偉所在的太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站作為重點(diǎn)觀測(cè)站之一。

太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站位于無(wú)錫太湖之濱，成立于1988年，隸屬于中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)（CERN）。作為我國(guó)第三大淡水湖泊，又地處我國(guó)人口密度大、經(jīng)濟(jì)發(fā)展快的長(zhǎng)三角中心，強(qiáng)烈的水動(dòng)力擾動(dòng)作用與富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程交織在一起，使得太湖成為國(guó)際淺水湖沼學(xué)研究的熱點(diǎn)。而太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站長(zhǎng)期從事大型淺水湖泊的觀測(cè)方法、水動(dòng)力過(guò)程的生態(tài)效應(yīng)及藍(lán)藻水華過(guò)程等湖沼學(xué)研究，在國(guó)際上也頗有影響力，這是GLEON將太湖站作為重點(diǎn)站點(diǎn)之一的原因。

朱廣偉等人根據(jù)藍(lán)藻水華上浮過(guò)程與水動(dòng)力過(guò)程和溫度分層過(guò)程密切關(guān)聯(lián)的特征，以及藍(lán)藻水華的生長(zhǎng)和腐爛過(guò)程對(duì)水體溶解氧水平影響強(qiáng)烈的規(guī)律，基于GLEON的推動(dòng)，于2007年10月在太湖觀測(cè)平臺(tái)上建立了第一套太湖生態(tài)高頻自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)將溫度鏈、分層葉綠素和溶解氧、氣象系統(tǒng)等整合在一起，對(duì)太湖的溫度分層、藻類(lèi)葉綠素含量、濁度、溶解氧、pH等實(shí)施10分鐘1次的高頻監(jiān)測(cè)。該系統(tǒng)也成為后期太湖水質(zhì)高頻監(jiān)測(cè)網(wǎng)設(shè)計(jì)的工作基礎(chǔ)。

2007年無(wú)錫貢湖水廠暴發(fā)飲用水供水危機(jī)事件之后，為提升我國(guó)在藍(lán)藻水華及其災(zāi)害監(jiān)控的能力，2008年中國(guó)科學(xué)院投資4000萬(wàn)元設(shè)立了“富營(yíng)養(yǎng)化水體監(jiān)測(cè)和預(yù)警技術(shù)研究與系統(tǒng)集成”項(xiàng)目，以太湖為例，開(kāi)發(fā)湖泊藍(lán)藻水華的監(jiān)測(cè)和災(zāi)害預(yù)警技術(shù)。隨后，在“十二五”水專項(xiàng)太湖項(xiàng)目“太湖‘湖泛’與水華災(zāi)害應(yīng)急處置技術(shù)研究及工程示范”中，又設(shè)立了“太湖湖泛預(yù)測(cè)模型技術(shù)及湖泛災(zāi)害預(yù)警平臺(tái)與示范”子課題。而朱廣偉就是這些課題中高頻自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)研發(fā)方面的主要負(fù)責(zé)人。

2008年～2010年，在中國(guó)科學(xué)院重大項(xiàng)目等的資助下，朱廣偉及其課題組先后在太湖湖體設(shè)立了11套高頻自動(dòng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，覆蓋了西北太湖主要水華易發(fā)區(qū)，為太湖藍(lán)藻水華的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)預(yù)警和地方飲用水安排保障提供了監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)。

2010年10月，第11屆GLEON會(huì)議在太湖召開(kāi)。來(lái)自世界5大洲20多個(gè)國(guó)家的100多名會(huì)員共聚太湖站，探討太湖高頻自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)方面取得的經(jīng)驗(yàn)，分享朱廣偉等太湖站科研工作者長(zhǎng)期觀測(cè)研究所積累的大型淺水湖泊藍(lán)藻水華機(jī)制與控制對(duì)策研究成果。

科研再出發(fā)

監(jiān)測(cè)只是認(rèn)知生態(tài)系統(tǒng)規(guī)律的第一步。揭示生態(tài)系統(tǒng)演替規(guī)律，滿足國(guó)家湖泊治理的實(shí)際需求，還需要有更深入的探索與研究。2008年，朱廣偉開(kāi)始參與“973”項(xiàng)目“藍(lán)藻水華暴發(fā)對(duì)湖泊生源要素循環(huán)的影響及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)”課題的研究。這次他所瞄準(zhǔn)的是藍(lán)藻水華過(guò)程與大型湖泊水土界面營(yíng)養(yǎng)鹽交換的耦合作用。他認(rèn)為，太湖的藍(lán)藻水華問(wèn)題自上世紀(jì)80年代開(kāi)始惡化，20多年來(lái)變得越來(lái)越嚴(yán)重。從上世紀(jì)80年代的每年發(fā)生幾十平方公里，到現(xiàn)在的數(shù)百平方公里，從早期的夏季發(fā)生，到現(xiàn)在的持續(xù)時(shí)間可以從4月至12月，一年中的大多數(shù)時(shí)間都比較嚴(yán)重。藍(lán)藻水華問(wèn)題愈演愈烈的原因，除了與入湖河流營(yíng)養(yǎng)鹽污染負(fù)荷增高有關(guān)外，還與藍(lán)藻水華生態(tài)系統(tǒng)對(duì)水環(huán)境的反作用、系統(tǒng)自維持作用有密切關(guān)系。藍(lán)藻水華生態(tài)系統(tǒng)是如何加快水體營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)速率、加快藍(lán)藻水華的發(fā)生頻率的？這些問(wèn)題對(duì)認(rèn)識(shí)藍(lán)藻水華災(zāi)害的機(jī)制本身，以及制定控制策略都有重要作用。

抓住大型淺水湖泊水動(dòng)力擾動(dòng)作用頻繁而強(qiáng)烈的特征，朱廣偉課題組采用水華腐爛過(guò)程的室內(nèi)模擬、原位模擬、現(xiàn)場(chǎng)高頻監(jiān)測(cè)和臺(tái)風(fēng)過(guò)程觀測(cè)等手段，認(rèn)知藍(lán)藻水華形成過(guò)程、腐爛分解過(guò)程對(duì)水—沉積物界面氮、磷的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程的影響，發(fā)現(xiàn)沉積物屬性能夠影響藍(lán)藻水華的營(yíng)養(yǎng)鹽效應(yīng)，重污染沉積物在水華堆積、腐爛過(guò)程中，同時(shí)釋放氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽，加劇藍(lán)藻水華的災(zāi)害，而清潔沉積物則在其中承擔(dān)了營(yíng)養(yǎng)鹽的匯，降低藍(lán)藻水華的生態(tài)影響。該研究成果對(duì)于評(píng)估湖泊沉積物的疏浚必要性有參考價(jià)值。

積累科研的厚度

在科研的領(lǐng)域，沒(méi)有“孤膽英雄”，唯有形成聚力才能使科研長(zhǎng)久地發(fā)展下去。朱廣偉深諳此道，長(zhǎng)期以來(lái)一直積極參與籌建湖泊生態(tài)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究團(tuán)隊(duì)。除了為團(tuán)隊(duì)建設(shè)出力、忙于自己的科研工作之外，朱廣偉還不斷拓展著自己的科研視野。他與美國(guó)北卡大學(xué)海洋研究所有害藍(lán)藻生態(tài)學(xué)家Hans Paerl教授、田納西大學(xué)微生物系有毒藻類(lèi)分子生態(tài)學(xué)家Steven Wilhelm教授、紐約州立大學(xué)森林與環(huán)境學(xué)院藻毒素分析專家Gregory Boyer教授、新西蘭Waikato大學(xué)湖泊修復(fù)專家David Hamilton教授、芬蘭皮海湖研究所Anne Venten?博士、赫爾辛基大學(xué)環(huán)境學(xué)院Leena Nurminen博士等保持著長(zhǎng)期合作關(guān)系。

目前，在中國(guó)科學(xué)院國(guó)際合作重點(diǎn)項(xiàng)目的資助下，他正在開(kāi)展太湖、芬蘭皮海湖湖泊富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)氣候變化的響應(yīng)對(duì)比研究。在美國(guó)基金委項(xiàng)目的資助下，他與Hans Paerl教授等正在開(kāi)展太湖有害藍(lán)藻受人類(lèi)活動(dòng)和氣候變化雙重影響的規(guī)律研究。他認(rèn)為：“搞基礎(chǔ)研究，必須走出去，請(qǐng)進(jìn)來(lái)，加強(qiáng)國(guó)際合作。自然科學(xué)規(guī)律研究沒(méi)有國(guó)界，特別是生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，西方國(guó)家已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗(yàn)，但我們巨大的人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力卻是全世界獨(dú)一無(wú)二的。合作共贏是加快科學(xué)規(guī)律認(rèn)知，更快解決我們生態(tài)問(wèn)題的一條捷徑。”

朱廣偉還十分注重培養(yǎng)研究生的國(guó)際合作能力和科研興趣?！把芯可亲钣谢盍Φ难芯苛α浚趪?guó)際合作中成長(zhǎng)快、干勁足、創(chuàng)新成果產(chǎn)出多。研究生經(jīng)過(guò)五六年的成長(zhǎng)，很快就會(huì)成為該領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，而教授的成長(zhǎng)空間相對(duì)有限。因此，不能只把國(guó)際合作和交流的主體局限于已經(jīng)成名成家的教授，而是提倡教授牽線、研究生紡織，教授指路、研究生探索的國(guó)際合作交流模式?！?/p>

中國(guó)科學(xué)院院長(zhǎng)白春禮在視察太湖站時(shí)，欣然題下了“面向國(guó)家需求、發(fā)展湖泊科學(xué)”幾個(gè)字。這幾個(gè)字概括了朱廣偉和其團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期以來(lái)一直在做的，以及未來(lái)還要繼續(xù)的事業(yè)。并不是每個(gè)人都擁有改變世界的力量，然而當(dāng)許多抱有信仰執(zhí)著攀行的人們聚力推動(dòng)時(shí)，這種改變卻有可能發(fā)生。朱廣偉正在自己的領(lǐng)域里努力著，他相信終有一日，“上下天光，一碧萬(wàn)頃”的和諧美景將出現(xiàn)在每一片水澤處，這便是他科研的意義。