李一凡：我思故我在

本刊記者　魯長(zhǎng)國(guó)

李一凡：我思故我在

本刊記者魯長(zhǎng)國(guó)

李一凡是哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授，同時(shí)也是國(guó)際持久性有毒物質(zhì)聯(lián)合研究中心首席科學(xué)家。一位物理系出身的博士卻在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域取得非凡造詣，書(shū)寫(xiě)了一段頗富傳奇色彩的人生軌跡。

興趣是科研之基

黑格爾曾說(shuō)：一個(gè)深廣的心靈總是能把興趣的領(lǐng)域推廣到無(wú)數(shù)事物上去?！拔易プ×艘粋€(gè)比較好的方向”，在探索和求知欲望的驅(qū)動(dòng)下，帶著多年物理研究經(jīng)驗(yàn)積累，李一凡緩緩?fù)崎_(kāi)了環(huán)境科學(xué)研究的大門(mén)。

20世紀(jì)70年代，人們發(fā)現(xiàn)北極圈內(nèi)的魚(yú)類(lèi)，甚至人的身體內(nèi)都?xì)埩粲袡C(jī)氯農(nóng)藥，主要為六六六（HCH）和滴滴涕（DDT）等有害物質(zhì)。這些污染物都屬于持久性有機(jī)污染物（POPs），其特征為化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，持久性強(qiáng)，污染殘留時(shí)間長(zhǎng)，可以在動(dòng)物和人體內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間累積，并可以通過(guò)長(zhǎng)距離遷移而進(jìn)入全球各個(gè)地方，包括南極和北極。POPs對(duì)人類(lèi)健康和全球生態(tài)環(huán)境的巨大危害引起了世界各國(guó)政府、學(xué)術(shù)界、工業(yè)界以及公眾的廣泛重視。

隨后，《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》出臺(tái)，POPs污染成為一個(gè)重要的全球性環(huán)境問(wèn)題。為了了解北極圈內(nèi)POPs的來(lái)龍去脈，需解決幾個(gè)重要的問(wèn)題：現(xiàn)在的污染程度怎么樣？這些物質(zhì)從哪來(lái)？是怎么到達(dá)北極圈的？北極圈內(nèi)此類(lèi)污染物的排放量幾乎為零，可以確定的是，這些有機(jī)氯農(nóng)藥污染是從世界其他地方傳輸過(guò)來(lái)的，通過(guò)大氣傳輸?shù)竭_(dá)北極，這是當(dāng)時(shí)科學(xué)家達(dá)成的共識(shí)。

“科研不能急功近利，扎扎實(shí)實(shí)打好基礎(chǔ)才有創(chuàng)新的能力”，這是李一凡多年從事環(huán)境科學(xué)研究始終堅(jiān)持的科研理念。能夠成功從物理學(xué)領(lǐng)域“跳槽”到環(huán)境科學(xué)研究中，是他用自己對(duì)科研探索熱情一路求索、追尋所譜寫(xiě)的華麗樂(lè)章。

在科學(xué)研究中，李一凡有一個(gè)習(xí)慣，在閱讀論文時(shí)，他會(huì)將那些有價(jià)值的數(shù)據(jù)，包括POPs的使用、排放、以及在各種介質(zhì)的濃度數(shù)據(jù)仔細(xì)整理，輸入數(shù)據(jù)庫(kù)。這是一個(gè)費(fèi)事又費(fèi)時(shí)的工作。但李一凡認(rèn)為，北極污染物的來(lái)源和通道問(wèn)題是全球性的，做這種研究一定要有全球視野，因此這種數(shù)據(jù)收集工作是進(jìn)行該研究所必須的，是研究的基礎(chǔ)。多年積累下來(lái)，他慢慢建立起自己的“大數(shù)據(jù)”庫(kù)，并利用該數(shù)據(jù)庫(kù)管理數(shù)據(jù)，使用各種關(guān)聯(lián)詞進(jìn)行數(shù)據(jù)的多種方式的調(diào)用。事實(shí)證明，這份“大數(shù)據(jù)”無(wú)比珍貴，使李一凡在POPs研究中受用無(wú)窮。特別是在互聯(lián)網(wǎng)還不發(fā)達(dá)的年代尤顯重要。曾經(jīng)發(fā)生過(guò)這樣一件事。李一凡在和他一位作為資深研究員的同事進(jìn)行學(xué)術(shù)討論時(shí)，使用了對(duì)方早期發(fā)表的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明自己的觀點(diǎn)。那位資深研究員聽(tīng)到后驚異不已，因?yàn)樗煌浟俗约涸缙诎l(fā)表的這些數(shù)據(jù)，事后連說(shuō)“慚愧”。

“假如說(shuō)北極的POPs污染源是全球其他地區(qū)的POPs通過(guò)大氣長(zhǎng)距離傳輸來(lái)的，那么北極大氣中POPs的濃度和全球此類(lèi)POPs的排放應(yīng)該存在一定聯(lián)系”，帶著這份預(yù)測(cè)，李一凡開(kāi)始從HCH的全球排放清單入手。利用他的數(shù)據(jù)庫(kù)，李一凡整理出了從20世紀(jì)50年代開(kāi)始的全球HCH的使用量，并計(jì)算其排放量，制定了全球首個(gè)網(wǎng)格化的POPs排放清單。α-HCH是眾多HCH同分異構(gòu)體的一種，是北極環(huán)境中首先監(jiān)測(cè)到的POPs。通過(guò)與北極大氣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比，李一凡發(fā)現(xiàn)北極大氣中的α-HCH濃度與該化合物全球的使用量和排放量高度相關(guān)。該發(fā)現(xiàn)成為北極大氣中α-HCH通過(guò)大氣長(zhǎng)距離傳輸進(jìn)入北極的直接證明，是當(dāng)時(shí)北極POPs研究的一個(gè)重大發(fā)現(xiàn)。他所制定的全球和地區(qū)尺度的網(wǎng)格化的POPs使用和排放清單，在科學(xué)界被認(rèn)為具有標(biāo)志性（landmark）的意義。

“科學(xué)探索永無(wú)止境”，李一凡也始終堅(jiān)信這一點(diǎn)。β-HCH是HCH的另外一種同分異構(gòu)體，由于β-HCH在北極環(huán)境中的濃度遠(yuǎn)低于α-HCH，而當(dāng)時(shí)檢測(cè)儀器的檢測(cè)水平低下，β-HCH的數(shù)據(jù)比α-HCH數(shù)據(jù)少很多，所以在早期對(duì)α-HCH的研究中，β-HCH的研究一直處于停頓狀態(tài)。但在上世紀(jì)末和本世紀(jì)初，在北極POPs研究中興起了一股β-HCH熱。由于α-HCH進(jìn)入北極通道研究的成功，當(dāng)時(shí)科學(xué)界都認(rèn)為所有POPs都是主要通過(guò)大氣長(zhǎng)距離傳輸而進(jìn)入北極的，β-HCH也不例外。在β-HCH進(jìn)入北極的通道的研究中，李一凡從他的數(shù)據(jù)庫(kù)中把關(guān)于β-HCH相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)出來(lái)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)β-HCH和α-HCH在傳輸上有不同特征，由此對(duì)β-HCH也是通過(guò)大氣長(zhǎng)距離傳輸而進(jìn)入北極的觀點(diǎn)產(chǎn)生了懷疑。

真理往往掌握在少數(shù)人手中?！芭c大家對(duì)我α-HCH研究成果的反應(yīng)相反，剛開(kāi)始提出這個(gè)觀點(diǎn)，幾乎所有人都反對(duì)”，但李一凡用事實(shí)證明自己的推測(cè)是正確的。根據(jù)“全球分餾”現(xiàn)象理論，α-HCH在海水中的濃度隨著緯度升高呈梯度升高，β-HCH在白令海峽南面的太平洋海水中的濃度和α-HCH一樣，隨著緯度升高呈梯度升高，但在白令海峽北面的北冰洋海水的濃度分布卻與之相反，隨著緯度升高呈梯度降低。李一凡看到這份觀測(cè)結(jié)果后，電光石火間他腦海里蹦出“β-HCH主要是是通過(guò)洋流傳輸?shù)奖睒O”的想法，第一次提出了具有突破性的見(jiàn)解。他指出，β-HCH和α-HCH不一樣，β-HCH不是主要通過(guò)大氣長(zhǎng)距離傳輸進(jìn)入北極的，而是通過(guò)洋流長(zhǎng)距離傳輸進(jìn)入北極。不是所有的POPs都可以通過(guò)大氣的長(zhǎng)期輸送到達(dá)北極，其中有一部分POPs的亨利常數(shù)非常?。ū热绂?HCH）；大氣中的β-HCH在沒(méi)有進(jìn)入北極以前就幾乎全部進(jìn)入太平洋海水里，因此白令海峽兩側(cè)β-HCH的分布呈相反狀態(tài)。李一凡形象地給記者舉了一個(gè)高速收費(fèi)站分流的例子，白令海峽就是那個(gè)海洋中的“收費(fèi)站”，這樣一來(lái)β-HCH是通過(guò)洋流被輸送到北冰洋便可以解釋得通了。這一論點(diǎn)為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所驗(yàn)證，并解釋了過(guò)去無(wú)法解釋的現(xiàn)象。此項(xiàng)研究成果還被國(guó)際北極研究機(jī)構(gòu)定為當(dāng)時(shí)幾年來(lái)北極研究重要成果之一。

此外，李一凡還創(chuàng)建了北極污染物質(zhì)量平衡模型，該模型成功地對(duì)北極的α-HCH和β-HCH的環(huán)境行為和歸宿進(jìn)行了預(yù)測(cè)，這些預(yù)測(cè)均為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所驗(yàn)證。這些成果讓李一凡進(jìn)入為世界知名北極研究專(zhuān)家之列。

質(zhì)疑的力量

物理系出身的李一凡，在加拿大跨界做污染物監(jiān)測(cè)方面的研究并不是一件容易的事情，很多想探索的科研課題驅(qū)使著他去到更廣闊的平臺(tái)追求一番作為。“回母校做點(diǎn)貢獻(xiàn)”使已經(jīng)是加拿大環(huán)境部科技局資深研究員的李一凡，毅然決定踏上回國(guó)工作的征途。

回國(guó)后，李一凡成為哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授和加拿大Ryerson大學(xué)兼職教授，在科研不斷深入的同時(shí)，他開(kāi)始著手組建自己的科研團(tuán)隊(duì)、搭建研究實(shí)驗(yàn)室。很快，李一凡帶領(lǐng)科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了我國(guó)首次國(guó)家尺度的大氣和土壤中有機(jī)污染物的同步監(jiān)測(cè)，并獲得國(guó)家自然科學(xué)基金和多項(xiàng)國(guó)際項(xiàng)目資助。隨著監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建立，李一凡團(tuán)隊(duì)獲得了大量一手觀測(cè)數(shù)據(jù)資料，為后續(xù)科研項(xiàng)目的順利開(kāi)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“為學(xué)患無(wú)疑，疑則有進(jìn)，小疑則小進(jìn)，大疑則大進(jìn)”，搞科研要敢于質(zhì)疑權(quán)威，更需要有挑戰(zhàn)既有“真理”的實(shí)力。半揮發(fā)性有機(jī)化合物（SVOCs）在大氣中的氣粒分配問(wèn)題是一個(gè)非常重要的科學(xué)研究課題。早在1988年，一位美國(guó)科學(xué)家在Environment Science & Technology發(fā)表了一篇亮點(diǎn)論文，指明SVOCs的干濕沉降對(duì)其大氣環(huán)境行為，特別是其長(zhǎng)距離大氣遷移，起著重要作用，他第一次把SVOCs的氣粒分配和干濕沉降聯(lián)系在一起，指出SVOCs的干濕沉降是由其氣粒分配所決定，為SVOCs的大氣環(huán)境行為的研究做出了重大貢獻(xiàn)，并為全球科學(xué)界所公認(rèn)。該論文在現(xiàn)在依舊被大量引用。10年后，由包括該作者的兩位科學(xué)家推導(dǎo)了SVOCs大氣中的氣粒分配的平衡態(tài)公式，該公式可對(duì)SVOCs的氣粒分配行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，一直為大氣環(huán)境領(lǐng)域的科學(xué)家們所使用。

和很多科學(xué)家一樣，李一凡也發(fā)現(xiàn)該公式在很多情況下不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)SVOCs大氣中的氣粒分配。在我國(guó)15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)利用主動(dòng)采樣器進(jìn)行的大尺度大氣中SVOC監(jiān)測(cè)后，李一凡團(tuán)隊(duì)獲得了60度溫度跨度的近700對(duì)大氣氣粒兩相數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析對(duì)比，李一凡提出，SVOCs在大氣中并不是絕對(duì)平衡態(tài)，這是因?yàn)闅饬上嘀械念w粒相受地球引力因素影響，大氣中氣粒兩相的空間不是封閉的，因此氣粒兩相的氣粒分配一定要考慮大氣中顆粒物的干濕沉降的因素。李一凡獨(dú)創(chuàng)性地提出了SVOCs在大氣中氣粒分配的穩(wěn)衡態(tài)理論，并推導(dǎo)了大氣中SVOCs氣粒分配的穩(wěn)衡態(tài)公式，指出平衡態(tài)只是穩(wěn)衡態(tài)在顆粒相的干濕沉降可以忽略不計(jì)時(shí)的特殊情況。該公式比平衡態(tài)公式能更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)SVOCs在大氣中的氣粒分配規(guī)律。李一凡團(tuán)隊(duì)利用該公式對(duì)多溴聯(lián)苯醚（PBDEs）的氣粒分配配額進(jìn)行了預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果為我國(guó)和其它國(guó)家的大量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)所證實(shí)。通過(guò)這次研究，李一凡團(tuán)隊(duì)再次把SVOCs的氣粒分配和干濕沉降聯(lián)系在一起，指出SVOCs的干濕沉降是由其氣粒分配所決定的同時(shí)，SVOCs的氣粒分配也是由其干濕沉降所決定的。這一突破性的發(fā)現(xiàn)在該領(lǐng)域中具有指標(biāo)性的意義。

SVOCs在大氣中氣粒分配的穩(wěn)衡態(tài)理論的建立對(duì)SVOC進(jìn)入北極的通道研究有著重要指導(dǎo)作用。P B D E s共有209種同系物，BDE-209是其中分子量最大的同系物。基于SVOCs在大氣中的氣粒分配的平衡態(tài)公式，目前科學(xué)界認(rèn)為BDE-209在大氣中100%以顆粒相存在。所以，和其它S V O C（比如α-HCH）不同，北極大氣中的BDE-209是通過(guò)全球大氣中的顆粒物的大氣長(zhǎng)距離傳輸而進(jìn)入北極的。基于SVOCs在大氣中氣粒分配的穩(wěn)衡態(tài)理論，李一凡團(tuán)隊(duì)對(duì)該觀點(diǎn)提出挑戰(zhàn)，第一次指出，BDE-209在大氣中不可能全部以顆粒相存在，而是和其它SVOCs一樣，以氣、粒兩相存在，而且在一般情況下，大氣氣相中BDE-209的濃度是PBDEs家族成員中是最高的。因此，得出結(jié)論：和其它SVOCs一樣，北極大氣中的BDE-209主要是全球大氣中氣相而不是顆粒相的BDE-209經(jīng)大氣長(zhǎng)距離傳輸進(jìn)入北極的。

穩(wěn)衡態(tài)理論作為大氣中SVOCs氣粒分配領(lǐng)域的一個(gè)新突破，為該領(lǐng)域的拓展和深入研究打開(kāi)了一扇新的窗口。未來(lái)幾年內(nèi)，李一凡將領(lǐng)導(dǎo)其團(tuán)隊(duì)更深一步加強(qiáng)對(duì)該領(lǐng)域理論和應(yīng)用的研究，在該領(lǐng)域世界領(lǐng)先水平研究道路上走得更遠(yuǎn)。

“探索和發(fā)現(xiàn)是一件非常有魅力的事情”，談及近幾年的科研工作，李一凡覺(jué)得自己的成功應(yīng)該歸結(jié)于興趣和整個(gè)團(tuán)隊(duì)的努力。從發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到找到解決問(wèn)題的方法，對(duì)他而言是一種享受探索魅力的過(guò)程。李一凡也這樣要求自己的學(xué)生，“一定要愛(ài)這個(gè)工作”。如果對(duì)自己的科研工作不感興趣的話(huà)，就會(huì)被漫長(zhǎng)而且有時(shí)是無(wú)聊的日常研究過(guò)程所擊倒。他告訴學(xué)生，做研究不能急功近利，要“耐得住寂寞”，搞科研是一個(gè)長(zhǎng)期積累而后厚積薄發(fā)的過(guò)程，認(rèn)定了一個(gè)目標(biāo)就要懂得堅(jiān)持的意義，這是科研取得成果的關(guān)鍵。有興趣才能全心投入，才能產(chǎn)生科研靈感，也就能享受整個(gè)研究過(guò)程。李一凡認(rèn)為創(chuàng)新精神是研究人員最寶貴的素質(zhì)之一，他把創(chuàng)新能力的培養(yǎng)作為博士生培養(yǎng)的一個(gè)最重要的方向。“創(chuàng)新精神是關(guān)鍵”，如何將創(chuàng)造性思維應(yīng)用到研究中，李一凡認(rèn)為這既是一個(gè)知識(shí)積累的過(guò)程，也是一個(gè)能力培養(yǎng)的過(guò)程。“創(chuàng)新是建立在對(duì)研究對(duì)象的深度理解之上的，但對(duì)研究對(duì)象的深度理解后不見(jiàn)得就能有創(chuàng)新性思維。創(chuàng)新是一種能力，這種能力的建立是要有意識(shí)地培養(yǎng)的。

行者無(wú)疆

作為《關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約》首批簽約國(guó)之一，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《中國(guó)履行〈關(guān)于持久性有機(jī)污染物的斯德哥爾摩公約〉國(guó)家實(shí)施計(jì)劃》中，將全面消減和淘汰首批12類(lèi)POPs物質(zhì)作為我國(guó)乃至全球近十年共同面臨的重大任務(wù)。

2006年4月，由哈爾濱工業(yè)大學(xué)倡議，國(guó)際持久性有毒物質(zhì)聯(lián)合研究中心（IJRC-PTS）成立，李一凡成為該研究中心的首席科學(xué)家。短期內(nèi)，聯(lián)合研究中心將持續(xù)開(kāi)展對(duì)我國(guó)、亞洲、甚至全球的持久性有毒物質(zhì)，特別是POPs的產(chǎn)生機(jī)理、來(lái)源解析、傳輸通道、源匯關(guān)系的研究。未來(lái)，聯(lián)合研究中心將會(huì)開(kāi)展生態(tài)系統(tǒng)對(duì)PTS的響應(yīng)機(jī)理研究、PTS的區(qū)域性人體健康和生態(tài)健康的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究，為國(guó)家制定消減PTS環(huán)境負(fù)面效應(yīng)的戰(zhàn)略計(jì)劃提供理論依據(jù)。

經(jīng)過(guò)近十年多的努力，現(xiàn)在研究中心已經(jīng)有包括中國(guó)、美國(guó)、加拿大、英國(guó)、日本、南韓、印度以及越南等8個(gè)國(guó)家20多所大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)加入，成為世界著名的持久性有毒物質(zhì)方面的研究中心。此研究中心的成立在推動(dòng)開(kāi)展我國(guó)持久性有毒物質(zhì)的研究工作，開(kāi)拓交流渠道建立國(guó)內(nèi)及國(guó)際間更廣泛的合作方面有重要作用。目前，該中心和包括加拿大環(huán)境部大氣環(huán)境研究部門(mén)在內(nèi)的世界知名研究機(jī)構(gòu)均有合作。

工作會(huì)讓人永葆精力，這一點(diǎn)在李一凡身上得到印證，眼前這位神采奕奕的長(zhǎng)者，任誰(shuí)也看不出是已年近古稀的老人?！叭绻麠l件允許，我還是想一直做下去”，李一凡談到未來(lái)工作計(jì)劃，“除了要把手頭上的研究工作做好，還要幫助我的學(xué)生在研究上定好位，這樣即便是自己退休了，相信學(xué)生們?cè)趯?lái)工作中也可以在研究上繼續(xù)做出一番成績(jī)”?！拔覍?duì)學(xué)生們要求還是很?chē)?yán)格的，”李一凡談到自己的學(xué)生時(shí)表示，“沒(méi)有規(guī)矩不成方圓”，嚴(yán)格的制度與寬松的學(xué)術(shù)氛圍是他科研團(tuán)隊(duì)建設(shè)的基本準(zhǔn)則，特別是在中心實(shí)驗(yàn)室的管理上建立了一套非常嚴(yán)格的制度。能得此良師益友教誨，是學(xué)生和學(xué)術(shù)界的運(yùn)氣，也是未來(lái)中國(guó)科研事業(yè)發(fā)展的希望。

“除去工作的時(shí)間我基本都在家，”李一凡在協(xié)調(diào)事業(yè)、生活和家庭有自己獨(dú)到的方式，“我中學(xué)和在農(nóng)村知青期間喜歡文學(xué)，并在黑龍江文藝雜志發(fā)表過(guò)雜文。我還對(duì)歷史和宗教也很感興趣”，任何一個(gè)話(huà)題他都能暢談很久。一些問(wèn)題在他那里都變得源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，發(fā)人深省。采訪接近尾聲，李一凡和記者分享他在中東地區(qū)宗教的起源與發(fā)展、中國(guó)佛教發(fā)展方面的一些看法，眼前這位長(zhǎng)者更像是一位宗教學(xué)研究者，而不是一位物理系出身的環(huán)境科學(xué)研究專(zhuān)家。

古人稱(chēng)，六十而耳順，是一種包容并蓄的生命體驗(yàn)。如果退休后不能再繼續(xù)做科研，對(duì)李一凡來(lái)說(shuō)一定是一種遺憾，“但我還是可以搞理論和模型研究”?？茖W(xué)是一個(gè)日積月累的過(guò)程，前人腳印是后人進(jìn)步的階梯，正是像李一凡這樣在科研學(xué)術(shù)上孜孜不倦的追求，人類(lèi)科學(xué)事業(yè)才不斷刷新篇章。