作者:秦志伟 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2019/6/15 20:56:07
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“洋专家”的心愿与烦恼

 

植物生长离不开氮营养,但空气中约80%的氮气又无法被植物直接吸收利用。生物固氮成为解决这一问题的突破口,并被广泛用于作物增产、水土流失治理及生态环境修复等领域。

中山大学生命科学学院的瑞士籍教授史德海林•奥斯丁•巴特瑟(Staehelin Christian Balthasar),从事生物固氮研究已有30年,其中有近一半的时间在中国度过。他一直关注中国的环境污染问题,也对自己的科研成果能在这片土地上大展身手而满怀期待。

然而,在成果转化的具体过程中,史德海林却遭遇了诸多烦恼。“试验成功了,也得到了认可,但就是推广不下去。”他为此苦恼不已。

试验见效了

文利(化名)在江西省赣州市长期从事水环境监测工作,因为废弃稀土矿山带来的水环境污染问题而头疼不已。在当地,更是流传着“只见青山,不见绿水”的口头禅。日常工作之外,文利会密切关注环境污染治理的相关技术,然而总感觉“好技术太少”。

赣州市是我国离子型中重稀土的主要分布区,储量居世界首位。但由于稀土生产技术工艺的约束,其生产过程会产生大量的氨氮等污染物,造成植被破坏以及地表、地下水和农田污染。“氨氮污染物造成的环境污染治理,在赣州恐怕是最难的。”文利告诉《中国科学报》。

现实情况也确实不容乐观。2016年11月,中央第四环境保护督查组向江西省反馈督查情况时明确指出,江西省稀土开采生态恢复治理工作进展滞后。

一次偶然的机会,文利从媒体报道中发现史德海林团队的植物—微生物互作土壤修复方法能够有效破解这一难题。抱着试试看的态度,他辗转联系到史德海林。

双方见面后一拍即合,决定在赣州市安远县葛垇林场一块30亩的废弃稀土矿区先期开展土壤修复试验。

史德海林到那片区域调研后发现,该地块有过修复治理的痕迹,但似乎效果并不明显,除了仅有的几颗树苗“萎靡不振”,其他地方几乎寸草不生。

只有科学分析,才能对症下药。史德海林决定从全面复绿开始,主要采用不同基质+不同豆科植物+相应的根瘤菌,混种抗逆性强的禾本科植物,通过不同组合寻找适合赣州废弃稀土矿山的修复组合。

三年过去了,如今这里已经长出了茂密的树木、竹子,完成了植物演替。史德海林介绍,植物演替说明植物群落有了自己的生命过程,可以自我更新,标志着土壤修复取得初步成功。

“流经的河水终于变清澈了。”这是这项治理技术带给文利最直观的感受。

试验基地做出了效果,不断有慕名而来的人到基地考察取经。

华南农业大学资源环境学院教授廖宗文考察后认为,这种植物—微生物互作土壤修复方法,是目前他见过效果更好、修复速度更快、成本又不高的方法,“值得在赣州地区推广”。

三年前,史德海林团队及其项目出资方——康泰民生环境科学研究院(北京)有限公司(以下简称康泰民生公司)来到赣州市进行土壤修复试验时,受到当地政府的欢迎。地方承诺,如果试验成功,可以对该项目予以经费支持,并将该技术推而广之,然而后续却因种种原因不了了之。

史德海林平时专注于科研,对相关政策了解较少,这样的结果让他颇为费解。

文利对此建议:“应该对成果进行应用鉴定,并加大推介力度,这是成果能被纳入政府推广计划的第一步。”史德海林也坦承,这是他们下一步要做的工作。

史德海林告诉《中国科学报》,中国提出高质量发展的战略目标以及在生态环境保护方面不断加大力度,让地方政府也越来越重视废弃矿山的环境治理和修复工作。但他也在反思:“这无疑需要一个过程,思想理念、产业基础和政策措施都有一定的惯性,产业转型和技术升级很难一蹴而就”。

试验地块修复前后对比

治标易 治本难

近年来,国家及地方政府对稀土矿山生态保护与治理恢复的资金支持力度不断加大。2017年,赣州市被纳入国家山水林田湖生态保护修复试点地区,获得中央基础奖补资金20亿元。

在廖宗文看来,资金大量投入,效果却不明显,主要根源就在于采用的治理方法不对。

目前国内外采用的土壤修复方法主要有物理化学方法和生物方法。在赣州,当地最常用的方法是客土和化学中和方法。客土,即从其他地方运来好土覆盖在污染土壤上,厚约30厘米。如果按1.2容重计算,每亩污染土地需要客土200多吨,是一种典型的拆东墙补西墙的做法。而化学中和则是用生石灰搅拌以降低地表酸性,形成30厘米中和层。化学方法耗工多,搅拌不易均匀,易产生副作用。

史德海林表示,植被恢复被看作是治理稀土矿矿区污染的重中之重。而这两种方法都只能种植浅根植物,时间久了地表会返酸,等待植物的只有死亡。

植物—微生物互作修复方法被看作是相对有效的方法之一,只是所需微生物种类繁多,筛选出合适的菌种和菌群必须基于前期大量的试验研究,技术门槛很高。而这恰恰是史德海林团队的技术优势。

在废弃矿山土壤中,污染物毒性和养分不足是植被恢复的主要限制因素,其中氮素的极端缺乏更是导致养分不足的核心问题。因此,提高土壤中的氮素水平成为废弃稀土矿山生态修复的首要工作,而豆科植物—根瘤菌共生体系是已知固氮能力最强、固氮量大、抗逆能力强的生物固氮体系之一。

史德海林介绍,全球每年农田土壤里的氮素,依靠施用化肥达1.2亿吨,利用生物固氮约7~8千万吨,其大部分又是来自豆科植物与根瘤菌共生体系。“把豆科植物作为废弃矿山复绿种植的先锋植物,利用豆科植物—根瘤菌互作共生体系的固氮作用来加速废弃矿上土壤中氮素积累,进而促进其营养元素循环和累积。”他进一步解释道。

作为技术的引进人,文利从刚开始心里没底到现在信心满满。在他看来,史德海林团队的植物—微生物互作修复技术是赣州废弃矿山土壤修复福音,“不仅治标而且还治本”。这一点也得到其他同行专家的肯定。

康泰民生公司总经理王穗华向《中国科学报》介绍,该公司对史德海林团队的技术创新研究的资金投入约500万元,具体到安远县葛垇林场废弃稀土矿山的修复成本平均每亩约1.6万元。

史德海林和谢致平(左一)给学生讲解如何分离根瘤菌

有烦恼,但不畏困难

史德海林来中国,很大程度上是因为他的华裔妻子谢致平。他俩一起在瑞士最古老的巴塞尔大学完成硕士和博士学业。此后,史德海林又到法国国家科学院从事博士后研究,研究结束后回到日内瓦大学工作。

中科院南海海洋所研究员王友绍早年也从事生物固氮研究。2001年,他在一次国际会议上认识了史德海林。一次私下交流,他听说这个“歪果仁”要为爱情来中国工作,当时还以为是在开玩笑。

王友绍告诉《中国科学报》,那时中国的研究水平和工作条件不如现在好,“人才走出去的多,进来的少,真正的西方人更是稀少”。

2005年,史德海林真的来到中国。他作为中山大学“百人计划”引进人才,成为该校第一位全职外籍教授。

中山大学是谢致平的母校,出于对母校的热爱,她说服丈夫一起回来。刚回国那几年,国内的工作条件比较差,谢致平为此一度十分自责,觉得自己做出这个决定是不是太自私了。虽然学校提供了较为充裕的实验场所,但却缺乏科研仪器,而且几乎所有的实验器材都需要自己设计。“有些实验器材连制作材料都买不到”。谢致平对《中国科学报》回忆说。

近些年,史德海林的工作条件得到很大改善,科研上不断有成果产出,但随之而来的烦恼也似乎多了起来。史德海林对金钱看得很淡,对于成果转化所带来的经济收益也不很在乎,但他非常在意自己的科研成果能否被更多人认识,能否产生真正的作用。

14年寒来暑往,史德海林觉得自己的情感已经完全融入这个国家,融入这里的科研与生活。虽然他还在为因国籍原因而无法申请奖项、没有退休金等问题而烦恼,但这些都无法掩盖他对中国的热爱。

前不久,史德海林得知,外籍在华专家从今年开始可以申报教育部的高等学校科学研究优秀成果奖(科学技术)自然科学奖时,这个消息令他非常兴奋。同时,史德海林还分享了一则好消息,广晟有色金属股份有限公司总裁刘聪和广东省大宝山矿业有限公司副总经理李灼超得知他团队的修复技术,迅速邀请其前往韶关市大宝山矿区做生态修复试验,这无疑给史德海林带来更多“将专业进行到底”的信心。

生命科学学院副院长张文庆教授也为这些消息感到高兴。在接受《中国科学报》采访时,他对史德海林在中国的工作给予了充分肯定。事实上,史德海林在业内已得到相当程度的认可,他先后主持国家“973”项目、国家自然科学基金面上项目、广东省自然科学基金重点项目等国家、地方项目。在国际学术期刊发表高水平科研文章40余篇,被引总计2500次。

记者在史德海林办公室对面的橱窗上,发现他和团队成员去年发表在Plant Cell封面上的一篇论文。“国内从事生物固氮研究的科学家,很少有人能在这上面发表文章。”王友绍说。

《中国科学报》记者采访谢致平时,作为丈夫的史德海林也极富“表现欲”。虽然只会几句广东话,他会时不时插入话题,把记者叫到他的电脑旁,讲述他最近的研究成果以及对相关问题的看法。每每讲到科研本身,他都显得非常开心。可以看出,那种开心是发自心底、留在眉眼之间的。

现在,史德海林变得更加忙碌了。除了日常科研工作,他还利用自己的资源,联系国外同行共同开展生物固氮研究。他希望能做出更多的科研成果并得到转化应用,从而使中国的生态环境变得越来越好。

 
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