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漫谈 “红色幽灵”赤潮

2020-07-03 350 上传者：管理员

摘要：在全球近海环境中，有一种被称为“红色幽灵”的赤潮灾害。在有赤潮灾害发生的海域，鱼、虾、贝类等海洋生物会因中毒或缺氧而大面积死亡，海洋生态系统会遭到严重破坏。由于赤潮发生快、来势猛、规模大、危害重，长期以来人们迫切需要一种像“灭火器”一样的灾害应急处置方法。世界各地的科研人员尝试了很多方法，但大都停留在实验室研究阶段，赤潮的有效防治成为了海洋科学领域一个世界级的科技难题。

关键词：
海洋灾害
海洋科学领域
红色幽灵
赤潮灾害
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在全球近海环境中，有一种被称为“红色幽灵”的赤潮灾害。在有赤潮灾害发生的海域，鱼、虾、贝类等海洋生物会因中毒或缺氧而大面积死亡，海洋生态系统会遭到严重破坏。由于赤潮发生快、来势猛、规模大、危害重，长期以来人们迫切需要一种像“灭火器”一样的灾害应急处置方法。世界各地的科研人员尝试了很多方法，但大都停留在实验室研究阶段，赤潮的有效防治成为了海洋科学领域一个世界级的科技难题。

今年，中国科学院海洋研究所研究员、海洋与生态科学重点实验室主任俞志明带领团队获得2019年度国家技术发明奖二等奖的项目“近海赤潮灾害应急处置关键技术与方法”找到了赤潮的克星，该技术方法多次处置了我国大规模的赤潮灾害，并走出国门，应用于越来越多国家和地区的赤潮治理。

“改性粘土”达摩之剑

赤潮，又称有害藻华，是一种由于海水中微型生物暴发性增殖或聚集而产生的生态灾害，对人类健康、生态环境产生巨大危害，被联合国环境组织列为当今三大近海环境问题之一；2018年，减少有害藻华列入美国“海洋科技未来十年规划”。全球每年因赤潮导致人类中毒事件2000多起，死亡率达15%。我国每年赤潮发生70多次，经济损失达300亿元，甚至威胁滨海核电的冷源安全，引起了国家领导层的关注。

俞志明带领团队做实验

从理论上讲，赤潮的应急处置可采用物理、化学、生物等手段进行，但分别存在“难、禁、慢”等瓶颈问题。项目负责人俞志明谈到，上世纪50年代，美国最早用化学方法，采用硫酸铜杀死藻细胞，但铜离子对生态环境带来很大的毒害作用，到上世纪六七十年代后，这种方法被国际上禁止。还有一种是生物方法，即找一种生物天敌，比如浒苔和赤潮存在营养竞争关系，理论上浒苔很茂盛，赤潮就应减少。但实际上在一些浒苔发生的水域，赤潮照样发生，最近还发现了一种“三潮”并发的现象，即绿潮（浒苔）、金潮（马尾藻）和赤潮同时存在。况且，一旦赤潮暴发的时候，无法及时找到那么多天敌。第三种是物理方法，如打捞方法。对于大藻，这种方法是可行的。但赤潮生物大小一般几到几十微米，无法通过打捞的方法实现防控。所以，很多方法只能从理论上讲可行、实验室内有效，真正能用到现场寥寥无几。

随着近海人类活动的日益频繁，赤潮肆虐在不断加剧。上世纪70年代，日本濑户内海曾一年内暴发赤潮400多次，日本科学家提出一种方法——“天然粘土”絮凝法（或叫“天然矿物絮凝法”），其原理是利用粘土的絮凝特性，将赤潮生物聚集、沉降到海底，让赤潮生物死亡。该方法的优点是天然粘土不会造成二次污染、见效快，符合应急处置的基本要求。但该技术有个瓶颈，即天然粘土絮凝效率低、现场用量非常高——每平方公里用粘土100～400吨，面对动辄几十、上百平方公里的赤潮，无法实现大规模应用。

技术发明的难点就在于站在前人基础上不断有新的突破。通过理论模拟、室内实验和现场实践，俞志明研究团队发现了导致天然粘土治理赤潮效率低的关键原因：赤潮生物细胞表面呈负电性，而粘土颗粒表面也呈负电性，从而导致天然粘土絮凝效率低。由此，他们产生了一个具有创新性的想法：能否将粘土颗粒表面变为正电性、延长作用半径，从而提高其对赤潮生物的治理效率呢？

秘鲁现场

历经20多年的科技攻关，该团队首创了改性粘土治理赤潮的技术与方法，解决了困扰该领域近50年的国际难题，取得了赤潮治理领域的重大突破。他们创造性地建立了提高治理效率的理论模型，发明了通过改变粘土表面电性、增加桥联作用等提高赤潮治理效率的技术与方法，利用吸附、插入一定链长、带正电的大分子，制备出改性粘土新材料。粘土改性后，表面电位反转，与赤潮生物作用力由排斥转为吸引，粘附力大幅增加，絮凝效率由天然粘土的20%提高到90%以上；用量由国际上同类方法每平方公里100～400吨，降低到4～10吨，赤潮治理效率居国际领先。

还海洋一片湛蓝

“保护海洋生态环境，拓展蓝色经济空间”是十八大以来提出的海洋强国战略，科学应对赤潮灾害是“海洋强国”战略实施的重要保障。俞志明研究团队从1991年开始做实验，1994年在实验室成功，到首次成功现场应用，经历了“十年磨剑”的科研历程。

俞志明说：“治理赤潮研究，必须走进现场，小水体的研究结果到了大水体不一定能够有效，只有靠现场应用来实践检验，才能够不断发展应用。”

2005年，南京十运会前夕，玄武湖暴发蓝藻水华，该团队首次将改性粘土技术从实验室搬到了现场。经过30余天奋战，最终彻底消除了玄武湖的蓝藻水华，有效保障了十运会顺利进行。“第三方监测结果表明，应用改性粘土技术后，浮游植物种类增加，透明度大幅提高，水质和浮游植物群落得到改善；次年玄武湖中长出了水草，由藻类湖转化为草类湖，再加上其他针对性的截污、环保措施，使得该水域的生态系统得到恢复并实现了良性循环。”

此后，该技术围绕保障“沿海核电等重大工程、主场外交等重要活动、旅游养殖等敏感水域”的生态环境安全，成功应用于我国近海从北到南20多个水域的赤潮治理，用户上百个。如2008年成功治理青岛近海卡盾藻赤潮，保障了奥帆赛事；2015年治理棕囊藻赤潮，保障了滨海核电的冷源用水安全等等，至今已成为我国近海赤潮治理唯一大规模应用的有效手段。

改性粘土治理赤潮技术在我国沿海的现场

“海洋环境多变复杂，针对不同的水域、赤潮藻类，治理材料和技术都要适时调整，确保既有效又环保。”俞志明说，“目前已针对我国近海常见赤潮藻，研发了三个系列、十余种改性粘土材料，具有降毒、杀菌、增氧、破囊等特殊治理功效；研究团队与相关企业合作，研制出各种赤潮治理专用设备和首艘专用船只，实现了材料和设备的产业化生产，以及现场治理的机械化和自动化高效作业。”目前，改性粘土治理赤潮技术纳入我国沿海13省市应急处置预案，形成了“快速检测—多级预警—分级响应—综合评估”的现场实施模式，保障了该技术的快速反应与规模化应用。

2016年全球主要养殖三文鱼产地智利沿海暴发赤潮，造成近10亿美元损失，并引发社会动荡。经世界范围的调研与考察，2017年由智利政府官员、研究所专家和养殖企业代表的考察团，慕名来华学习改性粘土治理赤潮技术并签署多项合作协议。改性粘土治理赤潮技术走出国门、出口智利，科技部网站报道“这是中国科学家首次携自主知识产权的环保技术走进智利，为两国在环保与可持续发展领域的务实合作树立了良好示范”。

2010年以来，秘鲁沿海扇贝养殖业受赤潮频发影响造成毁灭性打击，亟需行之有效的应急处置方法。为此，秘鲁前卫生部长、秘鲁—中国科学研究发展中心主席EduardoYong代表秘方与研究团队接洽，希望引进中国赤潮治理技术。研究团队与秘方签署多份合作协议，深受赤潮之害的秘鲁塞丘拉市市长称赞道，这将为秘鲁全国乃至全世界的近海养殖带来福音。

我国的改性粘土治理赤潮技术在国际上产生了强烈反响，国际水产专业期刊AQUA和SalmonExpert报道称，俞志明及其工作团队提供的治理赤潮方案是革新性的，是赤潮的“灭火器”。2018年10月，法国举行第18届全球有害藻华大会期间，该研究团队与美国伍兹霍尔海洋研究所签署了共同应对佛罗里达沿岸赤潮的合作协议，进一步确立了我国赤潮治理技术在国际上的引领地位。正如联合国政府间海委会赤潮工作组前主席、美国国家赤潮办公室主任DonaldAnderson教授评价的那样：中国的赤潮治理技术是世界该领域的引领者。

目前，俞志明的研究团队中有固定员工7人、在站博士后5人，在读博士和硕士研究生15名，他们的科研成果已响誉国内外赤潮治理领域。下一步，他们将把生态调控、赤潮治理、环境修复的理念融为一体，进一步研发兼具不同功能的赤潮治理方法。俞志明表示，赤潮是一个全球性的环境问题，随着我国“一带一路”发展战略的不断推进，希望更多的沿海国家受益于这项技术，共享“中国智造”带给全人类的福祉。

张立红.赤潮如魔剑如虹[J].中国科技奖励,2020(01):47-48.