2021年3月28日，“科普中國(guó)-我是科學(xué)家”第32期“復(fù)蘇”演講現(xiàn)場(chǎng)，北京林業(yè)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院教授、中國(guó)自然資源學(xué)會(huì)科普工作委員會(huì)委員洪喻帶來演講：《春江水暖“藻”先知》。

以下為洪喻演講實(shí)錄：

2021.3.28 北京

非常高興今天能夠來到現(xiàn)場(chǎng)跟大家面對(duì)面交流，我的題目是《春江水暖“藻”先知》。大家顧名思義就能想到，春暖花開，水里頭的藻要復(fù)蘇了。那么，藻要復(fù)蘇，這個(gè)事件有沒有被以前的詩詞歌賦所記錄呢？大家可以回憶一下。

第一句是白居易的詩，他里面講到“春來江水綠如藍(lán)”。綠到了什么程度？還有一點(diǎn)藍(lán)。

第二句是歐陽修的“春水綠於染”，他這句本來的意思是冬去春來，水里面出現(xiàn)了特殊的景象，我們的文人騷客是記錄自己的心情，所以留下了這樣的文字；但我的工作是環(huán)境工程，我是微藻人，我看到這樣的詩句就犯職業(yè)病了。我就想，這句詩后面是什么樣的現(xiàn)象呢？大家可以跟著我的思路想一想，我覺得它應(yīng)該是爆發(fā)水華了。水華是什么？它實(shí)際上就是富營(yíng)養(yǎng)化的水體，就是肥水，里面的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)特別多，比較單一的藻在里面爆發(fā)性地生長(zhǎng)，形成了這樣一種現(xiàn)象。

宋代詩人趙汝鐩也有一句詩，大家看，“霽江浮春”“粼粼鴨綠”，這其實(shí)也是描述水華現(xiàn)象。

我們?cè)娙耸莵碛^察，觀察了以后就把它寫成詩了，可能零零散散的。但我們總結(jié)發(fā)現(xiàn)，這些詩人還挺智慧的，詩里頭的因素還都挺全的——水華發(fā)生得要陽光充足，還得春暖花開、溫度上升，另外水還得肥——“新水肥”。同時(shí)要有風(fēng)，不能是大風(fēng)，得是微風(fēng)——“東風(fēng)微”。詩人有這樣的情懷去抒情，但我們能不能當(dāng)旁觀者，特別是我搞環(huán)境工程的，能不能旁觀？我也去欣賞這個(gè)美景？那不能，我得去琢磨這事怎么辦，它造成的環(huán)境污染得怎么去控制。

這就是水華。特別漂亮是吧？綠油油的。| 洪喻供圖

給大家看一張照片，這是2014年我在水華爆發(fā)現(xiàn)場(chǎng)親自照的，當(dāng)時(shí)我從橋上隨意照下去，我的攝像技術(shù)比較爛都能拍成這樣。大家看到水華挺漂亮，它白天跟綠葉植物一樣光合作用產(chǎn)生氧氣，但它到晚上進(jìn)行呼吸作用，會(huì)消耗水里面的氧氣。所以，爆發(fā)水華的時(shí)候，往往會(huì)出現(xiàn)過了一夜，水里的魚全都死了翻魚肚白上來的情況；有的還會(huì)釋放一些嗅味物質(zhì)，特別難聞，比如2007年的太湖水華事件，很多人家里自來水很難聞，所以他們都去買礦泉水了；另外，一些水華藻會(huì)釋放藻毒素，有可能溜進(jìn)我們的自來水處理系統(tǒng)，后續(xù)我們?nèi)祟惖慕】稻陀锌赡苁艿酵{。所以，我們就要去控制水華。

我和學(xué)生出野外 | 洪喻供圖

我們做水華控制的經(jīng)常要去野外。這里我給大家看幾張圖片，左邊這張是我?guī)е鴮W(xué)生去現(xiàn)場(chǎng)采水樣，大家看是不是挺危險(xiǎn)，得在水面上操作。右邊這張，本來我想po幾張有我臉的照片，但是一般水華爆發(fā)的時(shí)候，我們都裹得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)，包括我的學(xué)生也看不到臉。我們?cè)谒吶∷臅r(shí)候，還得小心一點(diǎn)，經(jīng)常搞不好就呲溜進(jìn)去，照片中這個(gè)小型景觀水體雖然淹不死，但水多臟啊，誰愿意到里頭洗個(gè)澡。

聽到我們做水華控制，很多人會(huì)想，那你們就把壞的藻抑制住，或者把它拿掉唄。是不是這樣，大家往根里想，我們這么做到底是為什么。

顯微鏡下的微藻 | 洪喻供圖

我這個(gè)地方拿了古文《毘尼日用》里頭一句話來說，“佛觀一碗水，八萬四千蟲”。這說明什么？古人從哲學(xué)上就知道一滴水里面有很多很多微生物。底下這些很漂亮的藻是我們以前去采水樣的時(shí)候，把里面的藻用顯微拍照出來的，這些只是很小的一部分。所以我們能看到，微藻也是豐富多彩的。因此我們知道了，我們控制水華是干什么？不能讓單一的水華藻爆發(fā)性生長(zhǎng)，把別的藻想生存的空間都給剝奪了。我們控制水華，實(shí)際上就是保護(hù)生物多樣性和保護(hù)生態(tài)，去幫助生態(tài)更好地復(fù)蘇。

接下來大家就知道了，我們得和水華、水華藻去斗智斗勇。實(shí)際上，我在博士期間就開始從事這個(gè)工作。

現(xiàn)在回想一下當(dāng)年，我當(dāng)時(shí)想過了大概三種辦法——

首先是物理處置，是不是可以開發(fā)絮凝劑往水里扔？但每年都會(huì)發(fā)生水華，如果用絮凝劑去絮凝藻，那年年都得投，水底下的底泥就會(huì)越來越厚。

要不然，開發(fā)一個(gè)化學(xué)試劑去殺藻？效果立竿見影，很快就把藻殺死了，但會(huì)面臨一個(gè)新問題：藻死了，藻細(xì)胞里面很多有機(jī)物質(zhì)又釋放了，搞不好藻殺完后，水還越來越臭。

我以前就學(xué)生物工程，我還想，是不是可以通過濾食性的魚或者其他生物控制的手段來控制。但我又想，魚它可以自己游，放進(jìn)去后我就不太好控制它。

那怎么辦？后來，我想可以從科學(xué)規(guī)律著手。因?yàn)樗A它不是一天就發(fā)生的，它是水華藻一個(gè)變兩個(gè)、兩個(gè)變四個(gè)這么一點(diǎn)點(diǎn)長(zhǎng)的，所以胖子不是一天吃成的。我當(dāng)時(shí)就想，我可以根據(jù)藻的密度來——低密度的時(shí)候，我把它的活性抑制住，高密度的時(shí)候，我把它逮住拿走。于是，我開始依據(jù)這個(gè)思路來研究技術(shù)。

我又想，自然界有沒有這樣的武器、利器給我們使用，進(jìn)化的過程中有沒有這樣的方法蘊(yùn)藏在身邊？于是我就查文獻(xiàn)資料，果不其然真有，叫“化感作用”。

由于桉樹具有化感作用，樹下不怎么長(zhǎng)草 | 圖蟲創(chuàng)意

咱們來看這張圖，圖中是一片桉樹林。不知道大家有沒有去過桉樹林的現(xiàn)場(chǎng)，桉樹底下不怎么長(zhǎng)草，因?yàn)殍駱淠軌蜥尫欧铀犷惖然形镔|(zhì)。如果我們用一樣的原理去想，在自然界水體里頭找到能特異性抑制水華藻生長(zhǎng)的水生植物，是不是就可以控制水華？

蘆竹抑藻 | 洪喻供圖

我們做了很多研究，找到了好幾種能夠分泌強(qiáng)抑藻物質(zhì)的植物，比如蘆竹、荷葉，還包括我們的行道樹落葉，像銀杏、毛白楊就有這樣的效果。這張圖中，左邊是對(duì)照組，右邊我們把蘆竹的水凈體液放到水華水體里頭去，過不了幾天（當(dāng)然也是需要幾天的，不是馬上立竿見影），水就清澈透明了，效果還蠻好的。

效果有了，我們就想，這里面是什么起到了作用？于是我們就開始找里面的活性物質(zhì)。大家可以想象一下，假如我們要去逮犯罪分子，該怎么做？當(dāng)然這里面的抑藻物質(zhì)是好的，但可以這么去想。我們要先找到嫌疑犯，然后一點(diǎn)一點(diǎn)去細(xì)扣，最后把犯罪分子給找出來，找到犯罪分子之前都叫嫌疑犯，最后找到了，我們叫犯罪分子。

我們先找到嫌疑犯，然后一點(diǎn)一點(diǎn)去細(xì)扣，最后把犯罪分子給找出來 | 洪喻供圖

所以我們就把這些化感物質(zhì)一分為二，二分為四，一個(gè)一個(gè)分完了以后把它們關(guān)進(jìn)瓶子里。然后我們發(fā)現(xiàn)，有的瓶子里面水華藻還長(zhǎng)，活得好好的，但有的瓶子里面藻不長(zhǎng)了。于是我們就知道，這個(gè)瓶子里面加進(jìn)去的化感物質(zhì)是有作用的，它就不是潛在的化感物質(zhì)了，而是我們的目標(biāo)物質(zhì)。我們?cè)賹?duì)它進(jìn)行鑒定，就能夠掌握這個(gè)物質(zhì)的信息。

剛剛講到化感物質(zhì)，我也說了，它抑制水華藻生長(zhǎng)還得要幾天，我覺得還是長(zhǎng)了，尤其是水華爆發(fā)的現(xiàn)場(chǎng)，水華都爆發(fā)在那兒了，我還得等幾天，誰受得了。所以針對(duì)高密度的藻，我們又想怎么把它給逮走，能不能把它抓出來。

其實(shí)科學(xué)就是源于生活?，F(xiàn)場(chǎng)的很多小朋友應(yīng)該都玩過磁鐵，我們也是一樣，想能不能把這個(gè)原理用過來抓藻。經(jīng)過研究，我們發(fā)現(xiàn)藻的表面帶負(fù)電，上面有很多小爪子，是糖蛋白、羧基這些結(jié)構(gòu)。于是，我們就去尋找化學(xué)材料，能夠結(jié)合到這樣的小爪子上，手拉手一樣地把藻給拽出來。拽出來的過程中，我們給這個(gè)復(fù)合材料復(fù)磁，讓它有磁性，我們用的是磁性四氧化三鐵。于是乎我們就研發(fā)出來了兩個(gè)：一種物質(zhì)用來抓藻，一種物質(zhì)上面帶著磁性物質(zhì)再去抓藻。

這樣的復(fù)合材料我們研發(fā)了一系列，實(shí)際上在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中也有應(yīng)用了。只是現(xiàn)實(shí)當(dāng)中利用磁捕船，是將特定的物質(zhì)扔進(jìn)水中（和水華藻結(jié)合），大家可以將這種物質(zhì)想象成鐵，我們把鐵磨碎成粉再扔到水里頭去，能夠結(jié)合一部分藻，等結(jié)合后我們?cè)匍_個(gè)船，用磁捕船給它磁性，嗖地過去，藻就被船拿走了，但這里面的效率還是可以大大地提高，還需要去通過研究來進(jìn)行。

那大家聽完了我剛才介紹的，會(huì)想：你做的這個(gè)（治理水華的）工作這么好，效率這么高。但是不是真的這樣呢？實(shí)際上，我在做科學(xué)研究的過程中經(jīng)常看文獻(xiàn)，我發(fā)現(xiàn)總有好的文獻(xiàn)能夠超過之前的，所以研究技術(shù)沒有最好，只有更好。

我們?cè)谘芯康倪^程中，前面發(fā)現(xiàn)了化感物質(zhì)，后面又去做了捕獲材料。我們就想，能不能給化感物質(zhì)裝上導(dǎo)彈來制導(dǎo)，讓它在特定的地方去抑制藻？

給抑藻劑導(dǎo)航 | 洪喻供圖

于是我們用硅藻土加上了化感物質(zhì)直奔底泥。如果我們?cè)诘啄嗬锞桶言逡种圃诔跫?jí)生長(zhǎng)階段，它就不會(huì)爆發(fā)了；如果不幸它漂起來了，邊漂還邊長(zhǎng)，我們可以拿活性炭這樣的材料吸附化感物質(zhì)，到那兒去抑制藻的生長(zhǎng)；如果不幸我們發(fā)現(xiàn)得比較晚，藻已經(jīng)浮上來變成了藻毯，在水面上綠油油的，就像我前面拍的照片一樣，這時(shí)候我們就用前面磁捕獲那個(gè)方法把它吸走了。我們想，這個(gè)技術(shù)今后還是有一定前景的。

我講了制導(dǎo)，又講了磁捕獲，這些方法快不快？化感物質(zhì)我之前也說過，它的效果不是立竿見影。人總是比較貪婪的，尤其是做科研，總希望越快越好。我們前面講了，投硫酸銅到水里，效果立竿見影，特別好，但魚會(huì)死。我們能不能又立竿見影，魚又不會(huì)死，還能耗比較低？

于是我們又想到，藻不是帶負(fù)電嗎，那我給藻加上電壓行不行，去擾亂藻表面的電荷平衡。藻細(xì)胞它也有墻（指細(xì)胞壁和細(xì)胞膜），我們加電讓它紊亂了以后，墻就會(huì)有裂縫，甚至電壓加得合適了，可能一面墻都倒了，這時(shí)候藻就會(huì)被抑制住甚至被殺死。

為了進(jìn)一步改進(jìn)這個(gè)方法，我們又用了納米線，納米線是橫向的，小于一百納米，用這樣的線去做尖端，類似避雷針那樣尖端放電，就相當(dāng)于給我們低壓電場(chǎng)的情況底下裝了一門大炮對(duì)著藻去轟炸，把它炸出一個(gè)孔出來。這個(gè)方法現(xiàn)在雖然只是發(fā)了文章，但比較有前景，成本低，能耗也低，還比較安全——屬于物理方法。

大家知道，技術(shù)是有研發(fā)周期的，有的長(zhǎng)有的短，前面我們講到的一些方法中，植物的化感作用現(xiàn)在在水體里頭已經(jīng)應(yīng)用了。

綜合治理前后白洋淀水質(zhì)對(duì)比 | 左：洪喻供圖；右：圖蟲創(chuàng)意

左邊這張圖是我2018年在白洋淀做水專項(xiàng)考察時(shí)拍攝的一張照片，大家能看到水華還比較厲害。我們篩選了優(yōu)勢(shì)植物，并且進(jìn)行了搭配來控制水體富營(yíng)養(yǎng)化和防止出現(xiàn)水華爆發(fā)。

經(jīng)過幾年的科研攻關(guān)，大家看右邊這張圖，現(xiàn)在的白洋淀是不是水質(zhì)蠻好的？

小區(qū)景觀實(shí)體 | 圖蟲創(chuàng)意

我們的這個(gè)技術(shù)還能用在什么地方？我們的化感物質(zhì)畢竟是外加的，所以在保守情況下，我覺得我們的化感物質(zhì)還能用在一些小型的半封閉或者封閉的景觀水體里頭，比如大家小區(qū)里的景觀池塘，一些高爾夫球場(chǎng)的景觀水體，還有一些小型的人工湖等等。我們做北京市科委的小型景觀水體水華防治和河南省科技計(jì)劃項(xiàng)目的時(shí)候做過一些這樣的工作。

前面我們講的都是治標(biāo)，水是肥水，春暖花開后，它冷不丁可能就爆發(fā)，所以我們治標(biāo)的這些技術(shù)都是它發(fā)生了我們?cè)偃ブ?，或者去提前預(yù)警。那我們想一想，能不能根治它，能不能治本，我們讓水還沒肥之前就把它解決。我有這個(gè)想法是2009年開始的。我想，能不能讓我的藻參與到污水處理過程中。

所以接下來我就給大家講講一個(gè)Q的故事。這個(gè)Q不是大家過年看的《唐探3》里面那個(gè)邪惡的Q，我這里面的Q是一個(gè)小姑娘。

這個(gè)小球藻叫Chlorella sp. HQ，其中H是我的姓，洪，Q是我學(xué)生的姓，秦 | 洪喻供圖

2009年，我還不能招研究生，就帶著我的本科生一起做實(shí)驗(yàn)。當(dāng)時(shí)我想，我就用別人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的高價(jià)值的藻來做研究。我把這個(gè)藻買來后，因?yàn)橄胱屗幚砦鬯?，所以我就把它暴露在空氣中，想看看處理效果怎么樣。我這個(gè)學(xué)生大二就進(jìn)到實(shí)驗(yàn)室，她非常用功，天天都在實(shí)驗(yàn)室待著，有一次很湊巧去測(cè)了這個(gè)水。

她告訴我，老師，這個(gè)藻果不其然產(chǎn)油效果很好，是高價(jià)值的藻。

我說，好啊，那你鏡檢一下吧。

她鏡檢后告訴我，老師，很不幸，這個(gè)藻不是你當(dāng)時(shí)買來的藻。

我就說，那這個(gè)藻哪來的？

找了一圈，發(fā)現(xiàn)不是我們實(shí)驗(yàn)室的藻。我們后續(xù)繼續(xù)去分離、純化、鑒定，發(fā)現(xiàn)這個(gè)藻實(shí)際上是一株小球藻，但我們至今仍未知道這些小球藻是從哪兒來的。所以大家能看到，我們的科學(xué)研究是什么，雖然有機(jī)會(huì)在那兒，還得要你足夠勤奮才能抓得住。

我樂于跟大家分享我的工作 | 洪喻供圖

我做了這么些工作，雖然做的也不是太多，但我還是樂于跟大家分享。我記得我以前分享的時(shí)候提過一個(gè)問題，今天我也考考大家：我們現(xiàn)在呼吸的空氣，是什么制造的，主要是來源于什么？

地球上的氧氣，有一部分是我們的綠葉植物所生產(chǎn)的，還有很大一部分，超過一半都是我們的微藻制造的。大家知道嗎，我們現(xiàn)在地球上的微藻已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了兩萬多種，而且還有很多沒有被發(fā)現(xiàn)。所以我們就更能知道，水華控制的意義是什么——保護(hù)微藻的生物多樣性，保持水生生態(tài)的生態(tài)平衡，讓它的生態(tài)恢復(fù)能夠是一個(gè)健康的恢復(fù)。

不知道大家有沒有關(guān)注過2007年太湖水華事件新聞，當(dāng)時(shí)那個(gè)事件影響挺大。以前的人們，包括一些企業(yè)，他們的環(huán)保理念其實(shí)不是太強(qiáng)，所以很多時(shí)候往往都是環(huán)境污染發(fā)生了，再去治理。我們環(huán)境人其實(shí)有點(diǎn)像救火隊(duì)員，哪里出了事，就沖到那兒去解決。近幾年來習(xí)大大提出“綠水青山就是金山銀山”，大家也慢慢感知到，好的生態(tài)環(huán)境才能保持社會(huì)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

我作為微藻人，今后也將繼續(xù)帶著我的學(xué)生們開展微藻相關(guān)的工作。我希望把我控制有害藻的工作做得更好，扭轉(zhuǎn)水生態(tài)惡化的局面，然后利用我的有益藻去前端做更好的污水處理，幫助水環(huán)境得到恢復(fù)，同時(shí)讓水生生態(tài)系統(tǒng)更好地復(fù)蘇。

謝謝大家。


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