本刊記者 石芳芳

在古今中外的文人眼中，湖泊總是寧靜、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)實生活中，湖泊是人們生活用水的主要來源之一，然而在環(huán)境問題日益突出的今天，湖泊也逐漸失去往日的澄澈。

為了尋回那片昔日的碧藍(lán)與寧靜，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所水文與水動力研究室副主任朱廣偉及其研究團(tuán)隊在湖泊科學(xué)的道路上奮力求索著，湖泊是他的戰(zhàn)場，還清澈于湖泊是他事業(yè)的夢想。因為有了像他一樣的科學(xué)家，湖泊與人類的和諧相處多了些保障。

科技為眼 監(jiān)測太湖

太湖是中國五大淡水湖之一，自古以來便是知名的游覽勝地，同時更是當(dāng)?shù)厝嗣竦纳?/p>

如今，已平靜與天空對望了數(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，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：“藍(lán)藻水華由于上浮過程快，隨風(fēng)移動快，受短期強(qiáng)風(fēng)浪擾動的影響很大，常規(guī)采樣監(jiān)測方法很難捕捉到其變化規(guī)律，而高頻自動監(jiān)測技術(shù)卻能在其中發(fā)揮重要的作用。”

高頻監(jiān)測是如何用于湖泊生態(tài)監(jiān)測的呢？

高頻自動監(jiān)測技術(shù)是基于水質(zhì)傳感器探測技術(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)和大型計算技術(shù)的發(fā)展，復(fù)雜多變的生態(tài)系統(tǒng)過程監(jiān)測成為可能，大大拓展了生態(tài)學(xué)家對復(fù)雜生態(tài)過程的認(rèn)知能力。高頻監(jiān)測技術(shù)在湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究中的應(yīng)用，始于2004年美國威斯康辛大學(xué)鱒魚湖生態(tài)站和臺灣鴛鴦湖的探索，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)研究站作為重點觀測站之一。

太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站位于無錫太湖之濱，成立于1988年，隸屬于中國生態(tài)系統(tǒng)觀測網(wǎng)絡(luò)（CERN）。作為我國第三大淡水湖泊，又地處我國人口密度大、經(jīng)濟(jì)發(fā)展快的長三角中心，強(qiáng)烈的水動力擾動作用與富營養(yǎng)化過程交織在一起，使得太湖成為國際淺水湖沼學(xué)研究的熱點。而太湖湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究站長期從事大型淺水湖泊的觀測方法、水動力過程的生態(tài)效應(yīng)及藍(lán)藻水華過程等湖沼學(xué)研究，在國際上也頗有影響力，這是GLEON將太湖站作為重點站點之一的原因。

朱廣偉等人根據(jù)藍(lán)藻水華上浮過程與水動力過程和溫度分層過程密切關(guān)聯(lián)的特征，以及藍(lán)藻水華的生長和腐爛過程對水體溶解氧水平影響強(qiáng)烈的規(guī)律，基于GLEON的推動，于2007年10月在太湖觀測平臺上建立了第一套太湖生態(tài)高頻自動監(jiān)測系統(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，對太湖的溫度分層、藻類葉綠素含量、濁度、溶解氧、pH等實施10分鐘1次的高頻監(jiān)測。該系統(tǒng)也成為后期太湖水質(zhì)高頻監(jiān)測網(wǎng)設(shè)計的工作基礎(chǔ)。

2007年無錫貢湖水廠暴發(fā)飲用水供水危機(jī)事件之后，為提升我國在藍(lán)藻水華及其災(zāi)害監(jiān)控的能力，2008年中國科學(xué)院投資4000萬元設(shè)立了“富營養(yǎng)化水體監(jiān)測和預(yù)警技術(shù)研究與系統(tǒng)集成”項目，以太湖為例，開發(fā)湖泊藍(lán)藻水華的監(jiān)測和災(zāi)害預(yù)警技術(shù)。隨后，在“十二五”水專項太湖項目“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)測模型技術(shù)及湖泛災(zāi)害預(yù)警平臺與示范”子課題。而朱廣偉就是這些課題中高頻自動監(jiān)測技術(shù)研發(fā)方面的主要負(fù)責(zé)人。

2008年～2010年，在中國科學(xué)院重大項目等的資助下，朱廣偉及其課題組先后在太湖湖體設(shè)立了11套高頻自動監(jiān)測平臺，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)測預(yù)警和地方飲用水安排保障提供了監(jiān)測基礎(chǔ)。

2010年10月，第11屆GLEON會議在太湖召開。來自世界5大洲20多個國家的100多名會員共聚太湖站，探討太湖高頻自動監(jiān)測技術(shù)方面取得的經(jīng)驗，分享朱廣偉等太湖站科研工作者長期觀測研究所積累的大型淺水湖泊藍(lán)藻水華機(jī)制與控制對策研究成果。

科研再出發(fā)

監(jiān)測只是認(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，滿足國家湖泊治理的實際需求，還需要有更深入的探索與研究。2008年，朱廣偉開始參與“973”項目“藍(lán)藻水華暴發(fā)對湖泊生源要素循環(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)藻水華過程與大型湖泊水土界面營養(yǎng)鹽交換的耦合作用。他認(rèn)為，太湖的藍(lán)藻水華問題自上世紀(jì)80年代開始惡化，20多年來變得越來越嚴(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)時間可以從4月至12月，一年中的大多數(shù)時間都比較嚴(yán)重。藍(lán)藻水華問題愈演愈烈的原因，除了與入湖河流營養(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？這些問題對認(rèn)識藍(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力擾動作用頻繁而強(qiáng)烈的特征，朱廣偉課題組采用水華腐爛過程的室內(nèi)模擬、原位模擬、現(xiàn)場高頻監(jiān)測和臺風(fēng)過程觀測等手段，認(rèn)知藍(lán)藻水華形成過程、腐爛分解過程對水—沉積物界面氮、磷的遷移轉(zhuǎn)化過程的影響，發(fā)現(xiàn)沉積物屬性能夠影響藍(lán)藻水華的營養(yǎng)鹽效應(yīng)，重污染沉積物在水華堆積、腐爛過程中，同時釋放氮、磷等營養(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)了營養(yǎng)鹽的匯，降低藍(lán)藻水華的生態(tài)影響。該研究成果對于評估湖泊沉積物的疏浚必要性有參考價值。

積累科研的厚度

在科研的領(lǐng)域，沒有“孤膽英雄”，唯有形成聚力才能使科研長久地發(fā)展下去。朱廣偉深諳此道，長期以來一直積極參與籌建湖泊生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)研究團(tuán)隊。除了為團(tuán)隊建設(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博士等保持著長期合作關(guān)系。

目前，在中國科學(xué)院國際合作重點項目的資助下，他正在開展太湖、芬蘭皮海湖湖泊富營養(yǎng)化對氣候變化的響應(yīng)對比研究。在美國基金委項目的資助下，他與Hans Paerl教授等正在開展太湖有害藍(lán)藻受人類活動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，請進(jìn)來，加強(qiáng)國際合作。自然科學(xué)規(guī)律研究沒有國界，特別是生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，西方國家已經(jīng)積累了大量經(jīng)驗，但我們巨大的人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展壓力卻是全世界獨一無二的。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)問題的一條捷徑?！?/p>

朱廣偉還十分注重培養(yǎng)研究生的國際合作能力和科研興趣?！把芯可亲钣谢盍Φ难芯苛α?，在國際合作中成長快、干勁足、創(chuàng)新成果產(chǎn)出多。研究生經(jīng)過五六年的成長，很快就會成為該領(lǐng)域的領(lǐng)軍人物，而教授的成長空間相對有限。因此，不能只把國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、研究生探索的國際合作交流模式。”

中國科學(xué)院院長白春禮在視察太湖站時，欣然題下了“面向國家需求、發(fā)展湖泊科學(xué)”幾個字。這幾個字概括了朱廣偉和其團(tuán)隊長期以來一直在做的，以及未來還要繼續(xù)的事業(yè)。并不是每個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時，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。