本刊記者　魯長國

李一凡：我思故我在

本刊記者魯長國

李一凡是哈爾濱工業(yè)大學教授，同時也是國際持久性有毒物質(zhì)聯(lián)合研究中心首席科學家。一位物理系出身的博士卻在環(huán)境科學領(lǐng)域取得非凡造詣，書寫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：一個深廣的心靈總是能把興趣的領(lǐng)域推廣到無數(shù)事物上去?！拔易プ×艘粋€比較好的方向”，在探索和求知欲望的驅(qū)動下，帶著多年物理研究經(jīng)驗積累，李一凡緩緩推開了環(huán)境科學研究的大門。

20世紀70年代，人們發(fā)現(xiàn)北極圈內(nèi)的魚類，甚至人的身體內(nèi)都殘留有機氯農(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污染物（POPs），其特征為化學性質(zhì)穩(wěn)定，持久性強，污染殘留時間長，可以在動物和人體內(nèi)長時間累積，并可以通過長距離遷移而進入全球各個地方，包括南極和北極。POPs對人類健康和全球生態(tài)環(huán)境的巨大危害引起了世界各國政府、學術(shù)界、工業(yè)界以及公眾的廣泛重視。

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

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

在科學研究中，李一凡有一個習慣，在閱讀論文時，他會將那些有價值的數(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)仔細整理，輸入數(shù)據(jù)庫。這是一個費事又費時的工作。但李一凡認為，北極污染物的來源和通道問題是全球性的，做這種研究一定要有全球視野，因此這種數(shù)據(jù)收集工作是進行該研究所必須的，是研究的基礎(chǔ)。多年積累下來，他慢慢建立起自己的“大數(shù)據(jù)”庫，并利用該數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)，使用各種關(guān)聯(lián)詞進行數(shù)據(jù)的多種方式的調(diào)用。事實證明，這份“大數(shù)據(jù)”無比珍貴，使李一凡在POPs研究中受用無窮。特別是在互聯(lián)網(wǎng)還不發(fā)達的年代尤顯重要。曾經(jīng)發(fā)生過這樣一件事。李一凡在和他一位作為資深研究員的同事進行學術(shù)討論時，使用了對方早期發(fā)表的數(shù)據(jù)來說明自己的觀點。那位資深研究員聽到后驚異不已，因為他全然忘記了自己早期發(fā)表的這些數(shù)據(jù)，事后連說“慚愧”。

“假如說北極的POPs污染源是全球其他地區(qū)的POPs通過大氣長距離傳輸來的，那么北極大氣中POPs的濃度和全球此類POPs的排放應該存在一定聯(lián)系”，帶著這份預測，李一凡開始從HCH的全球排放清單入手。利用他的數(shù)據(jù)庫，李一凡整理出了從20世紀50年代開始的全球HCH的使用量，并計算其排放量，制定了全球首個網(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)測到的POPs。通過與北極大氣監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，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通過大氣長距離傳輸進入北極的直接證明，是當時北極POPs研究的一個重大發(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，在科學界被認為具有標志性（landmark）的意義。

“科學探索永無止境”，李一凡也始終堅信這一點。β-HCH是HCH的另外一種同分異構(gòu)體，由于β-HCH在北極環(huán)境中的濃度遠低于α-HCH，而當時檢測儀器的檢測水平低下，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)。但在上世紀末和本世紀初，在北極POPs研究中興起了一股β-HCH熱。由于α-HCH進入北極通道研究的成功，當時科學界都認為所有POPs都是主要通過大氣長距離傳輸而進入北極的，β-HCH也不例外。在β-HCH進入北極的通道的研究中，李一凡從他的數(shù)據(jù)庫中把關(guān)于β-HCH相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)出來進行分析，發(fā)現(xiàn)β-HCH和α-HCH在傳輸上有不同特征，由此對β-HCH也是通過大氣長距離傳輸而進入北極的觀點產(chǎn)生了懷疑。

真理往往掌握在少數(shù)人手中?！芭c大家對我α-HCH研究成果的反應相反，剛開始提出這個觀點，幾乎所有人都反對”，但李一凡用事實證明自己的推測是正確的。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結(jié)果后，電光石火間他腦海里蹦出“β-HCH主要是是通過洋流傳輸?shù)奖睒O”的想法，第一次提出了具有突破性的見解。他指出，β-HCH和α-HCH不一樣，β-HCH不是主要通過大氣長距離傳輸進入北極的，而是通過洋流長距離傳輸進入北極。不是所有的POPs都可以通過大氣的長期輸送到達北極，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在沒有進入北極以前就幾乎全部進入太平洋海水里，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高速收費站分流的例子，白令海峽就是那個海洋中的“收費站”，這樣一來β-HCH是通過洋流被輸送到北冰洋便可以解釋得通了。這一論點為監(jiān)測數(shù)據(jù)所驗證，并解釋了過去無法解釋的現(xiàn)象。此項研究成果還被國際北極研究機構(gòu)定為當時幾年來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，該模型成功地對北極的α-HCH和β-HCH的環(huán)境行為和歸宿進行了預測，這些預測均為監(jiān)測數(shù)據(jù)所驗證。這些成果讓李一凡進入為世界知名北極研究專家之列。

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追求一番作為?！盎啬感Ｗ鳇c貢獻”使已經(jīng)是加拿大環(huán)境部科技局資深研究員的李一凡，毅然決定踏上回國工作的征途。

回國后，李一凡成為哈爾濱工業(yè)大學教授和加拿大Ryerson大學兼職教授，在科研不斷深入的同時，他開始著手組建自己的科研團隊、搭建研究實驗室。很快，李一凡帶領(lǐng)科研團隊進行了我國首次國家尺度的大氣和土壤中有機污染物的同步監(jiān)測，并獲得國家自然科學基金和多項國際項目資助。隨著監(jiān)測網(wǎng)絡的建立，李一凡團隊獲得了大量一手觀測數(shù)據(jù)資料，為后續(xù)科研項目的順利開展打下堅實基礎(chǔ)。

“為學患無疑，疑則有進，小疑則小進，大疑則大進”，搞科研要敢于質(zhì)疑權(quán)威，更需要有挑戰(zhàn)既有“真理”的實力。半揮發(fā)性有機化合物（SVOCs）在大氣中的氣粒分配問題是一個非常重要的科學研究課題。早在1988年，一位美國科學家在Environment Science & Technology發(fā)表了一篇亮點論文，指明SVOCs的干濕沉降對其大氣環(huán)境行為，特別是其長距離大氣遷移，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，并為全球科學界所公認。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家推導了SVOCs大氣中的氣粒分配的平衡態(tài)公式，該公式可對SVOCs的氣粒分配行為進行預測，一直為大氣環(huán)境領(lǐng)域的科學家們所使用。

和很多科學家一樣，李一凡也發(fā)現(xiàn)該公式在很多情況下不能準確預測SVOCs大氣中的氣粒分配。在我國15個監(jiān)測點利用主動采樣器進行的大尺度大氣中SVOC監(jiān)測后，李一凡團隊獲得了60度溫度跨度的近700對大氣氣粒兩相數(shù)據(jù)。通過對這些數(shù)據(jù)的分析對比，李一凡提出，SVOCs在大氣中并不是絕對平衡態(tài)，這是因為氣粒兩相中的顆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時的特殊情況。該公式比平衡態(tài)公式能更準確地預測SVOCs在大氣中的氣粒分配規(guī)律。李一凡團隊利用該公式對多溴聯(lián)苯醚（PBDEs）的氣粒分配配額進行了預測，預測結(jié)果為我國和其它國家的大量監(jiān)測數(shù)據(jù)所證實。通過這次研究，李一凡團隊再次把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，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SVOC進入北極的通道研究有著重要指導作用。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?；赟VOCs在大氣中的氣粒分配的平衡態(tài)公式，目前科學界認為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是通過全球大氣中的顆粒物的大氣長距離傳輸而進入北極的。基于SVOCs在大氣中氣粒分配的穩(wěn)衡態(tài)理論，李一凡團隊對該觀點提出挑戰(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)大氣長距離傳輸進入北極的。

穩(wěn)衡態(tài)理論作為大氣中SVOCs氣粒分配領(lǐng)域的一個新突破，為該領(lǐng)域的拓展和深入研究打開了一扇新的窗口。未來幾年內(nèi)，李一凡將領(lǐng)導其團隊更深一步加強對該領(lǐng)域理論和應用的研究，在該領(lǐng)域世界領(lǐng)先水平研究道路上走得更遠。

“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，李一凡覺得自己的成功應該歸結(jié)于興趣和整個團隊的努力。從發(fā)現(xiàn)問題到找到解決問題的方法，對他而言是一種享受探索魅力的過程。李一凡也這樣要求自己的學生，“一定要愛這個工作”。如果對自己的科研工作不感興趣的話，就會被漫長而且有時是無聊的日常研究過程所擊倒。他告訴學生，做研究不能急功近利，要“耐得住寂寞”，搞科研是一個長期積累而后厚積薄發(fā)的過程，認定了一個目標就要懂得堅持的意義，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，也就能享受整個研究過程。李一凡認為創(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)的一個最重要的方向?！皠?chuàng)新精神是關(guān)鍵”，如何將創(chuàng)造性思維應用到研究中，李一凡認為這既是一個知識積累的過程，也是一個能力培養(yǎng)的過程。“創(chuàng)新是建立在對研究對象的深度理解之上的，但對研究對象的深度理解后不見得就能有創(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地培養(yǎng)的。

行者無疆

作為《關(guān)于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約》首批簽約國之一，國務院批準的《中國履行〈關(guān)于持久性有機污染物的斯德哥爾摩公約〉國家實施計劃》中，將全面消減和淘汰首批12類POPs物質(zhì)作為我國乃至全球近十年共同面臨的重大任務。

2006年4月，由哈爾濱工業(yè)大學倡議，國際持久性有毒物質(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家。短期內(nèi)，聯(lián)合研究中心將持續(xù)開展對我國、亞洲、甚至全球的持久性有毒物質(zhì)，特別是POPs的產(chǎn)生機理、來源解析、傳輸通道、源匯關(guān)系的研究。未來，聯(lián)合研究中心將會開展生態(tài)系統(tǒng)對PTS的響應機理研究、PTS的區(qū)域性人體健康和生態(tài)健康的風險評估研究，為國家制定消減PTS環(huán)境負面效應的戰(zhàn)略計劃提供理論依據(jù)。

經(jīng)過近十年多的努力，現(xiàn)在研究中心已經(jīng)有包括中國、美國、加拿大、英國、日本、南韓、印度以及越南等8個國家20多所大學和研究機構(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開展我國持久性有毒物質(zhì)的研究工作，開拓交流渠道建立國內(nèi)及國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)境研究部門在內(nèi)的世界知名研究機構(gòu)均有合作。

工作會讓人永葆精力，這一點在李一凡身上得到印證，眼前這位神采奕奕的長者，任誰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”，李一凡談到未來工作計劃，“除了要把手頭上的研究工作做好，還要幫助我的學生在研究上定好位，這樣即便是自己退休了，相信學生們在將來工作中也可以在研究上繼續(xù)做出一番成績”。“我對學生們要求還是很嚴格的，”李一凡談到自己的學生時表示，“沒有規(guī)矩不成方圓”，嚴格的制度與寬松的學術(shù)氛圍是他科研團隊建設(shè)的基本準則，特別是在中心實驗室的管理上建立了一套非常嚴格的制度。能得此良師益友教誨，是學生和學術(shù)界的運氣，也是未來中國科研事業(yè)發(fā)展的希望。

“除去工作的時間我基本都在家，”李一凡在協(xié)調(diào)事業(yè)、生活和家庭有自己獨到的方式，“我中學和在農(nóng)村知青期間喜歡文學，并在黑龍江文藝雜志發(fā)表過雜文。我還對歷史和宗教也很感興趣”，任何一個話題他都能暢談很久。一些問題在他那里都變得源遠流長，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、中國佛教發(fā)展方面的一些看法，眼前這位長者更像是一位宗教學研究者，而不是一位物理系出身的環(huán)境科學研究專家。

古人稱，六十而耳順，是一種包容并蓄的生命體驗。如果退休后不能再繼續(xù)做科研，對李一凡來說一定是一種遺憾，“但我還是可以搞理論和模型研究”。科學是一個日積月累的過程，前人腳印是后人進步的階梯，正是像李一凡這樣在科研學術(shù)上孜孜不倦的追求，人類科學事業(yè)才不斷刷新篇章。