李明麗

自然界的奧秘，總是令科學(xué)家前赴后繼地探尋著。中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所以下簡稱“地化所”研究員冉勇，就是這樣一位孜孜不倦的探索者。

20余年來，他一直從事微量金屬元素、有機(jī)污染物在地表系統(tǒng)中的遷移、轉(zhuǎn)化和歸宿等研究，并在疏水有機(jī)污染物的吸附機(jī)制、模型、歸宿及其與生物質(zhì)、地質(zhì)吸附劑固相表面性質(zhì)的關(guān)系研究方面取得了重要進(jìn)展。

隨著研究的不斷深入，冉勇的視野逐漸擴(kuò)大，理論功底也愈來愈深厚。每當(dāng)向記者介紹微觀物質(zhì)的機(jī)理時，他總是興味盎然。

不過，除了興趣之外，他更將科學(xué)研究看作是一種責(zé)任。他希望用畢生所學(xué)為國家的環(huán)境修復(fù)做出自己的貢獻(xiàn)。踏入環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域

作為道家思想的集大成者，莊子對自然生態(tài)環(huán)境有著獨(dú)特的思考。他認(rèn)為，自然萬物之間是相互聯(lián)系、相互依賴、相互轉(zhuǎn)化。在冉勇的研究世界里，微觀物質(zhì)在地表系統(tǒng)中也存在著這樣一種循環(huán)。

地表系統(tǒng)是指地球系統(tǒng)中直接與人類的生存與發(fā)展相關(guān)聯(lián)的表層部分，是由巖石圈、水圈、大氣圈、生物圈和人類活動組成的一個相互滲透、相互作用的復(fù)雜系統(tǒng)。

冉勇介紹，通過研究水、陸環(huán)境中金屬元素和有機(jī)污染物的分布、遷移、吸附/解吸、生物有效性、穩(wěn)定化等生物地球化學(xué)行為和環(huán)境效應(yīng)，人類才能有針對性地應(yīng)對環(huán)境污染。

上世紀(jì)90年代，博士畢業(yè)后的冉勇來到地化所。那時，地化所的很多項目都偏向于大氣與水的污染研究。于是，原本做土壤污染研究的他轉(zhuǎn)而開始做水的沉積物研究。

水本是生命之源。然而，隨著人類社會的發(fā)展，水污染成為日益嚴(yán)重的環(huán)境難題。污水中的有機(jī)毒物，不僅影響飲用水源，還會破壞水生生物，進(jìn)而使水質(zhì)進(jìn)一步惡化。

那時，國際上對水體中的重金屬、有機(jī)污染物以及農(nóng)藥十分重視，且已經(jīng)做到分子水平。相比之下，國內(nèi)對有機(jī)污染物的研究還十分稀少。

1995-1997年，冉勇獲國家教委留學(xué)基金和對方資助在澳大利亞莫納什大學(xué)水研究中心和西澳大利亞大學(xué)做客座研究。

他告訴記者，廢水中的污染物有的是以膠體的形式存在，膠體是一種較均勻的混合物，分散質(zhì)粒子直徑在1-100nm之間。而國內(nèi)的研究大多忽視了納米尺度的膠體。于是，他利用國外良好的實(shí)驗儀器做水體中膠體的組成和含量研究，并在國際期刊上發(fā)表了第一篇論文。

回顧這段求學(xué)歷史，冉勇坦言收獲頗豐，他將國際上的相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行了較為全面的了解和深入的認(rèn)識，并在國際期刊上發(fā)表了相應(yīng)的論文，為今后的科研工作奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

碰巧的是，回國后，地化所以傅家謨院士為首的科學(xué)家開始對有機(jī)污染物的地球化學(xué)行為感興趣，并且實(shí)驗室的研究條件也有所改進(jìn)。既有土壤研究背景，又有水體研究背景的冉勇迎來了良好的開端。

近年來，全國水環(huán)境的形勢依然十分嚴(yán)峻。就整個地表水而言，受到嚴(yán)重污染的劣V類水體所占比例較高，約為10%。而流經(jīng)城鎮(zhèn)的一些河段，特別是城鄉(xiāng)接合部的一些溝渠塘壩污染也普遍比較重，且由于受到有機(jī)物污染，黑臭水體較多。水資源豐富的珠江三角洲也出現(xiàn)水質(zhì)性缺水。此外，涉及飲水安全的水環(huán)境突發(fā)事件的數(shù)量依然不少。

相對于大氣與水污染，土壤污染因非肉眼所見而常常被忽視。當(dāng)土壤中有害物質(zhì)過多，超過土壤自凈能力時，就會引起土壤的組成、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，進(jìn)而使微生物活動受到抑制，有害物質(zhì)或其分解產(chǎn)物在土壤中逐漸積累通過“土壤——植物——人體”，或通過“土壤——水——人體”間接被人體吸收，危害人體健康。

“無論是大氣、水體還是土壤污染，有機(jī)污染物的治理與環(huán)境修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)的制定有著密切的關(guān)系?！比接抡f道。

目前，我國關(guān)于大氣、水與土壤污染修復(fù)的“大氣十條”“水十條”“土十條”已相繼推出，這為我國的污染環(huán)境治理提出了明確的目標(biāo)和方向。

“通過物理化學(xué)過程修復(fù)污染的環(huán)境費(fèi)用太過高昂，即使是發(fā)達(dá)國家也承受不起。所以我們試圖用生物修復(fù)方法。而只有將微量金屬元素、有機(jī)污染物的微觀機(jī)理認(rèn)識清楚以后，我們才能制造一些生物處理劑，達(dá)到修復(fù)環(huán)境的目的?！?/p>

揭示珠江污染物的遷移規(guī)律

過去，水體中的污染主要與碳、氮、硫、磷和重金屬元素等有關(guān)。如今，隨著工業(yè)的發(fā)展，新型和持久性有機(jī)污染物也逐漸擴(kuò)散到水體中，并與傳統(tǒng)污染物一起構(gòu)成難以修復(fù)的水體污染。不過，在冉勇看來，持久性有機(jī)污染物與碳循環(huán)有著密切的關(guān)系，抓住這條線索，也許問題就會迎刃而解。

針對珠江三角洲的水體污染情況，冉勇用連續(xù)過濾裝置從其東江、西江、北江等不同斷面和水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等水體采集了水柱樣品和沉積物、顆粒物，接著應(yīng)用核磁共振光譜、有機(jī)分子標(biāo)記物、穩(wěn)定性和放射性碳同位素等分析技術(shù)，表征珠江下游水體中懸浮顆粒物、膠體和沉積物有機(jī)質(zhì)的化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)和形態(tài)，研究珠江水體中主要毒害有機(jī)污染物，如多環(huán)芳烴、多溴聯(lián)苯醚的遷移、沉降和歸宿過程。

持久性有機(jī)污染物（POPs）是一類具有范圍大、危害性多和在環(huán)境中存留時間長的毒害性有機(jī)化合物。環(huán)境污染的日益加劇，使得POPs不可避免地要通過各種途徑（呼吸、接觸、飲水、攝食等）進(jìn)入人體，危害健康。POPs對人類和生物具有致癌、致畸與致突變作用、破壞或抑制神經(jīng)系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)、破壞或干擾內(nèi)分泌系統(tǒng)、影響生殖功等負(fù)面影響。美國著名的超級基金計劃，很多項目就是直接針對環(huán)境中的POPs，進(jìn)行受損環(huán)境的清潔修復(fù)研究。歐洲環(huán)境科學(xué)界認(rèn)為POPs在生態(tài)系統(tǒng)中的不斷累積，導(dǎo)致產(chǎn)生所謂的“化學(xué)定時炸彈“，到一定時期可能會引發(fā)生態(tài)環(huán)境災(zāi)難性的后果。

多環(huán)芳烴和多溴聯(lián)苯醚均是典型的持久性有機(jī)污染物。其中，多環(huán)芳烴是煤、石油、木材、煙草、有機(jī)高分子化合物等有機(jī)物不完全燃燒時產(chǎn)生的揮發(fā)性碳?xì)浠衔铮喈?dāng)一部分具有致癌性。而多溴聯(lián)苯醚更是一類環(huán)境中廣泛存在的全球性有機(jī)污染物，由于其具有持久性、毒性和潛在的生物蓄積性備受關(guān)注，對其環(huán)境問題的研究已成為當(dāng)前環(huán)境科學(xué)的一大熱點(diǎn)。

為了研究不同營養(yǎng)化水體中多溴聯(lián)苯醚和多環(huán)芳烴的沉降通量和生物富集，冉勇選擇廣州市區(qū)高度營養(yǎng)化的流花湖（LHH）和中度營養(yǎng)化的聯(lián)安水庫（LA）作為研究對象。研究結(jié)果表明，水體中多溴聯(lián)苯醚的污染水平受水體富營養(yǎng)化水平的影響，且水體中藻類和浮游動物對其有良好的富集效果；而多環(huán)芳烴的沉降通量主要受顆粒TOC沉降通量的控制，水體富營養(yǎng)化程度對其的分布也有一定的影響，富營養(yǎng)化程度越高，其含量也相對較高，它還傾向于吸附在有機(jī)質(zhì)中，并隨顆粒物在水體中遷移。

此外，冉勇還對珠江三角洲有機(jī)質(zhì)的來源、組成和結(jié)構(gòu)及其在污染物歸宿中的作用進(jìn)行了研究。他解釋道，中性糖是沉積物中普遍存在的化合物，也是沉積物中有機(jī)碳的重要組成。研究結(jié)果表明，中性糖主要來源于藻類，且在特定的環(huán)境和條件下，可以為有機(jī)質(zhì)的來源和早期成巖提供證據(jù)。

通過分析聯(lián)安、增塘、新豐江水庫沉積物柱中多環(huán)芳烴的含量及歷史變化趨勢，他發(fā)現(xiàn)處于亞熱帶的珠江三角洲地區(qū)近幾十年來的氣候變暖，造成了富營養(yǎng)和中富營養(yǎng)水庫中脂肪含量較高的藻類增加，而這些藻類吸附或吸收了較多的疏水性有機(jī)污染物多環(huán)芳烴，起到了“生物泵”的作用，導(dǎo)致水體底部沉積物中燃燒多環(huán)芳烴含量的上升。揭示了氣候變化對亞熱帶地區(qū)湖泊的重要影響，并強(qiáng)調(diào)了藻類有機(jī)質(zhì)在累積大氣及水中多環(huán)芳烴到底層沉積物中的重要作用。

緊接著，冉勇又對天然有機(jī)質(zhì)對有機(jī)污染物的吸附、解吸機(jī)理進(jìn)行了研究。他率先使用苯蒸氣、CO₂氣體吸附技術(shù)研究了沉積物、干酪根、不同成熟度煤、不同成熟度頁巖的微孔性、有機(jī)質(zhì)結(jié)構(gòu)以及與菲的吸附行為之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明苯和菲的微孔吸附體積顯著正相關(guān)，但苯的吸附體積比菲的吸附體積高，證實(shí)了分子篩在孔填充過程中起重要作用，矯正了前人對微孔體積的低估，發(fā)展了微觀界面吸附理論。探索界面地球化學(xué)過程

地球化學(xué)是研究地球的化學(xué)組成、化學(xué)作用和化學(xué)演化的科學(xué)，它是地質(zhì)學(xué)與化學(xué)、物理學(xué)相結(jié)合而產(chǎn)生和發(fā)展起來的交叉學(xué)科。利用地球化學(xué)研究生態(tài)環(huán)境治理的問題已成為一個趨勢。

冉勇告訴記者，有機(jī)污染物在地表環(huán)境中的微觀形態(tài)和界面作用機(jī)制，關(guān)系到認(rèn)識其表生地球化學(xué)行為和最終歸宿、評估其生物有效性和生態(tài)與人體健康影響、制定相關(guān)受損環(huán)境修復(fù)策略和研發(fā)有機(jī)污染處理技術(shù)的重大科學(xué)問題。

因此，他首先從天然有機(jī)質(zhì)著手。他向記者解釋，天然有機(jī)質(zhì)是地質(zhì)吸附劑的重要組成，它對進(jìn)入地表系統(tǒng)中持久性有機(jī)污染物的環(huán)境行為和歸宿具有關(guān)鍵控制作用。對天然有機(jī)質(zhì)本身及其與有機(jī)污染物作用機(jī)理的研究，是當(dāng)前環(huán)境有機(jī)污染研究的前沿研究領(lǐng)域與熱點(diǎn)之一，集中體現(xiàn)在不同天然有機(jī)質(zhì)的分離、表征以及有機(jī)污染物在其上的吸附一解吸機(jī)理研究，是有機(jī)地球化學(xué)與環(huán)境化學(xué)的重要學(xué)科交叉點(diǎn)。

通過多年研究，冉勇及其團(tuán)隊逐漸認(rèn)識到天然有機(jī)質(zhì)的復(fù)雜性與不均一性，突破了環(huán)境科學(xué)與工程領(lǐng)域中普遍接受的線性分配/吸附理論，揭示了有機(jī)污染物在一些地質(zhì)吸附劑上非線性吸附解吸、解吸滯后與慢吸附一解吸等現(xiàn)象的機(jī)理，對于環(huán)境有機(jī)污染物的生態(tài)風(fēng)險評價和受損環(huán)境修復(fù)理論，具有深遠(yuǎn)的影響。

此外，他還修正了疏水性有機(jī)污染物在聚合有機(jī)質(zhì)上的吸附機(jī)理，初步建立了有機(jī)質(zhì)的（微孔填充）表面吸附理論；應(yīng)用CO₂氣體吸附新技術(shù)，首次揭示了微孔充填機(jī)理在聚合態(tài)有機(jī)質(zhì)吸附毒害有機(jī)污染物中的重要作用，以及微孔擴(kuò)散對吸附動力學(xué)的制約。

新的研究發(fā)現(xiàn)總是來之不易。“微孔這方面的研究我們堅持了10余年，剛開始只是從國外文獻(xiàn)中看到了現(xiàn)象，但是沒有儀器做實(shí)驗。”他解釋道，“傳統(tǒng)的方法大多采用氮?dú)鈦砦剑@種低溫條件往往會導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)的結(jié)構(gòu)改變。后來我們想嘗試用CO₂做表面積，剛開始很多國內(nèi)大學(xué)都不感興趣，直到我們找到天津大學(xué)的周立老師?！?/p>

探索永無止境。經(jīng)過多年研究，他還深入地揭示了河流中膠體質(zhì)在微量元素遷移、循環(huán)和歸宿中的重要作用。并首次研究和明確了金、稀土元素在鐵錳氧化物和腐殖質(zhì)表面的專性吸附機(jī)制。

這些研究成果不僅在科學(xué)上深化了對天然有機(jī)質(zhì)及其與有機(jī)污染物相互作用機(jī)制的認(rèn)識，也表明有機(jī)地球化學(xué)在有機(jī)污染物的環(huán)境微觀界面作用機(jī)理研究領(lǐng)域，具有顯著的學(xué)科優(yōu)勢和強(qiáng)大的生命力。

相關(guān)成果在國際環(huán)境科學(xué)權(quán)威期刊《環(huán)境科學(xué)技術(shù)》（ES&T）、《地球物理一生物地球科學(xué)》《海洋化學(xué)》等發(fā)表12篇，共在國際SCI上發(fā)表50多篇，并引起國際同行的關(guān)注。國際知名學(xué)者Allen-King和Ball教授對其工作在ES&T上還給予了專門評述。其中，“土壤中稀土元素的環(huán)境化學(xué)行為和生物效應(yīng)”獲得國家自然科學(xué)獎二等獎（1993年），“珠江三角洲環(huán)境中有機(jī)污染研究”先后獲得廣東省科學(xué)技術(shù)獎一等獎（2003年）和國家自然科學(xué)獎二等獎（2006年）。

從事研究20余年，冉勇從未有所懈怠。他說老一輩科學(xué)家的言傳身教特別是自己的導(dǎo)師傅家謨院士對自己影響很深。他將“活到老，學(xué)到老”作為自己的座右銘，并力圖找到最好的途徑解決他人還未解決的問題，對他人沒有認(rèn)識到的新現(xiàn)象做出自己的詮釋。

接下來，他將繼續(xù)投身于環(huán)境修復(fù)這個與人類健康休戚相關(guān)的事業(yè)之中，為社會解決環(huán)保難題。