小編今天想和大家分享一個赤潮“消防員”的故事。

這個故事還得從30多年前的一次赤潮災(zāi)害說起。那是1989年，渤海發(fā)生了一次大規(guī)模赤潮，導(dǎo)致了大量養(yǎng)殖生物的死亡，經(jīng)濟損失高達(dá)兩億元人民幣。當(dāng)時的兩億元是個天文數(shù)字。

從零開始治理赤潮

什么叫赤潮呢？赤潮，目前國際上稱之為有害藻華，是海水中一些浮游植物等爆發(fā)性增殖，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能破壞的一種有害生態(tài)現(xiàn)象。它是一種生態(tài)災(zāi)害。

由于赤潮生物帶有顏色，其中紅色最為普遍，所以它可以導(dǎo)致水體變色，我們俗稱叫赤潮。實際上赤潮也不一定都是紅色的，它因藻種而異——有的是粉紅的，有的是白色的，有的是綠色的，還有的是褐色的。

還有一種赤潮，在座的各位都聽說過，在夜里散發(fā)著迷人的熒光，網(wǎng)絡(luò)上稱之為“藍(lán)眼淚”。這是一個美麗而浪漫的名字。

但是，千萬不要被它美麗的外表所迷惑，因為它的背后是一個健康生態(tài)系統(tǒng)的崩潰。它也是廣大養(yǎng)殖農(nóng)戶所不愿看到的“美景”，因為它會帶來大量養(yǎng)殖生物的死亡。

那么，為什么赤潮是一種生態(tài)災(zāi)害呢？這是因為赤潮發(fā)生的時候，生物量極高，可以堵塞魚鰓，導(dǎo)致其窒息死亡。另外，大量的赤潮生物在死亡分解的時候，可以耗盡水體的氧氣，造成無氧區(qū)。這樣一來，生活在這個水體中的其他生物，也都會死亡。

更有甚者，很多赤潮藻會分泌藻毒素。這些藻毒素，不僅可以殺死其他生物，更嚴(yán)重的是它可沿著食物鏈傳遞，威脅人類健康，甚至導(dǎo)致人類中毒死亡。

赤潮原本是海洋生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)的一個自然過程。但是在人類活動的影響下，特別是在近海富營養(yǎng)化這種大環(huán)境的驅(qū)動下，它在全球爆發(fā)的頻率越來越高，規(guī)模越來越大，損失也越來越嚴(yán)重，成為目前全球近海最為嚴(yán)重的海洋生態(tài)災(zāi)害。

▲上：全球近海赤潮暴發(fā)頻次與規(guī)模的逐年變化 下：我國近海赤潮發(fā)生頻次與規(guī)模變化趨勢

所以，赤潮就像海里的“火災(zāi)”，迫切需要類似“滅火器”的方法來治理它。在座的也可能想，那不很簡單嗎？我們殺死赤潮生物就完了——但這是有很多條件的：

第一，起效快、成本低。因為赤潮爆發(fā)非?？欤⑶乙?guī)模也很大，所以對方法要求能夠快速遏制赤潮的發(fā)生，可大規(guī)模使用，成本不能太高。

第二，殺死赤潮生物的同時，對非赤潮生物不能產(chǎn)生影響。

第三，環(huán)境友好，不能帶來二次污染。比如20世紀(jì)50年代，美國佛州發(fā)生了一次赤潮，采取了噴灑硫酸銅的方法。我們知道，銅離子是對生態(tài)環(huán)境有很強毒性的一種金屬離子，早已被禁用了。

第四，不能“趕盡殺絕”。盡管赤潮生物是個壞分子，但是它在正常水平下，也是生態(tài)平衡的一個重要分子。

要同時滿足這四個條件，是非常不容易的。所以理論上說，治理赤潮的方法有很多，但是能夠大規(guī)模應(yīng)用的寥寥無幾。長期以來，赤潮治理是一個國際難題。

中國科學(xué)院海洋研究所，是我們國家從事赤潮研究比較早的科研單位。但是在這之前，赤潮治理還是空白。當(dāng)時科研團隊面臨的是，如何開展赤潮治理這個工作？使用什么方法治理赤潮？

當(dāng)時科研團隊想到了黏土法。黏土是大地土壤的基本單元，它成本低、綠色環(huán)保，在水處理、藥品、食品添加劑等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。這是第一個原因。

第二個原因——當(dāng)時國際上也有人提出用黏土法，但是面臨最大的問題就是治理效率太低：這些赤潮生物都是幾微米到十幾、幾十微米的單細(xì)胞藻。黏土顆粒和赤潮生物碰撞后，將赤潮生物絮凝沉降下去，導(dǎo)致其死亡、分解。使用天然黏土，一平方公里要用100到400噸。面對動輒幾十、上百平方公里的赤潮時，該方法也只能望“潮”興嘆，難以推廣。

所以，當(dāng)時科研團隊面臨的一個最大的困難就是怎么提高黏土的治理效率，從哪里入手？

在國內(nèi)外搜集了幾十種黏土，做了其不同種類對赤潮治理效率的影響研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同種類的黏土治理的赤潮效率確實是不一樣的。

可以根據(jù)黏土的層狀結(jié)構(gòu)將其分為兩大類：一類叫三層結(jié)構(gòu)黏土，它是由“硅-鋁-硅”三層結(jié)構(gòu)形成；還有一類叫兩層結(jié)構(gòu)黏土，是由“硅-鋁”兩層結(jié)構(gòu)形成。其中，三層結(jié)構(gòu)的黏土比表面積比較大，經(jīng)常用在水處理等各種領(lǐng)域，這也是當(dāng)時抱有最大希望的一類黏土，認(rèn)為這種黏土治理效率可能會好。但實驗結(jié)果表明，兩層結(jié)構(gòu)的黏土，效果反而要比三層結(jié)構(gòu)的黏土好。

為什么兩層結(jié)構(gòu)的黏土治理效率好呢？在反復(fù)驗證驗結(jié)果可靠性的基礎(chǔ)上，經(jīng)過理論分析，終于發(fā)現(xiàn)了其關(guān)鍵原因——黏土的表面電性。黏土和赤潮生物在水里通過相互碰撞聚集在一起沉降下去，在科學(xué)上叫“絮凝作用”。但是黏土和赤潮生物在水體里表面都帶負(fù)電，其中三層的黏土帶負(fù)電要高于兩層的黏土，“負(fù)-負(fù)”相斥力更大，治理效率更低。這就解釋了為什么兩層結(jié)構(gòu)的黏土治理效率要比三層結(jié)構(gòu)的黏土好。

這個發(fā)現(xiàn)不僅解釋了不同種類的黏土有差異，更重要的是戳破了為什么天然黏土治理赤潮效率低這層窗戶紙：它們都帶負(fù)電，負(fù)負(fù)相斥！由此也啟發(fā)團隊：能不能把黏土的表面負(fù)電改一下，從表面負(fù)電轉(zhuǎn)成表面正電，這樣其與赤潮生物的靜電相斥變?yōu)橄辔?，治理效率就會提升?/b>

▲左圖：天然黏土絮凝效率極低（以排斥力為主）右圖：黏土表面改性后凝絮效率顯著提高（排斥力轉(zhuǎn)變?yōu)槲Γ?/p>

很快，科研團隊就驗證了這個假設(shè)是正確的。天然黏土經(jīng)過表面改性之后，從負(fù)電變成正電，它的治理效率可以提升幾十到幾百倍，每平方公里所用的黏土量大幅下降，可以由國際上的100到400噸降到4到10噸。這個結(jié)果非常令人振奮！

除此之外，它的沉降速度也加快了。這是一個室內(nèi)演示實驗，沉降過程從原來需要幾小時縮短至幾十分鐘。

由此，科研團隊提出了一個新的治理赤潮的理論和方法，即改性黏土治理赤潮的理論與方法。這個改性黏土，顧名思義就是改變它的表面性質(zhì)。

現(xiàn)在，改性黏土已經(jīng)不僅僅局限于改變它的表面靜電性質(zhì)，而是根據(jù)需要對它進(jìn)行功能化的改造：比如把它的表面接上一些大分子，就像一只章魚伸出很多的觸手一樣，根據(jù)赤潮生物的大小，編織形成一個網(wǎng)，自上而下地去除赤潮生物。這樣既符合赤潮基本發(fā)生在表層的生物學(xué)特點，也避免了將它們“趕盡殺絕”。材料還經(jīng)過了各種安全和綠色環(huán)保的檢測，確保其安全、無害。

▲新一代改性黏土：根據(jù)實際需求，對其表面進(jìn)行各種功能化改造

1994年，科研團隊發(fā)表了國內(nèi)外首篇改性黏土治理赤潮的論文，國際同行在《自然》發(fā)表文章稱中國科學(xué)家研發(fā)出赤潮治理的新材料；聯(lián)合國教科文組織出版專著，稱其為藻華治理最具成本效益的綠色環(huán)保技術(shù)。

把論文寫在大地上

自從提出這個新的方法以來，被問的最多的問題就是：這個研究成果，能否推廣應(yīng)用？這也是科研團隊比較擔(dān)心的一個問題。怎么辦呢？只能靠實踐來檢驗。

這一天終于來到了。2005年全國十運會的前夕，水上運動水域表層發(fā)生了藍(lán)藻水華。就像這個照片一樣，水體表面綠油油的一片，像一層油漆，散發(fā)著難聞的氣味。

當(dāng)時組委會翻遍了各種資料，找到了團隊，希望用科研團隊的方法試一下。科研團隊的心情是既高興又忐忑。高興的是，檢驗成果的時候到了；忐忑的是，能行嗎？這是科研團隊首次推廣應(yīng)用，沒有太多經(jīng)驗。

另外，淡水中的藍(lán)藻水華和海里的赤潮還不大一樣。因為其生物細(xì)胞更小、密度更高、漂浮性更強，治理難度更大。但是不管怎么講，“丑媳婦總要見公婆”，硬著頭皮接受了這個挑戰(zhàn)。

這是當(dāng)時組委會給科研團隊畫出的一個小水域，做了一個圍隔實驗，試試這個方法是否可行。右邊這個圖，就是噴灑過黏土的和沒噴灑過黏土的對比：從水色就能明顯看出，噴灑科研團隊的改性黏土是有好的效果。

左圖是小編在現(xiàn)場噴改性黏土的照片，當(dāng)時還有專家組進(jìn)行現(xiàn)場評估和檢查。在旁邊不遠(yuǎn)處，還有另外的單位使用其他方法來展示。實際上像“打擂臺”，不同的方法同時進(jìn)行，十多天以后由專家組評估。最后科研團隊得到了專家的認(rèn)可，決定使用這個方法來消除十運會水上運動項目整個水域的藍(lán)藻水華。

初戰(zhàn)告捷，極大地增強了科研團隊的信心。率領(lǐng)團隊頂著40℃的高溫，開展了全水體的水華治理。經(jīng)過反復(fù)噴灑，水華慢慢地消失，水體漸漸地清潔。這是治理前后的比較圖，效果一目了然。

▲左圖：治理前 右圖：治理后

這張照片是科研團隊這個項目結(jié)束以后，小編和實施噴灑工作人員們的合影。大家能看到當(dāng)時身上沾滿了泥土，但是臉上充滿了喜悅的笑容，因為論文終于得到了實踐的證明，寫在了大地上。

這是一組第三方環(huán)境監(jiān)測部門在水華治理過程中對水質(zhì)跟蹤監(jiān)測的數(shù)據(jù)。通過這個結(jié)果，看到了水質(zhì)、生物群落都有了顯著的提升。對于科研團隊來講，這不是一組簡單的數(shù)據(jù)，而是對這個技術(shù)的一次考核，也是科研團隊改性黏土治理赤潮的一張答卷。這標(biāo)志著科研團隊的技術(shù)正式從論文走向了實踐，也標(biāo)志著改性黏土技術(shù)成為真正的赤潮“滅火器”。

此后，這個技術(shù)跟隨著國家的重大工程和重要活動，在全國沿海走南闖北，科研團隊成了真正的赤潮“消防員”。至今，科研團隊已經(jīng)完成國家?guī)资棾喑敝卫淼闹卮箜椖俊⒅卮笕蝿?wù)。其中有幾次印象特別深刻，這里小編和大家分享一下。

2008年，我國舉辦奧運會的那一年，奧帆賽在小編的家鄉(xiāng)青島海邊舉行。8月8日是奧運會開幕的日子，但是在8月7日，當(dāng)水監(jiān)飛機進(jìn)行巡視的時候，發(fā)現(xiàn)距離奧帆賽場不遠(yuǎn)的地方發(fā)生了大面積的赤潮，大約有86平方公里，且正向比賽區(qū)域擴展。

赤潮就是命令——組委會要求科研團隊在比賽前的30個小時之內(nèi)消除赤潮。8月8日晚上，當(dāng)全國人民圍坐在電視機旁觀看開幕式的時候，科研團隊在夜茫茫、伸手不見五指的大海上，開展了赤潮治理作業(yè)。

科研團隊克服著船舶上下顛簸帶來的暈船，克服著連續(xù)工作帶來的困乏，將一袋袋的改性黏土灑向大海，阻止赤潮向比賽海域的蔓延。

那天夜里，科研團隊出動了40多艘船，噴灑了320噸黏土，連續(xù)工作二、三十個小時。8月9日，當(dāng)海監(jiān)飛機再次巡視海面的時候，水色已恢復(fù)正常，赤潮警報解除。

當(dāng)看到一艘艘掛著不同國家國旗的帆船，馳騁在碧藍(lán)的海面上時候，科研團隊作為赤潮“消防員”，心里由衷地感到自豪和驕傲。

另外一件事情發(fā)生在2016年，我國一個濱海核電站冷源取水海域爆發(fā)了“棕囊藻”赤潮。這是一種非常特別的赤潮生物，單個細(xì)胞只有兩微米左右，但是當(dāng)它們形成赤潮的時候，成千上萬個小細(xì)胞可以聚集形成一個幾厘米大囊體。

如大家看到手里的這個照片一樣，這種囊體黏性很大、很結(jié)實，可以堵塞濱海核電的冷卻系統(tǒng)，威脅濱海核電的安全。

當(dāng)科研團隊接到這個任務(wù)的時候，面臨著很大的工程難題：這個囊體很大，用傳統(tǒng)方法很難把它絮凝下去。另外，在距離為1.5 km、流速是0.5 m/s的情況下，要求在囊體到達(dá)核電冷卻系統(tǒng)之前去除掉，去除率要達(dá)到80%以上。

為此，科研團隊科技攻關(guān)，對改性黏土進(jìn)行了改造：在表面上加入一些過氧化基團，先破碎囊體。然后再通過高鹽度壓迫雙電層加速沉降，來達(dá)到這個工程的要求。

最后科研團隊成功了。大家可以看這個數(shù)據(jù)：在到達(dá)冷卻水系統(tǒng)的時候，囊體數(shù)量下降達(dá)到90%以上，保障了核電的安全運轉(zhuǎn)。

通過這幾個事例，可以看到：對于不同的赤潮藻要有不同的配方、不同的材料。所以到目前為止，針對不同治理需求，科研團隊已經(jīng)研發(fā)出三個系列、幾十種赤潮治理新材料。

這些新材料不僅僅能夠去除赤潮藻，而且可以針對需求修復(fù)一些受損的環(huán)境，降低藻毒素。在養(yǎng)殖水域使用的時候，還有助于養(yǎng)殖生物的生長。另外，現(xiàn)在新研發(fā)的材料，可以增加它的固碳作用，有助于我們國家“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)。

守護藍(lán)海的中國方案

這個技術(shù)目前已在我國近海20多個水域、數(shù)百個用戶廣泛應(yīng)用，有力保障了濱海核電的一些重大工程、主場外交的重要外事活動，以及旅游、養(yǎng)殖重點水域的生態(tài)安全。每次完成治理項目，都給赤潮“消防員”帶來了極大的歡樂。

科研團隊的工作在國際上也引起了關(guān)注，各國都紛紛來到我們國家來“取經(jīng)”。第一個就是智利，在2016年12月，智利派出了一個20多人的代表團，來到我們國家學(xué)習(xí)改性黏土技術(shù)。

原因是什么呢？因為在2016年的上半年，智利近海爆發(fā)了一次大規(guī)模的赤潮。這次赤潮導(dǎo)致了大約2700萬尾的三文魚死亡。

大家知道，智利是全球三文魚生產(chǎn)第二大國家。這次赤潮重創(chuàng)了該國的三文魚產(chǎn)業(yè)，經(jīng)濟損失高達(dá)10億美元，并且引發(fā)了社會動蕩。

智利政府、科研院所和養(yǎng)殖工會組織的代表團來到這里，通過現(xiàn)場考察和實際演練，與科研團隊簽訂了多份合作協(xié)議。

2017年的12月，改性黏土技術(shù)正式走出國門。當(dāng)改性黏土方法在智利受災(zāi)水域的上方，劃出一道道閃亮的水柱的時候——當(dāng)?shù)孛襟w驚嘆道：這是中國制造的赤潮“滅火器”。

我們國家科技部網(wǎng)站也報道：這是中國科學(xué)家首次攜帶自主知識產(chǎn)權(quán)的環(huán)保技術(shù)走進(jìn)智利，為兩國在環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的務(wù)實合作樹立了榜樣。

智利之后，找到科研團隊的另外一個國家是秘魯。秘魯和智利的情況不太一樣，秘魯遭災(zāi)的是紫扇貝養(yǎng)殖區(qū)。紫扇貝是秘魯出口的一個重要海產(chǎn)品，他們這個水域爆發(fā)了有毒赤潮，大量的藻毒素導(dǎo)致了紫扇貝的死亡。

科研團隊根據(jù)這種赤潮的特點，研發(fā)了一些能夠降低藻毒素的材料。最后，通過在黏土顆粒表面接上一些能夠降毒的官能團，使赤潮毒素下降80%。當(dāng)時，秘魯受災(zāi)地區(qū)——塞丘拉省資政跟科研團隊說，這個方法給秘魯乃至世界的近海養(yǎng)殖業(yè)帶來了福音。

之后，在我國“海洋命運共同體”理念指導(dǎo)下，這個技術(shù)相繼在美國、馬來西亞、土耳其等國家開展了示范應(yīng)用，為世界各國赤潮治理貢獻(xiàn)“中國智慧”，也確立了科研團隊的這個技術(shù)在國際上的引領(lǐng)地位。

除了一些材料之外，科研團隊還研發(fā)出一系列專用裝備，包括小型、中型、半自動、自動化的治理裝備，以及無人機噴灑系統(tǒng)、赤潮治理專用船只等。另外，也編制了改性黏土治理赤潮的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，形成了從材料、裝備到標(biāo)準(zhǔn)的綜合技術(shù)體系。

2019年，這個技術(shù)榮獲了國家技術(shù)發(fā)明二等獎；2025年，獲得日內(nèi)瓦國際發(fā)明展最高金獎——評審團特別嘉許金獎。

▲左圖：國家技術(shù)發(fā)明二等獎 右圖：日內(nèi)瓦國際發(fā)明展最高金獎：評審團特別嘉許金獎

聯(lián)合國海委會前赤潮工作組主席Don Anderson教授，以及北太平洋科學(xué)組織前科學(xué)局主席Vera Trainer教授，稱贊科研團隊的技術(shù)是國際赤潮治理的引領(lǐng)者。

2024年底，聯(lián)合國教科文組織以及政府間海委會等在中國舉行了全球首屆赤潮治理培訓(xùn)班。當(dāng)各國代表在全球有害赤潮治理大科學(xué)計劃倡議書上簽字的時候，小編不由得回想起三十年前在實驗室做實驗的情景，感慨萬分。

三十年彈指一揮間。誰也沒能想到一次赤潮災(zāi)害，把小編引上了赤潮治理的科研之路，更沒想到科研團隊提出的改性黏土治理技術(shù)的方法，成為保障全球近海生態(tài)安全的中國方案。

三十余載磨一劍，今朝砥礪再前行。這就是一個赤潮“消防員”的故事。

來源：格致論道講壇

編輯：一毫

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