在全球近海環(huán)境中，有一種被稱為“紅色幽靈”的災(zāi)害——赤潮。赤潮發(fā)生的海域中，魚、蝦、貝類等海洋生物會因中毒或缺氧而大面積死亡，海洋生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。
赤潮發(fā)生快、來勢猛、規(guī)模大、危害重，如何有效防治赤潮一直是海洋科學(xué)領(lǐng)域一個世界級難題。進(jìn)入21世紀(jì)，中科院海洋生態(tài)與環(huán)境科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任俞志明帶領(lǐng)團(tuán)隊找到了赤潮克星，研發(fā)了綠色、環(huán)保的改性粘土治理赤潮技術(shù)，并多次應(yīng)用于我國近海大規(guī)模赤潮應(yīng)急處置。近年來該技術(shù)走出國門，被智利、美國和秘魯?shù)葒乙�，得到了國際一致贊譽(yù)。
2020年，該團(tuán)隊的“近海赤潮災(zāi)害應(yīng)急處置關(guān)鍵技術(shù)與方法”獲得了2019年度國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。
發(fā)明赤潮應(yīng)急處置的有效“滅火器”
“赤潮原本是海洋生態(tài)系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)的一種自然現(xiàn)象，但是在人類活動干擾下，成為一種生態(tài)災(zāi)害。跟火災(zāi)一樣，赤潮具有突發(fā)性，需要進(jìn)行應(yīng)急處置。”俞志明介紹。
上世紀(jì)50年代，美國科學(xué)家最早嘗試使用化學(xué)方法——用硫酸銅殺死藻細(xì)胞的方法來治理赤潮，然而其中的銅離子給生態(tài)環(huán)境帶來了巨大的破壞。到上世紀(jì)六七十年代，該方法被國際禁止。
隨后，科學(xué)家們又對生物方法進(jìn)行了探索，即找一種生物天敵來制約赤潮。比如滸苔和赤潮存在營養(yǎng)競爭關(guān)系，理論上講滸苔很茂盛，赤潮就應(yīng)減少。然而現(xiàn)實(shí)中，在一些“天敵”滸苔發(fā)生的水域，赤潮照樣發(fā)生；且赤潮突發(fā)時，短時間無法找到足夠多的“天敵”。
第三種方法是物理方法，如打撈。這種方法對大藻可行，而赤潮生物只有幾微米到幾十微米，這種微藻類生物引發(fā)的災(zāi)害無法通過打撈來實(shí)現(xiàn)防控。
隨著近海人類活動的日益頻繁，赤潮肆虐在不斷加劇。轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生在上世紀(jì)70年代。日本提出了使用天然粘土治理赤潮的方法，其原理是利用粘土的絮凝特性，與赤潮生物聚集、沉降到海底，導(dǎo)致赤潮生物死亡。該方法的優(yōu)點(diǎn)是天然粘土不會造成二次污染、見效快，符合應(yīng)急處置的基本要求。但瓶頸也隨之誕生：效率低、用量大、淤積重，無法大規(guī)模應(yīng)用。
如何解決這一問題呢？1991年，年輕的俞志明帶領(lǐng)團(tuán)隊開始了系列科研攻關(guān)。
經(jīng)過理論模擬、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)踐，俞志明團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)赤潮生物細(xì)胞表面呈負(fù)電性，天然粘土顆粒表面也呈負(fù)電性，從而導(dǎo)致天然粘土絮凝效率低。那么，能否將粘土顆粒表面變?yōu)檎娦�、延長作用半徑，從而提高其對赤潮生物的治理效率呢？
念念不忘，必有回響。歷經(jīng)3年的“窮追不舍”，俞志明團(tuán)隊終于在國際上率先提出了旨在提高絮凝赤潮生物效率的粘土表面改性理論，用人工手段強(qiáng)制改變天然粘土的表面性質(zhì)，研發(fā)出高效絮凝赤潮生物的改性粘土。
俞志明團(tuán)隊取得了赤潮治理領(lǐng)域的重大突破——他們創(chuàng)造性地建立了提高治理效率的理論模型，發(fā)明了通過改變粘土表面電性、增加橋聯(lián)作用等提高赤潮治理效率的技術(shù)與方法，利用吸附插入一定鏈長、帶正電的大分子，制備出改性粘土新材料。粘土改性后，表面電位反轉(zhuǎn)，與赤潮生物作用力由排斥轉(zhuǎn)為吸引，粘附力大幅增加，絮凝效率由天然粘土的20%提高到90%以上；用量由國際上同類方法每平方公里100~400噸，降低到4~10噸，赤潮治理效率國際領(lǐng)先。
改性粘土絮凝法得到了國內(nèi)外同行的一致認(rèn)可，該成果在1997年被國際權(quán)威雜志《自然》介紹和引用，并收錄于2002年聯(lián)合國教科文組織和APEC聯(lián)合出版的Monitoring and Management Strategies for Harmful Algal Blooms in Coastal Waters一書中，成為國際上赤潮治理的主要推薦方法之一。
“十年磨劍” 還海洋一片湛藍(lán)
實(shí)驗(yàn)室成功僅是第一步。“赤潮治理研究必須走進(jìn)現(xiàn)場，用現(xiàn)場應(yīng)用來檢驗(yàn)成果。”俞志明說。
從1994年取得實(shí)驗(yàn)室成功，到首次成功應(yīng)用，俞志明團(tuán)隊“十年磨一劍”。
2005年，南京十運(yùn)會前夕，玄武湖暴發(fā)藍(lán)藻水華，原本澄澈的湖面上綠油油一片，像涂了一層厚厚的油漆。俞志明帶著團(tuán)隊，第一次將改性粘土技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室搬到了現(xiàn)場。
8月的南京，近40℃的高溫，俞志明團(tuán)隊天天“泡”在湖邊，經(jīng)過30余天的連續(xù)奮戰(zhàn)，最終徹底消除藍(lán)藻水華，有利保障了十運(yùn)會水上項(xiàng)目的順利進(jìn)行。
“這是又一個突破。”俞志明說，“我們的技術(shù)有了大面積應(yīng)用的可能性。”
此后，圍繞保障“沿海核電等重大工程、主場外交等重要活動、旅游養(yǎng)殖等敏感水域”的生態(tài)環(huán)境安全，該技術(shù)成功應(yīng)用于我國近海從北到南20多個水域的赤潮治理，用戶達(dá)上百個。至今，該技術(shù)已形成“快速檢測—多級預(yù)警—分級響應(yīng)—綜合評估”的現(xiàn)場實(shí)施模式，列入我國赤潮治理標(biāo)準(zhǔn)，成為我國近海赤潮治理的指導(dǎo)性方法，納入我國沿海13個省市應(yīng)急處置預(yù)案。
“海洋環(huán)境多變復(fù)雜，針對不同水域、赤潮藻類，治理材料和技術(shù)都要適時調(diào)整，確保既有效又環(huán)保。”俞志明說。
目前，針對近海常見赤潮藻，團(tuán)隊研發(fā)了3個系列、10余種改性粘土材料，具有降毒、殺菌、增氧、破囊等特殊治理功效；團(tuán)隊還與相關(guān)企業(yè)合作，研制出各種赤潮治理專用設(shè)備和全球首艘赤潮治理專用船，實(shí)現(xiàn)了材料和設(shè)備的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，保障了現(xiàn)場治理作業(yè)的機(jī)械化和智能化。
為全球近海生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供中國方案
改性粘土治理赤潮技術(shù)作為目前我國為數(shù)不多走出國門的環(huán)保技術(shù)，充分展示了我國科學(xué)家在該領(lǐng)域的引領(lǐng)作用，在國際上引起強(qiáng)烈反響。國際水產(chǎn)專業(yè)期刊AQUA和Salmon Expert點(diǎn)贊：“改性粘土技術(shù)是治理有害赤潮的有效措施，能夠保障環(huán)境安全”“俞志明及其工作團(tuán)隊提供的治理赤潮方案是革新性的，是中國制造的‘赤潮滅火器’”。
2016年初，三文魚養(yǎng)殖產(chǎn)地智利沿海暴發(fā)赤潮，造成近10億美元損失。2016年10月，智利政府組織代表團(tuán)，實(shí)地考察了我國改性粘土治理赤潮項(xiàng)目的先進(jìn)技術(shù)成果，并與海洋所簽署了合作備忘錄，決定引入中國赤潮治理技術(shù)。智利瓦爾帕萊索大學(xué)作為第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行評估，他們認(rèn)為，“改性粘土是控制藻華暴發(fā)的新工具，能夠高效吸附并沉降藻細(xì)胞，而對非藻類物種幾乎無毒性。”
2010年，秘魯沿海赤潮頻發(fā)，受此影響，扇貝養(yǎng)殖業(yè)遭受毀滅性打擊。2019年，秘魯前衛(wèi)生部長、秘魯—中國科學(xué)研究發(fā)展中心主席Eduardo Yong代表秘方與俞志明團(tuán)隊接洽，將該技術(shù)引進(jìn)秘魯，雙方簽署多份合作協(xié)議，并開展現(xiàn)場示范應(yīng)用。飽受赤潮災(zāi)害之苦的秘魯塞丘拉市市長稱贊道，這給秘魯全國乃至全世界的近海養(yǎng)殖帶來了福音。
2017年11月，美國佛羅里達(dá)州暴發(fā)了大規(guī)模赤潮，導(dǎo)致大量魚類和水生動物死亡。2018年10月，法國舉行第18屆全球有害藻華大會期間，美國伍茲霍爾海洋研究所與俞志明團(tuán)隊簽署了共同應(yīng)對佛羅里達(dá)沿岸赤潮的合作協(xié)議，進(jìn)一步確立了我國赤潮治理技術(shù)在國際上的引領(lǐng)地位。
“下一步，我們將把生態(tài)調(diào)控、赤潮治理、環(huán)境修復(fù)的理念融為一體，進(jìn)一步研發(fā)兼具不同功能的赤潮治理方法。”俞志明表示，“赤潮是一個全球性的環(huán)境問題，隨著我國‘一帶一路’倡議的不斷推進(jìn)，希望更多的沿海國家受益于這項(xiàng)技術(shù)，共享‘中國智造’給全人類帶來的福祉。”