冉勇：探微觀世界守一方凈土

李明麗

自然界的奧秘，總是令科學家前赴后繼地探尋著。中國科學院廣州地球化學研究所以下簡稱“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，并在疏水有機污染物的吸附機制、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展。

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

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

作為道家思想的集大成者，莊子對自然生態(tài)環(huán)境有著獨特的思考。他認為，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行為和環(huán)境效應，人類才能有針對性地應對環(huán)境污染。

上世紀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，水污染成為日益嚴重的環(huán)境難題。污水中的有機毒物，不僅影響飲用水源，還會破壞水生生物，進而使水質(zhì)進一步惡化。

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

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

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。

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

碰巧的是，回國后，地化所以傅家謨院士為首的科學家開始對有機污染物的地球化學行為感興趣，并且實驗室的研究條件也有所改進。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峻。就整個地表水而言，受到嚴重污染的劣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，有機污染物的治理與環(huán)境修復標準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和方向。

“通過物理化學過程修復污染的環(huán)境費用太過高昂，即使是發(fā)達國家也承受不起。所以我們試圖用生物修復方法。而只有將微量金屬元素、有機污染物的微觀機理認識清楚以后，我們才能制造一些生物處理劑，達到修復環(huán)境的目的。”

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，新型和持久性有機污染物也逐漸擴散到水體中，并與傳統(tǒng)污染物一起構(gòu)成難以修復的水體污染。不過，在冉勇看來，持久性有機污染物與碳循環(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，接著應用核磁共振光譜、有機分子標記物、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、膠體和沉積物有機質(zhì)的化學成分、結(jié)構(gòu)和形態(tài)，研究珠江水體中主要毒害有機污染物，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，進行受損環(huán)境的清潔修復研究。歐洲環(huán)境科學界認為POPs在生態(tài)系統(tǒng)中的不斷累積，導致產(chǎn)生所謂的“化學定時炸彈“，到一定時期可能會引發(fā)生態(tài)環(huán)境災難性的后果。

多環(huán)芳烴和多溴聯(lián)苯醚均是典型的持久性有機污染物。其中，多環(huán)芳烴是煤、石油、木材、煙草、有機高分子化合物等有機物不完全燃燒時產(chǎn)生的揮發(fā)性碳氫化合物，相當一部分具有致癌性。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前環(huán)境科學的一大熱點。

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污染物多環(huán)芳烴，起到了“生物泵”的作用，導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，并強調(diào)了藻類有機質(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，冉勇又對天然有機質(zhì)對有機污染物的吸附、解吸機理進行了研究。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。探索界面地球化學過程

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

冉勇告訴記者，有機污染物在地表環(huán)境中的微觀形態(tài)和界面作用機制，關(guān)系到認識其表生地球化學行為和最終歸宿、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)境修復策略和研發(fā)有機污染處理技術(shù)的重大科學問題。

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

通過多年研究，冉勇及其團隊逐漸認識到天然有機質(zhì)的復雜性與不均一性，突破了環(huán)境科學與工程領(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)象的機理，對于環(huán)境有機污染物的生態(tài)風險評價和受損環(huán)境修復理論，具有深遠的影響。

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

新的研究發(fā)現(xiàn)總是來之不易?！拔⒖走@方面的研究我們堅持了10余年，剛開始只是從國外文獻中看到了現(xiàn)象，但是沒有儀器做實驗?！彼忉尩?，“傳統(tǒng)的方法大多采用氮氣來吸附，這種低溫條件往往會導致有機質(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)大學都不感興趣，直到我們找到天津大學的周立老師?！?/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)表面的專性吸附機制。

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

相關(guān)成果在國際環(huán)境科學權(quán)威期刊《環(huán)境科學技術(shù)》（ES&T）、《地球物理一生物地球科學》《海洋化學》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)境化學行為和生物效應”獲得國家自然科學獎二等獎（1993年），“珠江三角洲環(huán)境中有機污染研究”先后獲得廣東省科學技術(shù)獎一等獎（2003年）和國家自然科學獎二等獎（2006年）。

從事研究20余年，冉勇從未有所懈怠。他說老一輩科學家的言傳身教特別是自己的導師傅家謨院士對自己影響很深。他將“活到老，學到老”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。