堅(jiān)定科研人生 守護(hù)湖泊之美
——記湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院教授趙以軍

肖貞林

我國(guó)是一個(gè)多湖泊國(guó)家，湖泊在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)了十分重要的地位。然而，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的大跨步向前，流域人類活動(dòng)對(duì)我國(guó)湖泊產(chǎn)生了巨大影響。目前，我國(guó)多個(gè)大中型湖泊不僅水質(zhì)惡化，其生態(tài)系統(tǒng)也發(fā)生了明顯退化，有毒藍(lán)藻水華暴發(fā)頻繁，飲用水源安全受到嚴(yán)重威脅，生態(tài)服務(wù)功能已經(jīng)喪失或正在喪失過(guò)程中，我國(guó)已成為全球湖泊環(huán)境問(wèn)題最為突出的國(guó)家之一。

我國(guó)自20世紀(jì)70年代起開始關(guān)注湖泊保護(hù)治理問(wèn)題，經(jīng)過(guò)多年努力，雖然部分湖泊或部分水域水環(huán)境質(zhì)量有所改善，但我國(guó)湖泊水污染與富營(yíng)養(yǎng)化的總體形勢(shì)依然嚴(yán)峻，尤其是藍(lán)藻水華的問(wèn)題更是令人撓頭。作為國(guó)內(nèi)最早啟動(dòng)藻類病毒科研工作的科研者，湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院教授趙以軍已經(jīng)緊盯藍(lán)藻水華問(wèn)題多年。經(jīng)過(guò)深入探索與系統(tǒng)研究，他在國(guó)內(nèi)首次分離和報(bào)道了藍(lán)藻病毒（噬藻體），并最早提出了微生物防治有害藻類水華的思路和方法。趙以軍將藍(lán)藻水華形象地比喻為“水域癌癥”，而他要做的就是“用藥治病”，還湖泊河流以健康。

投身科研，守護(hù)湖泊健康

“洪湖水呀浪呀嘛浪打浪啊，洪湖岸邊是呀嘛是家鄉(xiāng)啊，清早船兒去呀去撒網(wǎng)，晚上回來(lái)魚滿艙。四處野鴨和菱藕啊，秋收滿畈稻谷香，人人都說(shuō)天堂美，怎比我洪湖魚米鄉(xiāng)……”幾十年前，一首旋律優(yōu)美的《洪湖水浪打浪》讓全國(guó)人民知道了洪湖這個(gè)“魚米之鄉(xiāng)”。而正如歌曲里所唱一樣，那時(shí)的洪湖的確物產(chǎn)豐饒，景色宜人，堪稱“人間天堂”。而趙以軍就是在這樣的自然環(huán)境中成長(zhǎng)起來(lái)的。

洪湖的原生態(tài)美景除了給予趙以軍感官上的享受外，還讓他對(duì)水域之美有著一份“情有獨(dú)鐘”，這也注定了他今后與湖泊生態(tài)學(xué)研究的結(jié)緣。1982年，趙以軍進(jìn)入武漢大學(xué)生物系進(jìn)行本科學(xué)習(xí)。武漢大學(xué)坐落在東湖湖畔。20世紀(jì)70年代中期，東湖就開始由“草型湖泊”向“藻型湖泊”轉(zhuǎn)變，到80年代中后期，東湖富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題更加嚴(yán)重。在大學(xué)學(xué)習(xí)期間，趙以軍已經(jīng)對(duì)生態(tài)學(xué)產(chǎn)生了很大的興趣，也常常關(guān)注湖泊的一些生態(tài)問(wèn)題，尤其關(guān)注東湖的情況。東湖的生態(tài)破壞讓趙以軍感到痛心疾首之外，也讓他開始思索自己的科研方向。

1989年，趙以軍遠(yuǎn)赴莫斯科大學(xué)攻讀水生生物學(xué)專業(yè)博士，于1995年取得博士學(xué)位（Ph.D）。在莫斯科期間，他參與了貝加爾湖、莫斯科河、白海—波羅的海等流域的考察和研究工作，為他回國(guó)后的科研工作奠定了良好的基礎(chǔ)。從莫斯科回國(guó)后，趙以軍回到中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所進(jìn)行博士后工作，跟隨劉永定教授從事與滇池藍(lán)藻相關(guān)的研究工作。中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所是國(guó)內(nèi)從事湖泊生態(tài)學(xué)的專業(yè)科研單位，也是歷史悠久、在國(guó)內(nèi)具有先進(jìn)科技水平和良好口碑的生態(tài)研究機(jī)構(gòu)。在這里，趙以軍師從劉永定教授并深入系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了湖泊生態(tài)學(xué)尤其是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化的相關(guān)知識(shí)。他說(shuō)道：“我在跟劉老師交流過(guò)程中，得知他在水域生態(tài)領(lǐng)域的貢獻(xiàn)，也感受到了從事這一領(lǐng)域的榮譽(yù)感，所以對(duì)湖泊生態(tài)學(xué)就更有興趣了，這也堅(jiān)定了我走這條路的決心?！?/p>

團(tuán)隊(duì)碩士畢業(yè)生、團(tuán)隊(duì)評(píng)委及校外評(píng)委的合影。

20世紀(jì)90年代初期，滇池水質(zhì)還可滿足周邊民眾下水游泳、戲水等需求，但在幾年短暫的時(shí)間里，滇池污染程度迅速加劇，暴發(fā)了嚴(yán)重的藍(lán)藻水華，引起了國(guó)家與當(dāng)?shù)卣母叨汝P(guān)注，下定決心對(duì)滇池開展大力整治。趙以軍回國(guó)時(shí)，正值滇池污染治理啟動(dòng)之時(shí)，在劉永定教授的指導(dǎo)下，他考察了整個(gè)滇池的藍(lán)藻污染情況后，完成了與滇池藍(lán)藻資源化利用相關(guān)的科研報(bào)告。

1997年，趙以軍自中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所博士后出站后，在華中師范大學(xué)校長(zhǎng)的邀請(qǐng)下入職華中師范大學(xué)，成為該校最年輕的教授之一。此后，他還先后擔(dān)任華中師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副院長(zhǎng)、科技處處長(zhǎng)，水利部-中國(guó)科學(xué)院水工程生態(tài)研究所副總工程師、首席研究員。2012年，他入職湖北工業(yè)大學(xué)，牽頭組建了資源與環(huán)境工程學(xué)院并擔(dān)任院長(zhǎng)，如今是河湖生態(tài)修復(fù)及藻類利用湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。

從事科研工作至今，趙以軍先后承擔(dān)科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，包括主持“十一五”水專項(xiàng)課題、國(guó)家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、6項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金和10余項(xiàng)教育部、省市科技資助項(xiàng)目，發(fā)表SCI等學(xué)術(shù)論文與著作70余篇（部）。他不但在國(guó)內(nèi)首次分離和報(bào)道了藍(lán)藻病毒（噬藻體），還最早提出了微生物防治藻類“水華”的思路和方法，開發(fā)出了高效溶藻菌劑及控藻技術(shù)。科研成果在國(guó)家“十五”攻關(guān)計(jì)劃專項(xiàng)“滇池入湖河流水環(huán)境治理技術(shù)與工程示范項(xiàng)目”中開展了應(yīng)用示范，為首例應(yīng)用微生物技術(shù)治理“水華”的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。

“其實(shí)，國(guó)內(nèi)70%左右的湖泊都有富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。雖然外部的各種環(huán)境條件是引發(fā)藻類暴發(fā)的重要因素，但是藻類自身的內(nèi)因還沒(méi)得到解釋。內(nèi)因如藻細(xì)胞本身是否具備某種‘開關(guān)’，它一旦被激發(fā)，藻細(xì)胞會(huì)超常規(guī)地、異常地加速增殖。外因諸如氮磷、水溫、光照、水文等條件只是通過(guò)內(nèi)因起的作用。盡管當(dāng)前‘應(yīng)急性’殺藻控藻手段已經(jīng)開始展現(xiàn)出效果，但是反彈現(xiàn)象也很常見(jiàn)，因此揭示內(nèi)因這個(gè)基礎(chǔ)問(wèn)題應(yīng)引起足夠的重視。”趙以軍說(shuō)。

肩擔(dān)重任，守護(hù)洱海之美

大理之美，美在洱海；洱海之美，美在清澈。長(zhǎng)期以來(lái)，洱海一直是文藝者的“天堂”，是無(wú)數(shù)人向往的“詩(shī)和遠(yuǎn)方”。然而，近些年來(lái)，隨著旅游業(yè)的發(fā)展以及受人為活動(dòng)的影響，洱海的生態(tài)環(huán)境開始遭到破壞與污染。2017年，網(wǎng)上流傳的一段洱海藍(lán)藻的視頻，引起了社會(huì)各界的關(guān)注。至此，人們似乎才意識(shí)到在文藝的面紗之下，是一個(gè)已經(jīng)病了的洱海。

早在20世紀(jì)90年代，洱海就曾遭遇過(guò)水質(zhì)惡化的問(wèn)題。l996年和1998年，洱海兩次暴發(fā)全湖性的“藍(lán)藻”危機(jī)，水體透明度由3m～5m下降到0.4m～1.5m。2003年和2013年，洱海再次出現(xiàn)藍(lán)藻大面積暴發(fā)和聚集。盡管，自1996年起，大理就開始投入人力物力對(duì)洱海進(jìn)行保護(hù)，但保護(hù)速度卻跟不上經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展速度。進(jìn)入21世紀(jì)以后，洱海開始由中-富營(yíng)養(yǎng)向富營(yíng)養(yǎng)化轉(zhuǎn)變。對(duì)此，趙以軍認(rèn)為應(yīng)重新審視社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，形成富營(yíng)養(yǎng)化初期湖泊治理的全新理念，在全流域尺度上實(shí)施社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化與調(diào)整，構(gòu)建流域特色的洱海生態(tài)文明體系，最終實(shí)現(xiàn)洱海富營(yíng)養(yǎng)化的防治。

2009年，趙以軍承擔(dān)了國(guó)家“水專項(xiàng)”（國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)）課題“洱海全流域清水方案和社會(huì)經(jīng)濟(jì)友好模式研究”。項(xiàng)目以構(gòu)建洱海湖泊水環(huán)境承載力模型，編制洱海流域主要污染物容量總量控制方案；建立服務(wù)于生態(tài)文明流域發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建技術(shù)；編制洱海全流域水污染控制與清水方案；制定洱海流域的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整規(guī)劃，開展綜合政策示范為總目標(biāo)。圍繞項(xiàng)目目標(biāo)，趙以軍團(tuán)隊(duì)對(duì)全流域污染源、入湖污染負(fù)荷與社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查與解析，并撰寫了《流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀調(diào)查與診斷報(bào)告》和《洱海流域農(nóng)田面源污染調(diào)查報(bào)告》，還初步構(gòu)建了洱海水動(dòng)力及水質(zhì)模型。

除此之外，趙以軍率領(lǐng)課題組制定了洱海流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整減排總體規(guī)劃，規(guī)劃思路為“離湖發(fā)展，臨山增容；生態(tài)優(yōu)先，漸次調(diào)優(yōu)；截流減負(fù)，控源保增”。依據(jù)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的圈層理論，在流域水污染綜合防治四片七區(qū)基礎(chǔ)上，采用紅線、黃線、藍(lán)線和綠線，劃分流域產(chǎn)業(yè)發(fā)展四類功能控制亞區(qū)，即紅色區(qū)域的禁止發(fā)展亞區(qū)、黃色區(qū)域的限制發(fā)展亞區(qū)、藍(lán)色區(qū)域的優(yōu)化發(fā)展亞區(qū)和綠色區(qū)域的綜合發(fā)展亞區(qū)。該總體規(guī)劃對(duì)洱海的保護(hù)與治理，以及在國(guó)內(nèi)較早開展流域生態(tài)文明建設(shè)，起到了積極的推動(dòng)作用。

潛精研思，探尋水癌內(nèi)因

2019年3月，中央電視臺(tái)《兩會(huì)特別報(bào)道》的《美麗中國(guó)·春色滿成》欄目直播了東湖的景象，在1分41秒的直播中，初春東湖的美景如一幅山水畫卷在鏡頭前緩緩展開，令鏡頭外的觀眾贊嘆不已。如今的東湖已經(jīng)不僅僅是休閑度假之地、武漢人的“金名片”，它更是國(guó)家的一張人文生態(tài)名片。

重點(diǎn)研發(fā)會(huì)議合影

然而，曾經(jīng)的東湖是一個(gè)典型的富營(yíng)養(yǎng)化城中湖。東湖湖面面積達(dá)33km2，由6個(gè)子湖構(gòu)成，既有獨(dú)立性又互相貫通，各湖的營(yíng)養(yǎng)水平不盡相同，富營(yíng)養(yǎng)化程度由低至高，除了局部水體為Ⅲ類外，其他依次為Ⅳ類、Ⅴ類和劣Ⅴ類。2014年，趙以軍第6次獲批國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中浮游病毒控制藻類生產(chǎn)力和調(diào)節(jié)細(xì)菌死亡率的生態(tài)功能研究”，該項(xiàng)目以東湖為研究對(duì)象，開展微生物生態(tài)學(xué)的創(chuàng)新性研究，首次對(duì)浮游病毒在東湖生態(tài)系統(tǒng)中的生態(tài)學(xué)意義進(jìn)行了闡述，并由此展開了對(duì)我國(guó)富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程中浮游病毒生態(tài)學(xué)功能的深層次探索。

“當(dāng)時(shí)，東湖也在積極地截污控源，湖泊內(nèi)負(fù)荷的水平基本保持不變，東湖處于生態(tài)上相對(duì)的穩(wěn)定狀態(tài)，因此是研究富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程中浮游病毒生態(tài)學(xué)的理想湖泊或‘天然實(shí)驗(yàn)室’?！壁w以軍在報(bào)道了我國(guó)首株噬藻體的基礎(chǔ)上，又將藻類病毒方向擴(kuò)大至浮游病毒領(lǐng)域，率先開展了浮游病毒調(diào)節(jié)藍(lán)藻和細(xì)菌種群與群落的生態(tài)學(xué)功能研究，以東湖的幾個(gè)子湖為研究對(duì)象，系統(tǒng)性地安排了浮游病毒生態(tài)功能的研究方案，包括富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程中浮游病毒的豐度、遺傳多樣性以及感染率，溶原性感染率及介導(dǎo)的基因水平傳遞效率，富營(yíng)養(yǎng)化湖泊中特定基因噬藻體的分布、遺傳多樣性及對(duì)水華藍(lán)藻種群的影響等，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室研究和模型水池研究，首次將噬藻體-宿主系統(tǒng)放大到試驗(yàn)水池中，模擬研究噬藻體對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的控制水平與作用機(jī)制等。“闡述噬藻體-宿主關(guān)系是探尋藍(lán)藻水華消長(zhǎng)規(guī)律的一條重要途徑”，趙以軍說(shuō)。

“微生物生態(tài)學(xué)是湖泊生態(tài)學(xué)的重要組成部分，對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化湖泊則更是不可或缺的研究?jī)?nèi)容”，趙以軍說(shuō)，“湖泊微生物生態(tài)學(xué)主要研究浮游病毒與浮游細(xì)菌、浮游植物的相互關(guān)系，闡述它們的系統(tǒng)進(jìn)化和分子聯(lián)系，并構(gòu)建新型的‘微生物食物環(huán)’，這是傳統(tǒng)的湖泊生態(tài)學(xué)理論中欠缺的部分，具有開創(chuàng)性的研究意義。研究富營(yíng)養(yǎng)化湖泊微生物生態(tài)學(xué)的意義還在于，藻類生長(zhǎng)與暴發(fā)受到浮游病毒和浮游細(xì)菌的調(diào)控影響”。

2016年，趙以軍率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)又承擔(dān)了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“河道型水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化機(jī)理與綜合調(diào)控技術(shù)研究”，對(duì)我國(guó)河道型水庫(kù)水體富營(yíng)養(yǎng)化及水華問(wèn)題，通過(guò)野外監(jiān)測(cè)、室內(nèi)外物理模擬實(shí)驗(yàn)及數(shù)值分析等手段進(jìn)行了深入探索。團(tuán)隊(duì)研究了復(fù)雜水動(dòng)力背景下河道型水庫(kù)水體富營(yíng)養(yǎng)化及水華生消機(jī)理和規(guī)律，明確了決定水華生消的關(guān)鍵性生態(tài)動(dòng)力過(guò)程，突破水庫(kù)立體生態(tài)養(yǎng)殖凈水技術(shù)、水面自動(dòng)高效控藻及清漂技術(shù)和原位水力整流調(diào)控控藻技術(shù)，形成一套基于長(zhǎng)效治本、短期治標(biāo)、應(yīng)急處置“三位一體”的大型河道型水庫(kù)水環(huán)境治理控藻系列裝備與技術(shù)。課題提出并實(shí)施的水污染防治思路對(duì)我國(guó)水利水電事業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。

課題完成后將能夠極大豐富河道型水庫(kù)的水體富營(yíng)養(yǎng)化調(diào)控理論機(jī)理和促進(jìn)技術(shù)研發(fā)的多元化發(fā)展，為防控庫(kù)區(qū)藻類水華提供安全保障，促進(jìn)我國(guó)水利水電事業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展，并將對(duì)水源地水質(zhì)、流域的生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重大的影響?！澳壳埃?xiàng)目進(jìn)展順利，多個(gè)裝備已經(jīng)提前完成了任務(wù)指標(biāo)。在未來(lái)，相關(guān)裝備和產(chǎn)品的培育預(yù)示了廣闊的產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)化前景，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益將十分顯著?！?/p>

趙以軍從事湖泊生態(tài)學(xué)研究是緣分注定，興趣所驅(qū)。他除了是一位在湖泊生態(tài)學(xué)領(lǐng)域不斷進(jìn)取的科研者，也是一位在教學(xué)崗位上默默耕耘的師者。從1997年晉升教授至今，他已經(jīng)培養(yǎng)該領(lǐng)域的研究生逾百人，多人已經(jīng)成長(zhǎng)為領(lǐng)域精英。趙以軍說(shuō)道：“我們所從事的是一項(xiàng)綠色的事業(yè)，是對(duì)我們的后代有益的事情。所以，我希望我的學(xué)生可以踏踏實(shí)實(shí)地在這條路上走下去，取得更多成就，為國(guó)家、為人民做更多貢獻(xiàn)?！?/p>