吹響中國環(huán)境風(fēng)險監(jiān)測的“哨聲”

專家簡介

張大奕，吉林大學(xué)新能源與環(huán)境學(xué)院教授，國家級海外人才計劃獲得者。長期從事環(huán)境污染物毒性與生物安全的快速檢測技術(shù)開發(fā)和在線監(jiān)測設(shè)備研制工作。主要理論創(chuàng)新包括污染物誘導(dǎo)毒性應(yīng)激響應(yīng)的調(diào)控機(jī)制、基于全細(xì)胞生物傳感器-生物拉曼光譜耦合的環(huán)境風(fēng)險溯源原理、病原體生物風(fēng)險跨生態(tài)屏障機(jī)制與溯源原理等；主要技術(shù)創(chuàng)新包括基于染色體修飾的全細(xì)胞生物傳感器構(gòu)建方法、基于傅立葉紅外（FTIR）和拉曼（Raman）光譜的污染物快速檢測技術(shù)、快速甄別環(huán)境污染物濃度/毒性/人體健康風(fēng)險的在線檢測技術(shù)、病原體超快速光譜檢測技術(shù)等；主要應(yīng)用創(chuàng)新包括多種商業(yè)化全細(xì)胞生物傳感器、在線式有機(jī)污染物微萃取檢測儀、智能一體化環(huán)境病毒在線檢測儀等。

“吹哨人”（Whistleblower）起源于英國警察發(fā)現(xiàn)有罪案發(fā)生時吹哨子以引起同僚和民眾注意。由此延伸，當(dāng)前“吹哨人”概念，往往是指發(fā)現(xiàn)危機(jī)預(yù)兆后，第一時間發(fā)出預(yù)警信號，以期待引起政府、社會或者他人迅速警惕，并采取積極應(yīng)對行動。因為吹哨人的存在，人們得以在危機(jī)發(fā)生前采取措施，從而規(guī)避或者最大限度減少傷害和損失。

在中國的環(huán)境安全領(lǐng)域，張大奕教授便是這樣一位“吹哨人”。少年求學(xué)、海外深造、歸國報效，過往20余年里，他始終致力于環(huán)境污染物與生物風(fēng)險的快速檢測技術(shù)開發(fā)和在線監(jiān)測設(shè)備的研制工作。

生態(tài)環(huán)境是關(guān)系民生的重大社會問題，環(huán)境風(fēng)險評估是生態(tài)環(huán)境管理的重要環(huán)節(jié)，也一直是國際科學(xué)前沿和研究熱點。在這條艱苦卓絕的科研道路上，張大奕總是沖在最前面的人。然而，沖在前面同時便意味著——他需要吃更多的苦，突破更多的技術(shù)壁壘，遭遇更多的艱難險阻，解決前人沒有能解決的“疑難雜癥”。

——題記

科研報國正當(dāng)時

——“科技工作者一定要勇做突破學(xué)科前沿的奮進(jìn)者、敢做面向國家重大需求的實踐者、甘做為人民服務(wù)的奉獻(xiàn)者?！?/p>

45歲的張大奕身上貼著若干個獨具個性的“標(biāo)簽”：能寫出一手精巧合律古詩詞的“文藝青年”，清華園里攻讀十載完成本碩博連讀的清華博士，歷經(jīng)9年英倫深造時光、得到世界名校熏陶與磨礪的“海歸”，在環(huán)境事故突發(fā)時經(jīng)常第一時間出現(xiàn)在第一現(xiàn)場的“逆行者”……

這是一位拒絕平庸的中年人，他堅信唯有激流勇進(jìn)、不畏艱險，方能中流擊水、抵達(dá)目標(biāo)。多年海外留學(xué)與工作經(jīng)歷的浸染，讓他具有了幾分西方式的直率與坦誠，但在舉手投足間，依然不難發(fā)現(xiàn)，刻在他內(nèi)心深處的那種屬于中國傳統(tǒng)知識分子的風(fēng)骨與擔(dān)當(dāng)。

28年前，中國正在改革開放經(jīng)濟(jì)增長的快車道上疾馳。彼時，在經(jīng)濟(jì)大發(fā)展的背景下，環(huán)境科學(xué)還不是一門顯學(xué)，沒有引起國人足夠的重視。但是張大奕的父親敏銳地意識到，世界上任何一個國家在加速工業(yè)化和城市化的進(jìn)程中，難免要以犧牲環(huán)境為代價。自然資源的過度開發(fā)、環(huán)境惡化和生態(tài)破壞，加之13億基數(shù)之上人口的不斷增長，未來會讓中國面臨日益沉重的壓力。到那個時候，解決環(huán)境污染等問題就會成為國家可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。為此，在父親的建議下，“文藝青年”張大奕放棄了對文學(xué)的追求，考取清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，后來師從我國知名環(huán)境學(xué)家李廣賀教授，研究地下水中污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。

2009年，博士畢業(yè)后的張大奕開啟了英倫深造的生涯，先后在謝菲爾德大學(xué)、蘭卡斯特大學(xué)學(xué)習(xí)與工作，一頭扎進(jìn)了世界尖端科技的海洋，爭分奪秒地汲取著營養(yǎng)。這段經(jīng)歷讓他獲益匪淺，如同為他的科研世界打開了一扇窗，讓他呼吸到新鮮的空氣，欣賞到了別樣的風(fēng)景。

也正是在英國，張大奕意識到自己從前所研究的水文地質(zhì)方向有點“傳統(tǒng)”，因為“能解決的問題基本都已經(jīng)解決了，國家層面和專業(yè)層面的需求似乎沒有那么迫切”。通過對國家未來5～10年的發(fā)展需求進(jìn)行調(diào)研，張大奕認(rèn)為土壤和地下水污染防治將是一個與時俱進(jìn)的新課題。作為世界上最大的發(fā)展中國家，中國需要先進(jìn)的土壤和地下水污染監(jiān)測和管控技術(shù)，與之相關(guān)的人才一定會成為社會亟需。

擇己所長，擇世所需。國家的需求就是科技工作者沖鋒的方向。于是，張大奕做出了一個大膽的決定，將自己的研究內(nèi)容從原來偏向傳統(tǒng)水文地質(zhì)的污染物遷移轉(zhuǎn)化機(jī)制轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)境污染物的在線檢測和風(fēng)險評估。張大奕明白，作為環(huán)境健康風(fēng)險的評估者，最大的職責(zé)就是爭取在那些潛在的風(fēng)險還沒有造成大規(guī)模破壞之前認(rèn)識其可能的危害，并尋找出對策。

當(dāng)然，困難總是時時刻刻存在的，張大奕當(dāng)時遭遇的最大瓶頸便是跨方向帶來的知識鴻溝?！半m然都屬于環(huán)境科學(xué)，但是從水文地質(zhì)到環(huán)境檢測，還是有著很大不同，需要惡補(bǔ)的功課非常多。首要的就是分子生物學(xué)?！睆埓筠冉忉尩溃牡刭|(zhì)涉及更多的是模型計算，而環(huán)境污染物的在線檢測和風(fēng)險評估，則是以分子生物學(xué)為核心，“我的生物學(xué)儲備幾乎是一張白紙，必須抓緊時間把這塊內(nèi)容從零開始補(bǔ)上來?！?/p>

做學(xué)問沒有捷徑，張大奕選擇了最“笨”的方式。在最初的兩年時間里，他將博士后工作之余的所有時間都用在了圖書館里面自習(xí)，鉆研國外的生物學(xué)專著，從生物學(xué)基礎(chǔ)一直到最新的前沿生物技術(shù)，他一年啃完了20多本“大部頭”。這讓張大奕在不知不覺中完成了從“業(yè)余”到專家的華麗轉(zhuǎn)身。

經(jīng)過兩年的痛苦“折磨”，張大奕迎來了在英國的第一個突破。2011年，他設(shè)計并制作出一款全細(xì)胞生物傳感器，用以評估環(huán)境中石油烴的風(fēng)險，獲得業(yè)內(nèi)的良好反響。之后的兩年間，張大奕每天泡在實驗室里將近20個小時，沉浸在做不同的分子生物學(xué)實驗中，制作多種類型的生物傳感器，用來檢測不同的污染物及其毒性。

2013年，張大奕來到蘭卡斯特大學(xué)任教。成為一個獨立項目負(fù)責(zé)人，他有了更多根據(jù)自己的想法開展研究的自由。“回顧之前在英國的工作，我反思最初考慮得還不夠全面。生物傳感器只是一個檢測設(shè)備的元件，并不是檢測設(shè)備全部。只把目光停留在傳感器上是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。”因此，張大奕在蘭卡斯特大學(xué)期間，除了繼續(xù)開發(fā)新型生物傳感器外，還做了比較多轉(zhuǎn)型于設(shè)備化的工作。

機(jī)會總是留給有準(zhǔn)備的人。在環(huán)境科學(xué)的探索領(lǐng)域里，張大奕正是這樣一個時刻準(zhǔn)備著的人。他在研究上一直保持著活躍，源源不斷做出了一系列杰出的原創(chuàng)性工作，不僅躋身于國際研究的前沿行列，同時也用他的表現(xiàn)贏得了國外同行對于中國科研工作者的尊重。

與此同時，一腔赤子情懷的張大奕時刻關(guān)注著國內(nèi)環(huán)境科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。正如當(dāng)初他所判斷的，隨著中國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，城市化和工業(yè)化進(jìn)程不斷加快，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，國家對環(huán)保的重視程度也越來越高，正積極探索代價小、效益好、可持續(xù)的環(huán)境保護(hù)新技術(shù)與新道路。

2016年，國家針對土壤和地下水的污染問題出臺了《土壤污染防治行動計劃》。這個計劃的出發(fā)點是保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和人居環(huán)境安全，核心是改善土壤環(huán)境質(zhì)量，促進(jìn)土壤資源永續(xù)利用。土壤與地下水的污染檢測與治理一向是全球性的難題，不過歐美國家已經(jīng)走過近百年的研究道路，有了較成熟的應(yīng)對模式，而中國的土壤與地下水環(huán)境研究才剛剛起步，“一窮二白”。

在海外的幾年時光，張大奕明顯感受到了西方發(fā)達(dá)國家對中國的科技封鎖與圍剿，同時也目睹了中國科技界對于人才的渴求和招募。越來越多重量級的海外人才紛紛回國發(fā)展，這些戰(zhàn)斗在科研第一線的人才在歸國的同時也把國際標(biāo)準(zhǔn)和國際前沿思想帶回了國內(nèi)。盡管身在國外多年，但是張大奕和國內(nèi)一直保持著聯(lián)系與合作，也一直密切關(guān)注著國內(nèi)環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展。

2017年年初，恩師的一個越洋電話令張大奕的似箭歸心更加堅定。“當(dāng)時老師的話并不多，但那一句‘祖國現(xiàn)在需要你’就足夠了！”張大奕表示，“我在清華是環(huán)境工程專業(yè)出身，一直接觸水文地質(zhì)領(lǐng)域，對土壤比較了解。在英國做的工作，又以環(huán)境污染物的檢測和風(fēng)險評估為主。我希望能夠利用對國外前沿技術(shù)的了解，再結(jié)合我在國內(nèi)的研究基礎(chǔ)，針對中國現(xiàn)階段發(fā)展中土壤和地下水污染的特性，開發(fā)出適合中國的、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的檢測設(shè)備和風(fēng)險評估方法，能夠早一天走到國際的前列”。

2018年6月，張大奕毅然放棄了國外的優(yōu)厚待遇全職回國從零開始。多年的海外經(jīng)歷讓他養(yǎng)成從更長遠(yuǎn)的方向考慮問題的思維習(xí)慣，從未來的角度來判斷今天的決策是否正確，但在張大奕內(nèi)心，科研報國這件事沒有第二個選項。

用平生所學(xué)報效家國——正是張大奕年少時的志向。他說：“在這樣一個偉大的時代，如果國家需要我時，我卻沒能為祖國偉大復(fù)興的進(jìn)程盡一份力，這才是人生無可彌補(bǔ)的遺憾！”

破解新時代環(huán)境難題

——“我們創(chuàng)造了很高的GDP，但怎樣才能把經(jīng)濟(jì)上的繁榮轉(zhuǎn)化為幸福感，造就一個和諧、安全、健康的社會？”時代在與時俱進(jìn)，問題也在隨之不斷地迭代更新，擺在以張大奕為代表的環(huán)境科技工作者面前。

“綠水青山就是金山銀山！”隨著經(jīng)濟(jì)水平的飛速提升，山清水秀、安全健康的生態(tài)環(huán)境，承載著人民群眾對于美好生活的向往，提振著人民群眾的獲得感和幸福感。這既需要國家從法律法規(guī)層面搭建整體框架，更需要千千萬萬名從業(yè)者盡快提升科學(xué)技術(shù)水平，積極地投身到環(huán)境生態(tài)建設(shè)的領(lǐng)域中去。

土壤與地下水污染具有隱蔽性、長期性和難恢復(fù)性的特點，相關(guān)問題的解決面臨著眾多挑戰(zhàn)，包括污染物的分析與識別、毒性的診斷與表征、微生物群落與響應(yīng)的解析，以及科學(xué)有效的修復(fù)等。張大奕認(rèn)識到如果只是簡單地做些理論研究是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要將科研成果有效地轉(zhuǎn)化為“工具”，以應(yīng)對國家發(fā)展中亟待解決的環(huán)境問題。

時代的考題常考常新。張大奕回國之后，首先厘清了中國環(huán)境污染物檢測和風(fēng)險評估的技術(shù)痛點。在他看來，之前傳統(tǒng)的檢測手段都是在實驗室里完成的，但實際上污染是個動態(tài)過程，需要在線監(jiān)測設(shè)備在現(xiàn)場對污染物的實時變化，以及對可能出現(xiàn)的突發(fā)性污染事件做出及時反饋。這種在線監(jiān)測設(shè)備對于智能化、自動化、集成化水平的要求非常高。另外，高端檢測設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)和核心部件大多數(shù)依賴于國外，不可避免地會遇到“卡脖子”的風(fēng)險，而土壤和地下水的數(shù)據(jù)均屬于國家機(jī)密，如果使用國外芯片或者國外的數(shù)據(jù)傳輸模式的話，很有可能會造成資料泄露，帶來國家安全方面的隱患。

考題既出，張大奕下筆破卷。他將在英國學(xué)到的新知識、新技術(shù)和新工藝，有針對性地同中國的實際情況進(jìn)行了深入融合，隨之提出了新的檢測技術(shù)理念和解決在線檢測問題的技術(shù)方案，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)和自主生產(chǎn)能力的核心部件，一舉打破國外的壟斷。

“我們檢測的核心目的是要識別出環(huán)境當(dāng)中污染物的種類、數(shù)量、含量、危害，傳統(tǒng)環(huán)境風(fēng)險監(jiān)控與評估技術(shù)大多針對單一介質(zhì)中的單一環(huán)境風(fēng)險因子，現(xiàn)在我們國家面臨著嚴(yán)峻的環(huán)境污染問題，出現(xiàn)很多新污染物及特征性污染物，已有檢測技術(shù)具有操作復(fù)雜、成本高、周期長等局限性，難以準(zhǔn)確評估復(fù)合污染風(fēng)險，無法精準(zhǔn)追溯風(fēng)險來源?！睆埓筠冉忉尩?。

針對現(xiàn)有生物傳感器檢測目標(biāo)污染物數(shù)量少、特異性和靈敏度不足的問題，張大奕提出了調(diào)控子基因堿基修飾和調(diào)控蛋白三維空間構(gòu)型優(yōu)化的生物傳感器構(gòu)建新方法，通過基因工程修飾和調(diào)控蛋白定向進(jìn)化的方式，成功構(gòu)建了多環(huán)芳烴、石油烴和生態(tài)毒性生物傳感器，拓展了生物傳感器的應(yīng)用范圍，并將檢測靈敏度由2～5mg/L提升到0.1mg/L，檢測時間由24～48小時減少到2小時，實現(xiàn)了污染物含量和毒性的快速精準(zhǔn)測定。

針對單獨使用生物傳感器或生物光譜技術(shù)無法識別復(fù)合污染條件下的生態(tài)風(fēng)險來源這一技術(shù)局限，張大奕提出了“生物傳感-生物光譜”耦合的環(huán)境風(fēng)險因子溯源技術(shù)理念，并開發(fā)了系統(tǒng)性解決方案。他帶領(lǐng)團(tuán)隊通過開發(fā)正則化分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)回歸算法，解決了傅立葉紅外（FTIR）和拉曼（Raman）光譜大數(shù)據(jù)處理難題，建立了可以全譜分析和自動分類的光譜解析支持向量機(jī)（SVM）模型，實現(xiàn)了基于生物光譜學(xué)的典型污染物快速自動識別。這一技術(shù)成功用于環(huán)境樣本中不同類型微塑料的自動檢測與分類。通過開發(fā)深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，張大奕解決了生物傳感細(xì)胞復(fù)雜光譜特征峰深度解析難題，不僅可以甄別典型污染物造成的生物傳感細(xì)胞光譜變化，還可以準(zhǔn)確識別出活性氧生成、DNA損傷、蛋白活性抑制和細(xì)胞膜損傷4種典型毒性機(jī)制造成的細(xì)胞損傷特征，區(qū)分六價鉻、銅等重金屬和多環(huán)芳烴、農(nóng)藥等有機(jī)污染物的毒性機(jī)制，在復(fù)合污染物條件下精準(zhǔn)識別毒性來源（風(fēng)險溯源準(zhǔn)確率88.5%），具有通量高（同時檢測96～384個樣品）和速度快（lt;10秒/樣品）等特點，適用于復(fù)雜環(huán)境樣本中多種污染物生態(tài)毒性的快速甄別和風(fēng)險精準(zhǔn)溯源。

針對現(xiàn)有環(huán)境風(fēng)險監(jiān)控預(yù)警設(shè)備對國外技術(shù)依賴度較高、核心元器件國產(chǎn)化水平亟須提高、靈敏度和可靠性亟盼增強(qiáng)等應(yīng)用難點，張大奕創(chuàng)新性地提出了生物梯度擴(kuò)散薄膜理念，采用細(xì)胞印刷技術(shù)將生物傳感細(xì)胞固定于梯度擴(kuò)散薄膜中，利用梯度擴(kuò)散薄膜測定可溶態(tài)污染物含量、生物傳感細(xì)胞信號測定污染物毒性水平、拉曼生物光譜信號甄別毒性機(jī)制，構(gòu)建了商用化的生物梯度擴(kuò)散薄膜芯片，解決了拉曼光譜儀光柵國產(chǎn)化技術(shù)難題，優(yōu)化了光纖光子檢測器和光纖拉曼光譜儀的檢測靈敏度和精確度，研制出模塊化的生物熒光與光譜檢測元器件、環(huán)境樣本自動采集系統(tǒng)，開發(fā)出“生物傳感-生物光譜”耦合的“污染物生態(tài)毒性在線檢測設(shè)備”。這一設(shè)備的關(guān)鍵模塊均為自主研發(fā)，實現(xiàn)了土壤和地下水修復(fù)過程中污染物實時在線監(jiān)控，有效支撐地下水水質(zhì)長期監(jiān)控、河流監(jiān)測斷面重金屬水質(zhì)在線監(jiān)測、污染場地修復(fù)工程過程中地下水質(zhì)量動態(tài)監(jiān)控等工作，避免了被西方國家“卡脖子”的隱患。

自古至今，耕地涉及天下溫飽和國家穩(wěn)定。土壤安全便是保障國家糧食安全與生態(tài)環(huán)境安全的重要基礎(chǔ)。但當(dāng)前，中國土壤污染的區(qū)域性、流域性問題對食品安全、人居環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。土壤修復(fù)成為打好“凈土保衛(wèi)戰(zhàn)”的核心任務(wù)，也是實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和美好人居環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的基礎(chǔ)性工作。

在張大奕看來，土壤退化是自然環(huán)境變化與人為因素共同作用的結(jié)果，但退化土壤地區(qū)極端惡劣的自然環(huán)境，是土壤退化的決定性因素和生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵性掣肘?！八^極端環(huán)境指的就是不適合人類和動植物生存的環(huán)境，比如說西北地區(qū)的沙漠、青藏高原、東北地區(qū)鹽堿地等。針對極端環(huán)境地區(qū)的生物修復(fù)，我們國家也有著巨大的需求。”張大奕介紹，“在這種極端環(huán)境下，土壤、動植物和微生物面臨嚴(yán)酷的生存挑戰(zhàn)。自然土壤缺乏微生物支持的生態(tài)系統(tǒng)，如同‘無根之木、無源之水’，不具備草本和木本植物生存所必需的營養(yǎng)條件，導(dǎo)致傳統(tǒng)生態(tài)修復(fù)技術(shù)成本居高不下，且草木成活率低?！?/p>

張大奕認(rèn)為，國內(nèi)外傳統(tǒng)的以植樹造林為主要手段的生態(tài)修復(fù)技術(shù)，從原理上并不適宜于可持續(xù)性進(jìn)行退化土壤的生態(tài)修復(fù)。退化土壤生態(tài)修復(fù)行業(yè)需要具有革命性和創(chuàng)新性的技術(shù)，即通過評估生態(tài)系統(tǒng)自然承載能力，設(shè)計符合自然規(guī)律的修復(fù)目標(biāo)，從生態(tài)底層開始修復(fù)，逐步恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)成員、功能與景觀，輔以適當(dāng)?shù)亩唐谌斯ゐB(yǎng)護(hù)，形成具有自我恢復(fù)能力和自然平衡的人工生態(tài)系統(tǒng)。

在過去的幾年里，張大奕和團(tuán)隊一起利用荒漠藻為先鋒拓殖生物，以人工誘導(dǎo)藻類土壤生物結(jié)皮技術(shù)為核心，以藻草灌（-喬）三元或藻蘚草灌（四元）組合為基礎(chǔ)工藝，因時因地運(yùn)用環(huán)境生態(tài)工程手段或措施，快速恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)基礎(chǔ)功能，達(dá)到改良土壤和恢復(fù)景觀功能的目的。為了實現(xiàn)這個目的，張大奕帶領(lǐng)團(tuán)隊成員奔赴西北、西藏等極端環(huán)境地區(qū)，歷經(jīng)兩年時間采集了大量的自然生物土壤結(jié)皮樣本，從中篩選出了一批適合于青藏高原等地區(qū)土壤生態(tài)修復(fù)的荒漠藻種，并在拉薩地區(qū)開展了一系列荒漠藻種大規(guī)模人工培育養(yǎng)殖、現(xiàn)場噴播營造、長期監(jiān)測運(yùn)維的工程示范與驗證性工作，取得了關(guān)鍵技術(shù)突破，讓生物結(jié)皮快速穩(wěn)定地浮現(xiàn)在茫茫沙海之上，發(fā)揮了固沙、成土、培肥、育草、固碳、修復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的作用。這種神奇的技術(shù)遵循退化土壤生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境現(xiàn)狀和自然演替規(guī)律，通過人工篩選、優(yōu)化、擴(kuò)繁、定植和養(yǎng)護(hù)等工程手段，強(qiáng)化自然恢復(fù)過程，可將自然環(huán)境下數(shù)十年，甚至上百年才能完成的自然恢復(fù)過程縮短至數(shù)月之內(nèi)。

“這是一個有效的、原創(chuàng)性的退化土壤修復(fù)新思路，為我國土地整治事業(yè)的發(fā)展提供了新的手段和方法?！闭f到這項成果，張大奕難掩興奮之情，“未來我們要向全國的極端環(huán)境地區(qū)進(jìn)軍，把一些原本廢棄的土地變成耕地，這將有助于解決我們國家的糧食安全問題，是一個利國利民的大事！”同時，因為極端環(huán)境下土壤退化的問題不光是中國的問題，也是當(dāng)今全球共同的難題，張大奕和他的同事們在這份沉甸甸的試卷上，給出了獨樹一幟的中國答案，讓全世界認(rèn)識到了中國人的“解題”能力。

把環(huán)境科學(xué)的論文寫在大地上

——“我們的目標(biāo)是一邊做最尖端的科研，一邊解決最實際的問題?！?/p>

環(huán)境污染物檢測和風(fēng)險評估，是新時代面前一個充滿挑戰(zhàn)的大命題。習(xí)近平總書記一直鼓勵科研人員要把“論文寫在祖國的大地上”，張大奕對此深以為然。正所謂“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”，實干興國是張大奕一以貫之的主張。

“我們環(huán)境領(lǐng)域和其他基礎(chǔ)學(xué)科不太一樣，搞化學(xué)或者物理學(xué)的科學(xué)家，可能在實驗室里面就能把工作做好，但是環(huán)境學(xué)科是一個應(yīng)用型學(xué)科，最核心的任務(wù)是解決國家面臨的實際問題，只是在實驗室里悶頭做科研，對于解決環(huán)境問題的幫助是有限的?！痹趶埓筠瓤磥?，環(huán)境科技工作者的實驗室應(yīng)該建在田間地頭、山水之間，建在環(huán)境事故發(fā)生的第一現(xiàn)場。

為了科研，張大奕經(jīng)常天一亮就跑到野外去采樣，一直到天黑了才回來。野外的環(huán)境條件艱苦，交通尤為不便，“我們往往要負(fù)重徒步很長的路，因為既要攜帶采樣設(shè)備，還需要搜集土壤和水體樣品，可能出門時候的背包是10公斤，回來就變成30公斤了”。

由于工作的特殊性質(zhì)，遭遇突發(fā)的應(yīng)急性環(huán)境事故時，哪怕是半夜三更，一個電話，張大奕和同事們也總要在第一時間趕到現(xiàn)場，根本不會考慮是不是下班時間或者正在休息。“因為突發(fā)性事故之后，我們?nèi)绻荒艿谝粫r間到現(xiàn)場檢測的話，就會讓事態(tài)發(fā)展產(chǎn)生很大的不確定性”。

4年前，一場新冠疫情席卷而來，成為中華人民共和國成立后傳播速度最快、感染范圍最廣、防控難度最大的一次重大突發(fā)公共衛(wèi)生事件。黨中央和國務(wù)院高度重視，于疫情暴發(fā)后不久即緊急啟動“新型冠狀病毒傳播與環(huán)境的關(guān)系及風(fēng)險防控”重大攻關(guān)專項，由中國工程院直接領(lǐng)導(dǎo)，多達(dá)20余位相關(guān)領(lǐng)域院士參與其中。張大奕主動承擔(dān)起項目前方聯(lián)絡(luò)組組長的任務(wù)，不懼風(fēng)險，奔赴武漢市疫情最前線開展工作，多次深入火神山、雷神山等收治重癥患者的定點醫(yī)院和方艙醫(yī)院等高風(fēng)險區(qū)域，了解疫情現(xiàn)狀，獲取大量疫情防控一線的第一手重要資料，并制定了污水、大氣、醫(yī)療垃圾等環(huán)境監(jiān)測采樣現(xiàn)場工作方案。

由于事發(fā)突然，當(dāng)時人們對新冠病毒的特點還不了解，沒有經(jīng)驗可循，全國上下都處于十分恐慌的狀態(tài)，前線工作更是面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)和心理壓力。看似簡單的采樣并不容易，“臃腫”的防護(hù)服給工作造成了極大不便。平常兩個小時能完成的采樣工作，那時至少需要五六個小時。在第一線忙碌還會遇到一些緊急的突發(fā)情況，例如防護(hù)破損、樣品噴濺、設(shè)備故障等。但就是在這樣艱難而又危險的條件下，張大奕帶領(lǐng)前線科研人員逐步建立起環(huán)境樣品病毒富集與分析的標(biāo)準(zhǔn)方法，在武漢一線醫(yī)院、方艙等高風(fēng)險區(qū)域采集氣、水、土、固表等各類環(huán)境樣品1000余份，進(jìn)而為新冠病毒的環(huán)境檢測和消殺策略提出建議。

在第一線的工作過程中，張大奕針對現(xiàn)有新冠病毒生物安全監(jiān)控預(yù)警技術(shù)依賴于操作煩瑣的人工樣本采集，難以滿足疫情防控常態(tài)化形勢下高密度監(jiān)控預(yù)警網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)需求這一問題，結(jié)合自己的技術(shù)積累與創(chuàng)新，自主開發(fā)出國際首臺“智能一體化環(huán)境病毒在線監(jiān)控設(shè)備”和首套“新冠病毒在線監(jiān)控預(yù)警網(wǎng)絡(luò)”，為常態(tài)化疫情防控工作提供裝備支撐。此外，他在國際上首次發(fā)現(xiàn)醫(yī)院室外和排水系統(tǒng)周邊土壤中的新冠病毒RNA殘留現(xiàn)象，率先揭示了疫情聚集區(qū)氣溶膠、污水和土壤等外環(huán)境介質(zhì)的新冠病毒來源與分布特征；針對新冠病毒環(huán)境溯源問題，張大奕協(xié)助編寫了科技部《新型冠狀病毒溯源進(jìn)展》藍(lán)皮書中“環(huán)境溯源”的相關(guān)章節(jié)，提出了“自然宿主—帶病毒環(huán)境介質(zhì)—人類”的新冠病毒起源傳播途徑，提交了《關(guān)于新冠病毒來源及環(huán)境傳播可能路徑假設(shè)的情況匯報》專報，明確提出了“新冠病毒來源地未定，可能來源于地球上任一野生動物或野生動物棲息地環(huán)境顯著改變地區(qū)”和“人類活動破壞生態(tài)環(huán)境是新冠病毒感染等新興傳染病暴發(fā)與傳播的關(guān)鍵因素”等學(xué)術(shù)觀點；定量分析了病原體生理因子與環(huán)境地質(zhì)水文參數(shù)對地下水系統(tǒng)中病原體遷移傳播的影響，評估了以新冠病毒為代表的30余種病原體在地下水系統(tǒng)中的傳播風(fēng)險。

張大奕的出色表現(xiàn)有力地支撐了疫情期間新冠病毒風(fēng)險評估與應(yīng)急防控工作，也贏得了國內(nèi)外同行的稱贊與尊重?！罢嬲岩豁椉夹g(shù)，從實驗室最后成功做成一個成熟的設(shè)備或者一個可行的方案。這個過程要經(jīng)歷千辛萬苦，能夠堅持下來，確實很不容易！”一向不言辛苦的張大奕在回顧疫情期間的歷歷往事時也禁不住感慨，“但項目成果的取得，從來不是一個人的智慧所能推動的，是凝結(jié)了團(tuán)隊所有人心血的結(jié)晶。整個團(tuán)隊的共同努力才是成功的關(guān)鍵。”

張大奕不僅是位出色的科研學(xué)術(shù)帶頭人，更是一個優(yōu)秀的管理者。自2018年回國到今天已經(jīng)是第6個年頭了，這也是中國環(huán)境科學(xué)研究快速發(fā)展的6年，從最初的單槍匹馬、一窮二白到如今的兵強(qiáng)馬壯、意氣風(fēng)發(fā)，張大奕帶領(lǐng)著自己的團(tuán)隊，駛?cè)肓丝蒲懈咚俾贰?/p>

“團(tuán)隊一方面要有能力，一方面還要有沖勁?！睆埓筠葧r常和團(tuán)隊里的年輕人們談理想和抱負(fù)，“既然選擇了環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域，就要做好吃苦的準(zhǔn)備。肯定有很多的困難和坎坷，等著我們?nèi)ネ黄啤５瑯?，誰最先經(jīng)歷了風(fēng)雨，就一定會最先看到彩虹?！?/p>

在年輕人眼中，張大奕是團(tuán)隊的“定海神針”，多少“難啃的骨頭”在他的思路想法面前都會迎刃而解。而在張大奕自己看來，創(chuàng)新不是心血來潮，更不是高大上的口號，而是憑借積淀，結(jié)合具體科研項目的需求，在工作中扎扎實實，遇到問題，解決問題。

張大奕認(rèn)為，身為帶頭人要敢為天下先，在遇到瓶頸的時候能頂住壓力，知道帶領(lǐng)團(tuán)隊往哪個方向走。“科研的過程就是不斷積累和突破，我們面對的每一個課題都有各自的特點和難點，所處的地理位置不一樣，地質(zhì)條件不一樣，甚至人文環(huán)境不一樣，所以每個方案都有各自的挑戰(zhàn)性。我們的工作就是這樣一個不斷摸索不斷創(chuàng)新的過程，往往這個過程也最磨煉人的意志！”張大奕如是說。

從20世紀(jì)90年代，到進(jìn)入21世紀(jì)的前20年，隨著中國科技水平從“望塵莫及”走到與西方強(qiáng)國的“同臺競技”，作為年輕的科技突圍者，張大奕見證并親歷了中國科技界自立自強(qiáng)的加速度，尤其是在新冠疫情的危難之中，看到“有那么多人不顧自己的安危，為這個國家和民族拼命”，讓他對于中華民族的偉大復(fù)興充滿了信心，“我們中國人勤奮堅韌又聰明，只要樹立起強(qiáng)大民族自信，在科研道路上堅持不懈地奮斗下去，一定可以成為世界科技的領(lǐng)跑者！”