2021年3月28日，“科普中國-我是科學家”第32期“複蘇”演講現場，北京林業(ye) 大學環境科學與(yu) 工程學院教授、中國自然資源學會(hui) 科普工作委員會(hui) 委員洪喻帶來演講：《春江水暖“藻”先知》。

以下為(wei) 洪喻演講實錄：

2021.3.28 北京

非常高興(xing) 今天能夠來到現場跟大家麵對麵交流，我的題目是《春江水暖“藻”先知》。大家顧名思義(yi) 就能想到，春暖花開，水裏頭的藻要複蘇了。那麽(me) ，藻要複蘇，這個(ge) 事件有沒有被以前的詩詞歌賦所記錄呢？大家可以回憶一下。

第一句是白居易的詩，他裏麵講到“春來江水綠如藍”。綠到了什麽(me) 程度？還有一點藍。

第二句是歐陽修的“春水綠於(yu) 染”，他這句本來的意思是冬去春來，水裏麵出現了特殊的景象，我們(men) 的文人騷客是記錄自己的心情，所以留下了這樣的文字；但我的工作是環境工程，我是微藻人，我看到這樣的詩句就犯職業(ye) 病了。我就想，這句詩後麵是什麽(me) 樣的現象呢？大家可以跟著我的思路想一想，我覺得它應該是爆發水華了。水華是什麽(me) ？它實際上就是富營養(yang) 化的水體(ti) ，就是肥水，裏麵的營養(yang) 物質特別多，比較單一的藻在裏麵爆發性地生長，形成了這樣一種現象。

宋代詩人趙汝鐩也有一句詩，大家看，“霽江浮春”“粼粼鴨綠”，這其實也是描述水華現象。

我們(men) 詩人是來觀察，觀察了以後就把它寫(xie) 成詩了，可能零零散散的。但我們(men) 總結發現，這些詩人還挺智慧的，詩裏頭的因素還都挺全的——水華發生得要陽光充足，還得春暖花開、溫度上升，另外水還得肥——“新水肥”。同時要有風，不能是大風，得是微風——“東(dong) 風微”。詩人有這樣的情懷去抒情，但我們(men) 能不能當旁觀者，特別是我搞環境工程的，能不能旁觀？我也去欣賞這個(ge) 美景？那不能，我得去琢磨這事怎麽(me) 辦，它造成的環境汙染得怎麽(me) 去控製。

這就是水華。特別漂亮是吧？綠油油的。| 洪喻供圖

給大家看一張照片，這是2014年我在水華爆發現場親(qin) 自照的，當時我從(cong) 橋上隨意照下去，我的攝像技術比較爛都能拍成這樣。大家看到水華挺漂亮，它白天跟綠葉植物一樣光合作用產(chan) 生氧氣，但它到晚上進行呼吸作用，會(hui) 消耗水裏麵的氧氣。所以，爆發水華的時候，往往會(hui) 出現過了一夜，水裏的魚全都死了翻魚肚白上來的情況；有的還會(hui) 釋放一些嗅味物質，特別難聞，比如2007年的太湖水華事件，很多人家裏自來水很難聞，所以他們(men) 都去買(mai) 礦泉水了；另外，一些水華藻會(hui) 釋放藻毒素，有可能溜進我們(men) 的自來水處理係統，後續我們(men) 人類的健康就有可能受到威脅。所以，我們(men) 就要去控製水華。

我和學生出野外 | 洪喻供圖

我們(men) 做水華控製的經常要去野外。這裏我給大家看幾張圖片，左邊這張是我帶著學生去現場采水樣，大家看是不是挺危險，得在水麵上操作。右邊這張，本來我想po幾張有我臉的照片，但是一般水華爆發的時候，我們(men) 都裹得嚴(yan) 嚴(yan) 實實，包括我的學生也看不到臉。我們(men) 在水邊取水的時候，還得小心一點，經常搞不好就呲溜進去，照片中這個(ge) 小型景觀水體(ti) 雖然淹不死，但水多髒啊，誰願意到裏頭洗個(ge) 澡。

聽到我們(men) 做水華控製，很多人會(hui) 想，那你們(men) 就把壞的藻抑製住，或者把它拿掉唄。是不是這樣，大家往根裏想，我們(men) 這麽(me) 做到底是為(wei) 什麽(me) 。

顯微鏡下的微藻 | 洪喻供圖

我這個(ge) 地方拿了古文《毘尼日用》裏頭一句話來說，“佛觀一碗水，八萬(wan) 四千蟲”。這說明什麽(me) ？古人從(cong) 哲學上就知道一滴水裏麵有很多很多微生物。底下這些很漂亮的藻是我們(men) 以前去采水樣的時候，把裏麵的藻用顯微拍照出來的，這些隻是很小的一部分。所以我們(men) 能看到，微藻也是豐(feng) 富多彩的。因此我們(men) 知道了，我們(men) 控製水華是幹什麽(me) ？不能讓單一的水華藻爆發性生長，把別的藻想生存的空間都給剝奪了。我們(men) 控製水華，實際上就是保護生物多樣性和保護生態，去幫助生態更好地複蘇。

接下來大家就知道了，我們(men) 得和水華、水華藻去鬥智鬥勇。實際上，我在博士期間就開始從(cong) 事這個(ge) 工作。

現在回想一下當年，我當時想過了大概三種辦法——

首先是物理處置，是不是可以開發絮凝劑往水裏扔？但每年都會(hui) 發生水華，如果用絮凝劑去絮凝藻，那年年都得投，水底下的底泥就會(hui) 越來越厚。

要不然，開發一個(ge) 化學試劑去殺藻？效果立竿見影，很快就把藻殺死了，但會(hui) 麵臨(lin) 一個(ge) 新問題：藻死了，藻細胞裏麵很多有機物質又釋放了，搞不好藻殺完後，水還越來越臭。

我以前就學生物工程，我還想，是不是可以通過濾食性的魚或者其他生物控製的手段來控製。但我又想，魚它可以自己遊，放進去後我就不太好控製它。

那怎麽(me) 辦？後來，我想可以從(cong) 科學規律著手。因為(wei) 水華它不是一天就發生的，它是水華藻一個(ge) 變兩(liang) 個(ge) 、兩(liang) 個(ge) 變四個(ge) 這麽(me) 一點點長的，所以胖子不是一天吃成的。我當時就想，我可以根據藻的密度來——低密度的時候，我把它的活性抑製住，高密度的時候，我把它逮住拿走。於(yu) 是，我開始依據這個(ge) 思路來研究技術。

我又想，自然界有沒有這樣的武器、利器給我們(men) 使用，進化的過程中有沒有這樣的方法蘊藏在身邊？於(yu) 是我就查文獻資料，果不其然真有，叫“化感作用”。

由於(yu) 桉樹具有化感作用，樹下不怎麽(me) 長草 | 圖蟲創意

咱們(men) 來看這張圖，圖中是一片桉樹林。不知道大家有沒有去過桉樹林的現場，桉樹底下不怎麽(me) 長草，因為(wei) 桉樹能夠釋放酚酸類等化感物質。如果我們(men) 用一樣的原理去想，在自然界水體(ti) 裏頭找到能特異性抑製水華藻生長的水生植物，是不是就可以控製水華？

蘆竹抑藻 | 洪喻供圖

我們(men) 做了很多研究，找到了好幾種能夠分泌強抑藻物質的植物，比如蘆竹、荷葉，還包括我們(men) 的行道樹落葉，像銀杏、毛白楊就有這樣的效果。這張圖中，左邊是對照組，右邊我們(men) 把蘆竹的水淨體(ti) 液放到水華水體(ti) 裏頭去，過不了幾天（當然也是需要幾天的，不是馬上立竿見影），水就清澈透明了，效果還蠻好的。

效果有了，我們(men) 就想，這裏麵是什麽(me) 起到了作用？於(yu) 是我們(men) 就開始找裏麵的活性物質。大家可以想象一下，假如我們(men) 要去逮犯罪分子，該怎麽(me) 做？當然這裏麵的抑藻物質是好的，但可以這麽(me) 去想。我們(men) 要先找到嫌疑犯，然後一點一點去細扣，最後把犯罪分子給找出來，找到犯罪分子之前都叫嫌疑犯，最後找到了，我們(men) 叫犯罪分子。

我們(men) 先找到嫌疑犯，然後一點一點去細扣，最後把犯罪分子給找出來 | 洪喻供圖

所以我們(men) 就把這些化感物質一分為(wei) 二，二分為(wei) 四，一個(ge) 一個(ge) 分完了以後把它們(men) 關(guan) 進瓶子裏。然後我們(men) 發現，有的瓶子裏麵水華藻還長，活得好好的，但有的瓶子裏麵藻不長了。於(yu) 是我們(men) 就知道，這個(ge) 瓶子裏麵加進去的化感物質是有作用的，它就不是潛在的化感物質了，而是我們(men) 的目標物質。我們(men) 再對它進行鑒定，就能夠掌握這個(ge) 物質的信息。

剛剛講到化感物質，我也說了，它抑製水華藻生長還得要幾天，我覺得還是長了，尤其是水華爆發的現場，水華都爆發在那兒(er) 了，我還得等幾天，誰受得了。所以針對高密度的藻，我們(men) 又想怎麽(me) 把它給逮走，能不能把它抓出來。

其實科學就是源於(yu) 生活。現場的很多小朋友應該都玩過磁鐵，我們(men) 也是一樣，想能不能把這個(ge) 原理用過來抓藻。經過研究，我們(men) 發現藻的表麵帶負電，上麵有很多小爪子，是糖蛋白、羧基這些結構。於(yu) 是，我們(men) 就去尋找化學材料，能夠結合到這樣的小爪子上，手拉手一樣地把藻給拽出來。拽出來的過程中，我們(men) 給這個(ge) 複合材料複磁，讓它有磁性，我們(men) 用的是磁性四氧化三鐵。於(yu) 是乎我們(men) 就研發出來了兩(liang) 個(ge) ：一種物質用來抓藻，一種物質上麵帶著磁性物質再去抓藻。

這樣的複合材料我們(men) 研發了一係列，實際上在現實當中也有應用了。隻是現實當中利用磁捕船，是將特定的物質扔進水中（和水華藻結合），大家可以將這種物質想象成鐵，我們(men) 把鐵磨碎成粉再扔到水裏頭去，能夠結合一部分藻，等結合後我們(men) 再開個(ge) 船，用磁捕船給它磁性，嗖地過去，藻就被船拿走了，但這裏麵的效率還是可以大大地提高，還需要去通過研究來進行。

那大家聽完了我剛才介紹的，會(hui) 想：你做的這個(ge) （治理水華的）工作這麽(me) 好，效率這麽(me) 高。但是不是真的這樣呢？實際上，我在做科學研究的過程中經常看文獻，我發現總有好的文獻能夠超過之前的，所以研究技術沒有最好，隻有更好。

我們(men) 在研究的過程中，前麵發現了化感物質，後麵又去做了捕獲材料。我們(men) 就想，能不能給化感物質裝上導彈來製導，讓它在特定的地方去抑製藻？

給抑藻劑導航 | 洪喻供圖

於(yu) 是我們(men) 用矽藻土加上了化感物質直奔底泥。如果我們(men) 在底泥裏就把藻抑製在初級生長階段，它就不會(hui) 爆發了；如果不幸它漂起來了，邊漂還邊長，我們(men) 可以拿活性炭這樣的材料吸附化感物質，到那兒(er) 去抑製藻的生長；如果不幸我們(men) 發現得比較晚，藻已經浮上來變成了藻毯，在水麵上綠油油的，就像我前麵拍的照片一樣，這時候我們(men) 就用前麵磁捕獲那個(ge) 方法把它吸走了。我們(men) 想，這個(ge) 技術今後還是有一定前景的。

我講了製導，又講了磁捕獲，這些方法快不快？化感物質我之前也說過，它的效果不是立竿見影。人總是比較貪婪的，尤其是做科研，總希望越快越好。我們(men) 前麵講了，投硫酸銅到水裏，效果立竿見影，特別好，但魚會(hui) 死。我們(men) 能不能又立竿見影，魚又不會(hui) 死，還能耗比較低？

於(yu) 是我們(men) 又想到，藻不是帶負電嗎，那我給藻加上電壓行不行，去擾亂(luan) 藻表麵的電荷平衡。藻細胞它也有牆（指細胞壁和細胞膜），我們(men) 加電讓它紊亂(luan) 了以後，牆就會(hui) 有裂縫，甚至電壓加得合適了，可能一麵牆都倒了，這時候藻就會(hui) 被抑製住甚至被殺死。

為(wei) 了進一步改進這個(ge) 方法，我們(men) 又用了納米線，納米線是橫向的，小於(yu) 一百納米，用這樣的線去做尖端，類似避雷針那樣尖端放電，就相當於(yu) 給我們(men) 低壓電場的情況底下裝了一門大炮對著藻去轟炸，把它炸出一個(ge) 孔出來。這個(ge) 方法現在雖然隻是發了文章，但比較有前景，成本低，能耗也低，還比較安全——屬於(yu) 物理方法。

大家知道，技術是有研發周期的，有的長有的短，前麵我們(men) 講到的一些方法中，植物的化感作用現在在水體(ti) 裏頭已經應用了。

綜合治理前後白洋澱水質對比 | 左：洪喻供圖；右：圖蟲創意

左邊這張圖是我2018年在白洋澱做水專(zhuan) 項考察時拍攝的一張照片，大家能看到水華還比較厲害。我們(men) 篩選了優(you) 勢植物，並且進行了搭配來控製水體(ti) 富營養(yang) 化和防止出現水華爆發。

經過幾年的科研攻關(guan) ，大家看右邊這張圖，現在的白洋澱是不是水質蠻好的？

小區景觀實體(ti) | 圖蟲創意

我們(men) 的這個(ge) 技術還能用在什麽(me) 地方？我們(men) 的化感物質畢竟是外加的，所以在保守情況下，我覺得我們(men) 的化感物質還能用在一些小型的半封閉或者封閉的景觀水體(ti) 裏頭，比如大家小區裏的景觀池塘，一些高爾夫球場的景觀水體(ti) ，還有一些小型的人工湖等等。我們(men) 做北京市科委的小型景觀水體(ti) 水華防治和河南省科技計劃項目的時候做過一些這樣的工作。

前麵我們(men) 講的都是治標，水是肥水，春暖花開後，它冷不丁可能就爆發，所以我們(men) 治標的這些技術都是它發生了我們(men) 再去治，或者去提前預警。那我們(men) 想一想，能不能根治它，能不能治本，我們(men) 讓水還沒肥之前就把它解決(jue) 。我有這個(ge) 想法是2009年開始的。我想，能不能讓我的藻參與(yu) 到汙水處理過程中。

所以接下來我就給大家講講一個(ge) Q的故事。這個(ge) Q不是大家過年看的《唐探3》裏麵那個(ge) 邪惡的Q，我這裏麵的Q是一個(ge) 小姑娘。

這個(ge) 小球藻叫Chlorella sp. HQ，其中H是我的姓，洪，Q是我學生的姓，秦 | 洪喻供圖

2009年，我還不能招研究生，就帶著我的本科生一起做實驗。當時我想，我就用別人已經發現的高價(jia) 值的藻來做研究。我把這個(ge) 藻買(mai) 來後，因為(wei) 想讓它處理汙水，所以我就把它暴露在空氣中，想看看處理效果怎麽(me) 樣。我這個(ge) 學生大二就進到實驗室，她非常用功，天天都在實驗室待著，有一次很湊巧去測了這個(ge) 水。

她告訴我，老師，這個(ge) 藻果不其然產(chan) 油效果很好，是高價(jia) 值的藻。

我說，好啊，那你鏡檢一下吧。

她鏡檢後告訴我，老師，很不幸，這個(ge) 藻不是你當時買(mai) 來的藻。

我就說，那這個(ge) 藻哪來的？

找了一圈，發現不是我們(men) 實驗室的藻。我們(men) 後續繼續去分離、純化、鑒定，發現這個(ge) 藻實際上是一株小球藻，但我們(men) 至今仍未知道這些小球藻是從(cong) 哪兒(er) 來的。所以大家能看到，我們(men) 的科學研究是什麽(me) ，雖然有機會(hui) 在那兒(er) ，還得要你足夠勤奮才能抓得住。

我樂(le) 於(yu) 跟大家分享我的工作 | 洪喻供圖

我做了這麽(me) 些工作，雖然做的也不是太多，但我還是樂(le) 於(yu) 跟大家分享。我記得我以前分享的時候提過一個(ge) 問題，今天我也考考大家：我們(men) 現在呼吸的空氣，是什麽(me) 製造的，主要是來源於(yu) 什麽(me) ？

地球上的氧氣，有一部分是我們(men) 的綠葉植物所生產(chan) 的，還有很大一部分，超過一半都是我們(men) 的微藻製造的。大家知道嗎，我們(men) 現在地球上的微藻已經發現了兩(liang) 萬(wan) 多種，而且還有很多沒有被發現。所以我們(men) 就更能知道，水華控製的意義(yi) 是什麽(me) ——保護微藻的生物多樣性，保持水生生態的生態平衡，讓它的生態恢複能夠是一個(ge) 健康的恢複。

不知道大家有沒有關(guan) 注過2007年太湖水華事件新聞，當時那個(ge) 事件影響挺大。以前的人們(men) ，包括一些企業(ye) ，他們(men) 的環保理念其實不是太強，所以很多時候往往都是環境汙染發生了，再去治理。我們(men) 環境人其實有點像救火隊員，哪裏出了事，就衝(chong) 到那兒(er) 去解決(jue) 。近幾年來習(xi) 大大提出“綠水青山就是金山銀山”，大家也慢慢感知到，好的生態環境才能保持社會(hui) 的綠色可持續發展。

我作為(wei) 微藻人，今後也將繼續帶著我的學生們(men) 開展微藻相關(guan) 的工作。我希望把我控製有害藻的工作做得更好，扭轉水生態惡化的局麵，然後利用我的有益藻去前端做更好的汙水處理，幫助水環境得到恢複，同時讓水生生態係統更好地複蘇。

謝謝大家。


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