改性粘土击退“红色幽灵”

科学家们正在用改性粘土做作业。

■高雅丽，本报见习记者

赤潮在世界上被称为“红色幽灵”。这是一种有害的生态现象，在这种现象中，海水中的某些浮游植物、原生动物或细菌在特定的环境条件下爆炸或高度聚集，导致水体变色。它已经成为一种世界性的“公害”。

近年来，一种叫做“改性粘土”的技术在消除赤潮方面发挥了明显的作用。这项技术的开发者是中国科学院海洋研究所海洋国家实验室海洋生态与环境功能实验室主任兼研究员俞志明。他告诉《中国科学报》的记者:“经过十多年的磨刀，这项技术终于投入了实际应用。”

神奇的“改良粘土”

20世纪70年代，日本研究人员提出了用粘土控制赤潮的技术，这种技术可以使天然矿物质与微藻结合，引起赤潮产生絮凝沉降效应。藻类沉入海底，不能产生光合作用，从而消除了赤潮。

1991年，俞志明加入中国科学院海洋研究所，开始研究赤潮问题。“我医生的方向是粘土吸附。蒙脱石和高岭土是两种主要的粘土。我发现日本选择粘度较高的蒙脱石作为控制赤潮的原料。每平方米需要400克，每平方公里需要400吨粘土，这非常大，无法大规模推广。”

利用天然粘土控制赤潮已进入瓶颈期。俞志明和他的团队成员潜心研究，发现高岭土对碧萌的土壤有很好的去除效果。通过机理研究，俞志明终于发现了其中的奥秘:“粘土表面含有负电，而赤潮生物也有负电，负电和负电相互排斥，所以天然粘土絮凝藻类生物的效率很低。相对而言，高岭土表面的负电量比蒙脱石少，因此高岭土具有较好的脱泥效果这一新的研究成果给了俞志明一个重要的启示，“如果通过技术手段将粘土表面的负电减少甚至转化为正电，那么控制赤潮的效果将非常明显。”

因此，俞志明提出了“粘土表面改性理论”，旨在提高粘土控制赤潮的效率。在这一理论的指导下，制备了高效改性粘土。它的控制效率比原来提高了几十到几百倍。现在，每平方公里4到10吨改性粘土就可以消灭藻类。

俞志明告诉记者，“要找出负电影响治理有效性的原因并不容易。”起初，每个人都很困惑，并提出了无数的方案，“有时你不知道如果你失败了该如何失败。”

“我们还研究了改性粘土处理赤潮的生理、生化和分子生物学机制，发现改性粘土对藻类细胞产生影响后，即使它们不沉入海底，也会对细胞内部产生影响。”俞志明解释道，“通过实地测试，我们发现当藻类细胞抵抗粘土作用时，它们会产生过量的过氧化物，导致细胞停止生长甚至死亡。因此，改性粘土的控制机理有两个方面，一是直接絮凝沉降，二是影响藻类细胞的生理生化特性。”

目前，改性粘土赤潮控制技术是我国拥有自主知识产权并能在世界范围内大规模应用的少数方法之一。已成为2014年赤潮控制的国家标准方法。该成果获得多项科技奖励，包括2015年海洋工程科技一等奖。

“小试手术刀”的效果是显而易见的。

2005年，改良粘土技术为南京玄武湖迎来了消除蓝藻水华的“第一场秀”。由于南京全运会即将举行，组织者在全国范围内推出了“英雄帖”，以寻求有效的治理技术。经过筛选，俞志明团队进入了最后阶段。

俞志明说:“这是改良粘土技术第一次走出实验室，也是第一次在淡水中使用。我们没有现场治疗的相关经验，所以我们心中仍有一些鼓。”为了确保处理方法的有效性和可靠性，组织者留出一部分水域尝试改良粘土法。

八月，南京的气温高达40多摄氏度。俞志明和团队成员坐在船上喷洒粘土，“非常努力”。十天之后，“试验区”取得了明显的效果，并得到了专家组的确认。组织者最终将玄武湖的蓝藻水华控制交给了俞志明团队。

俞志明团队花了30多天时间才彻底消灭了玄武湖的蓝藻水华，第一场战斗是“一个大事件”。自此，改性粘土技术真正走出了实验室，得到了大规模的推广和应用。

在处理过程中，许多人还质疑如果大量粘土沉入海底，是否会对水质产生不利影响。对此，俞志明解释道:“粘土的吸附功能不仅能控制藻类，还能吸附磷和氨氮等营养物质。例如，培养池中会产生底泥。为了抑制有害物质，农民会喷洒一层粘土来固化它们。”为了确保改性粘土对现场的鱼、虾、贝类等生物没有负面影响，俞志明团队进行了大量的生态效应实验。“在实验中，我们使用的改性粘土的量是现场使用量的十倍以上，并且发现它不会影响水中生物的生长。因此，我们得出的结论是，这项技术不仅不会产生任何危害，而且会改善水质和环境。”

自2005年以来，改性粘土技术已成功应用于控制中国沿海20多个水域的有害赤潮。它保证了2008年奥运会帆船赛和2011年深圳世界大学生运动会，并在核电厂和水产养殖企业中发挥了重要作用。“根据不同的性质，我们开发了不同类型的粘土。例如，对于核电站冷源取水区的棕囊藻赤潮，为了防止胶囊堵塞，必须使用特殊材料破坏胶囊。对于水产养殖水域，藻类毒素应尽可能降解，同时消除赤潮。”俞志明说。

广泛应用于国外

随着技术的逐渐成熟，改性粘土的名声也传到了国外。已列入联合国教科文组织出版的《近海赤潮监测与管理对策》一书，成为国内外赤潮控制的重要依据和指南。

最近，应国际赤潮研究领域最具影响力的专业杂志《有害藻类》主编桑德拉·舒姆韦的邀请，俞志明等人发表了一篇关于改性粘土的理论、方法和应用的综合性文章，进一步提高了改性粘土技术在世界上的影响力。

2015年，智利爆发大规模赤潮，对水产养殖业造成致命打击，造成逾10亿美元经济损失，引发社会动荡。2016年10月28日，智利鲑鱼联合会鲑鱼技术研究所总经理、智利经济部渔业水产养殖司环境保护专员等11人参观中国科学院海洋研究所，考察改性粘土赤潮治理工程。

“当时，智利首先考虑的是韩国的技术，但一位国际赤潮专家建议，它必须来中国看看，因为中国的技术更成功。”俞志明说。

不久前，智利Virbac-Centrove公司和海洋学研究所签署了一项独家代理合作协议，希望通过改良粘土技术控制智利近海水域有害的赤潮，减少水产养殖业的损失。

俞志明说:“现在不仅智利，而且新加坡都想使用这项技术。目前，赤潮是一个全球性问题。我们的技术已经成熟。我希望有更多的机会让中国技术走向海外。”

据俞志明介绍，在改性粘土技术的实际应用中，仍然需要人工操作:“现场操作非常累人，我们目前正在开发自动化设备，以实现高效、自动化的现场操作。现在设备已经通过了初步测试，下一步是根据市场需求对设备进行标准化和商业化。”

目前，俞志明团队正在承担与赤潮相关的国家重点科技研发项目。对于未来的发展，他充满信心:“根据国家需要，着眼国际市场，我们将从‘一带一路’沿线国家入手，提出解决沿海国家赤潮问题的措施。”

《中国科学日报》(第六版，2017年10月23日)