堅定科研人生 守護湖泊之美
——記湖北工業大學土木建筑與環境學院教授趙以軍

肖貞林

我國是一個多湖泊國家，湖泊在我國社會經濟發展中占據了十分重要的地位。然而，隨著我國經濟的大跨步向前，流域人類活動對我國湖泊產生了巨大影響。目前，我國多個大中型湖泊不僅水質惡化，其生態系統也發生了明顯退化，有毒藍藻水華暴發頻繁，飲用水源安全受到嚴重威脅，生態服務功能已經喪失或正在喪失過程中，我國已成為全球湖泊環境問題最為突出的國家之一。

我國自20世紀70年代起開始關注湖泊保護治理問題，經過多年努力，雖然部分湖泊或部分水域水環境質量有所改善，但我國湖泊水污染與富營養化的總體形勢依然嚴峻，尤其是藍藻水華的問題更是令人撓頭。作為國內最早啟動藻類病毒科研工作的科研者，湖北工業大學土木建筑與環境學院教授趙以軍已經緊盯藍藻水華問題多年。經過深入探索與系統研究，他在國內首次分離和報道了藍藻病毒（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啊，清早船兒去呀去撒網，晚上回來魚滿艙。四處野鴨和菱藕啊，秋收滿畈稻谷香，人人都說天堂美，怎比我洪湖魚米鄉……”幾十年前，一首旋律優美的《洪湖水浪打浪》讓全國人民知道了洪湖這個“魚米之鄉”。而正如歌曲里所唱一樣，那時的洪湖的確物產豐饒，景色宜人，堪稱“人間天堂”。而趙以軍就是在這樣的自然環境中成長起來的。

洪湖的原生態美景除了給予趙以軍感官上的享受外，還讓他對水域之美有著一份“情有獨鐘”，這也注定了他今后與湖泊生態學研究的結緣。1982年，趙以軍進入武漢大學生物系進行本科學習。武漢大學坐落在東湖湖畔。20世紀70年代中期，東湖就開始由“草型湖泊”向“藻型湖泊”轉變，到80年代中后期，東湖富營養化問題更加嚴重。在大學學習期間，趙以軍已經對生態學產生了很大的興趣，也常常關注湖泊的一些生態問題，尤其關注東湖的情況。東湖的生態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，趙以軍遠赴莫斯科大學攻讀水生生物學專業博士，于1995年取得博士學位（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，為他回國后的科研工作奠定了良好的基礎。從莫斯科回國后，趙以軍回到中國科學院水生生物研究所進行博士后工作，跟隨劉永定教授從事與滇池藍藻相關的研究工作。中國科學院水生生物研究所是國內從事湖泊生態學的專業科研單位，也是歷史悠久、在國內具有先進科技水平和良好口碑的生態研究機構。在這里，趙以軍師從劉永定教授并深入系統地學習了湖泊生態學尤其是湖泊富營養化的相關知識。他說道：“我在跟劉老師交流過程中，得知他在水域生態領域的貢獻，也感受到了從事這一領域的榮譽感，所以對湖泊生態學就更有興趣了，這也堅定了我走這條路的決心。”

團隊碩士畢業生、團隊評委及校外評委的合影。

20世紀90年代初期，滇池水質還可滿足周邊民眾下水游泳、戲水等需求，但在幾年短暫的時間里，滇池污染程度迅速加劇，暴發了嚴重的藍藻水華，引起了國家與當地政府的高度關注，下定決心對滇池開展大力整治。趙以軍回國時，正值滇池污染治理啟動之時，在劉永定教授的指導下，他考察了整個滇池的藍藻污染情況后，完成了與滇池藍藻資源化利用相關的科研報告。

1997年，趙以軍自中國科學院水生生物研究所博士后出站后，在華中師范大學校長的邀請下入職華中師范大學，成為該校最年輕的教授之一。此后，他還先后擔任華中師范大學生命科學學院副院長、科技處處長，水利部-中國科學院水工程生態研究所副總工程師、首席研究員。2012年，他入職湖北工業大學，牽頭組建了資源與環境工程學院并擔任院長，如今是河湖生態修復及藻類利用湖北省重點實驗室主任。

從事科研工作至今，趙以軍先后承擔科研項目20余項，包括主持“十一五”水專項課題、國家“十三五”重點研發計劃課題、6項國家自然科學基金和10余項教育部、省市科技資助項目，發表SCI等學術論文與著作70余篇（部）。他不但在國內首次分離和報道了藍藻病毒（噬藻體），還最早提出了微生物防治藻類“水華”的思路和方法，開發出了高效溶藻菌劑及控藻技術。科研成果在國家“十五”攻關計劃專項“滇池入湖河流水環境治理技術與工程示范項目”中開展了應用示范，為首例應用微生物技術治理“水華”的現場試驗。

“其實，國內70%左右的湖泊都有富營養化問題。雖然外部的各種環境條件是引發藻類暴發的重要因素，但是藻類自身的內因還沒得到解釋。內因如藻細胞本身是否具備某種‘開關’，它一旦被激發，藻細胞會超常規地、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內因起的作用。盡管當前‘應急性’殺藻控藻手段已經開始展現出效果，但是反彈現象也很常見，因此揭示內因這個基礎問題應引起足夠的重視。”趙以軍說。

肩擔重任，守護洱海之美

大理之美，美在洱海；洱海之美，美在清澈。長期以來，洱海一直是文藝者的“天堂”，是無數人向往的“詩和遠方”。然而，近些年來，隨著旅游業的發展以及受人為活動的影響，洱海的生態環境開始遭到破壞與污染。2017年，網上流傳的一段洱海藍藻的視頻，引起了社會各界的關注。至此，人們似乎才意識到在文藝的面紗之下，是一個已經病了的洱海。

早在20世紀90年代，洱海就曾遭遇過水質惡化的問題。l996年和1998年，洱海兩次暴發全湖性的“藍藻”危機，水體透明度由3m～5m下降到0.4m～1.5m。2003年和2013年，洱海再次出現藍藻大面積暴發和聚集。盡管，自1996年起，大理就開始投入人力物力對洱海進行保護，但保護速度卻跟不上經濟社會發展速度。進入21世紀以后，洱海開始由中-富營養向富營養化轉變。對此，趙以軍認為應重新審視社會經濟的快速發展，形成富營養化初期湖泊治理的全新理念，在全流域尺度上實施社會經濟結構優化與調整，構建流域特色的洱海生態文明體系，最終實現洱海富營養化的防治。

2009年，趙以軍承擔了國家“水專項”（國家水體污染控制與治理科技重大專項）課題“洱海全流域清水方案和社會經濟友好模式研究”。項目以構建洱海湖泊水環境承載力模型，編制洱海流域主要污染物容量總量控制方案；建立服務于生態文明流域發展的社會經濟結構體系構建技術；編制洱海全流域水污染控制與清水方案；制定洱海流域的產業結構調整規劃，開展綜合政策示范為總目標。圍繞項目目標，趙以軍團隊對全流域污染源、入湖污染負荷與社會經濟現狀進行了調查與解析，并撰寫了《流域產業結構現狀調查與診斷報告》和《洱海流域農田面源污染調查報告》，還初步構建了洱海水動力及水質模型。

除此之外，趙以軍率領課題組制定了洱海流域產業結構調整減排總體規劃，規劃思路為“離湖發展，臨山增容；生態優先，漸次調優；截流減負，控源保增”。依據社會經濟發展的圈層理論，在流域水污染綜合防治四片七區基礎上，采用紅線、黃線、藍線和綠線，劃分流域產業發展四類功能控制亞區，即紅色區域的禁止發展亞區、黃色區域的限制發展亞區、藍色區域的優化發展亞區和綠色區域的綜合發展亞區。該總體規劃對洱海的保護與治理，以及在國內較早開展流域生態文明建設，起到了積極的推動作用。

潛精研思，探尋水癌內因

2019年3月，中央電視臺《兩會特別報道》的《美麗中國·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。如今的東湖已經不僅僅是休閑度假之地、武漢人的“金名片”，它更是國家的一張人文生態名片。

重點研發會議合影

然而，曾經的東湖是一個典型的富營養化城中湖。東湖湖面面積達33km2，由6個子湖構成，既有獨立性又互相貫通，各湖的營養水平不盡相同，富營養化程度由低至高，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次獲批國家自然科學基金項目“富營養化湖泊中浮游病毒控制藻類生產力和調節細菌死亡率的生態功能研究”，該項目以東湖為研究對象，開展微生物生態學的創新性研究，首次對浮游病毒在東湖生態系統中的生態學意義進行了闡述，并由此展開了對我國富營養化進程中浮游病毒生態學功能的深層次探索。

“當時，東湖也在積極地截污控源，湖泊內負荷的水平基本保持不變，東湖處于生態上相對的穩定狀態，因此是研究富營養化進程中浮游病毒生態學的理想湖泊或‘天然實驗室’。”趙以軍在報道了我國首株噬藻體的基礎上，又將藻類病毒方向擴大至浮游病毒領域，率先開展了浮游病毒調節藍藻和細菌種群與群落的生態學功能研究，以東湖的幾個子湖為研究對象，系統性地安排了浮游病毒生態功能的研究方案，包括富營養化進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的基因水平傳遞效率，富營養化湖泊中特定基因噬藻體的分布、遺傳多樣性及對水華藍藻種群的影響等，并結合實驗室研究和模型水池研究，首次將噬藻體-宿主系統放大到試驗水池中，模擬研究噬藻體對初級生產力的控制水平與作用機制等。“闡述噬藻體-宿主關系是探尋藍藻水華消長規律的一條重要途徑”，趙以軍說。

“微生物生態學是湖泊生態學的重要組成部分，對于富營養化湖泊則更是不可或缺的研究內容”，趙以軍說，“湖泊微生物生態學主要研究浮游病毒與浮游細菌、浮游植物的相互關系，闡述它們的系統進化和分子聯系，并構建新型的‘微生物食物環’，這是傳統的湖泊生態學理論中欠缺的部分，具有開創性的研究意義。研究富營養化湖泊微生物生態學的意義還在于，藻類生長與暴發受到浮游病毒和浮游細菌的調控影響”。

2016年，趙以軍率領團隊又承擔了國家重點研發計劃課題“河道型水庫富營養化機理與綜合調控技術研究”，對我國河道型水庫水體富營養化及水華問題，通過野外監測、室內外物理模擬實驗及數值分析等手段進行了深入探索。團隊研究了復雜水動力背景下河道型水庫水體富營養化及水華生消機理和規律，明確了決定水華生消的關鍵性生態動力過程，突破水庫立體生態養殖凈水技術、水面自動高效控藻及清漂技術和原位水力整流調控控藻技術，形成一套基于長效治本、短期治標、應急處置“三位一體”的大型河道型水庫水環境治理控藻系列裝備與技術。課題提出并實施的水污染防治思路對我國水利水電事業的可持續性發展具有重要的促進作用。

課題完成后將能夠極大豐富河道型水庫的水體富營養化調控理論機理和促進技術研發的多元化發展，為防控庫區藻類水華提供安全保障，促進我國水利水電事業的可持續性發展，并將對水源地水質、流域的生態環境和社會經濟的可持續發展產生重大的影響。“目前，項目進展順利，多個裝備已經提前完成了任務指標。在未來，相關裝備和產品的培育預示了廣闊的產業市場化前景，經濟效益和環境效益將十分顯著。”

趙以軍從事湖泊生態學研究是緣分注定，興趣所驅。他除了是一位在湖泊生態學領域不斷進取的科研者，也是一位在教學崗位上默默耕耘的師者。從1997年晉升教授至今，他已經培養該領域的研究生逾百人，多人已經成長為領域精英。趙以軍說道：“我們所從事的是一項綠色的事業，是對我們的后代有益的事情。所以，我希望我的學生可以踏踏實實地在這條路上走下去，取得更多成就，為國家、為人民做更多貢獻。”