澳大利亞聯邦科工組織環境同位素實驗室成功經驗與啟示

查恩爽 孫曉慶

摘要：實驗室是高校和科研機構教學、科學研究的重要依托，實驗室建設及運行的效果將直接影響教學和科研成果的質量。目前大多數實驗室在建設伊始集合優勢力量，組建優勢團隊并吸收大量資金及資源，購置專業儀器設備與構建實驗平臺，但往往存在實驗室生命周期短或不能達到預期定位等諸多問題。為使國家資金及資源發揮最有效的作用并達成實驗室建設的目標，需要高度重視實驗室的運行管理。澳大利亞聯邦科工組織環境同位素實驗室是世界一流的同位素檢測和分析機構，至今已有近40多年的歷史，實現了自我更新，形成良性生態。根據該實驗室的發展、壯大及運行維護歷史，總結其成功經驗，結合我國目前大型實驗室建設和發展中的一些不足，提出實驗室建設和發展的建議，希望對我國實驗室建設及管理提供借鑒。

關鍵詞：澳大利亞聯邦科工組織環境同位素大型實驗室可持續發展

中圖分類號：P641文獻標識碼：A?? 文章編號：1672-3791（2022）05（a）-0000-00

ExperimencesLearned from the Development of Isotope Laboratory in the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation （CSIRO）， Australia

ZHA Enshuang1 SUN Xiaoqing2

（1. College of Construction Engineering， Jilin University; 2. College of New Energy and Environment， Jilin University， Changchun， Jilin Province， 130021 China;）

Abstract：Laboratory construction is of crucial importance for scientific research in universities and research institutes. However， the sustainability of most laboratories is very weak， that is， under the national funding support， the laboratory could grow up quickly， but after a period， the laboratory is often difficult to survive without the national funding support. The environment tracer laboratory （ETL） in the Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization （CSIRO）， Australia， was established in 1970s. Within the past four decades， ETL grows up quickly， and achieve self-feeding module， which becomes first-class institute for tracer test and analysis. This study review the history of ETL， and summary the successful experiences. Furthermore， the suggestions were provided against the weak points in the laboratory construction of China.

Key Words： CSIRO; Environment tracer; Laboratory; Sustainable development

實驗室是國家科技創新體系的重要組成部分，是高水平基礎研究和應用研究、聚集和培養優秀科學家、開展學術交流的重要基地[1-3]。目前我國一些實驗室在建設和管理方面經驗欠缺，及時掌握國際上知名實驗室的業務結構，分析同類實驗室演化規律將對我國實驗室籌建及發展起到重要支撐作用[4-7]。縱覽我國大多數實驗室，從前期高投入建設到后期未按預期定位運行甚至低調消失的不在少數，造成資源的嚴重浪費。相反，澳大利亞聯邦科工組織（CSIRO）環境同位素實驗室由建立之初，經過了近半個世紀的風雨，逐步發展壯大，成為當今國際知名的環境同位素測試機構與水環境同位素分析研究中心[8]，文章以在澳大利亞CSIRO訪學期間所見所聞為依托，從建設、發展、維護等方面，總結澳大利亞CSIRO環境同位素實驗室的成功經驗，以期為我國大型實驗室建設與發展提供參考。

1、澳大利亞CSIRO環境同位素實驗室成功經驗

1.1實驗室建立與發展立足于國家需求

澳大利亞陸原面積遼闊，但卻是全球最干旱的大陸之一，充分了解水循環過程對于區域水資源供給保障和可持續利用尤為重要。環境同位素示蹤是了解和預測地球水循環過程的重要手段[9]，但在20世紀70年代，整個南半球地區卻沒有專業的同位素檢測機構，這極大限制了同位素技術在水資源研究領域的應用。為此，澳大利亞聯邦科工組織開始著力于國內科研市場調研，重點包括CSIRO機構本身近5年環境同位素測試費用、澳大利亞各大科研高校近5年環境同位素投入，以及全球環境同位素應用實例及論文數量等方面。經過一年的總結分析認為：若不建立環境同位素實驗室，第一，CSIRO將失去解決澳大利亞水資源可持續利用上的研究優勢，失去在工業界的影響力;第二，將影響水資源評價、深部和淺部含水層水力聯系、煤層氣開采評價等研究的準確性;第三，現有的研究項目將依托于外單位檢測，保守估計測試費用要遠超過實驗室建設投入;第四，無法處理復雜水化學和非常規取樣等難題。因此，CSIRO通過聯邦政府資助和自籌兩種途徑籌集經費，目標是建成符合CSIRO發展和澳大利亞國家需求、對水利部門和政府具有重要影響、經濟上可持續性的同位素實驗室。0ACCFF6C-45F8-4E25-9A51-820836312E3D

1.2 實驗室功能定位著眼國際，形成核心競爭力

由于水汽循環過程的復雜性，水體中單一同位素組分易受多種因素干擾而無法全面反映水汽循環過程。因此，環境同位素示蹤技術由傳統氘、氧穩定同位素，氚、碳-14等放射性同位素，逐漸向硫、氮以及金屬等標志性同位素拓展。近年來，惰性氣體同位素以其穩定的特點，在地球科學界得到越來越廣泛的關注。例如：氦同位素可以用于示蹤不同層位含水層之間水力聯系;氪-85同位素半衰期為10年，可用于地下水補給過程分析以及地下水與地表水相互作用過程標識[10-12]。但惰性氣體在水體中含量較低且提取困難，目前僅有美國、中國、法國等少數國家掌握水體中惰性氣體同位素檢測技術，而限制了該同位素在水循環過程分析中的應用[13]。

CSIRO環境同位素實驗室從最早具備氘、氧、氚等傳統同位素測試條件，到在1995年率先增加了氟利昂同位素測試能力，2004年增加了氟化氫測試能力，2008年增加了輕惰性氣體同位素測試能力（氦、氖、氬），2013年在緊密追蹤世界同位素應用需求及測試前沿的基礎上，集中精力研發低本底值惰性氣體同位素取樣、提取、分析測試以及解釋技術。經過5年的努力，CSIRO已成為世界知名的惰性氣體同位素測試和分析機構。正是由于該實驗室能夠把握世界上環境同位素的應用需求并勇于挑戰瓶頸問題，才使得其在長達30多年的激烈競爭中依然生機勃勃。

1.3 實驗室建設與發展注重基礎研發，追求特色與不可替代性

世界經濟高速發展的今天，科學技術日新月異，并影響各行各業。同位素測試與分析領域亦是如此。20世紀70年代，同位素測試機構研究核心為測試技術，經數年發展，高效的測試儀器已經研發成功并實現批量商業生產，使得同位素測試不再是一個科學問題，而是通過簡單的機械操作即可完成。這使得許多同位素測試研發機構由基礎研究轉向依托于商業儀器的營利機構。科研機構的實驗室一旦依托于購買的商業化儀器設備，其在核心技術競爭力上勢必會落后于同行研發機構，而在經費上又不及面向市場的商業測試機構，終將面臨難以維持的困境。CSIRO環境同位素實驗室以此為警鐘，特別注重基礎研發工作。以氪同位素試驗設備研發為例，從2013年提出伊始，該實驗室以傳統同位素測試和分析為經費來源，在沒有外界經費支撐的情況下，聘請世界一流物理學家，并支持其組建研發團隊，研發同位素現場樣品采集設備、實驗室氣體分離設備、氣體同位素檢測設備。三年間，成功使得該實驗室具備了氪同位素檢測能力，并參與制定國家惰性同位素樣品采集和測試規范，成為世界上惰性氣體同位素檢測標志性實驗室之一。

實驗室的社會價值并非其功能是否全面，而在于其不可替代性。CSIRO環境同位素的成功并得到澳大利亞及國際社會的認可，主要原因在于其追求高精尖而非大而全。從不同階段該實驗室測試能力上看，當其建成新型前沿的同位素檢測設備后，會及時摒棄已實現商業化的傳統同位素測試工作，而集中精力攻克同位素檢測瓶頸問題。長此以往，該實驗室才能獨樹一幟，成為政府、民間及學界積極主動合作的專業機構。

1.4 實驗室運行狀態實現以戰養戰，形成良性資金流

經費是大型實驗室建設和維護的關鍵。同多數大型實驗室一樣，CSIRO環境同位素第一筆資金來源于政府財政支持。但該部分經費支持只能夠滿足于實驗室初期建設，而后實驗室的發展取決于實驗室自身代謝能力。仍以氪同位素檢測設施建設為例，CSIRO制定了五年的研發建設計劃：2013—2014年，100%的實驗室經費來源于傳統同位素檢測和分析收入，其中60%用于支持氪同位素設備研發;2014—2015年，氪同位素設備可支持30%～40%同位素測試收入，而傳統同位素檢測的樣品數量相應地削減40%，但其全部盈利性收入將投入氪同位素設施研發和完善;2015年至今，取消氘氧等傳統同位素檢測，實驗室收入完全來自于惰性氣體同位素檢測。該種模式下，既保障了在激勵的市場競爭環境下CSIRO未被淘汰，又實現了自身更新換代。

2對國內實驗室建設的啟示

為了解目前國內實驗室的現狀，通過官方網站資料調查獲得了部分高校水資源及水環境領域的國家重點實驗室及教育部重點實驗室情況如表1所示。

表1中可以看出大多水資源及水環境領域知名高校根據自己的研究特色申請獲批了教育部或國家重點實驗室，這些實驗室有自己明確的研究方向，并且從自身出發有清晰的目標定位：服務于國家科技發展及重大戰略、培養高層次人才，多數實驗室在長期運行過程中逐漸形成或保持了自己的特色和優勢，但也或多或少面臨著如何在激烈競爭中保持良好發展態勢的危機。結合澳大利亞聯邦科工組織實驗室運行經驗，提出以下幾點想法。

2.1實驗室建設與發展注重現實需求

受歷史沿革、地域等多種因素的影響高校和研究所均有自己的學科特長和優勢，在實驗室建設過程中以自身專長為基礎、以市場需求或行業“卡脖子”問題為切入點，遵循客觀規律方能使實驗室發揮其應有的作用。我國多數省部級及國家級重點實驗室均有院士等高水平專家。但部分實驗室建設是先專家、后實驗室，即專家按照自己的能力和意向建設大型實驗室，而非科研機構以市場需求為導向建設實驗室后再結合實驗室需求聘請專家。專家利用其影響力，可以爭取更多的資源和經費支持，但專家工作變動，一旦離開實驗室，該實驗室將面臨嚴重的危機。因此，實驗室依托機構還應尊重市場需求，結合自身基礎，把握科學前沿，制訂可持續的實驗室建設與發展規劃，并以此為依據，結合人員技術需求，聘請專家，提升實驗室核心競爭力，實現實驗室技術、人員、資金的良性生態。

2.2牢記使命，追求創新，重視人才培養、優化人才結構，形成實驗室核心競爭力

高校和科研機構的實驗室不同于一般的商業性檢測機構，還應具有攻克瓶頸、引領業內潮流、培養人才、追求卓越的使命，造不如買、買不如租的拿來主義思想不可取。實驗室的建設若依托于購置商業化設備，或者只對其外殼進行美化，而不去研究內部核心部件，在激烈的競爭環境下，難以形成核心競爭力，而且造成國家資源的嚴重浪費。0ACCFF6C-45F8-4E25-9A51-820836312E3D

科技創新離不開人才，在實驗室運行過程中應著眼長遠、培養老中青人員結構合理的團隊，避免出現因專家工作變動而影響實驗室運行的現象，建立科學且長遠的人才培養模式。

3 結語

高校及科研結構的實驗室并非盈利性機構，受國家科研經費支持，應當秉持追求卓越、開拓創新的建設和發展理念。建設伊始，應充分了解學界和市場需求，制定中長期的發展規劃;初步建成后，應當追蹤業內發展趨勢和瓶頸問題，勇于挑戰，形成核心競爭力和不可替代技術資本;實驗室建成后，要以成熟技術為依托，爭取國家政府以外的市場經費收入，支撐新技術、新裝置研發，使實驗室具備自我更新能力的良性生態。

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