“開(kāi)發(fā)水資源、治理污水是一項(xiàng)極為龐大艱巨的工作，絕對(duì)不是僅靠一些科研人員的努力就能達(dá)成目標(biāo)的。治理污水是發(fā)展中國(guó)家亟待解決的大問(wèn)題。而中國(guó)位居發(fā)展中國(guó)家之首，有責(zé)任在這方面作出貢獻(xiàn)。”
?
近日，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校物理系教授、美國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院外籍院士沈元壤向中科院遞交了一份關(guān)于開(kāi)展水科學(xué)戰(zhàn)略研究的建議書(shū)。“中國(guó)應(yīng)及早部署以解決水危機(jī)為長(zhǎng)期目標(biāo)的多學(xué)科交叉的水科學(xué)戰(zhàn)略研究。”沈元壤對(duì)《科學(xué)時(shí)報(bào)》表示，“在世界大部分地區(qū)，水危機(jī)將比能源危機(jī)爆發(fā)得更早。”|
?
目前的技術(shù)體系無(wú)法滿足需求水危機(jī)，主要是指生活所需潔凈水的缺乏。聯(lián)合國(guó)最近的報(bào)告指出，20年內(nèi)水危機(jī)必然爆發(fā)，這將對(duì)中國(guó)及發(fā)展中國(guó)家的經(jīng)濟(jì)和生活環(huán)境造成極大影響。沈元壤認(rèn)為，雖然現(xiàn)在已經(jīng)有很成熟的污水過(guò)濾、海水變淡水等工業(yè)技術(shù)，但在效率、價(jià)格等方面還亟待改善。
?
中科院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員潘綱在接受《科學(xué)時(shí)報(bào)》采訪時(shí)也表示了同樣擔(dān)憂：盡管近年來(lái)國(guó)家在水污染治理方面投入了巨大的財(cái)力、人力、物力，但現(xiàn)有水質(zhì)改善及天然水體修復(fù)技術(shù)大都是在傳統(tǒng)的理論框架下改進(jìn)或組合，在成本、效果和效率上還遠(yuǎn)不能滿足水質(zhì)危機(jī)高效控制的國(guó)家需求。
?
潘綱以湖泊治理為例介紹，由于近年來(lái)我國(guó)湖泊受人類活動(dòng)的影響劇烈，污染控制和綜合流域管理越來(lái)越被公認(rèn)為治理湖泊的首要任務(wù)。“有些人認(rèn)為，現(xiàn)有的湖泊治理技術(shù)不會(huì)在技術(shù)原理上有大的發(fā)展，主要是傳統(tǒng)技術(shù)的集成和組合，但實(shí)際上有些現(xiàn)有技術(shù)從原理上就存在著規(guī)模、生態(tài)安全和效率等方面的局限性，難以滿足大面積、高效率、低成本的湖泊治理實(shí)際需求。”
?
2008年，國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)國(guó)家發(fā)改委提出的1300億元的太湖流域治理項(xiàng)目，滇池污染治理到2012年也計(jì)劃投入1000多億元。但據(jù)專家預(yù)測(cè)，像太湖、滇池這樣的大型湖泊，即使實(shí)現(xiàn)了零污染排放，也至少需要幾十年才能恢復(fù)健康的水生態(tài)系統(tǒng)。“如果從多學(xué)科交叉的基礎(chǔ)研究上提出解決現(xiàn)有技術(shù)原理固有缺陷的新原理，則有可能在搞好綜合流域管理的同時(shí)，大大加速湖泊治理的進(jìn)程。”潘綱說(shuō)。
?
多年從事水的表面及界面科研工作的沈元壤，還參加了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)（nsf）水純化科研中心的團(tuán)隊(duì)，對(duì)水的研究問(wèn)題逐漸形成了自己的看法。他以污水處理為例介紹，處理污水主要是將水中有害的無(wú)機(jī)有機(jī)雜質(zhì)、病菌等清除或變成無(wú)害。用的方法一般有化學(xué)處理、光催化作用、蒸餾、過(guò)濾等。“需要由科研來(lái)解決的問(wèn)題是，如何用更少的能量、更少的費(fèi)用凈化污水，取得更多可飲可用的水。”沈元壤認(rèn)為，這些問(wèn)題牽涉到物理、化學(xué)、生物、材料、工程等各方面科研的結(jié)合。
?
2008年第452期《自然》上一篇題為“science and technology for water purification in the coming decades”的文章，對(duì)目前污水凈化的應(yīng)用科研情況也有相當(dāng)清楚的描述，文章指出了當(dāng)前污水處理問(wèn)題的癥結(jié)所在，即研究的進(jìn)展往往受阻于對(duì)材料、物化機(jī)理等基礎(chǔ)研究的認(rèn)識(shí)不夠，也就是應(yīng)用科研還需要基礎(chǔ)科研的輔助。
?
缺乏整體性研究計(jì)劃英國(guó)政府首席科技顧問(wèn)約翰·貝丁頓3月31日在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院的主題演講中就發(fā)出警告：到2030年，全球能源需求將增長(zhǎng)50%，食物需求將增長(zhǎng)50%，水資源需求將增長(zhǎng)30%。一場(chǎng)世界性的食品、水資源和能源危機(jī)可能很快就會(huì)到來(lái)。正是基于水資源的重要性和水資源危機(jī)的緊迫性，世界各國(guó)在加強(qiáng)水研究方面都不遺余力，像西方國(guó)家在水的基礎(chǔ)科研方面長(zhǎng)期以來(lái)就有很大的投入。但遺憾的是，西方國(guó)家至今也沒(méi)有一個(gè)整體性的研究計(jì)劃。更令沈元壤擔(dān)憂的地方是：“至今人們對(duì)水的基本結(jié)構(gòu)及性質(zhì)仍不很清楚。”另一方面，水的基礎(chǔ)科研與應(yīng)用科研結(jié)合也不夠緊密，對(duì)促進(jìn)開(kāi)發(fā)治理污水的新技術(shù)還沒(méi)有起到應(yīng)有的作用。至于應(yīng)用科研方面，也沒(méi)有很強(qiáng)的整體計(jì)劃。
?
此外，美國(guó)能源部（doe）還明確表示，對(duì)水的科研不重點(diǎn)支持。美國(guó)nsf也只以10年為期資助了一個(gè)主題為水純化的科研中心，規(guī)模很小，影響也十分有限。沈元壤認(rèn)為，西方國(guó)家沒(méi)有水研究方面的整體性計(jì)劃很容易理解，因?yàn)閷?duì)西方國(guó)家而言，水資源還不是一個(gè)緊迫的問(wèn)題，不需要作為國(guó)家重要戰(zhàn)略來(lái)考慮。因此，目前國(guó)外在水方面的研究仍處于一種自發(fā)和零散的狀態(tài)，這使中國(guó)沒(méi)有現(xiàn)成的經(jīng)驗(yàn)與技術(shù)體系可以借鑒。
?
不過(guò)，水資源危機(jī)不僅對(duì)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展是一個(gè)挑戰(zhàn)，同時(shí)對(duì)我國(guó)科學(xué)體系的發(fā)展也是一個(gè)難得的機(jī)遇。潘綱建議，我國(guó)應(yīng)及早部署、建立多學(xué)科交叉的水科學(xué)綜合研究平臺(tái)，適時(shí)進(jìn)行國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略部署，有效地整合我國(guó)在各個(gè)學(xué)科已有的優(yōu)秀科技人才，以使我國(guó)的水科學(xué)、水技術(shù)領(lǐng)域走在世界前列，為高效解決水危機(jī)這樣的重大國(guó)家需求提供科技支撐。沈元壤指出，中國(guó)如想在水的科學(xué)研究方面獲得成功，必須有一個(gè)完善的中長(zhǎng)期計(jì)劃，建立一個(gè)跨學(xué)科的強(qiáng)有力的科研團(tuán)隊(duì)——成員需來(lái)自不同的有關(guān)學(xué)科，基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)科研按比例并重，互相之間能緊密合作，有意共同努力邁向改善污水處理方法的重大目標(biāo)。
?
“如果政府有完善的計(jì)劃，領(lǐng)導(dǎo)持續(xù)強(qiáng)力投入水的科研，我國(guó)科學(xué)家有可能在這一領(lǐng)域超越世界，成為真正的先驅(qū)者。”沈元壤認(rèn)為，由于水科學(xué)還直接牽涉到能源問(wèn)題（如發(fā)電廠需要水冷卻，陽(yáng)光可以分解水為氫和氧等問(wèn)題）、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)（如水在自然界如何溶解礦物質(zhì)、傳遞營(yíng)養(yǎng)等問(wèn)題）、生命科學(xué)等重要領(lǐng)域，水科學(xué)的研究也會(huì)帶動(dòng)中國(guó)其他許多前沿學(xué)科的發(fā)展。建立多學(xué)科交叉的水科學(xué)研究平臺(tái)2008年，潘綱所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)提出的水華與湖泊綜合治理技術(shù)順利通過(guò)了在無(wú)錫太湖示范工程的驗(yàn)收，無(wú)錫市將該技術(shù)作為今后無(wú)錫太湖水華控制的重要技術(shù)之一。
?
記者在潘綱的電腦中看到了這項(xiàng)技術(shù)在無(wú)錫太湖現(xiàn)場(chǎng)示范的系列圖片：通過(guò)一次性噴灑經(jīng)過(guò)改性的當(dāng)?shù)赝寥啦牧希蠢锏乃A就可以被清除，水質(zhì)逐漸變清，水體和底質(zhì)的厭氧狀態(tài)可以被快速修復(fù)，這又為沉水植被修復(fù)創(chuàng)造了條件。據(jù)悉，這一新原理可望突破現(xiàn)有湖泊治理技術(shù)在效率、成本、生態(tài)安全、多功效等方面的瓶頸限制，使水華和湖泊的原位治理實(shí)現(xiàn)大規(guī)模機(jī)械化操作。幾艘基于該技術(shù)的自動(dòng)化噴灑船即可實(shí)現(xiàn)近百平方公里水域水華災(zāi)害的有效控制。
?
“我們正是從多學(xué)科交叉的前沿基礎(chǔ)研究中提出與現(xiàn)有技術(shù)體系不同的研發(fā)方向，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)和工程上的突破。”潘綱說(shuō)，研究人員根據(jù)表面科學(xué)中的新原理、新方法，通過(guò)添加微量的天然物質(zhì)對(duì)固體表面進(jìn)行一系列的改性，使取自任一湖泊岸邊的土壤變成水華清除和湖泊修復(fù)的高效、廉價(jià)的生態(tài)型材料。
?
“通過(guò)這個(gè)例子可以看出，基于化學(xué)、物理、環(huán)境、生態(tài)等多學(xué)科交叉的基礎(chǔ)研究，有可能為發(fā)展突破性的水質(zhì)改善技術(shù)開(kāi)辟重要的研發(fā)方向。”潘綱說(shuō)，水危機(jī)是宏觀尺度上的問(wèn)題，但要克服現(xiàn)有技術(shù)體系的局限，推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的革命性發(fā)展，往往需要深入開(kāi)展基礎(chǔ)層面的科學(xué)研究。潘綱說(shuō)，事實(shí)上，我國(guó)在水科學(xué)的研究領(lǐng)域已經(jīng)涌現(xiàn)出了不少一流水平的基礎(chǔ)研究成果，但長(zhǎng)期以來(lái)由于傳統(tǒng)研究體制的限制，沒(méi)能形成一個(gè)多學(xué)科交叉的水科學(xué)技術(shù)綜合研究平臺(tái)，使這些基礎(chǔ)研究成果尚未在解決水危機(jī)這樣的重大國(guó)家需求方面發(fā)揮應(yīng)有的重要作用。
?
沈元壤也認(rèn)為，“以目前中國(guó)的國(guó)力來(lái)衡量，經(jīng)費(fèi)應(yīng)該不是問(wèn)題，科研人才的不足及不同學(xué)科的科研人員無(wú)法合作無(wú)間才是關(guān)鍵之處。”2008年11月，以“水科學(xué)研究中的若干基礎(chǔ)前沿問(wèn)題”為主題的香山科學(xué)會(huì)議第334次學(xué)術(shù)討論會(huì)在京舉行，與會(huì)專家不約而同地提出了我國(guó)應(yīng)建立多學(xué)科交叉的水科學(xué)綜合研究平臺(tái)的建議。
?
“必須從國(guó)家層面進(jìn)行戰(zhàn)略部署，探索多學(xué)科交叉的研發(fā)模式，才有可能提出更有效的原理與技術(shù)，維持國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。”潘綱說(shuō)。而水科學(xué)的基礎(chǔ)研究只有在國(guó)家層面，在政策性的戰(zhàn)略部署與引導(dǎo)之下進(jìn)行，才能突破現(xiàn)有的概念，使涉及水的技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生根本性的變革，產(chǎn)生新的發(fā)展方向，使我國(guó)水科學(xué)的研究從原有的“消防員”式的解決迫在眉睫的短期問(wèn)題，過(guò)渡到具有前瞻性規(guī)劃的科學(xué)發(fā)展軌道上來(lái)。