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    由中国科学院、中国工程院主办,中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅、中国科学报社承办,中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2017年中国十大科技进展新闻、世界十大科技进展新闻,2017年12月31日在京揭晓。

    此项年度评选活动至今已举办了24次。评选结果经新闻媒体广泛报道后,在社会上产生了强烈反响,使公众进一步了解国内外科技发展的动态,对宣传、普及科学技术起到了积极作用。

     

    2017年中国十大科技进展新闻  

    1.我国科学家利用化学物质合成完整活性染色体

    我国科学家利用化学物质合成了4条人工设计的酿酒酵母染色体,标志着人类向“再造生命”又迈进一大步。该研究利用小分子核苷酸精准合成了活体真核染色体,首次实现人工基因组合成序列与设计序列的完全匹配,得到的酵母基因组具备完整的生命活性。该研究结果2017310日在《科学》发表,我国也成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。自2012年开始,天津大学、清华大学和深圳华大基因研究院与美国等国家的科研机构共同推动了酵母基因组合成国际计划(Sc2.0),旨在对酿酒酵母基因组进行人工重新设计和化学再造。我国科学家此次成功合成的4条酿酒酵母染色体,占Sc2.0计划已经合成染色体的2/3 

    2.国产水下滑翔机下潜6329米刷新世界纪录

    我国自主研发的“海翼”号水下滑翔机于20173月在马里亚纳海沟挑战者深渊,完成大深度下潜观测任务并安全回收,最大下潜深度达到6329米,刷新了水下滑翔机最大下潜深度的世界纪录。“海翼”号水下滑翔机是根据中科院B类战略先导专项的部署,由中科院沈阳自动化所研制的、具有完全自主知识产权的新型水下观测平台。从原理样机的研发到深渊观测任务的圆满完成经历了13个年头,包含浅海、深海、深渊等不同型号的水下滑翔机20余台。此次“海翼”号在马里亚纳海沟共完成了12次下潜工作,总航程超过134.6公里,收集了大量高分辨率的深渊区域水体信息,为海洋科学家研究该区域的水文特性提供宝贵资料。  

    3.世界首台超越早期经典计算机的光量子计算机诞生
      

    201753日中国科技大学潘建伟院士科研团队宣布光量子计算机成功构建。潘建伟团队在多光子纠缠领域始终保持着国际领先水平,团队利用自主发展的综合性能国际最优的量子点单光子源,通过电控可编程的光量子线路,构建了针对多光子“玻色取样”任务的光量子计算原型机。实验测试表明,该原型机的取样速度比国际同行类似的实验加快至少24000倍,通过和经典算法比较,也比人类历史上第一台电子管计算机和第一台晶体管计算机运行速度快10倍至100倍。这台光量子计算机标志着我国在基于光子的量子计算机研究方面取得突破性进展,为最终实现超越经典计算能力的量子计算奠定了坚实基础。 

    4.国产大型客机C919首飞

     

    我国首款国际主流水准的国产大型客机C91920175514时许在上海浦东国际机场首飞。C919的全称是“COMAC919”,COMACC919的主制造商中国商飞公司的英文名称简写,“C”既是“COMAC”的第一个字母,也是中国的英文名称“CHINA”的第一个字母,体现了大型客机是国家的意志、人民的期望。第一个9寓意“天长地久”,19寓意C919大型客机最大载客量190人。C919拥有完全自主知识产权,是建设创新型国家的标志性工程,凝聚了国内最优秀的设计人才和工程人才,针对先进的气动布局、结构材料和机载系统,研制人员共规划了102项关键技术攻关,包括飞机发动机一体化设计、电传飞控系统控制律设计、主动控制技术等。  

    5.我国首次海域天然气水合物试开采

     

    2017518日,我国首次实现海域可燃冰试采成功,南海神狐海域天然气水合物(又称可燃冰)试采实现连续187个小时的稳定产气。这是“中国理论”“中国技术”“中国装备”所凝结而成的突出成就,中国人民又攀登上了世界科技的新高峰。源源不断的天然气从1200多米的深海底之下200多米的底层中开采上来,点燃了全球最大海上钻探平台“蓝鲸一号”的喷火装置。这是我国首次,也是全球首次对资源量占比90%以上、开发难度最大的泥质粉砂型储层可燃冰成功实现试采。从“蓝鲸一号”起步的可燃冰试采,不仅对我国未来的能源安全保障、优化能源结构具有重要意义,甚至可能给世界能源接替研发格局带来改变。  

    6.我国“人造太阳”装置创造世界新纪录

     

    国家大科学装置——全超导托卡马克核聚变实验装置东方超环(EAST)实现了稳定的101.2秒稳态长脉冲高约束等离子体运行,创造了新的世界纪录。这一重要突破标志着,我国磁约束聚变研究在稳态运行的物理和工程方面将继续引领国际前沿。东方超环是世界上第一个实现稳态高约束模式运行持续时间达到百秒量级的托卡马克核聚变实验装置,对国际热核聚变试验堆(ITER)计划具有重大科学意义。由于核聚变的反应原理与太阳类似,因此,东方超环也被称作“人造太阳”。该成果将为未来ITER长脉冲高约束运行提供重要的科学和实验支持,也为我国下一代聚变装置——中国聚变工程实验堆的预研、建设、运行和人才培养奠定了基础。  

    7.中国科学家首次发现突破传统分类新型费米子

     

    中国科学院物理研究所科研团队首次发现了突破传统分类的新型费米子——三重简并费米子,为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新的方向。这一研究成果于2017619日由《自然》杂志在线发表。寻找新型费米子是近年来拓扑物态领域一个挑战性的前沿科学问题,也是该领域国际竞争的焦点之一。此次新型费米子的发现从理论预言、样品制备到实验观测的全过程,都是由我国科学家独立完成的,它是凝聚态物理中固体理论的一个重要突破。这一研究成果对促进人们认识电子拓扑物态、发现新奇物理现象、开发新型电子器件以及深入理解基本粒子性质都具有重要的意义。  

    8.量子通信“从理想王国走到现实王国”

     

    2017118日,我国研制的世界首颗量子科学实验卫星“墨子号”在圆满完成4个月的在轨测试后,正式交付使用。2017616日,中国科学技术大学潘建伟、彭承志等带领的团队宣布,利用“墨子号”在国际上率先成功实现了千公里级的星地双向量子纠缠分发,并于此基础上实现了空间尺度下严格满足“爱因斯坦定域性条件”的量子力学非定域性检验。世界首条量子保密通信干线——“京沪干线”于929日正式开通。结合“墨子号”卫星,我国科学家成功与奥地利实现了世界首次洲际量子保密通信。“墨子号”圆满实现了三大既定科学目标,用潘建伟的话说,千公里级的星地双向量子通信,终于“从理想王国走到了现实王国”。  

    9.中科院推出高产水稻新种质

     

    由中科院亚热带农业生态研究所夏新界研究员领衔的水稻育种团队于20171016日宣布,历经十余年研究,团队日前培育出超高产优质“巨型稻”:株高可达2.2米、亩产可达800千克以上、具有高产、抗倒伏、抗病虫害、耐淹涝等特点。经农业部植物新品种测试中心DNA指纹检测,以及华智水稻生物技术有限公司56k水稻SNP基因芯片指纹图谱检测,确认“巨型稻”是一种水稻新种质材料。这种“巨型稻”光合效率高,单位面积生物量比现有水稻品种高出50%,平均有效分蘖40个,单穂最高实粒数达500多粒,单季产量可超过800千克/亩。它是运用突变体诱导、野生稻远缘杂交、分子标记定向选育等一系列育种新技术,获得的水稻新种质材料。  

    10.“悟空”发现疑似暗物质踪迹

     

    20171130日,中国暗物质粒子探测卫星“悟空”的首批探测成果在《自然》杂志上刊发。“悟空”测量到电子宇宙射线能谱在1.4万亿电子伏特(TeV)能量处的异常波动。这一神秘讯号首次为人类所观测,意味着中国科学家取得了一项开创性发现。如果后续研究证实这一发现与暗物质相关,将是一项具有划时代意义的科学成果,人类就可以跟随着“悟空”的脚步去找寻宇宙中5%以外的广袤未知,这将是一个超出想象的成就。即便与暗物质无关,也可能带来对现有科学理论的突破。“悟空”投入相对小,在“高能电子、伽马射线的能量测量准确度”和“区分不同种类粒子的本领”两项关键技术指标方面世界领先。 

     

    2017年世界十大科技进展新闻 

    1.新传感器技术可实现意念操控机械假肢

     

    一个国际团队在《自然—生物医学工程》上发表论文表示,在他们研发的传感器技术助力下,机械假肢能探测到使用者脊髓运动神经元发出的电信号,使假肢的控制更加灵活,这相当于用意念控制假肢。有关技术有望帮助截肢人士恢复更多活动功能。这种新传感器能让机械假肢直接探测到来自脊髓运动神经元发出的电信号,比起单纯依靠肌肉抽动来控制的方式,这样的操控可做到更精确,可完成的动作也更复杂,机械假肢的实用性随之提高。团队下一步将对这一新型机械假肢进行更大范围的临床测试,经过不断改进后,这类产品有望在未来三年进入市场。  

    2.DNA数据存储新法问世

     

    美国科学家在201732日出版的《科学》杂志上报告说,他们想出了一种新的方式将数据编码进脱氧核糖核酸(DNA),从而创造出迄今最高密度大规模数据存储方案。在这套系统中,1DNA具有存储215拍字节(2.15亿千兆字节)的能力。原则上,它可以将人类有史以来的所有数据存储在一个大小和重量相当于两辆小货车的容器中。然而这项技术能否起飞主要取决于成本。用DNA存储数据有很多优势。它是超级压缩的,并且在寒冷干燥的地方可以保存数十万年。同时只要人类社会还在读取和书写DNA,他们就能够解码这些信息。科学家还可以为这些文件制作几乎不受数量限制的无差错文件副本。  

    3.“二手”火箭,成功发射回收

     

    美国太空探索技术公司于2017330日利用翻新的“二手”火箭把一颗商业通信卫星发射上天,这是人类太空史上的第一次。此次发射的主要任务是把欧洲卫星公司的SES-10卫星送至地球同步静止轨道,但特殊之处在于这枚“猎鹰9”火箭的第一级曾于20164月为国际空间站运送过货物,此后降落在太平洋的一艘无人船上,是人类从海上成功回收的第一个火箭第一级。经翻新并加上第二级后,火箭第一级被运回肯尼迪航天中心再次承担轨道级发射任务。火箭第一级回收的目的是研制可重复使用的运载火箭。传统火箭都是一次性使用,一旦能够回收重复使用,将有望降低发射成本。  

    4.3D打印卵巢具有生育能力

     

    2017516日出版的《自然—通讯》杂志报道称,美国科学家通过3D打印技术,由凝胶制成的人工卵巢能够使老鼠受孕并产下健康的后代。在这项研究中,科学家使用了一个具有发射凝胶喷嘴的3D打印机,而其所使用的凝胶来源于动物卵巢中天然存在的胶原蛋白。研究人员通过在载玻片上打印各种重叠的凝胶纤维图案来构建卵巢。随后,他们利用外科手术摘除了7只小鼠的卵巢,并在其位置上缝合了人工卵巢。小鼠交配后,其中3只雌鼠分别产下了健康幼崽。这些产崽的雌鼠同时还能自然泌乳,这表明嵌入支架的卵泡产生了正常水平的激素。该成果或能帮助因放疗或化疗导致不育的癌症幸存者恢复生育能力。  

    5.科学家成功用引力为星球测重

     

    《科学》杂志于201767日发文称,爱因斯坦的广义相对论提出100年后,科学家成功地运用该理论确定了一颗白矮星的质量,使当初在爱因斯坦看来“不可能的希望”成为现实。科学家在5000多颗恒星中寻找具有这种直线排列形式的星球,发现白矮星STEIN 2051 B恰好有着这种完美的定位——它在20143月正好位于一颗背景星球之前。他们利用哈勃望远镜对此现象进行观察,测量背景星球表观位置的微移动,这一作用被称作天体测量的微引力透镜效应。根据所测得的数据,他们估计,该星球的质量约为太阳质量的0.675倍。直接测量STEIN 2051 B的质量对理解白矮星的进化具有重要意义。  

    6.全球首次发现双粲重子

     

    欧洲核子研究中心于201776日宣布,经多国科学家共同努力,在世界上首次发现了一种被称为双粲重子的新粒子,这将有助于人类深入理解物质的构成和强相互作用的本质。中国团队对这一发现功不可没。这一最新发现来自欧洲核子研究中心的大型强子对撞机(LHC)上的底夸克探测器(LHCb)合作组。据介绍,这种双粲重子含有两个质量较大的粲夸克和一个上夸克,质量约3621兆电子伏,几乎是质子质量的4倍,理论预期其内部结构迥异于普通重子。底夸克探测器是欧洲核子研究中心大型强子对撞机上的粒子物理实验装置之一,专门研究重夸克粒子的产生和衰变。  

    7.华人科学家宣布发现“天使粒子”

     

    美国斯坦福大学华人科学家张首晟等人于2017720日在《科学》杂志上报告说,他们首次发现了马约拉纳费米子存在的证据。这一重大发现解决了困扰量子物理学80年的难题,对量子计算也具有重要意义。张首晟领导的理论团队预言了通过怎样的实验平台能够找到马约拉纳费米子,哪些实验信号能够作为证据;加利福尼亚大学洛杉矶分校的何庆林、王康隆以及欧文分校的夏晶领导的实验团队与理论团队密切合作,在实验中发现了被称为手性马约拉纳费米子的一类最基本马约拉纳费米子。意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言,自然界中可能存在一类特殊的粒子,它们的反粒子就是自身,这种粒子被称为马约拉纳费米子。  

    8.科学家用基因剪刀修复人类早期胚胎致病基因

     

    201782日出版的《自然》杂志报告,一个国际团队利用CRISPR基因编辑技术,成功修复了人类早期胚胎中一种与遗传性心脏病相关的基因突变。这是美国国内首次进行人类胚胎基因编辑。研究人员以肥厚型心肌病为研究对象。这是一种常见的单基因遗传病,由MYBPC3基因突变引起,是青壮年运动员猝死的主要原因之一。研究人员利用CRISPR基因编辑技术修复了人类早期胚胎中的这种突变,且定向非常精确,没有在非靶点位置产生突变。研究人员介绍,精确的基因编辑技术还有助获得更多健康胚胎,提高体外受精成功率。但研究团队谨慎表示,相关基因编辑方法仍需进一步优化。  

    9.世界首个分子机器人诞生

     

    《自然》杂志于2017920日报道,英国曼彻斯特大学科学家研制出世界上首个“分子机器人”,其能接收化学指令并完成组装分子等基本任务,未来可用于研发药物、设计先进制造工艺以及搭建分子组装线和分子工厂。组成分子机器人的碳、氢、氧和氮等原子总共只有150个,大小只有百万分之一毫米,将几百亿个这种机器人堆起来,也只有一粒盐那么大。但如此微小的分子机器人,却拥有机器手臂,能够根据指令操控单个分子,用机器手臂搭建分子产品。由于非常微小,这些分子机器人具有很多优势,能降低材料需求、加速药物研发、大幅减少能源消耗及推进产品微型化等。  

    10.引力波研究获重要进展

     

    全球多国科学家于20171016日宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)捕捉到这个引力波信号。此后2秒,美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴。这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件,标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代。61日,科学家就称,第三次探测到了引力波。此次结果不仅再次验证了广义相对论,也为了解双黑洞系统的成因提供了线索。927日,宣布第四次探测到引力波,这是欧洲和美国的探测器首次共同发现引力波。 

    我国首次海域天然气水合物试开采入选中国十大科技进...

    端稳中国碗,装满中国粮,关键在农民,根本在耕地,出路在科技

    稳住粮食安全这块压舱石,把饭碗牢牢端在自己手中,我们就有了应对各种风险挑战的信心和底气

    “我十分关心粮食生产和安全”“保护好黑土地这一‘耕地中的大熊猫’”“粮食是基础啊”……近日,习近平总书记在吉林考察,第一站就来到松辽平原,察看玉米长势,了解粮食生产,体现了对于粮食安全的高度重视与深切思考。

    食为政首。一把麦子一碗米,在习近平总书记心里都有着沉甸甸的分量。在黑龙江农垦建三江管理局,总书记双手捧起一碗大米,感叹“中国粮食!中国饭碗!”在国家南繁科研育种基地,总书记走进超级水稻展示田,强调“要下决心把我国种业搞上去”。在河南开封张市镇高标准粮田综合开发示范区,总书记仔细查看麦穗灌浆情况,勉励“粮食生产这个优势、这张王牌任何时候都不能丢”……念兹在兹,日夜思之,正是因为人民领袖的认识深刻:“十几亿人口要吃饭,这是我国最大的国情。”对于我们这样一个大国来说,手中有粮、心中不慌在任何时候都是真理。

    粮食安全是国家安全的重要基础,保障粮食安全是一个永恒的课题。“悠悠万事,吃饭为大”,习近平总书记强调,只要粮食不出大问题,中国的事就稳得住。深入基层,洞悉粮情,把握大势,党的十八大以来,习近平总书记将粮食安全作为治国理政的头等大事,提出了“确保谷物基本自给、口粮绝对安全”的新粮食安全观,确立了“以我为主、立足国内、确保产能、适度进口、科技支撑”的国家粮食安全战略,始终坚持走中国特色粮食安全之路,确保“中国人的饭碗任何时候都要牢牢端在自己手上,我们的饭碗应该主要装中国粮”。

    端稳中国碗,装满中国粮,关键在农民,这是一个“谁来种地”的问题。随着农村劳动力的转移,一些地方出现农民老龄化、农村空心化等现象。解决这一问题,核心是要解决好人的问题,关键在富裕农民、提高农民、扶持农民。习近平总书记提出,要加大强农惠农富农政策力度;调动和保护好“两个积极性”,要让农民种粮有利可图、让主产区抓粮有积极性。培养造就新型农民队伍,坚持家庭经营在农业中的基础性地位,改善农业生产条件和装备水平……一系列政策措施破解“谁来种地”的问题,让农业成为有奔头的产业,让农民成为体面的职业,让农村成为安居乐业的美丽家园。

    端稳中国碗,装满中国粮,根本在耕地,这是一个“种什么地”的问题。今天的耕地就是明天的饭碗。习近平总书记强调“耕地是粮食生产的命根子”,要求“耕地红线要严防死守”。我国人多地少的基本国情,决定了我们必须把关系十几亿人吃饭大事的耕地保护好,绝不能有闪失。习近平总书记指出:“要实行最严格的耕地保护制度,依法依规做好耕地占补平衡,规范有序推进农村土地流转,像保护大熊猫一样保护耕地。”这些年来,我们严守耕地红线、提升耕地质量,耕地相较1996年增加480多万公顷,到2022年将建成10亿亩高标准农田,牢牢稳住了粮食安全的基本盘。

    端稳中国碗,装满中国粮,出路在科技,这是一个“地怎么种”的问题。今年全国两会上,习近平总书记谈起当年黄土高原上的老乡们在吃饱吃好基础上的更高愿望,是“干活挑着金扁担”。总书记说:“‘金扁担’,我把它理解为农业现代化。”这是老乡们的目标,也是粮食安全的重要手段。“保障粮食安全,要加快转变农业发展方式,推进农业现代化”“要研究和完善粮食安全政策,把产能建设作为根本,实现藏粮于地、藏粮于技”“让农民用最好的技术种出最好的粮食”……从基础设施建设到机械化发展,从生物技术研发到信息技术应用,丰收的画卷背后,是农业科技的“硬核”支撑。

    “仓廪实,天下安。”今年,中国夏粮产量达2856亿斤,同比增长0.9%,创历史新高。战疫情、抗洪涝,丰收来之不易。民为国基,谷为民命。稳住粮食安全这块压舱石,把饭碗牢牢端在自己手中,我们就有了应对各种风险挑战的信心和底气,就一定能让“中国号”巨轮行稳致远、破浪前行。

     
    (海报由自然资源部宣传教育中心出品)
    人民日报:中国碗要装中国粮

    英国海滩实景玻璃门

    英国滑坡事故应急

    ●英国地质调查局未来10年科学计划提出了去碳化与资源管理、适应环境变化、多重灾害与风险等三大科技挑战。

    ●通过监测与预测、地质环境压力研究、资源环境恢复力研究和环境治理等工作,为人类社会基础设施和生物系统突发变化的脆弱性提供创新解决方案。

    ●开展多重灾害系统研究、灾害数据采集和可视化、灾害风险分析和风险的传播等工作,帮助提高自然灾害发生时的生存率和恢复力。

    ●继续开展海底观测站、火山观测站和地质灾害全球信息基础设施等其他研究基础设施的建设。

    2018年10月,英国地质调查局更新并细化了2014年发布的《通往地球之门——英国地质调查局未来10年科学计划》。多年来,英国地质调查局在应用地球科学领域,在感知、认识和预测地球活动方面,为全球提供先进的研究解决方案,并在过去4年里取得了如下进展:位于柴郡和格拉斯哥的英国地球能源观测站的两个试验台使用高性能传感器系统和数据智能,实现从3D地质图和模型产品向实时地球科学数据信息转变,同时还为发展中国家处于各种复杂环境中的社区提供科学的全球化支持。

    未来10年,英国地质调查局将迎接三大科技挑战:去碳化与资源管理,将为减排和能源生产、利用、分配的合理化,探讨地球科学解决方案;适应环境变化,将在自然环境和建成环境中,探寻可帮助我们适应环境变化的地球科学;多重灾害与风险,将调查地质灾害(干旱、洪水、山体滑坡、地震和火山爆发)如何影响人类的生命及财产安全,并提供能够确保恢复力和可持续性的解决方案。英国地质调查局预计未来10年将获得超过6亿英镑的资金用于开展各项研究活动,使最新科学战略能够提供专业、公正、创新的科学解决方案,在政府、公众、行业中发挥更重要的作用。

    1 去碳化与资源管理

    在英国及其他地方,实现电力生产、供热、交通运输和工业等领域去碳化是一项重大挑战,涉及关注地下和地球科学,如碳捕获、利用与封存,地下储能,地热能,低碳关键原材料和放射性废物处理。英国地质调查局将研究不同去碳化技术的可行性,同时对矿产与能源管理的需求进行审查。本项挑战确定了5个主题和17个子主题:

    地质处置——放射性废物。高强度放射性废物(高放废物)的长期安全管理对核工业发达国家来说是一项日益严峻的挑战,并且随着核能在未来能源结构中发挥重要作用以应对能源去碳化,这一挑战将持续存在。对高放废物进行长期管理最主要的方法是深部地质处置,英国地质调查局正与合作伙伴着手解决关键的科学问题,包括应力状态、埋存历史,以及断层和裂缝的产生和行为带来的影响。其中,选址问题和地质环境息息相关,需要确定和评估可能对储库体及其周围地质、地表环境的长期完整性带来影响的地球科学因素,对论证选址安全性至关重要;需要了解近场(地质特征、水文地质动态)和远场(板块构造、气候)过程,以综合理解地下演变过程,以便对高放射性废物的长期安全性进行科学合理的评估。

    地质处置——碳捕获与封存。碳捕获与封存技术被广泛认为是英国实现去碳化目标的关键技术。主要挑战包括降低碳捕获与封存经济模型的不确定性,降低整个供应链的风险,以及调查公众对碳捕获与封存的态度。这项工作中最根本的是要选择和表征那些能够预计实现永久密闭的地质场所,英国地质调查局将继续领导二氧化碳储库的选址和表征方面的工作,以识别英国可供封存开发者使用的场址资源。预计二氧化碳封存的部署速度将在未来20年内迅速增加,同期,随着油气田停产,预计石油和天然气基础设施将可用于二氧化碳封存。在不久的将来,了解未来封存需求(时间、地点、数量)和基础设施再利用的机会,可能是重中之重。

    能量储存。包括储热、盐穴储能、地层储能、抽水储能。其中,在地层储能方面,将热量、气体或水注入多孔地层用于储热或储气,以减缓可再生能源生产的短暂波动带来的影响,并提高其供应的安全性。地质资源研究将与热量、水文地质、机械、化学和微生物研究同时进行,利用格拉斯哥和柴郡的英国地球能源观测站及其他地方的设施,评估一系列注入剂、压力、循环率的密闭性能、优化效果和发生泄漏的可能性。关于抽水储能,将开展适当的地质、岩土工程和地震学研究,以了解不同规模抽水储能的资源潜力。

    清洁能源—供热—制冷。包括浅层地热、深层地热、海上选址三大内容。其中,在浅层地热方面,英国在利用浅层地下能源方面具有相当大的潜力,如开采低位热能、制冷和跨季节蓄热、开发区域供热网络、减少国内天然气消耗、缓解燃料短缺等方面。英国地质调查局通过利用格拉斯哥的英国地球能源观测站和其他设施,将开展对地质和水文地质系统以及热能性质的研究,以准确描述相关资源,并验证系统的潜在性能以支撑管控。而在深层地热方面,英国也具有开发此类资源的潜力,英国地质调查局将通过资源调查以及对烃源岩的裂缝、地球化学、水文地质、热性能的详细理解,将对直接从岩浆中提取热量以提高转化为电能的效率进行研究,来降低该行业的风险。

    低碳世界的地球资源。一方面,英国地质调查着重研究烃类层系中的常规和非常规能源,将继续提供陆上和海上烃类层系的地质填图,并继续优化资源利用的热量、水文地质、机械、化学和微生物研究。同时,将继续开展降低未来勘探成本的大数据分析。如果政府允许开展此项活动,则柴郡的英国地球能源观测站还将进行一系列与页岩气水力压裂相关的实验和基线地下研究。另一方面,将研究低碳经济所需的关键金属,如一些金属原材料(钴、重稀土元素和铂族金属)等对低碳能源转型(电力和运输方面)发挥重要作用的主要金属的来源、迁移进行研究。同时,将利用现有的海洋钻探基础设施重点研究在岩浆热液矿床中的关键金属及其与全球构造的联系,进而实现对未来开发深海监测站点(“潜水艇”)的目标。此外,还将开展原材料库存及流动方面的课题研究,包括初级和二次资源的分布地点、产量与产地、精炼与消耗地点,以及初级(开采)资源与二次(可循环)资源如何交互,将继续全面监测全球矿产生产、贸易流量、矿产统计数据以及相关的分析和情景开发,包括循环经济、原材料供应安全和关键问题,除了国内,重点关注英国和欧洲。

    2 适应环境变化

    适应是对环境变化的响应,致力于降低人类社会基础设施和生物系统对突发变化的脆弱性。例如:即使温室气体排放量在相对较短的时间内稳定下来,全球变暖及其影响仍将持续很多年,必须加以适应。在发展中国家,适应气候变化尤其重要,因为它们可能首当其冲受到全球变暖的影响。在本项挑战中确定了四个主题和15个子主题,包括地质环境压力、表征资源恢复力、监测和预测、环境治理等方面:

    其中,在地质环境压力方面,英国地质调查局将启动一些研究,探究水、陆地和海洋资源以及相关生态系统之间的多种压力是如何通过地上、地下环境系统,从而交互和级联的。这将促使包括水文地质学、土壤科学和滑坡建模在内的传统科学领域结合到一起,也将促进应用新的地表和地下监测技术、传感器技术和建模方法,研究未来如何可持续地管理这些压力组合。同时,作为可持续发展的一部分,将开发一种全系统化的方法途径来利用和管理地下空间。通过与世界各地增长型城市(包括英国、印度、越南)开展合作,该方法将有助于释放城市地下空间的经济潜力并最大化地为城市地下空间提供服务,不仅关系风险管理,也关乎增长所需的资源。此外,海洋对英国至关重要,蓝色经济既为资源勘查、经济活动提供了新的机遇,也为环境可持续性与海洋生物资源研究提供了机遇。英国地质调查局将制定一项名为“潜水艇”的新提案,将应用先进的勘探和环境自主机器人技术,以提高英国在最大限度利用海底地质环境方面的能力。

    在表征资源恢复力方面,英国地质调查局将开展调查、数据收集、建模和解译,以评估变化和减缓不良情况。在整合所有海洋部门数据的基础上提供工具,为不同的应用型问题提供解决办法,为有效传播海洋空间数据提供协助,以支持海洋空间规划的制定并协助制定政策。同时,将在水质和水量、废物管理、交通和能源基础设施开发等方面对地下条件进行评估,从而为英国国内外铁路、公路、管道、隧道基础设施以及农村地区恢复力的发展提供支持。

    在监测和预测方面,英国地质调查局将开发综合环境监测和传感系统,这些系统经过优化,可以测量与环境变化相关压力的参数和性质,以及测量这些压力如何随着时间的推移影响不同的环境区划。开发的系统将能够容纳下不同类型的环境数据(物理、化学、生物、行为)并包含对这些数据各种形式的表征(定量、定性、可变频率、精度和准确性)。同时,开发必要的工具来表征环境特征,以及测量变化和对干预措施的响应。

    在环境治理方面,英国地质调查局将开发面向政策制定者和执行者的信息传播方法,为环境变化的减缓、适应、环境恢复力方面有效决策的制定提供支持。这是英国地质调查局科学研究的服务“前线”,涉及新的社会科学进展、新的伙伴关系,以及与公众、政府和机构的互动,为政策的制定和实施、经济的增长、民生福祉的增进提供支持。

    3 多重灾害与风险

    自然灾害(干旱、洪水、滑坡、地震和火山爆发)对经济增长、建成环境、生活和生计具有重大影响。世界范围内正在收集有关自然地质灾害的数据,并且在整合这些数据之后,可以进行更好地预测,而与社会科学家合作将使灾害信息转化为决策者和公众需要的风险信息。《英国地质调查局未来10年科学计划》在这方面确定4个挑战主题和10个子主题。

    在多重灾害系统方面,由于许多灾害过程,如地下水灾害、地磁感应电流或火山灰都集中在流体物理现象上,为此,英国地质调查局将推进英国和国际上对“单一”灾害过程(例如岩崩或地震)的监测、分析和特征描述方面的技术发展,同时对多重灾害表征和级联效应之间的交互作用进行多个科学家群体的整合研究,以更好地提供灾害现状报告或灾害预测,提供灾害或多重灾害的发生概率、分布和规模方面的定制信息。

    在风险分析方面,英国地质调查局启动研究灾害或多重灾害对暴露人群、社区及其资产的影响、脆弱性等,该分析用于研究在灾害事件中什么事物是可能损坏或丢失的,侧重研究处于风险中社区的社会属性和经济属性,以及他们的房屋或基础设施等实物资产。

    在风险的传播方面,英国地质调查局将启动研究,增进对处于风险中的社区或社会(或其代表)的了解,从而实现行动或行为模式的改变。这些研究的一个重点是与受灾害影响的社区合作,特别是开展国际合作。这项工作的开展可能需要物理和社会科学家越来越多地联手。

    在多重灾害数据科学研究方面,英国地质调查局将在灾害或多重灾害事件及其过程和影响的相关观测或监测数据采集和管理方面进行创新,将通过欧洲板块观测系统和极限地球项目数据管理平台进行商业安排。其中,可视化将包括在面临复杂的多重灾害的发展中国家应用智能手机和众包技术。英国地质调查局强调对基础设施研究的重要性,强调大型研究基础设施有助于提高调查、监测和实验的能力,吸引全球科学和专业人才,并有助于创新、实现商业化、扩大就业和促进经济增长。通过建设和使用基础设施,将形成对基础科学的支撑,进而推进国家公益科学与研究线路的整合。这也意味着制图和建模将从静态3D到动态4D实现跃迁式变化,并将越来越多地发布实时数据。而所有以上挑战,尤其是全球性灾害和风险,需要统计、预测和预报、人工智能和创新数据存储各方面的计算机科学专家,需要更加关注社会科学并与社会科学家进行更加深入地融合交流。对此,英国地质调查局将探索招聘社会科学家的方式,以及拓展合作伙伴关系和新模式,例如外包和全民共享。

    4 迎接地质调查科技挑战

    “第四次工业革命”的特点是技术融合,包括对机器人技术、人工智能、纳米技术、量子计算、生物技术、物联网、5G移动数据、3D打印和全自动驾驶汽车的融合。为此。英国地质调查局将创建一个新的综合信息“操作系统”,以持续地为全球地球科学的云平台提供信息,彻底改变数据的提供、预测和预报模式——并支持上述三大科技挑战和其他世界级的地球科学挑战。同时,利用新的操作系统和知识将这些数据集结合起来,提供从城市到大陆边缘各种比例尺的地质系统尖端信息。英国不同地区的经济驱动力正在迅速发展,英国地质调查局将开发各种途径为特定地区的需求提供最适合的定制信息,同时确保国家的地球科学框架得到加强。在国际上,将在英国海外发展援助计划的范围内与伙伴国家展开合作。具体来讲,英国地质调查局将开展包括数据科学和数据基础设施、建模、区域地质调查、新一代英国国家地质模型、地球科学和社会等方面的战略研究工作。

    其中,在数据科学和数据基础设施方面,通过新数据和采集技术,显著提高影像的拍摄和传输能力,以更好、更详细地表征环境和地质体,并提高时间分辨率。其中一些技术将是新颖的,需要新的遥测技术或转用其他领域及行业获取的技术,从更深的地下探测信息。

    在区域地质调查方面,将在英国和国际上启动地区层面的项目,将与各地区特有的一系列工业和可持续发展挑战相关联。比如:东北走廊项目,该项目将支持矿产、基础设施(公路和铁路)、建成环境、可能的氢经济、碳捕获与封存和页岩气工业网络。这些定制项目将与英国的区域产业战略、地方增强基金以及工业利益相关者的需求密切相关。类似的以工业为重点的项目将在英国和其他国际区域开展。这类区域工作将在英国的国家层面进行协调,以确保数据集之间的一致性,保证连贯性和在国家尺度上理解一致。

    在地质模型方面,将开发新一代英国国家地质模型,重点关注英国的浅层地下模型和基岩体元模型。这些模型将建立在现有数据的基础上,并结合正在进行项目的新数据,特别是聚焦区域的地质调查数据。例如:新的英国浅层地下模型旨在开发用于模拟浅层地下结构和性质的新方法。通过使用地貌形态测量和数据分析技术,将推动地球科学的发展,形成对当前浅层地下模型的支撑,以期为未来开发增强型模型,发布新产品。此外,一个结合浅层和深层、区域和国家的地质模型,将提供可供外部利益相关者用于改进决策的3D框架;而对地面和地下传感器网络的不断改进和开发部署,将能够使所提供的数据从3D走向4D。

    (作者单位:中国地质调查局发展研究中心)

     

    迎接科技挑战 叩响地球之门

    近日,河北省\中国地质调查局地下水污染机理与修复重点实验室2017年度学术委员会会议在石家庄召开。学术委员会成员和特邀专家对实验室的建设成就给予充分肯定,对实验室未来的发展提出建设性意见和建议,提出实验室要做好顶层设计,发挥自身特色优势,合理布局,加强科技创新,深入探索影响地下水中污染运移和归宿的机理,突破修复的关键技术,培养该方向的创新人才和团队,通过成果转化、制定标准、加强交流扩大行业影响力。要结合国家需求,加强实验室特色凝练和总结,为把实验室建设成我国地下水污染修复领域一流实验室而努力。

    会上,清华大学李广贺教授作了题为“低渗透地层-组分赋存与驱动输移”的报告,介绍了低渗透地层中驱动输移的方法,提出电渗析流与化学/生物技术耦合将成为主要技术;吉林大学赵勇胜教授介绍了“地下水污染的原位化学氧化修复技术”,分析了该技术的优点与关键问题;北京师范大学丁爱中教授作了题为“地下水曝气技术模拟与优化设计研究”报告,强调对场地的认识是实施修复的基础;北京中地泓科环境科技有限公司总工程师朱远峰研究员介绍了“某油库场地污染调查与评估”,分享了污染地下水修复的经验,提出污染地下水的修复应明确包含污染水体和含水介质两部分,才能更科学的指导污染地下水的调查及修复工作;昆明理工大学环境学院院长潘波教授作了题为“红土高原地区人工植被下天然有机质更替与污染物行为”的报告,提出要将有机碳和污染物行为联系起来;中国地质大学(武汉)环境学院袁松虎教授作了题为“二价铁矿物活化氧气产生羟自由基-机理发现与环境修复初探”的报告,发现地下环境富含的二价铁矿物可活化氧气产生强氧化性羟基,可利用此机理对有机污染地下水进行修复;中科院遗传发育所农业资源研究中心李小方研究员作了题为“金属尾矿植物修复过程中水化学动态”报告,关注了澳大利亚某尾矿修复过程中的地下水水化学动态及其主导因素;刘永兵研究员介绍了“重金属污染土壤精准化修复设计研究”,提出对精准原位稳定化修复的理解。与会人员与专家们进行了进行深入交流与讨论。

    国土资源部实验管理中心、中国地质调查局、清华大学、吉林大学授、昆明理工大学环境学院、中国地质大学(武汉)环境学院、中科院遗传发育所农业资源研究中心、中国地调局发展研究中心等单位相关领导和专家出席会议,来自水环所及有关环保科研机构公司的50多人参加会议。

     

    重点实验室年会召开

     

    与会专家合影留念

    河北省\中国地质调查局地下水污染机理与修复重点实验...
      1月23日,中国地调局成都综合所召开年度科研工作及国际合作成果交流会,对2014年度科研工作进行了盘点。在矿业市场经济环境持续低迷的大背景下,2014年成都综合所科研工作在逆境中求得突破。

      全年承担各类科研项目73项,新增科研合同经费6446万余元,同比增长20.26%。坚持五大矿种、六大研究领域不动摇,围绕国家紧缺矿种开展了有针对性的研究和攻关,难利用铁矿、铜多金属矿等传统优势研究领域稳固推进,稀有、稀散、稀土金属矿综合利用技术和难利用铝土矿资源开发利用技术新领域异军突起,成为新的市场经济增长点,顺利完成了年度科研工作目标任务。

      2014年,成都综合所科研工作呈现三大亮点:一是论文专利成果显著提升。全年发表学术论文53篇(SCI收录11篇、EI收录5篇、核心期刊论文36篇、CPCI-S收录1篇),获得国家发明专利11项,实用新型专利1项,遴选申报各类成果奖6项,其中“沉积型粘土钒矿选矿富集新工艺技术研究”获得2014年度国土资源科学技术二等奖,“攀西地区浸染型铜多金属矿分离新工艺研究”获得2014年度四川省科技进步三等奖。

      二是青年科研团队脱颖而出。依靠科技创新和成果转化,采取“一项成果一支团队”的培养发展模式,一批由年轻科研骨干领衔的稀土选冶技术团队、中低品位铝土矿选冶技术团队、生物冶金研究技术团队脱颖而出,在继承传统优势项目的基础上,已发展成为成都综合所市场创收能力最强的重要领域和科研团队。

      三是科研新领域异军突起。中低品位铝土矿选矿脱硫脱硅技术工业试验取得成功,获得中铝重庆分公司和重庆地方政府的高度评价,为科研新领域的开拓和发展奠定了基础。针对德昌大陆槽稀土矿选矿回收率低的技术难题,研发的稀土矿“浮团聚磁选”新工艺、新药剂在顺利完成现场选矿工业试验的基础上,已成功应用于工业生产,实现了成果转化。该成果的推广应用对开发利用世界难选稀土矿资源,促进国际稀土选矿技术发展,具有十分重要的意义。生物冶金作为成都综合所的新兴领域,通过铜矿山废石资源调查与综合利用技术研究项目的工业化实施,不仅使生物技术得以应用,而且开发出了4个市场项目,进一步拓展了研究领域。
       
      在全面总结2014年科研工作的基础上,会议对2015年工作进行了安排。一是要按照中央、部、局有关要求,落实党风廉政建设责任制,抓好项目和资金管理,严明组织纪律,严格按照制度办事。二是要聚焦国家重大需求,坚持“五大矿种、六大研究领域”,以企业为创新主体,争取平台积极申报国家级项目。三是要加强科研队伍建设,支持鼓励有符合国家资源需求和研究基础的青年科研团队通过公开公平竞争的方式积极申报地调项目。四是技术创新要保持优势和发展势头,铝土矿药剂要拓展应用面,稀土药剂要开展更高层面的技术创新,铁矿等选冶技术要解决诸多市场难题。五是要加强成果转化积极开拓市场,铝土矿、稀土等研究成果要加快成果转化,在药剂、设备等方面培育一批长线项目稳固国内市场,拓展国外市场。
       
      会议对2014年度成都综合所外事出访工作进行了总结,出访希腊、荷兰、加拿大、日本、芬兰等5个团组就参加国际学术会议、合作研究和境外地质调查等出访体会、收获及建议等进行了汇报交流。通过出访项目的实施为加深国际交流与合作,扩大国际影响力,了解和掌握国际前沿技术,提升成都综合所整体科研实力起到了非常重要的作用。

      会议还进行了保密、安全生产培训。全所科研人员参加会议。


    成都综合所2014年科研工作逆境突破 亮点纷呈

     

     

     

     

    “部分地区耕地重金属超标态势仍然比较严峻。在调查区13.86亿亩的耕地中,重金属超标的点位比例占到了8.2%,主要分布在南方。” 6月25日全国土地日当天,中国地质调查局发布《中国耕地地球化学调查报告(2015年)》,再次为中国的土壤污染问题敲响警钟。

     

    土壤危机,是土地危机,也是农业危机,“向土壤污染宣战”直接关系到人民身体健康和国家经济安全,这也大大催生了各类污染治理和修复技术,催生了相关产业的发展和繁荣。

     

    土地日宣传周期间,记者来到位于北京西北郊区的国土资源部生态地球化学重点实验室——国家地质实验测试中心生态地球化学研究室,与多位常年从事土壤污染调查、评价、修复的地质科技人员,面对面地谈起了人们高度关注的土壤污染修复问题。

     

      本报记者:周飞飞

     

    特邀专家:刘晓端 杨永亮 谭科艳 黄园英 刘斯文

     

      土地日专家访谈

    观点1

    具有“廉价、高效、管理简单、无二次污染”等特点的地球化学工程技术,是当前重要且极具应用前景的土壤修复手段。

    记者:随着我国城市化、工业化和农业集约化的快速发展,大量污染物通过各种途径进入土壤环境,导致土壤污染问题越来越严重。那么,按照污染物的来源,我国土壤污染有哪些类别?您觉得最重要的污染源是什么?

    刘晓端:从污染物种类来看,类型大致可分为有机污染、无机污染及两者均存在的复合污染,其中有机污染物主要有多环芳烃(PAHs)、六六六和滴滴涕等有机氯农药、灭蚁灵等杀虫剂、挥发性有机物和半挥发性有机物石油类物质等,而无机污染物主要是砷、铅、镉、铬、锌、镍、汞、铜等各类元素。

    刚刚发布的《中国耕地地球化学调查报告(2015年)》显示,我国耕地重金属超标与地质作用过程密切相关,而人类活动则是造成或加剧重金属超标的重要原因。采矿、冶金、电镀等工矿企业“三废”排放,以及农业生产中污水灌溉、化肥的不合理使用、畜禽养殖等人类活动造成或加剧了局部地区耕地重金属污染。

    近几年,我们实验室一直在应用地球化学工程技术,针对金属矿山进行水土污染方面的研究。

    记者:地球化学工程技术与其他修复技术相比,有着怎样的特色?

    刘晓端:我国的土壤污染类型多样,呈现出新老污染物并存、无机有机复合污染的局面。既有重金属、农药、抗生素和持久性有机物等污染,又有放射性、病原菌等污染类型。土壤污染途径多,原因复杂,控制难度大。污染类型多样化和污染原因复杂化导致土壤污染修复工作难度增大。

    采取何种有效可行的污染治理措施,是我国目前土壤污染修复治理的关键和亟待解决的问题。

    污染土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物,使其浓度降低到可接受水平,或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。大致可分为物理、化学和生物3种方法。

    土壤重金属污染传统的治理通常采用物理、化学的方法,如客土换土法、淋滤法、吸附固定法、热处理法、络合浸提法、氧化还原法、电化学法等。虽然这些方法治理效果较好,历时较短,但往往投资大,难以管理,易造成二次污染。

    与传统方法相比,生物修复技术具有成本低、来源广、无二次污染的特点,尤其适用于低浓度重金属的去除。目前,生物修复技术的主体主要包括植物、动物、微生物。其中应用较为广泛、治理效果显著的是植物修复和微生物修复。

    地球化学工程技术,是应用地球化学的原理,通过人工制造的某些地球化学作用或利用地球化学原理制造的产品,实现环境污染治理与管理的途径、方法和技术。地球化学工程技术中常会应用非金属材料作为污染土壤修复的材料,其主要环境技术包括稀释/浓缩、分解/中和、隔离作用和固化作用。这种方法尽可能地不干扰自然界, 依靠元素自然循环来去除有关的化学元素。

    记者:近年来,国家地质实验测试中心生态地球化学研究室针对不同生态系统和不同污染物的环境污染控制和修复技术开展了多项研究,应用的都是地球化学工程技术手段吗?效果怎样?

    黄园英:我们利用地球化学工程技术原理,筛选出了同时对多种重金属具有很好去除效果的矿物材料,建立了对复合重金属污染水体具有特征吸附和固定作用的处理系统,从而阻断了重金属污染元素向生态链的运移。

    与传统物理、化学和生物技术相区别,基于地球化学原理和技术,提出的低成本建造、低成本运行、快速、高效、简单的重金属污染环境的地球化学工程技术,迎合了时代发展对环保技术“廉价、高效、管理简单、无二次污染”的需求。我们已建立的示范工程运行监测数据进一步表明,以黏土矿物作为反应材料对酸性矿山废水中的重金属离子去除是非常有效的,水处理成本约为0.55元/吨,非常适合今后在工程上大规模推广应用。

    刘晓端:我们的目标是,逐步建立基于地球化学工程技术的水、土环境污染控制和修复技术体系和示范基地,强化已有技术方法的推广应用,推动技术方法的产业化进程。

    观点2

    不一定要把土壤中的污染物提取出来,可以通过对土壤中的重金属元素进行吸附、固定、隔离,设置地球化学障,阻断污染元素向生态链的运移。

    记者:国土资源部生态地球化学重点实验室是什么时候成立的?有关土壤污染修复的项目是什么时候开始出现且多起来的?

    刘晓端:重点实验室的前身国家地质实验测试中心生态地球化学研究室,成立于1993年。20多年来,承担了一系列国家、部门重大环境地球化学研究项目,如获国家科学技术进步二等奖的“区域地球化学与农业和健康”、获国土资源科技进步二等奖的“人体硒缺乏与过剩的地球化学特征及其预测”、获国土资源科技进步一等奖的973项目“首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理”,以及“地质体对水资源保障的双重作用及其应用”、“典型地区土壤污染演化及安全预警系统研究”、“东北重工业城市地球化学环境生态安全监测与修复治理的技术研究”等。

    中国开展土壤污染修复项目始于1995年,当时采用的是生物修复的方法。我们大约是在本世纪初开始进入污染土壤和水体的环境控制与地球化学修复技术研究领域的。由于国家越来越重视,这几年我们这方面的项目越来越多,如,“我国典型矿山环境污染评价与修复技术研究”、“金属矿山环境污染机理和防治研究”、“纳米铁用于饮用水中砷的有效去除技术研究”、“农田土壤中典型持久性有机污染物的降解与修复”等。通过这些项目的实施,我们在环境重金属污染修复领域获得了许多重要进展和成果。

    记者:请简单讲一下地球化学工程技术修复受污染土壤的思路。

    刘晓端:近10年来,实验室依托《金属矿山重金属污染土壤的地球化学工程控制修复技术开发与示范》、《生态地球化学环境与修复技术研究》,以及多个有关矿山重金属污染控制与修复技术的示范项目。

    我们的整体思路是:依据地球化学原理,充分利用地质体或自然介质的作用,通过对修复材料、修复工艺和控制技术中的关键问题的研究,建立具有对重金属元素有特征吸附、固定、隔离作用的地球化学障,阻断污染元素向生态链的运移,从而保障农作物的健康。这也说明,改善土壤环境质量不一定非要把重金属元素等“毒素”运移出来,只要把它们固化在土壤内,阻止它们进入食物链,就能保障人们的餐桌安全。

    记者:能否具体讲讲有关土壤修复示范区的情况?

    刘晓端:在安徽某铜矿的尾矿坝附近,我们建立了一个重金属污染土壤修复示范区,选用一种或几种黏土矿物,结合一定的环境条件控制技术,对重金属元素进行吸附,使重金属超标土壤上种植的超标蔬菜中的重金属含量达到《食品中污染物限量标准》。如今,该研究成果已经成功用于江西某铅锌矿冶炼厂重金属污染山体的修复,使寸草不生的酸化和多金属污染土壤得以恢复种植功能,山体复绿。

    杨永亮:我们在沈阳进行东北重工业城市地球化学环境生态安全监测与修复治理技术研究时,针对污染地区建立了水—土—植物生态保护与治理技术应用示范点。

    开展了土壤重金属污染修复方法的研究和饮用地下水中重金属离子的去除技术的研究,最终形成了磷酸盐岩化学固定法对铅、锌、镉的土壤污染治理技术,以及纳米铁材料修复浅层地下水和对深层饮用地下水中的重金属元素的取出技术,获得了非常好的效果。修复后土壤上长出的多种蔬菜,原土中所含的多种重金属元素均未超标,可以放心食用。这一成果受到当地农民的肯定和欢迎。

    刘斯文:在赣南地区,我们建立了离子型稀土矿山的环境修复示范区,将地球化学工程技术用于离子型稀土矿山环境污染的控制与修复,即通过在注液坑中设置地球化学障,改善坑内土壤环境,阻止污染物的迁移,保证植物的生长条件,为矿山复绿提供了基本保证。

    稀土矿山污染土壤的修复分为四步:一是通过添加自然黏土矿物,调整土壤地球化学属性,同时,筛选修复植被;二是调整修复场地的土壤地球化学属性,将调整后的好土壤装入生态袋中,利用柔性结构技术将生态袋固定在修复场地上,形成护坡,并在生态袋上进行植被喷播;三是利用地球化学障技术阻断污染,改善土壤环境,并尝试种植林木;四是长期监测修复效果。

    地质工作者在稀土矿区污染土壤的修复实践证明:土壤修复有效地改善了局部土壤地球化学环境,防止了水土流失,降低了潜在生态风险的强度。

    观点3

    自然环境是相互联系、相互作用的整体,解决土壤污染问题不能就土论土。

    黄园英:在江西某铜矿附近,我们建设了酸性矿山废水重金属污染治理示范工程,以对大坞河流域土壤影响最大的重金属污染源——酸性矿山废水为研究对象,利用地球化学工程技术,分别对酸性矿山废水和土壤中重金属污染治理进行了研究,筛选出水体和土壤中重金属修复材料,形成了一整套重金属污染控制与防治技术方案。

    示范工程运行5个月的监测结果表明,以价格低廉的黏土矿物材料——凹凸棒土作为反应介质,能够对水土中重金属具有很好的治理效果,重金属锰的平均去除率为93%。经示范工程处理后的河水能够达到我国综合污水一级排放标准,水体环境和重金属含量都符合《国家农田灌溉水标准》。当地农民可以放心地用处理后的河水浇地,彻底改变了大坞河水“祸害”农田的现状。而且,原来大坞河鱼虾绝迹,经处理水质得到明显改善后,不仅鱼能生存,且可大量繁殖。

    谭科艳:针对示范区内受重金属污染的土壤,我们通过改善土壤pH值,施用土壤改良剂,添加特定的修复材料,对土壤中重金属进行固定。经修复后的土壤种植的蔬菜,测得处理后土壤中可食用部分蔬菜中重金属含量能够满足《食品中污染物限量》的标准。

    在某铅锌矿冶炼厂旧址,我们对受镉、铅和砷等重金属污染的土壤进行了修复,修复后种植的马尾松和红叶石楠生长茂盛,而未经修复土壤种植的马尾松成活率非常低,且难以生长,充分表明了,地球化学工程技术可以大大减少土壤中重金属对植物的危害,能够抑制土壤中重金属的迁移能力,达到保护植物和保障人民健康的作用。

    记者:我注意到大家在介绍土壤污染修复的时候谈到不少水体污染修复方面的研究,两者是什么关系?

    刘晓端:土壤是自然生态系统的组成部分,土壤污染和水体污染、大气污染等问题是一个多系统的问题:地下水和地表水都会跟土壤产生接触,而空气中含有的各种污染物也会通过诸如降雨等形式渗入地表,最终造成土壤和地下水污染物的一部分。因此,土壤修复工作针对的对象不仅是土壤,而且要同时考虑到大气和水体污染的问题。

    解决土壤污染的问题不能“就土论土”,我们的研究是“水土不分家”。

    杨永亮:《中国耕地地球化学调查报告(2015年)》告诉人们,在人类活动强烈地区,工农业活动是造成土壤重金属快速累积和污染超标的原因,尤其是现今情况下,大气中有毒元素的沉降是极其重要的污染途径。

    为了研究污染物传输的季节性变化,我们选取青藏高原东部边缘的阿坝州卧龙高海拔地区及若尔盖高原湿地作为研究对象,研究了不同季节大气、降水、地表水、土壤、植被、牦牛中持久性有机污染物的变化特征,并通过后向气流轨迹分析以及应用铅同位素示踪原理,对近地表大气气溶胶污染来源进行了探讨。

    观点4

    地球化学技术方法不是万能的,应突破专业所局限,因地制宜研究复合型技术。

    记者:看来,土壤污染治理需要具备大环境观。

    刘晓端:不仅自然环境是一个整体,科学也应该没有界限,不要局限在自己的专业中。就土壤修复技术来看,地球化学技术方法不是万能的,应该积极融合诸多相关学科的思路和方法,研究复合型技术。当然,根据我们的学科特点和优势,我们的研究方向是以地球化学技术方法为主,综合生物修复等其他各类手段。

    记者:已经有所突破了吗?

    谭科艳:有了一定的突破。

    我们选择工业污染严重的湖南株洲某地作为研究区,开展了水土重金属污染的地球化学—生物联合技术研究。研究使用不同黏土矿物和微生物修复材料同时修复土壤中重金属污染的效果,探讨其产生作用的机理,为不同类型污染土壤的修复提供理论依据和技术支撑。同时开展了地球化学—微生物法处理工业废水中锰和镉的修复技术研究,综合地球化学工程技术和生物的优势,达到修复的最佳效果和最低能耗的综合治理目的。

    记者:效果怎么样?

    谭科艳:能够高效去除工业废水中的高浓度镉和锰,达到相应排放同时利用该项技术,能够使种植蔬菜中的铅、汞、砷达标。

    在这项研究中,已经完成了大批量的中试试验,采用一级硫酸盐还原生物滤池降低进水镉浓度,使其达到国家《污水排入城镇下水道水质标准》中对镉的排放要求;通过二级生物滤池处理,使水中镉浓度达到国家《地表水环境质量标准》中二至三类水对镉的要求,锰的浓度达到了集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准的限值要求。

    在深度去除废水中镉、锰的实验中,我们采用锰氧化一级生物滤池对镉锰严重超标的水进行修复,使其可以满足国家《生活饮用水卫生标准》中对水中金属镉含量和锰含量的要求。

    实验研究了锰氧化细菌深度处理微污染水体中镉的机理,为锰氧化细菌深度去除微污染水体中其他重金属元素提供理论基础。有关专家评价,这项技术解决了环境污染锰和镉修复的难点,是地球化学—生物联合修复重金属污染技术上的一项重大突破。

    在土壤修复试验中,我们也采用了地球化学工程—生物技术——通过添加矿物和微生物,阻隔土壤中的铅、汞、砷进入生物链,使修复土壤上生长蔬菜中的三种重金属含量全部达到了《食品中污染物限量》标准,修复效果显著。

    值得一提的是,该技术对镉有显著的修复效果,对镉的修复率达到了38.71%,可有效降低重金属高污染区人体暴露的风险,为从根本上解决“镉米”等有毒农产品泛滥的社会问题提供了技术支持的可能。

    土壤教室

    中国主要土地污染类型

    中国的城市和农村都面临着十分严峻的土地污染问题,主要包括四大类:

    重金属污染场地。主要来自钢铁冶炼企业、尾矿,以及化工行业固体废弃物的堆存场,代表性的污染物包括砷、铅、镉、铬等。 

    持续性有机污染物污染场地。中国曾经生产和广泛使用过的杀虫剂类持续性有机污染物主要有滴滴涕、六氯苯、氯丹及灭蚁灵等,有些农药尽管已经禁用多年,但土壤中仍有残留。中国目前农药类持续性有机污染物场地较多。此外,还有其他持续性有机污染物污染场地,如含多氯联苯的电力设备的封存和拆解场地等。

    以有机污染为主的石油、化工、焦化等污染场地。污染物以有机溶剂类,如苯系物、卤代烃为代表。也常复合有其他污染物,如重金属等。

    电子废弃物污染场地等。粗放式的电子废弃物处置会对人群健康构成威胁。这类场地污染物以重金属和持续性有机污染物(主要是溴代阻燃剂和二噁英类剧毒物质)为主要污染特征。

    目前较为成熟的修复技术

    当前,修复技术中比较成熟或应用较多的技术有固化/稳定化技术、化学氧化/还原技术、异位热脱附技术、异位土壤洗脱技术、水泥窑协同处置技术、土壤植物修复技术、土壤阻隔填埋技术、生物堆技术等。

    植物修复和微生物修复

    植物修复是一种利用自然生长植物或遗传培育植物修复金属污染土壤的技术的总称,是解决环境中重金属污染问题的一个很有前景的方法,并已在全球得到了迅速的发展和应用。

    根据其作用过程和机理,重金属污染土壤的植物修复技术可分为3种类型:植物稳定、植物挥发、植物提取。

      土壤微生物包括与植物根部相关的自由微生物、共生根际细菌、菌根真菌,它们是根际生态区的完整组成部分。

    微生物在修复被重金属污染的土壤方面具有独特的作用,其抗重金属机制包括生物吸附、胞外沉淀、生物转化、生物累积和外排作用。通过这些作用,微生物可以降低土壤中重金属的毒性,改变根际微环境,吸附积累重金属,从而提高植物对重金属的吸收、挥发或固定效率。

    不过,目前大部分微生物修复技术还局限在科研和实验室水平,实例研究还不多,无法大面积推广,对于微生物修复技术还需作更深入探索。(刘斯文)

    土壤修复的地球化学“魔法”

     

     

     

    受国务院委托,国务委员兼国务院秘书长肖捷作关于国务院机构改革方案的说明。

    重新组建科学技术部

    根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案,重新组建科学技术部。加强科学技术部推动健全新型举国体制、优化科技创新全链条管理、促进科技成果转化、促进科技和经济社会发展相结合等职能,强化战略规划、体制改革、资源统筹、综合协调、政策法规、督促检查等宏观管理职责,保留国家基础研究和应用基础研究、国家实验室建设、国家科技重大专项、国家技术转移体系建设、科技成果转移转化和产学研结合、区域科技创新体系建设、科技监督评价体系建设、科研诚信建设、国际科技合作、科技人才队伍建设、国家科技评奖等相关职责,仍作为国务院组成部门。

    将科学技术部的组织拟订科技促进农业农村发展规划和政策、指导农村科技进步职责划入农业农村部。将科学技术部的组织拟订科技促进社会发展规划和政策职责分别划入国家发展和改革委员会、生态环境部、国家卫生健康委员会等部门。将科学技术部的组织拟订高新技术发展及产业化规划和政策,指导国家自主创新示范区、国家高新技术产业开发区等科技园区建设,指导科技服务业、技术市场、科技中介组织发展等职责划入工业和信息化部。将科学技术部的负责引进国外智力工作职责划入人力资源和社会保障部,在人力资源和社会保障部加挂国家外国专家局牌子。

    深化财政科技经费分配使用机制改革,完善中央财政科技计划执行和专业机构管理体制,调整科学技术部的中央财政科技计划(专项、基金等)协调管理、科研项目资金协调评估等职责,将科学技术部所属中国农村技术开发中心划入农业农村部,中国生物技术发展中心划入国家卫生健康委员会,中国21世纪议程管理中心、科学技术部高技术研究发展中心划入国家自然科学基金委员会。

    国家自然科学基金委员会仍由科学技术部管理。

    科学技术部不再保留国家外国专家局牌子。

    组建国家金融监督管理总局

    根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案,组建国家金融监督管理总局。统一负责除证券业之外的金融业监管,强化机构监管、行为监管、功能监管、穿透式监管、持续监管,统筹负责金融消费者权益保护,加强风险管理和防范处置,依法查处违法违规行为,作为国务院直属机构。

    国家金融监督管理总局在中国银行保险监督管理委员会基础上组建,将中国人民银行对金融控股公司等金融集团的日常监管职责、有关金融消费者保护职责,中国证券监督管理委员会的投资者保护职责划入国家金融监督管理总局。

    不再保留中国银行保险监督管理委员会。

    深化地方金融监管体制改革

    根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案,深化地方金融监管体制改革。建立以中央金融管理部门地方派出机构为主的地方金融监管体制,统筹优化中央金融管理部门地方派出机构设置和力量配备。地方政府设立的金融监管机构专司监管职责,不再加挂金融工作局、金融办公室等牌子。

    中国证券监督管理委员会调整为国务院直属机构

    根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案,中国证券监督管理委员会调整为国务院直属机构。中国证券监督管理委员会由国务院直属事业单位调整为国务院直属机构。强化资本市场监管职责,划入国家发展和改革委员会的企业债券发行审核职责,由中国证券监督管理委员会统一负责公司(企业)债券发行审核工作。

    统筹推进中国人民银行分支机构改革

    根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案,统筹推进中国人民银行分支机构改革。撤销中国人民银行大区分行及分行营业管理部、总行直属营业管理部和省会城市中心支行,在31个省(自治区、直辖市)设立省级分行,在深圳、大连、宁波、青岛、厦门设立计划单列市分行。中国人民银行北京分行保留中国人民银行营业管理部牌子,中国人民银行上海分行与中国人民银行上海总部合署办公。

    不再保留中国人民银行县(市)支行,相关职能上收至中国人民银行地(市)中心支行。对边境或外贸结售汇业务量大的地区,可根据工作需要,采取中国人民银行地(市)中心支行派出机构方式履行相关管理服务职能。

    完善国有金融资本管理体制

    根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案,完善国有金融资本管理体制。按照国有金融资本出资人相关管理规定,将中央金融管理部门管理的市场经营类机构剥离,相关国有金融资产划入国有金融资本受托管理机构,由其根据国务院授权统一履行出资人职责。

    加强金融管理部门工作人员统一规范管理

    根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案,加强金融管理部门工作人员统一规范管理。中国人民银行、国家金融监督管理总局、中国证券监督管理委员会、国家外汇管理局及其分支机构、派出机构均使用行政编制,工作人员纳入国家公务员统一规范管理,执行国家公务员工资待遇标准。

    组建国家数据局

    根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案,组建国家数据局。负责协调推进数据基础制度建设,统筹数据资源整合共享和开发利用,统筹推进数字中国、数字经济、数字社会规划和建设等,由国家发展和改革委员会管理。

    将中央网络安全和信息化委员会办公室承担的研究拟订数字中国建设方案、协调推动公共服务和社会治理信息化、协调促进智慧城市建设、协调国家重要信息资源开发利用与共享、推动信息资源跨行业跨部门互联互通等职责,国家发展和改革委员会承担的统筹推进数字经济发展、组织实施国家大数据战略、推进数据要素基础制度建设、推进数字基础设施布局建设等职责划入国家数据局。

    优化农业农村部职责

    根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案,优化农业农村部职责。为统筹抓好以乡村振兴为重心的“三农”各项工作,加快建设农业强国,将国家乡村振兴局的牵头开展防止返贫监测和帮扶,组织拟订乡村振兴重点帮扶县和重点地区帮扶政策,组织开展东西部协作、对口支援、社会帮扶,研究提出中央财政衔接推进乡村振兴相关资金分配建议方案并指导、监督资金使用,推动乡村帮扶产业发展,推动农村社会事业和公共服务发展等职责划入农业农村部,在农业农村部加挂国家乡村振兴局牌子。

    全国脱贫攻坚目标任务完成后的过渡期内,有关帮扶政策、财政支持、项目安排保持总体稳定,资金项目相对独立运行管理。

    不再保留单设的国家乡村振兴局。

    完善老龄工作体制

    根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案,完善老龄工作体制。实施积极应对人口老龄化国家战略,推动实现全体老年人享有基本养老服务,将国家卫生健康委员会的组织拟订并协调落实应对人口老龄化政策措施、承担全国老龄工作委员会的具体工作等职责划入民政部。全国老龄工作委员会办公室改设在民政部,强化其综合协调、督促指导、组织推进老龄事业发展职责。

    中国老龄协会改由民政部代管。

    完善知识产权管理体制

    根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案,完善知识产权管理体制。加快推进知识产权强国建设,全面提升知识产权创造、运用、保护、管理和服务水平,将国家知识产权局由国家市场监督管理总局管理的国家局调整为国务院直属机构。商标、专利等领域执法职责继续由市场监管综合执法队伍承担,相关执法工作接受国家知识产权局专业指导。

    国家信访局调整为国务院直属机构

    根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案,国家信访局调整为国务院直属机构。贯彻落实新时代党的群众路线,加强和改进人民信访工作,更好维护人民根本利益,将国家信访局由国务院办公厅管理的国家局调整为国务院直属机构。

    精减中央国家机关人员编制

    根据国务院关于提请审议国务院机构改革方案的议案,精减中央国家机关人员编制。中央国家机关各部门人员编制统一按照5%的比例进行精减,收回的编制主要用于加强重点领域和重要工作。

    重磅!一图速览国务院机构改革方案

    国家地质实验测试中心向瑞金市人民政府移交土地质量调查成果并进行科普宣传

     

    地球化学生物技术处理酸性矿山废水现场

     

    仙桃市富硒办公室等向测试中心赠送锦旗

    生态环境是人类生存最为基础的条件,是我国持续发展最为重要的基础。国家地质实验测试中心所属自然资源部生态地球化学重点实验室近年来在矿山酸性废水处理、复合性污染土壤修复、土地质量调查、大气中持久性有机污染物示踪研究等方面取得了显著进展,为改善地球环境作出了贡献。让我们一起来了解他们保护地球家园的行动。

    卡住污染的源头

    ——地球化学生物修复技术处理酸性矿山废水

    谭科艳

    金属硫化物矿山在开采、冶炼过程中,会产生含有大量金属离子及硫化物的酸性废水。若这种酸性矿山废水直接排放到地表水中,就会使其中的金属和硫元素在底泥中富集,并对周边生态环境及人体健康造成严重危害。

    目前,针对酸性矿山废水的处理技术主要有以下几种:一是中和处理技术,通过向废水中投放碱性中和剂(石灰、硫化钠、碳酸盐矿物等)来实现废水处理。中和法是传统的处理方法,虽可实现一定的废水处理目的,但存在不易控制、处理效果差的问题。二是微生物处理技术,通过具有特定功能的微生物对废水中的污染物进行富集、转化、矿化等来降低其有效性和迁移性。微生物处理技术具有成本低、效率高的特点,但存在稳定性差的问题。三是人工湿地处理技术,人工湿地由人工基质和水生植物组成,通过土壤—植物—微生物系统来对废水进行净化,但存在占地面积大、处理周期长的问题。四是渗透—渗析处理技术,具有分离效率高、无相变、节能的特点,但存在修复费用高的问题。

    为了解决上述技术瓶颈问题,国家地质实验测试中心设计了一套地球化学生物技术处理酸性矿山废水的系统,提高了酸性矿山废水处理效果,增强了系统稳定性,且不会造成二次污染。

    该中心在江西德兴铜矿酸性矿山废水排放源头建立了一个示范点,设计了铁去除、硫酸盐还原、硫回收、锰去除和末端净化单元,利用当地底泥驯化的SRB,在厌氧条件下通过代谢使能量和电子转移(氧化还原反应),进行硫酸根离子的还原和硫化铜的回收;利用曝气和氧化细菌的方法将大量的铁、锰转化为氧化物进行絮凝沉淀;利用天然矿物材料强大的阳离子交换吸附能力去除微量有毒重金属;并调节pH值到中性以达到减少污染排放和对下游生态环境的影响,达到国家污水综合排放标准。针对pH值极低,含大量铜、锰重金属,含大量铁,以及极高浓度的硫酸根离子的AMD,设计方案理论上达到重金属去除率80%以上,具有结构简单、成本低廉、控制容易、处理效率高、净化效果好、能耗低的优点,针对德兴铜矿排放废水的特点提供了技术解决方案。

    本技术不仅将污染修复工作放到铜矿AMD的源头排放点,卡住污染排放的根本,真正做到矿山修复治理的源头防控,而且形成了从上游技术研发到下游应用的完整链条,迈出了修复技术现场应用的关键一步,同时也体现了国家地质实验测试中心的技术引领地位,开创了中心与地方企业融合发展的新局面。

    彻底去除土壤中的重金属

    ——EK-PRB/SS联合技术修复复合污染土壤

    黄园英

    随着我国产业转移政策的实施和城市“三旧”改造的加快,因工业企业关停转而遗留的“棕地”不少于50万块,主要表现出多源、复合、持久、面广、量大等特征,其中,无机污染(以重金属为主)、有机污染以及二者的复合污染均较为突出。这些日益增多的污染场地将对环境和公众健康构成巨大威胁,成为影响和制约城市可持续发展的重要因素。电动修复因具有适用于低渗透性土壤和同时去除多种污染物的优势而受到广泛关注。由于土壤组成、污染物类型、性质等不同,特别是在不同污染物同时存在的复合污染情况下,单一修复技术往往难以达到修复目标,因此,不同修复技术的组合应用越来越受到重视。

    依托部公益性科研专项《电动力学与PRB技术联合修复有机氯和镉、铬(Ⅵ)污染土壤》,针对重金属—有机氯复合污染土壤,国家地质实验测试中心研发了一种新型、绿色环保的土壤修复技术——电动力学—渗透反应格栅技术(EK-PRB)。项目自主研发的EK-PRB装置及工艺,以绿色环保的太阳能供电为主,电动力装置与PRB采用原位连接方式,PRB反应介质为来源广泛、价格低廉的天然材料等组成,失效后可随时更换。阴阳极采用特殊的摆放方式,克服了以往阴阳极作用距离短,电场分布不均匀的缺点,使得EK-PRB技术应用于野外现场污染场地修复成为可能,打破了以往大部分电动修复研究仅停留在实验室阶段的局限。野外现场小试结果表明,EK-PRB技术对“活动态”重金属和有机氯能同时去除,土壤中重金属镉、铬“活动态”去除率大于50%,总六六六和总滴滴涕去除率大于90%。

    而对于多重金属复合污染土壤,采用自主研发的电动力学—稳定化(EK-SS)修复装置和修复方案,重点解决了如何使土壤中的多种重金属同时快速定向运动和如何将EK-SS的具体修复方案和修复装置实用化两个技术难点。典型示范结果表明,该技术对污染土壤中各种形态的重金属(包括铜、铅、锌、镉、汞和砷)都有去除作用。经过48小时处理,土壤中大多数重金属浓度可降低70%左右,电动修复的成本由每立方米2500元降低至565元左右。

    EK-PRB/SS技术已形成了有机—重金属或多种重金属复合污染场地的修复方案和配套修复装置等创新性成果,并通过现场小试和典型示范说明其应用效果,初步评估其快速、高效和经济实用性。另外,该技术为“永久性”修复技术,将重金属或有机物从土壤中彻底去除,消除了重金属重新活化的风险隐患,且适用范围广,经济效益高,二次污染少,因此在污染场地原位修复方面将有广阔的应用前景。

    生态环境调查的新利器

    ——精准高效绿色的环境有机分析技术

    饶竹

    环境中持久性有机污染物、药物、个人护理品、合成麝香及紫外吸收剂等新型污染物对生态环境和人体健康具有潜在威胁,其调查与评价是生态地球化学学科发展的新需求。一年来,国家地质实验测试中心先后建立了气相色谱—质谱、气相色谱—三重四极质谱法测定水、土壤中合成麝香及紫外线吸收剂,以及液相色谱三重四极质谱分析方法测定水、土壤中10种全氟化合物的新方法。这些方法高效、快速、准确,已应用于生态区地球化学样品分析,研究成果相继发表在国内外期刊上,达到国内外先进水平。

    自动绿色有机污染物分析技术既是当前分析技术发展的方向,也是生态文明建设发展的需要。2019年,中心围绕自动绿色技术,开发了自动顶空—全二维气相色谱测定短链氯化石蜡分析新方法,样品用量由1升减为10 毫升,无需有机溶剂,避免了有机试剂造成的二次污染。该方法已成功应用于北京地区地下水、湖水、河水中的短链氯化石蜡测定,为生态环境调查提供了新的科学手段。

    抗生素污染是生态地球环境研究的新课题。中心利用超高分辨率液相色谱—质谱联用仪建立了自动在线固相萃取—超高效液相色谱—高分辨质谱分析平台,实现了地下水中40种抗生素自动化识别、确证与定量分析,在无标准品情况下,对批量地下水样品中近200种目标物进行自动化识别,样品用量仅需10毫升,全部检测时间仅1小时,大幅减少了样品前处理时间、有机试剂用量和野外采样工作量,有助于提高地下水资源质量调查与监控的效率。

    此外,该实验室还完成了“DZ/T0064.72-201x 地下水质检验方法”中敌敌畏、甲拌磷、乐果、甲基对硫磷测定 气相色谱法等4个地下水标准的报批;完成了“地下水43种极性农药测定 液相色谱—质谱”“地下水 38多环芳烃衍生物测定 气相色谱—质谱法”等6个标准方法研制工作,形成了地质行业有机污染检测标准新架构,将现行有效的“DZ/T 0064-93地下水质检验方法”中13项有机污染物检测指标扩展至265项,大幅提升有机污染检测标准化水平;有力支撑了“DZ /T 0290-2015地下水水质标准”“GB/T14848-2017地下水质量标准” “DZ/T 0307-2017地下水监测网运行维护规范”标准的实施。

    这些新技术新方法已成功应用于雄安新区水土有机污染现状调查、贵州南明河抗生素赋存水平调查、污水回灌影响下的北京市地表水中药物与个人护理品分布特征与评价,以及河南洛阳、山西晋中等污染场地地下水有机污染筛查,有利支撑了生态文明建设,促进了生态地球化学学科的发展。

    发掘瑞金特色土地资源

    ——土地质量调查助力精准脱贫攻坚

    刘斯文

    2017年以来,国家地质实验测试中心承担了自然资源部中国地质调查局“支撑服务赣州六县精准脱贫攻坚地质调查”工作,瑞金市1∶5万土地质量地球化学调查是其中的一部分。为高质量完成该项任务,中心调集能兵强将、充分发挥测试分析专业优势,在标准要求基础上增加了特色农产品中钾、钙、磷、铁、锗等8种有益人体健康元素的测试分析,为最大程度地发掘瑞金市特色土地资源和名特优产品提供测试分析数据支撑。

    瑞金市1∶5万土地质量调查涉及7个乡镇,面积400平方公里,基本覆盖了瑞金盆地的农耕区。此次土地质量调查是自20世纪80年代瑞金市第二次土壤普查以来最为全面的一次体检,也是对“藏在深闺人未识”的特色土地资源、特色农产品的一次全面发现。

    调查发现,瑞金市土壤环境质量优越,清洁土壤面积约占98%。富硒土壤面积达31平方公里,呈北东—南西向,分布于瑞金盆地、河谷边缘的黄柏乡、沙洲坝镇、云石山乡等地区。富锌土壤面积达70平方公里,连片分布于瑞金盆地内的壬田镇、叶坪乡等地区。调查还发现富硒、富锌特色农产品,比如:富硒、锌、铜、钙、钾的莲子、花生,富硒杨梅、水稻,富硒、富锰茶叶。其中,瑞金莲子中的硒、钙平均含量是普通莲子含量的4倍。项目查明,瑞金市无公害土壤和绿色食品产地面积占比高达95%。其中,AA级绿色产地占48%、A级绿色产地47%,共圈定绿色富硒、富锌农业产业基地16个。

    2018年12月,国家地质实验测试中心向瑞金市人民政府移交了《赣州市瑞金市1∶5万土地质量地球化学调查成果报告》和《瑞金市绿色富硒、富锌特色农业基地档案集》。瑞金市人民政府表示,地球化学调查成果对于瑞金市脱贫攻坚,发展地方经济、脱贫致富、生态文明建设等诸多方面具有非常重要的应用价值。部分富硒、富锌农业基地已经实现成果转化应用,带动了近万人口脱贫,取得了显著的社会和经济效益。

    助力仙桃打造富硒农都

    ——土地质量调查服务地方经济发展

    刘久臣

    国家地质实验测试中心承担的《湖北典型地区1∶5万土地质量地球化学调查》项目, 2016~2018年在湖北省江汉平原仙桃市开展1∶5万土地质量地球化学调查示范。调查结果显示,仙桃市土地环境质量优良,营养元素丰富,在完成的605平方千米调查面积中,发现富硒土地资源250平方千米。依靠调查成果,项目组积极与地方政府对接,服务社会效果显著。

    土地质量地球化学调查成果应用于仙桃市自然资源局于2017年开展的永久基本农田划定工作,在国土管理与资源利用中发挥了重要作用。结合仙桃农业发展方向,国家地质实验测试中心协助仙桃市政府编制了《仙桃市富硒产业发展规划》,规划至2021年将着力打造40万亩富硒水稻、30万亩富硒油菜、20万亩富硒蔬菜、10万亩富硒瓜果和莲藕的“四三二一”工程,建成六大富硒板块、百万亩富硒产业基地,一个富硒产业园、富硒产品物流中心和交易中心。

    围绕硒元素的科普与开发,国家地质实验测试中心协助仙桃市建设了中国首家以“硒元素”为主题的科普性展览馆“中国硒馆”。该场馆将于2019年6月开馆,届时将成为仙桃市“荆楚富硒粮仓,中国富硒农都”建设上的一张新名片。此外,还协助地方进行富硒产业的宣传推介工作,为地方进行科普讲解,在地方电视台、报纸等宣传媒介推介项目成果,吸引更多富硒产业落户仙桃。截至2018年底,仙桃市已建成富硒农产品基地45万亩,富硒产业规模达14.6亿元,从事富硒产业企业总数15家,富硒产品商标数5个。

    国家地质实验测试中心还协助仙桃市组建了湖北省食用富硒农产品监督检验检测中心,为富硒产业发展技术攻关及产品质量安全提供保障。目前,该检测中心已完成100多个大宗农产品的富硒检测,开展了8个富硒农产品标准化生产科研试验示范。

    仙桃市自然资源局、仙桃市农村工作领导小组办公室、仙桃市富硒农产品开发领导小组办公室、仙桃市西流河镇人民政府对项目成果给予了高度认可,并期待与国家地质实验测试中心在富硒农产品开发与测试上继续保持合作,让富硒产业在乡村振兴事业中发挥更大的作用。

    揭开雾霾产生的自然条件之谜

    ——东亚季风区大气颗粒物7Be纬度分布规律探索

    杨永亮 盖楠

    宇宙射线成因核素7Be(半衰期53.3天 )来源于平流层底部和对流层顶部,是宇宙射线同大气中的氮和氧原子相互作用的产物, 7Be 在大气中的浓度不受人类活动影响、无地表污染源、可经大气运移,是一种有效的大气气溶胶示踪剂。

    在中国地质调查局地质调查项目及国家自然科学基金项目的支持下,国家地质实验测试中心较为系统地开展了对处于中国东亚季风区内的纬度范围为19°N~53°N的7Be的大气沉降通量、土壤中累积量、大气气溶胶中含量在不同季风条件下的纬度分布规律以及7Be对典型大气中持久性有机污染物的示踪研究。

    通过在中国五个不同纬度城市(低纬度的广州、中纬度的苏州、北京、青岛以及高纬度的黑河市)大气气溶胶中7Be和典型持久性有机污染物(有机氯农药和多氯联苯)的同步观测,发现我国东亚季风区不同纬度城市近地表大气气溶胶中7Be浓度的年平均值与纬度之间的关系服从正态分布规律。

    持久性有机污染物会吸附在大气颗粒物上随大气环流远程迁移。为此,项目组开展了我国东亚季风区不同季节大气颗粒态和蒸汽态有机氯农药六六六和多氯联苯的纬度分布研究。研究证明,以宇宙射线成因核素7Be作为大气环流的参照系,可以解释东亚季风区大气环流对持久性有机污染物纬度分布现象。7Be可作为大气污染物远程迁移研究的一个有效的地球化学示踪剂。

    此外,为了有效鉴别京津冀地区自然条件因素和人类活动因素对雾霾发生的影响,正在开展的大气气溶胶中7Be的纬度分布研究,根据风向在京津冀地区布置多个采样点,在观测7Be的同时也对一些重要污染物进行观测。该研究对大气环境地球化学研究以及对雾霾的预测、预报具有一定的科学意义和应用价值。

    项目组通过对不同地区大气沉降通量的同步研究,对7Be的地球化学行为有了更深入的了解,并对大气污染物远程输送、沉降的中、长期变化及跨境迁移规律的探明提供了重要数据;同时,对雾霾的成因、发生过程及机理进行深入分析,研究成果将对我国中纬度地区大气污染及雾霾的防控具有重要意义。

    改善生态环境,我们在行动

    7月6日,陈明团队在湖南湘潭进行镉铅锌铜汞污染场地修复前调查

    2014年,在福建德化做Hg污染土壤修复的盆栽实验

    2015年,与同事和研究生在湖南湘潭做重金属污染土壤电动修复技术试验

     

    6月27日,十二届全国人大常委会第二十八次会议分组审议了《中华人民共和国土壤污染防治法(草案)》。作为我国国家层面制定的第一部土壤污染防治领域的单行法,草案对农用地和建设用地土壤污染的风险管控和修复分别作出规定。面对国家针对土壤污染的高度关注,国土资源部长期从事污染土壤修复的专家怎么看?日前,记者走访了中国地质科学院矿产资源研究所陈明研究员。

    《土壤污染防治法》呼之欲出,土壤修复产业再迎利好

    经过雨水连日的洗涤,北京恢复了阳光灿烂的夏季“日常”。看上去,陈明的心情也很晴朗,他说,比起手中多个土壤修复项目进展顺利,更让他高兴的是国家对土壤污染高度关注的“大气候”。

    他告诉记者,自己曾多次参加土壤污染防治法立法讨论会。《土壤污染防治法》反映了预防为主、保护优先、分类管理、风险管控、污染担责、公众参与等土壤污染防治的原则,它的及时出台,对防治土壤污染将有巨大的推动作用。草案明确国家每10年组织一次土壤环境状况普查,并实行土壤污染状况监测制度。同时,建立土壤污染防治基金制度,设立中央和省级土壤污染防治基金,鼓励企业以市场运作方式参与土壤污染防治。“就土壤污染修复市场而言,这无疑是继‘土十条’之后,在本行业最振奋人心的国家政策。”

    被公众称为“土十条”的《土壤污染防治行动计划》要求,到2020年,初步遏制土壤污染加重趋势,保持土壤环境质量总体稳定,农用地和建设用地土壤安全得到基本保障,土壤环境风险得到基本管控;受污染耕地和污染地块安全利用率均达到90%或以上。到2030年,土壤质量要稳中向好,农用地和建设用地土壤安全有效保障,土壤环境风险得到全面管控;受污染耕地和污染地块安全利用率均达到95%以上。到本世纪2050年左右,土壤环境质量全面改善,生态系统实现良性循环。

    “目标明确,难度很大,完善立法显然是关键的一步。”陈明说,我国的土壤污染整体上分成耕地污染、场地污染和矿山污染3大类,实际工作中还会涉及到固废、淤泥和河湖底泥等。对农用地而言,可按污染程度和相关标准划为3个类别:未污染和轻微污染的划为优先保护类,轻度和中度污染的划为安全利用类,重度污染的划为严格管控类。

    《土壤污染防治法(草案)》细化了农用地分类管理制度,规定“安全利用类”耕地集中区应定期开展耕地土壤和农产品协同监测;对于“严格管控类”农用地,将依法划定特定农产品禁止生产区;对于建设用地,将建立土壤污染风险管控和修复名录制度,列入名录的污染地块,不得批准其作为住宅、公共管理与公共服务等用地。同时,草案还禁止在居民区和学校、医院、疗养院、养老院等单位周边新建或者扩建可能造成土地污染的建设项目。

    “农用地严格管控、分类利用,污染地块不得作为住宅用地,这些都大大激发了土壤修复市场的活力。土壤修复产业即将迎来一个新的快速发展期。”他告诉记者,我国约有4200万亩轻度污染和2800万亩中度污染耕地,属于安全利用类。纵观国内外耕地修复,真正见效快而且一次修复效果能够持续数年的耕地修复技术其最低成本也在3~5万元/亩,而且视土壤类型和污染物种类而差异巨大。因此,仅安全利用类耕地修复一项,预计市场空间至少有2.1万亿元人民币。“此外,还有约2000万亩属于重度污染的严格管控类耕地,同样需要不同形式的处理和修复,相关市场空间应该大于前者。”

    陈明说,按照最保守的估计,我国至少有污染场地50万个,修复成本为1000万元至数十亿元每个不等,估计平均修复成本约为5000万元,市场空间约为25万亿元。另外,我国有不同规模的污染矿山约6万座,绝大部分存在生态破坏和重金属污染问题,面积一般在数平方公里。由于其修复难度更甚于耕地和污染场地,如果都要进行修复的话,修复成本将是天文数字。

    土壤污染积重难返,形成缓变型地球化学灾害

    以往数十年的粗犷式经济发展,大量的污染物快速进入水土系统,使某些地方的土壤成为最肮脏、形成机理最复杂、修复难度最大的环境介质。

    陈明告诉记者,人类自青铜时代就向自然界投放各种化学物质。尤其是工业革命以来,人类在采掘自然资源、进行物质生产、创造物质文明的同时,也大量向自然界排放各种废弃物和有毒有害物质;现代化的农业使大量的农药、化肥残留在土壤中。

    尽管土壤系统也具有一定的环境容量和自净功能,即土壤可以容纳少量的重金属或有机污染物,把它们转化成活性较差的形态,如果缓慢加入可能不至于造成严重的生态危害,但环境容量是有限的,自净能力也是有限的,也需要时间去“消化”。如果外部的污染物长期不断地加入进土壤系统,或者加入的速度太快,就会使有害物质的累积量超越了土壤承受能力限度,则土壤的理化性质就会发生剧烈变化,甚至此前积累的、相对稳定形态的污染物会重新被活化、二次释放而容易被各种植物吸收,并进一步导致对生态系统乃至人体健康带来严重的和不可逆转的灾害性后果。这种情况在1978年被欧洲科学家定义为“化学定时炸弹”。

    中国科学院院士谢学锦先生首先将“化学定时炸弹”的概念引入中国,引燃了国内土壤和沉积物中污染物的非线性积累与释放的研究热潮。从2001年开始,在谢学锦等的建议下,国内将“化学定时炸弹”的研究转向更具科学内涵的“缓变型地球化学灾害”研究。

    2002年,陈明作为项目或课题负责人承担了国土资源部“十五”规划项目和国家“973”课题,开始研究缓变型地球化学灾害爆发过程和机理,认为重金属的缓变型地球化学灾害主要体现在污染物的不同存在形态之间的相互转化上,并定义了其中了两个重要概念——“污染物可释放总量”和“活动形态的总浓度”。也就是说,土壤中绝大多数污染物都存在不同的形态,有的形态可以溶于水,直接被动物、植物吸收,有的则在常温常压下是稳定的,不溶于水,也不会直接被动物植物吸收。例如:土壤中的铬可以以铬尖晶石形式存在,在常温常压下极为稳定,即使是在现代冶炼条件下也不容易释放出来。“因此土壤修复重点考虑的不是污染物的总量,而是如何遏制或消除土壤中‘可释放’的活动形态的污染物。”

    2004年,陈明在执行科技部重点国际合作项目“大型城市水土环境污染机理与综合修复技术研究”中,研究了硫化钠/硫代硫酸钠作为稳定化剂的可能性及其缺陷,并基于缓变型地球化学灾害理论提出了用炭石灰进行重金属污染土壤修复的思路,取得了较好的修复效果。

    2012年,陈明又承担了“海西经济区缓变型地球化学灾害研究”课题,带领团队探索了汞元素缓变型地球化学灾害链的组成与阻断途径,将天然矿物与纳米材料结合起来,研发了一种新型汞稳定化剂,可使汞元素超标土壤中的活动态汞下降65%以上,敏感作物空心菜中汞含量下降75~90%。

    “如今,国土资源部已形成一系列具有地学特色的理论研究成果和土壤修复技术。其中,理论研究成果主要体现在缓变型地球化学灾害和地球化学工程学两方面,在技术上则研发了以地球化学工程技术为核心的若干种土壤修复剂及重金属污染土壤的电动修复技术。”陈明介绍说。

    地球化学服务农业,揭秘农作物与土壤的关系

    国内最早的区域性土壤地球化学质量调查工作试点是上世纪80年代中期,由浙江省区域地质调查大队实施。1988年,刚从长春地院毕业后被分配到浙江物探队刚刚一年的陈明又承担了“浙江省厚层覆盖区地球化学扫面设计”。在工作中,陈明了解到土壤地球化学质量与农产品的产量和质量密切相关,一个有趣的现象深深吸引了当事仅有22岁的他:浙江黄岩地区有些地方的蜜桔外表鲜亮,而某些地方的蜜桔则外皮变皱、口感发酸?

    调查发现,优良的柑桔主要产于海拔200米以下的侏罗纪火山岩残积层发育区和滨海平原区,由于这类地区土层厚、通透性好、土壤养分丰富;而有些地方柑橘产量、品质下降,是因为土壤某些元素养分因长期种植流失严重。陈明记得很清楚,在一块柑橘种植区发现了一个奇怪的现象,在大部分柑橘树失绿、果实变差的同时,却有个别树未受影响,而这些树都被农民钉上了铁钉挂东西。这与土壤化学调查结论不谋而合:这里的土壤中缺铁,而铁钉生锈后恰恰增加了植物对铁元素的吸收。据说后来农民得知这个结论后,就在其他树根上也钉上了铁钉子,蜜桔就又恢复了之前的圆滚滚,味道也变得更甜了。

    陈明告诉记者,其实古人很早就对“农作物种类品质与土壤密切相关”有所认识。距今2500年前的《晏子春秋》中曾记载了这样一段:“橘生淮南则为橘,生于淮北则为枳,叶徒相似,其实味不同。所以然者何?水土异也。”而现代科学尤其是地质科学完全可以从地球化学的角度,更为详细地解答农业地质背景与农作物的关系。

    1989年,陈明回到长春地院读研究生。1990年,他代表长春地院参加了由原地矿部国家地质试验测试中心承担、李家熙负责的国家“八五”攻关项目——《区域地球化学在农业和生命科学上的应用研究》,通过生命元素在岩石、水、土、食物直至人体迁移循环过程中不同介质内的含量及其分布特征,将岩石圈一生物圈一水圈系列中的主要环节有机地连结起来,总结和概括出区域性环境地球化学背景,研究影响生态环境的主要因素和相关因素,揭示生态环境现实状况,对地球化学环境作出客观评价,建立合理的区划,以达到治理环境、促进工农业生产和提高人们健康水平的目的。“正是这个项目,改变了我的人生轨迹。”陈明说。后来,陈明还参与了针对吉林人参、河北水蜜桃等特色农产品的区域土壤地球化学背景研究,与同事们共同揭示了地域土壤组成的“化学秘密”,为当地农作物种植区划分、品质提升提出了一些建议,可惜的是,这些地质科研项目的成果并没有得到推广和应用。

    修复重金属土壤,国土资源行业要重拳出击

    国内外对土壤重金属污染的治理主要从两方面入手:一是活化手段,即增加重金属的溶解性和迁移性,通过土壤淋洗和植物萃取等手段把土壤固相中的重金属快速转移出土壤。二是钝化手段,即改变重金属在土壤中的存在形态,通过降低重金属的生物有效性,从而降低农作物对重金属的吸收量,降低污染风险。从农业生产的角度看,钝化手段比较符合现阶段我国农业的发展水平,经济可靠且易于农民掌握,有利于大面积推广。

    “地球化学工程学原理是应用地球化学知识,通过人工制造的某些地球化学作用或利用地球化学原理制造的产品实现环境污染治理与管理的途径、方法和技术。”陈明告诉记者,在这一思路下,地质科学工作者提出了稳定化、净化和适宜化3种土壤修复思路。稳定化就是把不稳定的有害组分固定住,使其失去生物有效性;净化就是把高含量的有害组分去除掉或充分降低;适宜化就是在某些情况下把一些有益元素加入到特定的系统中去。

    陈明告诉记者,与传统物理、化学和生物技术相比,采用地球化学工程技术治理重金属污染,具有廉价、高效、管理简单、无二次污染的特点。其中,利用黏土矿物或通过改性来生产地球化学处理剂,原料来源广泛、价格低廉,不会对环境造成二次污染,非常适用于重金属污染土壤的修复工程。

    据他介绍,近些年,国土资源部利用地球化学工程技术,在重金属污染土壤修复等方面积累了大量技术经验,形成了多个示范性工程。如:国家地质实验测试中心在安徽铜陵尾矿坝的重金属污染土壤修复示范区,选用若干种黏土矿物,结合一定的环境条件控制技术,使重金属元素超标土壤中种植的蔬菜的重金属元素含量达到《食品中污染物限量标准》。该研究成果已经成功用于德兴铅锌矿冶炼厂重金属污染山体的修复,使寸草不生的酸化和多金属污染土壤恢复种植功能,山体复绿。再比如:将含磷矿物用于土壤重金属污染原位修复,使重金属元素有效态转化为稳定的形态,降低其有效性和生物可利用性;采用地球化学工程—生物土壤修复技术,有效降低重金属高污染区人体暴露的风险。

    近几年,陈明带领的资源所土壤修复科研团队利用不同天然矿物材料对重金属的专属吸附性,研发3种高效土壤重金属稳定化剂专利技术,可将重金属禁锢在土壤微粒中,不易被氧化、分解和重溶,从而使得修复效果具有长期稳定性。测试表明,新型修复剂可降低65%以上的土壤活动态重金属,并降低70%~95%的农产品中的重金属。

    针对大城市高地价区的场地污染修复,陈明团队还研究了一种重金属提取技术——具有地学特色的“原地异位”的EK-SS电动修复技术。该技术用电动力模拟多期次脉动热液成矿作用过程,利用重金属捕获器可以将高浓度重污染土壤、重金属污染固体废弃物甚至矿石在48~72小时内将土壤中重金属去除60%~90%。

    “任何一种土壤修复技术都不是万能的,因为我国各地土壤特性不同、气候条件各异,污染物种类、浓度以及活动态、非活动态都不一样,而且土地的用途各不相同,如城市的场地修复可以下猛药,耕地修复就必须高标准严要求,以保证土壤的微生物种群、营养物质、分层结构都不破坏,而矿山修复更为复杂。所以,我认为在实际进行土壤修复时,必须做到因土而异、订制施治,这样才能像老中医一样,做到一人一方,才能做到药到病除。特别是耕地修复,由于土壤类型、自然地理条件、污染物种类及其组合、污染物含量范围等因素错综复杂的交叉,实际上不存在‘一药治百病’的‘仙方’。”陈明强调。

    值得关注的是,目前的《土壤污染防治法》主要关注了场地污染和耕地污染,而对矿山这个重金属污染的源头的关注比较少。陈明认为,过去由于中国地质科学院定位于社会公益型研究基础,主要从事基础性、公益性研究工作,很在在应用性的土壤修复技术研究方面获得国家和部门项目资助,这是非常可惜的。在当前“万众创新”的大形势下,这样的局面有望被打破,国土资源部门数十年积累的地质、地球化学基础研究成果有望在土壤修复领域发扬光大。对于矿山环境修复,国土资源部门的科技工作者应有“舍我其谁”的担当。

    记者离开时,陈明表达了自己的一个愿望:“当前党中央、国务院高度重视土壤环境保护工作。作为具有深厚基础、长期经验和技术优势的国土资源部门,理应加大对相关理论研究和技术研发的支持,针对国家对矿山土壤环境修复的迫切需求,快速形成实用性强的土壤修复创新成果,为国家解决土壤污染难题和生态文明建设作出应有的贡献。”

    保卫土壤:地球化学全力出击