李一凡：我思故我在

本刊记者　鲁长国

李一凡：我思故我在

本刊记者鲁长国

李一凡是哈尔滨工业大学教授，同时也是国际持久性有毒物质联合研究中心首席科学家。一位物理系出身的博士却在环境科学领域取得非凡造诣，书写了一段颇富传奇色彩的人生轨迹。

兴趣是科研之基

黑格尔曾说：一个深广的心灵总是能把兴趣的领域推广到无数事物上去。“我抓住了一个比较好的方向”，在探索和求知欲望的驱动下，带着多年物理研究经验积累，李一凡缓缓推开了环境科学研究的大门。

20世纪70年代，人们发现北极圈内的鱼类，甚至人的身体内都残留有机氯农药，主要为六六六（HCH）和滴滴涕（DDT）等有害物质。这些污染物都属于持久性有机污染物（POPs），其特征为化学性质稳定，持久性强，污染残留时间长，可以在动物和人体内长时间累积，并可以通过长距离迁移而进入全球各个地方，包括南极和北极。POPs对人类健康和全球生态环境的巨大危害引起了世界各国政府、学术界、工业界以及公众的广泛重视。

随后，《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》出台，POPs污染成为一个重要的全球性环境问题。为了了解北极圈内POPs的来龙去脉，需解决几个重要的问题：现在的污染程度怎么样？这些物质从哪来？是怎么到达北极圈的？北极圈内此类污染物的排放量几乎为零，可以确定的是，这些有机氯农药污染是从世界其他地方传输过来的，通过大气传输到达北极，这是当时科学家达成的共识。

“科研不能急功近利，扎扎实实打好基础才有创新的能力”，这是李一凡多年从事环境科学研究始终坚持的科研理念。能够成功从物理学领域“跳槽”到环境科学研究中，是他用自己对科研探索热情一路求索、追寻所谱写的华丽乐章。

在科学研究中，李一凡有一个习惯，在阅读论文时，他会将那些有价值的数据，包括POPs的使用、排放、以及在各种介质的浓度数据仔细整理，输入数据库。这是一个费事又费时的工作。但李一凡认为，北极污染物的来源和通道问题是全球性的，做这种研究一定要有全球视野，因此这种数据收集工作是进行该研究所必须的，是研究的基础。多年积累下来，他慢慢建立起自己的“大数据”库，并利用该数据库管理数据，使用各种关联词进行数据的多种方式的调用。事实证明，这份“大数据”无比珍贵，使李一凡在POPs研究中受用无穷。特别是在互联网还不发达的年代尤显重要。曾经发生过这样一件事。李一凡在和他一位作为资深研究员的同事进行学术讨论时，使用了对方早期发表的数据来说明自己的观点。那位资深研究员听到后惊异不已，因为他全然忘记了自己早期发表的这些数据，事后连说“惭愧”。

“假如说北极的POPs污染源是全球其他地区的POPs通过大气长距离传输来的，那么北极大气中POPs的浓度和全球此类POPs的排放应该存在一定联系”，带着这份预测，李一凡开始从HCH的全球排放清单入手。利用他的数据库，李一凡整理出了从20世纪50年代开始的全球HCH的使用量，并计算其排放量，制定了全球首个网格化的POPs排放清单。α-HCH是众多HCH同分异构体的一种，是北极环境中首先监测到的POPs。通过与北极大气监测数据对比，李一凡发现北极大气中的α-HCH浓度与该化合物全球的使用量和排放量高度相关。该发现成为北极大气中α-HCH通过大气长距离传输进入北极的直接证明，是当时北极POPs研究的一个重大发现。他所制定的全球和地区尺度的网格化的POPs使用和排放清单，在科学界被认为具有标志性（landmark）的意义。

“科学探索永无止境”，李一凡也始终坚信这一点。β-HCH是HCH的另外一种同分异构体，由于β-HCH在北极环境中的浓度远低于α-HCH，而当时检测仪器的检测水平低下，β-HCH的数据比α-HCH数据少很多，所以在早期对α-HCH的研究中，β-HCH的研究一直处于停顿状态。但在上世纪末和本世纪初，在北极POPs研究中兴起了一股β-HCH热。由于α-HCH进入北极通道研究的成功，当时科学界都认为所有POPs都是主要通过大气长距离传输而进入北极的，β-HCH也不例外。在β-HCH进入北极的通道的研究中，李一凡从他的数据库中把关于β-HCH相关数据调出来进行分析，发现β-HCH和α-HCH在传输上有不同特征，由此对β-HCH也是通过大气长距离传输而进入北极的观点产生了怀疑。

真理往往掌握在少数人手中。“与大家对我α-HCH研究成果的反应相反，刚开始提出这个观点，几乎所有人都反对”，但李一凡用事实证明自己的推测是正确的。根据“全球分馏”现象理论，α-HCH在海水中的浓度随着纬度升高呈梯度升高，β-HCH在白令海峡南面的太平洋海水中的浓度和α-HCH一样，随着纬度升高呈梯度升高，但在白令海峡北面的北冰洋海水的浓度分布却与之相反，随着纬度升高呈梯度降低。李一凡看到这份观测结果后，电光石火间他脑海里蹦出“β-HCH主要是是通过洋流传输到北极”的想法，第一次提出了具有突破性的见解。他指出，β-HCH和α-HCH不一样，β-HCH不是主要通过大气长距离传输进入北极的，而是通过洋流长距离传输进入北极。不是所有的POPs都可以通过大气的长期输送到达北极，其中有一部分POPs的亨利常数非常小（比如β-HCH）；大气中的β-HCH在没有进入北极以前就几乎全部进入太平洋海水里，因此白令海峡两侧β-HCH的分布呈相反状态。李一凡形象地给记者举了一个高速收费站分流的例子，白令海峡就是那个海洋中的“收费站”，这样一来β-HCH是通过洋流被输送到北冰洋便可以解释得通了。这一论点为监测数据所验证，并解释了过去无法解释的现象。此项研究成果还被国际北极研究机构定为当时几年来北极研究重要成果之一。

此外，李一凡还创建了北极污染物质量平衡模型，该模型成功地对北极的α-HCH和β-HCH的环境行为和归宿进行了预测，这些预测均为监测数据所验证。这些成果让李一凡进入为世界知名北极研究专家之列。

质疑的力量

物理系出身的李一凡，在加拿大跨界做污染物监测方面的研究并不是一件容易的事情，很多想探索的科研课题驱使着他去到更广阔的平台追求一番作为。“回母校做点贡献”使已经是加拿大环境部科技局资深研究员的李一凡，毅然决定踏上回国工作的征途。

回国后，李一凡成为哈尔滨工业大学教授和加拿大Ryerson大学兼职教授，在科研不断深入的同时，他开始着手组建自己的科研团队、搭建研究实验室。很快，李一凡带领科研团队进行了我国首次国家尺度的大气和土壤中有机污染物的同步监测，并获得国家自然科学基金和多项国际项目资助。随着监测网络的建立，李一凡团队获得了大量一手观测数据资料，为后续科研项目的顺利开展打下坚实基础。

“为学患无疑，疑则有进，小疑则小进，大疑则大进”，搞科研要敢于质疑权威，更需要有挑战既有“真理”的实力。半挥发性有机化合物（SVOCs）在大气中的气粒分配问题是一个非常重要的科学研究课题。早在1988年，一位美国科学家在Environment Science & Technology发表了一篇亮点论文，指明SVOCs的干湿沉降对其大气环境行为，特别是其长距离大气迁移，起着重要作用，他第一次把SVOCs的气粒分配和干湿沉降联系在一起，指出SVOCs的干湿沉降是由其气粒分配所决定，为SVOCs的大气环境行为的研究做出了重大贡献，并为全球科学界所公认。该论文在现在依旧被大量引用。10年后，由包括该作者的两位科学家推导了SVOCs大气中的气粒分配的平衡态公式，该公式可对SVOCs的气粒分配行为进行预测，一直为大气环境领域的科学家们所使用。

和很多科学家一样，李一凡也发现该公式在很多情况下不能准确预测SVOCs大气中的气粒分配。在我国15个监测点利用主动采样器进行的大尺度大气中SVOC监测后，李一凡团队获得了60度温度跨度的近700对大气气粒两相数据。通过对这些数据的分析对比，李一凡提出，SVOCs在大气中并不是绝对平衡态，这是因为气粒两相中的颗粒相受地球引力因素影响，大气中气粒两相的空间不是封闭的，因此气粒两相的气粒分配一定要考虑大气中颗粒物的干湿沉降的因素。李一凡独创性地提出了SVOCs在大气中气粒分配的稳衡态理论，并推导了大气中SVOCs气粒分配的稳衡态公式，指出平衡态只是稳衡态在颗粒相的干湿沉降可以忽略不计时的特殊情况。该公式比平衡态公式能更准确地预测SVOCs在大气中的气粒分配规律。李一凡团队利用该公式对多溴联苯醚（PBDEs）的气粒分配配额进行了预测，预测结果为我国和其它国家的大量监测数据所证实。通过这次研究，李一凡团队再次把SVOCs的气粒分配和干湿沉降联系在一起，指出SVOCs的干湿沉降是由其气粒分配所决定的同时，SVOCs的气粒分配也是由其干湿沉降所决定的。这一突破性的发现在该领域中具有指标性的意义。

SVOCs在大气中气粒分配的稳衡态理论的建立对SVOC进入北极的通道研究有着重要指导作用。P B D E s共有209种同系物，BDE-209是其中分子量最大的同系物。基于SVOCs在大气中的气粒分配的平衡态公式，目前科学界认为BDE-209在大气中100%以颗粒相存在。所以，和其它S V O C（比如α-HCH）不同，北极大气中的BDE-209是通过全球大气中的颗粒物的大气长距离传输而进入北极的。基于SVOCs在大气中气粒分配的稳衡态理论，李一凡团队对该观点提出挑战，第一次指出，BDE-209在大气中不可能全部以颗粒相存在，而是和其它SVOCs一样，以气、粒两相存在，而且在一般情况下，大气气相中BDE-209的浓度是PBDEs家族成员中是最高的。因此，得出结论：和其它SVOCs一样，北极大气中的BDE-209主要是全球大气中气相而不是颗粒相的BDE-209经大气长距离传输进入北极的。

稳衡态理论作为大气中SVOCs气粒分配领域的一个新突破，为该领域的拓展和深入研究打开了一扇新的窗口。未来几年内，李一凡将领导其团队更深一步加强对该领域理论和应用的研究，在该领域世界领先水平研究道路上走得更远。

“探索和发现是一件非常有魅力的事情”，谈及近几年的科研工作，李一凡觉得自己的成功应该归结于兴趣和整个团队的努力。从发现问题到找到解决问题的方法，对他而言是一种享受探索魅力的过程。李一凡也这样要求自己的学生，“一定要爱这个工作”。如果对自己的科研工作不感兴趣的话，就会被漫长而且有时是无聊的日常研究过程所击倒。他告诉学生，做研究不能急功近利，要“耐得住寂寞”，搞科研是一个长期积累而后厚积薄发的过程，认定了一个目标就要懂得坚持的意义，这是科研取得成果的关键。有兴趣才能全心投入，才能产生科研灵感，也就能享受整个研究过程。李一凡认为创新精神是研究人员最宝贵的素质之一，他把创新能力的培养作为博士生培养的一个最重要的方向。“创新精神是关键”，如何将创造性思维应用到研究中，李一凡认为这既是一个知识积累的过程，也是一个能力培养的过程。“创新是建立在对研究对象的深度理解之上的，但对研究对象的深度理解后不见得就能有创新性思维。创新是一种能力，这种能力的建立是要有意识地培养的。

行者无疆

作为《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》首批签约国之一，国务院批准的《中国履行〈关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约〉国家实施计划》中，将全面消减和淘汰首批12类POPs物质作为我国乃至全球近十年共同面临的重大任务。

2006年4月，由哈尔滨工业大学倡议，国际持久性有毒物质联合研究中心（IJRC-PTS）成立，李一凡成为该研究中心的首席科学家。短期内，联合研究中心将持续开展对我国、亚洲、甚至全球的持久性有毒物质，特别是POPs的产生机理、来源解析、传输通道、源汇关系的研究。未来，联合研究中心将会开展生态系统对PTS的响应机理研究、PTS的区域性人体健康和生态健康的风险评估研究，为国家制定消减PTS环境负面效应的战略计划提供理论依据。

经过近十年多的努力，现在研究中心已经有包括中国、美国、加拿大、英国、日本、南韩、印度以及越南等8个国家20多所大学和研究机构加入，成为世界著名的持久性有毒物质方面的研究中心。此研究中心的成立在推动开展我国持久性有毒物质的研究工作，开拓交流渠道建立国内及国际间更广泛的合作方面有重要作用。目前，该中心和包括加拿大环境部大气环境研究部门在内的世界知名研究机构均有合作。

工作会让人永葆精力，这一点在李一凡身上得到印证，眼前这位神采奕奕的长者，任谁也看不出是已年近古稀的老人。“如果条件允许，我还是想一直做下去”，李一凡谈到未来工作计划，“除了要把手头上的研究工作做好，还要帮助我的学生在研究上定好位，这样即便是自己退休了，相信学生们在将来工作中也可以在研究上继续做出一番成绩”。“我对学生们要求还是很严格的，”李一凡谈到自己的学生时表示，“没有规矩不成方圆”，严格的制度与宽松的学术氛围是他科研团队建设的基本准则，特别是在中心实验室的管理上建立了一套非常严格的制度。能得此良师益友教诲，是学生和学术界的运气，也是未来中国科研事业发展的希望。

“除去工作的时间我基本都在家，”李一凡在协调事业、生活和家庭有自己独到的方式，“我中学和在农村知青期间喜欢文学，并在黑龙江文艺杂志发表过杂文。我还对历史和宗教也很感兴趣”，任何一个话题他都能畅谈很久。一些问题在他那里都变得源远流长，发人深省。采访接近尾声，李一凡和记者分享他在中东地区宗教的起源与发展、中国佛教发展方面的一些看法，眼前这位长者更像是一位宗教学研究者，而不是一位物理系出身的环境科学研究专家。

古人称，六十而耳顺，是一种包容并蓄的生命体验。如果退休后不能再继续做科研，对李一凡来说一定是一种遗憾，“但我还是可以搞理论和模型研究”。科学是一个日积月累的过程，前人脚印是后人进步的阶梯，正是像李一凡这样在科研学术上孜孜不倦的追求，人类科学事业才不断刷新篇章。