澳大利亚联邦科工组织环境同位素实验室成功经验与启示

查恩爽 孙晓庆

摘要：实验室是高校和科研机构教学、科学研究的重要依托，实验室建设及运行的效果将直接影响教学和科研成果的质量。目前大多数实验室在建设伊始集合优势力量，组建优势团队并吸收大量资金及资源，购置专业仪器设备与构建实验平台，但往往存在实验室生命周期短或不能达到预期定位等诸多问题。为使国家资金及资源发挥最有效的作用并达成实验室建设的目标，需要高度重视實验室的运行管理。澳大利亚联邦科工组织环境同位素实验室是世界一流的同位素检测和分析机构，至今已有近40多年的历史，实现了自我更新，形成良性生态。根据该实验室的发展、壮大及运行维护历史，总结其成功经验，结合我国目前大型实验室建设和发展中的一些不足，提出实验室建设和发展的建议，希望对我国实验室建设及管理提供借鉴。

关键词：澳大利亚联邦科工组织环境同位素大型实验室可持续发展

中图分类号：P641文献标识码：A   文章编号：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

实验室是国家科技创新体系的重要组成部分，是高水平基础研究和应用研究、聚集和培养优秀科学家、开展学术交流的重要基地[1-3]。目前我国一些实验室在建设和管理方面经验欠缺，及时掌握国际上知名实验室的业务结构，分析同类实验室演化规律将对我国实验室筹建及发展起到重要支撑作用[4-7]。纵览我国大多数实验室，从前期高投入建设到后期未按预期定位运行甚至低调消失的不在少数，造成资源的严重浪费。相反，澳大利亚联邦科工组织（CSIRO）环境同位素实验室由建立之初，经过了近半个世纪的风雨，逐步发展壮大，成为当今国际知名的环境同位素测试机构与水环境同位素分析研究中心[8]，文章以在澳大利亚CSIRO访学期间所见所闻为依托，从建设、发展、维护等方面，总结澳大利亚CSIRO环境同位素实验室的成功经验，以期为我国大型实验室建设与发展提供参考。

1、澳大利亚CSIRO环境同位素实验室成功经验

1.1实验室建立与发展立足于国家需求

澳大利亚陆原面积辽阔，但却是全球最干旱的大陆之一，充分了解水循环过程对于区域水资源供给保障和可持续利用尤为重要。环境同位素示踪是了解和预测地球水循环过程的重要手段[9]，但在20世纪70年代，整个南半球地区却没有专业的同位素检测机构，这极大限制了同位素技术在水资源研究领域的应用。为此，澳大利亚联邦科工组织开始着力于国内科研市场调研，重点包括CSIRO机构本身近5年环境同位素测试费用、澳大利亚各大科研高校近5年环境同位素投入，以及全球环境同位素应用实例及论文数量等方面。经过一年的总结分析认为：若不建立环境同位素实验室，第一，CSIRO将失去解决澳大利亚水资源可持续利用上的研究优势，失去在工业界的影响力;第二，将影响水资源评价、深部和浅部含水层水力联系、煤层气开采评价等研究的准确性;第三，现有的研究项目将依托于外单位检测，保守估计测试费用要远超过实验室建设投入;第四，无法处理复杂水化学和非常规取样等难题。因此，CSIRO通过联邦政府资助和自筹两种途径筹集经费，目标是建成符合CSIRO发展和澳大利亚国家需求、对水利部门和政府具有重要影响、经济上可持续性的同位素实验室。0ACCFF6C-45F8-4E25-9A51-820836312E3D

1.2 实验室功能定位着眼国际，形成核心竞争力

由于水汽循环过程的复杂性，水体中单一同位素组分易受多种因素干扰而无法全面反映水汽循环过程。因此，环境同位素示踪技术由传统氘、氧稳定同位素，氚、碳-14等放射性同位素，逐渐向硫、氮以及金属等标志性同位素拓展。近年来，惰性气体同位素以其稳定的特点，在地球科学界得到越来越广泛的关注。例如：氦同位素可以用于示踪不同层位含水层之间水力联系;氪-85同位素半衰期为10年，可用于地下水补给过程分析以及地下水与地表水相互作用过程标识[10-12]。但惰性气体在水体中含量较低且提取困难，目前仅有美国、中国、法国等少数国家掌握水体中惰性气体同位素检测技术，而限制了该同位素在水循环过程分析中的应用[13]。

CSIRO环境同位素实验室从最早具备氘、氧、氚等传统同位素测试条件，到在1995年率先增加了氟利昂同位素测试能力，2004年增加了氟化氢测试能力，2008年增加了轻惰性气体同位素测试能力（氦、氖、氩），2013年在紧密追踪世界同位素应用需求及测试前沿的基础上，集中精力研发低本底值惰性气体同位素取样、提取、分析测试以及解释技术。经过5年的努力，CSIRO已成为世界知名的惰性气体同位素测试和分析机构。正是由于该实验室能够把握世界上环境同位素的应用需求并勇于挑战瓶颈问题，才使得其在长达30多年的激烈競争中依然生机勃勃。

1.3 实验室建设与发展注重基础研发，追求特色与不可替代性

世界经济高速发展的今天，科学技术日新月异，并影响各行各业。同位素测试与分析领域亦是如此。20世纪70年代，同位素测试机构研究核心为测试技术，经数年发展，高效的测试仪器已经研发成功并实现批量商业生产，使得同位素测试不再是一个科学问题，而是通过简单的机械操作即可完成。这使得许多同位素测试研发机构由基础研究转向依托于商业仪器的营利机构。科研机构的实验室一旦依托于购买的商业化仪器设备，其在核心技术竞争力上势必会落后于同行研发机构，而在经费上又不及面向市场的商业测试机构，终将面临难以维持的困境。CSIRO环境同位素实验室以此为警钟，特别注重基础研发工作。以氪同位素试验设备研发为例，从2013年提出伊始，该实验室以传统同位素测试和分析为经费来源，在没有外界经费支撑的情况下，聘请世界一流物理学家，并支持其组建研发团队，研发同位素现场样品采集设备、实验室气体分离设备、气体同位素检测设备。三年间，成功使得该实验室具备了氪同位素检测能力，并参与制定国家惰性同位素样品采集和测试规范，成为世界上惰性气体同位素检测标志性实验室之一。

实验室的社会价值并非其功能是否全面，而在于其不可替代性。CSIRO环境同位素的成功并得到澳大利亚及国际社会的认可，主要原因在于其追求高精尖而非大而全。从不同阶段该实验室测试能力上看，当其建成新型前沿的同位素检测设备后，会及时摒弃已实现商业化的传统同位素测试工作，而集中精力攻克同位素检测瓶颈问题。长此以往，该实验室才能独树一帜，成为政府、民间及学界积极主动合作的专业机构。

1.4 实验室运行状态实现以战养战，形成良性资金流

经费是大型实验室建设和维护的关键。同多数大型实验室一样，CSIRO环境同位素第一笔资金来源于政府财政支持。但该部分经费支持只能够满足于实验室初期建设，而后实验室的发展取决于实验室自身代谢能力。仍以氪同位素检测设施建设为例，CSIRO制定了五年的研发建设计划：2013—2014年，100%的实验室经费来源于传统同位素检测和分析收入，其中60%用于支持氪同位素设备研发;2014—2015年，氪同位素设备可支持30%～40%同位素测试收入，而传统同位素检测的样品数量相应地削减40%，但其全部盈利性收入将投入氪同位素设施研发和完善;2015年至今，取消氘氧等传统同位素检测，实验室收入完全来自于惰性气体同位素检测。该种模式下，既保障了在激励的市场竞争环境下CSIRO未被淘汰，又实现了自身更新换代。

2对国内实验室建设的启示

为了解目前国内实验室的现状，通过官方网站资料调查获得了部分高校水资源及水环境领域的国家重点实验室及教育部重点实验室情况如表1所示。

表1中可以看出大多水资源及水环境领域知名高校根据自己的研究特色申请获批了教育部或国家重点实验室，这些实验室有自己明确的研究方向，并且从自身出发有清晰的目标定位：服务于国家科技发展及重大战略、培养高层次人才，多数实验室在长期运行过程中逐渐形成或保持了自己的特色和优势，但也或多或少面临着如何在激烈竞争中保持良好发展态势的危机。结合澳大利亚联邦科工组织实验室运行经验，提出以下几点想法。

2.1实验室建设与发展注重现实需求

受历史沿革、地域等多种因素的影响高校和研究所均有自己的学科特长和优势，在实验室建设过程中以自身专长为基础、以市场需求或行业“卡脖子”问题为切入点，遵循客观规律方能使实验室发挥其应有的作用。我国多数省部级及国家级重点实验室均有院士等高水平专家。但部分实验室建设是先专家、后实验室，即专家按照自己的能力和意向建设大型实验室，而非科研机构以市场需求为导向建设实验室后再结合实验室需求聘请专家。专家利用其影响力，可以争取更多的资源和经费支持，但专家工作变动，一旦离开实验室，该实验室将面临严重的危机。因此，实验室依托机构还应尊重市场需求，结合自身基础，把握科学前沿，制订可持续的实验室建设与发展规划，并以此为依据，结合人员技术需求，聘请专家，提升实验室核心竞争力，实现实验室技术、人员、资金的良性生态。

2.2牢记使命，追求创新，重视人才培养、优化人才结构，形成实验室核心竞争力

高校和科研机构的实验室不同于一般的商业性检测机构，还应具有攻克瓶颈、引领业内潮流、培养人才、追求卓越的使命，造不如买、买不如租的拿来主义思想不可取。实验室的建设若依托于购置商业化设备，或者只对其外壳进行美化，而不去研究内部核心部件，在激烈的竞争环境下，难以形成核心竞争力，而且造成国家资源的严重浪费。0ACCFF6C-45F8-4E25-9A51-820836312E3D

科技创新离不开人才，在实验室运行过程中应着眼长远、培养老中青人员结构合理的团队，避免出现因专家工作变动而影响实验室运行的现象，建立科学且长远的人才培养模式。

3 结语

高校及科研结构的实验室并非盈利性机构，受国家科研经费支持，应当秉持追求卓越、开拓创新的建设和发展理念。建设伊始，应充分了解学界和市场需求，制定中长期的发展规划;初步建成后，应当追踪业内发展趋势和瓶颈问题，勇于挑战，形成核心竞争力和不可替代技术资本;实验室建成后，要以成熟技术为依托，争取国家政府以外的市场经费收入，支撑新技术、新装置研发，使实验室具备自我更新能力的良性生态。

参考文献

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