【word】 老骥何需长鞭扬 悠然漫步固废场——记张夫道科学研究四十载

【word】 老骥何需长鞭扬 悠然漫步固废场——记张夫道科学研究四十载 老骥何需长鞭扬 悠然漫步固废场——记张 夫道科学研究四十载 【年度人物系列报道】 绿色和天然是他的追求,有机与营养是他给百姓的回馈.茁壮的茎叶里饱含他的心血,肥沃的土 壤中有他满腔的希望. —— 2O10年度科学中国人年度人物颁奖词 老骥何需长鞭扬悠然漫步固废场 记张夫道科学研究四十载 本刊记者李灵 张夫道,1945年生,江苏铜山县人,毕业于原南京农学院土 壤农化系,原浙江农业大学研究生班,莫斯科国立农业大学放射 化学教研室,生物化学教研室,莫斯科大学生物化学教研室.先 后获前苏联化学科学副博士,生物科学博士学位.教授,博士生 导师,中国农业科学院原土壤肥料研究所首席研究员. 张夫道长期从事植物有机营养与有机肥料,固体废弃物资源 化利用,土壤肥力与生态环境,土壤生物演变及安全评价,大田 作物专用缓/控释肥料技术,农用纳米材料等基础和应用研究;曾 主持国家”86;5”,国家科技攻关,国家自然科学基金,国家发改 委和各部委重点项目(课题)O余项,出版专着5部,在国内外核 心学术刊物发论文720余篇,获国家发明专利】9项,获农业部和 环保部等省部级科技进步一等奖和二等奖6项. 辱8科学中国人2011年第15期 2O11年6月10日.《科学中国人》2O10年年度人 物奖颁给了中国农科院农业资源与农业区划研究所研 究员——张夫道.会上,这位多年辛勤耕耘在农业资 源,固体废物研究第一线的老科学家.发出了”老骥 何需长鞭扬,悠然漫步固废场”的获奖感言.四十年 风雨砥砺,而今的张夫道已成为我国固废资源化利用 技术的领跑者,青丝已变白发,不变的是一颗仍IEl想 为固废事业贡献一己之力的纯真之心! 固废选择了我我也选择了固废 张夫道.1943年生于江苏铜山县.2O世纪6O年代 初.他考入原南京农学院土壤农化系.之后辗转求学 于原浙江农业大学研究生班,莫斯科国立农业大学放 射化学教研室,生物化学教研室,莫斯科大学生物化 学教研室.直至到中国农业科学院原土壤肥料研究所 出任首席研究员.注定了他与农资固废行业结下一 生难解之缘. 20世纪7O年代以前,我国还没有专门从事环境保 护管理的部门,伴随着当时社会经济的飞速发展.环 境问题日益显现,将环境管理提升到国家层面已经成 为应时所需.1g73年8月,第一次全国环境保护会议 在北京召开,随后,国务院成立了环境领导小组.这 标志着我国环境管理部门正式走到台前.中国环保史 翻开了崭新的一页.领导小组建立伊始.就明确了两 大重点管理方向:一是污水处理.二是固体废弃物处 置.并将城乡废弃物研究交由中国农科院土壤肥料研 究所负责.而这一光荣而艰巨任务的具体执行重担, 交到了他——张夫道的肩膀上.这一干 就是四十多年. “固废选择了我,我也选择了固 废!”正如张夫道所说,他是用心来 对待自己所热爱的职业.四十余年埋 首耕耘,他的研究方向得以日益扩展, 涉及城镇生活垃圾,城镇生活污泥,规 模化畜禽场粪污,作物秸秆,三煤(风 化煤,煤矸石,粉煤灰),钛白粉副产 物硫酸亚铁,金属尾矿等.在国内率先 提出固体废弃物的处置和利用应实现无 害化,资源化,能源化,材料化,饲料 化,肥料化等重要观点.将固体废弃物 分为有机和无机两大类,提出有机肥的 作用机理,认为有机类废弃物中的很大 一 部分可作为生产有机肥的原料同 时,研制相关工艺设备,应用于固体废 弃物的处置和综合利用,获得了可观的 经济,社会和环境效益,为推动我国固 体废弃物”变废为宝”奠定了理论和实 践基础. “学而勿躁.研而求精”.是科 技工作者必须遵守的职业,几十年 的科研工作张夫道都在用行动诠释着 这句话的真谛踏踏实实地坚守于一份 责任专注于一份事业,精深于一个领 域.凭借多年在行业上的沉淀,他已然 成为植物有机营养理论和有机肥作用机 理的创建者,固体废弃物资源化利用的 领跑者和农用纳米材料技术的奠基者. 植物有机营养理论 和有机肥作用机理的创建者 我国对有机肥料的使用由来已久, 但真正对这一传统肥料进行系统研究的 历史尚浅.1937年中国着名肥料学 家,中国农业科学院陈尚谨先生率先对 华北地区有机肥料进行调查之后有不 少学者也对有机肥料做过工作,但基本 停留在调查研究和总结农民经验上这 一 现状直至张夫道这一代人涉足研究. 才有所突破.准确地说,从张夫道等开 始,有机肥料才得以作为一门学科,利 用现代科学技术手段进行系统的理论和 应用研究. 1创立了植物有机营养理论 1840年.农业化学创始人德国学 者LVOn李比希创立了植物矿质营养 学说.其宗旨是植物吸收的营养物质无 一 不是以矿物质(即无机)形态被吸收 利用世界各国所有教科书均遵循这一 观点但是,这个理论对很多现象解释 不清.例如,我们强调世界多样性,自 然现象多样性,植物多样性等,为什么 谈到植物营养就变成单一性了呢7再例 如北方农民种西瓜时在瓜膨大期有 施用芝麻酱的习惯西瓜成熟后更甜 烟农在种植烟草时有施用腐熟豆饼的习 惯烟叶品质更好,这是矿质营养理论 无法解释的. 为弥补中国肥料结构和发展史的研 究不足张夫道在经过大量调查,分析和 系统研究基础上对中国农业生产历史的 肥料结构与发展进行了划代,即将1965年 以前的中国农业划分为有机农业时代之 后随着化肥的发展进入现代农业时代. 上下几千年,中国农民全部施用有机肥 却没有一个学者研究过有机物在土壤中的 转化.有谁能证明植物只吸收无机氮而不 吸收有机氮7带着这个疑问.张夫道对有 机肥进行了系统研究. 从1978年开始,他选择了N,C 和P一标记有机化合物,在无菌培养 下证明植物可以吸收低分子量有机 氮,有机磷糖(包括糖精邻磺酰苯酰 亚胺),糖醇和激素类有机化合物.并 参与植物体内代谢.建立了一整套有机 肥料中氨基酸,有机磷糖,糖醇, DNA, RNA, 激素的提取和测定方法 用盆栽和大田试验证明,有机肥料可改 善农产品品质如蔬菜,瓜类,水果 类,茶叶烟草等N标记试验结果, 有机氮与化肥氮配合施用,7O%的有机 氮进入植物籽粒或果实,70%化肥氮进 入秸秆或茎,叶,不仅可提高产量.而 且还可提高农产品品质.这些研究成果 逐渐被学术界所公认,1996年以”植物 有机营养”条目编入”中国农业百科全 书农业化学卷》,为近年来国内发 展有机食品提供了理论依据. 2提出了有机肥料作用机理 有机肥料除了提供给植物营养物 质.更重要的是改良土壤的作用.前苏 联土壤化学家MM科诺诺娃曾对土壤 腐殖质进行了大量研究中国土壤学家 熊毅院士提出了土壤有机一无机复合胶 体是土壤肥力的核心,至于有机肥料中 的有机化合物是如何进入土壤腐殖质 有机组分如何与土壤矿物形成有机一无 机复合胶体,因研究难度太大.国内外 无人问津,而张夫道.成为勇于接过 “烫手山芋的第一人. 在前苏联攻读生物科学博士期间. 他采用’c标记作物秸秆和N一标记兔 粪,对这两个过程进行了包括对土壤腐 殖质更新过程,有机无机复合胶体形 成过程和腐殖质氮素化合物的组成及转 化等进行了系统研究,取得了重大突 破.尤其在腐殖质氮素化合物的组成 及转化”研究中,张夫道发现:土壤腐 殖质中的氮素化合物全部是芳香族化合 物,不被酸水解,土壤界称为未水解残 渣氮.为此,根据它们的分子结构.他 将腐殖质氮划分为杂环化合物氮,非苯 系化合物氮和苯系化合物氮.建立了一 套提取和检测方法.在土壤腐殖质中. 杂环化合物氮首先形成逐渐转化为非 苯系化合物氮,最终形成苯系化合物 氮,苯系化合物氮是土壤腐殖质最核心 的氮化合物为支持这一观点.他还对 欧洲3O个7O年以上的长期田间肥料定位 试验耕层土壤进行了检测发现杂环化 合物氮比例减少,非苯系和苯系化合物 2011年第15期科学中国人49 【年度人物系列报道】 指导学生实验 考察铁尾矿 氮比例增加. 至此张夫道破解了自土壤学 科建立以来一直困扰各国土壤学家的 “未水解残渣氮”也就是腐殖质氮组 成的谜团. 固体废弃物 资源化利用的领跑者 如果说,张夫道对植物有机营养理 论和有机肥作用机理的研究是他研究人 生中的第一缕阳光那么在固体废弃 物资源化利用方面所奠定的成就成为他 几十年研究生涯中的精彩之笔. 自承担起城乡废弃物处置和综合 利用研究重担后.张夫道就开始走上了 “固体废弃物资源化利用”的漫漫研究 之路.面对城镇生活垃圾,城镇生活污 泥,酒精.生物制药污泥,畜禽场粪 污,作物秸秆.三煤废弃物,钛白粉生 产副产物.金属尾矿等等这些随处可见 的城乡和工业废弃物困扰民众的”大公 害”.张夫道以固体废弃物无害化, 资源化,能源化,材料化,饲料化,肥 料化利用为宗旨,以研究资源化和无 50科学中国人2011年第15期 考察田间试验 害化处理,工艺技术及设备为核心.以 实际应用为目标,对这些固体废弃物开 展了深入而系统的研究和应用. 1973年第一次全国环境保护会议 后在当时的经济社会条件下,为支持 我国固体废弃物的处理和资源化利用. 国务院环境保护领导小组办公室从极为 有限的经费中.专门对城镇生活垃圾 处理和综合利用技术”进行了立项.并 交由张夫道主持研究. 上世纪80年代中期,农牧渔业部提 出,由张夫道主持制定了《城镇垃圾农 用控制》.制定后的标准由国家环 境保护局发布,标准编号为:GB8172— 87.在国家环保和农业部门资助下,共 开展了三次全国城镇垃圾调查分别是 19751984年,1999—2000年,2004— 2005年,成效显着.此后.生活垃圾处 理工艺被提炼为: (1)经过粗选f包括磁选)和精 选将垃圾分为三部分:无机物,有机 物,塑料及制品: (2)无机物用于制备道砖:塑料及 其制品用于制备复混肥料胶结剂和包膜缓 释剂:有机物经发酵腐熟,粉碎,生产有 机一无机缓释复混肥料.迨尽消纳. 2002年,农业部科教司对项目组织 成果鉴定,专家委员会的鉴定意见为:在 同类研究中,该技术总体水平达国际领先 水平其中纳米,亚微米级废弃塑料一淀 粉混聚物包膜胶结剂技术.有机复混缓/ 控释专用肥技术为原创性技术. 在城镇生活污泥和酒精,生物制药 污泥资源化利用技术及工艺设备研究领 域.张夫道从实际运用出发.分别对制 取沼气一发电技术.制备有机缓释复混 肥技术污泥制作断岩坡面绿化基料和 高速路护坡绿化基料技术进行了研究, 并推广应用.产业化成效斐然. 张夫道所在的研究所在国内最早 开展生物质能源研究.1974年,在总结 四川遂宁县农村沼气池的基础上.由原 农牧渔业部立项.开展了沼气池结构, 发酵条件和沼气发酵液应用研究.并在 山东推广应用.1975年在原南阳酒精厂 (现为河南天冠集团公司)建造了两个 5000m的沼气发酵罐.目前仍在正常使 用,而沼气用于发电的技术在山东临 沂金沂蒙集团有限公司得到应用,以木 薯制备乙醇糟液高温厌氧发酵制取沼 气产量约1亿m/年,全部用于发电. 装机容量为:300kw沼气发电机组8台, 200kw沼气发电机组16台.年发电量折 合标煤11万吨. 三煤废弃物利用技术主要利用三煤 (风化煤,煤矸石,粉煤灰)废弃物为 主要原料生产固沙保水剂,用于荒漠化 土地修复.张夫道及其团队将化学方法 与生物方法相结合,发明了多功能固沙 保水剂,融固沙,保水,赋肥和改良土 壤功能于一体.由于固沙保水剂胶团直 径为纳米一亚微米级,可以进入土壤矿 物晶格内.与土壤融为一体.形成有机 一 无机复合胶体,反过来又起到保水作 用,在土层表面固沙保水剂与土粒之 间发生络合反应,生成网状络合物,形 成分子膜,防止和减少水分蒸发. 该项技术在包头市原青年农场和九 原生态产业绿化园区大面积试验结果 表明当年饲料玉米,向日葵,苜蓿等 大获丰收.与此同时该项技术在包头 市推广应用,修复荒漠化土地约152万 亩社会,经济和生态环境效益显着. 此外,张夫道所研究的规模化畜禽 场粪污处理技术及工艺设备,作物秸秆 的转化研究和利用技术,钛白粉生产副 产物硫酸亚铁利用技术等也得到大范围 推广应用于农业,军工等各个领域. 金属尾矿是指选矿后排放的”工业 废弃物”.据不完全统计,截至2009年 底金属尾矿堆存量已超过1oo~吨,仅 2009年就新增尾矿近10亿吨,但是金属 尾矿的综合利用率平均不到10%尾矿 已成为我国工业目前产出量最大,综合 利用率最低的大宗固体废弃物. 从上世纪9O年代初,我国一些矿山 企业相继开展了尾矿再选,尾矿生产建 筑材料,尾矿充填矿山采空区,尾矿库 复垦等试验研究,但由于各方面原因, 仅停留在简单易行的单项技术上,缺乏 系统的大量综合利用尾矿的原创性技 术,此外一些科研单位和企业环保意 识不强,对技术的环保风险未做充分的 评估,因此大多数技术存在潜在的生 态环境风险.由于金属尾矿含有毒有害 的重金属和选矿添加剂等,因此.金属 尾矿综合利用的前提条件应建立在无害 化的基础上. 张夫道接触金属尾矿比较早,1970 年”文革”期间他随研究所下放山东 德州.当时的风气是生产需要什么就研 究什么.受研究所委派,他和另一个同 事驻点在原山东淄博铝厂,协助他们解 决赤泥问题.为深入研究.他们共布置 了47个田间试验,作物涉及水稻,油 菜,大豆,柑桔等结果大获丰收,增 产85%一17.O%:1973年山东省化工厅 要求研究所综合利用山东招远高磷选金 尾矿在山东省化工厅主持下建成了年 产5ooo,~磷肥厂,张夫道亲历其中.后 因研究沼气发酵而中断,这段经历 张夫道曾戏称为”被科研”. 1995-2005年,张夫道主持”国家 土壤肥力与肥料效益监测基地网项 目对我国土壤肥力状况进行了全面调 查和分析.分析认为,由于农村青年人 进城打工,粮食作物基本上不施用有 机肥.大量施用化肥我国8O%以上耕 地缺乏一种或几种微量元素.欧美发达 国家政府拨出大量资金补贴农业,我国 当时还在收取农业税发达国家有钱购 买微量元素的化学品我国农民无钱购 买,必须尽快找到微量元素化学品的替 代品,于是金属尾矿就被推上了前台. 金属尾矿中含有大量中量元素钙,镁, 硫.微量元素铁,锌,硼,锰,铜, 钼.如果说第一次的金属尾矿处置和资 源化利用是被科研”那么自2004年 开始进行的”金属尾矿无害化农业再利 用”的研究与实践就是张夫道的一次主 动出击. 从2004年开始,张夫道重点对铁尾 矿和钼尾矿进行了探索性研究,除了建 立全碳还原理论和软化焙烧理论.还建 立了金属尾矿研究的方法和程序.采用 这些理论和研究方法基本上解决了铁, 钼等金属尾矿的无害化技术难点. 例如.山西繁峙铁尾矿铁回收率7O%以 上.汞(Hg),镉(Cd),砷(As)回 收率1.0%,铅(Pb)回收率99.5%, 铬(cr20.)回收率998%该技术已 申请国家发明专利.此外南泥湖钼尾 矿已通过生产性试验,其产品钼尾矿可 控缓释肥冬小麦田问试验结果.增产 20%一30%,钼尾矿土壤调理剂改良河 南类沙化潮土,冬小麦当季增产15%一 413%.”南泥湖钼尾矿无害化农业再 利用技术”目前不仅列入工业和信息化 部《金属尾矿综合利用先进适用技术目 录》.而且产业化实施项目也已列入国 土资源部矿产资源节约与综合利用示范 工程重点项目. 农用纳米材料技术的奠基者 除了对植物有机营养,固体废弃 物等进行研究之外,张夫道的研究还涉 及到了新型材料领域.从1995年开始, 他和他的团队先后研制了化学聚合(缩 合)型和微乳化型两大类19个品种功能 性纳米,亚微米级复合材料其中化学 聚合(缩合)型12种微乳化型7种.申 请国家发明专~,J25项,已授权19项,19 个品种功能材料,并先后在城镇生活垃 圾资源化利用生活污泥和规模化畜禽 厂粪污处理利用荒漠化土地修复,作 物秸秆制作秸秆板,高速路路堑边坡绿 化和创伤岩石断面绿化,大田作物专用 缓/控释肥料生产等众多领域投入产业 化应用.该领域的研究成果已于2008年 获得农业部中华农业科技奖一等奖.环 保部2O10年环境保护科学奖二等奖.圈 2011年第15期科学中国人51