劉同旭：創新驅動 讓土壤更“綠”更持續

文/李婉欣

[導語]

萬物土中生，有土斯有糧。廣東省科學院生態環境與土壤研究所（以下簡稱“土壤所”）副所長劉同旭自踏上土壤研究工作的漫漫征途，一路奮勇前行，帶領團隊圍繞礦物-微生物間電子傳遞機制及環境效應，在活菌外膜蛋白測試新方法、外膜蛋白氧化亞鐵的新證據、礦物介導電子傳遞的新機制以及穿梭體調控新思路等方面取得一系列創新，這讓他成長為土壤研究領域的專家。土壤滋養了萬物，也滋養了他的科研人生路。

［人物簡介］

劉同旭，現任廣東省科學院生態環境與土壤研究所副所長，研究方向為土壤中礦物-微生物間電子傳遞、元素循環、污染物轉化的機制及其環境效應。曾獲國家自然科學基金杰出青年基金、優秀青年基金，廣東省杰出青年基金，以及澳大利亞新南威爾士大學Vice-Chancellor's Postdoctoral Research Fellowship 資助。入選廣東省科技創新領軍人才。獲2023年廣東“最美科技工作者”、第十五屆廣東省丁穎科技獎、4項廣東省科學技術獎一等獎、2項中國專利優秀獎、2項廣東省專利金獎、中國土壤學會優秀青年學者獎等榮譽。在環境科學與地球化學權威期刊上發表論文100余篇，多篇入選封面論文、高被引論文、熱點論文。授權發明專利15件，包括國際發明專利4件。

劉同旭參加第九屆全國農業環境科學學術研討會

與土壤結緣

路邊田間、山林河川，土壤無處不在。自小在農村長大的劉同旭，讀大學時并沒有選擇與土壤、農業相關的專業，而是優先選擇了在當時看來前沿的、時髦的研究領域。

2003年，他從山東大學本科畢業后來到廣東，在中國科學院廣州地球化學研究所繼續攻讀環境科學專業的碩博研究生，以納米材料光催化及環境應用為研究方向。據他介紹，研制新型納米光催化材料并用于空氣凈化等領域，是當時比較熱門的研究方向。

“由于課題一直是在廣東省科學院生態環境與土壤研究所開展，耳濡目染，改變了我對于土壤的認知?！?008 年，劉同旭在土壤所參加工作后，與土壤結緣，研究方向也轉成了土壤學。在他看來，土壤學蘊藏著大量沒被挖掘的科學問題，是典型的多學科交叉領域，土壤健康事關著國家糧食安全、人民生命健康。

隨著研究方向的轉變，在研究方法、理論基礎等方面的欠缺，最開始讓劉同旭在這條路上走得并不輕松?！胺路鹪诋厴I后重新讀了一次博士?！彼貞浿f道。幸運的是，2011年他在一次國際會議上認識了澳大利亞新南威爾士大學教授David Waite，在其支持下他成功申請了該校的校長基金博士后研究員職位。期間，劉同旭在實驗室開展悉尼港的海底沉積物中有機氯污染物去除機理研究，通過這項研究掌握了水化學的分子反應機制、模型的研究方法。

劉同旭憑著一股子拼勁兒和對科研的執著，在土壤學領域一路深耕?；貒?，他將水化學的研究方法引入到土壤學研究中，開展土壤的分子反應機制與模型方面的科研工作，這段經歷為他在土壤微生物-礦物相互作用的研究奠定了良好基礎。

土壤問題不簡單

土之所及，心之所系。劉同旭已在土壤研究所學習工作了20年，“情系紅土，根植南粵”的土壤所發展理念一路支撐著他走好科研創新的每一步，也陪伴他見證了土壤所的快速發展。

過去，劉同旭依靠前輩們保留下來的各式“古董”設備，在土壤所布滿塵土的舊房旁邊，一磚一瓦靠著自己把中試車間搭建起來。在無數次的失敗與反復嘗試后，他在低溫常壓下成功制備了納米鈦硅水溶膠，該技術可用于空氣凈化、稻田重金屬污染防治。

隨著土壤所獲批建設廣東省重點實驗室、國家級工程中心和農業部重點實驗室，土壤所的科研條件與水平得到較大的提升，讓工作其中的科技工作者切實獲得更優良的研究設施和更高的展示平臺，這也為劉同旭與其團隊成員在解決基礎土壤學的前沿重大科學問題上不斷取得突破。

“土壤中包含著微生物，其化學、物理反應過程非常復雜，土壤的問題也并不簡單?！眲⑼褡プ⊥饽さ鞍椎倪策Y構可直接光譜測試這一特點，帶領研究團隊創建實時、原位監測活菌外膜蛋白的漫透射光譜新方法，并將時間分辨率提升至10 毫秒，克服原位在線監測土壤微生物電子傳遞的重大挑戰。

這個新方法最大的優勢在于，能夠在不破壞、不干擾微生物反應的前提下，直接測試微生物的蛋白反應動態變化，獲取分子尺度信息。他解釋說：“由于這些功能蛋白是土壤功能微生物的關鍵功能蛋白，對于土壤的元素循環、污染物轉化具有重要作用，所以獲取這些蛋白的反應信息對于精準調控土壤污染物具有重要意義，對于研發修復材料與技術也具有指導意義?！?/p>

利用這一新方法，劉同旭團隊獲得了一系列新發現：揭示希瓦氏菌釋放外膜蛋白的新機制，提出電子穿梭體促進生物膜生成的新觀點，證實氧化鐵導帶傳遞胞外電子傳遞的新途徑；揭示厭氧硝酸還原耦合亞鐵氧化過程的氮氧雙同位素分餾機制，并建立基元反應動力學模型，解決微生物機制與化學機制相對貢獻的定量難題。

“科研本身就是攻堅克難、突破傳統認識的過程，獲得新發現、取得新進展的前提，就要不斷知難而上、迎難而上?！彼嬖V記者。

不是“土專家”，卻是土的專家。像劉同旭一樣的土壤科技工作者，以奮斗擔當為“筆墨”、以廣袤土地為“紙張”，在上面書寫著實用、管用、好用的論文，書寫著自信、肯干、尋求突破的青春之歌。

讓土壤更健康

據了解，中國以占世界9%的耕地、6%的淡水資源養育了世界近20%的人口，14億多中國人牢牢端住了自己的飯碗；廣東則以全國1.9%的土地面積，承載著全國8.9%的人口和10.9%的經濟總量。如何讓土壤更健康、更綠色，是劉同旭與同行們一直在思考的問題。

劉同旭團隊選擇從土壤本身入手，尋找保障糧食安全、守護生命健康的更佳方案?！拔覀円愿缓┧蠡鶊F和附著基團的生物質炭和木本泥炭為原料，依據穿梭體加速鐵還原、硝酸鹽加速亞鐵氧化的原理，研制了鐵改性生物質炭、鐵改性腐殖質的復合材料，應用于稻田重金屬污染治理?！迸c傳統的酸堿中和技術相比，該材料可降低土壤鎘砷有效態超60%，輕度污染稻田的稻米鎘、砷同步達標。

農田生態系統是集約化的生態系統，具有固碳周期短、碳蓄積量大、固碳強度大等特點。廣東地區主要的紅壤具有酸、瘦、蝕的特點，土壤有機碳儲量低于全國平均水平。如何提高土壤固碳能力、提升土壤質量？劉同旭團隊在不斷挑戰、破解土壤學的重點和難點問題。

今年8月，他的項目團隊在微生物與礦物相互作用驅動土壤固碳關鍵技術方面取得突破，通過深入挖掘土壤固碳的原理，開發相應的固碳減排產品與技術，提升土壤固碳潛力。其團隊以亞鐵氧化過程形成的鐵礦物為媒介，將黏土礦物和亞鐵氧化微生物有機結合在一起，形成一種穩定存在的復合菌劑，能夠有效固定環境中的碳，具有降低氧化亞氮排放和亞硝酸鹽累積的能力，且固碳效果具有長效性。

“以自然調控為思路，實現重金屬等污染物定向調控的同時，促進農作物的生長和糧食的安全生產?！眲⑼窦捌鋱F隊成員潛心科研的價值，深埋土地中，長在莊稼里，洋溢在農民豐收時的笑臉上。

他們的努力，將為我國土壤污染治理提供高效新產品與新思路，為實現碳中和碳達峰作出貢獻。