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张化永:创新路上的追梦人

作者:吴素华     供稿单位:党委宣传部      发布时间:2013-06-04     浏览

  每个人都有梦想,它如同汽车的引擎,为前行提供不竭的动力。追逐梦想就是寻求人生的归宿,实现人生的意义。

  从中学开始,张化永就心怀一个梦想———长大以后从事科研工作并能够成为一名受人尊敬的知识分子。他执着地追逐着梦想,经历了多年坎坷的求学之路,在逆境中迎头而上,跋山涉水,披荆斩棘,在实现自己的梦想的道路上不懈地奋斗着……张化永,出生于内蒙古赤峰的一个农村。1983年,高考失利后,他被内蒙古林学院录取。不知名的学校以及简陋的校园似乎阻断了他前行的脚步,他同梦想中的知识殿堂也渐行渐远。但是,他并没有忘记他的梦想。他借来很多世界著名科学家的人物传记,以及达尔文的《进化论》,通过阅读来激发学习兴趣,激励自己坚守梦想。

  课堂上的知识并不能满足他求学的欲望,于是他频繁出入图书馆查阅专业期刊和书籍,了解学术前沿,还经常参加相关领域的学术报告,拓展学术视野。大二上学年,在一次针对高年级学生的学术报告中,老师用细胞内部钠和钾离子的代谢解释植物中午光合作用的“驼峰”曲线,从未接触过植物生理学的张化永却从植物、土壤和气象学的角度解释这种现象,这种新颖的视角和独特的思考得到了老师的高度赞扬。受到鼓励,张化永的学习和研究劲头更足了,经常是白天泡在教室和图书馆,在夜间熄灯后仍然要长时间思考一些教材、文献和学术报告里的科学问题。

  一次假期回老家,同乡一位想致富的农民向这位林学院的高材生请教:沙打旺,一种沙漠植物,在半湿润地区的环境中种籽产量如何?这个非常实用的问题却难倒了自以为学有小成的张化永。他带着这个问题回到学校向老师求教,老师破格为他开放了植物生理实验室,指导他设计实验方案。实验历经一年,因为呼和浩特和赤峰的气候差异,研究结果并没有给提问题的农民提供有价值的参考意见。但是,这却为张化永打开了实验研究之门,他也在一次一次的试验中不断增强自己的思考和研究问题的能力,并不时迸发出奇思妙想。基于对生态学与水土保持知识的学习和研究,张化永产生了基于土壤侵蚀和植被之间相互作用的动力学关系,建立荒漠治理的基础学科———侵蚀生态学的想法,这与英国皇家学会会员桑思教授发表第一篇侵蚀生态学论文同为1985年。

  机遇总是垂青于有思想有准备和敢于尝试的人。大三下学期,内蒙古水利厅和学校开展“半干旱山区小流域综合治理与开发研究课题”重大课题的合作研究。在老师的推荐和指导下,张化永有幸作为主要研究人员参与课题研究,并对这个课题做了整体框架设计和基础研究,他和另一名同学在喀喇沁旗安营扎寨,在侵蚀生态学理论基础上,对当地的土壤含水量和植被数据、作物产量等生态学因子进行测量和分析,研究水分和物质循环与植被格局和农作物增产之间的关系。研究结果得到专家们的高度赞誉,并获得内蒙古自治区科技进步集体一等奖。这项研究让张化永增强了坚守科学研究道路的自信,并下定决心要沿着这条路一直走下去。

  回首往事,张化永认为:大学是人生学习中最为重要的阶段,不是单纯的填鸭式教育,而应该是一种研究式的学习。一个概念、一个基本原理,只有通过深入的研究才能真正地被理解。不少人认为本科期间没有学好的知识,到研究生期间可以再补上,这是一个误区,也是人生的浪费,知识积累和研究能力的培养一定要在本科期间完成。基于这种理念,从2012年开始,工程生态学与非相形研究中心“引进”了一批数理学院的大四学生,张化永相信,假以时日,他们中的一些人一定能够成为未来的科研才俊。

  张化永本科毕业后在内蒙古水科所工作了不到半年时间,被单位送到北京大学遥感所进修。期间,他系统学习了计算机、非线性数学、非平衡态热力学和地理信息系统以及生物化学、分子生物学等知识,这为他将来从事生态学非线性的研究打下了扎实基础。1991年,他攻读北京师范大学资源与环境科学系硕士学位,在授予硕士学位的同年,获得“科尔沁沙漠南缘风水侵蚀景观界面植被格局模型研究”国家自然基金项目的支持。

  应该说,张化永所取得的成绩在同龄人中算是出类拔萃的了,该满足了。但是他追求科学的道路并没有因此止步。他认为做学问,一定要有国际化的视野和思维模式,他渴望能得到世界一流大学的教育和更高水平导师的指导,于是进入中科院攻读联合培养博士学位。但是,三年后因签证问题,他不能赴美求学,不得不放弃了已经读了三年的博士学习,只身前往东京大学继续攻读农学与生命科学博士学位。

  无论是北师大指点江山,还是东京大学激扬文字,无论是漂在北大,还是彷徨于中科院,张化永始终不忘自己的梦想,以夸父追日般的精神追逐着梦想,并且享受这一切。

  张化永的办公室位于教四楼的一个角落:约29平米的办公室,一面墙挂着淡蓝色的百叶窗,另一面墙靠着灰白色铁皮柜,柜子上摆满了书籍资料,加上用于学术讨论的投影仪和白板,一切都很干净、大方、雅静、舒适。这里虽小,却经常高朋满座,来自日本、加拿大、英国、台湾和香港等国家和地区的著名专家学者汇聚于此,探讨无疆界的学术问题,很多思想的火花在此诞生,开设绿色教育版块系列选修课程,便是其中之一。

  火力发电是学校的一个传统学科,主要面对高耗能、高污染行业的能源生产问题。张化永认为,大自然是一个具有调节能力、维持相对稳定的生态系统,人类在不断获取资源的同时,应该积极处理好地球生态系统的可持续问题,这样才能保证人类的可持续发展。对于一个合格的电力大学学生而言,应该具有生态学理念和对地球与生命的人文关怀。他发动团队成员共同开设 “绿色教育版块”本科系列校选课程,包括地球与生命的复杂性、生态学中的非线性、基础生态学以及环境与健康等。

  在课堂上,张化永说:虽然人类的科技创新已经达到了一个很高的水平,但是和大自然的伟力相比,人类的力量还是相形见绌的。大自然的生态系统服务价值异常强大,自然界、大气圈、海洋圈等具有一个自动调节机制,既能给人类提供过滤过的洁净水,又能吸收人类所产生的CO2,并回馈给人类大量负氧离子。他希望未来能源事业的接班人能够进一步了解太阳、火山、地热、潮汐、水和风流动的大气和海洋环流、生态系统中的物质和能量流动过程等,以便在实际工程当中,不断发现技术创新的生长点,能够更好地利用生态系统为人类谋福利。

  这样的思维对“大电力”学科体系是一种很宝贵且独特的视角,也是学校 “大工程”教育理念的有机组成部分,打开了学生思维、开阔了学生视野,促进了传统学科和新兴学科之间碰撞和交叉。针对火电厂排放烟气的脱硫脱硝问题,结合发达国家经验,张化永积极倡导生物技术方法———利用海藻生物吸附烟气中部分有害成分。同时,他还研究海岸带污染控制与去除,充分利用海洋的巨大生产力,为将来的环境保护和能源发展提供有力支撑。张化永站在人类与自然和谐发展的角度,力图通过大气、土壤、水以及生物之间的相互作用解决当前的生态环境问题。

  现在农民的生活富裕了,农村大多数的秸秆无序堆放或就地燃烧,不仅造成大气和水环境污染,而且严重影响美丽中国建设。针对这一情况,张化永的团队着力探索微生物生物能源产气机制,研究如何利用微生物分解技术,将秸秆一部分变成甲烷等能源气体,一部分变成沼渣和沼液作为肥料直接还田,解决中国广大农村地区的焚烧秸秆造成的环境问题,利用生物质能源的开发,实现环境与能源的双重效益。同时,他还正努力研究在不适合微生物生存的极端环境下,如何通过基因工程的方法再造一个新型的微生物,使其既能耐寒,又具有切断长链分子的功能,同时还能产生甲烷气、沼气等……这些生态学的基础性研究成果,将来可以为生物质发电成套设备的研究提供理论支撑。不仅如此,他还聚焦于自然植被格局分布规律研究,为将来的生态恢复、碳排放和碳交易提供理论基础。

  伴随着能源的大量利用,随之带来的巨大生态破坏与环境污染问题逐渐成为困扰人类的生存与发展的重大问题。为解决这样的问题,新世纪以来,国内很多大学开始筹建生态和环境学院。刘吉臻校长的办学理念发人深思、催人奋进。刘校长认为,作为一所以能源电力为基础的大学,更应该提倡生态文明理念,开展绿色教育,加强学科规划,加大对新兴学科、交叉学科和基础学科的建设力度,出重拳、出奇兵、抓机遇,推动学科可持续发展。2005年底,得益于刘校长办学理念的感召与加拿大里贾纳大学工学院黄国和教授的力荐,张化永放弃了对国内其它高校的选择,从里贾纳大学回国加入华电,协助黄国和教授组建能源与环境中心。他相信在“大电力”学科体系的支撑下,生态学是能够有所作为的。

  事实上,中国生态文明建设也给他带来了发展契机。位于南水北调东线工程输水干线的山东省南四湖,因为水体污染严重,2002年出现了大面积的死鱼现象,严重影响了东线工程的输水水质与周围人民的生存环境。为此国家确立了重大研究课题,希望借助专家力量共同解决这一国际难题。2006年以来,在国家相关部委和地方政府的支持下,张化永主持了国家“十一五”水体污染控制重大科技专项课题及国家“十一五”科技支撑重点项目课题的子课题,为南四湖水质严重污染问题“把脉”,给南水北调东线工程的输水水质的保障提供科技支撑。

  其实,经济发展和环境质量不是新问题,发达的国家都曾经经历过。早在上个世纪90年代,根据诺贝尔经济奖获得者库兹涅茨提出的收入不公平理论,科学家们建立了著名的环境与经济库兹涅茨曲线:随着经济发展环境问题不断加重,当人均GDP大约达到9000美元的时候污染达到顶峰,当人均GDP超过9000美元后,随着经济投入增大和科技进步,污染指数逐渐下降,大约人均GDP15000美元之后,环境与社会发展基本达到友好。这是一种“先治污后治理”的模式,被发达国家普遍遵循。

  但是,张化永及其研究团队却给出了不同的答案。依据他们开展的“生态治污”技术创新,初步证明了发展中国家存在一条 “边发展边治污”的社会经济发展之路。针对南水北调东线工程的输水水质保障和南四湖COD和氨氮含量严重超标等问题,张化永及其团队充分利用周边的微型湖库、废弃河道等天然环境,巧妙地利用自然生态系统、煤电和制铝固体废弃物改性材料,通过调控水生生物与水环境的循环和相互作用关系来净化湖水,造福于南四湖周边的人民,产生了很好的社会经济和环境效应。国内外专家高度评价了国家“十一五”水体污染控制重大科技专项课题研究的“生态治污”技术创新成果,认可该项研究在突破发达国家遵循的库兹涅茨环境经济壁垒、创建欠发达地区环境治理与社会经济发展共赢的“南四湖模式”中的基础性作用。2012年,“生态治污”作为重要组成部分获得了山东省科技进步一等奖。

  谈到“南四湖”模式中的“生态治污”,张化永笑着说,这只是生态学原理一个应用案例,是生态学理论研究中的一个插曲。他的关注点依然是五大领域:能源与污染控制生物学、生态水力学、生态学中的非线性和复杂性、生态热力学、生态信息学。几年来,在学校的精心扶持下,该学科从无到有,在人才培养、实验室建设、科学研究等方面取得了长足的发展,得到了学校的认可。2010年,学校决定在数理学院成立“华北电力大学工程生态学与非线性科学研究中心”,张化永担任中心主任。

  尽管已经被授权了国家发明专利、发表了一些SCI和EI论文、即将在SCI杂志上出版三个特辑、在加拿大和中国已组织了几个国际会议,但对于研究中心的发展,张化永其实还有更大的一个梦想———建立一个具有独特风格的、国际水平的生态学研究中心。一是要在国际顶尖杂志上发表权威性论文、真正见水平的理论论文,为国际生态学发展与进步做出贡献。二是与英国、加拿大和日本相关大学建立起联合培养博士的长期合作关系,努力培养具有国际水平和国际视野的学生。三是要形成一个具有夸父逐日般执着、崇尚 “朝闻道,夕死可矣”献身精神的科研团队。

  依托 “大电力”学科体系,建设国际水平研究中心,张化永还有很长的路要走。他认为,推动科学进步的外在动力是社会需求,但内在动力是科学家对自然世界不尽的好奇。一个真正的科学工作者,在基本生活条件满足的情况下,内心的快乐就仅仅在于对未知世界的探索。他经常把科学研究比喻为游戏过程,激励学生们在客观的世界里游戏人生,从中获得发现真理的乐趣。

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