澳大利亞聯(lián)邦科工組織環(huán)境同位素實(shí)驗(yàn)室成功經(jīng)驗(yàn)與啟示

查恩爽 孫曉慶

摘要：實(shí)驗(yàn)室是高校和科研機(jī)構(gòu)教學(xué)、科學(xué)研究的重要依托，實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及運(yùn)行的效果將直接影響教學(xué)和科研成果的質(zhì)量。目前大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)伊始集合優(yōu)勢(shì)力量，組建優(yōu)勢(shì)團(tuán)隊(duì)并吸收大量資金及資源，購置專業(yè)儀器設(shè)備與構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，但往往存在實(shí)驗(yàn)室生命周期短或不能達(dá)到預(yù)期定位等諸多問題。為使國(guó)家資金及資源發(fā)揮最有效的作用并達(dá)成實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的目標(biāo)，需要高度重視實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行管理。澳大利亞聯(lián)邦科工組織環(huán)境同位素實(shí)驗(yàn)室是世界一流的同位素檢測(cè)和分析機(jī)構(gòu)，至今已有近40多年的歷史，實(shí)現(xiàn)了自我更新，形成良性生態(tài)。根據(jù)該實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展、壯大及運(yùn)行維護(hù)歷史，總結(jié)其成功經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合我國(guó)目前大型實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和發(fā)展中的一些不足，提出實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和發(fā)展的建議，希望對(duì)我國(guó)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及管理提供借鑒。

關(guān)鍵詞：澳大利亞聯(lián)邦科工組織環(huán)境同位素大型實(shí)驗(yàn)室可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號(hào)：P641文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?? 文章編號(hào)：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

實(shí)驗(yàn)室是國(guó)家科技創(chuàng)新體系的重要組成部分，是高水平基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究、聚集和培養(yǎng)優(yōu)秀科學(xué)家、開展學(xué)術(shù)交流的重要基地[1-3]。目前我國(guó)一些實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)和管理方面經(jīng)驗(yàn)欠缺，及時(shí)掌握國(guó)際上知名實(shí)驗(yàn)室的業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)，分析同類實(shí)驗(yàn)室演化規(guī)律將對(duì)我國(guó)實(shí)驗(yàn)室籌建及發(fā)展起到重要支撐作用[4-7]。縱覽我國(guó)大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室，從前期高投入建設(shè)到后期未按預(yù)期定位運(yùn)行甚至低調(diào)消失的不在少數(shù)，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。相反，澳大利亞聯(lián)邦科工組織（CSIRO）環(huán)境同位素實(shí)驗(yàn)室由建立之初，經(jīng)過了近半個(gè)世紀(jì)的風(fēng)雨，逐步發(fā)展壯大，成為當(dāng)今國(guó)際知名的環(huán)境同位素測(cè)試機(jī)構(gòu)與水環(huán)境同位素分析研究中心[8]，文章以在澳大利亞CSIRO訪學(xué)期間所見所聞為依托，從建設(shè)、發(fā)展、維護(hù)等方面，總結(jié)澳大利亞CSIRO環(huán)境同位素實(shí)驗(yàn)室的成功經(jīng)驗(yàn)，以期為我國(guó)大型實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與發(fā)展提供參考。

1、澳大利亞CSIRO環(huán)境同位素實(shí)驗(yàn)室成功經(jīng)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)室建立與發(fā)展立足于國(guó)家需求

澳大利亞陸原面積遼闊，但卻是全球最干旱的大陸之一，充分了解水循環(huán)過程對(duì)于區(qū)域水資源供給保障和可持續(xù)利用尤為重要。環(huán)境同位素示蹤是了解和預(yù)測(cè)地球水循環(huán)過程的重要手段[9]，但在20世紀(jì)70年代，整個(gè)南半球地區(qū)卻沒有專業(yè)的同位素檢測(cè)機(jī)構(gòu)，這極大限制了同位素技術(shù)在水資源研究領(lǐng)域的應(yīng)用。為此，澳大利亞聯(lián)邦科工組織開始著力于國(guó)內(nèi)科研市場(chǎng)調(diào)研，重點(diǎn)包括CSIRO機(jī)構(gòu)本身近5年環(huán)境同位素測(cè)試費(fèi)用、澳大利亞各大科研高校近5年環(huán)境同位素投入，以及全球環(huán)境同位素應(yīng)用實(shí)例及論文數(shù)量等方面。經(jīng)過一年的總結(jié)分析認(rèn)為：若不建立環(huán)境同位素實(shí)驗(yàn)室，第一，CSIRO將失去解決澳大利亞水資源可持續(xù)利用上的研究?jī)?yōu)勢(shì)，失去在工業(yè)界的影響力;第二，將影響水資源評(píng)價(jià)、深部和淺部含水層水力聯(lián)系、煤層氣開采評(píng)價(jià)等研究的準(zhǔn)確性;第三，現(xiàn)有的研究項(xiàng)目將依托于外單位檢測(cè)，保守估計(jì)測(cè)試費(fèi)用要遠(yuǎn)超過實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投入;第四，無法處理復(fù)雜水化學(xué)和非常規(guī)取樣等難題。因此，CSIRO通過聯(lián)邦政府資助和自籌兩種途徑籌集經(jīng)費(fèi)，目標(biāo)是建成符合CSIRO發(fā)展和澳大利亞國(guó)家需求、對(duì)水利部門和政府具有重要影響、經(jīng)濟(jì)上可持續(xù)性的同位素實(shí)驗(yàn)室。0ACCFF6C-45F8-4E25-9A51-820836312E3D

1.2 實(shí)驗(yàn)室功能定位著眼國(guó)際，形成核心競(jìng)爭(zhēng)力

由于水汽循環(huán)過程的復(fù)雜性，水體中單一同位素組分易受多種因素干擾而無法全面反映水汽循環(huán)過程。因此，環(huán)境同位素示蹤技術(shù)由傳統(tǒng)氘、氧穩(wěn)定同位素，氚、碳-14等放射性同位素，逐漸向硫、氮以及金屬等標(biāo)志性同位素拓展。近年來，惰性氣體同位素以其穩(wěn)定的特點(diǎn)，在地球科學(xué)界得到越來越廣泛的關(guān)注。例如：氦同位素可以用于示蹤不同層位含水層之間水力聯(lián)系;氪-85同位素半衰期為10年，可用于地下水補(bǔ)給過程分析以及地下水與地表水相互作用過程標(biāo)識(shí)[10-12]。但惰性氣體在水體中含量較低且提取困難，目前僅有美國(guó)、中國(guó)、法國(guó)等少數(shù)國(guó)家掌握水體中惰性氣體同位素檢測(cè)技術(shù)，而限制了該同位素在水循環(huán)過程分析中的應(yīng)用[13]。

CSIRO環(huán)境同位素實(shí)驗(yàn)室從最早具備氘、氧、氚等傳統(tǒng)同位素測(cè)試條件，到在1995年率先增加了氟利昂同位素測(cè)試能力，2004年增加了氟化氫測(cè)試能力，2008年增加了輕惰性氣體同位素測(cè)試能力（氦、氖、氬），2013年在緊密追蹤世界同位素應(yīng)用需求及測(cè)試前沿的基礎(chǔ)上，集中精力研發(fā)低本底值惰性氣體同位素取樣、提取、分析測(cè)試以及解釋技術(shù)。經(jīng)過5年的努力，CSIRO已成為世界知名的惰性氣體同位素測(cè)試和分析機(jī)構(gòu)。正是由于該實(shí)驗(yàn)室能夠把握世界上環(huán)境同位素的應(yīng)用需求并勇于挑戰(zhàn)瓶頸問題，才使得其在長(zhǎng)達(dá)30多年的激烈競(jìng)爭(zhēng)中依然生機(jī)勃勃。

1.3 實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與發(fā)展注重基礎(chǔ)研發(fā)，追求特色與不可替代性

世界經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的今天，科學(xué)技術(shù)日新月異，并影響各行各業(yè)。同位素測(cè)試與分析領(lǐng)域亦是如此。20世紀(jì)70年代，同位素測(cè)試機(jī)構(gòu)研究核心為測(cè)試技術(shù)，經(jīng)數(shù)年發(fā)展，高效的測(cè)試儀器已經(jīng)研發(fā)成功并實(shí)現(xiàn)批量商業(yè)生產(chǎn)，使得同位素測(cè)試不再是一個(gè)科學(xué)問題，而是通過簡(jiǎn)單的機(jī)械操作即可完成。這使得許多同位素測(cè)試研發(fā)機(jī)構(gòu)由基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向依托于商業(yè)儀器的營(yíng)利機(jī)構(gòu)。科研機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室一旦依托于購買的商業(yè)化儀器設(shè)備，其在核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力上勢(shì)必會(huì)落后于同行研發(fā)機(jī)構(gòu)，而在經(jīng)費(fèi)上又不及面向市場(chǎng)的商業(yè)測(cè)試機(jī)構(gòu)，終將面臨難以維持的困境。CSIRO環(huán)境同位素實(shí)驗(yàn)室以此為警鐘，特別注重基礎(chǔ)研發(fā)工作。以氪同位素試驗(yàn)設(shè)備研發(fā)為例，從2013年提出伊始，該實(shí)驗(yàn)室以傳統(tǒng)同位素測(cè)試和分析為經(jīng)費(fèi)來源，在沒有外界經(jīng)費(fèi)支撐的情況下，聘請(qǐng)世界一流物理學(xué)家，并支持其組建研發(fā)團(tuán)隊(duì)，研發(fā)同位素現(xiàn)場(chǎng)樣品采集設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室氣體分離設(shè)備、氣體同位素檢測(cè)設(shè)備。三年間，成功使得該實(shí)驗(yàn)室具備了氪同位素檢測(cè)能力，并參與制定國(guó)家惰性同位素樣品采集和測(cè)試規(guī)范，成為世界上惰性氣體同位素檢測(cè)標(biāo)志性實(shí)驗(yàn)室之一。

實(shí)驗(yàn)室的社會(huì)價(jià)值并非其功能是否全面，而在于其不可替代性。CSIRO環(huán)境同位素的成功并得到澳大利亞及國(guó)際社會(huì)的認(rèn)可，主要原因在于其追求高精尖而非大而全。從不同階段該實(shí)驗(yàn)室測(cè)試能力上看，當(dāng)其建成新型前沿的同位素檢測(cè)設(shè)備后，會(huì)及時(shí)摒棄已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的傳統(tǒng)同位素測(cè)試工作，而集中精力攻克同位素檢測(cè)瓶頸問題。長(zhǎng)此以往，該實(shí)驗(yàn)室才能獨(dú)樹一幟，成為政府、民間及學(xué)界積極主動(dòng)合作的專業(yè)機(jī)構(gòu)。

1.4 實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行狀態(tài)實(shí)現(xiàn)以戰(zhàn)養(yǎng)戰(zhàn)，形成良性資金流

經(jīng)費(fèi)是大型實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和維護(hù)的關(guān)鍵。同多數(shù)大型實(shí)驗(yàn)室一樣，CSIRO環(huán)境同位素第一筆資金來源于政府財(cái)政支持。但該部分經(jīng)費(fèi)支持只能夠滿足于實(shí)驗(yàn)室初期建設(shè)，而后實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展取決于實(shí)驗(yàn)室自身代謝能力。仍以氪同位素檢測(cè)設(shè)施建設(shè)為例，CSIRO制定了五年的研發(fā)建設(shè)計(jì)劃：2013—2014年，100%的實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)來源于傳統(tǒng)同位素檢測(cè)和分析收入，其中60%用于支持氪同位素設(shè)備研發(fā);2014—2015年，氪同位素設(shè)備可支持30%～40%同位素測(cè)試收入，而傳統(tǒng)同位素檢測(cè)的樣品數(shù)量相應(yīng)地削減40%，但其全部盈利性收入將投入氪同位素設(shè)施研發(fā)和完善;2015年至今，取消氘氧等傳統(tǒng)同位素檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)室收入完全來自于惰性氣體同位素檢測(cè)。該種模式下，既保障了在激勵(lì)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下CSIRO未被淘汰，又實(shí)現(xiàn)了自身更新?lián)Q代。

2對(duì)國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的啟示

為了解目前國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)狀，通過官方網(wǎng)站資料調(diào)查獲得了部分高校水資源及水環(huán)境領(lǐng)域的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室及教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室情況如表1所示。

表1中可以看出大多水資源及水環(huán)境領(lǐng)域知名高校根據(jù)自己的研究特色申請(qǐng)獲批了教育部或國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室有自己明確的研究方向，并且從自身出發(fā)有清晰的目標(biāo)定位：服務(wù)于國(guó)家科技發(fā)展及重大戰(zhàn)略、培養(yǎng)高層次人才，多數(shù)實(shí)驗(yàn)室在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中逐漸形成或保持了自己的特色和優(yōu)勢(shì)，但也或多或少面臨著如何在激烈競(jìng)爭(zhēng)中保持良好發(fā)展態(tài)勢(shì)的危機(jī)。結(jié)合澳大利亞聯(lián)邦科工組織實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出以下幾點(diǎn)想法。

2.1實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與發(fā)展注重現(xiàn)實(shí)需求

受歷史沿革、地域等多種因素的影響高校和研究所均有自己的學(xué)科特長(zhǎng)和優(yōu)勢(shì)，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過程中以自身專長(zhǎng)為基礎(chǔ)、以市場(chǎng)需求或行業(yè)“卡脖子”問題為切入點(diǎn)，遵循客觀規(guī)律方能使實(shí)驗(yàn)室發(fā)揮其應(yīng)有的作用。我國(guó)多數(shù)省部級(jí)及國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室均有院士等高水平專家。但部分實(shí)驗(yàn)室建設(shè)是先專家、后實(shí)驗(yàn)室，即專家按照自己的能力和意向建設(shè)大型實(shí)驗(yàn)室，而非科研機(jī)構(gòu)以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向建設(shè)實(shí)驗(yàn)室后再結(jié)合實(shí)驗(yàn)室需求聘請(qǐng)專家。專家利用其影響力，可以爭(zhēng)取更多的資源和經(jīng)費(fèi)支持，但專家工作變動(dòng)，一旦離開實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室將面臨嚴(yán)重的危機(jī)。因此，實(shí)驗(yàn)室依托機(jī)構(gòu)還應(yīng)尊重市場(chǎng)需求，結(jié)合自身基礎(chǔ)，把握科學(xué)前沿，制訂可持續(xù)的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與發(fā)展規(guī)劃，并以此為依據(jù)，結(jié)合人員技術(shù)需求，聘請(qǐng)專家，提升實(shí)驗(yàn)室核心競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室技術(shù)、人員、資金的良性生態(tài)。

2.2牢記使命，追求創(chuàng)新，重視人才培養(yǎng)、優(yōu)化人才結(jié)構(gòu)，形成實(shí)驗(yàn)室核心競(jìng)爭(zhēng)力

高校和科研機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室不同于一般的商業(yè)性檢測(cè)機(jī)構(gòu)，還應(yīng)具有攻克瓶頸、引領(lǐng)業(yè)內(nèi)潮流、培養(yǎng)人才、追求卓越的使命，造不如買、買不如租的拿來主義思想不可取。實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)若依托于購置商業(yè)化設(shè)備，或者只對(duì)其外殼進(jìn)行美化，而不去研究?jī)?nèi)部核心部件，在激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下，難以形成核心競(jìng)爭(zhēng)力，而且造成國(guó)家資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。0ACCFF6C-45F8-4E25-9A51-820836312E3D

科技創(chuàng)新離不開人才，在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過程中應(yīng)著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)、培養(yǎng)老中青人員結(jié)構(gòu)合理的團(tuán)隊(duì)，避免出現(xiàn)因?qū)＜夜ぷ髯儎?dòng)而影響實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行的現(xiàn)象，建立科學(xué)且長(zhǎng)遠(yuǎn)的人才培養(yǎng)模式。

3 結(jié)語

高校及科研結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室并非盈利性機(jī)構(gòu)，受國(guó)家科研經(jīng)費(fèi)支持，應(yīng)當(dāng)秉持追求卓越、開拓創(chuàng)新的建設(shè)和發(fā)展理念。建設(shè)伊始，應(yīng)充分了解學(xué)界和市場(chǎng)需求，制定中長(zhǎng)期的發(fā)展規(guī)劃;初步建成后，應(yīng)當(dāng)追蹤業(yè)內(nèi)發(fā)展趨勢(shì)和瓶頸問題，勇于挑戰(zhàn)，形成核心競(jìng)爭(zhēng)力和不可替代技術(shù)資本;實(shí)驗(yàn)室建成后，要以成熟技術(shù)為依托，爭(zhēng)取國(guó)家政府以外的市場(chǎng)經(jīng)費(fèi)收入，支撐新技術(shù)、新裝置研發(fā)，使實(shí)驗(yàn)室具備自我更新能力的良性生態(tài)。

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