刘同旭：创新驱动 让土壤更“绿”更持续

文/李婉欣

[导语]

万物土中生，有土斯有粮。广东省科学院生态环境与土壤研究所（以下简称“土壤所”）副所长刘同旭自踏上土壤研究工作的漫漫征途，一路奋勇前行，带领团队围绕矿物-微生物间电子传递机制及环境效应，在活菌外膜蛋白测试新方法、外膜蛋白氧化亚铁的新证据、矿物介导电子传递的新机制以及穿梭体调控新思路等方面取得一系列创新，这让他成长为土壤研究领域的专家。土壤滋养了万物，也滋养了他的科研人生路。

［人物简介］

刘同旭，现任广东省科学院生态环境与土壤研究所副所长，研究方向为土壤中矿物-微生物间电子传递、元素循环、污染物转化的机制及其环境效应。曾获国家自然科学基金杰出青年基金、优秀青年基金，广东省杰出青年基金，以及澳大利亚新南威尔士大学Vice-Chancellor's Postdoctoral Research Fellowship 资助。入选广东省科技创新领军人才。获2023年广东“最美科技工作者”、第十五届广东省丁颖科技奖、4项广东省科学技术奖一等奖、2项中国专利优秀奖、2项广东省专利金奖、中国土壤学会优秀青年学者奖等荣誉。在环境科学与地球化学权威期刊上发表论文100余篇，多篇入选封面论文、高被引论文、热点论文。授权发明专利15件，包括国际发明专利4件。

刘同旭参加第九届全国农业环境科学学术研讨会

与土壤结缘

路边田间、山林河川，土壤无处不在。自小在农村长大的刘同旭，读大学时并没有选择与土壤、农业相关的专业，而是优先选择了在当时看来前沿的、时髦的研究领域。

2003年，他从山东大学本科毕业后来到广东，在中国科学院广州地球化学研究所继续攻读环境科学专业的硕博研究生，以纳米材料光催化及环境应用为研究方向。据他介绍，研制新型纳米光催化材料并用于空气净化等领域，是当时比较热门的研究方向。

“由于课题一直是在广东省科学院生态环境与土壤研究所开展，耳濡目染，改变了我对于土壤的认知。”2008 年，刘同旭在土壤所参加工作后，与土壤结缘，研究方向也转成了土壤学。在他看来，土壤学蕴藏着大量没被挖掘的科学问题，是典型的多学科交叉领域，土壤健康事关着国家粮食安全、人民生命健康。

随着研究方向的转变，在研究方法、理论基础等方面的欠缺，最开始让刘同旭在这条路上走得并不轻松。“仿佛在毕业后重新读了一次博士。”他回忆着说道。幸运的是，2011年他在一次国际会议上认识了澳大利亚新南威尔士大学教授David Waite，在其支持下他成功申请了该校的校长基金博士后研究员职位。期间，刘同旭在实验室开展悉尼港的海底沉积物中有机氯污染物去除机理研究，通过这项研究掌握了水化学的分子反应机制、模型的研究方法。

刘同旭凭着一股子拼劲儿和对科研的执着，在土壤学领域一路深耕。回国后，他将水化学的研究方法引入到土壤学研究中，开展土壤的分子反应机制与模型方面的科研工作，这段经历为他在土壤微生物-矿物相互作用的研究奠定了良好基础。

土壤问题不简单

土之所及，心之所系。刘同旭已在土壤研究所学习工作了20年，“情系红土，根植南粤”的土壤所发展理念一路支撑着他走好科研创新的每一步，也陪伴他见证了土壤所的快速发展。

过去，刘同旭依靠前辈们保留下来的各式“古董”设备，在土壤所布满尘土的旧房旁边，一砖一瓦靠着自己把中试车间搭建起来。在无数次的失败与反复尝试后，他在低温常压下成功制备了纳米钛硅水溶胶，该技术可用于空气净化、稻田重金属污染防治。

随着土壤所获批建设广东省重点实验室、国家级工程中心和农业部重点实验室，土壤所的科研条件与水平得到较大的提升，让工作其中的科技工作者切实获得更优良的研究设施和更高的展示平台，这也为刘同旭与其团队成员在解决基础土壤学的前沿重大科学问题上不断取得突破。

“土壤中包含着微生物，其化学、物理反应过程非常复杂，土壤的问题也并不简单。”刘同旭抓住外膜蛋白的卟啉结构可直接光谱测试这一特点，带领研究团队创建实时、原位监测活菌外膜蛋白的漫透射光谱新方法，并将时间分辨率提升至10 毫秒，克服原位在线监测土壤微生物电子传递的重大挑战。

这个新方法最大的优势在于，能够在不破坏、不干扰微生物反应的前提下，直接测试微生物的蛋白反应动态变化，获取分子尺度信息。他解释说：“由于这些功能蛋白是土壤功能微生物的关键功能蛋白，对于土壤的元素循环、污染物转化具有重要作用，所以获取这些蛋白的反应信息对于精准调控土壤污染物具有重要意义，对于研发修复材料与技术也具有指导意义。”

利用这一新方法，刘同旭团队获得了一系列新发现：揭示希瓦氏菌释放外膜蛋白的新机制，提出电子穿梭体促进生物膜生成的新观点，证实氧化铁导带传递胞外电子传递的新途径；揭示厌氧硝酸还原耦合亚铁氧化过程的氮氧双同位素分馏机制，并建立基元反应动力学模型，解决微生物机制与化学机制相对贡献的定量难题。

“科研本身就是攻坚克难、突破传统认识的过程，获得新发现、取得新进展的前提，就要不断知难而上、迎难而上。”他告诉记者。

不是“土专家”，却是土的专家。像刘同旭一样的土壤科技工作者，以奋斗担当为“笔墨”、以广袤土地为“纸张”，在上面书写着实用、管用、好用的论文，书写着自信、肯干、寻求突破的青春之歌。

让土壤更健康

据了解，中国以占世界9%的耕地、6%的淡水资源养育了世界近20%的人口，14亿多中国人牢牢端住了自己的饭碗；广东则以全国1.9%的土地面积，承载着全国8.9%的人口和10.9%的经济总量。如何让土壤更健康、更绿色，是刘同旭与同行们一直在思考的问题。

刘同旭团队选择从土壤本身入手，寻找保障粮食安全、守护生命健康的更佳方案。“我们以富含穿梭基团和附着基团的生物质炭和木本泥炭为原料，依据穿梭体加速铁还原、硝酸盐加速亚铁氧化的原理，研制了铁改性生物质炭、铁改性腐殖质的复合材料，应用于稻田重金属污染治理。”与传统的酸碱中和技术相比，该材料可降低土壤镉砷有效态超60%，轻度污染稻田的稻米镉、砷同步达标。

农田生态系统是集约化的生态系统，具有固碳周期短、碳蓄积量大、固碳强度大等特点。广东地区主要的红壤具有酸、瘦、蚀的特点，土壤有机碳储量低于全国平均水平。如何提高土壤固碳能力、提升土壤质量？刘同旭团队在不断挑战、破解土壤学的重点和难点问题。

今年8月，他的项目团队在微生物与矿物相互作用驱动土壤固碳关键技术方面取得突破，通过深入挖掘土壤固碳的原理，开发相应的固碳减排产品与技术，提升土壤固碳潜力。其团队以亚铁氧化过程形成的铁矿物为媒介，将黏土矿物和亚铁氧化微生物有机结合在一起，形成一种稳定存在的复合菌剂，能够有效固定环境中的碳，具有降低氧化亚氮排放和亚硝酸盐累积的能力，且固碳效果具有长效性。

“以自然调控为思路，实现重金属等污染物定向调控的同时，促进农作物的生长和粮食的安全生产。”刘同旭及其团队成员潜心科研的价值，深埋土地中，长在庄稼里，洋溢在农民丰收时的笑脸上。

他们的努力，将为我国土壤污染治理提供高效新产品与新思路，为实现碳中和碳达峰作出贡献。