AG经典 | 史上最高！引用超7400次，英国地调局砷污染综述
导言
作为35周年庆祝活动的重头戏， “AG Classics”特别专栏终于揭开了面纱。作为一本底蕴深厚的国际学会的会刊，AG在35年里也发表了在不同程度上引领过相关学科的重要论文。我们希望通过这一项活动，引导全球读者，特别是青年学生学者，再读经典。
期刊拟遴选出一系列在应用地球化学各分支领域产生过较大影响，有代表性的论文，邀请经典论文的原作者与在同一领域深耕的专家开展隔空讨论，共同梳理目前的研究前沿和知识空白。
基于一本期刊开展类似的系统回溯、讨论和总结，在国际地球化学界可能也是一件前所未有的浩大工程。最终，我们预计将汇聚全球超过100位不同背景，不同年龄段的学者参与这样一个意义深远的特别项目，为AG期刊的历史和整个地球化学界留下一笔珍贵的文献财富和一段国际合作的佳话美谈。
访谈的英文原稿在国际地球化学协会（IAGC）官网，AG期刊（Elsevier）官网上刊载，并在推特，IAGC Newsletter上向全球推广。入选的经典文章相关信息将在Elements等杂志上刊载。中文翻译在“AG期刊”微信公众号首发，并将会在未来整合进入环境地球科学相关课程建设，与全球学者携手打造精品课程、精品教材、精品科普作品。AG Classics的所有文案整理、翻译、艺术设计，都是由遍布世界各地的青年志愿者完成。在此，对他们的无私奉献致以诚挚的感谢！
----AG期刊全球编委会
王礼春 （天津大学副教授）：
受AG编委会的盛情邀请，郭华明教授和我很荣幸能够来协助完成“AG Classics”特别专栏的故事序幕。惶恐至极，但我们始终坚信该专栏系列将有助于相关领域的广大科研人员更好地了解这些经典文章背后的故事以及年轻学者的工作。同时也可以作为一种朋辈间交流的重要形式，希望通过专栏系列凝聚一群充满活力的学者。我虽然与Pauline从未谋面，但是从她文章字里行间，能够体会她对“砷”的那份热爱。以她的精选故事拉开序幕，郭老师与我都感到非常高兴。
Published in 2002，GoogleScholar citations: 7400+
作者
Pauline L. Smedley， 英国地质调查局（BGS）首席水文地球化学家
点评
郭华明，中国地质大学（北京）教授、国家杰出青年基金获得者，J. Hydrol共同主编、Appl. Geochem. 副主编
王礼春，天津大学副教授，Groundwater副主编
Q1. 这篇论文发表在2002年，当时人们对砷污染有怎样的认识？当时是怎样的契机写了这一篇论文？
Pauline: 虽然地下水砷引发的健康问题很早以前就在孟加拉邦（印度邦名）和孟加拉国的冲积含水层中被发现了，但砷污染及其影响范围直到上世纪90年代后期才在国际上引起重视。当时，很多针对孟加拉盆地地下水中砷来源的项目正在如火如荼开展。到了2002年，政府部门、供水商、非政府组织、以及研究者开始在具有类似水文地质条件的区域进行地下水砷污染检测。砷污染研究也因此得到迅速发展，尤其是针对孟加拉盆地。该综述文章中的地图突出显示了那时被认为污染的区域，我们对比发现，这些区域和随着理论知识不断深入而进一步确定的污染区域具有一致性。在英国国际发展署资助下，我的合作者David主持了英国地质调查局和孟加拉国政府间的合作项目，并研究了孟加拉国砷污染的天然特性与范围。该项目结束后，我们决定合作撰写这篇综述文章。除了该项目，我还参考了自己参与其它地区砷方面的研究成果，包括加纳、阿根廷、中国和英国；这些地区的情况与孟加拉国截然不同，因此提供了一个更广的思考角度。
图1. 加纳阿善堤地区矿山废水抽调到至尾矿坝（1993年），这是Pauline第一次接触砷污染的野外环境
Q2. 您当时在怎样的职位和生涯发展阶段？后面您的职业生涯的发展经历了哪些milestone？
Pauline: 我当时是英国地质调查局主要的水文化学家，处在我学术职业生涯的中期。文章发表当天我正在休产假。我一直在英国地质调查局工作，并领导由地下水科学家组成的小团队。
图2. Pauline于1999年考察位于中国内蒙古呼和浩特盆地的自流井
郭华明: 那时我正在清华大学做博士后研究。坦白地讲，那时我并没有从事高砷地下水的研究。但是由于我博士论文涉及了这个方向，我一直关注这方面的研究进展。那时候的文献检索手段还比较落后，大部分学者都要到图书馆去查阅纸质的期刊，时效和效率均较低。尽管这篇文章在我博士毕业之前已经出版了，但我那时并没有读到它。当读到它以后，我第一次系统地了解并认识了环境中（特别是地下水中）砷的分布、来源和迁移转化过程。这种认识坚定了我继续从事高砷地下水方面研究的想法。我在德国做洪堡学者期间所从事的研究工作就是利用天然矿物去除地下水砷。这是我人生道路上的一个milestone：第一次走出国门，站在国际视野上，开展与砷有关的研究工作。
在这之后的2005年，考虑到高砷地下水的研究在中国才刚刚起步，我向国家自然科学基金委提交了高砷地下水研究方面的面上基金申请项目。由于研究理念较新，创新性不错，该项目经过同行评审后就获得了立项，也是我人生中的第一个国家自然科学基金项目。自己的研究成果和创新性想法得到了认可和肯定，当时的喜悦之情是无法用语言来描述的。
图 3. 河套盆地进行地下水水质监测
王礼春: 当时我临近博士研究生（就读于德克萨斯大学奥斯汀分校）结束阶段。实话说，虽然因为我博士论文是关于裂隙介质中渗流和传输机制，我对物质迁移现象规律比较熟悉，但是我当时并不是很了解砷的迁移转化过程。机缘巧合，德州农工大学Peter S. Knappett教授和我博士导师M. Bayani Cardenas教授计划合作一项在河流带砷迁移的课题，主要关注孟加拉国河岸带水位波动引起的砷赋存及迁移规律。我被这个课题的科学性以及社会影响力所吸引，因此主动请缨为该课题建立一个概念性反应性模型。
在该模型的构建过程中，这篇综述文章极大地帮助我全面了解砷在水体系统中的赋存和迁移规律。更为重要的是，通过搜索其引用文章，为我们这种“门外汉”深入学习砷如何被吸附与解析提供了一个绝佳机会。同时我也得到来自于西北太平洋实验室帅品科学家的大力帮助，最终建成了一个完善的反应性模型。基于该模型初步结果，Peter 和Bayani成功申请到美国自然科学基金。
2020年1月份，在我回国加入到天津大学后，我们整个团队，包括德州农工、德克萨斯大学奥斯汀分校和圣安东尼奥分校的所有合作者和我来到了孟加拉国，探索和解密河岸带水体和沉积物的物理-化学属性。三周左右的繁忙野外工作包括了地球物探、打井、取水样和沉积物样品等。尽管工作环境较为恶劣，但是我们最终很庆幸能够在2020年新冠疫情爆发前圆满完成野外工作，并期待后续的野外旅行和更多的好成果。
图4. 采用高密度电法解译孟加拉国梅格纳河岸沉积物特性(拍摄于2020年1月8号)。从后往前分别是：Micaela Pedrazas、Alamgir Hosain 和王礼春
Q3. 这篇经典文章的撰写对你后来职业生涯有什么影响？比如，您有继续在砷污染问题的工作？
Pauline:我想这篇文章对我的研究方向影响甚弱。因为我在政府部门工作，这些年来我的工作重心会根据政府的优先要求发生改变。
Q4. 据我所知，这是关于砷污染问题的所有文献中引用最高的一篇，在整个环境地球化学以及地下水科学的文献历史中都有一席之地。您觉得为什么这一篇文章能获得如此高的引用？
Pauline: 那时砷污染问题在全球范围开始凸显，同时大家也高度关注饮用水带来的砷暴露这一突出的公共卫生问题。我们也尽可能地做到了让我们这篇综述系统全面和有参考价值。地下水砷污染问题在许多地球科学领域本科生的教材中被讨论，使得该综述成果成为相关的阅读材料。
郭华明: 我觉得主要有两方面的原因。一方面是，这篇文章很系统地总结了天然水体中砷的分布、来源、水-岩相互作用过程、不同环境中（特别是氧化还原环境中）的高砷地下水（包括地热水）及共性特征等。它为后期环境砷研究搭建了一个能够不断丰富和完善的总体框架，不同专业方向的读者看了以后都能受到一定的启发。另一方面是，这个问题是全球性的，高砷地下水分布在全球6大洲的70多个国家230多个地区；它不仅分布范围广，而且影响程度大，长期饮用高砷水（As >10 μg/L）产生慢性砷中毒，导致包括角质化、色素异常、皮肤癌、肺癌等在内的各种疾病。这些特征使得环境砷方面的研究成为全球的研究热点。这篇综述文章所起到的作用是引领性的。
Q5. 这一篇文章背后有没有什么有趣的故事？比如什么机构资助的这个工作（或者这一系列工作），写这一片非常长的综述花了多少时间，经历了哪些曲折？
Pauline: 这篇综述的初稿原来是作为联合国多学科报告的一个章节而撰写的。后来由于该报告可能无法完成，为了避免成果流失，我们决定将其成果以期刊论文形式发表。花了多长时间？假如把搜索文献及归纳相关成果的时间算上的话，大约花了8年时间。这篇文章时间有些久远，回想起来我们应该是在几个星期内完成的写作。
Q6. 您还记得自己第一次读到这一篇文章时是什么场景吗？
郭华明: 那是我第一次通过数字图书的形式在网上下载文章。记得当时我正在写德国洪堡学者的申请材料，里面涉及了洪堡期间的研究计划（利用天然矿物去除地下水砷的研究）。这篇综述文章为该研究计划提供了一个非常好的背景信息，进一步支持了高砷地下水除砷的必要性和紧迫性。
王礼春: 水体环境中砷赋存特征及迁移转化规律这个课题深深吸引了我。一天早晨，我端着咖啡静静地坐在办公室第一次搜索与该研究课题相关的论文。让我吃惊地是，这篇评论文章虽然发表超10余载，当我用“评论、砷、自然水体”等关键词在谷歌引擎上搜索时，该文章首先映入眼帘。我也被这篇文章的深度和广度所震撼，或许这是为什么该文章能够得到如此高引用的原因！我花了超过1周时间来继续搜索大量的引用文章，并通过深入学习这些文章，逐渐掌握和了解了砷在自然环境中的迁移转化机理。
Q7. 现在您还向自己课题组的新生推荐阅读这篇文章吗？这篇文章是否在您的教学过程也发挥了作用？
郭华明: 我仍然在推荐课题组的新生阅读这篇文章。它是环境砷研究领域的入门著作，既能让学生掌握该领域的一些基础知识，也能让他们了解近20年前科学家是如何对待并研究这些问题的。
除此之外，在日常教学中，我经常会引用该文章的一些图和表。特别是讲到氧化还原、吸附-解吸如何影响地下水中化学组分行为时，我经常会讲解到这篇文章中砷污染的实例。它不仅有助于学生理解课堂教学的知识点，也让他们切身领会理论知识的实际应用价值。
图5. 课题组在内蒙地区开展高砷地下水调查和采样；从左到右分别是严松，邢世平，张卓，郭华明，于晨，惠淑君，王奥，章超然。
Q8. 这篇论文发表至今已有18年，众多的科学家都在致力于解决全球的砷污染问题。作为领域的资深专家，能否简练的总结和展望一下砷污染问题未来的研究热点，以及您个人最感兴趣的方面。
Pauline: 尽管国际上针对砷迁移机制有海量的研究成果，但在我印象中，对氧化还原反应起到驱动作用的有机碳的来源问题还没有彻底解决。在砷释放迁移的概念模型中，是自然条件本身还是最新污染源导致，以及这两个因素的相对重要性还不是很明晰，这极大地影响了含水层的管理。值得注意的是，全球范围内还有一些地方（例如非洲局部区域）水样测试有限，同时很大一部分人群的饮用水安全得不到保障，特别是南亚。地球科学研究在正确理解这些问题上发挥了重要的作用，但是真正去解决这些问题并不是研究本身能够完成的。我个人研究兴趣包括广泛的饮用水化学以及地下水组成成分对人体健康的影响。受国际饮用水标准和准则影响，微量元素，包括铀、氡、氟、钼和镍方面的研究在最近一些年来越来越受青睐。
郭华明: 谢谢。我不能算是资深专家，但可以简单谈谈我个人的看法。未来的研究热点可能主要包括以下3个方面：（1）地下水砷的根本来源。目前对这个方面的认识还非常有限，从大尺度上来看，造山运动可能时地壳深部砷向表生环境输移的主要驱动力，但是这些深部来源的砷如何输移、主要以何种方式输移并成为目前赋存高砷地下水的含水介质，这些含水介质在后期的水-岩相互作用过程中如何演化等，却并不十分清楚。（2）高砷地下水系统有机物-微生物的相互作用。以往的研究表明，微生物和有机质在地下水富砷过程中起着非常重要的促进作用。但我们对高砷地下水中的微生物、有机物的了解还非常有限，如何从原位观测和室内实验相结合的角度揭示微生物-有机物之间的相互作用及其富砷的生物地球化学效应，也是需要解决的关键科学问题。（3）地下水砷的高效-低成本去除技术。国内外的大量研究表明，铁基和炭基功能材料（包括纳米材料等）可能是有前景的除砷材料。但是在实际高砷地下水处理过程中仍然有些问题，包括去除容量显著下降、板结、维护成本高等。新材料和新技术的研发有助于解决这些问题。此外，基于富砷机理的高砷地下水原位高效修复技术，也将成为该领域未来的研究热点。
Q9. 您对下一代学者如果要成功并有效地解决砷污染问题有什么建议？
Pauline:目前并没有什么灵丹妙药能够解决地下水砷污染这一全球性的问题。然而，砷污染问题将持续影响着百万人口的健康，因此很有必要继续深入研究该问题。
Q10. 根据您丰富的人生阅历，您认为一个年轻学者要怎样才能发表一项具有深远意义的工作？
Pauline: 我想学者需要研究一个有重要科学价值的课题，一个完善且可行的方法，以及些许运气成份。
Q11. 能否聊一下您自己的国际合作的情况，以及您对国际学术合作的看法，特别是现在的国际形势和疫情背景下？
Pauline: 因为国际合作研究的资助渠道在逐渐减少，全球许多地方安全问题在增加，尤其是现在冠状病毒严重阻碍了旅行或使其变得非常困难，促进良好的国际合作关系的难度越来越大。此外，尽管我们欧洲间合作在强化，但是英国脱欧的影响带来了很大的不确定性，包括在资金资助，科研交流、任职和合作等方面。另外一方面，冠状病毒迫使我们重新思考是否需要乘坐国际航班来面对面交谈，因为现在虚拟（在线）研讨会和会议已日常化。我猜测科学技术很快就会解决冠状病毒的问题，但是病毒已经在不经意间改变了将来的工作和交流方式。减少的旅行将会有利于环境。
郭华明: 我们一直非常重视国际合作，也认为环境领域的国际交流与合作不应受到政治（或者国际关系）的影响。目前我本人负责的高等学校学科创新111引智计划项目“地下水演化机理及含水系统修复”正在有条不紊的推动过程中，该项目由中国、美国、英国、德国、法国、瑞典、澳大利亚、丹麦、韩国等科学家共同参与，旨在通过交流与合作，解决地下水领域共同关心的科学问题。受到国际环境和疫情的影响，该项目的进展较慢。特别是原定的中外双方互访、合作研究等受到一定的影响。但是我们正在想尽各种办法克服这些困难，通过网上在线研讨、教学、国际会议、信件交流等形式，开展各种形式的专题讨论、师生互动、论文批改等活动，这些举措在一定程度上促进了双方的交流、合作和互动。我们的这些经验可供其他同行参考。
图 6. 第45届水文地质学家大会留影
Q12. 据您的看法，政府部门、科研工作者和普通民众在解决全球隐性砷污染问题上应该分别发挥什么作用？
Pauline: 科研工作者需要根据研究所得的科学证据得出结论，但是不同的砷污染解决方法会有迥异的成本和后续影响，因此决策者需要根据当地需求以及优先度做出最后决定。科研工作者和决策者都可以为提高和维持民众对砷污染及人体健康影响的认识起到促进作用。
郭华明: 科技工作者应该揭示地下水砷污染现象背后的内在规律和关键机理，探究高效原位或异位修复技术中的重要科学问题，为管理部门和环保企业提供经济、高效、环境友好的解决方案。政府部门和科技工作者应该共同努力为民众普及砷污染的分布、危害、预防措施等科普知识，有效规避通过不同途径进入人体的危害方式。总之，政府部门、科研工作者和普通民众应该协调一致最大限度地缓解全球性砷污染的危害。
排版 | 刘家硕（复旦大学）
推荐阅读
“微言大义”专栏
A G 期 刊
投稿邮箱｜applgeochem@outlook.com
稿件（word文档）以邮件形式发送给邮箱
终稿会向投稿人确认信息无误后再发布
投稿内容包括且不限于
论文推送，学术活动，社群动态，招聘信息