【晨报深一度特别报道】黑土地上“种”出农民的“金饭碗”
开篇语
中医药是中国传统文化的瑰宝。当前，我国中医药产业发展正处于重大战略机遇期。在“做大做强龙江中医药产业，塑造龙江中医药品牌，实现中医药产业高质量发展”及加快落实我省打造千亿级中医药产业决策部署的大背景下，我市抢抓机遇，制定并出台了《牡丹江市推动中医药产业发展三年行动计划（2020—2022年）》，从第一产业的种植业到第二产业的中药加工制造再到第三产业的中医服务业做出了具体的发展规划，助力我市中医药产业高速发展，发展速度全省名列前茅。
当下，我市以塑造“关药名城、康养福地”为目标，致力于打造“3宝6味12香”为代表的原生道地中药材品种品牌，全力推进我市中医药全产业链整体竞争力。
依托“8341”中草药种植格局
助力“一产”科学发展
6月，在林口县三道通镇长胜村的种植基地里，平贝长势良好，生机勃勃，郁郁葱葱……长胜村发展中药材平贝种植已有四十多年的历史，村里每家每户庭院内都会种植，发展平贝种植具有用工少、种植技术低、市场回收价值高等特点，是稳定、长效、持久的增收产业，种植平贝已成为当地一项富民产业。
与平贝相比，林口出产的黄芪更是享誉全国。还有海林刺五加、穆棱人参、宁安苍术……这些都是牡丹江出产的驰名中外的中药材。牡丹江是全国沿边开放大市和我省东南部区域中心城市，发展中药材产业具有自然地域、人文基础、产业技术等独特优势。近年来，我市加快了产业布局，致力于打造原生道地中药材品种品牌，充分发挥产业示范、辐射、带动作用，推进中药材种植发展，让中药材成为农民的增收新亮点。
全市中药材种植已达30万亩
牡丹江位于北纬45°的“黄金生物带”上，气候雨热同季，昼夜温差大，地形呈“八山半水分半田”特征，是全省生态环境最好的地区之一，非常适合关药的生长。
那么，什么是关药呢？“关药是指山海关以北或指‘关外’东三省及内蒙古部分地区所产的道地药材。著名关药有人参、鹿茸、防风、五味子、刺五加等。”日前，市中医药产业办一产专班负责人王剑辉告诉记者，牡丹江地区中医药文化有着悠久的历史，我市从上世纪五六十年代就开始大规模发展中药材人工种植，到七八十年代已经在全国中药界享有盛名。2019年前，我市中药材种植面积近13万亩；发展至今，全市中药材种植面积和种植品种持续扩大，中药材种植总面积已达到30万亩。其中，种植千亩以上品种21个、五千亩以上品种11个、万亩以上品种6个。
从2019年春季开始，我市紧跟“做大做强龙江中医药产业”脚步，立足发展、从顶层设计，决定在全域内大规模发展中医药产业，并制定了《牡丹江市推动中医药产业发展三年行动计划（2020—2022年）》，努力将我市打造成为中医药产业强市和全国重要道地关药产区。
近年来，我省把中药产业上升为调结构、增收入、壮经济的重要千亿级产业，确定了重点发展中药材品种“龙九味”，让以刺五加、五味子、人参、西洋参、关防风、赤芍、火麻仁、板蓝根、鹿茸等为重点的中药品牌叫响全国。而牡丹江作为人参、刺五加、五味子等道地药材主产区，产业发展较早，技术相对成熟，区域优势规模已经形成。其中，人参种植面积发展到2万余亩，产值达2亿元。野生刺五加储量达2万吨。刺五加种子种苗基地发展到千亩以上，人工种植面积发展到1.8万亩，林下仿野生种植5万亩。野生五味子储量达1000吨，人工种植面积发展到2500亩。
突出优势打造“8341”格局
“从我市资源禀赋看，我市中药材产业优势突出，潜力巨大。其中，辖区名贵珍稀药材近10种、大宗药材近150种，道地药材总蕴藏量近31万吨。”王剑辉说，为了扩大标准化规范化种植基地建设，我市围绕牡丹江河谷地带和长白山的“张广才岭”“老爷岭”“锅盔山”“太平岭”等优势产区，采取“公司—合作社—基地—药农—标准化”五位一体、多种组合方式，着力打造8个境内商品药材种植基地、3个千亩种源种苗基地、4个中医药小镇、1个境外商品药材种植基地的“8341”中草药种植格局。
即“五林镇—柴河镇—铁岭镇”“温春镇—宁安镇—江南乡”“卧龙乡—马河乡—镜泊镇”“横道镇—山市镇—长汀镇”“兴源镇—穆棱镇”“共和乡”“三道通镇—莲花镇—刁翎镇—建堂镇”和“绥阳镇—阜宁镇—老黑山镇—大肚川镇”等8个境内万亩中药材种植基地；海林市山市镇国家东北森林区道地药材资源生态开发利用技术研发基地、林口县莲花镇省黄芪种苗规范化繁育基地、宁安市宁安镇省苍术规范化种植试验基地等3个千亩良种繁育基地；林口市莲花镇、海林市山市镇、穆棱市兴源镇中医药特色小镇和东宁市绥阳镇中药材种植小镇等4个小镇；1个乌苏里斯克境外万亩中药材种植基地。
记者了解到，我市通过签订定销合同、订单收购等方式，逐步形成“企业+基地+合作社”“企业+农户+基地”等生产运营模式，药材订单种植总面积达到2万亩。
市场上的“明星”产品带来可观收入
人参是关药的代表，提起人参就不得不提穆棱。穆棱市是牡丹江市下辖县级市，那里资源丰富，中药材有人参、黄芪、刺五加、桔梗等数百种。连年的发展，让穆棱市成为全国人参主产区之一。
夏季的每一天，对于穆棱市福禄乡巨丰村的李茂财来说都是忙碌又充实的。李茂财是当地有名的种参大户，虽然聘请了管理人员管理人参种植基地，但他还是放心不下地里的那些“宝贝”。每天亲手侍弄人参，看看长势，李茂财心里才踏实。
福禄乡本地海拔高、温差大，特别适宜人参生长，但夏季却是种参人最不敢掉以轻心的时候，因为管理稍有不慎，人参极易受到病害，从而影响一年的收成。连日来，李茂财每天早上4点出门来到山上，查看基地里人参的生长情况，为人参除草、打营养剂、喷杀菌剂……在他的眼里，人参除了是生长娇贵、药用价值高的药材外，也是带动自家和周围村民发家致富的经济作物。
“我家现在主要种植人参、西洋参等品种，种植面积700多亩，每年平均纯收入在300万元左右。”李茂财告诉记者，人参是东北道地药材的代表，其对土地肥力要求很高，为了“助力”人参更健康地成长，保障药材品质，自家还是会定期施用有机肥，再加之田间管理严格，产出的人参符合国家药检标准且品质优，所以产品根本不愁卖，产出的人参主要销往吉林省，有订单式销售也有慕名而来的客户。
去年，人参产业受疫情冲击和整体产量过大的双重影响，人参价格有所下降。即使面临这种情况，李茂财也没有萌生退缩的想法，而是另辟蹊径，寻求出路。“既然市场整体产量过大，那我就在‘时间差’和品质上下功夫。”今年，在我省专项资金帮扶下，李茂财家建设了一座660立方米的储藏冷库，等到人参秋收后，就可以将生长五六年的鲜人参冷藏，待市场价格高时再通过线上、线下双渠道销售。
其实，人参种植不仅是李茂财的事业和情怀，更是周围村民的一种“来钱道儿”。“夏天人参生长期和秋天起人参的时候是最忙的，我家最多雇佣过60多名工人帮忙，他们基本都是本村和邻村的村民。”李茂财计算了一下，仅一个夏天，每名来打工的村民平均可收入2万元左右，而这只是大家挣的“外快”，可以说人参就是大家致富的秘诀之一。
纵观国内市场，我省因地理位置优越、人参种植面积大、产品品质高、无污染等优势，目前黑龙江出产的人参已经占据全国市场的70%至80%左右。根据市中医药产业办的统计，我市种植道地药材农户的每年平均收入比种植大田作物农户的年收入要高出50%至300%，甚至更多。
扬长避短 扩大品牌影响力
根据总体规划，我市要叫响以“熊胆、鹿茸、林蛙油”“人参、刺五加、北五味、黄芪、白鲜皮、北苍术”“桔梗、龙胆、月见草、火麻仁、平贝、防风、蒲公英、赤芍、玉竹、苏子、沙棘、蜂蜜”等“3宝6味12香”为代表的原生道地中药材品种品牌，逐渐形成一批具有较高知名度和影响力的区域品牌、特色产品，成为全省中医药产业强市和全国重要道地关药产区。
期间，在省重点支持的林口黄芪、海林刺五加、穆棱西洋参、宁安苍术的基础上，我市各地再结合当地中药材发展潜力进一步明确了重点发展品种，形成海林市平贝、五味子，林口县苍术、板蓝根，穆棱市人参，宁安市白鲜皮、西洋参，东宁市紫苏、返魂草等一批优势产业集中区。
“通过三年来的发展，我市‘关药名城’的品牌已经传播得更远；市场上，我市出产的中药材也更受客商的欢迎，归根到底是我们的产品质量高、药用价值大。”采访中王剑辉说，为从源头保障中药材的品质，我市加快建立中药材质量追溯体系，进一步规范单品种中药材种源培育、种植栽培技术标准等。
其中，我市积极支持科研机构、企业、合作社等主体，根据需要制定适合牡丹江市的中药材种植、加工标准。在种植技术上，人参种植解决了冬季抗冻性等难题；刺五加解决了全光下种植难题；五味子解决了合理种植面积问题。在2021年初，我市颁布出台了北苍术、防风、赤芍、黄芪、平贝母、野山参6种栽培技术规程，指导中药材规范化生产。
同时，各地加快打造原产地品牌，穆棱市成功获得沙棘和红豆杉2个地理标识；林口县政府出台了申报“两品一标”支持政策，成功申报一个有机绿色标识补贴1万元、一个农产品地理标识补贴3万元。今年，林口白鲜皮、黄芪中药材地理标识已经获批，海林刺五加、穆棱人参地理标识也正在申请中。
“到2021年底，我市还将出台10个中药材栽培技术规程；全市中药材种植面积新增5万亩。”记者从市中医药产业办了解到，我市将深挖本地自然优势，持续扩大品牌影响力，同时降低种植风险，优先种植市场需求大价格稳、投资小见效快、成本低效益高的中药材品种，并采取“长短结合，以短养长”思路，将生长期较长的苍术、赤芍与生长周期短的丹参、防风、紫苏、桔梗等搭配种植，大力推广林药套种等山林经济模式，尽可能减轻药农负担、推动药农致富。
开篇语
中医药是中国传统文化的瑰宝。当前，我国中医药产业发展正处于重大战略机遇期。在“做大做强龙江中医药产业，塑造龙江中医药品牌，实现中医药产业高质量发展”及加快落实我省打造千亿级中医药产业决策部署的大背景下，我市抢抓机遇，制定并出台了《牡丹江市推动中医药产业发展三年行动计划（2020—2022年）》，从第一产业的种植业到第二产业的中药加工制造再到第三产业的中医服务业做出了具体的发展规划，助力我市中医药产业高速发展，发展速度全省名列前茅。
当下，我市以塑造“关药名城、康养福地”为目标，致力于打造“3宝6味12香”为代表的原生道地中药材品种品牌，全力推进我市中医药全产业链整体竞争力。
依托“8341”中草药种植格局
助力“一产”科学发展
6月，在林口县三道通镇长胜村的种植基地里，平贝长势良好，生机勃勃，郁郁葱葱……长胜村发展中药材平贝种植已有四十多年的历史，村里每家每户庭院内都会种植，发展平贝种植具有用工少、种植技术低、市场回收价值高等特点，是稳定、长效、持久的增收产业，种植平贝已成为当地一项富民产业。
与平贝相比，林口出产的黄芪更是享誉全国。还有海林刺五加、穆棱人参、宁安苍术……这些都是牡丹江出产的驰名中外的中药材。牡丹江是全国沿边开放大市和我省东南部区域中心城市，发展中药材产业具有自然地域、人文基础、产业技术等独特优势。近年来，我市加快了产业布局，致力于打造原生道地中药材品种品牌，充分发挥产业示范、辐射、带动作用，推进中药材种植发展，让中药材成为农民的增收新亮点。
全市中药材种植已达30万亩
牡丹江位于北纬45°的“黄金生物带”上，气候雨热同季，昼夜温差大，地形呈“八山半水分半田”特征，是全省生态环境最好的地区之一，非常适合关药的生长。
那么，什么是关药呢？“关药是指山海关以北或指‘关外’东三省及内蒙古部分地区所产的道地药材。著名关药有人参、鹿茸、防风、五味子、刺五加等。”日前，市中医药产业办一产专班负责人王剑辉告诉记者，牡丹江地区中医药文化有着悠久的历史，我市从上世纪五六十年代就开始大规模发展中药材人工种植，到七八十年代已经在全国中药界享有盛名。2019年前，我市中药材种植面积近13万亩；发展至今，全市中药材种植面积和种植品种持续扩大，中药材种植总面积已达到30万亩。其中，种植千亩以上品种21个、五千亩以上品种11个、万亩以上品种6个。
从2019年春季开始，我市紧跟“做大做强龙江中医药产业”脚步，立足发展、从顶层设计，决定在全域内大规模发展中医药产业，并制定了《牡丹江市推动中医药产业发展三年行动计划（2020—2022年）》，努力将我市打造成为中医药产业强市和全国重要道地关药产区。
近年来，我省把中药产业上升为调结构、增收入、壮经济的重要千亿级产业，确定了重点发展中药材品种“龙九味”，让以刺五加、五味子、人参、西洋参、关防风、赤芍、火麻仁、板蓝根、鹿茸等为重点的中药品牌叫响全国。而牡丹江作为人参、刺五加、五味子等道地药材主产区，产业发展较早，技术相对成熟，区域优势规模已经形成。其中，人参种植面积发展到2万余亩，产值达2亿元。野生刺五加储量达2万吨。刺五加种子种苗基地发展到千亩以上，人工种植面积发展到1.8万亩，林下仿野生种植5万亩。野生五味子储量达1000吨，人工种植面积发展到2500亩。
突出优势打造“8341”格局
“从我市资源禀赋看，我市中药材产业优势突出，潜力巨大。其中，辖区名贵珍稀药材近10种、大宗药材近150种，道地药材总蕴藏量近31万吨。”王剑辉说，为了扩大标准化规范化种植基地建设，我市围绕牡丹江河谷地带和长白山的“张广才岭”“老爷岭”“锅盔山”“太平岭”等优势产区，采取“公司—合作社—基地—药农—标准化”五位一体、多种组合方式，着力打造8个境内商品药材种植基地、3个千亩种源种苗基地、4个中医药小镇、1个境外商品药材种植基地的“8341”中草药种植格局。
即“五林镇—柴河镇—铁岭镇”“温春镇—宁安镇—江南乡”“卧龙乡—马河乡—镜泊镇”“横道镇—山市镇—长汀镇”“兴源镇—穆棱镇”“共和乡”“三道通镇—莲花镇—刁翎镇—建堂镇”和“绥阳镇—阜宁镇—老黑山镇—大肚川镇”等8个境内万亩中药材种植基地；海林市山市镇国家东北森林区道地药材资源生态开发利用技术研发基地、林口县莲花镇省黄芪种苗规范化繁育基地、宁安市宁安镇省苍术规范化种植试验基地等3个千亩良种繁育基地；林口市莲花镇、海林市山市镇、穆棱市兴源镇中医药特色小镇和东宁市绥阳镇中药材种植小镇等4个小镇；1个乌苏里斯克境外万亩中药材种植基地。
记者了解到，我市通过签订定销合同、订单收购等方式，逐步形成“企业+基地+合作社”“企业+农户+基地”等生产运营模式，药材订单种植总面积达到2万亩。
市场上的“明星”产品带来可观收入
人参是关药的代表，提起人参就不得不提穆棱。穆棱市是牡丹江市下辖县级市，那里资源丰富，中药材有人参、黄芪、刺五加、桔梗等数百种。连年的发展，让穆棱市成为全国人参主产区之一。
夏季的每一天，对于穆棱市福禄乡巨丰村的李茂财来说都是忙碌又充实的。李茂财是当地有名的种参大户，虽然聘请了管理人员管理人参种植基地，但他还是放心不下地里的那些“宝贝”。每天亲手侍弄人参，看看长势，李茂财心里才踏实。
福禄乡本地海拔高、温差大，特别适宜人参生长，但夏季却是种参人最不敢掉以轻心的时候，因为管理稍有不慎，人参极易受到病害，从而影响一年的收成。连日来，李茂财每天早上4点出门来到山上，查看基地里人参的生长情况，为人参除草、打营养剂、喷杀菌剂……在他的眼里，人参除了是生长娇贵、药用价值高的药材外，也是带动自家和周围村民发家致富的经济作物。
“我家现在主要种植人参、西洋参等品种，种植面积700多亩，每年平均纯收入在300万元左右。”李茂财告诉记者，人参是东北道地药材的代表，其对土地肥力要求很高，为了“助力”人参更健康地成长，保障药材品质，自家还是会定期施用有机肥，再加之田间管理严格，产出的人参符合国家药检标准且品质优，所以产品根本不愁卖，产出的人参主要销往吉林省，有订单式销售也有慕名而来的客户。
去年，人参产业受疫情冲击和整体产量过大的双重影响，人参价格有所下降。即使面临这种情况，李茂财也没有萌生退缩的想法，而是另辟蹊径，寻求出路。“既然市场整体产量过大，那我就在‘时间差’和品质上下功夫。”今年，在我省专项资金帮扶下，李茂财家建设了一座660立方米的储藏冷库，等到人参秋收后，就可以将生长五六年的鲜人参冷藏，待市场价格高时再通过线上、线下双渠道销售。
其实，人参种植不仅是李茂财的事业和情怀，更是周围村民的一种“来钱道儿”。“夏天人参生长期和秋天起人参的时候是最忙的，我家最多雇佣过60多名工人帮忙，他们基本都是本村和邻村的村民。”李茂财计算了一下，仅一个夏天，每名来打工的村民平均可收入2万元左右，而这只是大家挣的“外快”，可以说人参就是大家致富的秘诀之一。
纵观国内市场，我省因地理位置优越、人参种植面积大、产品品质高、无污染等优势，目前黑龙江出产的人参已经占据全国市场的70%至80%左右。根据市中医药产业办的统计，我市种植道地药材农户的每年平均收入比种植大田作物农户的年收入要高出50%至300%，甚至更多。
扬长避短 扩大品牌影响力
根据总体规划，我市要叫响以“熊胆、鹿茸、林蛙油”“人参、刺五加、北五味、黄芪、白鲜皮、北苍术”“桔梗、龙胆、月见草、火麻仁、平贝、防风、蒲公英、赤芍、玉竹、苏子、沙棘、蜂蜜”等“3宝6味12香”为代表的原生道地中药材品种品牌，逐渐形成一批具有较高知名度和影响力的区域品牌、特色产品，成为全省中医药产业强市和全国重要道地关药产区。
期间，在省重点支持的林口黄芪、海林刺五加、穆棱西洋参、宁安苍术的基础上，我市各地再结合当地中药材发展潜力进一步明确了重点发展品种，形成海林市平贝、五味子，林口县苍术、板蓝根，穆棱市人参，宁安市白鲜皮、西洋参，东宁市紫苏、返魂草等一批优势产业集中区。
“通过三年来的发展，我市‘关药名城’的品牌已经传播得更远；市场上，我市出产的中药材也更受客商的欢迎，归根到底是我们的产品质量高、药用价值大。”采访中王剑辉说，为从源头保障中药材的品质，我市加快建立中药材质量追溯体系，进一步规范单品种中药材种源培育、种植栽培技术标准等。
其中，我市积极支持科研机构、企业、合作社等主体，根据需要制定适合牡丹江市的中药材种植、加工标准。在种植技术上，人参种植解决了冬季抗冻性等难题；刺五加解决了全光下种植难题；五味子解决了合理种植面积问题。在2021年初，我市颁布出台了北苍术、防风、赤芍、黄芪、平贝母、野山参6种栽培技术规程，指导中药材规范化生产。
同时，各地加快打造原产地品牌，穆棱市成功获得沙棘和红豆杉2个地理标识；林口县政府出台了申报“两品一标”支持政策，成功申报一个有机绿色标识补贴1万元、一个农产品地理标识补贴3万元。今年，林口白鲜皮、黄芪中药材地理标识已经获批，海林刺五加、穆棱人参地理标识也正在申请中。
“到2021年底，我市还将出台10个中药材栽培技术规程；全市中药材种植面积新增5万亩。”记者从市中医药产业办了解到，我市将深挖本地自然优势，持续扩大品牌影响力，同时降低种植风险，优先种植市场需求大价格稳、投资小见效快、成本低效益高的中药材品种，并采取“长短结合，以短养长”思路，将生长期较长的苍术、赤芍与生长周期短的丹参、防风、紫苏、桔梗等搭配种植，大力推广林药套种等山林经济模式，尽可能减轻药农负担、推动药农致富。
【水不只往低处流？重磅论文揭示地下水密码：“看不到地下水流，就把它‘画’出来”】“人往高处走，水往低处流”这句话，揭示着世间再平常不过的规律。然而，凡事都有个例外，比如，在我们脚下的“深地”，水不一定只往低处流。
地下水如何循环，是地下水科学研究最基本的问题之一。尽管早在1963年匈牙利裔加拿大科学家J. Tóth就用解析方法绘制了地下水系统复杂的多级嵌套结构，但人们很少从现场观测和试验中真正认识地下水流情况，这大大限制了地下水系统理论的完善和相应的“深地”开发利用。
8月9日，我国同位素水文地质领域的研究人员主导发表在《地球物理研究快报》（GRL）上的一篇重磅国际合作研究论文——《钻井地下水年龄和化学成分剖面上转折点揭示盆地多级嵌套地下水系统》https://t.cn/A6IaUI49，不仅佐证了地下水并不只是“往低处流”，更揭示了地下水循环的丰富内涵和精湛细节，这将为我国深地资源开发利用提供难得的科学基础。
论文在线发表后，《中国科学报》联系采访了该论文的第一作者、中国地质调查局西安地质调查中心高工张俊，以及论文通讯作者之一、中科院地质与地球物理研究所研究员庞忠和。
△ 地下水多大岁数？取出来测一测
地下水循环的问题在地下水科学研究领域的基础地位，堪比爱因斯坦定律之于物理学。然而，与地表水相比，地下水“不可见”及其水系统结构复杂的属性，使得人们在野外识别它的难度很大。
看不到它，就把它“画”出来。在内蒙古高原的鄂尔多斯盆地，科学家们以这里的地下水系统为对象，施展起了他们的“绘画天才”。不过，他们用来作画的“笔墨”，是钻井剖面上的地下水年龄数据和地球化学成分信息。
水从地表渗入地下开始算起，到采样时所经过的时间，就是地下水的年龄。庞忠和告诉《中国科学报》，通过摸底不同地点地下水的年龄、水位等情况，再结合化学成分特征画线，找到“转折点”，就能准确描摹地下水的多级嵌套循环系统。
而要获得实测地下水年龄和化学成分，首要的问题就是要精准取样。然而由于钻孔内地下水一般处于运动状态，传统的“全井抽水”试验方法很难取到不同深度的分层样品，而详细的分层样品数据恰恰是刻画地下水系统结构的关键信息。
工欲善其事，必先利其器。创造和改进试验和测试技术，是研究团队要闯的第一道关。
庞忠和告诉记者，双栓塞（double-packer）地下水分层采样与试验系统最早于本世纪初经由国际原子能机构（IAEA）技术合作项目引入我国，在深层地下水勘查和高放核废物地质处置选址项目中开始应用。但是，它在实践中也遇到一些问题。2010年以后，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心的研究人员重新设计了“双栓塞分层抽水试验系统”，在设备材质、耐压性能、止水效果等方面加以改进，使其能够适应我国深井高水压条件下的分层取样要求。
“国产新设备可以满足水文地质勘查工作需要。”张俊对《中国科学报》介绍说， “在鄂尔多斯盆地，我们通过控制取样流量和降深，并通过建立水质现场监测评价方法，避免了取样过程中‘层间越流’和外来水混入的可能。”张俊表示，这些举措有效提高了采样质量，为精细刻画地下水系统打下了可靠的基础。
取样之后就是“定年”。不过，常用的氚（3H）和碳（14C）同位素方法测定上限分别为60年以内和4万年以内，这对于年龄动辄超过4万年的大型盆地深层地下水而言，显得不够用。
“本次研究采用了最新的氪（Kr）同位素定年技术。” 庞忠和对《中国科学报》介绍说，5年前我们和中国科技大学教授卢征天团队合作，开展测量技术和应用条件的研究。
Kr是惰性气体，81Kr的半衰期是23万年，定年范围可达130万年，而且81Kr在地下无干扰源，化学性质稳定，不和其他物质发生反应，是古老地下水的理想定年方法。但该方法的应用长期受限，这缘于81Kr同位素在自然界中的丰度极低，传统方法很难以检测到。
在破解这一难题过程中，量子测量技术发挥了重要作用。庞忠和告诉记者，基于激光冷却原子阱技术（ATTA），卢征天团队自主研发了ATTA痕量同位素分析实验装置，为81Kr的痕量分析提供了“测量神器”，现在定年只需要20千克水样，大大拓展了该方法应用领域。
卢征天团队也是本次研究的重要参与者。他告诉记者，ATTA是一种量子测量技术，该方法可实现单原子水平的计数，具有极高的灵敏度。
“ATTA可以在每微升为10-14 同位素水平(STP)的氪气中计数极低浓度的85Kr和81Kr原子。”卢征天对记者解释道，通过技术改进，他们目前已经获得了更好的原子冷却、收集和检测效率，可将Kr同位素定年实际应用所需的地下水样品量从200kg减小到 20kg，并提高了测量精度和定年范围。现在，中国科学技术大学是国际上唯一拥有有能力实现地下水采样、气体分离提纯和ATTA同位素分析完整流程的实验室的单位。
“在ATTA技术加持下，Kr同位素定年法已成为国际上公认最好的古地下水定年方法。”庞忠和说。
△ 让地下水流“显形”
综合运用地下水分层抽水试验系统、3H、14C、81Kr和85Kr以及水化学成分等多种示踪定年和数值模拟等技术，研究团队在钻孔内确定了详细的地下水位、年龄和地球化学实测剖面。
“这些剖面可以帮助我们更好地区别地下水多级嵌套系统之间的界面。”张俊说，通过将这些实测剖面与数值模拟结果得到的地下水流场和年龄场进行对比验证，就可以基于多种证据圈定地下水系统的空间结构，从而有效识别并精细刻画出地下水系统的多级嵌套结构（如图）。
地下水流1的副本.jpg
鄂尔多斯乌审召盆地地下水系统的多级嵌套结构：（a）图是地下水流系统多级嵌套结构示意图，（b）图是地下水流和年龄数值模拟结果。张俊 供图
与前人在鄂尔多斯盆地的研究结果（地下水最大年龄4万年）相比，该研究首次发现超过20万年的地下水，得到的地下水年龄剖面比以往研究更加精细准确，使人们对鄂尔多斯盆地地下水循环规律的认识达到了新的高度。
“这是我国地下水科学界20年努力的一个里程碑式的进展。”庞忠和告诉《中国科学报》：“如果说上个世纪澳大利亚大自流水盆地的研究给人们呈现了大型沉积盆地地下水循环的宏大格局的话，今天我国的鄂尔多斯盆地则展示了这个循环系统的丰富内涵和精湛细节。而这恰恰反映了其本质特征。”
而在研究中先后涌现的科技突破——研究团队成功实现了packer和ATTA设备的国产化，更让庞忠和心生感慨：“从同位素水文地质学角度来讲，packer和ATTA两项顶尖技术整合起来，再加上科学深钻连井剖面的研究平台，无疑是做深层地下水科研的最好状态了。”
△ 为“深地”应用筑牢科学基础
谈及该研究的意义，庞忠和表示，总的来说，这是一项应用基础研究，其对区域尺度地下水系统理论研究提供了重要佐证；并且它结合了地球系统科学的概念，也有力推动了地下水科学向前进步。
不仅如此，尽管目前还无法直接评估该成果的实际应用价值，但其对于深地资源和空间利用的指导意义仍然非常可观。
“比如核废料处置、二氧化碳地下封存等，需要寻找一个安全、稳定的地下环境，只有类似区域尺度地下系统被精细刻画出以后，人们才好决定去哪儿封存。”庞忠和展望道，这在当前“碳中和”背景下意义深远。
当然，这类研究对于地下水的资源评价和可持续开采而言，是必不可少的理论基础。
庞忠和举例说，近年来，作为世界上三个最干旱的极端干旱区之一的新疆，居然也时不时会发生洪水现象——这是全球变暖、气温升高以后冰川融化退缩的结果。干旱地区发洪水的时候怎么办？“当我们了解清楚了地下水文状况后，我们给新疆提供了具体建议：把多余的冰川融水存在地下，建一个地下水库。这作为应对气候变化的一个手段，现在已经行动起来了。”
此外，相应的理论成果还将进一步指导区域地热资源开发、地下空间利用等的开展。庞忠和说，在当前全球应对气候变化的大背景下，“深地”开发是一个重要手段，但在之前，“我们需要先解码”。https://t.cn/A6IaUI4C
地下水如何循环，是地下水科学研究最基本的问题之一。尽管早在1963年匈牙利裔加拿大科学家J. Tóth就用解析方法绘制了地下水系统复杂的多级嵌套结构，但人们很少从现场观测和试验中真正认识地下水流情况，这大大限制了地下水系统理论的完善和相应的“深地”开发利用。
8月9日，我国同位素水文地质领域的研究人员主导发表在《地球物理研究快报》（GRL）上的一篇重磅国际合作研究论文——《钻井地下水年龄和化学成分剖面上转折点揭示盆地多级嵌套地下水系统》https://t.cn/A6IaUI49，不仅佐证了地下水并不只是“往低处流”，更揭示了地下水循环的丰富内涵和精湛细节，这将为我国深地资源开发利用提供难得的科学基础。
论文在线发表后，《中国科学报》联系采访了该论文的第一作者、中国地质调查局西安地质调查中心高工张俊，以及论文通讯作者之一、中科院地质与地球物理研究所研究员庞忠和。
△ 地下水多大岁数？取出来测一测
地下水循环的问题在地下水科学研究领域的基础地位，堪比爱因斯坦定律之于物理学。然而，与地表水相比，地下水“不可见”及其水系统结构复杂的属性，使得人们在野外识别它的难度很大。
看不到它，就把它“画”出来。在内蒙古高原的鄂尔多斯盆地，科学家们以这里的地下水系统为对象，施展起了他们的“绘画天才”。不过，他们用来作画的“笔墨”，是钻井剖面上的地下水年龄数据和地球化学成分信息。
水从地表渗入地下开始算起，到采样时所经过的时间，就是地下水的年龄。庞忠和告诉《中国科学报》，通过摸底不同地点地下水的年龄、水位等情况，再结合化学成分特征画线，找到“转折点”，就能准确描摹地下水的多级嵌套循环系统。
而要获得实测地下水年龄和化学成分，首要的问题就是要精准取样。然而由于钻孔内地下水一般处于运动状态，传统的“全井抽水”试验方法很难取到不同深度的分层样品，而详细的分层样品数据恰恰是刻画地下水系统结构的关键信息。
工欲善其事，必先利其器。创造和改进试验和测试技术，是研究团队要闯的第一道关。
庞忠和告诉记者，双栓塞（double-packer）地下水分层采样与试验系统最早于本世纪初经由国际原子能机构（IAEA）技术合作项目引入我国，在深层地下水勘查和高放核废物地质处置选址项目中开始应用。但是，它在实践中也遇到一些问题。2010年以后，中国地质调查局水文地质环境地质调查中心的研究人员重新设计了“双栓塞分层抽水试验系统”，在设备材质、耐压性能、止水效果等方面加以改进，使其能够适应我国深井高水压条件下的分层取样要求。
“国产新设备可以满足水文地质勘查工作需要。”张俊对《中国科学报》介绍说， “在鄂尔多斯盆地，我们通过控制取样流量和降深，并通过建立水质现场监测评价方法，避免了取样过程中‘层间越流’和外来水混入的可能。”张俊表示，这些举措有效提高了采样质量，为精细刻画地下水系统打下了可靠的基础。
取样之后就是“定年”。不过，常用的氚（3H）和碳（14C）同位素方法测定上限分别为60年以内和4万年以内，这对于年龄动辄超过4万年的大型盆地深层地下水而言，显得不够用。
“本次研究采用了最新的氪（Kr）同位素定年技术。” 庞忠和对《中国科学报》介绍说，5年前我们和中国科技大学教授卢征天团队合作，开展测量技术和应用条件的研究。
Kr是惰性气体，81Kr的半衰期是23万年，定年范围可达130万年，而且81Kr在地下无干扰源，化学性质稳定，不和其他物质发生反应，是古老地下水的理想定年方法。但该方法的应用长期受限，这缘于81Kr同位素在自然界中的丰度极低，传统方法很难以检测到。
在破解这一难题过程中，量子测量技术发挥了重要作用。庞忠和告诉记者，基于激光冷却原子阱技术（ATTA），卢征天团队自主研发了ATTA痕量同位素分析实验装置，为81Kr的痕量分析提供了“测量神器”，现在定年只需要20千克水样，大大拓展了该方法应用领域。
卢征天团队也是本次研究的重要参与者。他告诉记者，ATTA是一种量子测量技术，该方法可实现单原子水平的计数，具有极高的灵敏度。
“ATTA可以在每微升为10-14 同位素水平(STP)的氪气中计数极低浓度的85Kr和81Kr原子。”卢征天对记者解释道，通过技术改进，他们目前已经获得了更好的原子冷却、收集和检测效率，可将Kr同位素定年实际应用所需的地下水样品量从200kg减小到 20kg，并提高了测量精度和定年范围。现在，中国科学技术大学是国际上唯一拥有有能力实现地下水采样、气体分离提纯和ATTA同位素分析完整流程的实验室的单位。
“在ATTA技术加持下，Kr同位素定年法已成为国际上公认最好的古地下水定年方法。”庞忠和说。
△ 让地下水流“显形”
综合运用地下水分层抽水试验系统、3H、14C、81Kr和85Kr以及水化学成分等多种示踪定年和数值模拟等技术，研究团队在钻孔内确定了详细的地下水位、年龄和地球化学实测剖面。
“这些剖面可以帮助我们更好地区别地下水多级嵌套系统之间的界面。”张俊说，通过将这些实测剖面与数值模拟结果得到的地下水流场和年龄场进行对比验证，就可以基于多种证据圈定地下水系统的空间结构，从而有效识别并精细刻画出地下水系统的多级嵌套结构（如图）。
地下水流1的副本.jpg
鄂尔多斯乌审召盆地地下水系统的多级嵌套结构：（a）图是地下水流系统多级嵌套结构示意图，（b）图是地下水流和年龄数值模拟结果。张俊 供图
与前人在鄂尔多斯盆地的研究结果（地下水最大年龄4万年）相比，该研究首次发现超过20万年的地下水，得到的地下水年龄剖面比以往研究更加精细准确，使人们对鄂尔多斯盆地地下水循环规律的认识达到了新的高度。
“这是我国地下水科学界20年努力的一个里程碑式的进展。”庞忠和告诉《中国科学报》：“如果说上个世纪澳大利亚大自流水盆地的研究给人们呈现了大型沉积盆地地下水循环的宏大格局的话，今天我国的鄂尔多斯盆地则展示了这个循环系统的丰富内涵和精湛细节。而这恰恰反映了其本质特征。”
而在研究中先后涌现的科技突破——研究团队成功实现了packer和ATTA设备的国产化，更让庞忠和心生感慨：“从同位素水文地质学角度来讲，packer和ATTA两项顶尖技术整合起来，再加上科学深钻连井剖面的研究平台，无疑是做深层地下水科研的最好状态了。”
△ 为“深地”应用筑牢科学基础
谈及该研究的意义，庞忠和表示，总的来说，这是一项应用基础研究，其对区域尺度地下水系统理论研究提供了重要佐证；并且它结合了地球系统科学的概念，也有力推动了地下水科学向前进步。
不仅如此，尽管目前还无法直接评估该成果的实际应用价值，但其对于深地资源和空间利用的指导意义仍然非常可观。
“比如核废料处置、二氧化碳地下封存等，需要寻找一个安全、稳定的地下环境，只有类似区域尺度地下系统被精细刻画出以后，人们才好决定去哪儿封存。”庞忠和展望道，这在当前“碳中和”背景下意义深远。
当然，这类研究对于地下水的资源评价和可持续开采而言，是必不可少的理论基础。
庞忠和举例说，近年来，作为世界上三个最干旱的极端干旱区之一的新疆，居然也时不时会发生洪水现象——这是全球变暖、气温升高以后冰川融化退缩的结果。干旱地区发洪水的时候怎么办？“当我们了解清楚了地下水文状况后，我们给新疆提供了具体建议：把多余的冰川融水存在地下，建一个地下水库。这作为应对气候变化的一个手段，现在已经行动起来了。”
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