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董大明:对农业污染“捕风捉影”
畜禽舍有害气体、稻田温室气体是重要的农业污染源,农产品在采收和贮藏过程中也会挥发出不同成分和浓度的气体,这些无形中的气体是否有可能被铺捉到?

以往,研究人员都是依靠取样后在实验室进行分析,并不能实现在线、连续监测,但这对于专注于研制传感器和监测系统的董大明而言,并不是什么难事儿。

曾跨越三大学科领域求学、兼具电子学和物理学的双重知识背景、25岁就获得博士学位、33岁问鼎“优青”的北京农业智能装备技术研究中心研究员董大明,以红外与激光光谱学为理论,致力于解决农业环境的精细化监测技术,创立了多种光学探测手段,在检测灵敏度、实时监测能力、监测尺度等方面取得了重要突破。

让污染分子无处可逃

董大明确实是个爱研究和思考的人。在指导研究生时,他经常会这么说:“我们科研的目标是研制有望服务于农业的仪器设备,毕业时可以没有高水平文章发表,但一定要有自己动手研制的传感设备。”

目前,我国农业面源污染较为严重,极大地危害着农产品安全和环境的可持续发展;常规水质电化学传感器选择性差、反应慢、需要经常标定,且不能测量一些水质重要污染指标,更难以完成大面积水域水质的立体监测任务;土壤的化学性质复杂,有效养分、重金属元素含量始终依赖于取样分析……

董大明在光学传感技术基础上,提出了多种新型光学传感方法,实现了畜禽舍有害气体、土壤养分元素、水体污染物等农业环境要素的精细化、连续、全方位监测。正是因为不断的探索和创造,近几年,董大明以第一作者/通讯作者身份在国际权威杂志发表SCI论文42篇,获得授权专利40项(其中PCT专利2项、美国专利1项),研制出新型传感器和监测系统30余种,并于2016年获得国家自然科学优秀青年基金资助,这也是农业工程领域首位获资助者。

用“光学之犁”助推现代农业

一直以来,董大明专注于“以红外与激光光谱学为理论,以现代电子学和信息科学为技术,研究农业环境中化学和生物污染的快速传感”,在自己的光学传感与物理实验室里畅快遨游。他的研究不仅停留在如何探测到污染物的成分和浓度,更向纵深探索如何将建立的方法和理论,以高可靠性兼低廉的成本转化于实际农业应用领域。

董大明还自己创造并始终秉承“至繁归于至简”的研究特色,将光谱的简易化表达,用最简约的光学结构、最少的光学器件来实现光谱特征提取,作为研究项目实用化的目标。比如,他创造方法来探测原来不能实时检测的污染物和痕量物质;建立新的光学方法来提高污染物检测灵敏度;用诸如激光扫描的方式来实现大范围、全局性监测;研制出更低成本、更高可靠性的小型化传感器以普惠大众。

同时,他还建立了以“物理机制研究—传感机理研究—实现方法研究”为主线的特色研究思路,即明确光学方法用于农业环境要素测量的物理机制;研究测量过程中的定量化计量模型、噪声消减方法、灵敏度提升方法等测量机理;研究了系统的简易化、高可靠、低成本实现方法的三步走思路。

如今,董大明带领团队联合北京市农业环境监测中心,建立的“首都农业生态环境监测平台”,布设了长期固定监测点共计355个,包括农田环境(重金属)155个、农田肥力150个、畜禽养殖场环境36个、渔业养殖水质14个,大大提高了环境污染的监管和预警能力,节约了肥料和农药投入,有力地提升了农产品安全水平,解决了农业生产和生态中的关键问题,为北京市新型现代化农业的发展和科学技术进步作出了突出贡献。
 

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