畜禽舍有害氣體、稻田溫室氣體是重要的農業污染源,農產品在采收和貯藏過程中也會揮發出不同成分和濃度的氣體,這些無形中的氣體是否有可能被鋪捉到?
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以往,研究人員都是依靠取樣后在實驗室進行分析,并不能實現在線、連續監測,但這對于專注于研制傳感器和監測系統的董大明而言,并不是什么難事兒。
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曾跨越三大學科領域求學、兼具電子學和物理學的雙重知識背景、25歲就獲得博士學位、33歲**“優青”的 北京農業智能裝備技術研究中心研究員董大明,以紅外與激光光譜學為理論,致力于解決農業環境的精細化監測技術,創立了多種光學探測手段,在 檢測靈敏度、實時監測能力、監測尺度等方面取得了重要突破。
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讓污染分子無處可逃
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董大明確實是個愛研究和思考的人。在指導研究生時,他經常會這么說:“我們科研的目標是研制有望服務于農業的儀器設備,畢業時可以沒有高水平文章發表,但一定要有自己動手研制的傳感設備。”
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目前,我國農業面源污染較為嚴重,*大地危害著農產品安全和環境的可持續發展;常規水質電化學傳感器選擇性差、反應慢、需要經常標定,且不能測量一些水質重要污染指標,更難以完成大面積水域水質的立體監測任務;土壤的化學性質復雜,有效養分、重金屬元素含量始終依賴于取樣分析……
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董大明在光學傳感技術基礎上,提出了多種新型光學傳感方法,實現了畜禽舍有害氣體、土壤養分元素、水體污染物等農業環境要素的精細化、連續、全方位監測。正是因為不斷的探索和創造,近幾年,董大明以**作者/通訊作者身份在國際權威雜志發表SCI論文42篇,獲得授權專利40項(其中PCT專利2項、美國專利1項,研制出新型傳感器和監測系統30余種,并于2016年獲得國家自然科學優秀青年基金資助,這也是農業工程領域首位獲資助者。
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用“光學之犁”助推現代農業
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一直以來,董大明專注于“以紅外與激光光譜學為理論,以現代電子學和信息科學為技術,研究農業環境中化學和生物污染的快速傳感”,在自己的光學傳感與物理實驗室里暢快遨游。他的研究不僅停留在如何探測到污染物的成分和濃度,更向縱深探索如何將建立的方法和理論,以高可靠性兼低廉的成本轉化于實際農業應用領域。
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董大明還自己創造并始終秉承“至繁歸于至簡”的研究特色,將光譜的簡易化表達,用*簡約的光學結構、*少的光學器件來實現光譜特征提取,作為研究項目實用化的目標。比如,他創造方法來探測原來不能實時檢測的污染物和痕量物質;建立新的光學方法來提高污染物檢測靈敏度;用諸如激光掃描的方式來實現大范圍、全局性監測;研制出更低成本、更高可靠性的小型化傳感器以普惠大眾。
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同時,他還建立了以“物理機制研究—傳感機理研究—實現方法研究”為主線的特色研究思路,即明確光學方法用于農業環境要素測量的物理機制;研究測量過程中的定量化計量模型、噪聲消減方法、靈敏度提升方法等測量機理;研究了系統的簡易化、高可靠、低成本實現方法的三步走思路。
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如今,董大明帶領團隊聯合北京市農業環境監測中心,建立的“首都農業生態環境監測平臺”,布設了長期固定監測點共計355個,包括農田環境(重金屬155個、農田肥力150個、畜禽養殖場環境36個、漁業養殖水質14個,大大提高了環境污染的監管和預警能力,節約了肥料和農藥投入,有力地提升了農產品安全水平,解決了農業生產和生態中的關鍵問題,為北京市新型現代化農業的發展和科學技術進步作出了突出貢獻。
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