2020年度中国海洋与湖沼十大科技进展评选揭晓
访问数量：16676发布时间：2021-02-01
近日，中国海洋湖沼学会组织学会分支机构、学会理事，以及海洋与湖沼领域相关单位推荐2020年“中国海洋与湖沼十大科技进展”项目，共推荐了49项。经学会理事投票，评选出2020年度“中国海洋与湖沼十大科技进展”，现将评选结果予以公布（排名不分先后）。
地球深部生命研究取得的重要进展之一是发现了海底洋壳生物圈。然而，目前的研究几乎全部集中于上洋壳表层玄武岩，对占洋壳体积近2/3的下洋壳中的深部生命活动的探索还处于空白状态。IODP 360航次对西南印度洋Atlantis Bank的下洋壳进行了钻探，获取了长度为800 m的下洋壳辉长岩岩芯，并对栖息于此的微生物及其生命活动进行了研究。研究人员从这些岩石中检测到了完整的、具有生物活性、且能够进一步生长发育的微生物细胞。同时，基于宏转录组的代谢途径构建，发现这些微生物主要依赖于有机大分子再循环利用的异养方式生存，从而揭示了下洋壳岩石中深部微生物的生存策略。该研究证实了下洋壳深部生物圈的存在，拓展了生物圈在地球圈层内部分布的下限。主要完成人：李江涛、Paraskevi Mara、Virginia Edgcomb、Jason Sylvan
2、气候变暖背景下的全球平均海洋环流加速现象及其机制研究取得重要进展
地球海洋环流系统在全球变暖背景下的变化趋势是一个重要的基础性科学问题。研究团队通过分析多源数据并结合理论诊断，首次发现全球积分的大尺度海洋动能自1990年代以来存在显著的增长趋势，表明全球平均海洋环流存在强烈的加速趋势。分析显示这种加速过程延伸至数千米的深海并在热带海域尤其显著。研究表明全球平均海洋环流的加速主要是由行星尺度海表面风加速和做功加强引起的，是长期变化趋势的一部分，温室气体持续排放在其中扮演了非常重要的角色。全球平均海洋环流加速的发现对理解海洋对气候变暖的响应、预测未来地球气候系统变化具有重要意义。成果于2020年发表在《Sciences Advances》上，并被《Science》杂志和《中国科学》专题评述，产生了重要国际影响。主要完成人：胡石建、王凡、官聪、胡敦欣、Janet Sprintall等
3、海洋微生物独特生命特征、极端环境适应与生态效应获重要进展
解码海洋微生物独特生命过程及其对极端环境适应与生态效应的机制，是当今研究的热点和前沿，具有重要理论意义。研究团队首次基于大数据分析，发现极地海域蕴藏着大量独有的物种资源、基因资源和代谢途径，是一个未被开发的物种与基因银行，为国家极地战略提供重要依据。利用纳米高分辨率成像技术，从纳米尺度系统揭示了蓝藻光合作用类囊体膜超分子结构及其对高光强、缺铁等极端环境的适应机制，为人工模拟光合作用提供了理论基础。发现海洋微生物食物环中细菌与细菌之间新型捕食-被捕食相互作用、富营养菌与寡营养菌互作共存及其驱动有机质循环的过程与机制。发现和鉴定了系列新型海洋微生物酶，揭示了动高分子量有机碳、甲基氮降解与循环的新机制。研究成果于2020年发表在《Nature Plants》、《Nature Communications》、《Microbiome》、《J Biol Chem.》、《J Mol Biol.》、《Environ Microbiol.》上。主要完成人：张玉忠、刘鲁宁、陈秀兰、张伟鹏、何剑锋奋斗者号全海深载人潜水器是“十三五”国家重点研发计划“深海关键技术与装备”重点专项的核心研制任务，历时五年完成了关键核心技术攻关、总体设计、集成建造和海上试验，申请发明专利和软件著作权近百项。2020年7月起，奋斗者号先后开展两个阶段的海试，累计完成30次下潜，其中在马里亚纳海沟挑战者深渊8次突破万米，获取了一批海水、沉积物、岩石和海底生物样品，于11月10日创造了10909米的中国载人深潜新纪录。11月28日，奋斗者号海试胜利返航之际，习近平总书记发来贺信指出：“奋斗者号研制及海试的成功，标志着我国具有了进入世界海洋最深处开展科学探索和研究的能力，体现了我国在海洋高技术领域的综合实力。”主要完成单位：中国船舶集团有限公司第七〇二研究所、中国科学院深海科学与工程研究所、中国科学院沈阳自动化研究所、中国科学院声学研究所推荐单位：中国船舶集团有限公司第七〇二研究所、中国科学院深海科学与工程研究所海洋幼虫的进化起源方式是困扰动物学家近百年的科学难题，被认为是动物宏观进化领域的主要谜题之一。通过创新应用转录组年龄指数分析法，发现幼虫阶段（相比成体）在整个生活史中呈现更为“年轻”的表达谱特征，并证实在后生动物类群中普遍存在，提出了海洋幼虫为单次插入起源的新学说，否定了目前国际上主流假说模型。该成果发表后，杂志网站以Hero Image形式予以重点推荐，并刊发专题评述“The Origin of Metazoan Larvae”，高度评价该成果，认为所采用的创新性方法对解决进化发育生物学问题的重要价值。该成果为理解后生动物生活史进化提供了崭新的研究视角，对海洋动物的发育进化、多样性产生和环境适应等研究领域具有重要启示意义，已引起国际学界的广泛关注。研究成果于2020年发表在《Nature Ecology & Evolution》上。推荐单位：中国海洋大学、中国海洋湖沼学会贝类学分会
6、海洋牧场生境修复和生物资源养护技术实现创新构建与推广应用
我国近海生境严重退化，生物资源持续衰退，供给侧改革和产业布局等亟待转型升级兴业。海洋牧场作为一种海洋经济新业态，是实现我国近海生态环境和生物资源和谐发展的重要途径。党和国家高度重视海洋牧场建设，2020年8月中共中央政治局委员、国务院副总理胡春华到中国科学院海洋研究所和国家海洋牧场示范区考察海洋牧场发展情况。针对海洋生境退化和资源衰退问题，项目组创建了“生态优先、陆海统筹、三产融合、功能多元”的现代化海洋牧场发展新模式，取得了海洋牧场生境系统化构建、资源生态化养护和安全信息化保障等系列创新性成果，为我国南北方海区环境保护、资源养护和渔业可持续产出提供了范例。研究成果于2020年获得中国水产学会范蠡科学技术奖特等奖。
7、过去半个世纪以来海洋层结变化及其时空结构得以揭示
海水层化是海洋的核心物理特性之一，其变化影响热量、碳、溶解氧等物质和能量的垂向输送，对海洋环流和生态系统都有重要影响。研究构建了一套长时段全球海洋层结格点数据产品（1960年至今），并在一些关键技术问题如数据垂向分辨率不足方面进行了改进，以此更为准确地估算出过去半世纪全球海洋上层2000米层结变化的趋势，在国际上首次给出其变化的三维空间结构。研究发现自1960年以来海洋层结加剧了5.3%，快于以往IPCC估算，受到了科学界的广泛关注。美国劳伦斯利物莫国家实验室P. J. Durack评价研究 “填补了领域空白”。本成果的全球海洋密度层结估算结果已被IPCC-AR6主报告采用。还被45家国内外媒体报道，关注度位于全球1600万篇论文前0.1%。研究成果于2020年发表在《Nature Climate Change》上。推荐单位：中国科学院大气物理研究所、中国海洋湖沼学会海洋与气候分会海洋天然气水合物是一种资源量丰富的潜在替代能源。研究团队历经十余年持续攻关，自主研发了天然气水合物开采模拟装备体系，突破了天然气水合物细粒储层模拟水平低、结构表征差、物性预测不准等难题，揭示了制约海洋天然气水合物中长期开采的储层流固产出机制，建立了天然气水合物储层渗流特性分形理论与出砂管控理论体系，实现了海洋天然气水合物开采基础理论的重大突破。基础理论突破有效引导了我国南海北部天然气水合物开采技术创新，构建了集开采效率、环境效应、工程地质风险“三位一体”的天然气水合物绿色开采方法体系，为我国海洋天然气水合物试采做出了突出贡献，奠定了我国在天然气水合物开采基础研究领域的国际领先地位。该成果的形成经历了十余年积累，2020年在天然气水合物开采基础理论和技术方法研究取得了重大突破，有效支撑南海北部天然气水合物试采取得成功，整体处于国际领先水平。研究成果于2020年获得授权国际专利14项（其中美国专利5项）、国家发明专利18项，在国际Top期刊上发表学术论文10余篇。
主要完成单位：青岛海洋地质研究所、中国地质大学（武汉）、中国科学院广州能源研究所
9、深海微生物驱动的碳氮循环耦合机制及通量研究取得新进展
深海是海洋的主体，迄今对深海系统物质与能量循环过程的机理和通量知之甚少。核心难题是海洋真光层沉降的有机碳不能够满足深海微生物的碳和能量需求。这意味着有更多样的能量来源和代谢模式我们还未识别到。该研究从深海微生物黑暗固碳和海洋动力过程导致的侧向输运供碳两个方面来解答这一问题。在南海及邻近西太平洋进行了多学科交叉的观测和模拟，结合生理学实验和深海稳态氮循环模型，揭示了两步硝化和碳氮耦合机制，量化了硝化过程对深海生物圈及全球海洋碳循环的贡献和影响。首次定量了陆架侧向输运的颗粒物对深海碳需求的显著贡献，填补了边缘海深海碳供需不平衡的缺口。研究成果于2020年发表在《PNAS》和《Geophysical Research Letters》上。主要完成人：张瑶、侯蕾、沈嘉明、Wei Qin、焦念志富营养化与蓝藻水华控制究竟是控磷还是氮磷双控，一直是国际湖沼学界长期争而未决的问题。通过对全球573个湖泊的形态与营养状况数据总结分析发现，磷控制成功修复水体富营养化主要是在深水湖泊，而氮和磷双控主要成功应用于浅水湖泊，表明湖泊的形态特征如水深可能在湖泊营养盐循环和富营养化中发挥着重要作用。这有助于解释为什么在浅水富营养化湖泊中富营养化治理效果不佳以及为什么磷控制策略在深水湖泊中更为有效。研究成果有助于澄清国际学界关于氮与磷在限制湖泊生产力中相对重要性的长期争论，为湖泊治理精准施策提供理论指导。该成果发表后引起国际学术界高度关注，目前已被引用超过20次，加拿大约克大学Quinlan, R.教授和美国弗吉尼亚大学Walter, J.A.教授先后在《Limnology & Oceanography》及《Ecosystems》对此文予以积极评价引用。研究成果于2020年发表在《Environmental Science & Technology》上。主要完成人：秦伯强、周健、Elser,J.J.、Gardner,W.S.、邓建明等