學(xué)會(huì )動(dòng)態(tài)
2022年度中國海洋與湖沼十大科技進(jìn)展揭曉
訪(fǎng)問(wèn)數量：3572發(fā)布時(shí)間：2023-02-17
近日，中國海洋湖沼學(xué)會(huì )組織學(xué)會(huì )分支機構、學(xué)會(huì )理事，以及海洋與湖沼領(lǐng)域相關(guān)單位推薦2022年度“中國海洋與湖沼十大科技進(jìn)展”項目，本次共推薦50項。經(jīng)學(xué)會(huì )理事投票，評議出2022年度“中國海洋與湖沼十大科技進(jìn)展”，現將結果予以公布（排名不分先后）。
1、古氣候演變低緯驅動(dòng)的機制研究取得突破
古氣候演變的米蘭科維奇理論強調高緯地區，然而研究發(fā)現低緯海洋過(guò)程在氣候演變中起關(guān)鍵作用，只是其過(guò)程和機制尚不清楚。利用地質(zhì)記錄和數值模擬，重建過(guò)去36萬(wàn)年以來(lái)印度洋-太平洋暖池區上層（0-200米）海洋熱含量的變化，發(fā)現在歲差周期上暖池海洋熱含量增大對應表層海水剩余氧同位素變重、中國石筍記錄的大氣降雨δ18O值變輕。從暖池區上層海洋熱含量（而非表層海水溫度）的角度探索水汽潛熱傳輸，通過(guò)海陸之間的水同位素梯度來(lái)衡量水循環(huán)強度，第一次從能量學(xué)角度闡釋了氣候演變的低緯驅動(dòng)，在國際上產(chǎn)生重要影響，受到國內外廣泛關(guān)注和報道。研究成果于2022年發(fā)表在《Nature》上。厘清海面油膜的自然/人為來(lái)源比例對海洋可持續發(fā)展至關(guān)重要，但受限于油膜分布廣泛、位置不定、過(guò)程短暫、形態(tài)多變等特性，全球尺度海面油膜分布特征不清晰，不同來(lái)源的貢獻不確定性很大。研究分析了2014–2019年56萬(wàn)余景SAR影像，提出了半自動(dòng)化海面油膜識別-提取-分類(lèi)框架；首次建立了全球高分辨率油膜數據集；首次觀(guān)測到21條與航線(xiàn)高度吻合的高密度油膜帶；建立了迄今為止最全面、位置明晰的油膜持續固定排放源清單；發(fā)現人類(lèi)活動(dòng)是全球海面油膜最主要來(lái)源，揭示了過(guò)去20年人類(lèi)活動(dòng)對海洋石油污染的影響被嚴重低估。為海洋能源開(kāi)發(fā)、污染治理、環(huán)境監管提供了先驗知識與決策依據。研究成果于2022年發(fā)表在《Science》（亮點(diǎn)文章）上。主要完成人：劉永學(xué)、董雁佇、胡傳民、Ian Macdonald、陸應誠
3、相變遷移驅動(dòng)的海水無(wú)淡化原位直接電解制氫原理技術(shù)
由于淡水資源緊缺，向大海要水是未來(lái)氫能發(fā)展的重要方向。但復雜的海水成分（約92 種化學(xué)元素）導致海水制氫面臨諸多難題與挑戰，先淡化后制氫工藝流程復雜且成本高昂。以物理力學(xué)與電化學(xué)相結合的全新思路，建立了相變遷移驅動(dòng)的海水無(wú)淡化原位直接電解制氫全新原理與技術(shù)。該技術(shù)徹底隔絕了海水離子，實(shí)現了無(wú)淡化過(guò)程、無(wú)副反應、無(wú)額外能耗的高效海水原位直接電解制氫。未來(lái)有望與海上可再生能源相結合，構建無(wú)淡化、無(wú)額外催化劑工程、無(wú)海水輸運、無(wú)污染處理的海水原位直接電解制氫工廠(chǎng)。此外，探索了多元化水資源（如廢水、鹽湖等）直接原位制氫，為資源富集濃縮與能源生產(chǎn)提供多效利用新思路。研究成果于2022年發(fā)表在《Nature》上。
4、全球尺度湖泊范圍與藻華強度時(shí)空動(dòng)態(tài)研究
湖泊是最重要的地表淡水資源，湖泊水體范圍變化、藻華暴發(fā)及其生態(tài)效應是地學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。利用近四十年數百萬(wàn)張遙感圖像，針對湖泊水體范圍與藻華強度的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化開(kāi)展研究，取得了若干突破性進(jìn)展：創(chuàng )新性地提出了基于水體綠度的藻華遙感全自動(dòng)提取算法，對全球24,8243個(gè)淡水湖泊進(jìn)行藻華提取，完成了全球尺度湖泊藻華的第一次系統調查；提出了基于深度學(xué)習和水體歷史淹沒(méi)頻率的湖泊范圍提取方法，構建了一套全球湖泊數據集GLAKES，涵蓋了340萬(wàn)個(gè)最大范圍≥0.03 km2的湖泊，首次追溯了近40年全球尺度湖泊面積變化，明確了人類(lèi)活動(dòng)對于全球湖泊擴張的主導作用以及小湖在湖泊面積以及碳排放的長(cháng)期變化中的重要貢獻。研究成果于2022年發(fā)表在《Nature Geoscience》和《Nature Communications》上。
5、人工智能技術(shù)在海洋學(xué)研究和氣候模式發(fā)展方面取得突破性進(jìn)展
隨著(zhù)海洋觀(guān)測技術(shù)的提高，高時(shí)空分辨率的海洋原位和遙感數據呈爆發(fā)式增長(cháng)，如何從海量數據中高效獲取有效信息成為海洋學(xué)研究面臨的新挑戰。全面總結了運用人工智能技術(shù)開(kāi)展海洋學(xué)研究的最新進(jìn)展，闡明了人工智能技術(shù)為海洋科學(xué)的快速發(fā)展做出貢獻的巨大潛力。同時(shí)，最新的海氣耦合模式結果與觀(guān)測間仍存在較大的系統性差異，而海洋垂向混合參數化方案是一個(gè)公認的重要誤差來(lái)源。設計了國際首個(gè)物理約束下基于深度學(xué)習的海洋垂向混合參數化方案，成功應用到海氣耦合模式中，顯著(zhù)提升了熱帶太平洋海溫模擬性能。研究成果于2022年出版領(lǐng)域內國際首部專(zhuān)著(zhù)《Artificial Intelligence Oceanography》，在《National Science Review》發(fā)表。主要完成人：李曉峰、王凡、張榮華、朱聿超、高樂(lè )
6、海洋微生物獨特的代謝過(guò)程與環(huán)境適應的分子機制
研究海洋微生物代謝過(guò)程與分子機制，對于更好的認識和利用海洋微生物資源具有重要意義。揭示了海洋弧菌膠原酶識別和降解膠原蛋白的分子機制，為設計新型抗弧菌感染藥物提供依據；發(fā)現了海洋細菌中幾丁質(zhì)氧化降解利用新通路，表明氧化降解途徑在海洋幾丁質(zhì)循環(huán)中發(fā)揮重要作用；首次系統闡明海洋細菌合成有機硫二甲基巰基丙酸內鹽關(guān)鍵步驟的分子機制；揭示了藍細菌固定二氧化碳羧酶體中二磷酸核酮糖羧化酶的結構和組裝機制；揭示了藍細菌光合膜的天然超分子結構及極端環(huán)境適應機制；揭示了光合紫細菌光合復合物超分子結構的多樣性、模塊化組裝的精細過(guò)程以及發(fā)揮光合作用功能的分子機理。研究成果于2022年發(fā)表在《Nature Communications》（5篇）、《Plant Physiology》和《Environ Microbiol》上。主要完成人：張玉忠、劉魯寧,陳秀蘭，李春陽(yáng)，李平一
7、“南海立體觀(guān)測網(wǎng)”的構建與信息保障應用取得重要突破
南海是我國建設海洋強國的核心戰略海域，實(shí)現其復雜海洋環(huán)境立體組網(wǎng)觀(guān)測與信息保障應用意義重大。該成果以40套自主研發(fā)的實(shí)時(shí)與自容深海潛標為主體，有機整合我國海洋系列天基遙感衛星，以及國產(chǎn)長(cháng)航程水下滑翔機等多樣化觀(guān)測裝備，構建了國際上規模最大、海地空天一體化的區域海洋觀(guān)測系統—“南海立體觀(guān)測網(wǎng)”，實(shí)現了南海復雜多變的海洋環(huán)境全天候、全海域長(cháng)期連續實(shí)時(shí)觀(guān)測；為南海重大演訓任務(wù)水下環(huán)境安全保障及亞洲第一深水導管架平臺“?；惶?rdquo;安裝施工的海洋環(huán)境信息保障做出重要貢獻。2022年4月，習近平總書(shū)記視察中國海洋大學(xué)三亞海洋研究院，聽(tīng)取了關(guān)于上述工作的匯報，相關(guān)情況得到新華社、新聞聯(lián)播等中央媒體集中報道。
8、首次發(fā)現貝類(lèi)分泌內源性紅霉素構筑免疫屏障
無(wú)脊椎動(dòng)物，尤其是生活在充滿(mǎn)微生物的淺海灘涂等棲息地的物種，在沒(méi)有特異性免疫系統的狀況下，如何應對病原體密集的環(huán)境正常生存以及是否存在已知先天免疫系統以外的防御機制，是該領(lǐng)域的前沿科學(xué)問(wèn)題。首次發(fā)現并證實(shí)埋棲貝類(lèi)文蛤能在體內特定粘液細胞中合成、儲存、分泌內源性的紅霉素，給出了這一問(wèn)題的新答案，即化學(xué)防御結合粘液屏障是埋棲貝類(lèi)適應環(huán)境與抵御微生物侵染的重要策略。該發(fā)現打破了只有放線(xiàn)菌能合成紅霉素的已有認知，為理解無(wú)脊椎動(dòng)物的環(huán)境適應和免疫防御機制提供了新視角，是該領(lǐng)域的標志性創(chuàng )新成果，受到國內外媒體高度關(guān)注。研究成果于2022年發(fā)表在《Proceedings of the National Academy of Sciences》（PNAS）上，《Science》和《Chemistry World》對此進(jìn)行了專(zhuān)題報道。推薦單位：中國海洋湖沼學(xué)會(huì )貝類(lèi)學(xué)分會(huì )
9、海洋微生物來(lái)源抗腫瘤產(chǎn)物弗洛他汀生物合成機制
海洋微生物是藥物發(fā)現的重要資源，如南海來(lái)源微生物N160能產(chǎn)生具有良好抗腫瘤活性的弗洛他?。?/span>Fluostatin, FST）。系統揭示了弗洛他汀的生物合成機制，發(fā)現FSTs生物合成途徑中隱藏著(zhù)黃素（Flavin）介導的環(huán)氧基團開(kāi)環(huán)反應，揭示了黃素可以還原和氧化兩種方式介導FSTs中環(huán)氧開(kāi)環(huán)的反應機理；FSTs中氧雜蒽酮環(huán)是常見(jiàn)的藥效基團，揭示了黃素蛋白FlsO1通過(guò)三步級聯(lián)氧化反應成環(huán)的酶反應機理，闡明了海洋細菌中存在著(zhù)顯著(zhù)不同于真菌和植物來(lái)源氧雜蒽酮環(huán)的生物合成機制。研究豐富了黃素化學(xué)，拓展了海洋微生物黃素蛋白功能的研究視野，可為海洋微生物代謝產(chǎn)物的多樣化提供新工具酶和合成生物學(xué)技術(shù)手段。研究成果于2022年發(fā)表在《Nature Communications》（2篇）上。主要完成人：張長(cháng)生、楊春芳、張文軍、張麗萍、Bidhan Chandra De
10、海洋真光層碳、氮耦合代謝的復合氣候效應
海洋是大氣溫室氣體的重要調節器，可吸收約30%的人為源二氧化碳（CO2），但同步釋放了全球近25%的氧化亞氮（N2O）。長(cháng)期以來(lái)，關(guān)于海洋CO2和N2O的研究分別聚焦于各自通量與調控過(guò)程，對于二者的內在關(guān)聯(lián)及凈氣候效應缺乏研究。針對這一科學(xué)問(wèn)題，6年來(lái)對南海北部N2O分布特征、海氣通量的時(shí)空變異特點(diǎn)進(jìn)行了系統地定量觀(guān)測，發(fā)現其顯著(zhù)的季節變異特點(diǎn)，揭示其主要調控機理；并證實(shí)了真光層活躍的N2O產(chǎn)生嵌套在有機質(zhì)再生過(guò)程內，受控于有機質(zhì)儲量和初級生產(chǎn)，該N2O釋放支撐近一半的海氣通量，顯著(zhù)抵消了生物泵運轉有機碳輸出的氣候效應，為深入理解與評估生物泵的氣候調節能力提供全新的視角。研究成果于2022年發(fā)表在《Nature Geoscience》和《Global Biogeochemical Cycles》上。主要完成人：萬(wàn)顯會(huì )、盛華夏、高樹(shù)基、戴民漢、林華