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师者|焦念志:海洋碳汇研究的先行者
发布时间:2023年01月12日 来源:海洋与地球学院

走进焦念志的办公室,首先映入眼帘的是几组办公桌和墙上的大屏幕,这是他与助理、学生及同事研讨问题的“院士工作室”。这是“看得见”的场景,而“看不见”的成果则留在他的科研历程中。在焦老师办公室一角的书柜里摆满了各种奖杯和获奖证书:2006年和2015年,他在海洋初级生产力和微型生物在海洋碳储库及气候变化中的作用原创性科研成果两次获国家自然科学二等奖、2010年海洋微型生物碳泵科研成果获全国高校十大进展、2013年获何梁何利科技进步奖,2017年获全国首届创新争先奖,2019年获中华人民共和国建国70周年纪念章,2021年,基于他长期以来致力于科研成果服务国家社会的贡献,荣获“为全面建成小康社会先进个人”。

开拓创新,揭开海洋碳汇之谜

焦念志一直在与看不见的海洋微型生物打交道,而这些看不见的小生物却在影响着看得见的气候变化。但要链接“看不见”与“看得见” 则需要开拓创新。早在1991年,他率先开拓了海洋新生产力研究,这是海洋碳汇的一个量化指标。还有许多令人好奇的微型生物:原绿球藻、好氧不产氧光合异养菌、视紫质细菌等等。他首次发现原绿球藻在我国海区的分布,进而发现本来只能生活在有光水层的光合自养原绿球藻大量存在于完全黑暗的深水无光区,在确定其分布范围的基础上,摸清掌握了调控机制,为海区环境变化、碳库评估提供了新的依据,原绿球藻此后成为我国海洋生态环境调查的关键指标。他科研探索的脚步一直在前进,从真核浮游植物到原核的原绿球藻、再到好氧不产氧光合异养菌(AAPB),光合色素从正常叶绿素、到二乙烯基叶绿素、再到细菌叶绿素。他发现AAPB在全球海洋尺度上的分布规律与理论推测相反,引发了海洋碳循环机制的新认识。焦念志的研究成果使我国海洋微型生物研究在理论和方法上都取得了突破性进展,填补了“新生产力”“原绿球藻”“好氧不产氧光合异养菌”等前沿空白,形成了“海洋微型生物生态学”新学科方向。2006年,他在海洋初级生产力结构及微型生物生态学领域的研究成果获得国家自然科学二等奖(排名第一),这也是国内海洋学科获得的第一个国家自然科学奖。

焦念志同美国麻省理工学院研究人员一起在大西洋进行船载流式细胞仪超微型生物现场监测

人类活动排放的二氧化碳远远超过大气中二氧化碳的增量,多出来的二氧化碳到哪里去了?经过多年的研究,科学家逐渐探索认识到,多出来的一部分碳被海洋所吸收了。海洋碳汇,通俗地说,就是海洋吸收和储存大气中二氧化碳的能力。早在上个世纪60年代,科学家就发现海洋中含有大量的惰性溶解有机碳,然而其成因一直是个悬而未决的科学难题,《自然》文章称之为“Enigma(难解之谜)”。2010年,焦念志在深入研究的基础上提出了海洋碳汇新机制——“海洋微型生物碳泵”(Microbial Carbon Pump, MCP)。这一创新理论扩展了传统的海洋碳汇机制理论,开辟了一个新的学科方向,《科学》杂志评论这一全新的碳汇理论机制为“巨大碳库的幕后推手”,揭开了半个世纪前被美国科学家称之为不解之谜的面纱。2015年,焦念志有关微型生物在海洋碳储库及气候变化中的作用研究成果又一次获得国家自然科学二等奖(排名第一)。

学以致用,服务国家需求

焦念志注重学以致用、服务国家需求。作为海洋科学家,他结合自己的专长,对如何让科技更好地服务于我国经济发展、社会进步、环境改善等问题不断进行深入思考并付诸行动。

早在2011年,他就向国家发改委提交了《研发海洋碳汇,保障经济发展》的建议,并获“十二五”规划建言献策一等奖。这项建议与十年后的碳中和国家战略目标完全一致。2013年,他在十二届全国人大一次会议上提交了关于海洋碳汇的建议,得到国家领导人批示。2015年,中共中央、国务院印发《生态文明体制改革总体方案》,明确提出要建立海洋碳汇的有效机制。国家“十三五”规划中已支持多项涉及“海洋碳汇”的重点研发项目。

在他及国际同行的共同努力下,2017年联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)气候评估报告中首次纳入“海洋碳汇”内容,为联合国有关部门和各国政府科技战略决策提供了新依据。2019年,“海洋微型生物碳泵”理论及相关增汇措施被纳入IPCC气候变化特别报告,这标志着我国一直被国外诟病的养殖环境可华丽转身成为实施海洋负排放(人为增汇)的场所,提升了我国在国际气候谈判中的话语权。2020年9月,习近平总书记在第75届联合国大会上宣布我国碳中和目标,焦念志提出“研发海洋负排放支撑碳中和战略”的建议得到各界广泛关注,厦门大学统筹学术与科技资源正式成立了全国首个“碳中和创新研究中心”。2021年,焦念志领衔的 “海洋碳汇与生物地球化学过程研究中心”获批首个海洋领域的“国家自然科学基金委基础科学中心”。2022年,焦念志作为中方代表入选发展中国家科学院(TWAS) 第一届气候变化常委会,推动海洋负排放计划行动在发展中国家的开展实施,贡献分享中国方案,并向IPCC等重要国际组织提出基于发展中国家利益考量的气候政策和技术标准,团结发展中国家,贡献于全球治理和可持续发展。与此同时,联合国教科文组织政府间海洋学委员会(UNESCO/IOC)执秘佛拉基米尔·拉贝宁正式发函,祝贺由焦念志牵头申请的全球海洋负排放计划(Global Ocean Negative Carbon Emission-Global ONCE)正式通过联合国教科文组织(UNESCO)政府间海洋学委员会(IOC)评审,成为“联合国海洋十年”全球行动计划的重要组成部分。ONCE大科学计划将联合全球科学家共同开展海洋负排放研究,聚焦海洋碳汇的形成过程与演化机制,推出针对全球碳中和的海洋方案,打造地球最大负排放生态工程新范式,以共同应对全球气候变化,为全球治理提供“中国方案”。

创新教学模式,培养复合型人才

百年大计,教育为本。随着国家“双碳目标”的确立,海洋负排放领域的人才培养和技术储备对中国“碳中和”战略目标及引领国际大科学计划意义重大。

为此,焦念志召集发起建立“地球系统科学通识教育改革虚拟教研室”,教研室成员来自北京大学、中国地质大学、同济大学等12所具有重要学术影响力和强大科研资源的高校和研究所,包括9位中国科学院院士、10位国家杰出青年基金获得者,授课成员在海洋、地质、大气、资源环境及气候等相关工程技术领域的教学、研究方面有着深厚基础及丰硕成果。

当前,虚拟教研室第一门本研一体化课程——《宜居地球》已正式开课,来自多个院校的院士专家积极参与授课,从地球演化到圈层的相互作用,从元素起源到物质循环、从分子生物学技术到地球系统科学研究方法等跨学科、跨时空、多尺度、多维度开展头脑风暴式教学。创立了授课三人组(Instructor-Lecturer-Moderator)教学模式、“通识题-思考题”本研一体化考查模式,融合科学、哲学、艺术、社会素养,贯通基础知识与科学前沿,搭建理论与应用的桥梁,极大地开阔学生的视野、拓展听众的知识面,培养学生分析问题解决问题的能力。

焦念志首创的本研一体化课程《宜居地球》学生济济一堂

在他看来,研发海洋碳汇、促进低碳经济,培育碳汇人才、支撑碳中和目标是海洋人肩负的使命和任务。

【人物名片】

焦念志(1962-),山东潍坊人。1991年青岛海洋大学获博士学位,1991-1993年从事中科院海洋研究所及东京大学博士后研究,1994年破格晋升研究员。1996-1997年担任美国麻省理工学院高级访问学者、1998-1999年担任日本国立环境研究所特别研究员。1999年入选教育部“长江学者”特聘教授。2011年当选中科院院士,2014年当选发展中国家科学院院士,2018年当选美国微生物科学院院士。

主攻海洋微型生物生态过程及其资源环境效应。开拓了海洋新生产力、原绿球藻、好氧不产氧光合异养菌AAPB、PR等新领域的研究;发现原绿球藻在西太平洋宽陆架海大量存在并确定了在我国海区的分布边界和生态地位;创建了TIREM方法,查明了AAPB在全球海洋尺度上的分布规律,引发了海洋碳循环机制的新认识;建立了包括细菌光能利用的上层海洋碳循环新模型,指出不产氧光合作用对于维持海区是大气CO2的“汇”至关重要;提出了海洋储碳新机制——“海洋微型生物碳泵”(Microbial Carbon Pump, MCP)理论框架。MCP被Science评论为“巨大碳库的幕后推手”,并被纳入联合国政府间气候变化专门委员会IPCC特别报告和联合国教科文组织政府间海洋学委员会IOC-R报告。

曾获得“庆祝中华人民共和国成立70周年”纪念章、国家自然科学二等奖(2006年和2015年,两次均排名第一)、全国创新争先奖(首届)、何梁何利科学与技术进步奖、卢嘉锡优秀导师奖、福建省五一劳动奖章、“中国民主同盟成立80周年杰出盟员”荣誉称号、“各民主党派、工商联、无党派人士为全面建成小康社会作贡献先进个人”荣誉称号等。

(海洋与地球学院)

【责任编辑:谢晨馨】
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