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掌握核心技术探索海斗深渊——记中国科学院深海科学与工程研究所

2020-10-28 19:45

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

位于海南省三亚市鹿回头半岛的中国科学院深海科学与工程研究所（以下简称“深海所”），是由海南省人民政府、三亚市人民政府和中国科学院三方联合共建的深海科技研发机构。以推动国家建设海洋强国为目标，以提升我国深海科学研究与海洋工程技术研发实力，构筑科学研究-工程技术-深海作业融合性体系，引领我国深海科学、深海技术、资源开发利用和产业化发展为主要任务，利用海南省得天独厚的地理位置优势，自2011年筹建至今，深海所在开展深海进入、深海探测、深海开发技术研究等方面均取得了突破性进展。

“天涯”、“海角”、“万泉”等谱系化深海装备，“探索一号”科考船、“探索二号”科考船和大型超高压模拟试验装置等国际一流深海科研平台，构建起世界先进的纵贯海面-水体-深渊-海底的海洋装备体系；“深海勇士”号深潜运维团队实现常态化应用，“探索一号”成功开展我国首次综合性万米深渊科考，标志着我国具备了深海、深渊探测和作业能力。

布局重点：科研技术齐发力

依靠深海工程技术与装备、实验平台和基础设施，以科学问题引领技术创新，以技术提升带动科学研究深入发展，深海所开展了一系列重大的科学问题研究。

在深海科学方面，重点开展了与物理海洋、海洋地质、海洋化学及海洋生物相关的问题研究，以深海环境与生态过程、深海地质构造、沉积演变及其油气矿产资源、深海环境下的生物学特征为主要研究方向，在解决深海核心科学问题的同时，还促进了与深海科学研究相关的深海工程技术与装备设备的研发。

在深海工程技术与装备研发方面，主要对海洋多参量智能测量与传感器技术及装置，深海生物资源探测技术与系统，深海低温高压、高温高压体系的物理、化学及生物学的实验模拟技术，海洋观测、定位的网络系统技术与方法，水下作业潜水器、潜标系统集成及应用技术，深海科学研究和深海资源开发的作业装置和工具，海洋油气、矿产勘探开发新方法、新技术与系统开展了探索。

目前，深海所正在重点建设深海科学研究部、深海工程技术部和海洋装备与运行管理中心三个主要业务单元。其中，深海科学研究部下设深海生物学研究室、深海地质与地球化学研究室、深海地球物理与资源研究室、海洋环流观测与数值模拟研究室、深海极端环境模拟研究实验室、地外海洋系统研究室、海洋哺乳动物与海洋生物声学研究室和分析测试中心8个基本研究单元；深海工程技术部下设深海探测技术研究室、深海信息技术研究室、深海资源开发研究室、深潜技术研究室和工程实验室5个基本研究单元；海洋装备与运行管理中心主要围绕科考船舶、深海装备、科研码头等资源，开展建设和运行的组织管理和协调工作，管理船舶航次、提供科考作业技术支持，为科学考察和研究提供应用平台和技术保障，同时负责船员和工程技术人员的管理和培训。

依托三大主要业务单元构建的研发体系，通过牵头组织重大项目，挖掘各科研团队在海洋科学和工程方面的研发资源和潜力，深海所正在成为国家深海战略中的集团性力量，引领着我国深海科学、深海技术及资源开发利用和产业化的发展。

物种调查：掌握更多背景资料

作为深海科学研究部的一个基本研究单元——海洋哺乳动物与海洋生物声学研究室，主要从事海洋哺乳动物生物声学、生物学、生态学、演化和保护生物学等研究工作。

海洋哺乳动物是哺乳类中适于水栖环境的特殊类群，通常被人们称作为海兽，主要包括鲸目、海牛目、鳍脚目三大类，是水中胎生哺乳、肺呼吸、恒体温、流线形且前肢特化为鳍状的脊椎动物。世界上共有约130个海洋哺乳动物物种。据历史记载，生活或出没在我国沿海或河流系统的海洋哺乳动物有40余种，其中超过30个海洋哺乳动物物种在我国南海海域有记录，包括我国国家一级保护动物——中华白海豚。然而，我国科研人员除了对生活在长江中下游的白鱀豚和长江江豚，生活在黄渤海海域的斑海豹以及近年来对生活在大陆沿海地区如厦门、珠江口、北部湾等的中华白海豚的生物学、种群生态学、行为生态学等进行了较为系统的研究和调查以外，对于其它海洋哺乳动物尤其是生活在南海海域包括海南岛周边的海洋哺乳动物的研究和调查寥寥无几。对于这些动物的演化历程和机制、食性、生命表、种群现状、分布与迁移规律、受威胁因子、行为特性等知之甚少。而对于这些问题的了解，无论是对于这些动物本身的研究和保护还是对于整个海洋生态系统的研究和保护，都具有非常重要的意义。以这些海洋哺乳动物尤其是南海海域的海洋哺乳动物为研究对象，围绕相关的科学问题，海洋哺乳动物与海洋生物声学研究室开展了相应的研究工作。

2020年7月28日，由研究室组织的“2020年南海深潜及远海鲸类科考航次”完成全部科考任务，顺利返回三亚。

该航次历时21天，航程3000多公里，考察区域集中在南海北部西沙群岛和中沙群岛的陆坡、海山及海槽水域。航次采用目视考察和被动声学监测相结合的方法，并辅以环境DNA收集，旨在“2019年南海深潜及远海鲸类科考”航次的基础上，进一步对考察海域的鲸类物种多样性、种群现状及分布模式等进行较为全面的调查。

考察期间，共目击到深潜和远海鲸类动物31群次，其中深潜鲸类14群次。通过视频和照相拍摄、动物水下发声记录，获取了大量的南海鲸类图片、视频和音频等资料。

经对考察结果进行初步分析发现，本航次目击到的鲸类动物至少包含11个物种，其中深潜鲸类物种7种，分别为抹香鲸、柯氏喙鲸、短肢领航鲸、瑞氏海豚（又叫花鲸）、伪虎鲸、小虎鲸和瓜头鲸，其它远海鲸类物种4种，分别为热带斑海豚、弗氏海豚、长吻飞旋海豚和条纹海豚，表明考察海域具有较为丰富的鲸类物种多样性。

与该研究团队执行的“2019年南海深潜及远海鲸类科考”航次结果相比，此次科考航次记录到了更多的鲸类物种，获取到了更为丰富的数据。2019年记录到的8个鲸类物种中，除了一种神秘的喙鲸没有在本航次被确认发现以外，所有其它7个物种均被再次记录到，同时还新发现并记录到小虎鲸、伪虎鲸、长吻飞旋海豚、瓜头鲸等4个鲸类物种。

“我们做的这些工作其实属于摸底调查，如果对海域里有何物种一无所知，那么将来谁都不清楚该开展哪些工作，因为心里没底。通过摸底调查，对海域里物种的丰富性有了了解，就相当于掌握了一些基础背景资料，以后就可以有针对性的开展一些更加具体的研究。”谈起做这些工作的意义，海洋哺乳动物与海洋生物声学研究室副研究员张培君说道。

2005年本科毕业于中国海洋大学的张培君，在中国科学院水生生物研究所鲸类保护生物学学科组研究生毕业后在辽宁省海洋水产科学研究院从事斑海豹保护研究工作，2014年来到三亚。之所以选择到深海所工作，在他看来是因为这里的科研氛围更好，与外界的交流更多，国际合作更广泛，而且开展的研究更全面、更前沿。他说：“南海调查只是我们研究室的部分研究工作，并不是我们所有的研究内容。比如，找到物种后，我们会设计怎样获取样品，获取样品后，我们会进行更加细致的数据分析、研究，这是层层递进的关系。总之，我们的研究很全面，基本涵盖了海洋哺乳动物保护研究会涉及到的绝大部分研究内容。”

从读书到工作，从学生成长为鲸豚研究专家，一直从事海洋哺乳动物繁殖生物学、保护遗传学研究的张培君，一路走来对我国相关科学领域的发展有切身的感受，他说：“中国的科研氛围越来越好了，科研经费越来越宽裕了，研究水平越来越高了，甚至在某些方面已处于国际领先地位。虽如此，我们仍有很长的路要走，相信拥有中国科学家对科研的全部热情，中国的研究会做得越来越好。”

装备研制：突破万米深海禁区

“海斗深渊”专指海洋里深度大于6000米的海沟区域，是地球上人类认知最少的一个生态体系，也是当前海洋领域的前沿热点，而装备技术是否先进则是探索深渊能否成功面临的最大挑战。深海所深海工程技术部下设的深海探测技术研究室就是以国家深海技术发展需求为牵引，面向深远海多学科综合科考及应用，开展深海探测装备研制及相关前沿技术研究与攻关的基本研究单元。

研究室自2013年成立以来，承担了多项中国科学院先导专项、中国科学院重点部署项目、知识创新工程领域前沿项目、海南省重大科技项目及国家重点研发计划的研究课题，率先在我国开展了深海着陆器技术研究与平台研制工作,已自主设计研发了多型深海着陆器平台，最大工作深度可达11000米，最长作业时间超过1年，在马里亚纳海沟科考航次中多次刷新纪录，取得大量宝贵的深渊科考数据及样品，为我国深海科考进入万米时代做出了应有的贡献。

成绩的取得，是团队中每个成员共同努力的结果。但很少有人知道，完成这些工作的是一支平均年龄不到32岁的年轻团队。2016至2018年，团队携深渊着陆器参与了“探索一号”船的3个深渊科考航次，每一次都面临不同挑战，但团队从不轻言放弃，为了不影响航次整体计划，即便是在恶劣的海况下，即便是通宵达旦，也会咬牙坚持。他们富有激情、充满活力和创造力，以敢闯敢试的拼搏精神、无畏艰辛的奉献精神、开拓进取的创新精神，展示了新时代青年科技工作者应有的风采。

深海探测技术研究室副主任、深海所副研究员陈俊

年仅32岁的陈俊，现为深海所副研究员，也是深海探测技术研究室的副主任，他带领团队系统地开展了深海着陆器技术研究，现已成功研制系列化深海着陆器十余套，为我国深海多个领域的技术发展提供了支撑。他曾三次作为团队负责人完成了深渊着陆器在马里亚纳海沟的科考与应用，使我国首次较为系统地开展了5000至11000米不同深度等级的综合科考，并创造了多项国内/国际记录。

他说，不满足于完成既定海试任务，这是深渊科考的精神，也是这支年轻队伍的团魂。为尽可能满足科学家的研究需求，海试期间但凡有条件开展深渊科考，团队都会安排深渊着陆器进行作业，忙的时候几乎是连轴转。在如此高强度作业下，近6年里，着陆器已累计完成259次下潜作业，其中32次超过万米，获得了丰硕的科考成果，其中多项成果为国际首次。因表现突出，团队被评为2019年中国科学院“年度团队”。

“在国际上，虽然我们起步较晚，但事实上无论在技术本身还是应用方面，我们都取得了很多新突破。我们突破万米的32次下潜，下潜的次数和频次在国际上都是最高的。从应用的角度上来说，我们也做了一些原创性的工作，包括单次取得海水样品超过100升，取得全程低温保存的高质量的狮子鱼样品，发现了一些新物种和一些生物的最大生存深度记录。这些都是基于我们实际的应用需求，开展的一些原创性的工作。”说起取得的科研进展，陈俊如数家珍。

当问起为什么不把国外技术仿制过来，而非要搞这么多创新的原因时，陈俊这样说：“直接去买别人的东西，会面临一个很大的问题，就是别人有什么你只能用什么，但科学问题会不断产生，这样的话从国外买来的产品远远没办法满足新的需求。事实上，后来也证明我们的选择是正确的，因为确实大家对深渊的环境不了解，那个地方会有什么问题，需要研究什么，大家也是逐步才了解到。只有自己掌握了这些技术，自己不断地去更新，不断去提升，我们才有能力迅速去解决遇到的新问题。”

当然，在创新的过程中，因为没有成熟的经验可以借鉴，团队也走了不少弯路。但在陈俊看来，一个技术，特别是一个新技术，想要有所创新，有所突破，遇到一些挫折是不可避免的。他相信，有了更多积累，会更有信心面对未来的困难和挑战。

创新是这支团队永恒的主题。近年来，由于科考任务越来越复杂，深海探测对装备提出了更高的要求。在前期研究的基础上，陈俊带领团队又开辟了一个新的研究方向——深海基站式探测作业系统。深海基站类似于一个营地，能够携带多个不同类型的装备在海底进行长时间的探测作业，还可以给其他装备进行能源补给和通讯，可以开展更为复杂的科考任务。另外，为了满足在深海原位进行研究的需求，团队又提出了深海原位实验室技术这一理念，把实验室搬到海底，尽可能减少环境变化对实验的影响。

在过去几年，从这些方向入手，团队已开展了大量工作。其中，2016年开始，在国家重点研发计划支持下，团队开展了对深海幼虫、微生物的核酸进行原位提取的研究工作。陈俊介绍：“核酸是极易降解的，用常规的方法很难开展研究。基于新技术，我们能在深海原位把核酸提取并收集起来，然后结合一些传感器、检测探针，就可以对物质的成分，RNA的种类进行原位测定。”目前，该工作已经完成海上试验验收。

未来，团队还将开展更多元化的原位实验及探测技术的研究，同时也会研发更多新型的深海探测装备。为此，陈俊希望更多的优秀人才能够加入深海所，加入自己的团队，为推动国家深海研究发展与进步贡献一份力量。

探索永不止步

认识海洋，才能经略海洋。