2019年5月8日，厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室戴民汉院士团队、自然资源部第二海洋研究所卫星海洋环境动力学国家重点实验室柴扉主任团队，应北京大学海洋研究院邀请访问北京大学，开展了两场分别以题为“海洋荒漠生物泵固碳机理及增汇潜力展望”、“Natural and Artificial Iron Fertilization in the Ocean”的讲座。讲座由北京大学海洋研究院副院长、环境科学与工程学院郑玫教授主持。

戴民汉院士在报告中重点介绍了刚启动的基金委重大项目“海洋荒漠生物泵固碳机理及增汇潜力”。他指出，目前大气中二氧化碳浓度不断增加，已超过400ppm,气候变暖过程是全球所面临的严峻挑战。海洋作为重要的碳汇区，吸收了三分之一由人为产生的二氧化碳。副热带流涡区等海洋荒漠的表层营养盐及生物量虽然低，但面积很大，故对全球海洋碳汇具有重要贡献，可能极具增汇潜力，是全球海洋碳循环的重要环节，却也是研究最为匮乏的海域，目前还缺乏清晰的理论框架。

戴民汉院士讲座中

海洋对大气中二氧化碳的调控，生物泵是主要的过程之一。戴民汉院士指出，该项目聚焦全球最大的海洋荒漠区之一——北太平洋副热带流涡区，拟系统探究其真光层的生物泵结构、过程和机理，评估其在全球变化背景下的发展趋势。该项目的科学假设为：海洋荒漠区的真光层具有特征迥异的双层结构，即营养盐匮乏层（NDL）和充足层（NRL），两者的营养盐来源与结构的不同，上层水体持久性层化限制了深层营养盐的向上输运，真光层上部营养盐极度匮乏，引起生物群落组成的差异，从而驱动双层结构不同的输出生产力。营养盐匮乏层的输出生产力由固氮作用等引入的外源营养盐驱动，营养盐充足层的输出生产力则由深层输入的营养盐驱动。观测结果表明，固氮等营养盐的输入，可以驱动生物泵的运作，在海洋荒漠的大部分区域，固氮作用主要受微量营养盐铁的限制，由此增铁应该是增汇的潜在手段之一，但需要大量研究加以论证。海洋荒漠的真光层结构远非经典理论所能描绘，其中的生物泵结构和效率的诠释及其模拟和预测亟需新的理论框架，此理论框架需要综合考虑水动力、光强与光质、营养盐来源与通量以及生物类群与分布等因子。

戴院士指出，该研究的核心科学问题是：在真光层双层结构框架下，海洋荒漠生物泵的物质基础、结构、效率、时空格局及其增汇潜力如何？据此，该研究设置了常量和微量营养盐的来源与通量、固氮作用的时空格局及调控因子、初级生产固碳及浮游生物群落结构、碳输出及其与氮、硅等生源要素的耦合、海洋荒漠区生物泵的模拟等五个研究课题。

此外，戴院士以中尺度冷涡的5-D动态变化及其生物地球化学为案例，介绍了多平台、多学科的综合海洋观测。海洋中充满中尺度涡旋，是研究生物泵的天然实验室，其中冷涡的时间演化和内部空间变化是亟待解决的科学问题。戴院士指出，冷涡3D结构与亚中尺度是准确评估输出通量的基础。冷涡演化伴随群落结构的变化，其中颗粒物输出发生于强化-成熟期。碳硅输出在涡旋发展早期是耦合的，而在其衰退阶段是非耦合的。碳、硅耦合关系以及涡旋演化过程中的时空交错使得全球尺度的评估十分困难。

最后，戴院士总结道，海洋观测技术、海洋科学正在发生着深刻的变化，并且朝着两个方向发展。一是全方位、全球性同步、多尺度地观测，海洋探究正在以非常快的速度向前推进。二是对小尺度（如：基因、同位素等）进行更加微观的分析和非常精细的观测。把这两个过程连起来，就是一个跨尺度、跨空间的观测海洋、认知海洋的过程。所以，微观跟宏观的潜在融合正在构架海洋系统科学。这些过程有尺度，我们正在利用各种现场和实验室工具共同探究海洋。所以说，海洋科学正在发生着深刻的变革。

戴民汉院士回答在座师生提问

柴扉主任在报告中，主要针对全球海洋，特别是高营养盐和低叶绿素（High Nutrient and Low Chlorophyll，HNLC）区域，铁元素调控海洋初级生产力的研究历程进行了介绍。柴扉主任指出，铁进入到上层海洋有几种天然途径：通过沙尘暴铁沉积的方式、通过火山灰铁沉积的方式、通过中尺度海洋漩涡将铁运输到HNLC区域等方式。为减少全球气候变化所带来的不利影响，人工施铁肥这一海洋地球工程技术被用于从大气和上层海洋中固定更多的二氧化碳，但各种方法有各自的优缺点，如使用人工上升流被认为是较为可靠的海洋地球工程技术，但是局限在于造价太高。

柴扉主任讲座中

铁元素在海洋碳循环过程中至关重要，然而，虽然地壳中铁元素含量丰富，但在HNLC海区里铁元素含量匮乏。在本场讲座中，柴扉主任介绍了几例通过引入铁、使海洋中浮游植物大量繁殖、从而降低海洋中二氧化碳浓度的经典事例。在过去的三十年中，在HNLC区域的上层海洋中，有十四次人为施铁肥的实验。柴主任表示，这十四次实验，使百分之九十五的人从不相信施铁肥的假说，到最后相信了施铁肥的假说。柴主任在讲座中讨论了这些人为施铁肥实验的一些关键结果和未解决的问题。

最后，柴主任总结道，铁元素在海洋里决定生产力，但是施铁肥是否能够把二氧化碳带到海洋深部这一观点，还值得进行后续研究，并且施铁肥所带来的正面和负面影响，今后还值得继续探讨。

柴扉主任回答师生提问

戴民汉院士与郑玫教授合照

柴扉主任与郑玫教授合照