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科技日報記者 陳曦
海洋在全球氣候變化和碳循環過程中發揮著重要作用，日前南開大學環境科學與工程學院環境污染過程與基準教育部重點實驗室胡獻剛教授與中國科學院院士、清華大學化學系李景虹合作，將環境化學大數據與人工智能技術（機器學習）結合，揭示了氣候變化（溫度升高、二氧化碳濃度等）對海洋浮游植物豐度、生產力的影響，并預測了未來不同RCP情景（典型濃度路徑，用來指示未來溫室氣體排放、污染等情景）對海洋浮游植物生產力的影響，得出減少溫室氣體的排放及人為污染是維持海洋浮游植物豐度、多樣性，以及海洋生物固碳能力的必要措施。相關成果發表在國際學術期刊《自然·氣候變化》上。
發展海洋碳匯、提升海洋碳匯能力是助力我國實現碳達峰碳中和目標的重要工作。今年8月，科技部等九部門聯合印發了《科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022—2030年）》，明確提出了與海洋生物碳匯密切相關的藍色碳匯等負碳技術能力提升行動。
“在海洋中，浮游植物可以通過光合作用固碳、儲碳，從而降低大氣中的二氧化碳濃度，調節全球氣候變暖。”胡獻剛介紹，海洋環境化學（溫度、二氧化碳濃度、營養鹽、污染物等）決定了海洋浮游植物的多樣性和結構功能，進而通過影響海洋浮游植物的光合作用調控海洋碳匯。
受人類活動及污染物排放的影響，海洋環境化學正在發生劇烈變化，對海洋碳匯能力產生了巨大影響，然而海洋環境化學與浮游生物固碳的量化關系仍然存在認知不足，從而制約了海洋生物碳匯的科學評估及管控措施的制定。
團隊研究發現，海洋環境化學因素對浮游植物影響可能存在多種因素（溫度、二氧化碳濃度、營養鹽、污染物等）的疊加或抵消等作用，利用常規的數理統計模型很難構建二者的復雜關系。
基于此，團隊通過挖掘海洋環境化學大數據，利用多種機器學習模型，預測了8種環境化學變量對1500多種海洋浮游生物豐富度、多樣性的影響，通過海洋實際監測數據驗證了模型的可靠性，并實現了模型在時間、空間上的穩定遷移，識別了海洋環境化學對全球海洋浮游植物響應的敏感性區域及關鍵制約因素，得出了海洋環境化學條件引起浮游植物多樣性劇烈變化的可能臨界點，為海洋生物多樣性保護和海洋生物碳匯能力提升提供了重要參考。
不過，胡獻剛也補充道：“雖然氣候條件，比如溫度和二氧化碳是影響海洋浮游植物環境效應的關鍵因素，但是其他海洋環境化學因素，比如硝酸鹽、磷酸鹽、硅酸鹽等也不能忽視，其中熱帶海洋區域受環境化學影響可能更加敏感。人工智能在生態環境大數據分析領域的應用處于起步階段，我國應該在該領域集中優勢人力物力，通過科技創新助力我國碳中和目標的實現。”
