掌握核心技術 探索海鬥深淵——記中國科學院深海科學與工程研究所

位於海南省三亞市鹿回頭半島的中國科學院深海科學與工程研究所（以下簡稱「深海所」），是由海南省人民政府、三亞市人民政府和中國科學院三方聯合共建的深海科技研發機構。以推動國家建設海洋強國為目標，以提升我國深海科學研究與海洋工程技術研發實力，構築科學研究-工程技術-深海作業融合性體系，引領我國深海科學、深海技術、資源開發利用和產業化發展為主要任務，利用海南省得天獨厚的地理位置優勢，自2011年籌建至今，深海所在開展深海進入、深海探測、深海開發技術研究等方面均取得了突破性進展。

「天涯」、「海角」、「萬泉」等譜系化深海裝備，「探索一號」科考船、「探索二號」科考船和大型超高壓模擬試驗裝置等國際一流深海科研平臺，構建起世界先進的縱貫海面-水體-深淵-海底的海洋裝備體系；「深海勇士」號深潛運維團隊實現常態化應用，「探索一號」成功開展我國首次綜合性萬米深淵科考，標誌著我國具備了深海、深淵探測和作業能力。

布局重點：科研技術齊發力

依靠深海工程技術與裝備、實驗平臺和基礎設施，以科學問題引領技術創新，以技術提升帶動科學研究深入發展，深海所開展了一系列重大的科學問題研究。

在深海科學方面，重點開展了與物理海洋、海洋地質、海洋化學及海洋生物相關的問題研究，以深海環境與生態過程、深海地質構造、沉積演變及其油氣礦產資源、深海環境下的生物學特徵為主要研究方向，在解決深海核心科學問題的同時，還促進了與深海科學研究相關的深海工程技術與裝備設備的研發。

在深海工程技術與裝備研發方面，主要對海洋多參量智能測量與傳感器技術及裝置，深海生物資源探測技術與系統，深海低溫高壓、高溫高壓體系的物理、化學及生物學的實驗模擬技術，海洋觀測、定位的網絡系統技術與方法，水下作業潛水器、潛標系統集成及應用技術，深海科學研究和深海資源開發的作業裝置和工具，海洋油氣、礦產勘探開發新方法、新技術與系統開展了探索。

目前，深海所正在重點建設深海科學研究部、深海工程技術部和海洋裝備與運行管理中心三個主要業務單元。其中，深海科學研究部下設深海生物學研究室、深海地質與地球化學研究室、深海地球物理與資源研究室、海洋環流觀測與數值模擬研究室、深海極端環境模擬研究實驗室、地外海洋系統研究室、海洋哺乳動物與海洋生物聲學研究室和分析測試中心8個基本研究單元；深海工程技術部下設深海探測技術研究室、深海信息技術研究室、深海資源開發研究室、深潛技術研究室和工程實驗室5個基本研究單元；海洋裝備與運行管理中心主要圍繞科考船舶、深海裝備、科研碼頭等資源，開展建設和運行的組織管理和協調工作，管理船舶航次、提供科考作業技術支持，為科學考察和研究提供應用平臺和技術保障，同時負責船員和工程技術人員的管理和培訓。

依託三大主要業務單元構建的研發體系，通過牽頭組織重大項目，挖掘各科研團隊在海洋科學和工程方面的研發資源和潛力，深海所正在成為國家深海戰略中的集團性力量，引領著我國深海科學、深海技術及資源開發利用和產業化的發展。

物種調查：掌握更多背景資料

作為深海科學研究部的一個基本研究單元——海洋哺乳動物與海洋生物聲學研究室，主要從事海洋哺乳動物生物聲學、生物學、生態學、演化和保護生物學等研究工作。

海洋哺乳動物是哺乳類中適於水棲環境的特殊類群，通常被人們稱作為海獸，主要包括鯨目、海牛目、鰭腳目三大類，是水中胎生哺乳、肺呼吸、恆體溫、流線形且前肢特化為鰭狀的脊椎動物。世界上共有約130個海洋哺乳動物物種。據歷史記載，生活或出沒在我國沿海或河流系統的海洋哺乳動物有40餘種，其中超過30個海洋哺乳動物物種在我國南海海域有記錄，包括我國國家一級保護動物——中華白海豚。然而，我國科研人員除了對生活在長江中下遊的白鱀豚和長江江豚，生活在黃渤海海域的斑海豹以及近年來對生活在大陸沿海地區如廈門、珠江口、北部灣等的中華白海豚的生物學、種群生態學、行為生態學等進行了較為系統的研究和調查以外，對於其它海洋哺乳動物尤其是生活在南海海域包括海南島周邊的海洋哺乳動物的研究和調查寥寥無幾。對於這些動物的演化歷程和機制、食性、生命表、種群現狀、分布與遷移規律、受威脅因子、行為特性等知之甚少。而對於這些問題的了解，無論是對於這些動物本身的研究和保護還是對於整個海洋生態系統的研究和保護，都具有非常重要的意義。以這些海洋哺乳動物尤其是南海海域的海洋哺乳動物為研究對象，圍繞相關的科學問題，海洋哺乳動物與海洋生物聲學研究室開展了相應的研究工作。

2020年7月28日，由研究室組織的「2020年南海深潛及遠海鯨類科考航次」完成全部科考任務，順利返回三亞。

該航次歷時21天，航程3000多公裡，考察區域集中在南海北部西沙群島和中沙群島的陸坡、海山及海槽水域。航次採用目視考察和被動聲學監測相結合的方法，並輔以環境DNA收集，旨在「2019年南海深潛及遠海鯨類科考」航次的基礎上，進一步對考察海域的鯨類物種多樣性、種群現狀及分布模式等進行較為全面的調查。

考察期間，共目擊到深潛和遠海鯨類動物31群次，其中深潛鯨類14群次。通過視頻和照相拍攝、動物水下發聲記錄，獲取了大量的南海鯨類圖片、視頻和音頻等資料。

經對考察結果進行初步分析發現，本航次目擊到的鯨類動物至少包含11個物種，其中深潛鯨類物種7種，分別為抹香鯨、柯氏喙鯨、短肢領航鯨、瑞氏海豚（又叫花鯨）、偽虎鯨、小虎鯨和瓜頭鯨，其它遠海鯨類物種4種，分別為熱帶斑海豚、弗氏海豚、長吻飛旋海豚和條紋海豚，表明考察海域具有較為豐富的鯨類物種多樣性。

與該研究團隊執行的「2019年南海深潛及遠海鯨類科考」航次結果相比，此次科考航次記錄到了更多的鯨類物種，獲取到了更為豐富的數據。2019年記錄到的8個鯨類物種中，除了一種神秘的喙鯨沒有在本航次被確認發現以外，所有其它7個物種均被再次記錄到，同時還新發現並記錄到小虎鯨、偽虎鯨、長吻飛旋海豚、瓜頭鯨等4個鯨類物種。

「我們做的這些工作其實屬於摸底調查，如果對海域裡有何物種一無所知，那麼將來誰都不清楚該開展哪些工作，因為心裡沒底。通過摸底調查，對海域裡物種的豐富性有了了解，就相當於掌握了一些基礎背景資料，以後就可以有針對性的開展一些更加具體的研究。」談起做這些工作的意義，海洋哺乳動物與海洋生物聲學研究室副研究員張培君說道。

2005年本科畢業於中國海洋大學的張培君，在中國科學院水生生物研究所鯨類保護生物學學科組研究生畢業後在遼寧省海洋水產科學研究院從事斑海豹保護研究工作，2014年來到三亞。之所以選擇到深海所工作，在他看來是因為這裡的科研氛圍更好，與外界的交流更多，國際合作更廣泛，而且開展的研究更全面、更前沿。他說：「南海調查只是我們研究室的部分研究工作，並不是我們所有的研究內容。比如，找到物種後，我們會設計怎樣獲取樣品，獲取樣品後，我們會進行更加細緻的數據分析、研究，這是層層遞進的關係。總之，我們的研究很全面，基本涵蓋了海洋哺乳動物保護研究會涉及到的絕大部分研究內容。」

從讀書到工作，從學生成長為鯨豚研究專家，一直從事海洋哺乳動物繁殖生物學、保護遺傳學研究的張培君，一路走來對我國相關科學領域的發展有切身的感受，他說：「中國的科研氛圍越來越好了，科研經費越來越寬裕了，研究水平越來越高了，甚至在某些方面已處於國際領先地位。雖如此，我們仍有很長的路要走，相信擁有中國科學家對科研的全部熱情，中國的研究會做得越來越好。」

裝備研製：突破萬米深海禁區

「海鬥深淵」專指海洋裡深度大於6000米的海溝區域，是地球上人類認知最少的一個生態體系，也是當前海洋領域的前沿熱點，而裝備技術是否先進則是探索深淵能否成功面臨的最大挑戰。深海所深海工程技術部下設的深海探測技術研究室就是以國家深海技術發展需求為牽引，面向深遠海多學科綜合科考及應用，開展深海探測裝備研製及相關前沿技術研究與攻關的基本研究單元。

研究室自2013年成立以來，承擔了多項中國科學院先導專項、中國科學院重點部署項目、知識創新工程領域前沿項目、海南省重大科技項目及國家重點研發計劃的研究課題，率先在我國開展了深海著陸器技術研究與平臺研製工作,已自主設計研發了多型深海著陸器平臺，最大工作深度可達11000米，最長作業時間超過1年，在馬裡亞納海溝科考航次中多次刷新紀錄，取得大量寶貴的深淵科考數據及樣品，為我國深海科考進入萬米時代做出了應有的貢獻。

成績的取得，是團隊中每個成員共同努力的結果。但很少有人知道，完成這些工作的是一支平均年齡不到32歲的年輕團隊。2016至2018年，團隊攜深淵著陸器參與了「探索一號」船的3個深淵科考航次，每一次都面臨不同挑戰，但團隊從不輕言放棄，為了不影響航次整體計劃，即便是在惡劣的海況下，即便是通宵達旦，也會咬牙堅持。他們富有激情、充滿活力和創造力，以敢闖敢試的拼搏精神、無畏艱辛的奉獻精神、開拓進取的創新精神，展示了新時代青年科技工作者應有的風採。

深海探測技術研究室副主任、深海所副研究員陳俊

年僅32歲的陳俊，現為深海所副研究員，也是深海探測技術研究室的副主任，他帶領團隊系統地開展了深海著陸器技術研究，現已成功研製系列化深海著陸器十餘套，為我國深海多個領域的技術發展提供了支撐。他曾三次作為團隊負責人完成了深淵著陸器在馬裡亞納海溝的科考與應用，使我國首次較為系統地開展了5000至11000米不同深度等級的綜合科考，並創造了多項國內/國際記錄。

他說，不滿足於完成既定海試任務，這是深淵科考的精神，也是這支年輕隊伍的團魂。為儘可能滿足科學家的研究需求，海試期間但凡有條件開展深淵科考，團隊都會安排深淵著陸器進行作業，忙的時候幾乎是連軸轉。在如此高強度作業下，近6年裡，著陸器已累計完成259次下潛作業，其中32次超過萬米，獲得了豐碩的科考成果，其中多項成果為國際首次。因表現突出，團隊被評為2019年中國科學院「年度團隊」。

「在國際上，雖然我們起步較晚，但事實上無論在技術本身還是應用方面，我們都取得了很多新突破。我們突破萬米的32次下潛，下潛的次數和頻次在國際上都是最高的。從應用的角度上來說，我們也做了一些原創性的工作，包括單次取得海水樣品超過100升，取得全程低溫保存的高質量的獅子魚樣品，發現了一些新物種和一些生物的最大生存深度記錄。這些都是基於我們實際的應用需求，開展的一些原創性的工作。」說起取得的科研進展，陳俊如數家珍。

當問起為什麼不把國外技術仿製過來，而非要搞這麼多創新的原因時，陳俊這樣說：「直接去買別人的東西，會面臨一個很大的問題，就是別人有什麼你只能用什麼，但科學問題會不斷產生，這樣的話從國外買來的產品遠遠沒辦法滿足新的需求。事實上，後來也證明我們的選擇是正確的，因為確實大家對深淵的環境不了解，那個地方會有什麼問題，需要研究什麼，大家也是逐步才了解到。只有自己掌握了這些技術，自己不斷地去更新，不斷去提升，我們才有能力迅速去解決遇到的新問題。」

當然，在創新的過程中，因為沒有成熟的經驗可以借鑑，團隊也走了不少彎路。但在陳俊看來，一個技術，特別是一個新技術，想要有所創新，有所突破，遇到一些挫折是不可避免的。他相信，有了更多積累，會更有信心面對未來的困難和挑戰。

創新是這支團隊永恆的主題。近年來，由於科考任務越來越複雜，深海探測對裝備提出了更高的要求。在前期研究的基礎上，陳俊帶領團隊又開闢了一個新的研究方向——深海基站式探測作業系統。深海基站類似於一個營地，能夠攜帶多個不同類型的裝備在海底進行長時間的探測作業，還可以給其他裝備進行能源補給和通訊，可以開展更為複雜的科考任務。另外，為了滿足在深海原位進行研究的需求，團隊又提出了深海原位實驗室技術這一理念，把實驗室搬到海底，儘可能減少環境變化對實驗的影響。

在過去幾年，從這些方向入手，團隊已開展了大量工作。其中，2016年開始，在國家重點研發計劃支持下，團隊開展了對深海幼蟲、微生物的核酸進行原位提取的研究工作。陳俊介紹：「核酸是極易降解的，用常規的方法很難開展研究。基於新技術，我們能在深海原位把核酸提取並收集起來，然後結合一些傳感器、檢測探針，就可以對物質的成分，RNA的種類進行原位測定。」目前，該工作已經完成海上試驗驗收。

未來，團隊還將開展更多元化的原位實驗及探測技術的研究，同時也會研發更多新型的深海探測裝備。為此，陳俊希望更多的優秀人才能夠加入深海所，加入自己的團隊，為推動國家深海研究發展與進步貢獻一份力量。

探索永不止步

認識海洋，才能經略海洋。

深海除了蘊藏著豐富資源，是人類未來發展的藍色空間，更是涉及國家長遠發展的戰略新疆域。深海領域的規則還沒有完全制定好，各國基本處在同一起跑線上。我們要爭取在深海領域取得突破性成果，成為海洋強國，這樣才有底氣提出中國的主張，才能在國際規則制定中掌握話語權，從而推動建立公平合理的國際規則。

當然，深海探測絕不僅僅是為了資源和戰略，更重要的是，去向海洋深處才能了解地球上那些不可思議的生命體，進而穿越地球的整個歷史空間來洞察地球內部的奧秘，看看裡面都發生了什麼，甚至了解人類的起源和出處。

做海洋強國掌握國際規則制定的話語權，努力探索去尋找海洋和人類的秘密，以深海、科學與工程技術的結合、共享與開發為基點，以避開傳統領域的競爭，形成專業特色，營造文化優勢，進入國際前沿，在我國最為臨近深海的省份建立完備的國立深海研發基地，填補我國深海戰略上的地域空白為定位，深海所正走在前行的路上。

來源：中國科協調研宣傳部、科技傳播中心