南开新闻网讯（记者 付坤 通讯员 班崭）日前，南开大学环境科学与工程学院环境污染过程与基准教育部重点实验室胡献刚教授与清华大学化学系李景虹院士合作，将环境化学大数据与人工智能技术(机器学习)结合，揭示了影响海洋浮游植物丰度、生产力的关键环境因素，并预测了不同典型浓度路径情景（RCP）对海洋浮游植物生产力的影响。相关成果以“Tipping points of marine phytoplankton tomultiple environmental stressors”为题发表在著名学术期刊Nature Climate Change上。
海洋在全球气候变化和碳循环过程中发挥着重要作用，是地球系统中最大的碳库，大约是大气的50倍，陆地生态系统的20倍，固定了人类排放的20%以上的碳。发展海洋碳汇、提升海洋碳汇能力是助力我国实现碳达峰碳中和目标的重要工作。今年8月，科技部等九部门联合印发了《科技支撑碳达峰碳中和实施方案（2022—2030年）》，明确提出了与海洋生物碳汇密切相关的蓝色碳汇等负碳技术能力提升行动。
在海洋中，浮游植物可以通过光合作用固碳、储碳，从而降低大气中的二氧化碳浓度，调节全球气候变暖。而海洋环境化学决定了海洋浮游植物的多样性和结构功能，进而通过影响海洋浮游植物的光合作用调控海洋碳汇。
受人类活动及污染物排放的影响，海洋环境化学正在发生剧烈变化，对海洋碳汇能力产生了巨大影响，然而海洋环境化学与浮游生物固碳的量化关系仍然存在认知不足，从而制约了海洋生物碳汇的科学评估及管控措施的制定。
胡献刚教授团队研究发现，海洋环境化学因素对浮游植物影响可能存在多种因素的叠加或拮抗等作用，往往为非线性作用，利用常规的数理统计模型很难构建二者的复杂关系。
基于此，团队通过挖掘海洋环境化学大数据，利用多种机器学习模型，预测了8种环境化学变量对1500多种海洋浮游生物丰富度、多样性的影响，通过海洋实际监测数据验证了模型的可靠性，并实现了模型在时间、空间上的稳定迁移，识别了海洋环境化学对全球海洋浮游植物响应的敏感性区域及关键制约因素，得出了海洋环境化学条件引起浮游植物多样性剧烈变化的可能临界点，为海洋生物多样性保护和海洋生物碳汇能力提升提供了重要参考。
“虽然温度和二氧化碳是影响海洋浮游植物环境效应的关键因素，但是其它海洋环境化学因素比如硝酸盐、磷酸盐、硅酸盐等也不能忽视，其中热带海洋区域受环境化学影响可能更加敏感”。胡献刚说。
南开大学环境科学与工程学院班崭为该论文第一作者，承担了模型的运行和验证，胡献刚教授为通讯作者，南开大学计算机学院张莹教授、周宝航博士在模型、算法完善上提供了技术支持，南开大学环境科学与工程学院周启星教授为该研究提供了指导和保障支撑条件。该研究得到了国家自然科学基金委员会、科技部、国家111引智基地和南开大学百青团队等资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41558-022-01489-0
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