第十九屆中國青年女科學家獎馮曉娟：揭開土壤碳庫“黑箱”之謎
今日科協
凌晨3點，經歷熱帶風暴肆虐的北大西洋更顯陰冷，馮曉娟忍着劇烈的嘔吐從船艙裏鑽出來，踉踉蹌蹌晃到甲板上，俯身採集冰涼的海水，再運送到低溫儲藏室，一趟又一趟。這個瘦弱的上海女孩，在深邃的海洋中顯得那麼渺小，卻又無所畏懼。
那年，馮曉娟29歲，在美國伍茲霍爾海洋研究所從事博士後研究，那裏是生物標誌物單體放射性碳同位素（14C）分析的發源地。但與這裏研究海洋的人不同，她是唯一研究土壤的人。她首次成功將木質素單體的分離純化方法應用在環境樣本上。
2013年3月，在美國、瑞士相繼完成4年博士後工作的她，尋着祖國泥土的芬芳，正式加入中國科學院植物研究所（以下簡稱植物所），繼續探尋全球變化與土壤碳循環的神祕關係。
紮根泥土二十載，已是植物所研究員、副所長的馮曉娟帶領團隊揭開了一個又一個土壤碳庫的祕密，並將土壤碳的生物地球化學研究推向了分子水平的機制探討。2024年4月，馮曉娟獲得中國青年女科學家獎。“我做科研的初心就是好奇心，對於想幹的事，我會立馬行動，從不糾結。”
馮曉娟在實驗室
“我要學生物，我要當科學家，去英國就當不了科學家了。”高三那年，獲得上海市英語競賽一等獎的馮曉娟放棄了英國曼徹斯特大學全獎資助攻讀紡織專業的機會，最終考取了北京大學環境科學專業。在她的導師、北京大學教授陶澍的指導下，馮曉娟本科畢業論文便瞄準了土壤污染物研究。2003年，她前往加拿大多倫多大學繼續該方向的研究。
2016年，馮曉娟（右一）與團隊在植物所合影
土壤是陸地生態系統中最大的活性碳庫，其碳儲量是植被碳庫的3-4倍，曾被《科學》稱爲“最後的科學前沿”。隨着全球氣候變化挑戰日益嚴峻，《聯合國氣候變化框架公約》將土壤碳封存列爲實現長期碳中和的關鍵途徑之一。
一次偶然的機會，剛讀博士一年級的馮曉娟開始了對土壤中木質素穩定性的研究，土壤碳庫“黑箱”的揭祕征程，也正式開始。
傳統觀念認爲，木質素是驅動土壤碳長期積累的重要驅動力，很多碳庫模型把木質素作爲界定或者表徵穩定碳庫的重要參數。馮曉娟最終驗證了木質素在增溫下可能發生加速降解，凸顯了木質素在氣候變暖中的不穩定性，不僅顛覆了傳統認知，所使用分子的方法也爲研究土壤有機碳降解的“黑箱”過程提供了全新的視角。
但對馮曉娟而言，木質素研究纔剛剛開始，她要找到證明木質素不穩定的更直接證據。
2009年，馮曉娟前往美國伍茲霍爾海洋研究所從事博士後研究。希望攻克木質素單體的分離純化方法。經過半年多的研究，她對木質素單體的提純度達到了99%，可以進行單體14C分析。但此時的馮曉娟又有了更大膽的想法：做第一個把該方法應用在環境樣品上的人。
在離開伍茲霍爾海洋研究所前，馮曉娟隨船在北大西洋航行了22天。眩暈時就緊閉着眼，躺在船艙裏一動不動。馮曉娟知道，只有扎進深水區後，才能更好地“上岸”。
之後，馮曉娟前往瑞士蘇黎世聯邦理工大學又完成了2年多的博士後研究工作。在將單體14C的方法應用於北極凍土後，她驚訝地發現，木質素在北極流域中是最年輕的陸源碳組分。
2019年，馮曉娟在瑞士蘇黎世參加會議
“4年博士後，我就幹了這一件事，也沒有想過是否會失敗。”馮曉娟說。
2013年3月，馮曉娟回國加入植物所。愛“啃硬骨頭”的她沒想到，第一項研究竟做了十年。
爲了在更大範圍內、更多生態系統中探究木質素和土壤碳的週轉機制，馮曉娟在我國北方草地選取了多個草地土壤剖面，希望通過分析土壤中結構和來源不同的蠟質脂類化合物、木質素單體等，比較它們的環境駐留時間。
由於分析技術難度較高，馮曉娟揹着從土壤樣品中分離出的上百個單體化合物，隻身飛往瑞士親自動手分析。二十多天裏，馮曉娟幾乎完成了3個月的工作量。
就在登機回國之前，一個突如其來的消息幾乎讓她崩潰——由於實驗真空管線被污染，樣品全部廢掉了。“那時的我，真是連哭都哭不出來。”馮曉娟回憶道。
回國後，她決定從頭再來。這一次，她希望做得更充分、更有力，這一做就是十年。
馮曉娟在一個跨度超過3000公里的草地樣帶上選取了13個典型的草地土壤剖面，利用單體14C分析技術，對比研究了土壤有機碳主要分子組分。研究發現，植物脂類和黑炭在土壤剖面中的週轉時間可達上萬年，顯著長於木質素，而木質素的週轉主要受到溫度調控並具有較高的溫度敏感性。研究結果爲木質素在礦質土壤中的不穩定性提供了直接證據，並表明未來氣候變暖可能加速木質素降解。相關結果於2023年發表在《生態學通訊》。
既然木質素沒有傳統認知中那麼穩定，那麼誰會主導土壤碳積累呢？進一步利用樣帶分析，馮曉娟與合作者發現，草地土壤碳積累主要歸因於微生物殘體，而且植物脂類在森林土壤中的積累也不可小覷。這一發現顛覆了“木質素主導土壤碳積累”的傳統觀點，爲準確理解土壤封碳途徑提供了關鍵科學證據。
在揭示土壤碳庫“黑箱”祕密的路上，馮曉娟也將開箱“鑰匙”打磨得更加萬能。她帶領團隊開發和拓展了木質素、軟木脂、氨基糖等重要土壤生物標誌物及其單體碳同位素的分析方法，從複雜樣品中分離出純度高於99%的單體用於 13C 和 14C 分析，既爲評估土壤不同碳組分的來源和週轉提供了直接手段，也爲土壤碳循環研究提供了新穎的“土壤碳分子行爲”分析方法體系。這些方法還被拓展應用於古環境重建、海洋碳循環等方向。
“一個女孩子做什麼科學家，又苦又累”，在馮曉娟走向科研的路上，這樣的聲音並不算少數，但馮曉娟母親堅定支持她做熱愛的事。身爲導師的馮曉娟，也堅定支持自己的學生追逐夢想。
如今已是植物所副研究員的賈娟是馮曉娟的第一位博士生，也是那項耗時十年的研究的主力。巧合的是，這項研究從馮曉娟成爲母親開始，到賈娟成爲母親結束。她們就這樣堅守了十年。
2022年，馮曉娟（左七）與團隊在植物所合影
“一旦你有了退路，就會放棄成長的機會。”馮曉娟從來不認爲在科研中，女性和男性存在智力或者能力的差別。她的勇往直前，在學生眼中是一種榜樣。
馮曉娟至今仍記得在多倫多大學求學時，自己獨當一面的日子。她是導師瑪娜·辛普森的第一位研究生，甚至還是實驗室裏的“維修師傅”。各種器材問題全靠自己摸索，這逼着她有了更快的成長。
在成爲導師、組建團隊後，馮曉娟慢慢學會了從“無微不至”到逐漸放手。只有適當地放手，讓團隊接受更多挑戰，他們才能走得更穩、更遠。
但分管研究生工作的馮曉娟很看重學生的思想動態。她經常邀請學生一同就餐，或者飯後一起散步，瞭解他們的科研進展和困惑，尤其不忘讓學生認真想一想，爲什麼做科研、以後希望做什麼。“我希望他們發自內心地喜歡科研，這是做科研最重要的內驅力。”
在與“泥”爲伴的幾十年裏，馮曉娟早已將自己根植於土壤中。她希望在這片土地上，培育出更多希望之樹。
中國青年女科學家獎由中國科協、全國婦聯、中國聯合國教科文組織全國委員會共同主辦，旨在表彰面向世界科技前沿、面向經濟主戰場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，在相關科技創新領域作出突出貢獻的青年女科技工作者和團隊，激發廣大女科技工作者的創新創業創造熱情，大力弘揚科學家精神，爲加快建設世界重要人才中心和創新高地、實現高水平科技自立自強貢獻智慧和力量。
（轉自 今日科協公衆號）