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中國人工林改造已進(jìn)入考慮動物多樣性恢復(fù)的新階段
近年來,新聞媒體頻繁報(bào)道野豬對農(nóng)作物造成的損害,這可能與我國大量種植的人工林有關(guān)。即這些人工林為野生動物提供了廣闊的棲息地,使得野豬等動物數(shù)量增多。然而,人工林的物種多樣性和結(jié)構(gòu)相對單一,無法支撐更多野生動物,尤其是像野豬、老虎這樣的頂級捕食者的生存需求。此外,人工林中的傳粉和種子傳播動物種類也不如原始林豐富,這限制了人工林向近自然林的快速演變。圖1. 再野化過程中,人工林的植物和動物多樣性逐漸增加截止2022年底,中國森林面積約2.2億公頃,其中人工林面積超8千萬公頃,森林覆蓋率23.0%。通過20年持續(xù)大規(guī)模人工造林,中國已成為全世界人工造林最多的國家,為全球貢獻(xiàn)了約四分之一的新增綠化面積。中國從1995年起按照森林的用途和生產(chǎn)經(jīng)營目的劃定公益林和商品林,實(shí)施分類經(jīng)營和分類管理,目前全國已擁有1.23億公項(xiàng)生態(tài)公益林,人工林占21.43%。中國的人工林在維護(hù)生態(tài)安全方面起到了重要作用,但也存在如下問題:種類和結(jié)構(gòu)單一,以中幼齡為主;林下缺乏中間灌木層和地表植被;大量使用外來種;不如天然林結(jié)構(gòu)復(fù)雜和功能穩(wěn)定;較少使用珍稀瀕危植物。中國計(jì)劃到2035年實(shí)現(xiàn)GDP規(guī)?;蛉司杖胨皆?020年的基礎(chǔ)上翻一番。考慮到社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展,中國的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能也要加強(qiáng)。由于天然林提升空間不如人工林大,因此,可以考慮通過自然生長加人工干預(yù)的再野化方式,促進(jìn)人工林向近自然林演替,以提供更多的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。中國科學(xué)院華南植物園任海研究員等科研人員建議對中國劃為生態(tài)公益林的人工林改造時(shí),可以向生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會多種功能效益最大化轉(zhuǎn)變,不斷提升生態(tài)系統(tǒng)多樣性、穩(wěn)定性、持續(xù)性。可以調(diào)整林冠層種類、林下種類,將外來種更換成鄉(xiāng)土種等,再通過種子傳播、多層化、多樣化實(shí)現(xiàn)再野化。在人工林改造為近天然的生態(tài)公益林的過程中,要從以植被恢復(fù)為主,轉(zhuǎn)向注意動物群落的恢復(fù),恢復(fù)森林生態(tài)系統(tǒng)的營養(yǎng)級,最好是能恢復(fù)森林群落中的頂級動物(圖1)。在山水林田湖草沙治理過程中,應(yīng)該利用系統(tǒng)的觀點(diǎn),將工作重點(diǎn)從生態(tài)系統(tǒng)尺度轉(zhuǎn)向景觀尺度的恢復(fù),注重生態(tài)系統(tǒng)間的流通性,恢復(fù)生態(tài)連通性。探討基于自然的恢復(fù),提升生物多樣性保護(hù)和恢復(fù)水平,增加人工林減緩氣候變化的韌性。在此過程中,要加強(qiáng)科技創(chuàng)新工作,包括鄉(xiāng)土植物、高價(jià)值植物的研究;要綜合考慮動物的就地保護(hù)、遷地保護(hù)、回歸等整體保護(hù);要參考食物鏈的結(jié)構(gòu)恢復(fù)森林中的動物營養(yǎng)級,加大動物生態(tài)人才的培養(yǎng),通過空間規(guī)劃實(shí)現(xiàn)景觀尺度的生態(tài)廊道的恢復(fù)。改造中國的人工林,恢復(fù)多樣化的群落和頂級動物物種有助于實(shí)現(xiàn)《昆明-蒙特利爾全球生物多樣性框架》中對30%退化生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行高質(zhì)量恢復(fù)的目標(biāo)。鑒于中國擁有各種類型氣候下的大量人工林,在中國開展人工林再野化行動對全球也有重要參考價(jià)值。我們相信人工林的再野化將促進(jìn)人類與自然的和諧共處,增添全球生態(tài)系統(tǒng)福祉。相關(guān)研究建議已于近期發(fā)表在知名綜合性科技期刊The Innovation?Life上。中國科學(xué)院華南植物園任海研究員為文章作者。文章鏈接:10.59717/j.xinn-life.2024.100113
2024-12-23
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?華南植物園揭示熱帶海岸帶植物適應(yīng)低磷機(jī)制及其與地理分布的關(guān)系
熱帶海島和海岸帶地區(qū)是全球生物多樣性熱點(diǎn)地區(qū),但很多區(qū)域處于磷限制狀態(tài)。研究人員一直關(guān)注植物如何適應(yīng)低磷環(huán)境,以及土壤中磷的有效性如何影響植物的分布。近些年的研究表明,植物可以通過調(diào)整葉片中的五種磷組分來適應(yīng)磷限制。葉片磷組分包括:無機(jī)磷(Pi)、低分子量磷酸酯(Ester-P)、RNA 和 DNA 中的核酸磷(Nucleic-P)、磷脂(Lipid-P)和殘態(tài)磷(Residual-P)。然而不同地理分布型的植物如何通過調(diào)整葉片磷組分來適應(yīng)低磷環(huán)境仍不清除。為探究這一問題,中國科學(xué)院華南植物園小良站研究人員通過盆栽試驗(yàn),比較了熱帶海岸帶地區(qū)16 種共生物種在缺磷和富磷土壤下的表現(xiàn)。這16個(gè)樹種可分為三組:外來物種、廣泛分布的本地物種和分布狹窄的本地物種,后者僅原產(chǎn)于處于磷限制的華南海島海岸帶地區(qū)和中南半島北部。我們發(fā)現(xiàn)外來物種在調(diào)整葉片磷組分分配方面比本地物種更具可塑性。廣泛分布的本地物種對磷添加的反應(yīng)則具有多樣性。分布狹窄的本地種在葉片磷組分分配上趨于保守,對磷添加反應(yīng)相對微弱。我們發(fā)現(xiàn)了植物對低磷環(huán)境的兩種適應(yīng)策略:1)外來種采取的磷獲取策略,葉片磷濃度和葉片磷組分分配模式隨土壤磷的變化較大;2)分布狹窄的本地種采取磷保存策略,葉片磷濃度和葉片磷組分分配模式隨土壤磷的變化不大。總之,磷缺乏的生境中植物采取的不同策略可能決定了它們在熱帶地區(qū)的分布和共存。相關(guān)研究成果已近日在線發(fā)表在國際生態(tài)學(xué) Top期刊 Functional Ecology (《功能生態(tài)學(xué)》)上。華南植物園已畢業(yè)博士生范英旭為第一作者,王法明研究員為通訊作者。圖1. 在缺磷(CK)和富磷(+P)水平下的外來種(ES)、廣布本地種(ENS)和狹布本地種(SNS)的五種葉片磷組分含量對比圖2. 通過主成分分析對外來物種 (ES)、廣布本地物種 (ENS) 和狹布本地物種 (SNS) 的基于葉片形狀和葉片磷組分的子在缺磷(CK)和富磷(+P)環(huán)境下分布差異
2024-12-22
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?華南植物園揭示大氣氮沉降緩解了人為磷輸入對熱帶森林土壤呼吸的刺激性
大氣氮沉降和人為磷輸入同時(shí)影響了熱帶森林的土壤呼吸。然而,大氣氮沉降和人為磷輸入的交互作用對土壤呼吸及其組分-自養(yǎng)呼吸和異養(yǎng)呼吸的影響仍不清楚。為了精確地評估人為養(yǎng)分輸入對熱帶森林碳循環(huán)的影響,中國科學(xué)院華南植物園海岸帶生態(tài)系統(tǒng)過程與環(huán)境健康研究組的研究人員在熱帶森林長期定位觀測研究站(小良站)開展了相關(guān)研究。研究團(tuán)隊(duì)于2009年設(shè)置了氮添加、磷添加、氮磷添加和對照組4個(gè)處理。每個(gè)處理均布設(shè)了切根和不切根處理,其中不切根處理用于測定土壤呼吸,切根處理用于測定土壤異養(yǎng)呼吸,兩者之差可表征自養(yǎng)呼吸。本研究基于2015-2017年連續(xù)三年的監(jiān)測結(jié)果。研究結(jié)果表明,單獨(dú)的磷添加顯著增加了19.2%土壤呼吸和42.1%異養(yǎng)呼吸。氮添加后緩解了單獨(dú)磷添加對土壤呼吸和異養(yǎng)呼吸的刺激作用。然而,相比于單獨(dú)的氮、磷添加,氮磷共同添加顯著提升了土壤自養(yǎng)呼吸。這些發(fā)現(xiàn)表明大氣氮沉降能夠通過降低異養(yǎng)呼吸來緩解長期磷輸入對土壤呼吸的刺激作用。結(jié)構(gòu)方程模型進(jìn)一步揭示了氮沉降主要通過增加土壤氮磷比,降低易分解有機(jī)碳和真菌生物量來緩解土壤呼吸。本研究表明熱帶地區(qū)持續(xù)的氮沉降可以顯著地降低人為磷輸入下森林土壤的碳排放。相關(guān)研究成果已在線發(fā)表在土壤學(xué)經(jīng)典期刊Geoderma上。中國科學(xué)院華南植物園生態(tài)中心博士研究生黃幸運(yùn)為論文第一作者,實(shí)驗(yàn)室高級工程師李應(yīng)文為共同第一作者,研究組長、小良站站長王法明研究員為論文通訊作者。該研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、“一帶一路”國家與國際科學(xué)組織聯(lián)盟等項(xiàng)目的資助。論文鏈接:https://authors.elsevier.com/sd/article/S0016-7061(24)00371-9圖1. 氮、磷添加及氮磷共同添加對土壤呼吸(RS)、自養(yǎng)呼吸(RA)和異養(yǎng)呼吸(RH)的影響圖2. 氮磷添加對土壤呼吸的直接和間接影響
2024-12-22
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華南植物園專家在深圳大鵬新區(qū)發(fā)現(xiàn)兩種蕨類植物新物種
近期,中國科學(xué)院華南植物園等單位科研人員在深圳大鵬新區(qū)發(fā)現(xiàn)鳳尾蕨科水蕨屬1新種,根據(jù)發(fā)現(xiàn)地命名為“壩光水蕨”(Ceratopteris baguangensis),并發(fā)現(xiàn)水龍骨科線蕨屬1新種。相關(guān)研究成果已發(fā)表在國際植物分類學(xué)期刊Phytotaxa上,該研究獲得廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究旗艦項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助下。2023年在大鵬新區(qū)進(jìn)行海岸帶生物多樣性調(diào)查期間,中國科學(xué)院華南植物園、廣東省林業(yè)科學(xué)研究院科研人員在壩光發(fā)現(xiàn)一種形態(tài)獨(dú)特的水蕨屬植物,其葉片形態(tài)與水蕨屬近緣種存在明顯差異,經(jīng)過進(jìn)一步的標(biāo)本比對、系統(tǒng)發(fā)育分析及染色體數(shù)目觀察,研究團(tuán)隊(duì)最終確認(rèn)其為一新的水蕨屬物種。研究者發(fā)現(xiàn)相比于水蕨(Ceratopteris thalictroides),新種和寬裂片水蕨(C. oblongiloba)親緣關(guān)系更近,兩種互為姐妹類群?;谛路N模式標(biāo)本的采集地,將其命名為壩光水蕨。其生于壩光銀葉樹公園海岸帶咸淡水交界的河口濕地,pH值為6.8,鹽度為0.14‰。壩光水蕨(Ceratopteris baguangensis)植株和生境照片?壩光水蕨高26.5~35厘米,根狀莖短而直立,簇生于淤泥中;營養(yǎng)葉長22~35厘米,可育葉長25~40厘米長,肉質(zhì),倒三角形或狹長圓形;營養(yǎng)葉片倒三角形或狹長圓形,長12~30厘米,先端漸尖,基部圓楔形;裂片2~5對,互生,偏斜,先端漸尖,狹線形,向內(nèi)卷曲至主脈;柄長5~15厘米,圓柱狀,肉質(zhì),光滑。?在2021年第二批《國家重點(diǎn)保護(hù)野生植物名錄》中,水蕨屬所有種被列為國家二級重點(diǎn)保護(hù)植物,并被列入《世界自然保護(hù)聯(lián)盟瀕危物種紅色名錄》中易危(VU)物種。與壩光水蕨近緣的水蕨,在民間被稱之為龍須菜、龍牙草或水芹菜,具有一定的藥用價(jià)值,嫩葉可以當(dāng)蔬菜,也可用作園藝觀葉植物??紤]到壩光水蕨在野外數(shù)量較少,應(yīng)對其種群和生境加強(qiáng)保護(hù),適當(dāng)擴(kuò)繁,以進(jìn)行開發(fā)利用。?壩光水蕨的發(fā)現(xiàn),不僅豐富了海岸濕地區(qū)的生物多樣性資源,也為水蕨屬的系統(tǒng)演化研究提供了新的素材。科研人員表示,水蕨屬在中國的分布已達(dá)6種,他們將繼續(xù)開展相關(guān)研究,深入了解植物演化情況,為其保護(hù)和利用提供科學(xué)依據(jù)。?同時(shí),中國科學(xué)院華南植物園、上海辰山植物園科研人員也在大鵬新區(qū)發(fā)現(xiàn)線蕨屬新種三指線蕨(Leptochilus tridigitatus)的自然分布,該種與線蕨相似,但三指線蕨葉片二型,不育葉的裂片少,葉片單葉或三裂,形態(tài)頗為奇特。該種也于2024年在Phytotaxa上正式發(fā)表。三指線蕨(Leptochilus tridigitatus)植株和生境照片
2024-12-19
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南海所科研團(tuán)隊(duì)在地質(zhì)時(shí)期ENSO事件研究取得重要進(jìn)展
中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室施祺研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國路易斯安那州立大學(xué)、廣東海洋大學(xué)以及廣西大學(xué)等單位,開展了南海珊瑚記錄的不同地質(zhì)時(shí)期強(qiáng)ENSO事件研究。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際期刊Global and Planetary Change上,中國科學(xué)院南海海洋研究所博士陶士臣為論文第一作者、副研究員嚴(yán)宏強(qiáng)和研究員施祺為論文通訊作者。具有2?8年周期的厄爾尼諾?南方濤動(ENSO)事件是對全球生態(tài)系統(tǒng)、水資源以及農(nóng)業(yè)和海洋漁業(yè)生產(chǎn)等最具影響的年際氣候事件,中等及以上強(qiáng)度的ENSO事件(<-1℃或>1℃;以下稱為強(qiáng)ENSO事件或ENSO事件)對我國東部季風(fēng)區(qū)的影響尤為明顯。然而,受限于較短的器測記錄,當(dāng)前研究對該類強(qiáng)ENSO事件及其與氣候環(huán)境關(guān)系的理解依然有限。生長于熱帶海洋中的大型濱珊瑚,因具有可開展高精度U-Th測年、取樣分辨率高(周?年)、生長時(shí)間長(100?300年)以及對氣候環(huán)境變化響應(yīng)敏感等特點(diǎn),成為研究高分辨率氣候環(huán)境變化的理想材料。研究團(tuán)隊(duì)通過分析我國南海黃巖島和西沙群島的濱珊瑚骨骼氧同位素和生長率等記錄,定量重建了不同時(shí)期ENSO事件。結(jié)果顯示,在冰期(282 ka),相對溫暖時(shí)期(1376?1500 CE),小冰期(1520?1676 CE)以及現(xiàn)代暖期(1937?2015 CE)等時(shí)段,均存在強(qiáng)ENSO事件,但在相對溫暖時(shí)期似乎更為活躍,同時(shí)發(fā)現(xiàn)在相對溫暖的1376?1450 CE階段,也存在類似于1997年的超強(qiáng)厄爾尼諾事件。隨著全球持續(xù)變暖,未來強(qiáng)ENSO事件的活動趨勢值得關(guān)注。另外也發(fā)現(xiàn),在季節(jié)性到百年際時(shí)間尺度上,影響珊瑚氧同位素變化的主導(dǎo)因素有所不同。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)、廣東省基金以及廣西大學(xué)基金等支持。相關(guān)論文信息:Tao,Shichen.,Liu,Kambiu,Yan,Hongqiang*,Meng,Min,Yu,Kefu,Shi,Qi,Zhang,Huiling,2024a. The history of the El Ni?o–Southern Oscillation and sea surface salinity during 1376–1500?CE reconstructed by Porites coral δ18O from Huangyan Island,South China Sea. Global and Planetary Change 243,104622. ??https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2024.104622Tao,Shichen,Liu,Kambiu,Yan,Hongqiang*,Meng,Min,Zhang,Huiling,Wu,Yi,Yu,Kefu,Shi,Qi*,2024b. SST and ENSO activity 282,000?years ago reconstructed from Porites coral in the South China Sea. Global and Planetary Change 237,104455. ??https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2024.104455研究區(qū)示意圖以及濱珊瑚骨骼樣品的X光片黃巖島珊瑚氧同位素記錄的ENSO事件西沙群島珊瑚生長率記錄的ENSO事件
2024-12-19
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南海所科研團(tuán)隊(duì)研究揭示南海珊瑚礁區(qū)為重要碳儲庫
中國科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室施祺研究員團(tuán)隊(duì)聯(lián)合生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境研究所、南方海洋科學(xué)與工程廣東省實(shí)驗(yàn)室(廣州)等單位,在南海珊瑚礁區(qū)碳收支研究取得重要進(jìn)展,首次定量計(jì)算了南海珊瑚礁區(qū)碳收支。海洋中的珊瑚礁區(qū)匯聚了大量碳酸鹽,是重要的碳酸鹽庫,同時(shí),鈣化作用會產(chǎn)生CO2,使得珊瑚礁區(qū)表現(xiàn)為大氣CO2的源。查明珊瑚礁區(qū)二氧化碳的收支總量,對于應(yīng)對碳達(dá)峰-碳中和具有重要意義。南海珊瑚礁分布廣泛,從南部的曾母暗沙到北部的臺灣恒春半島均有分布,其總面積約8000 k㎡。近年來,研究團(tuán)隊(duì)對南海不同緯度、不同地貌類型的珊瑚礁區(qū)海氣CO2交換通量、有機(jī)碳儲量及碳酸鈣儲量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。研究結(jié)果顯示,南海珊瑚礁每年向大氣釋放約0.37?1.59×105噸碳,是大氣CO2的源,而每年進(jìn)入珊瑚礁區(qū)沉積物的碳儲存量高達(dá)1.66?3.78×106噸碳(>98%為碳酸鹽沉積),這一數(shù)值遠(yuǎn)超海?氣界面的二氧化碳排放量。南海珊瑚礁在碳儲存方面具有重要作用,是海洋碳匯的重要組成。南海珊瑚礁圖片不同地貌類型珊瑚礁區(qū)碳循環(huán)過程示意圖上述研究成果發(fā)表在Frontiers in Marine Science和Regional Studies in Marine Science等上。中國科學(xué)院南海海洋所副研究員嚴(yán)宏強(qiáng)為論文的第一作者,博士陶士臣和研究員施祺為論文共同通訊作者。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃以及廣東省自然科學(xué)基金等支持。相關(guān)論文信息:Yan,H.,Shi,Q.,Xu,L.,Zhang,H.,Zhao,M.,Tao,S. Carbon budgets of coral reef ecosystems in the South China Sea. Frontiers in Marine Science,2024,11:1335662.???https://doi.org/10.3389/fmars.2024.1335662Yan,H.,Tao,S.,Xu,L.,Shi,Q.,Wang,Y.,Zhao,M.,Zhou,S.,Liu,X. Distribution and air-sea fluxes of CO2 in coral reefs in the Greater Bay Area,China. Regional Studies in Marine Science,2024,80: 103895. ??https://doi.org/10.1016/j.rsma.2024.103895Yan,H.,Shi,Q.,Yu,K.,Tao,S.,Yang,H.,Liu,Y.,Zhang,H.,Zhao,M. Regional coral growth responses to seawater warming in the South China Sea. Science of The Total Environment,2019,670: 595-605. ??https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.03.135Yan,H.,Yu,K.,Shi,Q.,Lin,Z.,Zhao,M.,Tao,S.,Liu,G.,Zhang,H. Air-sea CO2 fluxes and spatial distribution of seawater pCO2 in Yongle Atoll,northern-central South China Sea. Continental Shelf Research,2018,165: 71-77. ??https://doi.org/10.1016/j.csr.2018.06.008Yan,H.,Yu,K.,Shi,Q.,Tan,Y.,Liu,G.,Zhao,M.,Li,S.,Chen,T.,Wang,Y. Seasonal variations of seawater pCO2 and sea-air CO2 fluxes in a fringing coral reef,northern South China Sea. Journal of Geophysical Research- Oceans,2016,121(1):998-1008. ??https://doi.org/10.1002/2015JC011484Yan,H.,Yu,K.,Shi,Q.,Tan,Y.,Zhang,H.,Zhao,M.,Li,S.,Chen,T,Huang,L.,Wang,P. Coral reef ecosystems in the South China Sea as a source of atmospheric CO2 in summer. Chinese Science Bulletin,2011,56(7):676-684.?? https://doi.org/10.1007/s11434-011-4372-8
2024-12-18
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南海所研究團(tuán)隊(duì)揭示兩類大西洋尼諾對颶風(fēng)的不同影響
中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(LTO)、全球海洋與氣候研究中心(GOCRC)以及廣東省海洋遙感重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(LORS)的王春在研究員團(tuán)隊(duì)近期在 Geophysical Research Letters 上發(fā)表研究成果,揭示了兩類大西洋尼諾—中部型(CA)和東部型(EA)對北大西洋颶風(fēng)活動的不同影響及其作用機(jī)制。該研究第一作者為LTO博士王海麗,通訊作者為研究員王春在,同時(shí)參與研究的還有LTO研究員張磊。近期研究表明,大西洋尼諾現(xiàn)象顯著影響熱帶大西洋強(qiáng)颶風(fēng)的形成和發(fā)展,并增加颶風(fēng)襲擊加勒比海島嶼及美國的風(fēng)險(xiǎn)。最新的研究進(jìn)一步將大西洋尼諾分為兩種類型,即中部型(CA)尼諾和東部型(EA)尼諾,分別表現(xiàn)為大西洋赤道中部和東部的海表溫度異常升高。這兩種類型的大西洋尼諾對全球氣候系統(tǒng)的影響各不相同,研究通過對觀測數(shù)據(jù)和再分析數(shù)據(jù)的深入分析,探討了這兩種大西洋尼諾對大西洋颶風(fēng)活動的不同影響。研究發(fā)現(xiàn),CA尼諾會增強(qiáng)北緯20°以南的颶風(fēng)活動,CA尼娜則更容易促進(jìn)北緯20°以北的颶風(fēng)生成(圖1)。當(dāng)CA尼諾與ENSO共同作用時(shí),熱帶颶風(fēng)活動會受到顯著影響;相比之下,EA尼諾的影響則較少受到ENSO的干擾。這表明,CA尼諾與ENSO之間的相互關(guān)系比EA尼諾更為緊密。此外,CA尼諾對颶風(fēng)的影響顯著強(qiáng)于EA尼諾,主要是通過改變垂直風(fēng)切變、相對渦度和垂直速度等大氣條件實(shí)現(xiàn)的。相比之下,東部型尼諾則主要通過調(diào)節(jié)相對濕度和非洲東風(fēng)波來影響颶風(fēng)活動(圖2)。研究深入探討了不同類型的大西洋尼諾對北大西洋颶風(fēng)的差異化影響,為理解大西洋颶風(fēng)活動背后的復(fù)雜機(jī)制提供了新的視角。這些發(fā)現(xiàn)不僅有助于更準(zhǔn)確地預(yù)測颶風(fēng)的路徑和強(qiáng)度,還為改進(jìn)季節(jié)性颶風(fēng)預(yù)測提供了重要參考。本研究得到了國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和中國科學(xué)院專項(xiàng)的資助。相關(guān)論文信息:Wang,H.,C. Wang,& L. Zhang,2024: Differentiated impacts of central and eastern Atlantic Ni?o on hurricane activity in the tropical North Atlantic.? Geophys. Res. Lett.,51,e2024GL112178.原文鏈接:https://doi.org/10.1029/2024GL112178圖1. ?(a)–(d):CA尼諾(CA+)、EA尼諾(EA+)、CA尼娜(CA-)和EA尼娜(EA-)期間TC(熱帶氣旋)異常生成(色階)、異常軌跡密度(黑色實(shí)線和虛線)和海表溫度異常(紅色和藍(lán)色實(shí)線)的空間分布。(e):(a)–(d)中棕色框內(nèi)年平均主要颶風(fēng)(3至5級)數(shù)量圖2. ?CA和EA尼諾指數(shù)與非洲東風(fēng)波AEW(a-b)和颶風(fēng)生成指數(shù)GPI(c-d)的相關(guān)性分布圖
2024-12-18
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深圳先進(jìn)院這項(xiàng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)“飛”上天了……
中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員雷曉華團(tuán)隊(duì)順利開展了人多能干細(xì)胞在軌的3D生長及發(fā)育潛能研究,利用空間站生物技術(shù)試驗(yàn)柜進(jìn)行了為期12天的在軌細(xì)胞培養(yǎng)。北京時(shí)間11月15日23時(shí)13分,搭載天舟八號貨運(yùn)飛船的長征七號遙九運(yùn)載火箭,在我國文昌航天發(fā)射場點(diǎn)火發(fā)射。隨著長征七號運(yùn)載火箭在文昌航天發(fā)射場的轟鳴聲中騰空而起,天舟八號貨運(yùn)飛船成功發(fā)射并順利進(jìn)入預(yù)定軌道,之后飛船太陽能帆板順利展開,發(fā)射取得圓滿成功。此次天舟八號貨運(yùn)飛船除了攜帶補(bǔ)給物資外,天舟八號還搭載了各種用于開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)和試驗(yàn)所需要的設(shè)備和材料。在此次任務(wù)中,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員雷曉華團(tuán)隊(duì)順利開展了人多能干細(xì)胞在軌的3D生長及發(fā)育潛能研究,利用空間站生物技術(shù)試驗(yàn)柜進(jìn)行了為期12天的在軌細(xì)胞培養(yǎng)。深圳先進(jìn)院干細(xì)胞項(xiàng)目組成員在文昌發(fā)射場合影?雷曉華介紹“我們本次的主要目標(biāo)是探索空間微重力對人多能干細(xì)胞3D生長規(guī)律、作用機(jī)制及發(fā)育潛能。在空間微重力環(huán)境中,干細(xì)胞的生長和分化模式可能會與地面環(huán)境具有差別,微重力下培養(yǎng)的干細(xì)胞可能帶來一些益處。我們希望通過這項(xiàng)研究,揭示人多能干細(xì)胞在3D生長過程中的新特性和規(guī)律,為未來的空間生命科學(xué)和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供重要的理論基礎(chǔ)?!睋?jù)了解,科研人員可以通過在軌自動顯微成像技術(shù),獲取干細(xì)胞的3D生長圖片,并對采樣返回地面后的干細(xì)胞基因表達(dá)和分化功能進(jìn)行檢測分析,同時(shí)對在軌凍存的3D生長的干細(xì)胞進(jìn)行研究,以及對在太空生長后的活細(xì)胞,在帶回地面復(fù)蘇后進(jìn)行生長和分化研究。雷曉華(左二)帶領(lǐng)學(xué)生開展試驗(yàn)準(zhǔn)備為了此次發(fā)射任務(wù),雷曉華帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行了長期的地面準(zhǔn)備工作,包括各層級的地基匹配實(shí)驗(yàn)。在發(fā)射場,團(tuán)隊(duì)成員歷經(jīng)多輪演練和發(fā)射準(zhǔn)備的工作。全流程過程演練要求包括樣品的現(xiàn)場制備、培養(yǎng)盒加載、管路連接、樣品單元集成及實(shí)驗(yàn)?zāi)K的安裝等。深圳先進(jìn)院博士研究生馬馳原和碩士研究生解婧彤分別作為操作成員,承擔(dān)了發(fā)射前各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)操作工作。博士研究生馬馳原表示“這是我第二次參與重大國家科研項(xiàng)目任務(wù),我感到非常光榮和自豪。準(zhǔn)備過程中我們團(tuán)隊(duì)遇到了很多挑戰(zhàn),但通過努力和協(xié)作,我們最終克服了這些困難,為實(shí)驗(yàn)的成功打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)”。碩士研究生解婧彤表示“這次任務(wù)不僅讓我深刻體會到了科研的艱辛和不易,更讓我感受到了作為科研工作者的責(zé)任和使命。我希望參與的研究能夠?yàn)槲磥淼目臻g生命科學(xué)和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域做出一些貢獻(xiàn)?!睋?jù)了解,此次空間干細(xì)胞實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目將為研究空間微重力環(huán)境對干細(xì)胞生長和分化的規(guī)律提供寶貴的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),同時(shí)也為地面上的干細(xì)胞研究和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域提供新的思路和啟示。深圳先進(jìn)院醫(yī)藥所對此次任務(wù)給予了很大的支持。目前,天舟八號貨運(yùn)飛船已成功完成對接,實(shí)驗(yàn)樣品也成功由航天員轉(zhuǎn)運(yùn)至空間站內(nèi)。雷曉華團(tuán)隊(duì)承擔(dān)的干細(xì)胞3D生長實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目已正式在中國空間站試驗(yàn)柜中展開。雷曉華表示,期待著在接下來的實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)更多有趣的科學(xué)現(xiàn)象,能夠揭示更多關(guān)于空間微重力環(huán)境下干細(xì)胞生長、發(fā)育的奧秘。該實(shí)驗(yàn)將進(jìn)一步激發(fā)太空3D生長和類器官研究的興趣,預(yù)計(jì)可為再生醫(yī)學(xué)和轉(zhuǎn)化干細(xì)胞技術(shù)帶來新的突破。<!--!doctype-->
2024-11-21
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深圳先進(jìn)院科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)新型超靈敏寬帶透明超聲換能器助力高質(zhì)量光聲及聲光多模態(tài)成像
近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院鄭海榮院士、邱維寶研究員、劉成波研究員團(tuán)隊(duì),與西安交通大學(xué)李飛教授團(tuán)隊(duì)合作,開發(fā)了一款新型超靈敏、寬帶透明超聲換能器,突破了透明超聲換能器性能瓶頸,實(shí)現(xiàn)了高分辨、大視場、快速光聲顯微成像,為基于透明換能器的光聲成像、聲光多模態(tài)成像的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用鋪平了道路。近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院鄭海榮院士、邱維寶研究員、劉成波研究員團(tuán)隊(duì),與西安交通大學(xué)李飛教授團(tuán)隊(duì)合作,開發(fā)了一款新型超靈敏、寬帶透明超聲換能器,突破了透明超聲換能器性能瓶頸,實(shí)現(xiàn)了高分辨、大視場、快速光聲顯微成像,為基于透明換能器的光聲成像、聲光多模態(tài)成像的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用鋪平了道路。研究成果以“Transparent ultrasonic transducers based on relaxor ferroelectric crystals for advanced photoacoustic imaging”為題發(fā)表在Nature Communications期刊上。論文第一作者分別是西安交通大學(xué)和深圳先進(jìn)院聯(lián)培博士生邱超銳、深圳先進(jìn)院張志強(qiáng)副研究員和徐智強(qiáng)副研究員。文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41467-024-55032-0?utm_source=rct_congratemailt&utm_medium=email&utm_campaign=oa_20241204&utm_content=10.1038/s41467-024-55032-0透明超聲換能器可以高密度集成聲學(xué)模塊和光學(xué)模塊,是光聲成像以及聲光多模態(tài)成像走向應(yīng)用的關(guān)鍵。傳統(tǒng)超聲換能器是非透明的,存在光路和聲路的空間耦合難題,導(dǎo)致成像系統(tǒng)復(fù)雜以及近場盲區(qū)等問題。已報(bào)道的透明超聲換能器性能難以跟傳統(tǒng)超聲換能器相媲美,嚴(yán)重影響成像質(zhì)量,限制了透明超聲換能器的實(shí)際應(yīng)用。本工作基于新型透明壓電單晶,設(shè)計(jì)優(yōu)化了透明換能器新型結(jié)構(gòu)和制備工藝,突破了透明換能器性能瓶頸,性能可以與傳統(tǒng)非透明換能器相媲美,甚至超過了一般傳統(tǒng)非透明換能器性能;基于研制的高靈敏度寬帶透明換能器,實(shí)現(xiàn)了微米級高分辨率的活體小鼠耳朵微血管光聲顯微成像和腦血流動態(tài)成像。(a)PIN-PMN-PT透明壓電單晶實(shí)物照片及性能對比,(b)新型透明超聲換能器結(jié)構(gòu)示意圖、實(shí)物照片、及性能對比,(c)活體小鼠耳朵毛細(xì)血管高分辨率光聲成像,(d)癲癇模型小鼠腦血流動態(tài)光聲成像。透明壓電超聲換能器簡介壓電超聲換能器以其靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單,設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)勢,在生物醫(yī)學(xué)超聲技術(shù)中應(yīng)用廣泛。透明壓電超聲換能器是一種基于透明壓電材料研制的新型換能器,通過壓電層、匹配層、背襯層和電極的透明化設(shè)計(jì),可以使換能器在滿足超聲波的接收和發(fā)射等基本功能的同時(shí),還能夠允許光路的徑直通過,從而有利于各種光學(xué)系統(tǒng)的介入和光學(xué)操作的實(shí)施,是光聲成像、聲光多模態(tài)成像技術(shù)的理想選擇。新型透明壓電單晶傳統(tǒng)超聲換能器大都基于鋯鈦酸鉛(PZT)壓電陶瓷和鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)壓電單晶材料制備,是不透明的。當(dāng)前制備透明超聲換能器的常用透明壓電材料是鈮酸鋰(LiNbO3)單晶。但是鈮酸鋰單晶壓電性能不高,制備的透明換能器靈敏度和帶寬都不佳,限制了鈮酸鋰透明換能器的實(shí)際應(yīng)用。西交李飛教授團(tuán)隊(duì)通過新型的交流極化工藝開發(fā)了高透光率(~70%)的PIN-PMN-PT透明壓電單晶,且具有優(yōu)異的壓電性能和溫度穩(wěn)定性(相變溫度~120℃)。高性能透明超聲換能器基于開發(fā)的高性能PIN-PMN-PT透明壓電單晶,設(shè)計(jì)了石英玻璃和環(huán)氧樹脂雙層聲匹配層方案,通過優(yōu)化雙層聲匹配層制備工藝,大幅度提高了透明換能器聲波傳輸效率,同時(shí)設(shè)計(jì)優(yōu)化了新型電極引線結(jié)構(gòu)和ITO透明電極的性能,從而實(shí)現(xiàn)了透明超聲換能器超高靈敏度(雙路插入損壞-17.6dB)和帶寬(~80%),實(shí)現(xiàn)了透明換能器性能突破。研制的透明換能器靈敏度和帶寬分別是目前已報(bào)道的性能最佳透明換能器的3.5倍和1.3倍,可以與傳統(tǒng)非透明換能器性能相媲美,甚至超過了一般的傳統(tǒng)非透明換能器性能?;铙w小鼠高分辨率、大視場、快速光聲顯微成像基于研制的透明超聲換能器開發(fā)了光學(xué)分辨率光聲顯微成像系統(tǒng)(OR-PAM),首次實(shí)現(xiàn)了基于透明換能器的腦疾病模型連續(xù)動態(tài)成像應(yīng)用。傳統(tǒng)的非透明換能器和已報(bào)到的部分透明換能器因?yàn)殪`敏度低,需要對成像結(jié)果進(jìn)行多次平均,嚴(yán)重影響成像速度(單次成像時(shí)間幾分鐘或以上);或者需要采用聲透鏡等聲場聚焦器件來提高探測靈敏度,導(dǎo)致成像系統(tǒng)的探測視場非常?。◣资⒚祝1竟ぷ餮兄频母咝阅芡该鲹Q能器突破了上述限制,使得成像系統(tǒng)可以通過二維振鏡光學(xué)掃描實(shí)現(xiàn)對活體組織大視場(毫米級別)、快速(幀率0.8Hz)高分辨(微米級別,可分辨單根毛細(xì)血管)成像。未來方向未來研究可以在透明換能器、成像技術(shù)和成像應(yīng)用三個(gè)層面繼續(xù)推進(jìn)。首先,在透明換能器方面,由于高的介電常數(shù),PIN-PMN-PT透明壓電單晶在制備陣列超聲換能器上更有優(yōu)勢,研制透明陣列換能器一方面可以將成像視場擴(kuò)展到厘米級別,另一方面有利于實(shí)現(xiàn)超聲、光聲、光學(xué)等多模態(tài)融合成像。其次,在成像技術(shù)方面,可以采用高重頻激光器并結(jié)合高速掃描方案繼續(xù)提升基于透明換能器的OR-PAM的成像速度,實(shí)現(xiàn)視頻幀率成像。第三,在成像應(yīng)用方面,可以將透明換能器本身作為顱窗材料,從而消除常用的光聲腦成像顱窗材料(如PDMS或PVC薄膜)對信號的衰減,并且方便腦成像操作以及實(shí)現(xiàn)熒光等多模態(tài)腦成像;另外,可以充分利用透明換能器體積小、重量輕的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)頭戴、貼片等可穿戴成像應(yīng)用。<!--!doctype-->
2024-12-06
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喀斯特山區(qū)道路邊坡表層巖溶帶水資源高效利用研究取得進(jìn)展
喀斯特地貌區(qū)土壤淺薄、巖石滲漏性強(qiáng),地表水體(如溪流水和塘庫)少。在表層巖溶泉水分布密度低、流量小的偏遠(yuǎn)村落,集蓄硬質(zhì)路面雨水成為居民解決生產(chǎn)生活用水的普遍做法。然而,由于對喀斯特山區(qū)道路及其路塹邊坡系統(tǒng)徑流路徑及產(chǎn)流機(jī)制認(rèn)識不清,該區(qū)針對道路的雨水集蓄工程的選址及設(shè)計(jì)缺乏理論依據(jù),導(dǎo)致收水效率普遍偏低。為此,研究團(tuán)隊(duì)基于長時(shí)序山坡淺表層多界面水文水化學(xué)監(jiān)測及同位素技術(shù)(2019年5月至2022年5月共計(jì)156次降雨事件),深入揭示了喀斯特山區(qū)道路邊坡系統(tǒng)的主要產(chǎn)流路徑和多界面徑流觸發(fā)機(jī)制,系統(tǒng)評估了利用喀斯特山區(qū)道路系統(tǒng)集蓄雨洪徑流的潛力,明確了影響道路邊坡系統(tǒng)地上-地下徑流分配比例的主控因素。喀斯特地貌區(qū)土壤淺薄、巖石滲漏性強(qiáng),地表水體(如溪流水和塘庫)少。在表層巖溶泉水分布密度低、流量小的偏遠(yuǎn)村落,集蓄硬質(zhì)路面雨水成為居民解決生產(chǎn)生活用水的普遍做法。然而,由于對喀斯特山區(qū)道路及其路塹邊坡系統(tǒng)徑流路徑及產(chǎn)流機(jī)制認(rèn)識不清,該區(qū)針對道路的雨水集蓄工程的選址及設(shè)計(jì)缺乏理論依據(jù),導(dǎo)致收水效率普遍偏低。為此,研究團(tuán)隊(duì)基于長時(shí)序山坡淺表層多界面水文水化學(xué)監(jiān)測及同位素技術(shù)(2019年5月至2022年5月共計(jì)156次降雨事件),深入揭示了喀斯特山區(qū)道路邊坡系統(tǒng)的主要產(chǎn)流路徑和多界面徑流觸發(fā)機(jī)制,系統(tǒng)評估了利用喀斯特山區(qū)道路系統(tǒng)集蓄雨洪徑流的潛力,明確了影響道路邊坡系統(tǒng)地上-地下徑流分配比例的主控因素。研究發(fā)現(xiàn):(1)喀斯特區(qū)土壤-表層巖溶帶剖面巖溶風(fēng)化程度隨深度增加逐漸降低,水分垂向入滲性能由表層巖溶帶頂部的40 mm/h逐漸降低到表層巖溶帶底部的8 mm/h,這為喀斯特山坡淺表層橫向徑流的發(fā)生提供了重要的物理結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。喀斯特自然山坡地表徑流系數(shù)為2.2%,修建道路過程中形成的路塹邊坡,促使原本在淺表層運(yùn)移的表層巖溶帶橫向伏流從工程創(chuàng)面出露(占降雨量的16.0%),使得山坡整體雨水資源利用率提高至18.2%。(2)監(jiān)測期間年均降雨量為1468 mm,整個(gè)道路邊坡徑流集蓄系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)年雨洪徑流收集量達(dá)到34,287 L m–1 a–1,表現(xiàn)出可觀的雨洪徑流集蓄效率。其中,土壤-表層巖溶帶側(cè)向流為263 L m–2 a–1(按單位集水區(qū)投影面積計(jì)算)或25,808 L m–1 a–1(按單位道路長度計(jì)算,即一米的道路邊坡系統(tǒng)可以收集的水量),該徑流量是道路上方截獲地表徑流及道路本身地表徑流兩者之和的3倍,使其成為喀斯特山區(qū)道路邊坡系統(tǒng)的主要徑流組分(占總徑流量的76%)。(3)道路邊坡系統(tǒng)98%的徑流量發(fā)生在雨季,土壤-表層巖溶帶側(cè)向流表現(xiàn)為蓄滿產(chǎn)流機(jī)制,降雨量和前期土壤含水量是影響道路邊坡系統(tǒng)產(chǎn)流過程的主要?dú)庀笠蜃印1狙芯拷Y(jié)果基于多界面水文長期原位監(jiān)測,明確了喀斯特山區(qū)修建道路所揭露的土壤-表層巖溶帶系統(tǒng)是整個(gè)道路系統(tǒng)中的重要產(chǎn)流路徑,為研發(fā)山區(qū)道路系統(tǒng)地表徑流-表層巖溶帶側(cè)向流聯(lián)合集蓄技術(shù)提供了重要理論支撐。目前,西南喀斯特區(qū)95%的居民點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了道路村村通,累計(jì)建成公路網(wǎng)總里程達(dá)43萬公里。因此,有必要將道路系統(tǒng)中土壤-表層巖溶帶橫向徑流的發(fā)生潛力,作為喀斯特山區(qū)雨水集蓄系統(tǒng)設(shè)計(jì)和優(yōu)化布局的重要依據(jù)。相關(guān)研究成果以Enhancing rainwater harvesting efficiency in karst terrains: The role of road intercepted soil-epikarst lateral flow為題發(fā)表在環(huán)境類Top期刊Journal of Environmental Management,陳洪松研究員為論文通訊作者,付智勇副研究員為第一作者。圖 1 地表徑流(SR)和土壤-表層巖溶帶側(cè)向流(SEF)對道路邊坡系統(tǒng)徑流(RCF)的貢獻(xiàn)圖2 喀斯特山區(qū)道路系統(tǒng)主要產(chǎn)流路徑及其降雨水量分配特征論文鏈接
2024-12-17