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科研進(jìn)展
  • 華南植物園揭示傳粉昆蟲驅(qū)動(dòng)植物交配系統(tǒng)演化機(jī)制
    植物交配系統(tǒng)的演化是進(jìn)化生物學(xué)的核心議題之一。在開花植物中,從異交(outcrossing)向自交(selfing)的轉(zhuǎn)變代表了一個(gè)主要演化趨勢。該這一過程通常被認(rèn)為由生態(tài)因素(如傳粉者缺乏)和繁殖保障機(jī)制共同驅(qū)動(dòng)。然而,現(xiàn)有的研究鮮少通過移栽實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)生態(tài)因子與繁殖保障在交配系統(tǒng)演化中的作用。此外,少有研究從父本視角評估交配過程中個(gè)體對后代的遺傳貢獻(xiàn)。近日,華南植物園利用迎陽報(bào)春(Primula oreodoxa)這一理想研究系統(tǒng),通過精巧的移栽實(shí)驗(yàn)揭示了這一過程的生態(tài)與遺傳機(jī)制。研究團(tuán)隊(duì)在四川峨眉山海拔梯度上建立了6個(gè)移栽實(shí)驗(yàn)點(diǎn)(圖1),將二型花柱(異交為主)和同型花柱(自交為主)植株在同一環(huán)境中栽培。通過野外觀察與SSR分子標(biāo)記相結(jié)合,系統(tǒng)分析了不同花型個(gè)體的繁殖適合度(結(jié)實(shí)率、種子數(shù)量)和交配模式(自交率、配偶多樣性、花型間交配比例及子代遺傳多樣性)。主要發(fā)現(xiàn)包括:(1)在傳粉資源受限的高海拔生境中,同型花柱表現(xiàn)出顯著的繁殖優(yōu)勢,支持"繁殖保障"假說;(2)父母本自交率隨海拔升高而增加,表明環(huán)境因素對交配系統(tǒng)具有調(diào)控作用(圖2);(3)長喙傳粉者訪花頻率與二型花柱的父母本自交率呈負(fù)相關(guān),與父母本配偶多樣性呈正相關(guān)(圖3);(4)高海拔種群中交配模式趨于隨機(jī),反映了二型花柱多態(tài)性的瓦解(圖4)。該研究創(chuàng)新性地從父本視角分析交配模式,并且首次證實(shí)長喙傳粉昆蟲的訪花頻率與植物父母本自交率呈負(fù)相關(guān),而與父母本的交配多樣性呈正相關(guān),為“傳粉驅(qū)動(dòng)交配系統(tǒng)演化”提供了關(guān)鍵實(shí)證。該發(fā)現(xiàn)對理解全球變化下植物-傳粉者互作的演變以及生物多樣性的維持具有重要意義。相關(guān)研究成果以“Divergence of mating systems in?Primula oreodoxa: Insights from transplant experiments and mating portfolios”為題,近期發(fā)表在植物學(xué)期刊Plant Diversity上。?中國科學(xué)院華南植物園已畢業(yè)博士曾桂(現(xiàn)為西華師范大學(xué)講師)為第一作者,中國科學(xué)院華南植物園袁帥副研究員和張奠湘研究員為共同通訊作者,海南師范大學(xué)張凱副教授參與了研究工作。?該研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院華南植物園青年人才項(xiàng)目及西華師范大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金資助。文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.pld.2025.08.005圖1.?移栽實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)示意圖圖2.?低海拔與高海拔生境中不同種群和花型的母本自交率?(A,B)?與父本?(C,D)?自交率(±?標(biāo)準(zhǔn)誤)。不同小寫字母和大寫字母分別表示低海拔與高海拔生境內(nèi)的顯著差異,希臘字母表示生境間差異。圖3.?交配系統(tǒng)參數(shù)與長喙傳粉者訪花頻率在不同花型間的關(guān)系。母本自交率?(A–C)、父本自交率?(D–F)、母本配偶數(shù)?(G–I)?和父本配偶數(shù)?(J–L)。左、中、右三列分別對應(yīng)?L、S?和?H?三種花型。圖4.?不同種群和花型間雌性非選型交配(平均值?± 95%?置信區(qū)間)的變異。虛線表示隨機(jī)交配。
    2025-09-02
  • “十四五” 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題“酸化瘠薄旱地綜合調(diào)控與產(chǎn)能提升關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品”中期檢查會議在亞熱帶生態(tài)所召開
    8 月 27 日,“十四五” 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題 “酸化瘠薄旱地綜合調(diào)控與產(chǎn)能提升關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品” 中期檢查會議在中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所召開。本次會議旨在檢查課題中期進(jìn)展、評估階段性成果,為順利完成項(xiàng)目中期檢查奠定基礎(chǔ)。項(xiàng)目首席科學(xué)家、廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄧國富研究員,廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所陳韋韋研究員、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所區(qū)惠平研究員,廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院財(cái)務(wù)專家黃顯河、亞熱帶生態(tài)所科技管理與規(guī)劃處副處長李希和財(cái)務(wù)專家顏瓊、課題負(fù)責(zé)人、子課題負(fù)責(zé)人和核心骨干共同參會。8 月 27 日,“十四五” 國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題 “酸化瘠薄旱地綜合調(diào)控與產(chǎn)能提升關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品” 中期檢查會議在中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所召開。本次會議旨在檢查課題中期進(jìn)展、評估階段性成果,為順利完成項(xiàng)目中期檢查奠定基礎(chǔ)。項(xiàng)目首席科學(xué)家、廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄧國富研究員,廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所陳韋韋研究員、農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所區(qū)惠平研究員,廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院財(cái)務(wù)專家黃顯河、亞熱帶生態(tài)所科技管理與規(guī)劃處副處長李希和財(cái)務(wù)專家顏瓊、課題負(fù)責(zé)人、子課題負(fù)責(zé)人和核心骨干共同參會。會上,課題負(fù)責(zé)人何尋陽研究員對專家和項(xiàng)目組成員的到來表示歡迎,強(qiáng)調(diào)本次中期檢查是課題推進(jìn)的 “關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)”,在凝聚共識、精準(zhǔn)發(fā)力上發(fā)揮重要作用。李希簡要介紹了研究所的學(xué)科布局、農(nóng)業(yè)生態(tài)領(lǐng)域科研優(yōu)勢,以及近年來在旱地改良、作物產(chǎn)能提升等方向的成果積累,并特別感謝廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院長期以來對研究所科研工作的協(xié)同支持,為跨單位合作課題的順利實(shí)施提供了重要保障。項(xiàng)目首席科學(xué)家鄧國富在致辭中進(jìn)一步明確了中期檢查的核心意義。他指出,“酸化瘠薄旱地” 是我國南方丘陵區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要瓶頸之一,課題聚焦這一問題開展技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)品創(chuàng)制,直接關(guān)聯(lián)國家糧食安全與農(nóng)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展目標(biāo);中期檢查不僅要 “復(fù)盤進(jìn)展”,更要 “排查問題”,確保課題嚴(yán)格對標(biāo)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的考核要求,避免研究方向偏差,為后續(xù)成果轉(zhuǎn)化與大面積推廣筑牢基礎(chǔ)。課題負(fù)責(zé)人何尋陽從課題實(shí)施進(jìn)展、苗頭性成果、指標(biāo)完成情況、經(jīng)費(fèi)執(zhí)行情況、存在的問題和下一步工作計(jì)劃等方面進(jìn)行了匯報(bào)。課題已完成 3 類核心技術(shù)研發(fā)(含新型土壤酸化調(diào)理劑配方優(yōu)化、兼具甘蔗抗病增產(chǎn)與肥厚耕層構(gòu)建功能的生物有機(jī)肥研發(fā)、蚯蚓有機(jī)肥研發(fā)),并在廣西來賓建立 3 個(gè)田間試驗(yàn)示范基地;研發(fā)的復(fù)合調(diào)理劑在試點(diǎn)區(qū)域可使土壤 pH 提升 0.3-0.5 個(gè)單位,甘蔗平均增產(chǎn)8%至12%,相關(guān)技術(shù)已申請發(fā)明專利2項(xiàng),其中1項(xiàng)已授權(quán)。與會專家在聽取匯報(bào)后,對課題階段性成果給予高度肯定,認(rèn)為課題技術(shù)路線清晰、課題研究進(jìn)展順利,已全面完成中期考核指標(biāo),尤其是田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)扎實(shí),為酸化瘠薄旱地改良提供了 “可落地” 的技術(shù)雛形。同時(shí),專家們圍繞課題深化推進(jìn)提出兩點(diǎn)建設(shè)性意見:一是建議加強(qiáng)各子課題間的技術(shù)集成,例如將土壤調(diào)理劑與節(jié)水栽培模式結(jié)合,形成 “一站式” 解決方案;二是細(xì)化 “三方應(yīng)用評價(jià)” 體系,擴(kuò)大評價(jià)主體(科研單位、地方農(nóng)技部門、種植主體),重點(diǎn)增加不同氣候區(qū)的田間驗(yàn)證數(shù)據(jù),確保技術(shù)推廣的普適性。何尋陽在表態(tài)發(fā)言時(shí)指出,課題組將以 “問題導(dǎo)向” 優(yōu)化研究方案,針對專家提出的技術(shù)集成、評價(jià)體系等建議制定專項(xiàng)推進(jìn)計(jì)劃,力爭最終形成 2-3 套 “易操作、低成本、高適配” 的酸化瘠薄蔗田綜合調(diào)控技術(shù)包,切實(shí)服務(wù)蔗田產(chǎn)能提升與鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。何尋陽匯報(bào)會議現(xiàn)場
    2025-09-01
  • 華南植物園揭示大豆種子粒重及品質(zhì)的調(diào)控機(jī)制
    大豆(Glycine max L. Merr.)是全球重要的油料作物和經(jīng)濟(jì)作物,也是人類優(yōu)質(zhì)蛋白和飼料蛋白的重要來源。盡管大豆原產(chǎn)于中國,但當(dāng)前我國大豆供需矛盾突出,國內(nèi)產(chǎn)能無法滿足實(shí)際需求,約85%的需求依賴進(jìn)口。因此,提高大豆單產(chǎn)并改善品質(zhì)已成為當(dāng)務(wù)之急。種子大小和油脂蛋白含量是影響大豆產(chǎn)能的關(guān)鍵農(nóng)藝性狀,鑒定調(diào)控大豆種子性狀的關(guān)鍵基因并解析其分子機(jī)制,對利用分子設(shè)計(jì)育種技術(shù)培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)大豆新品種具有重要的意義。中國科學(xué)院華南植物園侯興亮團(tuán)隊(duì)研究通過全基因組關(guān)聯(lián)分析(GWAS)及QTL定位,在14號染色體上鑒定出一個(gè)與百粒重顯著相關(guān)的穩(wěn)定信號區(qū)間,并確定了一個(gè)調(diào)控大豆百粒重及品質(zhì)的關(guān)鍵基因SW14。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),SW14與植物種子發(fā)育核心調(diào)控因子Leafy Cotyledon1(LEC1)在大豆中的同源基因GmLEC1a/b發(fā)生互作,抑制了GmLEC1在種子發(fā)育過程中介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄激活功能。進(jìn)一步分析顯示,優(yōu)良等位基因SW14H3在大豆馴化過程中經(jīng)歷了人工選擇,并展現(xiàn)出提高大豆產(chǎn)量的應(yīng)用潛力。研究團(tuán)隊(duì)致力于大豆種子發(fā)育及環(huán)境適應(yīng)性研究,并取得了一些重要進(jìn)展(Yu et al., Nature Plants, 2023;Li et al., Molecular Plant, 2024;Lu et al., Nature Genetics, 2017)。該研究進(jìn)一步揭示了大豆種子粒重與品質(zhì)形成的分子調(diào)控機(jī)制。張春雨副研究員近年來聚焦NF-Y類轉(zhuǎn)錄因子在植物生長發(fā)育中的功能研究(Zhang et al., JIPB, 2021;Zhang et al., Plant Cell, 2023;Yao et al., Plant Journal, 2025),其研究方向已從模式植物擬南芥逐步拓展至重要農(nóng)作物大豆。相關(guān)研究成果以“Natural allelic variation in SW14 determines seed weight and quality in soybean”為題近日在線發(fā)表在Nature Communications(《自然—通訊》)上。中國科學(xué)院華南植物園副研究員張春雨、已畢業(yè)碩士生李尉郡和博士后譚翠容共同擔(dān)任第一作者,侯興亮研究員與張春雨副研究員為共同通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金和廣東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。論文鏈接:https://doi.org/10.1038/s41467-025-63582-0圖. 大豆SW14的定位及克隆
    2025-09-01
  • 華南植物園揭示未來氣候CO2情景對藻源碳分配的影響
    碳是生物必需的營養(yǎng)物質(zhì),也是元素循環(huán)過程的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。浮游植物作為水域生態(tài)系統(tǒng)中碳動(dòng)態(tài)的主要調(diào)節(jié)者,通過碳固定和碳分配在調(diào)節(jié)水生生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。它們通過調(diào)節(jié)顆粒態(tài)有機(jī)碳(POC)和溶解性有機(jī)碳(DOC)的分配,決定了POC沉降到沉積物中的比例、DOC釋放到周圍水體中的比例以及被微生物同化的比例,最終影響藻源碳對水域碳匯的貢獻(xiàn)途徑及大小。因此,了解浮游植物碳分配有助于評估其對水域生態(tài)系統(tǒng)的長期儲存能力的作用。然而,對未來高CO2場景下浮游植物碳分配變化及其調(diào)控機(jī)制的探索尚不充分。針對這一科學(xué)問題,本研究通過模擬三種不同CO2濃度情景(400 ppm、850 ppm和1370 ppm),系統(tǒng)探究了聚球藻FACHB-410株在碳分配方面的響應(yīng)機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),在中等CO2濃度(850 ppm)下,聚球藻的碳分配模式與當(dāng)前水平(400 ppm)相比未發(fā)生顯著變化。然而,在極端高CO2環(huán)境(1370 ppm)下,聚球藻的總有機(jī)碳含量顯著降低47.05%,同時(shí)細(xì)胞外溶解性有機(jī)碳(DOCex)的比例顯著上升,而POC和細(xì)胞內(nèi)DOC(DOCin)則顯著減少。DOCex在總DOC中的比例從22.66%上升至44.32%(圖1、2)。這一結(jié)果表明,極端高CO2環(huán)境下,聚球藻更傾向于將碳以潛在惰性DOC的形式釋放至水體中,而非用于構(gòu)建細(xì)胞結(jié)構(gòu)的DOCin和下沉性的POC。該研究首次揭示了聚球藻在極端CO2條件下碳分配的顯著轉(zhuǎn)變,表明其通過生物碳泵(BCP)途徑貢獻(xiàn)碳匯的能力可能減弱,而通過直接釋放DOC對表層碳庫的貢獻(xiàn)增強(qiáng)。這一發(fā)現(xiàn)對準(zhǔn)確評估未來氣候背景下聚球藻在水體碳匯中的作用具有重要啟示。相關(guān)研究成果近期以“Influence of simulated future climate CO2?scenarios on carbon allocation in a keystone cyanobacterium?Synechococcus”為題發(fā)表在國際藻類學(xué)經(jīng)典期刊Journal of Applied Phycology(《應(yīng)用藻類學(xué)雜志》)上。中國科學(xué)院華南植物園聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生張焱焱為第一作者,盧哲副研究員為通訊作者,小良站站長王法明研究員作為共同作者在研究方案設(shè)計(jì)及論文寫作等方面給予指導(dǎo)意見。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和廣東省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。文章鏈接:https://doi.org/10.1007/s10811-025-03639-1圖1. 三種不同CO2濃度對聚球藻不同碳餾分濃度的影響圖2. 三種不同CO2濃度下DOC餾分占總DOC的占比
    2025-09-01
  • 廣州地化所劉俊文、姜帆、張干等-PNAS:雙碳同位素揭示我國《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》對珠江三角洲不同來源大氣黑碳的減排貢獻(xiàn)
    ????8月25日,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)所張干研究員團(tuán)隊(duì)在《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上發(fā)表了一項(xiàng)合作研究成果。該研究利用雙碳同位素技術(shù),揭示了珠三角地區(qū)2008-2018年連續(xù)11年間大氣黑碳(BC)濃度和來源變化,量化了我國《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》執(zhí)行以來燃煤、石油燃燒、生物質(zhì)燃燒等三大類主要排放源對區(qū)域大氣BC減排的貢獻(xiàn),發(fā)現(xiàn)當(dāng)前廣泛使用的排放清單系統(tǒng)性地低估了生物質(zhì)燃燒對BC的貢獻(xiàn)。這一研究對未來的空氣污染治理和氣候變化研究具有重要意義。????BC是PM2.5污染的主要成分之一,也是一種強(qiáng)效的短壽命氣候污染物,吸收太陽輻射、加速全球變暖。BC主要來自化石燃料(如煤、石油)和生物質(zhì)(如薪柴、農(nóng)業(yè)廢棄物)的不完全燃燒。為改善空氣質(zhì)量,我國自2013年起實(shí)施了《大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(“大氣十條”),并取得了顯著成效。在此期間,BC的減排效果如何?不同來源的貢獻(xiàn)度是多少?無疑是評估相關(guān)治理政策BC減排效力的首要問題。已有研究主要依賴基于排放因子和源活動(dòng)水平的“自下而上”的排放清單進(jìn)行,其結(jié)果的準(zhǔn)確性一直受到挑戰(zhàn)。????針對這一問題,來自廣州地化所、暨南大學(xué)、香港科技大學(xué)、香港科技大學(xué)(廣州)、瑞典斯德哥爾摩大學(xué)等國內(nèi)外多個(gè)研究機(jī)構(gòu)的科研人員組成聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì),對珠三角2008-2018年連續(xù)11年間的大氣顆粒物樣品進(jìn)行了系統(tǒng)的放射性碳同位素豐度(1?C)和穩(wěn)定碳同位素組成(δ13C)測量,揭示出大氣BC的濃度和來源變化趨勢。研究結(jié)果顯示,珠三角大氣BC濃度在2008-2018年間呈顯著下降趨勢,尤其經(jīng)“大氣十條”的實(shí)施,BC濃度大幅降低了41% (圖1),表明珠三角在BC減排上取得了重大成就。????基于Δ14C-δ13C同位素?cái)?shù)據(jù)集并結(jié)合貝葉斯模型,團(tuán)隊(duì)對2008-2018年間大氣BC的來源進(jìn)行了識別和量化(圖2左)。結(jié)果表明,燃煤、石油燃燒和生物質(zhì)燃燒對BC的貢獻(xiàn)范圍分別為31-44%、28-47%和11-40%。“大氣十條”實(shí)施期間,不同來源的BC濃度貢獻(xiàn)均發(fā)生顯著下降,其中,燃煤和石油燃燒貢獻(xiàn)的BC濃度均下降約43%,生物質(zhì)燃燒貢獻(xiàn)的BC濃度下降了約34%(圖2右)。這表明,雖然對三大類BC排放源的管控均取得了顯著效果,但珠三角對燃煤、燃油BC排放的管控效果,要更優(yōu)于對生物質(zhì)燃燒BC排放的管控。????團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步對比了2008-2018年“自上而下”的同位素觀測結(jié)果與“自下而上”的BC排放清單數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)兩者存在顯著的差異。其中,現(xiàn)有排放清單中生物質(zhì)燃燒對BC的貢獻(xiàn)僅為4%至9%,而雙碳同位素源解析結(jié)果中生物質(zhì)燃燒對BC的貢獻(xiàn)則為21%至32% (圖3)。這意味著,當(dāng)前評估空氣質(zhì)量改善和制定減排策略時(shí)所依賴的排放清單,可能在較大程度上低估了生物質(zhì)燃燒對大氣BC的貢獻(xiàn)。因此,政策制定者在集中精力于化石燃料燃燒減排的同時(shí),也應(yīng)及時(shí)確定和彌合現(xiàn)有BC排放清單中可能存在的 “盲區(qū)”,以保障對生物質(zhì)燃燒BC排放的進(jìn)一步精準(zhǔn)管控。????該研究得到國家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“黑碳物質(zhì)的地球化學(xué)行為與效應(yīng)”(42192510/11)等資助。大氣BC的Δ14C同位素分析由姜帆、汪瓊瓊在中國科學(xué)院廣州地化所環(huán)境加速器質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室(GIG-CAMS)完成。論文第一作者為暨南大學(xué)劉俊文,第一通訊作者為張干,共同通訊作者包括鄭君瑜(香港科技大學(xué)(廣州))、郁建珍(香港科技大學(xué))和?rjan Gustafsson(瑞典斯德哥爾摩大學(xué))。論文信息:J. Liu(劉俊文),F. Jiang(姜帆),Q. Wang(汪瓊瓊),G. Zhang(張干)*,J. Li(李軍),W. Chen(陳偉華),P. Ding(丁平),S. Zhu(朱三元),Z. Cheng(成志能),X. Zhang(張向云),Q. Sha(沙青娥),Z. Huang(黃志烔),X. Yuan(袁鑫),J. Zheng(鄭君瑜)*,Y. Zhang(章炎麟),C. Yan(閆才青),C. Tian(田崇國),Y. Chen(陳穎軍),J.Z. Yu(郁建珍)*,& ?. Gustafsson*,Substantial reductions in black carbon from both fossil fuels and biomass burning during China’s Clean Air Action,Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (35) e2500843122,https://doi.org/10.1073/pnas.2500843122.圖1.2008-2018年間珠江三角洲大氣黑碳濃度的變化(μg/m3)?圖2. 基于Δ14C-δ13C觀測的珠三角大氣黑碳來源解析(左)及“大氣十條”對不同來源BC的減排效果。圖3.雙碳同位素源解析結(jié)果(紅色)與現(xiàn)有排放清單(藍(lán)色)中生物質(zhì)燃燒對BC貢獻(xiàn)對比圖4. 團(tuán)隊(duì)成員廣州地化所博士后姜帆(左)、研究員張干(中)和暨南大學(xué)副教授劉俊文(右)在廣州地化所環(huán)境加速器質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)室。
    2025-08-28
  • 廣州地化所張艷利、冉浩汎、王新明等-NC:高時(shí)空分辨率建模大幅改進(jìn)森林邊緣和城區(qū)BVOCs排放估算
    陸地植被排放生物源揮發(fā)性有機(jī)物(BVOCs)排放占全球揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)總排放量90%左右,且大氣反應(yīng)活性強(qiáng),在調(diào)控臭氧(O3)、二次有機(jī)氣溶膠(SOA)以及大氣氧化能力起著關(guān)鍵作用,深刻影響區(qū)域空氣質(zhì)量及全球氣候變化。然而,影響B(tài)VOCs排放因素復(fù)雜,特別是在受人為活動(dòng)干擾比較強(qiáng)烈的城市和森林邊緣,植被覆蓋類型等因素動(dòng)態(tài)變化大,如何精確、快速在多尺度估算其排放是長期困擾科學(xué)界的難題之一。8月28日,由中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所王新明研究員團(tuán)隊(duì)張艷利研究員和其博士生冉浩汎,與清華大學(xué)張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)和加州大學(xué)爾灣分校的Alex Guenther教授合作,開發(fā)的GEE-MEGAN模型為解決這一難題取得了突破性進(jìn)展。GEE-MEGAN以其高時(shí)空分辨率的BVOCs建模,揭示了關(guān)鍵區(qū)域與以往傳統(tǒng)BVOCs模型估算的巨大差異(全球主要城市差異高達(dá)~25倍、在亞馬遜毀林弧相差約80%)。該研究成果以“Improved modelling of biogenic emissions in human-disturbed forest edges and urban areas”為題發(fā)表在《Nature Communications》 期刊。???構(gòu)建GEE-MGEAN模型GEE-MEGAN對于廣泛應(yīng)用的MEGAN2.1模型(Alex Guenther教授于2012年開發(fā))做出了重大的改進(jìn)。該模型利用Google Earth Engine(GEE)強(qiáng)大遙感云計(jì)算能力,融合多遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)(如MODIS、Landsat、Sentinel等)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法(圖1),改進(jìn)了靜態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)排放因子地圖和葉面積指數(shù)(LAI)估計(jì),實(shí)現(xiàn)了10-30米空間分辨率、近實(shí)時(shí)的BVOCs排放模擬,為研究BVOCs排放帶來的空氣質(zhì)量與氣候效應(yīng)提供了有力工具。圖1 GEE-MEGAN模型與傳統(tǒng)BVOCs估算模型MEGAN的異同 ????相較于傳統(tǒng)MEGAN模型,GEE-MEGAN模型顯著優(yōu)化了城市和森林邊緣這些受人為活動(dòng)擾動(dòng)相對較大地區(qū)的BVOCs排放估算。與已有站點(diǎn)通量觀測比較,減少了均方根誤差(RMSE)21.6-48.6%,同時(shí)觀測與估算值相關(guān)性也得到提升。更重要的是,GEE-MEGAN展現(xiàn)了出色的空間分辨率能力,對城市區(qū)域的BVOCs排放熱點(diǎn)捕捉與真實(shí)世界的綠地分布表現(xiàn)出高度一致(圖2)。圖2 GEE-MEGAN和傳統(tǒng)MEGAN2.1模型在巴黎、洛杉磯、倫敦和北京針對異戊二烯排放模擬與Google地圖影像植被空間分布的對比城市區(qū)域BVOCs排放被低估在北京、倫敦、巴黎和洛杉磯等大型城市,GEE-MEGAN模型估算夏季BVOCs排放量相較傳統(tǒng)MEGAN2.1模型差異巨大,最高可達(dá)25倍(圖3),這主要源于GEE-MEGAN能夠識別城市中植被破碎的空間分布,精準(zhǔn)捕捉城市中微小植被斑塊,從而能更好地捕捉傳統(tǒng)粗分辨率模型所未能分辨的BVOCs排放熱點(diǎn)。因此,GEE-MEGAN可助力更好地定量研究評估BVOCs在城區(qū)排放占比、溫度依賴性及其與人為源污染物相互影響等重要問題。圖3 GEE-MEGAN(M2)與MEGAN2.1(M1)針對北京、巴黎、洛杉磯和倫敦的BVOCs排放估計(jì)對比亞馬遜熱帶雨林毀林弧BVOCs排放被高估GEE-MEGAN具備全球無縫的模擬能力,在全球最大的BVOCs排放源區(qū)—亞馬遜熱帶雨林,也表現(xiàn)出卓越的空間精度模擬能力(圖4)。亞馬遜森林邊緣受人為影響強(qiáng)烈,存在著名的所謂“毀林弧”(Arc of Deforestation)。在此地區(qū),傳統(tǒng)MEGAN2.1模型相較于GEE-MEGAN,BVOCs排放量被顯著高估,局部區(qū)域甚至相差達(dá)77%,整體平均高估幅度為31%。GEE-MEGAN模型通過高分辨率數(shù)據(jù)精準(zhǔn)反映出擾動(dòng)區(qū)域的真實(shí)BVOCs排放水平,整個(gè)亞馬遜區(qū)域總排放量較MEGAN2.1降低了13%左右,這對準(zhǔn)確評估人類活動(dòng)對全球森林?jǐn)_動(dòng)產(chǎn)生的BVOCs變化及其空氣質(zhì)量和氣候變化效應(yīng)極為重要。圖4 GEE-MEGAN與MEGAN2.1對亞馬遜區(qū)域2019年8月異戊二烯排放估算的比較?GEE-MEGAN雖然展現(xiàn)出高時(shí)空分辨率模擬能力,但應(yīng)用起來更加快捷便利。例如:在500米分辨率下針對南美洲(南緯60°–北緯13°,西經(jīng)35–90°)進(jìn)行BVOCs排放模擬,在本地Intel Xeon Gold 6230R CPU(2.1 GHz)上運(yùn)行,傳統(tǒng)MEGAN2.1每個(gè)物種需要約737秒才能完成模擬,而GEE-MEGAN每個(gè)物種僅需7-9秒即獲得相當(dāng)結(jié)果,處理速度提升100倍左右,數(shù)據(jù)傳輸量減少了97-99%,即使對更大規(guī)模或更高分辨率應(yīng)用,也能實(shí)現(xiàn)高效處理。這種排放估算從“陽春白雪”飛入“尋常百姓家”,可成為城市綠化和氣候緩解策略方面的輔助工具,從而為城市規(guī)劃者提供精細(xì)到社區(qū)甚至街道級別的數(shù)據(jù)支持,幫助其在實(shí)施綠化項(xiàng)目時(shí)有效評估空氣質(zhì)量和氣候效益,優(yōu)化綠化策略。以美國洛杉磯為例,其251個(gè)社區(qū)中,GEE-MEGAN估算BVOCs排放量比傳統(tǒng)MEGAN估算值平均約高23倍(圖5),相應(yīng)的大氣反應(yīng)性和二次產(chǎn)物生成潛勢也會有很大不同。隨著全球變暖加劇,由于BVOCs影響O3和SOA生成乃至甲烷大氣化學(xué)壽命,在全球范圍和城市尺度準(zhǔn)確評估BVOCs這些短壽命活性氣體排放的重要性正在日益凸顯。GEE-MEGAN通過近實(shí)時(shí)、高精度的排放模擬,極大地提高了我們對植被與大氣相互作用的理解,在BVOCs排放及氣候反饋、人為活動(dòng)對自然系統(tǒng)擾動(dòng)、生物圈-大氣圈相互作用研究中具有應(yīng)用潛力。圖5. 洛杉磯GEE-MEGAN與傳統(tǒng)MEGAN模擬BVOCs排放空間分布對比?本研究受到王新明研究員主持的國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目和彭平安院士主持的廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究重大項(xiàng)目等聯(lián)合資助。?論文信息:Zhang Y.(張艷利),Ran H.(冉浩汎),Guenther A.,Zhang Q.(張強(qiáng)),George C.,Mellouki W.,Sheng G.(盛國英),Peng P.(彭平安),Wang X.(王新明)*.?Improved modelling of biogenic emissions in human-disturbed forest edges and urban areas. Nature Communications,16,8064 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-63437-8
    2025-08-29
  • EPSL:深海滲漏型天然氣水合物賦存區(qū)冷泉系統(tǒng)動(dòng)態(tài)演化研究取得新進(jìn)展
    近日,中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所王吉亮副研究員聯(lián)合中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局張偉正高級工程師、青島海洋地質(zhì)研究所李昂副研究員以及中國石油大學(xué)(北京)等天然氣水合物領(lǐng)域?qū)<遥诘厍蚩茖W(xué)國際權(quán)威雜志《Earth and Planetary Science Letters》(Nature Index)上發(fā)表了題為“Sand encased by fine-grained sediment regulates methane migration through the gas hydrate stability zone”的研究成果。該研究系統(tǒng)分析了南海北部瓊東南深水盆地活躍冷泉區(qū)甲烷滲漏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征與演化規(guī)律,為天然氣水合物(可燃冰)富集機(jī)制和深海冷泉活動(dòng)碳循環(huán)機(jī)理提供了全新認(rèn)識。近日,中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所王吉亮副研究員聯(lián)合中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局張偉正高級工程師、青島海洋地質(zhì)研究所李昂副研究員以及中國石油大學(xué)(北京)等天然氣水合物領(lǐng)域?qū)<遥诘厍蚩茖W(xué)國際權(quán)威雜志《Earth and Planetary Science Letters》(Nature Index)上發(fā)表了題為“Sand encased by fine-grained sediment regulates methane migration through the gas hydrate stability zone”的研究成果。該研究系統(tǒng)分析了南海北部瓊東南深水盆地活躍冷泉區(qū)甲烷滲漏系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特征與演化規(guī)律,為天然氣水合物(可燃冰)富集機(jī)制和深海冷泉活動(dòng)碳循環(huán)機(jī)理提供了全新認(rèn)識。冷泉活動(dòng)是地球系統(tǒng)中跨圈層物質(zhì)循環(huán)和能量交換的重要方式,不僅支撐了獨(dú)特的化能合成生態(tài)系統(tǒng),其釋放的甲烷還會導(dǎo)致海水酸化,并對全球氣候變化產(chǎn)生潛在影響。近年研究表明,冷泉活動(dòng)在深海環(huán)境(水深 > 500 m)中廣泛發(fā)育。在細(xì)粒泥質(zhì)沉積為主的深海淺地層,常發(fā)育水道砂體,形成“泥包砂”沉積結(jié)構(gòu)。此類砂層的存在顯著改變了地層的滲透性,促使流體超壓擴(kuò)散,并導(dǎo)致高飽和度天然氣水合物的富集,對冷泉活動(dòng)規(guī)律與天然氣水合物資源勘查具有重要影響。然而,在天然氣水合物穩(wěn)定帶內(nèi),“泥包砂”地層控制甲烷滲漏的具體機(jī)制及其與天然氣水合物富集過程之間的成因聯(lián)系,目前仍存在較大認(rèn)知空白。針對上述問題,該研究在瓊東南深水盆地松南低凸起一處活躍的甲烷滲漏區(qū)發(fā)現(xiàn)了一個(gè)12.5米厚的砂層,其中富含天然氣水合物(圖1a)。三維地震數(shù)據(jù)圖像清晰顯示,這里存在兩個(gè)巨大的氣煙囪:一個(gè)位于砂層下方,另一個(gè)則從砂層直通海底(圖1b)。下方的氣煙囪負(fù)責(zé)“供氣”,其頂部與砂層接觸處呈現(xiàn)出顯著的地震異常,表明它正在向上方的砂層輸運(yùn)甲烷。上方的煙囪負(fù)責(zé)“排氣”,它像一根導(dǎo)管,將砂層中的氣體源源不斷地輸送至海底,形成冷泉滲漏。圖1. (a)W01站位測井?dāng)?shù)據(jù)。 圖中方框(Unit A和B)為富含水合物的砂層,砂層上下泥巖層中發(fā)育高角度裂隙,砂層中未發(fā)現(xiàn)垂向裂隙。(2)過W01地震剖面。 S1和S1-1分別為砂層的頂界面和底界面,砂層上下分別發(fā)育兩個(gè)氣煙囪。研究發(fā)現(xiàn),砂層在整個(gè)過程中扮演了極其重要的角色(圖2):(1)捕獲與富集:砂層首先攔截了下伏氣體煙囪的向上延伸,并將深部遷移來的甲烷氣體“捕獲”在自己體內(nèi)。在高壓低溫的環(huán)境下,這些氣體與水結(jié)合形成可燃冰,富集于砂層的孔隙中。(2)阻礙與增壓:天然氣水合物往往差異聚集,它們會優(yōu)先在某些部位大量生成,堵塞砂層的孔隙,形成“自封蓋”效應(yīng)。此時(shí),后續(xù)源源不斷的甲烷氣體被封堵在下部,導(dǎo)致其壓力逐漸積聚。(3)水力壓裂與逃逸:當(dāng)被封閉的氣體壓力(超壓)大到足以突破上覆泥質(zhì)蓋層的束縛時(shí),便會在上覆泥巖蓋層中發(fā)生二次水力壓裂。這股強(qiáng)大的壓力會突破上覆的細(xì)粒低滲沉積物,形成一個(gè)新的、直達(dá)海底的氣體煙囪,從而開啟新一輪的氣體逃逸和冷泉活動(dòng)。圖2. 富甲烷超壓流體在“泥包砂”地層垂向運(yùn)移的演化過程該研究還表明上覆泥層中二次水力壓裂的發(fā)生,須具備特定的超壓與氣體供給條件(圖3)。當(dāng)較低的甲烷通量在進(jìn)入砂層后迅速形成天然氣水合物,導(dǎo)致孔隙堵塞、滲透率降低,從而引發(fā)自封閉效應(yīng)。該過程抑制了氣體向上部的輸運(yùn),致使砂層頂界孔隙壓力無法有效累積至破裂壓力臨界值。這一機(jī)制很好地解釋了實(shí)際地質(zhì)現(xiàn)象:盡管部分砂層下伏氣煙囪結(jié)構(gòu)發(fā)育,但其對應(yīng)上覆地層中并未形成貫穿至海底的氣體逸出路徑。原因在于低通量條件下氣體運(yùn)移路徑被天然氣水合物阻斷,超壓體系未能充分發(fā)育,達(dá)不到泥巖破裂所需的最小壓力條件。圖3. “泥包砂”地層中控制冷泉滲漏與天然氣水合物富集的動(dòng)態(tài)演化模型該成果對深化天然氣水合物成藏理論和深海冷泉活動(dòng)性認(rèn)識具有重要意義,同時(shí)也為理解全球深部碳循環(huán)過程提供了關(guān)鍵科學(xué)支撐。論文第一作者為中國科學(xué)院深海科學(xué)與工程研究所王吉亮副研究員,通訊作者為中國地質(zhì)調(diào)查局廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局張偉正高級工程師。該研究受海南省國際合作研發(fā)專項(xiàng)、國家自然科學(xué)基金、海南省“南海新星”項(xiàng)目、崖州灣科技城專項(xiàng)和天然氣水合物勘查開發(fā)國家工程中心項(xiàng)目的共同資助。論文信息:Jiliang Wang,Ang Li,Wei Zhang*,Jin Sun,Jiecheng Zhang,Xueqing Zhou,Shiguo Wu. Sand encased by fine-grained sediment regulates methane migration through the gas hydrate stability zone,Earth and Planetary Science Letters,Volume 669,2025,119595.論文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X25003930<!--!doctype-->
    2025-08-29
  • ?《新能源進(jìn)展》連續(xù)入選中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(CSCD)核心期刊
    近期,廣州能源所主辦學(xué)術(shù)期刊《新能源進(jìn)展》入選2025-2026年度中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(Chinese Science Citation Database,簡稱CSCD)核心期刊。中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫來源期刊每兩年遴選一次,經(jīng)過定量遴選和專家定性評估,2025-2026年度中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫收錄來源期刊1464種,其中核心庫1098種,擴(kuò)展庫366種。《新能源進(jìn)展》2023-2024年度、2025-2026年度連續(xù)入選核心庫。近期,廣州能源所主辦學(xué)術(shù)期刊《新能源進(jìn)展》入選2025-2026年度中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(Chinese Science Citation Database,簡稱CSCD)核心期刊。中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫來源期刊每兩年遴選一次,經(jīng)過定量遴選和專家定性評估,2025-2026年度中國科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫收錄來源期刊1464種,其中核心庫1098種,擴(kuò)展庫366種。《新能源進(jìn)展》2023-2024年度、2025-2026年度連續(xù)入選核心庫。《新能源進(jìn)展》是由中國科學(xué)院主管、中國科學(xué)院廣州能源研究所主辦的學(xué)術(shù)期刊,于2012年經(jīng)國家新聞出版總署批準(zhǔn)創(chuàng)刊(雙月刊),2013年8月起出版。《新能源進(jìn)展》主要刊登可再生能源和新能源(包括太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能、氫能、海洋能、地?zé)崮堋⑻烊粴馑衔锏龋╊I(lǐng)域科學(xué)技術(shù)以及可再生能源集成互補(bǔ)和相關(guān)配套技術(shù)(如儲能、智能電網(wǎng)、分布式能源系統(tǒng))方面原創(chuàng)性學(xué)術(shù)論文和高水平的綜述性文章。2013年,《新能源進(jìn)展》創(chuàng)刊當(dāng)年就被國內(nèi)中國知網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)、維普資訊三大數(shù)據(jù)庫收錄;2014年成為國家新聞出版廣電總局第一批認(rèn)定的學(xué)術(shù)期刊;2015年獲科學(xué)出版社頒發(fā)的“期刊出版質(zhì)量優(yōu)秀獎(jiǎng)”,同年獲第五屆“廣東省特色期刊”榮譽(yù)稱號;2016年被日本科學(xué)振興機(jī)構(gòu)(JST)收錄;2017年獲第六屆“廣東省特色科技期刊”榮譽(yù)稱號;2018年獲“廣東省優(yōu)秀期刊獎(jiǎng)”;2019年被國際數(shù)據(jù)庫EBSCO收錄;2020年入選RCCSE中國核心學(xué)術(shù)期刊;2021年獲評廣東省優(yōu)秀科技期刊;2021-2024年連續(xù)入選中國科技核心期刊,被授予專業(yè)內(nèi)容知識聚合服務(wù)平臺創(chuàng)新服務(wù)示范單位;入選“2022年度煤炭領(lǐng)域T2級高質(zhì)量科技期刊目錄”;2023年入選2023-2024年度CSCD核心庫期刊;入編《中文核心期刊要目總覽》2023年版(即第10版)之“能源與動(dòng)力工程”類的核心期刊;2024年獲第八屆“廣東省優(yōu)秀科技期刊”;2025年入選2025-2026年度CSCD核心庫期刊。
    2025-08-26
  • 南海海洋所?|?研究解密珊瑚礁共棲物種形成與適應(yīng)進(jìn)化的遺傳調(diào)控機(jī)制
    2025-08-26
  • 南海海洋研究所?|?研究揭示南海東部次海盆殘余脊巖漿—水化共塑機(jī)制
    近日,中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境與島礁生態(tài)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、邊緣海與大洋地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室(OMG)丘學(xué)林研究員團(tuán)隊(duì)運(yùn)用縱橫波速比(Vp/Vs)成像方法在南海東部次海盆殘余擴(kuò)張脊巖石物質(zhì)屬性和成因方面取得新進(jìn)展。該成果發(fā)表在國際地學(xué)期刊Geophysical Research Letters《地球物理研究快報(bào)》。碩士研究生姜輝為論文第一作者,研究員黃海波和副研究員賀恩遠(yuǎn)為通訊作者。東部次海盆是南海面積最大的海盆,是研究南海海底擴(kuò)張與構(gòu)造演化的關(guān)鍵區(qū)域。東部次海盆~15.5 Ma停止擴(kuò)張后,大量的后期巖漿在擴(kuò)張脊附近噴發(fā),持續(xù)近5個(gè)百萬年。這些后期巖漿極大地破壞和改造了擴(kuò)張末期的原生洋殼,導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)難以識別,阻礙了我們對南海擴(kuò)張末期洋殼增生過程的認(rèn)識。研究人員基于橫穿殘余擴(kuò)張脊、長約110公里的主動(dòng)源海底地震儀(OBS)剖面,利用P波、S波聯(lián)合成像方法,獲取了沿測線的Vp/Vs模型。模型有效區(qū)分了殘余擴(kuò)張脊附近的原生洋殼(Vp/Vs >1.7)和后期巖漿部分(Vp/Vs <1.7),并發(fā)現(xiàn)原生洋殼厚度明顯減薄(3.3-4.3 km),下地殼近乎缺失。研究認(rèn)為,東部次海盆擴(kuò)張停止前,隨著擴(kuò)張速率與巖漿供給量的降低,擴(kuò)張中心附近的地殼中形成了深大斷裂,為海水的下滲提供了通道。在洋殼減薄區(qū)域,海水到達(dá)上地幔并形成蛇紋石化橄欖巖,蛇紋石化橄欖巖在構(gòu)造張力和斷層作用下被動(dòng)抬升,而洋殼較厚的區(qū)域則表現(xiàn)為局限于地殼深處的有限蝕變。研究結(jié)果突出了巖漿-構(gòu)造活動(dòng)和水化過程的相互作用,為了解南海殘余擴(kuò)張脊洋殼的形成和改造提供了重要依據(jù)。本研究使用的OBS數(shù)據(jù)由國家基金委南海北部地球物理共享航次項(xiàng)目搭載中國科學(xué)院南海海洋研究所“實(shí)驗(yàn)2”號科考船采集,并得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院青促會、廣州市科技計(jì)劃和中國科學(xué)院南海海洋研究所自主部署項(xiàng)目的資助。圖1 南海東部次海盆主動(dòng)源OBS深地震探測實(shí)驗(yàn)(G8G0)圖2 東部次海盆殘余擴(kuò)張中心形成演化的模式示意圖相關(guān)論文信息:Jiang,H.,Huang,H.,He,E.,Guo,J.,&Qiu,X. (2025). Hydration in the crust andupper mantle near the extinct spreadingridge in the eastern sub‐basin,South ChinaSea. Geophysical Research Letters,52,e2025GL115670.?原文鏈接:http://dx.doi.org/10.1029/2025GL115670
    2025-08-25
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