近日，中國科學院南海海洋研究所夏少紅研究員團隊在南海南部陸緣地殼研究中取得重要進展，提出了“布丁狀地殼伸展”控制島礁形成演化的新模式。這一成果發表于《地球物理研究雜志：固體地球》（Journal of Geophysical Research: Solid Earth），為南海島礁的形成演化提供了全新的科學依據。南海海洋所博士張成龍為論文第一作者，研究員夏少紅為通訊作者，曹敬賀、范朝焰、萬奎元和茍濤四位副研究員為論文共同作者。南海，作為西太平洋最大的邊緣海，其形成和演化一直是地質學界的研究熱點。南海經歷了近乎完整的威爾遜旋回，大陸張裂作用形成了南沙、中沙、西沙等多個微地塊。這些微地塊為珊瑚礁和碳酸鹽臺地的發育提供了穩定基底，造就了南海如今星羅棋布的島礁地貌。南海南部的珊瑚島礁群多呈現北東-南西走向的長條狀展布格局，并平行于鄰近的深海磁異常條帶，暗示了這些島礁群的形成與大陸張裂密切相關。然而，由于缺乏典型島礁區高分辨率地殼結構數據，目前對陸緣張裂作用與島礁形成演化的關系仍然缺乏深入認識。夏少紅研究員團隊聚焦南海南部陸緣島礁區，開展了大規模的海底地震儀（OBS）廣角地震探測實驗。研究團隊從西南次海盆出發，經過永暑礁，直至畢生礁附近，通過正演模擬與走時層析成像技術，成功構建了橫跨南部陸緣島礁區的高精度縱波速度結構剖面。研究發現，兩個島礁區的較厚地殼段之間存在一個寬約數十公里的伸展盆地，地殼最薄處僅約13公里。這一結果表明，南海南部陸緣地殼發生了強烈的非均勻伸展，北東-南西走向的伸展盆地將較厚的地殼塊體分隔，形成了地殼尺度的布丁狀構造。研究團隊進一步指出，南海的布丁狀地殼伸展過程不僅塑造了西南次海盆兩側寬廣的裂谷陸緣和分散的地殼塊體，還為島礁的形成提供了關鍵條件。在熱帶暖水環境中，這些地殼塊體的線狀地形高點具有較高的碳酸鹽生產力。隨著時間推移，碳酸鹽不斷加積，最終形成了如今我們看到的珊瑚島礁群。這一發現不僅為南海島礁的形成演化提供了新的科學解釋，還揭示了大陸張裂與地表形貌演化之間的深刻聯系，為全球大陸張裂作用的研究提供了重要啟示。研究得到國家重點研發計劃項目、中國科學院南海海洋研究所自主部署項目和國家自然科學基金等項目的聯合資助。圖1 南海南部深地震測線分布及OBS2019ZX1深地震探測實驗。圖2 測線縱波速度結構模型及地質構造解釋。剖面從左至右依次為洋殼區、洋陸殼過渡帶、頸縮區、永暑礁較厚陸殼區、伸展盆地區及畢生礁附近較厚陸殼區。圖3 南海布丁狀地殼伸展過程控制島礁形成演化的模式示意圖。晚漸新世中沙地塊與禮樂灘地塊分離之前，南海西部的伸展主要集中在平行于擴張中心的一系列伸展盆地（圖a）。隨后沿著其中一處伸展盆地發生漸進式海底擴張，并在中中新世擴張停止時形成V形的西南次海盆（圖b）。該過程導致海盆兩側寬闊的裂谷陸緣和北東-南西走向伸展盆地分隔的布丁狀地殼結構，地殼具有強烈非均勻伸展特征。布丁地殼塊體的斷塊線狀地形高點上更利于碳酸鹽加積，從而形成北東-南西走向長條狀島礁群（圖c）。相關論文信息：Zhang,C.,Xia,S.*,Cao,J.,Fan,C.,Wan,K.,& Gou,T. (2025). Control of coral reefs formation by boudin‐like crustal extension processes in the South China Sea: New insights from wide‐angle seismic imaging. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,130,e2024JB030150.原文鏈接：https://doi.org/10.1029/2024JB030150
干旱脅迫嚴重制約著植物的生長發育，并導致世界范圍內作物減產。為應對日益嚴重的干旱脅迫，解析植物抗旱機理選育耐旱作物迫在眉睫。干旱脅迫導致包括過氧化氫(H2O2)?在內的活性氧?(ROS)?失衡，影響植物的生長發育。過氧化氫酶?(CAT)?可以靶向H2O2分解從而維持體內活性氧穩態。解析過氧化氫酶的調控機制，有利于深入明晰活性氧平衡植物生長發育和環境耐受性的分子機理，對提高農作物耐旱性和保障世界糧食安全具有重要意義。為探索過氧化氫酶的調控機制，中國科學院華南植物園鄧書林研究員團隊以過氧化氫酶2(Catalase 2，CAT2)為誘餌，通過酵母文庫篩選的方法發現一個RING型E3泛素連接酶，命名為CIRP1(Catalase Interacting RING Protein 1)。CIRP1與CAT2和CAT3存在相互作用，也可以泛素化修飾并促進CAT2和CAT3通過26S蛋白酶體途徑降解。植物表型實驗證明，在干旱和氧化脅迫條件下，CIRP1在CAT2和CAT3的上游發揮功能。相關研究成果已近期發表在國際學術期刊Journal of Integrative Plant Biology（《植物學報》）（IF5年=9.3）上。中國科學院華南植物園博士后楊恒和副研究員張藝為論文共同第一作者，鄧書林研究員為論文通訊作者。研究得到國家自然科學基金和廣東省自然科學基金的資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1111/jipb.13845.圖1. CIRP1泛素化降解CAT2/CAT3負調控植物對干旱和氧化脅迫耐受性圖2. CIRP1靶向CAT2/CAT3降解負調控植物對干旱和氧化脅迫耐受性模式圖<!--!doctype-->
近日，南海海洋所儀器中心聯合山東科技大學，成功研發出基于OpenACC的GPU加速并行POM（Princeton Ocean Model）模式，相關研究成果以“Parallel Princeton Ocean Model based on OpenACC”為題，發表在國際知名期刊Environmental Modelling & Software上，該項技術為高精度海洋數值模擬與實時預報提供了新一代高效能計算解決方案，南海海洋所高級工程師周巍為論文通訊作者，山東科技大學碩士研究所生王意寧為論文第一作者，研究團隊還包括山東科技大學副教授李秉天等科研骨干。隨著海洋建模對空間分辨率與物理過程復雜度的雙重需求不斷提升，傳統串行POM的計算效率已難以滿足實際應用需求。研究團隊通過并行計算區域選擇、數據傳輸優化和計算模式調整等多維度優化策略，對經典POM代碼實施系統性重構。實測數據顯示，該并行版本在不同時空尺度的模擬實驗中均實現45倍加速比，較傳統并行方法展現出顯著優勢。值得關注的是，研究進一步揭示了GPU加速性能的關鍵制約因素——通過引入Nsight Systems性能分析工具，團隊發現數據傳輸環節存在顯著瓶頸，進而針對性優化了CPU-GPU間的數據傳輸策略，成功將冗余數據拷貝降低37.2%。此外，研究對比論證了OpenACC相較于其他并行方案的技術特性，其獨特的指令制導并行模式在保證代碼可維護性與跨平臺移植性的同時，大幅降低了并行化改造成本，使得非專業開發人員也能快速構建高效并行計算環境。圖1 本研究相較于原始POM代碼的優勢圖2 不同分辨率下串行和并行實現的運行時間研究團隊下一階段將重點推進三方面工作：深化POM代碼架構優化，構建多GPU協同計算架構；拓展該并行系統在強非線性海洋過程的模擬應用；開展跨平臺硬件適配測試，全面評估OpenACC方案的擴展性與普適性。該研究獲得中國科學院儀器設備功能開發技術創新項目、熱帶海洋環境國家重點實驗室自主研究項目以及國家自然科學基金的聯合資助，關鍵技術驗證依托南海海洋研究所超算平臺完成。論文信息:Wang,Y.,Li,B.,Zhou,W.,Ge,Y.,2025. Parallel Princeton Ocean Model based on OpenACC. Environ. Model. Softw. 106370.論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2025.106370
稻田生態系統作為重要的陸地碳匯系統，其碳固定效能的提升對應對全球氣候變化具有重要科學價值和應用前景。鐵礦物作為土壤有機碳（SOC）的關鍵賦存介質，通過表面絡合與化學共沉淀作用固定了全球約33.5%的SOC。稻田淹水條件下，微生物異化鐵還原過程會導致鐵結合態碳的釋放與再礦化，這一生物地球化學過程構成了稻田系統碳-鐵耦合循環的關鍵限速步驟。因此，系統闡明稻田土壤中碳鐵耦合驅動的有機碳轉化與穩定機制，不僅可為構建稻田土壤有機碳增匯技術提供理論依據，更能為全球碳中和目標的實現提供重要理論支撐。稻田生態系統作為重要的陸地碳匯系統，其碳固定效能的提升對應對全球氣候變化具有重要科學價值和應用前景。鐵礦物作為土壤有機碳（SOC）的關鍵賦存介質，通過表面絡合與化學共沉淀作用固定了全球約33.5%的SOC。稻田淹水條件下，微生物異化鐵還原過程會導致鐵結合態碳的釋放與再礦化，這一生物地球化學過程構成了稻田系統碳-鐵耦合循環的關鍵限速步驟。因此，系統闡明稻田土壤中碳鐵耦合驅動的有機碳轉化與穩定機制，不僅可為構建稻田土壤有機碳增匯技術提供理論依據，更能為全球碳中和目標的實現提供重要理論支撐。基于上述目標，中國科學院亞熱帶農業生態研究所吳金水團隊，構建并完善了適合水稻土的碳同位素示蹤技術、界面可視化技術、有機碳分解源解析和碳匯功能模型計算等系列方法體系，系統解析了稻田土壤碳鐵耦合驅動的有機碳轉化與固持過程機制。相關成果發表于Global Change Biology（2022）、Soil Biology and Biochemistry (2023,2024,2025)、Science of the Total Environment (2024a,b)等國際權威期刊。進展一：水稻根表鐵膜的碳“銹匯”機制和功能根際沉積碳輸入土壤后，首先與根際鐵氧化物接觸并被逐步吸附固定，但目前對于“根系-微生物-土壤”多界面的水稻根際熱區的碳鐵耦合動態過程機制還尚不清楚。本研究以碳鐵循環過程最活躍的水稻根際為研究對象，應用界面可視化技術（原位酶譜、平面光電極等），解析根表鐵膜形成及其對根際沉積碳的固持效應及作用機制。研究表明在水稻根系處可以形成根表鐵膜，主要通過以下過程有效固定有機碳：水稻根系釋放的氧氣引起了二價鐵氧化為三價鐵沉淀，有機碳可以與非晶質鐵共沉淀，并阻止微生物礦化。添加二價鐵可以有效促進根表鐵膜形成，增加固碳效率。該研究預估了全球每季水稻共有130 Mg C通過根表鐵膜進行積累，表明在長期水稻種植條件下，新穩定的碳是土壤原有碳庫的重要補充，對于更加全面的認識稻田土壤有機質固定機制及實現“碳中和”路徑具有重要意義。進展二：鐵還原過程調控水稻根際激發效應強度水稻根際沉積碳是土壤有機碳庫的重要輸入源，但也會通過激發微生物代謝活性加速土壤有機碳的分解礦化，產生的正向激發效應。土壤活性鐵氧化物可吸附固定新輸入的根際碳組分，形成物理化學保護屏障以降低其生物可利用性。為了研究鐵氧化物對根際沉積碳的保護、和對土壤有機碳礦化及其根際激發效應的影響，本研究通過13CO2連續標記水稻盆栽試驗體系，引入腐植酸作為電子穿梭介質促進異化鐵還原過程，探討Fe(III)還原-有機碳釋放過程對根際激發效應的調控機制。結果表明腐植酸加入使水稻根際激發效應強度增加了約25%。根系生長與Fe(III)還原過程協同刺激了根際CO2排放總量，但該過程不受微生物生物量與酶活性變化的影響。分析發現土壤中活性鐵氧化物通過物理保護作用降低有機質的微生物分解，而腐植酸通過加速Fe(III)還原，增加鐵氧化物保護有機碳的釋放，進而提高根際激發效應強度，所以Fe(III)還原與團聚體物理保護共同控制著微生物難接觸有機碳向生物可利用有機碳的非生物轉化過程，從而調控土壤有機碳的微生物分解礦化；研究結果揭示了活性鐵礦物的還原是釋放物理化學保護態有機質的限速步驟，其動態過程最終決定水稻根際激發效應的強度。進展三：碳鐵復合物對稻田土壤有機碳的保護效應與機制傳統研究受限于鐵-碳復合物與土壤基質的不可分離性，難以定量解析鐵礦物類型及碳負載量等關鍵參數對碳鐵復合物穩定性及土壤原有碳礦化的影響。本研究采用同位素示蹤技術構建了不同鐵礦物類型及碳負載量梯度的多形態碳鐵復合物體系，借助室內模擬培養試驗，系統解析了2線（低結晶度）和6線（較高結晶度）水鐵礦結合態葡萄糖（高/低碳負載量）及土壤原有碳的礦化特征。結果發現：2線水鐵礦結合態葡萄糖的累積礦化率較6線水鐵礦高21%，證實結晶度增加顯著降低鐵結合有機碳的生物有效性；碳鐵復合物輸入導致負激發效應（-0.33%~-0.55% SOC），顯示鐵礦物對SOC的保護作用；CO2激發效應強度與鐵礦物結晶度呈負相關，而CH4激發效應受碳負載量呈正相關。研究明確了鐵礦物通過降低其結合的碳被礦化并抑制土壤有機碳礦化，進而促進稻田土壤有機碳積累，且碳積累效應取決于鐵礦物的結晶度以及碳負載量。基于鐵礦物單位碳負載量產生的土壤凈碳平衡（即碳鐵復合物的固碳效率），發現6線水鐵礦結合態葡萄糖的固碳效率比2線水鐵礦高51%。這主要歸因于高結晶度鐵礦物更強的有機碳保護能力，其通過限制微生物接觸鐵保護的有機碳，使其結合碳的礦化率和SOC激發效應強度分別降低29%和67%。同時，碳鐵復合物的固碳效率隨碳負載量增加呈下降趨勢，表明碳鐵復合物的穩定性和碳負載量共同構成富鐵水稻土固碳效率的關鍵調控因子。進展四：鐵氧化物形態與結合方式對有機碳穩定性的協同調控借助厭氧培養實驗，系統對比針鐵礦與水鐵礦通過吸附和共沉淀形式形成的碳鐵復合穩定性差異：低結晶度的水鐵礦結合葡萄糖礦化率顯著高于高結晶度針鐵礦處理，這與前者更易被還原的特性密切相關。四種碳鐵復合物中，共沉淀態的針鐵礦-有機碳復合物表現出最優的固碳效果：相較于游離葡萄糖處理，其13C-CO2礦化量減少17~41%，13C-CH4礦化量降低21~61%，該類型碳鐵復合物具有最長有機碳駐留時間和最低礦化速率，且綜合溫室效應（CO2當量）下降幅度達62~71%。游離葡萄糖處理引發了CO2負激發效應和CH4正激發效應，而鐵結合葡萄糖處理則呈現相反的激發效應模式。這種差異可能源于鐵氧化物既作為電子受體參與鐵還原過程，又通過磷固定加劇微生物養分限制。鐵氧化物形態對SOC穩定性的影響強于其與有機碳的結合方式。高結晶度的針鐵礦一方面延緩鐵還原速率，另一方面降低土壤有效磷的生物可利用性，進而降低SOC分解速率，提高其穩定性。綜上，這些發現系統揭示了水稻土鐵氧化物對根際沉積碳的保護機制，闡明了鐵氧化物結晶度與有機碳結合方式及碳負載量對SOC積累的協同調控機制。從農業管理角度而言，促進土壤中高結晶度鐵氧化物通過共沉淀方式與有機碳結合，不僅能有效提升SOC固存能力，還可通過降低CH4等溫室氣體排放，顯著緩解稻田生態系統對全球變暖的貢獻。這些發現為通過鐵碳耦合調控實現農業碳中和目標提供了重要的理論依據。論文鏈接：1?2?3?4?5?6水稻根際鐵氧化物固碳的生物與非生物機制（Global Change Biology,2022）鐵還原對水稻土有機碳礦化及其根際激發效應的調控機制(Science of the Total Environment,2024a)碳鐵復合物降低其結合碳釋放與礦化并誘導負激發效應的概念模型 (Soil Biology and Biochemistry,2023)碳鐵復合物的固碳效率隨鐵礦物結晶度和碳負載量的變化規律 (Soil Biology and Biochemistry,2025)厭氧條件下鐵氧化物形態對碳鐵復合物穩定性及土壤激發效應的影響機制(Soil Biology and Biochemistry,2024)厭氧條件下碳鐵復合物結合形式對其結合態碳釋放與礦化的影響(Science of the Total Environment,2024b)
中國科學院華南植物園小良站生態研究團隊近日發布了一項關于全球紅樹林保護與恢復的最新研究成果。該研究表明，紅樹林不僅具有重要的生態價值，其經濟回報也遠超預期。紅樹林是地球上最獨特的生態系統之一，是重要的藍碳生態系統。研究指出，2019年全球紅樹林的生態系統服務價值（ESV）高達8940億美元，其中調節服務和供應服務分別占57.4%和19.7% （圖 1）。這些數據凸顯了紅樹林在調節氣候、保護生物多樣性和提供漁業資源等方面的不可替代作用。然而，研究發現，自1996年至2019年間，全球紅樹林的減少導致了約292億美元的生態系統服務價值凈損失。這意味著紅樹林的消失不僅對環境造成了嚴重破壞，還帶來了巨大的經濟損失。好消息是，恢復紅樹林的投資回報率驚人。在未來20年，預計紅樹林恢復將需要40億至521億美元的投資，但預期帶來的生態系統服務價值凈收益高達2310億至7250億美元。此外，通過藍碳交易，封存的19.4 Tg C 可能帶來0.69億至2.36億美元的額外收益。研究團隊還指出，紅樹林恢復項目的全球效益成本比（BCR）在6.35到15之間，顯示出極高的投資回報率。這表明，保護和恢復紅樹林不僅對環境保護至關重要，也是一項具有經濟可行性的投資。該研究成果為政策制定者、環保組織和公眾提供了重要的科學依據，強調了保護和恢復紅樹林的緊迫性和重要性。研究結果還填補了現有知識的空白，并為全球環境保護策略提供了新的視角。相關研究成果以“Getting the best of carbon bang for mangrove restoration buck”為題在線發表在綜合類學術期刊Nature Communications（《自然通訊》）上。中國科學院華南植物園可持續生態學團隊博士研究生張靖凡為論文的第一作者，研究方向負責人、小良站站長王法明研究員為論文通訊作者。該項研究得到國家自然科學基金項目、“一帶一路”國家與國際科學組織聯盟項目、國家重點研發計劃、中國科學院青年創新促進會項目和科技部“ONCE”海洋負碳排放大科學計劃資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56587-2圖1. 紅樹林提供的不同類別的生態系統服務價值。圖2. 全球紅樹林的生態系統服務價值變化。圖3. 全球紅樹林恢復所需要的投資以及通過藍碳交易獲得收益。圖4. 國家尺度的紅樹林恢復的收益投資比。
動植物傳粉互惠關系對于生物多樣性和生態系統服務功能的維持，以及農業生產具有十分重要的意義。夜行性昆蟲在夜間訪花，受到光線條件和人為活動周期的限制很容易被忽視，相對較為隱蔽。夜行性昆蟲的傳粉服務同樣具有很高的科學和應用價值，然而我們對其了解卻甚少。中國科學院華南植物園羅世孝研究員長期從事植物與傳粉昆蟲協同演化研究，發現了五味子科植物與傳粉松脂癭蚊（Schisandraceae–resin midges）、葉下珠科與葉下珠蛾（leafflowers–leafflower moths）兩類全新的植物與夜間傳粉昆蟲專性共生系統 （Luo et al.,2010；2017a,b;2018）。進一步研究發現昆蟲與植物宿主之間存在物種特化的傳粉-寄生互作關系（Chheang et al.,2022），并且這種特化關系在物種內種群間存在一定的波動，形成地理尺度上馬賽克式的動植物互作關系（Hao et al.,2023;Hao et al.,2024）。鑒于研究組在植物與傳粉昆蟲協同演化領域的進展和貢獻，國際知名植物學主流期刊New Phytologist邀請羅世孝研究組撰寫Tansley Insight綜述文章，該文于近日以題為“New insights into coevolution between plants and their cryptic pollinators”的論文在線發表 (DOI: 10.1111/nph.20450)。Tansley Insight系列是為紀念 New Phytologist創刊人Arthur Tansley教授而設立，發表植物科學前沿和熱點領域的觀點文章。本文綜述了兩種新興的隱存的專性傳粉系統中動植物的互作模式、協同適應和協同演化機制，提出相關研究對農業與醫藥的重要價值，為研究植物與傳粉昆蟲協同演化提供了新視角。華南植物園助理研究員郝凱為論文第一作者，羅世孝研究員為通訊作者。該工作得到國家自然科學基金的資助。文章鏈接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.20450圖1. 五味子科植物八角和黑老虎的花、果、傳粉癭蚊及人工栽培種群圖2. 五味子科植物-癭蚊和葉下珠科植物-葉下珠蛾系統中動植物的互作模式、協同適應、協同系統發生、互惠起源、協同演化機制以及未來的研究方向
