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
近期，由中國科學院南海海洋研究所牽頭主導編制的團體標準《紅樹林精準生態修復與成效評估技術規程》（T/CI 874–2025）由中國國際科技促進會標準化工作委員會批準發布、實施，并已在全國團體標準信息平臺發布（https://www.ttbz.org.cn）；該標準為我國首個紅樹林精準生態修復與成效評估技術標準，有望解決目前紅樹林精準生態修復與成效評估無技術規程可依的局面，進一步促進我國紅樹林保護和發展。紅樹林生態系統處于海陸動態交界面、周期性遭到海水浸淹的潮間帶環境，作為獨特的海陸邊緣生態系統，具有很高的生態、社會和經濟價值，尤其在發展近海漁業、凈化環境、固碳增匯等方面。由于全球氣候變化和人類活動雙重影響，如海平面上升、溫度異常和污染加劇等導致區域環境異常變化。2024年全球紅樹林聯盟（Global Mangrove Alliance）發布了《2024全球紅樹林狀況（The State of the Word’s Mangroves 2024）》報告，目前年全球約有1470萬公頃的紅樹林，與2005年聯合國糧農組織（FAO：The Word’s Mangroves 1980-2005）報告全球紅樹林有1700萬公頃相比，全球紅樹林面積凈減少230萬公頃，全球50%的紅樹林面臨崩潰的風險。因此，如何加快恢復受損紅樹林生態系統已成為國際海洋科學亟需解決問題之一，為了扭轉紅樹林退化和消失現狀，紅樹林的生態修復與保護已經成為了國際海洋科學研究領域中的熱點內容之一。目前，我國現有2.71萬公頃紅樹林，為更好地保護紅樹林，2020年中國政府發布了《紅樹林保護修復專項行動計劃（2020-2025年）》，預計到2025年中國紅樹林面積將達到3.6萬公頃，助力國家“雙碳”戰略實施。迄今為止，國內外都沒有紅樹林精準生態修復與成效評估規程，為了規范不同生境紅樹林生態修復與成效評估技術應用，迫切需要制定紅樹林精準生態修復與成效評估技術規程，進一步指導紅樹林精準生態修復與成效評估生產實踐，促進我國乃至南亞、東南亞紅樹林生態保護和生物資源可持續發展，助力國家海洋生態文明建設，支撐國家“一帶一路”倡議。《紅樹林精準生態修復與成效評估技術規程》中確立了紅樹林精準生態修復的原則和修復技術流程，包括不同生境（抗高溫、耐低溫、抗污染、抗沖淤和耐鹽）紅樹植物物種選擇、篩選與配置以及微生物修復群落配置等，給出了紅樹林精準生態修復的成效評估方法。該標準所提出的技術規程力求符合實際、便于操作，并符合國家有關法律法規的要求。確保了紅樹林精準生態修復與成效評估工作有標可依，填補了國家該領域標準的空白，為海洋生態文明建設提供技術支撐，促進紅樹林精準生態修復和成效評估工作發展，提升紅樹林的生態健康水平和功能服務效果。該規程適用于不同生境紅樹林精準生態修復與成效評估。團體標準編制的主要工作由中國科學院南海海洋研究所王友紹紅樹林研究團隊完成，廣東湛江紅樹林國家級自然保護區管理局、廣東雷州珍稀海洋生物國家級自然保護區管理局、廣東徐聞珊瑚礁國家級自然保護區管理局和溫州市洞頭區海洋經濟科技創新中心為該標準的參與編制單位。該標準的編制得到2024年綠美廣東生態建設重點任務保障專項資金項目、2021年南沙區高端領軍人才創新團項目、中國科學院A類戰略性先導科技專項（美麗中國生態工程）和國家自然科學基金重點項目等項目的資助和技術支持。廣東湛江紅樹林耐鹽、抗污染生態修復技術示范區浙江溫州紅樹林耐低溫、抗污染生態修復技術示范區廣東湛江紅樹林抗沖淤（抗風浪）生態修復技術示范區
近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋環境與島礁生態全國重點實驗室夏少紅研究員團隊聯合日本東北大學，在南海晚新生代巖漿與流體活動成因機制研究方面取得了重要進展，相關研究成果發表于Science Bulletin《科學通報》期刊上。研究員夏少紅為論文第一和通訊作者，副研究員茍濤為共同通訊作者，副研究員趙芳、副研究員范朝焰以及日本東北大學教授趙大鵬為共同作者。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熱點問題。南海被認為是在中生代古太平洋板塊俯沖的基礎上，經過新生代巖石圈張裂和海底擴張而形成的。然而，南海在裂后期，尤其是海底擴張停止后，經歷了廣泛而強烈的晚新生代巖漿活動，這一現象在全球張裂陸緣中極為罕見，其成因機制一直存在爭議。許多研究將南海晚新生代巖漿活動歸因于海南及鄰區下方的地幔柱作用。然而，由于缺乏典型地幔柱的大火成巖省和年齡遞變的海山鏈，且深部成像未呈現出經典地幔柱的幾何特征，海南地幔柱的存在及其對巖漿活動的影響一直存在爭議。為解決這一問題，研究團隊運用遠震各向異性層析成像、深度學習生成的三維地殼模型以及多道地震反射數據，從深到淺系統研究了南海北部陸緣不同尺度的殼幔三維結構，精細刻畫了海南地幔柱復雜的上升路徑和上涌過程，并探討了深部地幔過程與上覆地殼之間的潛在耦合關系。研究發現，海南地幔柱上涌物質在兩個深度范圍內發生了橫向擴展：一是在地幔過渡帶，由于相變和溫度降低，地幔柱上涌物質的熱化學狀態發生變化，受到一定阻礙而發生橫向擴展，但徑向各向異性主要為負值，表明物質整體仍為向上的流動方向；二是在巖石圈尺度，雷瓊地區各向異性表現為負值，表明地幔柱物質主要為垂向上涌，導致該地區火山噴發活動；而遠離雷瓊地區各向異性表現為正值，表明地幔柱物質主要沿北東-南西方向發生橫向擴展。此外，海南地幔柱引發的巖漿活動與經典的夏威夷地幔柱存在顯著不同。其巖漿侵入體的特征不再是大火成巖省和年齡遞變的海山鏈，而是隨著上覆地殼伸展減薄程度和沉積地層厚度的不同呈現出獨特的特征。在地殼較厚的地區，地幔柱物質傾向于在下地殼中底侵，形成高速體；而在地殼顯著減薄且沉積層較厚的區域，巖漿更易穿透地殼，導致巖床、巖脈等侵入體在沉積地層中廣泛發育，并誘發海底流體噴發活動。研究還發現，海南地幔柱的形態和巖漿活動模式與南海的區域構造環境密切相關。南海在張裂之前的晚中生代時期，經歷了古太平洋板塊的復雜俯沖過程，目前仍被俯沖帶所環繞。研究表明，南海深部地幔過渡帶和下地幔中存在顯著的俯沖物質痕跡，大量地殼物質和流體通過俯沖進入地球深部，榴輝巖等物質被卷入上升的地幔柱中。因此，海南地幔柱表現出熱化學地幔柱的幾何形態特征，榴輝巖等折返物質的加入削弱了上涌的正浮力，使得大部分巖漿物質在巖石圈層面發生橫向流動，經局部聚集侵入到地殼和沉積層中，形成了現今南海晚新生代巖漿活動的分布態勢。該研究不僅揭示了海南地幔柱在塑造南海張裂陸緣殼幔和地表地質過程中的重要作用，還為理解巖漿和海底流體活動的分布提供了新的視角。這一發現對于南海地區海底資源的勘探和地質災害的評估具有重要意義，同時也為地幔柱活動和巖漿流體系統演化提供了獨特的見解，有助于更好地理解地球深部過程與淺表地質響應的耦合關系。相關研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金項目、中國科學院南海海洋研究所自主部署項目、以及廣東省基礎研究與應用基礎研究項目等支持。圖1南海北部（a）多道地震反射數據、（b）深度學習生成的三維地殼模型、以及(c)遠震各向異性層析成像地幔模型的垂直剖面。（b）、（c）中背景顏色分別代表P波速度（Vp）和擾動值（dVp）。（d）中黑色線段指示了剖面位置。（c）中水平和豎直短線分別表示P波徑向各向異性正值(水平Vp>垂直Vp)和負值(水平Vp<垂直Vp)，短線長度表示幅值。(d)中粉色區域指示了晚新生代玄武巖分布。圖2 遠震各向異性層析成像模型的三維視圖。圖3南海北部的多道地震反射剖面。（a-d）對應圖1d中的A-D剖面。該圖顯示了海底火山、巖床、熔巖流和熱液噴口的分布，注意到在火成巖侵入體上方出現了氣體聚集、煙囪狀區和沉積物變形。T60（紅色曲線）對應于下中新統地層的底部。論文信息：Shaohong Xia*,Tao Gou*,Fang Zhao,Dapeng Zhao,Chaoyan Fan. Late Cenozoic magmatism of the South China Sea driven by the Hainan mantle plume. Science Bulletin,2024.?論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.12.010
植物是人工濕地系統的重要組成部分之一，其根際是植物與微生物相互作用的主要區域。大約5%-21%的總光合固定碳以根系分泌物的形式轉移到根際，根系分泌物可以改變根際微生物的豐度和多樣性，進而影響人工濕地中氮的去除效率。然而，處理高負荷污水過程中植物根系分泌物的變化特征及根際微生物群落的響應機制仍不清楚。因此，中國科學院亞熱帶農業生態研究所吳金水研究員團隊通過野外小區控制試驗，選擇了美人蕉、梭魚草和黃菖蒲三種濕地植物對養殖廢水進行處理。研究旨在揭示處理高負荷污水過程中濕地植物根際微生物群落的響應特征及氮去除機制。植物是人工濕地系統的重要組成部分之一，其根際是植物與微生物相互作用的主要區域。大約5%-21%的總光合固定碳以根系分泌物的形式轉移到根際，根系分泌物可以改變根際微生物的豐度和多樣性，進而影響人工濕地中氮的去除效率。然而，處理高負荷污水過程中植物根系分泌物的變化特征及根際微生物群落的響應機制仍不清楚。因此，中國科學院亞熱帶農業生態研究所吳金水研究員團隊通過野外小區控制試驗，選擇了美人蕉、梭魚草和黃菖蒲三種濕地植物對養殖廢水進行處理。研究旨在揭示處理高負荷污水過程中濕地植物根際微生物群落的響應特征及氮去除機制。研究發現：相比于美人蕉，梭魚草和黃菖蒲更適合處理含高濃度氮的養殖廢水。梭魚草和黃菖蒲根系分泌的溶解性有機碳（DOC）和總有機酸（TOA）在處理養殖廢水后分泌速率增加，而美人蕉則呈現相反趨勢。不同濕地植物根際微生物群落具有相同的優勢門，但其相對豐度上存在差異。在處理養殖廢水后微生物群落具有更加明顯的協同和共生關系。養殖廢水中的NH4+-N、TN濃度、pH、溶解氧（DO）含量以及根系分泌的丙二酸和琥珀酸可促進根際低豐度的氮循環功能微生物生長，進而增強微生物對氮素的降解能力，從而提高了人工濕地中氮的去除效率。本研究結果有助于進一步理解高負荷污水處理過程中植物根際氮的去除機理，也對人工濕地系統處理高負荷污水的功能提升技術具有重要理論價值。相關研究成果以Effect of root exudation on community structure of rhizosphere microorganism of three macrophytes during treating swine wastewater為題發表在環境科學與生態學Top期刊Journal of Environmental Management上。本研究得到了國家重點研發計劃項目和國家自然科學基金項目的共同資助。論文鏈接人工濕地植物根際脫氮機制示意圖環境因子及根系分泌物對根際微生物群落的組成和氮循環功能的影響
隨著陸源空氣污染物排放控制力度不斷加大，船舶排放對港口和沿海地區環境空氣質量影響日益凸顯。前期對船舶排放的氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、顆粒物等污染物研究相對較多，但船舶排放的揮發性有機化合物（VOCs）、中等揮發性有機化合物（IVOCs）等活性有機氣體研究相對較少，特別是其基于實測的貢獻影響研究非常缺乏。針對這一問題，中國科學院廣州地球化學研究所童夢雪博士生在王新明研究員和張艷利研究員的指導下，與南方科技大學、廣東省廣州生態環境監測中心站、廣州市生態環境局南沙監測站、廣東省生態環境監測中心、暨南大學等合作，選擇代表性內河船只在航行過程中進行實測（圖1），獲得船舶尾氣VOCs和IVOCs排放源譜；基于典型沿海站點和城市站點環境大氣VOCs和IVOCs觀測，探討了實際環境空氣中船舶排放對臭氧和二次有機氣溶膠（SOA）生成的潛在貢獻。取得的主要研究進展如下：（1）?內河船舶VOCs及IVOCs的排放因子均高于海船，其中內河船舶IVOCs平均排放因子達3.7 ± 3.5 g kg-1?fuel，高于已報道的其它IVOCs相關源（海船、汽油車、柴油車、非道路移動機械和生物質燃燒等）（圖2）。（2）?烷烴組成方面，有別于其它IVOCs排放源所排放C12-C22 正構烷烴中C12正構烷烴占主導的情況，內河船尾氣中C12-C15正構烷烴排放因子大致相當，以C14正構烷烴相對較高，這一特征可有助于識別內河船舶排放IVOCs。（圖3）。（3）?廣州沿海站點觀測表明船舶排放對環境VOCs濃度及其臭氧生成潛勢（OFPs）和二次有機氣溶膠生成潛勢（SOAFPs）的年均貢獻分別為6%、5%和14%，但7月受海洋傳輸影響較大時，船舶排放的貢獻達到最高，分別占到總VOCs濃度的22%、OFPs的15%和SOAFPs的31%（圖4）。（4）?2021年冬季PM2.5污染時期對廣州市城區和沿海站點的觀測表明，盡管船舶排放對環境空氣中總有機蒸氣（包括VOCs和一次碳氫IVOCs）濃度貢獻不到10%，但它們對SOA生成的貢獻可高達40%（圖5）。上述研究結果表明，船舶排放VOCs和IVOCs已成為沿海地區O3和SOA生成的重要前體物，控制船舶源排放有助于港口城市和沿海地區O3和PM2.5污染協同控制與空氣質量持續改善。圖1 采樣船舶圖2 實測船舶VOCs和IVOCs排放因子及其與他源的比較圖3?船舶及排放C12-C22正構烷烴組成及其與其它源比較圖4 不同污染源排放對VOCs濃度（a）、OFPs（c）以及SOAFPs（e）的貢獻的月變化；船舶與陸上柴油機排放源排放對VOCs濃度（b）、OFPs（d）以及SOAFPs（f）貢獻的月變化。圖5 城區站點（GYQ）和沿海站點（HKUST）不同污染源排放對有機蒸氣（VOCs + IVOCs）在8:00-19:00（a，b）、12:00-15:00（c，d）的初始排放貢獻及其在12:00-15:00對SOAFPs的貢獻（e，f）。?本研究受到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、香港RGC項目、中國科學院青年創新促進會、廣東省科技廳等項目的聯合資助。相關成果發表在國際學術期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》和《Environmental Pollution》上。?相關論文信息：(1) Mengxue Tong（童夢雪）,Yanli Zhang*（張艷利）,Huiyi Zhang（張惠儀）,?Duohong Chen（陳多宏）,Chenglei Pei（裴成磊）,Hao Guo（郭昊）,Wei Song（宋偉）,Xin Yang（楊新）,?and Xinming Wang（王新明）. (2024),?Contribution of ship emission to volatile organic compounds based on one-year monitoring at a coastal site in the Pearl River Delta region. Journal of Geophysical Research: Atmospheres,129,e2023JD039999.?https://doi.org/10.1029/2023JD039999(2) Mengxue Tong（童夢雪）,Yanli Zhang*（張艷利）,?Shaoxuan Xiao（肖少軒）,Chenglei Pei（裴成磊）,Jun Wang（王俊）,Runqi Zhang（張潤琪）,Xiaoqing Huang（黃曉晴）,Wei Song（宋偉） and Xinming Wang（王新明）*.?(2024),Simultaneous determination of volatile organic compounds (VOCs) and intermediate volatility organic compounds (IVOCs) for their contributions to secondary organic aerosol in Guangzhou,Journal of Geophysical Research: Atmospheres,129,e2024JD041018.?https://doi.org/10.1029/2024JD041018(3) Mengxue Tong（童夢雪）,Yanli Zhang*（張艷利）,?Mei?Li（李梅）,Qi Wang（王琪）,Xiao Tian（田曉）,Dan Zhang（張丹）,Aoqi Ge（葛澳琪）,Wei Song（宋偉）,Xin Xiong（熊鑫）,Yinong You（游亦農）,Yongjang Xu（徐永江）,Yihua Huang（黃奕華）,Xin Yang（楊新） and Xinming Wang（王新明）.(2024) Onboard measurements of organic vapor emissions from river vessels under various operational conditions,Environmental Pollution,364,125332.?https://doi.org/10.1016/j.envpol.2024.125332
