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菌根真菌在陆地生态系统碳循环中的作用

植物生态学报 2024年第1期48卷 1-20页

作者：陈保冬付伟伍松林朱永官中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室中国科学院大学

在陆地生态系统中,土壤、植被与大气之间有着可观的碳交换通量,陆地生态系统碳循环也和全球气候变化密切关联。菌根真菌可与绝大多数陆地植物建立菌根共生关系,通过矿质养分-碳交换连接起生态系统地上与地下部分,深度参与和影响陆地生... 详细信息

在陆地生态系统中,土壤、植被与大气之间有着可观的碳交换通量,陆地生态系统碳循环也和全球气候变化密切关联。菌根真菌可与绝大多数陆地植物建立菌根共生关系,通过矿质养分-碳交换连接起生态系统地上与地下部分,深度参与和影响陆地生态系统的碳循环过程。该文从碳的输入,土壤有机质的形成、稳定和分解等4个关键环节分别论述了菌根真菌在陆地生态系统碳循环中的作用。研究表明,菌根真菌在陆地生态系统碳的输入过程中扮演关键角色,其通过改善植物矿质营养,参与植物逆境响应,影响植物的光合作用强度,以及调控植物多样性与生产力之间的关系等多种途径,维持或提高植被初级生产力;大气中的CO2被植物固定后,一部分碳经由菌丝网络输送到土壤中,随后经微生物的分解和转化,与矿物结合或被团聚体包裹而被稳定在土壤中;同时,菌根真菌通过影响根际激发效应和菌丝际生物化学过程,如分泌特定胞外酶,与菌丝际微生物互作,驱动芬顿反应,以及与腐生微生物竞争等,调控土壤有机质的分解和转化过程。考虑到菌根真菌对环境和气候变化的敏感性,该文还探讨了全球变化因子对菌根真菌介导的碳循环过程的影响。最后,该文对未来研究方向进行了展望,并提出以下建议:依托联网研究,全面解析菌根真菌参与陆地生态系统碳循环的机理过程及其环境依赖性;加强定量研究,将菌根真菌的作用纳入生态系统碳循环模型;构建菌根应用技术体系,推进菌根真菌的生态和农业应用,提升陆地生态系统“碳汇”功能,为实现国家碳中和目标和应对气候变化提供可选择的技术方案。

关键词：陆地生态系统碳循环全球变化丛枝菌根真菌外生菌根真菌土壤有机质

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不同成土模式下黑土有机质热稳定性剖面分异特征

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土壤学报 2024年第3期61卷 662-673页

作者：龚可杨杨飞隆浩谷俊张甘霖土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京210008 中国科学院大学北京100049 湖泊与环境国家重点实验室(中国科学院南京地理与湖泊研究所) 南京210008 中国科学院流域地理学重点实验室(中国科学院南京地理与湖泊研究所) 南京210008

土壤有机质(soil organic matter,SOM)含量及其稳定性是评价土壤质量的重要指标,热重分析法在反映SOM含量与热稳定性方面显示出了较好的潜力而受到重视。探究不同成土模式下黑土SOM热稳定性在剖面尺度的分异规律及影响因素,可以为黑土... 详细信息

土壤有机质(soil organic matter,SOM)含量及其稳定性是评价土壤质量的重要指标,热重分析法在反映SOM含量与热稳定性方面显示出了较好的潜力而受到重视。探究不同成土模式下黑土SOM热稳定性在剖面尺度的分异规律及影响因素,可以为黑土资源保护与碳固定提供理论参考。本研究在东北典型黑土区采集了相对稳定地形条件下(平坦)自然发育的3个典型黑土剖面和非稳定地形条件下(有地表侵蚀和沉积)受侵蚀堆积过程影响的2个黑土剖面,采用热重分析法,基于不同温度区间的质量损失,分别以Exo1(200~350℃区间的质量损失)和Exo2(350~550℃区间质量损失)代表热易分解SOM和热稳定SOM,以微分热重曲线及热重参数指标(Exo1/Exo2和TG-T50)表征不同土壤剖面的SOM热稳定性分异特征,并结合傅里叶红外光谱讨论了SOM化学稳定性剖面分异特征。结果表明:稳定地形下自然发育的黑土,热易分解SOM(Exo1)含量相较于热稳定SOM(Exo2)含量随深度下降更快,Exo1/Exo2随深度减小,TG-T50随深度增加,脂肪族碳/芳香族碳减少,SOM稳定性随深度增加。非稳定地形条件下,黑土SOM热稳定性并未随深度表现出规律性下降趋势,存在深层SOM含量和Exo1/Exo2高于表层的现象,这主要是由于复杂的地表历史过程导致母质和SOM来源不同。本研究证实了热重分析法在反映SOM稳定性方面的适用性。黑土中SOM稳定性的剖面变化在很大程度上受成土模式的制约,而成土模式与地貌稳定性密切相关。侵蚀过程携带的大量热易分解SOM在坡面下部及流域沉积地形部位堆积,由于埋藏作用,这些热易分解SOM可以长期存在于深层土壤中。然而,非稳定地形区域一旦再遭侵蚀,这些埋藏的不稳定SOM很可能再次启动分解过程,同样可以导致大量埋藏的“老碳”被释放,成为黑土区碳排放的“热点”。

关键词：黑土热重分析热易分解有机质热稳定有机质

清代以来华北平原作物熟制演变重建与驱动力分析

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地理学报 2024年第3期79卷 765-778页

作者：李士成刘亚婷李建蕊张学珍中国地质大学(武汉)公共管理学院武汉430074 中国科学院地理科学与资源研究所中国科学院陆地表层格局与过程重点实验室北京100101 中国科学院大学资源与环境学院北京100049

历史土地集约利用重建是深入探究气候变化机制和影响的基础。本文从地方志和期刊论文中提取了清代以来华北平原不同地区(点)、不同时段的作物熟制及种植组合信息,据此重建了清代、中华民国(1912—1949年)、20世纪50年代、20世纪60年代... 详细信息

历史土地集约利用重建是深入探究气候变化机制和影响的基础。本文从地方志和期刊论文中提取了清代以来华北平原不同地区(点)、不同时段的作物熟制及种植组合信息,据此重建了清代、中华民国(1912—1949年)、20世纪50年代、20世纪60年代、20世纪70年代、20世纪80年代以来6个时段华北平原作物熟制及主要种植组合的时空演变,并探讨了其驱动力。结果表明:(1)清代至20世纪50年代华北平原作物熟制较稳定,以一年一熟和两年三熟为主,一年一熟主要集中在平原北部,两年三熟则多分布在河南和山东省。在灌溉和农业技术的驱动下,20世纪60—70年代华北平原大部分地区作物熟制演进为一年两熟、一年两熟与两年三熟混合,20世纪80年代以来则以一年两熟为主。(2)清代至20世纪50年代华北平原作物种植组合较稳定,一年一熟主要为谷、高粱等作物春种秋收,两年三熟作物组合以春玉米、冬小麦、豆类为主。20世纪60年代以来,一年两熟制作物组成在山东、河南、河北为冬小麦—夏玉米,在淮北为冬小麦—水稻;两年三熟制作物组合中夏作物由豆类发展成玉米/谷类。(3)清代以来,华北平原始终具备发展两年三熟、一年两熟的热量条件。热量变化并不是驱动华北平原清代以来熟制演变的主导因素,1949年中华人民共和国成立以来农业生产条件的改善和生产关系的变革推动了多熟制的快速发展。

关键词：华北平原过去300 a 作物熟制种植组合时空变化

我国重点地区臭氧变化特征及与气象要素的关系

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中国环境科学 2024年第4期44卷 1894-1904页

作者：米艺华杜惠云李杰杨文夷王涛王自发中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室北京100029 中国科学院大学北京100049

利用2015~2019年历史数据,分析我国臭氧(O_(3))时间、空间变化特征,结合同期气象数据研究重点区域臭氧污染与气象要素的关系.结果表明:2015~2019年我国O_(3)浓度整体呈上升趋势,全国O_(3)浓度年均值由83.8μg/m3增至92.4μg/m^(3).O_(3... 详细信息

利用2015~2019年历史数据,分析我国臭氧(O_(3))时间、空间变化特征,结合同期气象数据研究重点区域臭氧污染与气象要素的关系.结果表明:2015~2019年我国O_(3)浓度整体呈上升趋势,全国O_(3)浓度年均值由83.8μg/m3增至92.4μg/m^(3).O_(3)浓度变化主要呈"双峰型",2017年呈"单峰型".5~9月为O_(3)浓度的高值时段.1~3月、10~11月O_(3)浓度波动比4~9月大.我国O_(3)浓度呈"东高西低"的空间分布特征,高值区主要集中在京津冀地区.O_(3)浓度与日照时数呈正相关,与最高温度呈正相关,与相对湿度呈负相关.气象要素对O_(3)浓度的影响存在地区差异,大部分地区O_(3)浓度与温度的正相关性较强(r>0.5),而青藏地区O_(3)浓度与温度呈负相关(-0.2

关键词：臭氧污染变化特征气象要素

基于时空信息融合模型的2022年鄱阳湖湿地干旱过程监测分析

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湖泊科学 2024年第5期36卷 1525-1536页

作者：罗佳欢严翼肖飞曹淑慧陈苗苗杜耘中南民族大学资源与环境学院资源转化与污染控制国家民委重点实验室武汉430074 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院环境与灾害监测评估湖北省重点实验室武汉430071 中国科学院大学北京100049

2022年鄱阳湖流域发生自1951年有记录以来的严重干旱。为充分利用高时空分辨率影像探究鄱阳湖湿地干旱及生态响应过程,本文采用STNLFFM时空信息融合模型,融合了MODIS与Sentinel-2影像数据,构建出鄱阳湖2021-2022年平均时间间隔为15天的1... 详细信息

2022年鄱阳湖流域发生自1951年有记录以来的严重干旱。为充分利用高时空分辨率影像探究鄱阳湖湿地干旱及生态响应过程,本文采用STNLFFM时空信息融合模型,融合了MODIS与Sentinel-2影像数据,构建出鄱阳湖2021-2022年平均时间间隔为15天的10 m高时空分辨率归一化植被指数(NDVI)影像序列,对比分析了不同年份水体面积以及NDVI的时空变化,在此基础上探讨干旱可能造成的生态影响。结果表明:(1)2022年鄱阳湖干旱持续近3个月,退水时间比2021年提前约80天。2022年10月鄱阳湖最小水体面积为680 km^(2),较2021年同期减少约1900 km^(2),较2021年枯水期最小水体面积减少约337 km^(2)。2022年鄱阳湖湿地淹水时长小于90天的面积是2021年的3倍以上,约占总面积的30.77%。(2)2022年干旱过程中,湖区洲滩植被提前开始生长,NDVI均值在7月中旬之后迅速增大,较2021年同期均值最大相差0.27;到11月中旬,NDVI环境。湖区的碟形子湖具有较好的持水能力,对极端干旱具有较好的抵御作用。因此,本文建议在干旱期间,适当对湖区长势迅速的植被进行刈割,促使新芽萌发,保障候鸟的食源;开展高时空分辨率的水体连续变化过程监测和预测工作,以便及时救助非连通水体内被困的水生生物;对碟形子湖空间结构进行保护并适当给子湖补水,以保持碟形湖湿地生态系统的稳定性。

关键词：鄱阳湖湿地干旱时空信息融合归一化植被指数

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有源声呐回波二维匹配滤波特征提取及分类检测

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声学学报 2024年第4期49卷 731-742页

作者：赵猛王文博任群言肖旭马力余赟中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院水声环境特性重点实验室北京100190 中国科学院大学北京100049 中国人民解放军海军研究院北京100161

为降低有源声呐回波检测中的杂波虚警,提升低虚警率下的目标回波检测率,提出了一种基于二维匹配滤波的有源声呐回波分类检测方法。该方法将有源声呐接收数据的匹配信号划分为多个脉宽合适的子信号,并利用各子信号分别对接收数据进行匹... 详细信息

为降低有源声呐回波检测中的杂波虚警,提升低虚警率下的目标回波检测率,提出了一种基于二维匹配滤波的有源声呐回波分类检测方法。该方法将有源声呐接收数据的匹配信号划分为多个脉宽合适的子信号,并利用各子信号分别对接收数据进行匹配滤波处理,提取能够同时联合时频信息和匹配增益的二维匹配滤波特征。同时,选择卷积神经网络作为回波分类检测器,基于获取的二维匹配滤波特征区分回波信号和杂波信号。仿真和实验结果表明,该方法可提升浅海信道下的低虚警回波检测能力,在1‰虚警率下的海上回波检测率达到91.30%,相比已有方法提升4%左右。

关键词：回波检测杂波信号低虚警二维匹配滤波卷积神经网络

基于分子动力学方法的致密砂岩储层CO_(2)驱油研究进展

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天然气工业 2024年第4期44卷 146-159页

作者：余涛李琦谭永胜陈博文胡海翔岩土力学与工程国家重点实验室·中国科学院武汉岩土力学研究所中国科学院大学

随着致密砂岩储层CO_(2)-EOR项目的不断增加,亟需对CO_(2)与致密砂岩储层流体在孔隙介质中的相互作用机理进行研究,但室内实验难以观察到CO_(2)与流体在孔隙通道中的动态过程,而分子动力学模拟则可以弥补传统实验和数值方法的不足。为此... 详细信息

随着致密砂岩储层CO_(2)-EOR项目的不断增加,亟需对CO_(2)与致密砂岩储层流体在孔隙介质中的相互作用机理进行研究,但室内实验难以观察到CO_(2)与流体在孔隙通道中的动态过程,而分子动力学模拟则可以弥补传统实验和数值方法的不足。为此,围绕该方法在CO_(2)-EOR研究中的2大重点——界面行为与受限空间运移行为,对包括萃取、溶胀、降黏、降低界面张力、最小混相压力、润湿性等6个方面界面行为的相关研究成果进行了系统梳理,结合前人对CO_(2)与致密砂岩储层流体在受限空间中运移行为的研究成果,提出了分子动力学在致密砂岩储层CO_(2)-EOR研究中的关键科学问题。研究结果表明:①分子动力学能够很好地将CO_(2)萃取原油中—轻烃组分的过程进行可视化,建议根据原油实际组分构成分析CO_(2)的萃取能力,从而弄清CO_(2)萃取原油中各组分的优先顺序及效率;②有关CO_(2)分子对原油溶胀降黏作用的研究,大多数成果中的原油组分体系较为单一,建议根据实际储层的原油组分,系统探讨高温高压条件下CO_(2)的溶胀降黏作用;③对于CO_(2)与油水两相之间界面张力的研究更多是在体相中进行展开,而在纳米受限空间界面行为的研究还有待完善;④有关地层水在孔隙壁面的润湿性研究,对不同因素之间的协同效应影响润湿性的机理尚不明确。结论认为,随着量子力学研究的不断深入以及计算性能的日益强大,该方法可以在更大尺度上进行复杂体系的计算,以其为基础的油藏、页岩油气藏CO_(2)-EOR机理等研究将会取得较大的突破。

关键词：分子动力学 CO_(2)驱油致密砂岩储层溶胀降黏界面张力最小混相压力界面行为受限空间流动

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地球内核各向异性结构成因:矿物学模型和动力学机制

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矿物岩石地球化学通报 2024年第2期43卷 282-291,I0002页

作者：何宇孙士川徐云帆李和平中国科学院地球化学研究所中国科学院地球内部物质高温高压重点实验室贵阳550081

地震学观测表明,地球内核具有复杂的不均一性和各向异性结构,认知内核结构的关键在于研究内核各向异性结构的矿物学组成和动力学机制。本文将介绍内核各向异性结构特征,并探讨其矿物模型和动力学机制。在内核温压下,六方相(hcp)和体心立... 详细信息

地震学观测表明,地球内核具有复杂的不均一性和各向异性结构,认知内核结构的关键在于研究内核各向异性结构的矿物学组成和动力学机制。本文将介绍内核各向异性结构特征,并探讨其矿物模型和动力学机制。在内核温压下,六方相(hcp)和体心立方(bcc)相铁合金都表现出各向异性,若其快轴沿自转轴产生定向排布,则可以解释内核南北方向快、赤道方向慢的各向异性特征。轻元素的加入将显著改变铁合金的各向异性,特别是超离子态铁-氢合金的快轴方向随氢含量的增加而发生倒转。内核各向异性的动力学机制可分为3种:(1)凝固时晶体的定向生长。凝固时的组构在内核温度下会很快消失,因此该机制不是导致内核各向异性结构的主要原因;(2)外应力驱动。外应力驱动的定向排列需要考虑内核物质的流变机制,目前的模型主要基于刚性内核假设,要求内核主要发生位错蠕变且黏度大于1018Pa·s;(3)扩散内应力驱动。若内核处于超离子态,地磁场驱动轻元素定向扩散所产生的内应力可驱动晶格的定向排布。上述机制的驱动力(化学对流、热对流、地磁场)均来自外核,因此了解外核动力学与内核动力学的相互作用是认知内核组成和结构的关键。

关键词：地球内核各向异性高温高压铁合金定向排布

厦门市近岸海域水环境抗生素抗性基因污染分布特征

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环境科学 2024年第7期45卷 3903-3910页

作者：许文锋刘丽华黄福义贺琦张娴福建省厦门环境监测中心站厦门361022 中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室福建省流域生态重点实验室厦门361021

海岸带及毗连海岛是人类经济社会发展的热点区域,城市化、工业化和农业活动等人类活动对近岸海域水环境生态环境产生了深刻的影响.抗生素抗性基因(ARGs)作为一种新污染物,是当前水生态安全研究和公共关注的热点,但是近岸海域水环境ARGs... 详细信息

海岸带及毗连海岛是人类经济社会发展的热点区域,城市化、工业化和农业活动等人类活动对近岸海域水环境生态环境产生了深刻的影响.抗生素抗性基因(ARGs)作为一种新污染物,是当前水生态安全研究和公共关注的热点,但是近岸海域水环境ARGs污染研究比较匮乏.基于厦门市近岸海域地理环境特征,采用高通量定量PCR技术,深入研究了近岸海域水环境中抗生素抗性基因的种类丰度水平和分布格局.并结合16S rDNA基因扩增子测序方法,探究了水体环境微生物群落结构与组成,深入阐释了近岸海域抗生素抗性基因的影响因素和赋存变化机制.结果表明,近岸海域水体环境总共检测出187种抗生素抗性基因,丰度水平高达1.29×10^(10) copies·L^(-1),多重耐药类、氨基糖苷类和β内酰胺类是厦门市近岸海域水体环境最主要的3大类抗生素抗性基因,整体上呈现出丰度较高、种类多样以及普遍共存的特点,近岸海域水环境是抗生素抗性基因分布的重要热区和储存库;Nautella、Candidatus、Tenacibaculum、Rubripirellula和Woeseia等22种微生物是相应16种抗生素抗性基因的潜在携带者,可移动遗传元件(MGEs)和微生物群落结构对近岸海域水体环境抗性基因变化的综合解释量达到了93.9%,说明微生物群落及其可移动遗传元件是近岸海域水体抗生素抗性基因赋存和演化最重要的驱动力.以上研究结果说明,厦门市近岸海域水体环境抗生素抗性基因具有潜在的水生态安全及人类健康风险,能够为近岸海域水体环境微生物及ARGs污染控制提供科学支撑.

关键词：抗生素抗性基因(ARGs) 近岸海域水生态微生物海水