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现代人地系统科学认知与探测方法

科学通报 2024年第3期69卷 447-463页

作者：刘彦随刘亚群欧聪中国科学院地理科学与资源研究所北京100101 中国科学院区域可持续发展分析与模拟重点实验室北京100101

人地系统是人类活动与地理环境相互联系、相互作用而形成的复杂适应系统,具有综合性、区域性、复杂性、开放性、动态性特征.人地系统空间识别、类型诊断和强度评估是现代人地系统科学和地理学综合研究的核心内容,是科学认知人地系统演... 详细信息

人地系统是人类活动与地理环境相互联系、相互作用而形成的复杂适应系统,具有综合性、区域性、复杂性、开放性、动态性特征.人地系统空间识别、类型诊断和强度评估是现代人地系统科学和地理学综合研究的核心内容,是科学认知人地系统演化过程与机理、服务支撑人地系统协调与可持续发展决策的重要基础.本文基于人地关系地域系统理论和地理学“三主三分”方法,构建了自上而下的现代人地系统识别-诊断-评估科学认知体系,综合土地利用、人口密度、夜间灯光指数、感兴趣点等多源空间数据,利用决策树、空间聚类、人类足迹强度指数等定量模型方法,开展了2000~2020年中国人地系统地域空间分区、主要类型分类和作用强度分级探测研究.结果表明:(1)中国人地系统面积占比由53.9%增至54.1%,基本稳定在54%左右,空间上呈东南高、西北低的分异特征,平原地区、耕地和城市集中分布区的占比明显高于山地丘陵区和地广人稀地区.人地系统中生活功能区的面积占比由3.61%增至5.24%,生产和生态功能区占比分别由35.19%和61.20%降至34.66%和60.10%.(2)快速城镇化和乡村振兴发展促使城市型、村镇型人地系统面积扩大,分别增长了135.45%和9.59%,但新增主要源于农业型人地系统;受生态退耕和耕地扩张共同影响,农业型和生态型人地系统间存在相互转换,其面积分别减少1.06%和1.37%.(3)中国人地系统的人类足迹强度由9.28增至10.25,增幅为10%,呈现出高值区扩张、低值区缩减,人类活动持续加强且空间集聚化的特征.本研究分层次回答了人地系统分布、类型、等级等关键问题,深化了现代人地系统耦合过程-机理-格局的科学认知,可为人地系统协调和可持续发展决策提供参考依据.

关键词：现代人地系统科学人地关系地域系统地域空间识别主导类型诊断作用强度评估

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黄河上游近60年水沙变化特征及其影响因素

湖泊科学 2024年第2期36卷 602-619页

作者：张曦泽杨丽虎宋献方中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表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

由于受人类活动及气候变化影响,黄河上游干流水沙特征发生显著变化。为探究黄河上游水沙变化情况,基于黄河上游5个水文站19642019年水沙、遥感影像等数据,利用Mann-Kendall检验法、滑动t检验法、累积距平曲线和双累积曲线等突变检验方... 详细信息

由于受人类活动及气候变化影响,黄河上游干流水沙特征发生显著变化。为探究黄河上游水沙变化情况,基于黄河上游5个水文站19642019年水沙、遥感影像等数据,利用Mann-Kendall检验法、滑动t检验法、累积距平曲线和双累积曲线等突变检验方法和小波分析法,对黄河上游水沙变化特征进行研究。利用水沙关系曲线及线性回归法等方法估算人类活动和气候对水沙变化的贡献率,并着重讨论梯级水库建设及土地利用变化对水沙的影响。结果表明:1)黄河上游玛曲-小川段流域内降雨量和径流量变化幅度不明显,贵德站、循化站、小川站19862019年年均输沙量分别减至19641985年的9.8%、24.6%、38.8%,输沙量大大减少。黄河上游玛曲-小川段径流量突变多在1986年,输沙量突变多在1969、1986、2004年,径流量存在8、16、22 a周期,输沙量存在4~8、18~21、27 a周期。2)1969年后,河流输沙能力增强,水沙关系显著改变。在不同时段内,人类活动对径流量变化在19872019年贡献率为66.3%,对输沙量变化在19701986、19872004、20052019年的贡献率为72.96%、70.73%、69.7%。人类活动对黄河上游干流水沙影响占据主导因素。3)刘家峡水库淤积最为严重,单库运行期水库淤积量为2.39亿t,排沙比变化范围为1.39%~10.7%。梯级水库联调使得径流量在19642004年间减少47.8%,19642019年间梯级水库减沙94.8%,梯级水库对输沙量影响远大于对径流量的影响。4)19802020年间,草地面积增加了1880.03 km 2,增幅3.1%,有利于减少输沙量,草地拦沙效益大于截流效益。

关键词：黄河上游水沙变化人类活动梯级水库土地利用

喜马拉雅琼嘉岗伟晶岩型锂矿成矿地质特征和形成机制

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岩石学报 2024年第9期40卷 2664-2678页

作者：赵俊兴秦克章何畅通李俊瑜刘宇超施睿哲朱丽群赵永能林伟吴福元中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 岩石圈演化与环境演变全国重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

西藏喜马拉雅琼嘉岗伟晶岩型锂矿是喜马拉雅稀有金属成矿带标志性的伟晶岩型矿床。其成矿地质特征、成矿机理-机制和含矿性评价的研究对喜马拉雅稀有金属成矿带的形成机制和找矿勘查工作研究具有重要意义。中国科学院地质与地球物理研... 详细信息

西藏喜马拉雅琼嘉岗伟晶岩型锂矿是喜马拉雅稀有金属成矿带标志性的伟晶岩型矿床。其成矿地质特征、成矿机理-机制和含矿性评价的研究对喜马拉雅稀有金属成矿带的形成机制和找矿勘查工作研究具有重要意义。中国科学院地质与地球物理研究所在2021~2023年期间对喜马拉雅琼嘉岗伟晶岩型锂矿形成机制研究中,获得如下认识:(1)琼嘉岗锂辉石伟晶岩的主矿体主要顺矽卡岩化大理岩和钙质千枚岩面理侵入,中部整体上呈板状近水平(10°~20°),主矿体两侧倾角相对较大(30°~50°);(2)琼嘉岗矿床的富锂矿物主要为锂辉石(包括3个期次),次为透锂长石、锂绿泥石、锂云母等,其他稀有金属矿物包括绿柱石、日光榴石、羟硅铍石、铌锰矿-铌铁矿、锡石等,围岩蚀变主要为矽卡岩化并含有少量锡矿化;(3)琼嘉岗锂矿中花岗岩-伟晶岩的演化和成矿受岩浆结晶分异过程控制,锂辉石伟晶岩矿体的形成与系统大量流体出溶有关,花岗质熔体演化的早期阶段稀有金属可能达到饱和;(4)钾长石Ti温度计和流体包裹体等容线相交法揭示出从电气石白云母花岗岩到锂辉石伟晶岩呈现降温趋势,锂辉石伟晶岩石英形成时流体的捕获温度为410~475℃,捕获压力为180~240MPa,结合含锂矿物相关系揭示出降压是锂辉石伟晶岩形成的重要机制;(5)建立了琼嘉岗锂矿的成矿模式,指出高度结晶分异、流体出溶和降压过程控制了琼嘉岗锂辉石伟晶岩的形成,流体交代作用形成了稀有金属矿化;(6)长石结构和化学成分(Rb、Cs、Sr、Ba、K/Rb和形成温度)、石榴子石组成(高水含量、高Mn/(Mn+Fe)的锰铝榴石)、副矿物组成及其包裹矿物类型是琼嘉岗及周边伟晶岩含矿性评价的有效指标。

关键词：琼嘉岗锂矿地质特征成矿机制成矿模型喜马拉雅稀有金属成矿带

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亚波长尺度裂缝地震散射分辨分析

地球物理学报 2024年第1期67卷 318-331页

作者：冯一琳魏伟付博烨符力耘中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院油气资源研究重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 北京工业大学城市建设学部北京100124 中国石油大学(华东)深层油气重点实验室青岛266580

裂缝储层地震特征的准确识别已成为当前地震勘探的难点之一,特别是深层礁滩或碳酸盐岩储层,其大部分裂缝都在亚波长尺度,按照传统地震反射四分之一波长几何分辨准则是不能完全分辨的.传统研究裂缝地震响应的方法主要基于各向异性等效介... 详细信息

裂缝储层地震特征的准确识别已成为当前地震勘探的难点之一,特别是深层礁滩或碳酸盐岩储层,其大部分裂缝都在亚波长尺度,按照传统地震反射四分之一波长几何分辨准则是不能完全分辨的.传统研究裂缝地震响应的方法主要基于各向异性等效介质理论,但由于亚波长尺度裂缝微小且其地震反射弱并存在噪声干扰等问题,故该传统方法逼近精度有限.然而,这类部分可分辨裂缝可在地震散射范畴来分析和预测,本文基于散射聚焦分辨分析理论,提出了表征裂缝系统空间分布和形态特征的波数域散射成像矩阵方法,据此计算了含裂缝与不含裂缝的波数域成像矩阵之间的振幅差异性和结构差异性,从散射能量及其各向异性的角度分析了亚波长尺度裂缝的地震可识别性.均匀和复杂背景介质下的算例表明,振幅差异性随裂缝厚度和密度的变化规律显著,结构差异性随裂缝角度变化规律更加明显.同时讨论了随机噪声和排列长度等因素对裂缝系统地震散射可识别性的影响.排列长度和噪声对于裂缝厚度响应影响较小,主要影响高角度裂缝的识别,同时要求排列长度大于三倍目标深度才可应用该方法进行裂缝参数识别.

关键词：亚波长尺度裂缝识别波数域散射成像矩阵振幅差异结构差异

遮荫对滨海盐碱地水盐运移及油葵生长和生理的影响

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生态学报 2024年

作者：任羽飞封晓辉李静郭凯李伟柳吴玉洁刘小京河北省土壤生态学重点实验室/中国科学院盐碱地资源高效利用工程实验室/中国科学院农业水资源重点实验室/中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心中国科学院大学

盐碱地是建设光伏的主要土地类型之一。盐碱地光伏系统中光伏组件的遮荫作用会改变局地微气候进而影响土壤水盐动态，系统内作物的生长会受到遮荫和土壤盐分的双重胁迫，阐明遮荫下盐碱地水盐动态和作物生理响应对指导盐碱地光伏农业开... 详细信息

盐碱地是建设光伏的主要土地类型之一。盐碱地光伏系统中光伏组件的遮荫作用会改变局地微气候进而影响土壤水盐动态，系统内作物的生长会受到遮荫和土壤盐分的双重胁迫，阐明遮荫下盐碱地水盐动态和作物生理响应对指导盐碱地光伏农业开发利用具有重要意义。本研究采用大田试验方法，以油葵（Helianthus annuusLinn．）为试验对象，分别设0%、30%、60%和90%遮荫水平，探究遮荫对滨海盐碱地水盐动态及油葵生长特性、光合特性、叶片解剖结构、生物量、籽粒产量及品质的影响，以揭示遮荫下滨海盐碱地水盐运移规律及作物生长和生理变化。结果表明，与无遮荫相比，遮荫能够显著增加滨海盐碱地油葵全生育期内土壤剖面含水量，降低土壤剖面含盐量。遮荫会显著降低油葵净光合速率，抑制茎粗和花盘的生长，减少籽粒粗脂肪，并提高籽粒粗蛋白。弱光下油葵自身会通过增加株高、提高光合色素含量、降低光合色素比值、提高光合酶活性、减小叶片厚度、改变碳同化产物分配方向等方式来促进光合作用。在遮荫率约为30%—60%时，能够增加18%—38%的耕作层土壤含水量，降低6%—18%的耕作层土壤含盐量，并维持15%—38%的油葵生物量和29%—55%的油葵籽粒产量。以上结果表明，遮荫能够改善滨海盐碱地水盐条件，减轻作物盐胁迫，但油葵作为喜光作物，遮荫会显著抑制其光合作用，影响籽粒产量和品质，因此，建议在光伏组件上限遮荫率约为30%—60%的盐碱地光伏系统内种植油葵，以维持油葵的籽粒产量。

关键词：油葵遮荫盐碱地水盐运移生长生理

希夏邦马峰地区矽卡岩型稀有金属矿化:岩石学特征、成矿时代及其地质意义

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岩石学报 2024年第5期40卷 1527-1547页

作者：侯康师王佳敏胡方泱杨雷岩石圈演化国家重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049 中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 成都理工大学地球科学学院成都610059

近年来,喜马拉雅稀有金属找矿工作和成矿研究不断取得突破,喜马拉雅已成为我国新的战略性矿产资源基地。本次研究对希夏邦马峰地区的吉隆岩体北部扎龙沟、岗布以及聂拉木北部等多处的矽卡岩进行了岩相学、矿物学和年代学研究,指出该区... 详细信息

近年来,喜马拉雅稀有金属找矿工作和成矿研究不断取得突破,喜马拉雅已成为我国新的战略性矿产资源基地。本次研究对希夏邦马峰地区的吉隆岩体北部扎龙沟、岗布以及聂拉木北部等多处的矽卡岩进行了岩相学、矿物学和年代学研究,指出该区域广泛发育石榴子石、透辉石、符山石、绿帘石和角闪石等典型矽卡岩矿物。研究结果显示,扎龙沟矽卡岩具有明显的Li-Be-Sn矿化现象,成矿元素主要赋存在符山石(Li:469×10^(-6)~3162×10^(-6);Be:47.9×10^(-6)~2010×10^(-6);Sn:58.1×10^(-6)~1767×10^(-6))和云母(Li:2900×10^(-6)~3570×10^(-6))中,且云母中Rb(1572×10^(-6)~2364×10^(-6))、Cs(390×10^(-6)~749×10^(-6))、Ga(68.2×10^(-6)~111×10^(-6))元素含量较高;岗布矽卡岩以Li-Be矿化为主,赋存矿物为符山石(Li:833×10^(-6)~1624×10^(-6);Be:401×10^(-6)~1664×10^(-6);Sn:87.8×10^(-6)~181×10^(-6))和榍石(Sn:30340×10^(-6)~48600×10^(-6));聂拉木矽卡岩以Sn矿化为主,赋存矿物为石榴子石(92.3×10^(-6)~571×10^(-6))和绿帘石(86.0×10^(-6)~2003×10^(-6))。榍石U-Pb定年结果显示,扎龙沟矽卡岩形成于19~18Ma,岗布和聂拉木矽卡岩形成于24~23Ma,分别与已报道的钠长石花岗岩、电气石白云母淡色花岗岩时代一致,是岩浆出溶的热液流体交代围岩的产物,反映喜马拉雅稀有金属阶段性成矿特点。榍石Zr和黑云母Ti等温度计结果结合矿物成分表明,矽卡岩化过程中,热液流体温度从~680℃降低至~520℃,晚期均以氧化环境为主。进变质过程中脱CO 2导致原岩孔隙度增加,为后续成矿流体的加入和热量传输提供通道;退化蚀变过程中体积增大,岩石产生构造裂隙,控制成矿矽卡岩最终产出形态。综合研究表明,淡色花岗岩在藏南拆离系驱动下高度分异演化造成Li、Be、Sn等元素富集,晚期出溶的热液流体与碳酸盐岩围岩发生接触交代变质和矽卡岩化反应,是吉隆-聂拉木一带矽卡岩型Li-Be-Sn矿化的主要机制。我们指出,喜马拉雅造山带具有很好的矽卡岩型稀有金属成矿前景,未来应加强对接触变质带和围岩蚀变的研究,以寻找更多稀有金属矿床。

关键词：喜马拉雅矽卡岩稀有金属成矿接触交代变质热液流体

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气候变化的灾害效应与科学挑战

科学通报 2024年第2期69卷 286-300页

作者：王岩王昊崔鹏陈德亮唐金波欧廷海郝建盛王姣张国涛雷雨伍纯昊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模拟重点实验室北京100101 中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室成都610299 Department of Earth Sciences University of GothenburgGothenburg 40530Sweden

自然灾害是地球系统各圈层相互作用最剧烈的一种表现形式,对人类社会有着深远的影响.气候变化导致的温度升高和降雨增多对灾害发生的水源、物源、能量等条件都有所影响,致使自然灾害出现新特点和新趋势,灾害风险急剧增加;自然灾害间的... 详细信息

自然灾害是地球系统各圈层相互作用最剧烈的一种表现形式,对人类社会有着深远的影响.气候变化导致的温度升高和降雨增多对灾害发生的水源、物源、能量等条件都有所影响,致使自然灾害出现新特点和新趋势,灾害风险急剧增加;自然灾害间的相互作用变强,促使复合灾害和级联灾害风险均有明显上升.本文归纳总结了自然灾害在强度、频率、持续时间、触发时间与位置、规模或影响范围等方面的变化规律,阐述其对气候变化的响应机制,提出气候变化灾害风险的五大科学挑战,包括:气候变化驱动的圈层相互作用和内外动力耦合致灾机制、跨时空尺度灾害发育规律、极端事件信息感知与数据驱动的风险判识、灾害动力学与风险演化规律、灾害风险管理与韧性社会构建.积极主动地应对这些挑战有助于深化对地球系统的科学理解,适应全球变化,减小灾害风险.

关键词：气候变化自然灾害灾害效应响应机制科学挑战

芽孢表面展示系统及其在水产疫苗研发中的应用

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水生生物学报 2024年第4期48卷 694-706页

作者：昝子叶柯飞赵威山邹红王桂堂吴山功中国科学院水生生物研究所农业农村部淡水养殖病害防控重点实验室水产品种创制与高效养殖重点实验室(中国科学院)武汉430072 中国科学院大学北京100049

水产养殖动物疾病的发生日益频繁,给整个行业造成了巨大的经济损失。口服疫苗可以有效预防疾病的发生,同时不会造成应激反应,更适用于水产动物疾病的预防。芽孢杆菌是水产中常用益生菌,能够形成抗逆性强的芽孢,芽孢能够被用来构建芽孢... 详细信息

水产养殖动物疾病的发生日益频繁,给整个行业造成了巨大的经济损失。口服疫苗可以有效预防疾病的发生,同时不会造成应激反应,更适用于水产动物疾病的预防。芽孢杆菌是水产中常用益生菌,能够形成抗逆性强的芽孢,芽孢能够被用来构建芽孢表面展示系统,进而成为抗原呈递的理想平台。因而,利用芽孢表面展示口服疫苗并将抗原稳定地呈递到肠道,发挥更加高效的免疫性能的研究受到了越来越多的关注。文章综述了芽孢杆菌芽孢和感受态,以及芽孢表面展示系统,此外,还特别概述了芽孢作为口服疫苗载体在预防水产动物细菌病、病毒病和寄生虫病方面的研究与应用,以期为水产养殖动物高效稳定口服疫苗的开发提供参考。

关键词：芽孢表面展示系统芽孢口服疫苗水产动物疾病

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中纬度造山带地区的长期化学风化——中亚和北美的对比研究

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地质学报 2024年第6期98卷 1880-1892页

作者：孙晨朱秉启中国科学院地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室北京100101 中国科学院大学北京100049

长期化学风化速率(LCWR)和化学风化剥蚀率(CDF)是表征区域化学风化程度和揭示地貌和气候系统演变的重要依据。全球尺度上,中纬度地区的长期化学风化研究远比低纬地区争议更多,原因之一是其风化机制在理论认识上仍存在不确定性,特别是造... 详细信息

长期化学风化速率(LCWR)和化学风化剥蚀率(CDF)是表征区域化学风化程度和揭示地貌和气候系统演变的重要依据。全球尺度上,中纬度地区的长期化学风化研究远比低纬地区争议更多,原因之一是其风化机制在理论认识上仍存在不确定性,特别是造山带地区的长期化学风化与物理侵蚀、构造、气候之间的关系等。本文利用地球化学质量平衡方法,针对北半球中纬度典型造山带(中亚黑河流域和北美内华达山脉)开展了相关数据和资料的系统整理与再分析,估算了黑河流域的LCWR值和物理侵蚀速率(E)值并与内华达山脉进行了对比研究。分析结果表明,黑河流域、内华达山脉的LCWR分别为17.4~895t/km^(2)/a、1~173t/km^(2)/a,CDF分别为0.17~0.81、0.02~0.61,LCWR与E均显著正相关,与海拔高度、年均温度、年均降水量等仅局部相关。研究区的长期化学风化主要表现为“供应受限型”风化,但黑河流域局部地区已处于“供应受限”与“动力学受限”过渡的风化阶段。结合回归分析结果和已有成果的综合分析,中纬度造山带地区的长期化学风化速率受到地质、气候等因素的协同影响,但主控因素为地质因素,而化学风化剥蚀率则主要受控于其他因素。

关键词：长期化学风化速率化学风化剥蚀率物理侵蚀速率地球化学质量平衡方法中纬度造山带