中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站在喀斯特土壤微生物碳泵-礦物碳泵協(xié)同/權(quán)衡機制研究取得新進展，相關(guān)研究成果近期以Lithological controls on soil aggregates and minerals regulate microbial carbon use efficiency and necromass stability為題發(fā)表在自然指數(shù)（Nature Index）期刊Environmental Science & Technology，張偉、王克林研究員為論文通訊作者，胡培雷副研究員為第一作者。中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站在喀斯特土壤微生物碳泵-礦物碳泵協(xié)同/權(quán)衡機制研究取得新進展，相關(guān)研究成果近期以Lithological controls on soil aggregates and minerals regulate microbial carbon use efficiency and necromass stability為題發(fā)表在自然指數(shù)（Nature Index）期刊Environmental Science & Technology，張偉、王克林研究員為論文通訊作者，胡培雷副研究員為第一作者。土壤異養(yǎng)微生物驅(qū)動的有機碳積累主要包括兩個過程：1）微生物通過分解和合成代謝驅(qū)動植物光合碳在微生物活體-殘體傳遞；2）微生物殘體在土壤中的穩(wěn)定化過程，即土壤團聚體和礦物的物理-化學(xué)保護作用。微生物碳利用效率反應(yīng)微生物分解和合成代謝雙重效應(yīng)權(quán)衡，碳利用效率越高，意味著微生物將吸收的碳更多分配至生物量合成，經(jīng)過微生物生長-繁殖-死亡的迭代過程，促進土壤有機碳形成。然而，土壤團聚體和礦物的物理-化學(xué)保護作用增加了微生物養(yǎng)分限制，從而降低了微生物碳利用效率。因此，土壤團聚體和礦物對微生物碳泵儲碳可能存在權(quán)衡效應(yīng)，一方面降低了微生物碳利用效率和殘體形成，另一方面提高了微生物殘體碳（微生物源碳）穩(wěn)定性。前期研究發(fā)現(xiàn)，植被恢復(fù)背景下，西南喀斯特出露基巖非但沒有限制土壤有機碳固定，中等程度的基巖出露反而促進土壤有機碳積累。其核心可能與碳酸鹽巖相對快速的溶解動力學(xué)特性有關(guān)。巖石風(fēng)化過程析出大量的礦物到土壤，增強了土壤團聚體穩(wěn)定性和礦物保護能力。因此，科研人員推測喀斯特土壤團聚體和礦物保護對土壤有機碳形成和穩(wěn)定具有更強的權(quán)衡效應(yīng)。基于此，研究團隊以渝黔桂典型水熱梯度樣帶為研究區(qū)，以喀斯特和非喀斯特相同林齡的次生林土壤為研究對象，量化原狀土壤和破碎團聚體土壤微生物碳利用效率，闡明微生物殘體在不同穩(wěn)定態(tài)有機質(zhì)組分中的分配賦存特征。結(jié)果表明：1）破碎團聚體顯著提高了喀斯特和非喀斯特土壤微生物碳利用效率；2）喀斯特土壤高鈣和高鐵氧化物含量增強了大團聚體穩(wěn)定性和礦物保護能力，降低了微生物碳利用效率；3）盡管土壤團聚體穩(wěn)定性和礦物保護降低了微生物碳利用效率和微生物殘體生成量，但礦物保護增強了微生物殘體穩(wěn)定性；4）土壤團聚體和礦物對土壤有機碳形成和穩(wěn)定的權(quán)衡效應(yīng)受巖性調(diào)控，喀斯特土壤高礦物含量導(dǎo)致更高的權(quán)衡效應(yīng)。研究結(jié)果強調(diào)僅基于微生物碳利用效率大小來評估土壤固碳潛力可能會存在偏差，喀斯特土壤碳循環(huán)研究以及固碳增匯技術(shù)研發(fā)需要考慮微生物碳泵和礦物碳泵協(xié)同和權(quán)衡效應(yīng)。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、自然科學(xué)基金區(qū)域聯(lián)合重點基金等項目的資助。論文鏈接研究區(qū)概況土壤團聚體和礦物影響微生物殘體形成和穩(wěn)定的協(xié)同與權(quán)衡機制
近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室（LTO）杜巖研究員團隊在熱帶印度洋環(huán)流水團混合過程的研究中取得新進展。相關(guān)研究成果以題為“Large mixed layer salinity variation in the southern tropical Indian Ocean due to the blending of water masses”，發(fā)表在國際期刊Geophysical Research Letters上。博士研究生趙章喆為第一作者，研究員杜巖為通訊作者，美國斯克里普斯研究所教授Janet Sprintall為論文合作者。熱帶南印度洋混合層鹽度變化較大，該地區(qū)的環(huán)流受印度洋熱帶環(huán)流圈控制，而熱帶印度洋環(huán)流圈強度又與印度洋偶極子模態(tài)（IOD）緊密相關(guān)，這種年際變化調(diào)制著熱帶印度洋海盆的熱鹽交換。然而，以往的研究對熱帶印度洋典型水團在年際尺度上的混合過程和相關(guān)貢獻(xiàn)的了解有限。在正（負(fù)）IOD期間，熱帶印度洋環(huán)流圈觀測到異常的增強（減弱）（圖1），混合層鹽度異常的峰值相對于IOD指數(shù)存在4個月的之后。其中，孟加拉灣是熱帶南印度洋低鹽水的主要來源，高鹽水則主要來自赤道系印度洋，這表明熱帶印度洋環(huán)流圈對于水團混合至關(guān)重要。研究證明，與IOD相關(guān)的異常環(huán)流調(diào)制了印度洋內(nèi)部典型水團的混合過程。在負(fù)IOD事件發(fā)生期間，可以看到來自西印度洋的高鹽水增多，來自孟加拉灣的低鹽水也隨之增多，且來自印尼貫穿流的淡水減少。此外，研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)由馬六甲海峽的低鹽水同樣也占有相當(dāng)高的比例，此時熱帶南印度洋年平均混合層鹽度降低，這說明西赤道印度洋高鹽水的減少仍在混合層鹽度變化中占據(jù)主導(dǎo)作用，而來自孟加拉灣和經(jīng)由馬六甲海峽的低鹽水則在年末作用更顯著，這有助于負(fù)IOD時期的低鹽異?；謴?fù)正常。相關(guān)的水團混合比例在正IOD期間情況相反（圖2）。本文主要研究了熱帶印度洋環(huán)流圈在該區(qū)域混合層鹽度變化中的作用，提供了熱帶南印度洋混合層鹽度變率的潛在可預(yù)測性，有助于加深對印度洋物質(zhì)和水體輸運的理解。該研究由國家自然科學(xué)基金項目、中國科學(xué)院項目的資助、國家自然科學(xué)基金委共享航次計劃和國家留學(xué)基金委等共同資助完成。相關(guān)論文信息：Zhao,Z.,Sprintall,J.,Du,Y. (2024). Large mixed layer salinity variation in the southern tropical Indian Ocean due to the blending of water masses. Geophysical Research Letters,51,e2024GL110569.文章鏈接：https://doi.org/10.1029/2024GL110569圖1.2004-2022年(a)月精度(b)年平均Argo混合層鹽度標(biāo)準(zhǔn)差。(c)-(d)12月和6月異常鹽度和異常環(huán)流。(e)-(f)正IOD和負(fù)IOD異常鹽度和異常環(huán)流。圖2.(a)正IOD和(b)負(fù)IOD進入熱帶南印度洋的粒子比例變化。(c)-(f)來自印尼貫穿流、西赤道印度洋、孟加拉灣和馬六甲海峽粒子在IOD發(fā)生時相關(guān)的比例變化。(g)-(h) IOD發(fā)生時典型水團混合示意圖，其中黑色箭頭表示異常環(huán)流，紅色實線（虛線）箭頭表示來自不同源區(qū)的海水增加（減少）。
薛定諤指出，生命以負(fù)熵為生。普里高津則提出了耗散結(jié)構(gòu)理論，進一步闡釋了能量在有序結(jié)構(gòu)演化中的作用。生物組裝體常常展現(xiàn)出這種能量耗散的特性。薛定諤指出，生命以負(fù)熵為生。普里高津則提出了耗散結(jié)構(gòu)理論，進一步闡釋了能量在有序結(jié)構(gòu)演化中的作用。生物組裝體常常展現(xiàn)出這種能量耗散的特性。例如，微管蛋白需要不斷消耗三磷酸鳥苷，以維持其組裝結(jié)構(gòu)并執(zhí)行牽引染色體分離等生物功能。目前，借助化學(xué)手段，人們已成功構(gòu)建了多種耗散組裝體系，獲得了瞬態(tài)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。然而，遠(yuǎn)離平衡態(tài)的涌現(xiàn)功能，例如機械功能，仍然相對稀缺。因此，需要拓展耗散組裝的研究范式，來探索能量消耗所帶來的獨特性質(zhì)與行為。這將有助于開發(fā)復(fù)雜功能，并深化對生命活性的理解。2024年11月8日北京時間18:00，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院劉凱研究員和荷蘭格羅寧根大學(xué)Sijbren Otto團隊合作在Nature Chemistry上在線發(fā)表題為“Molecular-scale dissipative chemistry drives the formation of nanoscale assemblies and their macroscale transport”的研究論文，突破了耗散組裝系統(tǒng)中機械做功的難題，證明了高能態(tài)的耗散組裝體可作為能量轉(zhuǎn)化器，這為開發(fā)活性材料提供了新視角?？傮w上，我們通過調(diào)節(jié)耗散反應(yīng)的速率，控制組裝動態(tài)和通訊行為，將耗散組裝和馬蘭戈尼效應(yīng)自組織整合起來，構(gòu)建了一個可趨化性運動的活性液滴系統(tǒng)。圖1. 化學(xué)燃料驅(qū)動的液滴形成和馬蘭戈尼對流首先開發(fā)了一種耗散酰胺鍵，并構(gòu)筑了活性液滴。馬來酸酐和辛胺在水溶液中反應(yīng)得到一種酰胺化合物，其在酸性條件下易于水解。碳二亞胺可作為第二種燃料分子，驅(qū)動二酸廢料與辛胺重新生成酰胺化合物，從而構(gòu)建耗散反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。在這一過程中，酰胺產(chǎn)物能夠通過分子間的靜電和疏水作用與辛胺組裝形成凝聚體液滴。這些液滴中的疏水區(qū)域有助于溶解馬來酸酐，進而加速反應(yīng)，實現(xiàn)自催化的生長。圖2. 液滴的結(jié)構(gòu)表征和自我生長通過控制化學(xué)燃料的添加，可以實現(xiàn)對液滴生長的動態(tài)調(diào)控。一方面，化學(xué)燃料能觸發(fā)反應(yīng)-組裝網(wǎng)絡(luò)中酰胺化合物與辛胺的濃度拮抗效應(yīng)，促進液滴的震蕩式生長；另一方面，當(dāng)液滴完全水解消失后，加入化學(xué)燃料能夠使其再生，這一循環(huán)可以重復(fù)多次，展現(xiàn)出瞬態(tài)結(jié)構(gòu)的特征。圖3. 液滴的耗散組裝和瞬態(tài)結(jié)構(gòu)進一步利用活性液滴與油酸之間的化學(xué)通訊，獲得了耗散組裝系統(tǒng)的機械功能。當(dāng)在液滴溶液表面滴加油酸時，水面上的液滴會向著油酸運動。這是由于液滴中水解釋放出的辛胺可被油酸吸收，從而在水-空氣界面上形成辛胺濃度梯度，進而導(dǎo)致表面張力的梯度變化。最終，憑借馬蘭戈尼效應(yīng)，液體從低表面張力區(qū)域流向高表面張力區(qū)域，促使液滴發(fā)生運動。此外，通過控制燃料分子的加入，可以調(diào)節(jié)液滴的運動速度和持續(xù)時間。圖4. 液滴的定向運動與調(diào)控上述系統(tǒng)中，化學(xué)燃料在分子尺度上驅(qū)動酰胺鍵的合成；在納微尺度上，促進高能活性液滴的生成；在宏觀尺度上，推動液體流動而帶動液滴定向運動。通過活性液滴和馬蘭戈尼回流這兩種耗散結(jié)構(gòu)的耦合，實現(xiàn)了跨尺度的能量轉(zhuǎn)化。同時，該研究為控制馬蘭戈尼效應(yīng)提供了源-庫系統(tǒng)的調(diào)控方法，可用于物質(zhì)的精確傳送，并有望在構(gòu)建組裝圖案和活性流體方面發(fā)揮重要作用。此外，該液滴系統(tǒng)由簡單的分子構(gòu)成，可作為趨化性運動的原始細(xì)胞模型，進一步構(gòu)筑復(fù)雜群體行為。劉凱研究員為本文第一作者，劉凱研究員、Sijbren Otto教授為本文共同通訊作者，中科院深圳先進院為第一單位。<!--!doctype-->
科研團隊建立了考慮相變材料潛熱恢復(fù)性能和流動能耗的綜合評價方法，對液冷流道的流形、截面形、截面積、通道數(shù)和波動振幅進行了全面結(jié)構(gòu)優(yōu)化，基于優(yōu)化后的復(fù)合冷板結(jié)構(gòu)構(gòu)建側(cè)面冷卻的緊湊式電池模組熱管理系統(tǒng)，并提出一種基于時間的提前關(guān)斷策略，利用多目標(biāo)優(yōu)化遺傳算法(MOGA)，以電池最大溫度、電芯單體最大溫差和液冷系統(tǒng)能耗為目標(biāo)參數(shù)，對涵蓋液冷運行參數(shù)、相變材料性能參數(shù)和關(guān)斷時間等5個關(guān)鍵參數(shù)進行多參數(shù)優(yōu)化。近日，中國科學(xué)院廣州能源研究所董凱軍研究團隊在鋰電池相變材料液冷復(fù)合熱管理技術(shù)研究方面取得新進展。鋰電池是推動我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵組件，被廣泛應(yīng)用于電動車和儲能領(lǐng)域。鋰電池發(fā)熱功率與運行風(fēng)險隨著充放電倍率的提高而顯著增加，高效可靠的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)對鋰電池安全運行至關(guān)重要。科研團隊提出了一種基于嵌入式相變材料液冷復(fù)合冷板的電池?zé)峁芾硐到y(tǒng)（EHCP-BTMS），能夠結(jié)合主被動冷卻技術(shù)有效控制鋰電池溫度，并具備良好節(jié)能潛力，為高倍率下鋰電池安全運行提供了高效節(jié)能的熱管理解決方案。圖1 嵌入式相變材料液冷復(fù)合冷板內(nèi)部結(jié)構(gòu)及熱管理系統(tǒng)布置方式科研團隊建立了考慮相變材料潛熱恢復(fù)性能和流動能耗的綜合評價方法，對液冷流道的流形、截面形、截面積、通道數(shù)和波動振幅進行了全面結(jié)構(gòu)優(yōu)化，基于優(yōu)化后的復(fù)合冷板結(jié)構(gòu)構(gòu)建側(cè)面冷卻的緊湊式電池模組熱管理系統(tǒng)，并提出一種基于時間的提前關(guān)斷策略，利用多目標(biāo)優(yōu)化遺傳算法(MOGA)，以電池最大溫度、電芯單體最大溫差和液冷系統(tǒng)能耗為目標(biāo)參數(shù)，對涵蓋液冷運行參數(shù)、相變材料性能參數(shù)和關(guān)斷時間等5個關(guān)鍵參數(shù)進行多參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果表明，在最優(yōu)參數(shù)下，電池組3C放電過程中的最高溫度為39.70 ℃，最大溫差為4.90℃，泵耗相比連續(xù)液冷策略降低了80.80%。該研究成果可為高倍率下降低單體電池溫差以及熱管理系統(tǒng)節(jié)能運行提供技術(shù)支撐。圖2 ?(a)多目標(biāo)優(yōu)化前與(b)優(yōu)化后電池模組溫度分布對比研究得到國家自然科學(xué)基金項目、廣州開發(fā)區(qū)國際科技合作項目等資助。以上研究發(fā)現(xiàn)已申請發(fā)明專利，相關(guān)成果以Multi-objective optimization of battery thermal management system based on a novel embedded hybrid cooling plate considering time-based early shutdown strategy為題發(fā)表于Energy期刊（第一作者碩士生蔡云翔, 通訊作者孫欽、董凱軍）。原文鏈接https://doi.org/10.1016/j.energy.2024.133419
東亞亞熱帶森林以其豐富的物種多樣性和特有性而著稱，尤其是其保存了大量的古老孑遺物種，這些孑遺物種因其形態(tài)特征在進化過程中幾乎保持不變而被稱為“活化石”?；涗洷砻麈葸z物種曾經(jīng)在末次冰期廣泛分布，但受氣候變遷和人類活動的綜合影響，如今大多處于瀕危狀態(tài)，因此成為生物多樣性保護工作中的重中之重。然而，我們對于東亞亞熱帶森林孑遺物種過去的進化歷史以及它們對未來氣候變化的可適應(yīng)性程度的了解仍然非常有限。伯樂樹（Bretschneidera sinensis）是一種東亞特有的第三紀(jì)孑遺樹種，同時也是國家重點保護的野生植物。該物種的野生種群通常較小而孤立，但分布相對較廣，是研究東亞亞熱帶森林孑遺樹種的理想對象。本研究在獲得前人基因組測序和重測序數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用群體基因組學(xué)和景觀基因組學(xué)方法，揭示了伯樂樹的歷史譜系分化和基因組脆弱性。研究結(jié)果顯示，伯樂樹群體可分為東部和西部2個基因組強烈分化的譜系，這可能與冰期氣候波動導(dǎo)致的反復(fù)瓶頸有關(guān)。同時，研究還發(fā)現(xiàn)與生長和缺氧反應(yīng)相關(guān)的基因可能在譜系分化過程中受到了正選擇作用。對基因組脆弱性的評估發(fā)現(xiàn)，與位于物種分布核心區(qū)的種群相比，邊緣種群的突變負(fù)荷和基因組偏移明顯更高。這表明在預(yù)期未來氣候變化的影響下，邊緣種群尤其脆弱，面臨著更高的局部滅絕風(fēng)險。研究結(jié)果有助于增加對伯樂樹等瀕危孑遺物種的物種形成歷史的了解，對于制定有效的保護策略以應(yīng)對未來氣候變化至關(guān)重要。相關(guān)研究成果以“Lineage Differentiation and Genomic Vulnerability in a Relict Tree From Subtropical Forests”為題近期發(fā)表在進化生物學(xué)主要期刊Evolutionary Applications（《進化應(yīng)用》）上。中國科學(xué)院華南植物園在讀博士研究生朱顯亮論文為第一作者，康明研究員為通訊作者，王靜研究員和陳紅鋒研究員為論文共同作者。該研究工作得到廣東基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究旗艦項目的資助。論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/eva.70033?圖1. 伯樂樹基因組多樣性特征和譜系分化模式圖2. 伯樂樹基因組近交和突變負(fù)荷圖3. 伯樂樹應(yīng)對未來氣候變化的基因組偏移
