研究發(fā)現(xiàn)僅需20%的天然序列即可支持菌株存活，約45%的天然序列足以恢復(fù)菌株的穩(wěn)健表型；并進(jìn)而利用顯著區(qū)別于天然序列的合成型序列構(gòu)建了可替代內(nèi)源chrXIIL來支持酵母存活的功能性人工染色體。作為包含了物種所有遺傳信息的復(fù)雜序列，基因組存在普遍的冗余性。 除了維持生存所需的必需基因外，基因組內(nèi)還具有大量輔助型核心基因，使得生命系統(tǒng)在面對復(fù)雜環(huán)境變化或者部分基因功能喪失時依舊能維持正常運轉(zhuǎn)。合成基因組學(xué)作為新興的研究領(lǐng)域，以突破從頭設(shè)計與合成物種基因組的相關(guān)理論和技術(shù)為目標(biāo)，致力于解答DNA序列與生物學(xué)功能的關(guān)聯(lián)，拓展人類對生命本質(zhì)的認(rèn)知和理解，合成新型人造生命。目前，人們已經(jīng)實現(xiàn)了對多個病毒、細(xì)菌的基因組的設(shè)計與合成，并創(chuàng)建了僅含有473個基因的最小原核基因組。由于基因組大小和復(fù)雜度的增加，真核生物基因組的合成面臨更多挑戰(zhàn)。世界上首個真核生物基因組合成計劃—釀酒酵母基因組合成計劃（Sc2.0）經(jīng)過17年的不懈努力，近期完成了所有酵母染色體的人工合成（見BioArt 十篇齊發(fā)！邁向人造真核全基因組，國際釀酒酵母基因組合成計劃（Sc2.0）宣布第二階段重大進(jìn)展報道）。在Sc2.0中，通過對重復(fù)序列的刪減等預(yù)計可實現(xiàn)約8%的酵母基因組的精簡。為了進(jìn)一步探索酵母基因組序列的必需性和可塑性，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所研究員、中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院客座研究員戴俊彪聯(lián)合曼徹斯特大學(xué)教授蔡毅之和紐約大學(xué)教授Jef Boeke發(fā)起了Sc3.0計劃1，旨在對酵母基因組進(jìn)行深度精簡和重構(gòu)設(shè)計，構(gòu)建首個最小酵母基因組，探究真核生命的核心元素。2023年11月30日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院戴俊彪團(tuán)隊和趙喬團(tuán)隊在Nature Communications在線發(fā)表題為Building a eukaryotic chromosome arm by de novo design and synthesis的研究論文，通過自下而上的設(shè)計策略指導(dǎo)釀酒酵母12號染色體左臂（chrXIIL）的深度精簡和優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)僅需20%的天然序列即可支持菌株存活，約45%的天然序列足以恢復(fù)菌株的穩(wěn)健表型；并進(jìn)而利用顯著區(qū)別于天然序列的合成型序列構(gòu)建了可替代內(nèi)源chrXIIL來支持酵母存活的功能性人工染色體。這是戴俊彪團(tuán)隊繼2021年利用Sc2.0合成染色體中引入的重排系統(tǒng)（SCRaMbLE）建立基于非理性隨機(jī)刪減的基因組精簡策略后2（見BioArt Genome Biology兩連發(fā) 戴俊彪組報道人工基因組高效簡化策略——Sc3.0正式拉開序幕報道），取得的Sc3.0計劃的又一重要進(jìn)展。釀酒酵母中必需基因定義為敲除該基因后菌株不能在富營養(yǎng)培養(yǎng)基上存活。系統(tǒng)性基因敲除的研究表明約80%酵母基因都是非必需基因。釀酒酵母中存在復(fù)雜的相互作用網(wǎng)絡(luò)，90%以上的非必需基因與其他基因存在遺傳相互作用。多基因的同時移除極易導(dǎo)致合成致死現(xiàn)象，使得對酵母染色體及基因組的理性精簡具有極大的挑戰(zhàn)性。為探究酵母基因組理性精簡的設(shè)計路線，在本研究中研究人員選擇了釀酒酵母chrXIIL為研究對象。chrXIIL全長150kb，編碼74個基因，包含10個必需基因。首先，研究人員設(shè)計了一個新型線性染色體骨架，便于后續(xù)多個版本人工染色體的高效組裝。為了測試排布方式對于左臂上必需基因功能的影響，研究人員構(gòu)建了不同版本的必需基因染色體。結(jié)果顯示，相較于轉(zhuǎn)錄方向，調(diào)控序列的改變對基因的轉(zhuǎn)錄水平具有更為顯著的影響，而構(gòu)建的必需基因染色體均可以很好地替代內(nèi)源必需基因的功能。隨后，研究人員通過同源重組介導(dǎo)的染色體截短技術(shù)在二倍體中實現(xiàn)了其中一條chrXIIL的整體刪除，發(fā)現(xiàn)僅必需基因染色體不足以替代左臂支持菌株生存，需要增加額外的關(guān)鍵基因。通過對11基因組合（10個必需基因+1個非必需基因）的系統(tǒng)性測試，研究人員未獲得可支持菌株存活的組合。但是，即使只需要回補(bǔ)2個基因，也存在超過1000種可能，亟需有效的理性原則來指導(dǎo)關(guān)鍵基因的篩選。為了量化遺傳相互作用數(shù)目，本研究將與特定基因存在遺傳相互作用的其他基因的數(shù)目（GGI）作為一個評估參數(shù)。分析發(fā)現(xiàn)，必需基因相較于非必需基因存在更高的GGI, 且90%的高GGI基因（超過必需基因GGI的平均值）與其他基因存在合成致死的現(xiàn)象。基于“更高GGI的基因的功能更重要”的假設(shè)，研究人員以必需基因GGI平均值的兩倍作為閾值，篩選獲得兩個關(guān)鍵基因，并構(gòu)建了帶有12個基因的人工染色體，發(fā)現(xiàn)該染色體可成功替代內(nèi)源染色體臂來支持菌株存活，但存在嚴(yán)重的生長缺陷。為修復(fù)該菌株的生長缺陷，研究者通過選擇性回補(bǔ)額外13個非必需基因（其他高GGI基因和單敲除后存在生長缺陷的基因），構(gòu)建了表型顯著回復(fù)的新菌株，證實了優(yōu)化原則的有效性。隨后，研究人員利用轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)鑒定了另外2個重要基因，結(jié)果顯示回補(bǔ)27個基因的菌株的生長得到了顯著恢復(fù)，突出了組學(xué)數(shù)據(jù)對于精簡染色體的優(yōu)化迭代的指導(dǎo)意義。合成菌株的代謝組數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示，合成菌株中多個代謝途徑受到了影響，涉及到多種氨基酸代謝通路，并且不同菌株差異性代謝產(chǎn)物主要集中在ABC轉(zhuǎn)運蛋白通路。這些結(jié)果提示合成菌株中氨基酸的跨膜運輸或者利用方面存在一定的功能缺陷，進(jìn)而影響菌株生長，為解析菌株生長抑制機(jī)制提供了一種潛在方案。在實現(xiàn)左臂序列的精簡后，研究人員采用了大膽的策略來對序列進(jìn)行最大程度的改編設(shè)計：1）一種氨基酸僅對應(yīng)一個優(yōu)化密碼子的策略來重構(gòu)基因編碼序列，2）使用完全不同于天然序列的合成型啟動子與終止子來改編調(diào)控序列。通過高效的組裝建庫和篩選方案，研究人員成功實現(xiàn)了24個基因的功能重構(gòu)，并利用重構(gòu)的轉(zhuǎn)錄單元，構(gòu)建了可單獨支持細(xì)胞存活的全人工序列染色體。綜上所述，該研究在染色體臂范圍內(nèi)探究了支持生存的最小基因集，不僅達(dá)到了前所未有的精簡程度，還提出了一種新型優(yōu)化策略，為酵母基因組的系統(tǒng)精簡提供了可能的解決方案。與此同時，該研究引入具有前瞻性的重編設(shè)計，并證實了利用顯著區(qū)別于天然序列的全人工染色體替代天然染色體臂功能的可行性。本研究結(jié)果揭示了酵母基因組序列令人驚嘆的冗余性和可塑性。中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院副研究員姜雙英、廈門大學(xué)教授羅周卿為論文共同第一作者。戴俊彪研究員與趙喬研究員為論文通訊作者。感謝中山大學(xué)眼科中心副研究員肖傳樂為全長轉(zhuǎn)錄組分析提供的幫助。該研究獲得國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、中國科學(xué)院大科學(xué)計劃、深圳市科技計劃及深圳合成生物學(xué)創(chuàng)新研究院等多個項目的支持。文章鏈接參考文獻(xiàn)：1. Dai, J., Boeke, J.D., Luo, Z., Jiang, S. & Cai, Y. Sc3.0: revamping and minimizing the yeast genome. Genome Biology 21, 205 (2020).2. Luo, Z. et al. Compacting a synthetic yeast chromosome arm. Genome Biol 22, 5 (2021).
碳酸鹽巖地貌占據(jù)了全球陸地面積的10%至15%，由于其強(qiáng)烈的可溶蝕性，導(dǎo)致土層淺薄，下伏表層巖溶帶裂隙、管道網(wǎng)絡(luò)遍布，空間異質(zhì)性高，水文過程極其復(fù)雜且易受外界環(huán)境的影響。隨著全球變化的加劇，預(yù)測喀斯特區(qū)水文過程如何響應(yīng)極端氣候及人類干擾變得至關(guān)重要。要在類似喀斯特區(qū)極高異質(zhì)性地質(zhì)背景下，實現(xiàn)基于有限參數(shù)條件的水文及物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化過程的準(zhǔn)確刻畫，關(guān)鍵在于深入研究水文過程、植被、土壤、表層巖溶帶、基巖和其他因素之間的相互反饋機(jī)制。碳酸鹽巖地貌占據(jù)了全球陸地面積的10%至15%，由于其強(qiáng)烈的可溶蝕性，導(dǎo)致土層淺薄，下伏表層巖溶帶裂隙、管道網(wǎng)絡(luò)遍布，空間異質(zhì)性高，水文過程極其復(fù)雜且易受外界環(huán)境的影響。隨著全球變化的加劇，預(yù)測喀斯特區(qū)水文過程如何響應(yīng)極端氣候及人類干擾變得至關(guān)重要。要在類似喀斯特區(qū)極高異質(zhì)性地質(zhì)背景下，實現(xiàn)基于有限參數(shù)條件的水文及物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化過程的準(zhǔn)確刻畫，關(guān)鍵在于深入研究水文過程、植被、土壤、表層巖溶帶、基巖和其他因素之間的相互反饋機(jī)制。中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所陳洪松課題組，前期在小流域尺度上，通過物探發(fā)現(xiàn)土壤厚度與表層巖溶帶深度顯著正相關(guān)，小流域植被群落、土壤類型、巖溶發(fā)育程度之間呈現(xiàn)出很好的空間對應(yīng)關(guān)系，然而喀斯特山坡巖土結(jié)構(gòu)與水文功能之間的定量關(guān)系仍不清楚。針對以上科學(xué)問題，陳洪松課題組依托環(huán)江站喀斯特坡地關(guān)鍵帶三維水土過程觀測平臺，綜合應(yīng)用全坡面巖土探槽開挖、巖土結(jié)構(gòu)定量刻畫、多界面水文水化學(xué)過程動態(tài)監(jiān)測等方法，于2019年4月至2022年5月期間共計監(jiān)測了158次喀斯特關(guān)鍵帶不同界面（地表徑流、巖土界面壤中流）降雨-產(chǎn)流事件，同時調(diào)查了土壤-表層巖溶帶結(jié)構(gòu)參數(shù)（924組土壤厚度和表層巖溶風(fēng)化程度配對數(shù)據(jù)）。結(jié)果表明：（1）土層厚度隨下伏表層巖溶帶風(fēng)化程度的增加而增大，土層厚度與表層巖溶帶厚度呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.001）；（2）非極端降雨條件下（降雨量<50mm/12h），地表徑流量與土壤厚度顯著正相關(guān)（P<0.001），巖土界面壤中流與土壤厚度呈顯著負(fù)相關(guān)（P=0.0018），喀斯特山坡關(guān)鍵帶產(chǎn)流路徑發(fā)生轉(zhuǎn)變的臨界土壤厚度為50cm；（3）降雨量>50mm/12h條件下，不同厚度小區(qū)出現(xiàn)地表徑流與巖土界面壤中流共存的現(xiàn)象，且地表徑流與巖土界面壤中流顯著正相關(guān)，說明地表水文過程與地下水文過程之間出現(xiàn)明顯水文連通現(xiàn)象。（4）相比淺薄土壤，深厚土壤的淀積層發(fā)育，且具有較高的儲水能力和CO2濃度，促進(jìn)了表層巖溶帶的發(fā)育，弱透水性淀積層及高透水表層巖溶帶導(dǎo)致地表徑流增加，巖土界面壤中流減少。這是喀斯特關(guān)鍵帶土壤-表層巖溶帶結(jié)構(gòu)與水文過程共同演化的本質(zhì)原因。研究發(fā)現(xiàn)的雙50閾值（50cm土壤厚度以及50mm降雨量），以及喀斯特關(guān)鍵帶結(jié)構(gòu)-過程-功能的共同演化規(guī)律，能為喀斯特區(qū)水土資源可持續(xù)高效利用、高精度水土過程模型構(gòu)建提供理論支撐。上述結(jié)果以Co-evolution among soil thickness, epikarst weathering degree, and runoff characteristics on a subtropical karst hillslope為題，發(fā)表在SCI一區(qū)Top期刊Journal of hydrology上（IF=6.4），該研究得到廣西重點研發(fā)項目（AB22035058）、國家重點研發(fā)項目（2022YFF1300702）資助。論文鏈接圖1 土層厚度與表層巖溶帶風(fēng)化程度的關(guān)系圖2 常規(guī)降雨條件下（降雨量<50mm/12h）徑流與土層厚度的關(guān)系圖3 喀斯特坡地土壤-表層巖溶帶結(jié)構(gòu)與水文過程協(xié)同演化機(jī)理示意圖
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）海洋光學(xué)研究團(tuán)隊在海冰透光性溫度響應(yīng)機(jī)制研究方面取得新進(jìn)展。該研究明晰了海冰漫射衰減系數(shù)對冰溫變化的響應(yīng)特征及內(nèi)在機(jī)制，并揭示了該溫度響應(yīng)對北冰洋冰藻初級生產(chǎn)及輻射能量傳輸?shù)臐撛谟绊憽Ｏ嚓P(guān)研究成果發(fā)表于Limnology And Oceanography，博士畢業(yè)生張雨為第一作者，副研究員許占堂為通訊作者。由于海冰與太陽光的相互作用，海冰的光學(xué)特性不僅是氣候變化的一個指標(biāo)，也是氣候變化的一個放大器。在北極，當(dāng)太陽短波輻射到達(dá)冰表面時，大約70%的年總能量被反射到大氣中，剩余的30%被傳輸?shù)胶１校⒎植荚诒鶎雍蜕蠈雍Ｑ笾小τ诜瓷涞奶柟饩€，目前已有完善的海冰反照率正反饋機(jī)制來闡釋海冰變化與溫度變化之間的關(guān)系。然而，針對海冰和海水系統(tǒng)中光的分布及其對溫度變化的響應(yīng)知之甚少，相關(guān)現(xiàn)象對冰區(qū)生態(tài)環(huán)境的潛在影響也不得而知。該研究基于2016年至2022年期間于加拿大曼尼托巴大學(xué)和中國科學(xué)院南海海洋研究所進(jìn)行的三次海冰光學(xué)特性和冰溫的同步觀測實驗，結(jié)合2018年和2022年的遼東灣現(xiàn)場驗證觀測，明晰了海冰下行輻照度漫射衰減系數(shù)(the diffuse attenuation coefficient,Kd)與冰溫(ice temperature,Tice)的負(fù)相關(guān)關(guān)系(Tice 1 的變化可導(dǎo)致平均變化0.29 -1)，并發(fā)現(xiàn)Kd對高溫區(qū)間(-9 < Tice< -2 C)的溫度響應(yīng)要比低溫區(qū)間(-24 < Tice < -9 )更加顯著。根據(jù)Kd-Tice定量關(guān)系對北極海冰進(jìn)行參數(shù)化，估算發(fā)現(xiàn)：在春季光限制條件下，海冰的溫度響應(yīng)可顯著影響北冰洋冰藻初級生產(chǎn)；而對北冰洋海冰輻射能量傳輸?shù)挠绊懴鄬^弱。這項研究系統(tǒng)地研究了海冰的溫度響應(yīng)，在完善海冰光學(xué)特性認(rèn)知的同時，可改善大尺度氣候模式中海冰透光性的參數(shù)化。未來需要對北冰洋海冰的光學(xué)特性開展全面的觀測、參數(shù)化和遙感反演研究，以對北冰洋海冰進(jìn)行更可靠的處理，同時改進(jìn)海冰溫度響應(yīng)對北冰洋生態(tài)影響的評估。該研究由國家自然科學(xué)基金項目和廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金項目共同資助完成。相關(guān)論文信息：Yu Zhang, Zhantang Xu*, Jens K. Ehn*, Aura Diaz, Yuezhong Yang, A significant change in sea ice diffuse attenuation coefficient with temperature and its implications for the Arctic Ocean, Limnology and Oceanography, 2023. doi: 10.1002/lno.12432文章鏈接：http://doi.org/10.1002/lno.12432圖1.下行光譜輻照度漫射衰減系數(shù)與冰溫的同步觀測結(jié)果圖2. 海冰Kd溫度響應(yīng)對北冰洋冰藻初級生產(chǎn)和海冰輻射能量傳輸?shù)臐撛谟绊懺u估
大火成巖省是短時、巨量噴發(fā)的鎂鐵質(zhì)巖漿建造，代表了地球內(nèi)部巨量物質(zhì)和能量的集中釋放。地質(zhì)記錄表明，大火成巖省可以通過大規(guī)模火山脫氣（包括H2O、SO2、CO2、F和Cl）對全球環(huán)境產(chǎn)生重大影響，可能造成生物大滅絕等重大災(zāi)變事件。大火成巖省的成因目前還沒有一致看法，早期科學(xué)家們都強(qiáng)調(diào)了過量的熱或者減壓熔融的作用，但是后來的研究者強(qiáng)調(diào)巖漿中高的水含量對大火成巖省的形成才是最重要的因素。位于我國西南地區(qū)的峨眉山大火成巖省是我國第一個世界公認(rèn)的大火成巖省，其源區(qū)和原始巖漿水含量存在較大的爭議。傳統(tǒng)上認(rèn)為峨眉山大火成巖省非常干，根據(jù)橄欖石和熔體中Ca的分配系數(shù)計算結(jié)果表明，其源區(qū)幾乎不含水。但是通過紅外光譜測試的單斜輝石斑晶的水含量推斷的大理苦橄巖原始巖漿中的水含量可能高達(dá)3.4%，相當(dāng)于島弧巖漿。因此水對峨眉山大火成省形成的貢獻(xiàn)仍然存在爭議。 為了厘清峨眉山大火成巖省原始巖漿中的水含量，以及水在大火成巖省形成中扮演的角色，廣州地球化學(xué)研究所同位素地球化學(xué)國家重點實驗室、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心的陳綺靜博士研究生在夏小平和任鐘元研究員的指導(dǎo)下，研究了峨眉山大火成巖省中大理苦橄巖橄欖石中的熔體包裹體的主、微量元素、揮發(fā)分和氫同位素組成，發(fā)現(xiàn)熔體包裹體記錄的水含量為0.01-1.73 wt.%；氫同位素為 D=87 11‰至-267 14‰，均具有很大的變化范圍（圖1）。最低的氫同位素比值低于平均地幔（-80 10‰），與脫水板塊及深部地幔源區(qū)（<-200‰）的氫同位素比值相當(dāng)，表明大理熔體包裹體大多經(jīng)歷了H +擴(kuò)散丟失和H 2O脫氣的影響，但是一些熔體包裹體可能經(jīng)歷了快速冷卻，仍然保留了其原始巖漿的氫同位素和水含量特征。根據(jù)這些數(shù)據(jù)恢復(fù)的大理苦橄欖巖原始巖漿H 2O含量約為1.35 wt.%，低于前人對峨眉山大火成巖省原始巖漿的估計（3.44 0.89 wt.%或4.0–5.6 wt.%；圖2），支持峨眉山大火成巖省原始巖漿為中度富水的洋島玄武巖型（OIB），而不是高度富水的島弧型，其源區(qū)的H 2O/Ce比跟其他中度富水的大火成巖省如塔里木，Karoo，Columbia River， Snake River Plain相當(dāng)（圖3），遠(yuǎn)小于科馬提巖，可能說明水在峨眉山大火成巖省形成過程中所起的作用與其他大火成巖省差不多，沒有科馬提巖那么明顯。 圖1 大理熔體包裹體水含量和氫同位素圖解 圖2 大理苦橄巖巖漿水含量與不同構(gòu)造巖漿水含量對比。 圖3 科馬提巖、大火成巖省等不同來源巖漿的H 2O/Ce比對比圖（修改自Liu et al., 2017）。 該成果近期發(fā)表在JGR：Solid Earth上，本研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目（2018YFA0702600）和國家科學(xué)基金項目（41672057；41973021）的資助。 論文信息：Qijing Chen (陳綺靜), Zhong-Yuan Ren (任鐘元), Xiao-Ping Xia* (夏小平), Le Zhang (張樂), Qing Yang (楊晴), Chao Yuan (袁超) (2023). Water content and hydrogen isotopes of olivine-hosted melt inclusions in the Dali picrites, SW China: Reassessing the role of water in the formation of the Emeishan large igneous province. Journal of Geophysical Research: Solid Earth, 128, e2023JB027547 論文鏈接
近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋環(huán)境國家重點實驗室蔡樹群研究團(tuán)隊在蘇祿海大尺度環(huán)流對內(nèi)孤立波傳播及其色散和非線性平衡的影響研究方面取得進(jìn)展。相關(guān)成果于近日發(fā)表在Progress in Oceanography《海洋學(xué)進(jìn)展》上，博士謝皆爍為論文第一作者，研究員蔡樹群為通訊作者，合作者還包括國防科技大學(xué)博士杜輝、中國船舶科學(xué)研究中心博士劉樂等。衛(wèi)星圖像顯示，蘇祿群島附近激發(fā)的內(nèi)孤立波能夠跨越整個蘇祿海海盆傳播。這些內(nèi)孤立波的傳播過程及其能量等的變化可能受其背景大尺度環(huán)流變化的影響。本研究借助再分析及遙感觀測數(shù)據(jù)，并結(jié)合內(nèi)孤立波的基本理論參數(shù)模型，探究了蘇祿海海盆尺度環(huán)流及其西邊界流這兩個主要大尺度環(huán)流模態(tài)對該海域內(nèi)孤立波關(guān)鍵動力參數(shù)（包括傳播速度、非線性強(qiáng)度、色散強(qiáng)度等）的調(diào)制情況；指出背景平均的蘇祿海大尺度環(huán)流會增加內(nèi)孤立波的傳播速度及其色散強(qiáng)度，但減少內(nèi)孤立波的非線性強(qiáng)度，從而表明內(nèi)孤立波的色散分裂過程會被增強(qiáng)，有利于內(nèi)孤立波能量向高頻波動部分串級；內(nèi)孤立波關(guān)鍵動力參數(shù)海盆模態(tài)的季節(jié)變化則分別與兩個主要大尺度環(huán)流模態(tài)的季節(jié)變化強(qiáng)相關(guān)，內(nèi)孤立波傳播速度、非線性強(qiáng)度及色散強(qiáng)度受大尺度環(huán)流變化影響的季節(jié)性擾動幅值分別可達(dá)到背景值的15%、30%和20%；蘇祿海環(huán)流引起的內(nèi)孤立波速度異常主要受其大尺度海流變化所影響，而內(nèi)孤立波非線性強(qiáng)度異常則主要由其背景層化變化所導(dǎo)致（圖1）。該研究表明，內(nèi)孤立波活動關(guān)鍵海域主要大尺度環(huán)流模態(tài)的變化會在一定程度上改變和調(diào)整內(nèi)孤立波非線性陡化過程及色散分裂過程的平衡關(guān)系，進(jìn)而調(diào)制內(nèi)孤立波能量串級的其他關(guān)鍵過程，并最終影響內(nèi)孤立波破碎及消亡規(guī)律。該研究由國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目、“廣東特支計劃”青年拔尖人才項目、中科院南海海洋所“南海新星”項目等共同資助完成。相關(guān)論文信息：Xie J., H. Du, Y. Gong, J. Niu, Y. He, Z. Chen, G. Liu, L. Liu, L. Zhang, S. Cai. The role of seasonal circulation in the variability of dynamic parameters of internal solitary waves in the Sulu Sea. Progress in Oceanography, 2023, 217, 103100.文章鏈接： https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S007966112300143X圖1 蘇祿海海盆尺度環(huán)流致層化和海流變化對內(nèi)孤立波傳播速度及其非線性和色散的影響
鹽沼濕地作為典型的濱海藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)，是全球藍(lán)碳碳匯的主要貢獻(xiàn)者之一。鹽沼濕地廣泛分布于中國濱海區(qū)域，據(jù)估計我國的鹽沼濕地土壤碳儲量為7.5 ± 0.6 Tg ，平均碳沉積速率( CAR )達(dá)到201 g C m-2 yr-1 ，高于全球平均水平( 168 g C m-2 yr-1 ) 。然而，近幾十年來，由于植物入侵和土地利用的改變，我國鹽沼濕地的景觀分布格局發(fā)生了巨大的變化。這些過程都極大地改變了鹽沼濕地的面積分布和物種組成，從而對濱海濕地碳儲量和碳埋藏產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。該研究表明濱海藍(lán)碳的碳匯功能很大程度上受鹽沼植被覆蓋的調(diào)控，而向海側(cè)的互花米草入侵光灘有利于鹽沼濕地碳固存。1982 -2 021年間鹽城鹽沼濕地藍(lán)碳碳匯功能的變化. 鹽沼濕地作為典型的濱海藍(lán)碳生態(tài)系統(tǒng)，是全球藍(lán)碳碳匯的主要貢獻(xiàn)者之一。鹽沼濕地廣泛分布于中國濱海區(qū)域，據(jù)估計我國的鹽沼濕地土壤碳儲量為7.5 0.6 Tg，平均碳沉積速率 (CAR) 達(dá)到201 g C m-2 yr-1，高于全球平均水平 (168 g C m-2 yr-1)。然而，近幾十年來，由于植物入侵和土地利用的改變，我國鹽沼濕地的景觀分布格局發(fā)生了巨大的變化。這些過程都極大地改變了鹽沼濕地的面積分布和物種組成，從而對濱海濕地碳儲量和碳埋藏產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。中國科學(xué)院華南植物園海岸帶生態(tài)系統(tǒng)過程與環(huán)境健康研究組為了探究在雙重因子（植物入侵和人類活動）的驅(qū)動下，鹽沼濕地過去的幾十年里景觀格局及其碳匯功能的變化。中國科學(xué)院華南植物園海岸帶生態(tài)系統(tǒng)過程與環(huán)境健康研究組以鹽城濱海濕地為研究對象，綜合運用遙感分類與數(shù)據(jù)整合的方法，研究了1982-2021年間來植物入侵和人類圍墾在時空尺度上對鹽城鹽沼濕地藍(lán)碳碳匯功能的影響。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，過去四十年來，外來植物互花米草（Spartina alterniflora）的入侵大大增加了鹽城區(qū)域的藍(lán)碳儲量，這主要與互花米草在光灘上的擴(kuò)張以及該植物所具有的高效固碳能力相關(guān)。從土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來看，互花米草較少直接入侵本土植物覆蓋的鹽沼濕地，而是其在光灘的定植和擴(kuò)張減少了海水的鹽分輸入，從而改變了本土植物之間的種間競爭。我國特有的“紅海灘”——鹽地堿蓬（Suaeda salsa）濕地面積由于土地圍墾和本土物種蘆葦（Phragmites australis）的侵占而大幅減小，其面積減幅達(dá)到了90%。蘆葦濕地面積前期被人類圍墾所大量占據(jù)，但其通過侵入鹽地堿蓬濕地而得到很好的抵消，因此蘆葦濕地的面積在過去四十年間沒有太大的變化（圖1）。最終對碳匯的核算表明：過去四十年間，鹽城鹽沼濕地的總面積減少了43.09 km2，但由互花米草入侵帶來的藍(lán)碳增益超過了土地圍墾和鹽地堿蓬濕地喪失導(dǎo)致的碳損失（圖2）。該研究表明濱海藍(lán)碳的碳匯功能很大程度上受鹽沼植被覆蓋的調(diào)控，而向海側(cè)的互花米草入侵光灘有利于鹽沼濕地碳固存。類似的生物入侵與植被演替過程可能適用于世界其他地區(qū)，對藍(lán)碳碳匯研究和鹽沼時空變化具有重要的研究意義。文章建議制定環(huán)境管理措施來平衡互花米草的生態(tài)負(fù)面影響及其強(qiáng)大的碳固存能力是一項復(fù)雜的挑戰(zhàn)，需要付諸更多的實踐以系統(tǒng)評估其綜合生態(tài)效應(yīng)。相關(guān)研究成果已近期在線發(fā)表在國際專業(yè)期刊Carbon Research（《碳研究》）。華南植物園博士研究生周金戈為論文第一作者，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(xué)基金、廣東省重點研發(fā)計劃、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金、中國科學(xué)院基礎(chǔ)研究青年團(tuán)隊和青年創(chuàng)新促進(jìn)會等項目的共同資助。論文鏈接：https://doi.org/10.1007/s44246-023-00070-4圖1. 鹽城鹽沼濕地過去四十年的時空格局變化及其藍(lán)碳碳匯效應(yīng)（摘要圖）圖2. 1982-2021年間鹽城鹽沼濕地藍(lán)碳碳匯功能的變化
