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科研新闻共计 270 条信息

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1 东北地理所等在中国植被变绿对区域气候的影响研究中获进展 2020-12-07

近年来,中国大部分地区特别是中国东部地区呈现出显著的植被绿化现象,但是当前基于粗分辨率全球气候模式的研究表明,植被变绿对中国夏季气候的影响不显著。该研究基于2001-2017年时间序列的叶面积指数、植被覆盖度等遥感观测数据构建植被绿化情景,采用陆-气耦合的高分辨率区域气候模式(WRF+SSiB3),模拟和分析中国植被绿化对区域夏季气温、降水和大气环流的影响,从地表辐射能量平衡和水循环两个方面探索其中的生物地球物理机制。 综合数值模拟与气温观测结果,研究表明不同地区夏季气温对植被绿化的响应不同,植被绿化显著降低中国北方的近地表气温,可削弱全球变暖的趋势,然而,植被绿化对中国南方近地表气温的影响不显著。同时,该研究分析中国植被绿化对区域水循环的影响。研究显示,植被绿化在一定程度上影响东亚夏季风降水格局,特别是中国“北旱南涝”的不均衡分布。植被绿化能够增加中国北方夏季的降雨,这与近十几年观测到的北方夏季风降水有所增加基本一致,而在长江以南地区,植被绿化导致降水有所减少。部分研究表明,植被绿化会加强植被蒸散并引发区域水资源短缺和区域干旱等问题;该研究发现,由于降水的补偿作用,中国大部分地区土壤湿度变化不显著,但在部分半干旱地区(如黄土高原南部和呼伦贝尔西部地区)降水变化量小于蒸发变化量,土壤湿度显著减少,在未来的生态恢复和土地管理决策中需要关注。 近日,相关研究成果以Vegetation greening in China and its effect on summer regional climate为题,发表在Science Bulletin上,中国科学院东北地理与农业生态研究所遥感与地理信息研究中心助理研究员于灵雪为论文第一作者,美国加州大学洛杉矶分校教授薛永康为论文通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金、吉林省科技发展计划项目、美国国家自然科学基金等项目的资助。 查看详细>>

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2 东北地理所欧亚大陆湖泊温度变化遥感研究取得进展 2020-12-07

湖泊变迁记录着气候与环境变化的信息,是全球变化的直接反映。因此,湖泊变化及其驱动因素的研究受到关注。湖泊温度是湖泊重要的物理特征,是具有指示作用的气候变化参量。开展湖泊温度的相关研究,对气候变化背景下湖泊的综合响应、湖泊演化和格局的驱动机制等具有理论意义。 欧亚大陆分布着较多湖泊和水库,该大陆地形复杂,气候带分布广泛,湖泊存在梯度差异。尽管世界范围内已开展了不同规模的湖泊温度研究,但湖泊温度在欧亚大陆湖泊中的分布模式和湖泊温度差异驱动因素尚待分析。中国科学院东北地理与农业生态研究所水环境遥感团队利用MOD11A2产品,提取湖泊表面温度信息;根据柯本气候分区和湖泊面积,在欧亚大陆选择了861个湖泊和237个水库,研究了欧亚大陆湖泊温度分布格局,分析了长时间序列湖泊温度变化趋势。研究发现,相比于其他湖泊,高纬度和青藏高原的湖温更低;相比于白天,湖泊的夜晚温度空间异质性更小。2001至2015年期间,占湖泊总数70%以上的湖泊温度呈现明显的上升趋势。高纬度湖泊及热带雨林地区湖泊的昼夜温差变化最小。在影响因素方面,气温与湖泊温度之间的相关关系最好(白天R2=0.71;夜间R2=0.87)。此外,湖泊的深度、面积、海拔及水源情况均会对湖温产生影响。该研究结果对未来气候变化情境下湖泊的响应、湖泊与大气之间的热量交换和开展冰清预报等具有重要意义。 相关研究成果以Monitoring of water surface temperature of Eurasian large lakes using MODIS land surface temperature product为题,发表在Hydrological Processes上,博士杜嘉为论文第一作者,研究员宋开山为论文通讯作者。研究工作得到国家重点研发计划子课题和东北地理所“一三五”项目课题的支持。 查看详细>>

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3 京地理所关于湖泊内生源有机质对类固醇雌激素生物降解的激发效应研究取得进展 2020-07-31

由于气候变化和人类活动加剧,全球淡水湖泊面临着富营养化和新兴污染的复合污染问题。作为富营养化的最直接后果,湖泊蓝藻水华不仅导致水环境质量下降及水生态失衡,而且蓝藻代谢过程和残体分解会释放大量的生源有机质(OM)进入水体和沉积物。生源OM主要由蛋白质、多糖、腐殖质、小分子有机酸组成,是湖泊系统中微生物群落的重要碳源和能量来源,影响着群落组成、代谢活性及功能结构,因而与水体和沉积物中新兴污染物的生物分解息息相关。乙炔雌二醇(EE2)是一种典型的人工合成类固醇雌激素,其在极低浓度下即可对生物和人体造成强烈的内分泌干扰效应。淡水湖泊是EE2在自然环境中的一个重要“汇”,EE2在湖泊中的自然衰减是决定其生态风险的主要因素。蓝藻水华暴发时,湖泊水柱的透光率极低,光分解作用受到限制,微生物降解是EE2的主要衰减途径。然而,EE2的环境浓度通常并不足以维持分解菌的生长,其更多是以共代谢的方式被微生物降解。同时,基质竞争及微生物选择也是影响EE2生物降解的潜在机制。虽然目前已有一些关于OM对新兴污染物生物降解的研究,但大部分针对污水处理工艺展开,面向浅水湖泊的研究很少,特别是,缺少生源OM对EE2生物降解中微生物功能机制的激发效应认知。中国科学院南京地理与湖泊研究所江和龙团队的白雷雷博士以江苏太湖为对象,分别研究了湖泊生源OM介导下,单株EE2降解菌Rhodobacter blasticus和沉积物微生物群落对EE2的生物降解特征,比较了生源OM和陆源OM对细菌生长、代谢活性、群落结构及群落功能的激发效应,明确了OM生物利用度与新兴污染物生物衰减的耦合关系。主要研究结果表明:1.生源OM提高了EE2降解菌的生长速率及分解活性。从太湖周边河道沉积物中筛分出一株EE2降解菌Rhodobacter blasticus,在无外加碳源时,5天内该菌株对500μg/L EE2的降解率仅为10%。添加10 mg C/L藻华湖水OM后,EE2降解率升至44%-53%,并显著高于陆源OM处理组(图1)。进一步将降解率生物量标准化,发现生源OM不仅提高了降解菌的丰度,而且增强了单体降解菌对EE2的代谢活性。图1不同来源有机质(OM)对Rhodobacter blasticus降解乙炔雌二醇(EE2)的影响。(TW和TS分别代表太湖湖水OM和沉积物OM;PW和PS分别代表鄱阳湖湖水OM和沉积物OM;HA代表陆源OM)2.沉积物中EE2的生物降解与OM中可生物利用浓度呈正相关。采集太湖梅梁湾沉积物构建水-沉积物系统,分别添加生源(藻、草源)OM和陆源OM,经过30天和60天培养后发现,沉积物中EE2生物降解随OM浓度升高而增强(图2a),并且在相同浓度下,生源OM的促进作用约为陆源OM的3倍。相关性分析表明,沉积物中EE2生物降解与OM矿化呈显著正相关(P<0.001)(图2b),说明EE2主要通过与有机质共同代谢的方式进行分解。因此,生物可利用OM浓度是决定EE2生物降解的关键性因素。图2(a)不同来源、浓度有机质(OM)输入对梅梁湾沉积物中乙炔雌二醇(EE2)生物降解的影响;(b)沉积物中EE2生物降解与OM矿化的相关性。(C-G和3C-G代表1和3 mg C/g藻源OM;M-G和3M-G代表1和3 mg C/g草源OM;H-G和3H-G代表1和3 mg C/g陆源OM)3.生源OM提高了沉积物中微生物群落的稳定性和代谢活性。高浓度生源OM的输入既提高了沉积物微生物群落胞外聚合物(EPS)中蛋白质与多糖的含量,也在短期内增强了脲酶、中性蛋白酶、FDA酶、脱氢酶等胞外代谢酶的活性(图3)。EPS分泌和胞外酶活的提高,不仅意味着EE2更容易黏附在微生物细胞表面,而且表明形成了代谢更为活跃的微生物群体。图3不同来源、浓度有机质(OM)输入对梅梁湾沉积物微生物群落代谢活性的影响。(a)和(b)松散态、结合态胞外聚合物(EPS)中蛋白质和多糖含量;(c)和(d)胞外FDA酶和脱氢酶活性。(C-G和3C-G代表1和3 mg C/g藻源OM;M-G和3M-G代表1和3 mg C/g草源OM;H-G和3H-G代表1和3 mg C/g陆源OM)4.生源OM加强了沉积物微生物群落成员的种间作用,提高了群落对新兴污染物的分解潜力。共现网络分析(Co-occurrence network analysis)表明生源OM中大量的蛋白类组分输入增强了沉积物微生物群落的种间互助作用,特别是Alphaproteobacteria、Deltaproteobacteria、Gammaproteobacteria、及Bacterodietes。这些微生物对有机物的代谢潜力高,彼此生态位互补,形成了结构紧密的微生物群落,对污染物降解具有很强的适应性和代谢弹性。KEGG分析进一步证实了生源OM输入对沉积物微生物群落中新兴污染物代谢相关的功能基因丰度具有上调作用。图4(a)梅梁湾沉积物中微生物群落与有机质荧光组成的共现网络关系(C1:类色氨酸;C2:类酪氨酸;C3:类生源腐殖质;C4和C5:类腐殖质);(b)不同来源有机质输入对微生物群落KEGG代谢功能基因的影响。(C-G和3C-G代表1和3 mg C/g藻源OM;M-G和3M-G代表1和3 mg C/g草源OM;H-G和3H-G代表1和3 mg C/g陆源OM)本研究明确了湖泊内生源有机质在类固醇雌激素生物降解过程中的激发效应,阐明了类固醇雌激素生物降解的关键驱动因子,提出了“蓝藻水华湖区是湖泊中新兴污染物生物衰减的热区”这一观点。随着全球范围内淡水环境蓝藻水华和新兴污染的形势日益严峻,本研究不仅有助于加深对富营养化湖泊中新兴污染物生消过程的理解,而且对湖泊复合污染控制技术的研发也具有重要参考价值。  上述相关研究成果分别发表在环境科学和工程领域主流期刊Water Research(Water Research,2020,184:116153)和Environmental Pollution(Environmental Pollution,2019,246:782-789)上。本研究受国家自然科学重点基金、面上基金、青年基金,国家重大水专项及江苏省自然科学青年基金等项目资助。文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135420306904 查看详细>>

来源:中国科学院南京分院 点击量:222

4 水生所在水声学原位监测水体中微囊藻动态变化的研究取得突破 2020-07-09

蓝藻水华的频繁发生对水生态系统结构和功能造成了严重的损害,研究蓝藻在野外水体中的时空分布是水华早期预警与防控的关键。微囊藻(Microcystis)是湖泊中常见的水华种类,由于其自身独特的浮力调节机制导致其在水柱中的分布存在明显的空间异质性,因而追踪微囊藻在水柱中的实时动态成为了一项极具挑战的任务。最近,中国科学院水生生物研究所宋立荣研究员团队与以色列海洋湖沼学研究所Kinneret湖实验室合作在国际知名杂志Water Research上发表了题为“Bloom-forming toxic cyanobacterium Microcystis:quantification and monitoring with ahigh-frequency echosounder”的论文。该研究从微囊藻的声散射特性入手,在模拟装置中使用200 kHz声学设备研究了伪空胞完整与伪空胞坍塌的微囊藻群体之间回声信号的差异。结果表明伪空胞坍塌的微囊藻群体在此探测频率下未能产生明显的回声信号,证明了伪空胞是增强微囊藻声学散射能力的结构。后续的模拟实验和滇池野外原位监测均证实了利用水声学技术监测微囊藻生物量的可行性。水声学原位监测微囊藻动态变化的摘要图该研究建立的水声学新方法能够高频实时监测野外微囊藻的时空动态变化,为微囊藻等蓝藻水华的预测预警提供新的技术手段。以色列海洋湖沼学研究所Ilia Ostrovsky和水生所博士研究生吴莎为论文共同第一作者,李林副研究员为论文通讯作者。该研究得到国家自然科学基金和以色列科学基金(NSFC-ISF)国际合作项目、国家水专项等项目的资助。文章链接:https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116091 查看详细>>

来源:中国科学院水生生物研究所 点击量:219

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