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中缅联合发表海岛木属两种植物,沈阳生态所温带天然林生产力维持机制研究获进展

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森林作为陆地生物圈的主体,不仅蕴藏着丰富的生物多样性,而且具有较高的生产力。森林生产力是森林生态系统维持与发展的根本动力,探讨维持森林生产力的内在生物学要素和外在生态条件,是当今生态学和林学研究的重要内容之一。鉴于乔木形成的生物生产力在森林生产力中占主体地位,且易于测定、量化和尺度推演,许多研究使用乔木的生产力代表生态系统净第一性生产力,即森林绿色植物在单位时间和单位面积上所积累的有机干物质的能力。在天然林中,生产力在局域尺度上同时受到生物(如生物多样性,林分结构和初始生物量等)和非生物因子的共同影响,不同因子与生产力之间可能呈线性或非线性关系,且不同因子间存在一定的相关性,导致很难量化、区分和比较单个因子对生产力的影响;影响生产力维持的潜在机制包括:生态位互补(niche
complementarity hypothesis)、生物量比率假说(mass ratio
hypothesis)、土壤肥力假说(soil fertility hypothesis)和绿汤假说(green
soup
hypothesis)。以往研究多集中于探讨单个或两个机制对生产力的影响,目前尚不清楚不同机制的相对贡献及随群落演替的变化规律。

近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员刘长松课题组在辐照效应模拟软件开发与纳米结构材料辐照损伤自修复机理研究方面取得新进展。课题组自主开发了两套纳米结构材料辐照效应模拟软件——“界面与合金元素调控钨辐照性能模拟软件”、“铁表面溶解腐蚀动力学蒙特卡洛模拟软件”。在此基础上,课题组与合肥研究院等离子体物理研究所、中科院近代物理研究所科研人员合作,在纳米结构钨、铁基材料辐照损伤自修复机理研究方面取得系列进展,相关研究成果发表在Journal
of Nuclear Materials
Nuclear Inst. and Methods in Physics Research
B
上,并登记软件著作权2项。

番荔枝科(Annonaceae)是早期分化的被子植物木兰目(Magnoliales)最大的科,广布于热带和亚热带地区,是热带植物区系的主要科之一,全世界107属约2400种。海岛木属(Trivalvaria)是该科中的小属,世界番荔枝科名录数据库(AnnonBase)收录该属仅6种,主要分布在中南半岛及东南亚地区。该属主要的识别特征在于离腋生的花序,花梗很短,每心皮具1枚基生胚珠,果期时每分果仅具1粒种子。

中国科学院沈阳应用生态研究所副研究员原作强及其合作者,基于长白山温带森林样地10年的长期监测数据,使用基于机器学习和分类回归树的推动回归树模型量化了生物多样性(包括分类,谱系和功能多样性)、林分结构特征(包括基于胸径的香农-威纳指数和变异系数)、功能性状组成(functional
trait
composition)、初始生物量和土壤养分对生产力的相对贡献。研究发现,生产力在次生林中受与叶片磷相关的性状组成、初始生物量、土壤有机质和物种均匀度密切相关,在老龄林中则主要受初始生物量的影响。该研究结果表明:植被数量(vegetation
quantity)对温带天然林生产力的影响大于植物质量(vegetation
quality);次生林中生产力主要受性状组成,而非生物多样性的影响;土壤养分对次生林的影响远大于老龄林;性状组成和土壤养分对生产力的相对贡献随着森林群落演替而降低,生物多样性和植被数量的相对贡献则随之升高。

钨在聚变堆服役过程中会通过嬗变产生诸如合金元素铼和锇等,这些合金元素和辐照缺陷与基体固有缺陷如表面和晶界发生复杂相互作用,影响钨辐照损伤性能。据此,课题组的李祥艳等开发了“界面与合金元素调控钨辐照性能模拟软件”。该软件可模拟研究纯钨、钨合金和纳米钨合金中辐照缺陷复合、合金元素富集的竞争机理,考察钨辐照损伤性能与合金元素类型、浓度和晶粒尺寸的依赖关系等。针对辐照环境下结构材料铁表面溶解腐蚀问题,开发了“铁表面溶解腐蚀动力学蒙特卡洛模拟软件”。该软件可研究辐照与腐蚀协同效应。

目前为止,缅甸记载该属仅有大叶海岛木(T. macrophylla)和海岛木(T.
costata
)2种。

相关研究成果以Abiotic and biotic determinants of coarse woody
productivity in temperate mixed forests
为题,发表在Science of The
Total
Environment
上。原作强为文章的第一作者,研究员郝占庆为通讯作者。研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和中科院青年创新促进会的支持。

核聚变堆中钨与铁分别是候选的面向等离子体材料和结构材料。在聚变堆中,这些部件和材料须承受高能聚变中子辐照,产生辐照缺陷。辐照缺陷在基体中扩散、聚集、累积,引起材料性能降级、甚至失效。通过引入缺陷阱可与辐照缺陷相互作用,使辐照缺陷湮灭。目前有学者在铜纳米晶中提出“自间隙原子发射”诱导的复合能够有效降低纳米晶铜中缺陷累积。然而,该机理是否适用于一般的纳米结构材料尚不清楚。

中国科学院东南亚生物多样性研究中心自2014年在缅甸北部葡萄地区开展中缅联合科考以来,采集到不同花果期约十余号海岛木属植物标本,通过细致的文献和模式标本研究,确定其中2种为海岛木属植物新种。其中一种花瓣形态和大小近似于海岛木,叶近似于大叶海岛木(T.
macrophylla
),但花瓣为粉红色明显区别于其相似种,因而将该种命名为红花海岛木(T.
rubra
Y.H. Tan, S.S. Zhou & B. Yang)。另外一种叶与T.
argentea
相似,但该种内外轮花瓣近等大,长6–10mm,宽3–5mm,而T.
argentea
花瓣大小为2 ×
3mm。为了致谢东南亚中心项目对缅甸植物多样性研究的资助,科研人员将该种以东南亚中心英文名全称缩写来命名此种为狭叶海岛木(T.
casseabriae
Y.H. Tan, S.S. Zhou & B.
Yang)。此次两新种的发现,丰富了缅甸地区海岛木属植物的记录,相信随着中缅联合科考及合作研究的深入,将会有更多的发现,增加对缅甸植物多样性的认识。

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为此,固体所科研人员利用自主开发的上述软件,模拟分析了纳米结构钨、铁中自间隙原子发射诱导的复合图像。研究发现,围绕自间隙原子形成空位-自间隙自发复合区域,伴随自间隙局域发射,复合区域向界面周围拓展或传播。在该区域内空位-自间隙通过自发的间隙发射而复合;在此区域之外,空位或者自间隙需要克服较低的能垒复合,具体的原子过程涉及空位扩散与间隙发射的耦合。该研究还进一步提出了“发射阻力”(势阱深度除以势阱半宽度)表征间隙原子从缺陷阱处发射的难易程度,论证了间隙发射诱导的复合机理的普适性。

相关研究成果发表在PhytoKeys第94期“东南亚植物多样性专刊”上。该研究得到了东南亚中心的资助。

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该研究得到了国家磁约束聚变项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目的资助。

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