科研进展--中国科学院广州分院

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境实验室（LTO）、热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室詹海刚研究团队在海洋热浪影响全球浮游植物粒径结构方面取得新进展。研究成果以“Global Responses of Phytoplankton Size Structure to Marine Heatwaves”为题发表于国际期刊Global Biogeochemical Cycles。论文第一作者为副研究员詹伟康，通讯作者为研究员何庆友，合作者还包括研究员杜岩、研究员詹海刚、副研究员张莹、澳大利亚CSIRO首席科学家Ming Feng研究员等。在全球变暖的背景下，海洋热浪正变得更加频繁和强烈，它们如同海洋的“高烧”，对海洋生态系统造成了灾难性冲击，包括大规模珊瑚白化、海藻林退化，以及从大型海洋动物到微小浮游生物的死亡等。浮游植物作为海洋食物网的基石，贡献了全球约一半的初级生产力，其变化牵动着整个海洋生态系统的命脉。过去，科学家们多关注海洋热浪如何影响浮游植物生物量（如叶绿素浓度），但对其粒径结构这一决定海洋食物网效率和碳输运能力的关键属性的影响仍知之甚少。尽管在某些特定海域有过相关报导，但在全球尺度上至今还未有系统研究。基于长达25年（1998-2022）的卫星遥感数据，研究团队首次绘制出海洋热浪期间全球浮游植物粒径结构的响应图景。研究指出，占海洋面积大部分的中低纬度海域浮游植物群落呈显著“小型化”，而高纬度海域则趋向“大型化”（图1）。在热带海洋、东边界上升流区和中纬度过渡带等热点区域，海洋热浪显著提高了小型浮游植物的优势度。其核心机制在于，热浪期间受抑制的上升流或水平输送使得近表层营养盐供应骤减，扩大了更善于在贫瘠环境中生存的小型浮游植物的生存优势。与此相反，在光限制为主的高纬度海域，海洋热浪导致的混合层变浅，增加了光照条件，促进了需要更多能量的大粒径浮游植物生长。研究进一步指出，尽管中低纬度海域的浮游植物粒径结构对热浪干扰更为敏感，但其潜在的恢复时间相对更短，表现出更强的弹性，为预测海洋生态系统的抗干扰能力提供了新依据。这项研究的突破性贡献在于，它将海洋热浪对浮游植物的影响评估，从“总量变化”推进到了更深的“结构重组”层面。这种粒径格局的剧变，将通过食物链产生放大效应，进一步影响全球渔业资源与碳循环。该研究同时警示，海洋热浪在海洋次表层往往更强、更持久，其对浮游植物群落的实际影响可能比卫星观测到的表层信号更为严峻。因此，未来海洋生态管理、渔业政策与全球碳循环评估，有必要将此类极端事件引发的生态结构级联效应纳入核心考量。本研究由国家自然科学基金、国家重点研发计划项目、广东省自然科学基金和广州市科技计划项目等共同资助完成。相关论文信息：Weikang Zhan., Ying Zhang, Qingyou He*, Ming Feng, Yan Du, Xinchen Shen, Yunchen Liu and Haigang Zhan, (2026). Global Responses of Phytoplankton Size Structure to Marine Heatwaves. Global Biogeochemical Cycles, 40, e2025GB008854.原文链接：https://doi.org/10.1029/2025GB008854图1 全球海洋热浪期间浮游植物粒径结构变化分布。(a) 1998-2022年热浪期间浮游植物粒径结构斜率(ξ)异常值的空间分布，仅显示过显著性检验的区域（t检验，p=0.05）。(b-d) 同 (a)，分别对应Fmicro、Fnano和Fpico的变化。Fmicro、Fnano和Fpico分别表示小型浮游植物、微型浮游植物和微微型浮游植物对总浮游植物碳含量的贡献比例。(e)ξ与(f)不同粒径级浮游植物优势度在热浪期间的纬向平均异常值。阴影区域表示各纬度经向方向上的一个标准差范围。(g) 中低纬度与高纬度海域，单位热浪强度对应的ξ平均变化量。

2026-01-08

华南植物园对我国典型落叶栎叶片磷分配策略研究获新进展

叶片磷分配策略反映了植物在环境变化下维持和提高磷利用效率的权衡，探究植物叶片磷分配策略的空间变异对预测其个体生长、物种分布区和森林生态系统功能的潜在变化至关重要。然而，大多数关于叶片磷分配策略的研究仍局限于有限区域尺度，研究对象分散，限制了对同属广布物种叶片磷分配策略及其潜在适应机理的的认知。中国科学院华南植物园恢复生态学团队以中国亚热带和温带森林自然分布的广布种麻栎（Quercus acutissima）、栓皮栎（Q. variabilis）和狭布种白栎（Q. fabri）、蒙古栎（Q. mongolica）为对象，探究了以上4种典型落叶栎叶片5种磷组分含量及比例的空间分异规律和调控机制。发现：亚热带落叶栎叶片脂质、核酸和残余磷比例显著高于温带落叶栎，而代谢磷比例则相反；不同落叶栎物种的叶片磷分配模式在亚热带趋同，在温带趋异；叶片磷分配的空间变化模式主要受全球变化因子（年均温、氮沉降速率和干旱指数）调控，而非土壤磷含量；环境因素对落叶栎狭布种叶片磷分配的影响显著强于广布种（图）。该研究揭示了我国典型落叶栎在不同磷供给条件下维持磷需求的策略，全球变化可能会促进落叶栎广、狭布种形成栖息地分化。相关研究成果以“Contrasting leaf phosphorus-allocation strategies between subtropical and temperate oaks”为题发表在国际学术期刊Plant, Cell & Environment（《植物、细胞与环境》）上。华南植物园博士后赖媛为论文第一作者，华南植物园旷远文研究员和中国林业科学研究院刘建锋研究员为共同通讯作者。该研究得到广东省基础与应用基础研究旗舰项目、广东省重点领域研发项目、国家自然科学基金和广东省科技计划项目的联合资助。论文链接：https://doi.org/10.1111/pce.70368 图. 亚热带和温带森林中落叶栎叶片磷分配策略的差异和调控机制

2026-01-09

深圳先进院 | 让AI自己找病灶医学影像诊断或将告别“手工标注时代”（Nature Biomedical Engineering）

1月6日，中国科学院深圳先进技术研究院医学成像科学与技术系统全国重点实验室研究员王珊珊团队联合清华大学助理教授周洪宇、澳门科技大学教授张康等合作者在《自然—生物医学工程》发表的最新成果，给出了一个全新的答案。在医院里，一张医学影像往往隐藏着大量关键信息。但要让AI 看懂这些影像，过去离不开医生手动“圈出”的病灶作为训练数据——这不仅耗费大量时间和精力，也成为医学影像 AI 难以大规模推广的重要原因。有没有可能，让AI不再依赖人工标注，也能自己学会“哪里可能有病灶”？1月6日，中国科学院深圳先进技术研究院医学成像科学与技术系统全国重点实验室研究员王珊珊团队联合清华大学助理教授周洪宇、澳门科技大学教授张康等合作者在《自然—生物医学工程》发表的最新成果，给出了一个全新的答案。研究团队提出了一种名为AFLoc的人工智能模型，这一模型最大的特点是：不需要医生提前标注病灶，就能自动在医学影像中“找病灶”。该研究中，王珊珊研究员、澳门科技大学医学人工智能研究所教授张康为共同通讯作者；深圳先进院医工所影像中心博士生杨浩、清华大学助理教授周洪宇为共同第一作者；深圳先进院为第一完成及最后通讯单位。研究工作同时得到了郑海荣院士的指导与支持。传统的医学影像AI模型的学习方式，就像学生做题必须先有标准答案，而AFLoc模型则更像是在“看图读报告”的过程中，自己学会理解影像含义。研究人员介绍，“我们让AFLoc 模型同时学习两类信息，一类是医学影像本身，比如胸片、眼底照片或病理切片，另一类是医生撰写的临床报告。通过反复‘对照学习’，AFLoc模型会逐渐明白：临床报告中提到的疾病描述，对应影像中的哪些区域。久而久之，即使没有人工标注，它也能在影像中准确标出最可能的病灶位置。”研究团队在胸部X光、眼底影像和组织病理图像三种典型医学影像模态上对AFLoc进行了系统验证，结果显示模型均表现出优异性能。在胸片实验中，AFLoc在覆盖肺炎、胸腔积液、气胸等34种常见胸部疾病、涉及8个主流公开数据集的测试中，在多项病灶定位指标上优于现有方法，并在多个病种中达到了甚至超越人类专家的水平。在眼底影像和病理图像任务中，AFLoc同样展现出稳定的病灶定位能力，定位精度优于当前主流模型。除病灶定位外，AFLoc还展现出强大的疾病诊断能力。在胸部X光、眼底和组织病理图像的零样本分类任务中，其整体表现均优于现有方法。尤其在眼底视网膜病变诊断中，AFLoc的零样本分类性能甚至超越了部分依赖人工标注数据微调的模型。 “这一模型有效规避了传统深度学习方法对大规模人工标注数据的依赖，显著提升了医学影像数据的利用效率与模型的泛化能力，为临床影像AI从‘依赖手工标注’迈向‘自监督学习’提供了可行路径，也为构建更智能、更具通用性的医学人工智能系统提供了新的技术范式。”王珊珊研究员表示。未来，研究团队还将进一步推动AFLoc在多中心真实临床场景中的验证与应用，加速其向临床辅助诊断系统的转化落地。论文链接：https://www.nature.com/articles/s41551-025-01574-7文章上线截图王珊珊（左五）团队。研究团队供图AFLoc 模型自动定位的病灶区域。研究团队供图

2026-01-07

南海海洋所 | 研究发现系列抗菌活性新颖脂肽

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室、热带海洋生物资源与生态实验室和广东省海洋药物重点实验室在海绵来源真菌天然产物研究方面取得新进展。科研团队基于分子网络分析导向分离的方法，从南海海绵来源的一株真菌中精准挖掘出系列新颖脂肽类化合物，具有较好的抗菌活性和糖苷酶抑制活性。相关成果发表于化学领域知名期刊《Chinese Chemical Letters》（中国化学快报）。中国科学院南海海洋研究所22届联合培养硕士生叶伟霞为论文第一作者，研究员张长生、研究员张文军及暨南大学研究员田海妍为共同通讯作者。真菌代谢产物是药物研发的宝库，但传统“盲目分离”的方法如同大海捞针，常导致已知化合物的重复鉴定。为应对这一难题，研究团队采用了MS2分子网络（MS2-MN）导向分离策略。该策略通过质谱数据的“指纹”聚类，将复杂的代谢产物可视化，让研究者能在实验初期就迅速排除“老面孔”，精准锁定具有新颖裂解特征的“潜力分子”。通过该策略，研究团队从南海海绵Halichondria panicea来源的真菌Aspergillus sp. SCSIO 40435中分离鉴定出4个新环七肽unguisins L–O（5–8）和11个新颖脂肽类化合物lipounguisins A–K（9–19）。进一步综合应用NMR、J-HMBC、旋光值、Marfey's水解、变温1H-NMR及ECD计算等方法解决了这类脂肽类复杂分子结构鉴定难题，确定了两种独特的C‒C和C‒N连接方式（图1）。活性评价显示，含有脂肪酸侧链的化合物抗菌活性和糖苷酶抑制活性明显优于相对应的环七肽母核，揭示了脂链对生物活性的重要贡献，也为后续开发新型药物先导化合物提供了关键依据。图1 (A) 典型脂肽的连接方式；(B)本研究报告的非典型脂肽；(C) 化合物1-19的结构图该项研究得到了国家自然科学基金、广东省及海南省自然科学基金等多项基金的资助。论文信息：Weixia Ye,Kai Liu,Wei Liu,Xianbo Chen,Xuemin Ding,Haiyan Tian*,Wenjun Zhang*,Changsheng Zhang*. Novel lipopeptides featuring unusual C–C and C–N linkages between cyclic peptides and fatty acyl chains. Chinese Chemical Letters,2025.论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cclet.2025.112293

2026-01-04

南海海洋所 | 研究揭示边缘海洋壳氮富集机制

近日，中国科学院南海海洋研究所张运迎研究员团队、广州海洋地质调查局孙珍研究员团队和加拿大阿尔伯塔大学李龙教授团队联合在边缘海洋壳氮富集机制及其对全球俯冲氮通量的影响方面取得重要进展，相关研究成果以“Significant nitrogen enrichment in altered upper oceanic crust in marginal seas: New insights into global subducting nitrogen budget and deep nitrogen recycling”为题发表于国际著名地球化学期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》。博士后孙李恒为第一作者，张运迎和孙珍为共同通讯作者。氮是生命必需元素，其在地球各圈层间的循环对宜居环境的形成与演化具有重要作用。洋壳在海水蚀变过程中可吸收大量表生氮，成为俯冲带氮输入的重要载体。然而，目前对洋壳氮富集机制及其在俯冲氮收支中的贡献仍认识不足，尤其是在边缘海区域。研究团队基于国际大洋发现计划（IODP）在南海钻获的玄武岩样品，系统开展了氮含量与同位素组成分析。研究发现，南海玄武岩氮含量显著高于全球大洋平均值。通过二元混合模拟，研究揭示南海玄武岩中的氮主要来源于上覆富粘土沉积物，并有少量非生物氮还原的贡献。进一步分析表明，除了周围环境次生氮可用性外，洋壳蚀变程度也是控制氮富集的关键因素。在次生氮可用性高的条件下，洋壳蚀变程度越高，氮富集越显著。基于这一新认识，研究团队重新估算出全球俯冲带上部洋壳的氮输入通量为6.8 ± 0.7 × 109 mol⋅yr-1，这几乎是之前估计值的两倍。研究还发现，边缘海相关的俯冲带虽然仅占全球俯冲带总长度的约15%，但其上部洋壳对全球俯冲氮输入通量的贡献高达25%，单位长度氮输入通量约为开阔大洋的1.7倍。这一结果凸显了边缘海在大洋氮循环中的重要作用，也为理解全球氮循环的区域差异提供了新视角。该研究不仅首次系统揭示了边缘海洋壳的氮富集特征与控制机制，也为准确评估全球俯冲氮收支和深部氮循环提供了关键数据与理论依据。研究得到了国家自然科学基金、地质联合基金、西太平洋地球系统多圈层相互作用重大研究计划、广东省人才团队项目、国家重点研发计划等项目的联合资助。论文信息：Sun,L.H.,Zhang,Y.Y*.,Li,K.,Sun,Z*.,Huang,R.F.,Li,L.,2025. Significant nitrogen enrichment in altered upper oceanic crust in marginal seas: New insights into global subducting nitrogen budget and deep nitrogen recycling. Geochimica et Cosmochimica Acta.文章链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.12.038图1 IODP U1500、U1503、U1431、U1433和U1434站位分布图图2 南海洋壳玄武岩N含量和δ15N值特征图3 蚀变玄武岩平均N含量与（a）扩张速率、（b）洋壳年龄、（c）基底沉积物N含量和（d）平均LOI含量关系图

2026-01-04

南海海洋所 | 珊瑚记录揭示印度洋孟加拉湾人类活动对海洋环境的深刻影响

近日，中国科学院南海海洋研究所陈天然研究员团队联合澳大利亚昆士兰大学赵建新教授团队等，在孟加拉湾海洋环境研究领域取得重要进展，相关成果连续发表于《Environmental Research》与《Marine Pollution Bulletin》等国际学术期刊。博士研究生Md Habibur Rahman为论文第一作者，陈天然为通讯作者。孟加拉湾地处印度洋“一带一路”关键海上节点，其沿岸的孟加拉国位于恒河 — 布拉马普特拉河 — 梅格纳河三角洲，拥有全球最丰富的沉积物输入与高度密集的沿海人口。该区域气候受南亚季风强烈控制，海洋环境在自然波动与人类干扰的共同作用下极为复杂。近年来，随着快速的城市化、工业化以及港口、桥梁、拆船业等大型基础设施建设，孟加拉湾已成为全球关注的海岸带环境热点区之一，同时其独特的地缘位置使其在区域经济发展、海洋资源利用和生态安全方面具有战略意义。研究团队创新性地利用圣马丁岛的现代和古珊瑚样品作为高分辨率自然地质档案，建立了 2011 — 2022 年间的多元素（B、Fe、Mn、Ba、Cu、Ni、Pb 等）时间序列，精准甄别了不同人类活动的污染指纹。研究结果显示，珊瑚骨骼中微量元素的变化不仅清晰记录了海表温度与河流径流的季节性信号，更反映了沿岸城市化、农业化与工业化快速发展带来的污染累积。多元统计分析表明，约七成的元素变化可归因于人类活动。其中，铁、锰、砷的峰值与帕德玛大桥、马塔巴里深水港等大型基建工程以及建立罗兴亚难民营引发的土地利用剧变等高度吻合；磷、锌、镉的长期上升趋势则指向了农业化肥的使用加剧；而锡的异常则揭示了防污漆、农药及旅游业等污染源的贡献。珊瑚中铜、镍、铅等金属含量较前工业时期升高 2 至 3.5 倍，明确地将这些重金属的富集与吉大港全球性拆船产业的活动强度直接关联，并确定了每种金属输入的特定阈值，为针对拆船业的精准监管和风险预警提供了量化工具，也为我国参与国际合作框架下的区域治理（如《香港公约》等）提供数据话语权。这些成果不仅首次在孟加拉湾构建了基于珊瑚生物档案的污染变化序列，更在溯源解析不同产业污染信号方面实现了方法突破，提出了基于珊瑚地球化学阈值的污染监测框架，为沿岸海域的生态风险预警与可持续管理提供了新思路，也为 “一带一路” 沿线国家的海洋环境保护与资源管理提供了重要科学支撑。该研究得到了国家自然科学基金以及ANSO青年人才奖学金-2021等项目的支持。图1 孟加拉湾多类型人类活动及采样岛屿地理位置图2 2011年至2022年期间Sr/Ca、B/Ca、Ba/Ca、Fe/Ca、Mn/Ca等地球化学指标时间序列论文信息：MdHabibur Rahman, Tianran Chen, Syeda Maksuda Yeasmin, Yuyang Lin, Jianxin Zhao, Fabrice Papa, Md Hafijur Rahaman Khan. Decadal variability and anthropogenic influence on trace element dynamics in the Bay of Bengal: Evidence from high-resolution coral records. Environmental Research.2025.279:121828.Md Habibur Rahman,Tianran Chen,Syeda Maksuda Yeasmin,Xiaolan Tan,Md Haffjur Rahaman Khan. Coral geochemical archives reveal shipbreaking-driven heavy metal pollution in the Bay of Bengal. Marine Pollution Bulletin. 222(2026),118888原文链接：https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.121828 https://doi.org/10.1016/j.marpolbul.2025.118888

2026-01-04

深圳先进院参与全球首次深海二氧化碳水合物封存海试

2025年11月，怀柔实验室联合中国海油在琼东南水深1695米海域，实施了全球首次深海CO2水合物固化封存探索性海试作业。此次作业应用了中国科学院深圳先进技术研究院海洋探测科学仪器研究团队研制的深海海底原位电磁脉冲声源（Boomer）进行海底地震的采集。2025年11月，怀柔实验室联合中国海油在琼东南水深1695米海域，实施了全球首次深海CO2水合物固化封存探索性海试作业。此次作业应用了中国科学院深圳先进技术研究院（以下简称“深圳先进院”）海洋探测科学仪器研究团队研制的深海海底原位电磁脉冲声源（Boomer）进行海底地震的采集。怀柔实验室海洋碳封存团队根据海试过程中封存地质体地震监测需求，提出了利用ROV搭载Boomer声源进行地震采集的设计方案。深圳先进院团队依据该作业设计，历时2个月研制适用于深海ROV搭载的Boomer声源，其最大工作水深可达2000米，并配合怀柔实验室团队开展了声源系统的实验室电气、通信、连续无故障等测试，以及大型压力舱内的带压联调联试和近海联调联试。在实际海上施工作业过程中，深圳先进院与怀柔实验室紧密合作，深圳先进院江彪、罗磊工程师在复杂海况和高强度连续作业下，保障了深海原位Boomer声源在海底的稳定运行，以及地震采集作业的顺利实施。Boomer声源（又称震源）是基于电磁脉冲原理的海底浅地层高分辨率勘探声源系统。该类型声源应用于深海时，需要克服高水静压引起的空化抑制等关键问题。深圳先进院海洋探测科学仪器研究团队于2023年提出了基于压力补偿平衡的解决方案（CN202410001361.1），成功实现了该类型声源在2000米深海环境下宽频、高振幅的子波激发（《集成技术》, 2025, 14(3): 134-144）。目前，研究团队依托深圳先进院自主部署项目正在开展水深达到6000米的Boomer声源技术开发，未来将应用于大洋海底资源的勘探与开发。深海Boomer声源在南海1695m海底作业深海Boomer声源在南海1695m海底作业深海Boomer声源搭载于中海辉固ROV

2026-01-06

深圳先进院 | 拓扑声镊操控粒子智能避障波浪前进（Science Advances）

近日，中国科学院深圳先进技术研究院医学成像科学与技术系统全国重点实验室郑海荣院士、李飞研究员，联合华中科技大学祝雪丰教授，提出了一种在复杂强散射介质中实现精准、动态、稳定声操控的突破性解决方案声镊技术凭借其非接触式操控优势，已在细胞、生物分子等微纳米尺度颗粒操控领域获得广泛应用。然而，传统声镊在复杂非均匀介质（如生物组织、复杂流体）中面临着根本性挑战：声波穿过不同密度、声速的介质时会发生散射、反射、折射和畸变，导致声场紊乱，造成操控失效，成为非均匀复杂介质中实现精准操控的主要障碍。近日，中国科学院深圳先进技术研究院医学成像科学与技术系统全国重点实验室郑海荣院士、李飞研究员，联合华中科技大学祝雪丰教授，提出了一种在复杂强散射介质中实现精准、动态、稳定声操控的突破性解决方案：1）通过引入声学拓扑新物理对结构无序、制造缺陷、环境扰动、背向散射的免疫和鲁棒性优势，在主动设计的拓扑声子晶体中，激发具有“拓扑保护”的局域化谷态驻波场，实现了颗粒沿任意设计轨迹的高精度、空间选择性、可编程的“波浪式”智能定向输运；2）通过调控入射波相位，利用散射系统中受拓扑保护的驻波辐射力，可在存在拐角、空腔和无序等缺陷条件下实现稳定的高效颗粒操控；3）通过与传统声子晶体波导对比，以及跨三通道拓扑质量环路实验，进一步凸显了拓扑鲁棒性的声操控优势。该体系的可扩展性与鲁棒性为在生物组织等复杂非均匀介质中维持稳定的操控力场提供了理论基础，也为从根本上解决声镊在复杂、非理想环境中精确稳定合成的难题提供了新范式，对光镊、拓扑物理等相关领域亦具有重要的借鉴意义。相关研究成果以"Demonstration of topological acoustic tweezing for robust mass transport"为题，于1月1日发表在Science Advances上。美国德克萨斯大学奥斯汀分校终身教授Yuebing Zheng在Science Advances上同期撰写了特约评论文章（Focus article）“Sound matters: Using acoustics to move material”，认为：Zheng and co-workers present one of the pioneering demonstrations of topological acoustic tweezers. …… The foundational work by Zheng and co-workers offers several promising avenues for future research: system miniaturization and integration, reconfigurable waveguide structures, diversified manipulation modes.中国科学院深圳先进技术研究院郑海荣院士和李飞研究员、华中科技大学祝雪丰教授为论文共同通讯作者；中国科学院深圳先进技术研究院助理研究员黄来鑫、华中科技大学博士研究生向霄与中国科学院深圳先进技术研究院博士后李宗霖为并列第一作者。该研究获国家重点研发计划、中国科学院战略性先导科技专项（B类）、国家自然科学基金、广东省自然科学基金、深圳市基础研究重点项目与广东省磁共振与多模态成像重点实验室等资助。拓扑颗粒输运的物理机制利用旋转角相反的不锈钢柱阵列构建了水下谷拓扑绝缘体。通过能带结构分析和透射谱测量确定了当声波频率为470kHz时，可激发沿结构界面传播的边界态产生，从而构建能量局域化的拓扑通道。当声波从通道两端入射后，会在通道内相互干涉，产生受拓扑保护的拓扑驻波场。通过调节入射波的相位差φ，可使捕获在势阱中的微颗粒随驻波声压波腹移动而实现输运。直线型拓扑波导中的局域化驻波与颗粒输运根据波动物理学基本原理，两列反向传播的平面波叠加可形成驻波场。当两列行波间的相位差变化时，所有声压波节与波腹将沿声传播方向移动。本研究通过光纤水听器测量了不同相位差条件下的拓扑界面处的声场分布，验证了该调控策略在拓扑保护散射系统中同样有效。进一步，实现了PDMS颗粒在通道内声压波腹处的捕获和沿锯齿状路径的输运，并揭示了拓扑声场中的辐射力对颗粒运动的操控机制。含缺陷拓扑波导中的稳健颗粒输运接下来研究了拓扑结构缺陷对颗粒输运的影响。首先，对比了包含拐角缺陷的声学拓扑波导（ATW）和由A晶格组成的声子晶体波导（PCW）。实验结果表明，在ATW中，微粒能够顺利穿越拐角，并在长距离的复杂轨迹上实现鲁棒输运。相比之下，PCW完全无法实现定向的微粒输运，微粒仅在起始位置附近振荡。随后，在直线型ATW中移除了两个柱体，构建了空腔缺陷。尽管颗粒在通过该腔体后，暂时偏离了界面，但之后迅速返回通道完成定向输运。以上结果凸显了拓扑声镊对颗粒的稳健操控能力。拓扑质量循环输运最后，利用谷边界态的声学分束能力（在界面交汇处，边界态会分裂至相同能谷的通道中）构建了一个声学循环器。此声学循环器由交汇于一点的三条拓扑通道组成。通过切换激活不同的通道端口和循环相位调制，实现了跨越三个端口的粒子循环输运，展示了拓扑声镊的智能化和路径选择性的输运能力。拓扑声镊“波浪式”智能避障定向输运颗粒示意图图1: 拓扑声学质量输运。(A) 利用谷霍尔拓扑绝缘体实现颗粒输运示意图。(B) 元胞能带结构。插图为两种谷态(q⁺和p⁻)的模拟本征场分布。(C) 超胞能带结构及通过傅里叶变换得到的相应频谱。(D) 在470 kHz频率下，谷霍尔拓扑绝缘体中的仿真声压场分布，平面波从左边界入射。(E) 晶格B和晶格A-B界面的实验测量透射谱。在带隙范围内（如黑色虚线标注）可观察到明显的拓扑波传输。图2：直线型拓扑波导中的驻波与质量输运。(A) 实验样品及驻波激励示意图。插图标明了晶格A-B界面（x-z平面）与颗粒操控观测平面（x-y平面），红色虚线标示x-y平面中晶格A与B的分界处。(B) 和 (C) 不同相位差条件下x-y平面的模拟声压场与x-z平面的实测声压场。其中z轴原点位于柱体上表面。(D) 距A-B界面四个晶格常数距离处的x-z平面声压场分布。(E) PDMS颗粒在拓扑通道中的输运。(F) 相位差φ递增与递减时颗粒往返仿真运动轨迹。(G) 颗粒位移随φ的变化关系。插图标注了φ=0,2.5π,5π时的颗粒位置（从左至右）。(H) x与y方向声辐射力随φ的变化关系。插图标注当Fy达到峰值时颗粒的位置（实心圆）及下一时刻位置（空心圆）图3：声学拓扑波导（ATW）中的声微流控技术。(A) 带有拐角缺陷的ATW中的稳健颗粒输运。(B) 声子晶体波导（PCW）中的颗粒运动。(C) ATW和PCW中颗粒（PCW以图B中颗粒1为例）沿x和y方向的位移。(D) 带有空腔缺陷的ATW中的颗粒输运。(E) 声波分别从结构两侧入射时，图D橙色矩形标注区域声场的相位云图及等高线图。(F) 声辐射力将ATW界面外的PDMS颗粒吸引至界面图4：拓扑质量循环。(A) 拓扑声学循环器示意图。(B) 声波从端口P1和P2入射时的仿真声压场分布。黑色箭头描绘了声辐射力的方向。(C)至(E)分别展示从端口P1到P2、从P2到P3、从P3到P1质量输运的实验结果。(F) 三个端口处声源相位的时序变化，以及在(C)至(E)中标记的六个点处计算得到的声压幅值视频1: 相位调控时间间隔（△t）和入射声压（p0）对颗粒输运的影响视频2: 直线型拓扑波导中操控颗粒智能避障“波浪式”前进视频3：声学拓扑波导中的颗粒运动视频4: 传统声子晶体波导中的颗粒运动视频5: 含有空腔缺陷的拓扑波导中的颗粒输运视频6: 拓扑质量循环输运

2026-01-05

华南植物园揭示南亚热带优势木本叶片最小导度种间差异及其影响因子

全球气候变化对陆地植物水分关系产生了深远影响，尤其是在降水格局改变、气温升高以及极端干旱事件频发的背景下，植物面临着严峻的生长和存活挑战。叶片最小导度表征气孔关闭后水分流失的速率，与植物在极端干旱条件下的生长和存活密切相关。前人的研究表明，叶片最小导度在物种间具有显著差异，但是影响不同功能类群植物（如喜光种VS耐荫种）叶片最小导度种间差异的关键因子，仍不明晰。中国科学院华南植物园恢复生态学研究团队博士后廖良宁等科研人员，选取南亚热带常绿季风阔叶林的39种优势木本植物，涵盖喜光种与耐荫种两个功能类群，通过测定叶片相关性状和模型分析发现，角质层厚度是影响叶片最小导度差异的主要因子。其中，喜光种叶片的角质层较薄，气孔分布比例较高，叶片最小导度显著高于耐荫种（图）。此外，喜光种通过较高的光合速率实现更高效的碳获取能力，但同时也承担着更大的水分亏缺风险；而耐荫种以较厚的叶片角质层和较低的气孔分布比例，采取的是更为保守的水分利用策略，进一步证明植物在碳获取与水分利用之间存在权衡关系。该研究揭示了光需求策略驱动的不同功能类群植物叶片解剖结构、叶片最小导度以及碳获取能力之间的协同变化，为深入理解气候变化背景下森林植物的干旱响应与适应提供了新的视角。相关研究结果以“Minimum leaf conductance varied across 39 sub-tropical woody species with contrasting light requirement strategies”为题发表于国际主流刊物Journal of Experimental Botany（《实验植物学杂志》）。该研究得到了国家自然科学基金等项目的资助。论文链接：https://doi.org/10.1093/jxb/eraf318图. 不同光需求策略物种的叶片功能性状差异。左图（A、C、E）：耐荫种的气孔与角质层特征（以黄果厚壳桂Cryptocarya concinna为例）；右图（B、D、F）：喜光种的气孔与角质层特征（以黄牛木Cratoxylum cochinchinense为例）。

2026-01-01

南海海洋所 | DAS技术探测新突破：光纤传感实现岛礁水动力过程高精度监测

近日，中国科学院南海海洋研究所夏少红研究员团队在南海北部岛礁区，成功利用分布式声学传感（DAS）技术开展水动力环境观测研究，为揭示岛礁水动力过程及其岸线演化机制提供一项革新手段。相关成果以Hydrodynamic Processes of a Typical Reef Island in the Northern South China Sea Revealed by Distributed Acoustic Sensing为题发表于《中国科学：地球科学》（Science China: Earth Science），论文第一作者为博士研究生周博，通讯作者为研究员夏少红，共同作者包括副研究员张昌榕、王新洋及博士后张成龙。水动力过程是控制岛礁地貌发育与演化的核心因素，也是影响岛礁工程建设安全的关键。然而，传统观测因测点稀疏、成本高昂，难以连续高分辨率监测。为突破这一瓶颈，研究团队通过自主铺设光缆（图1），创新性地在西沙群岛宣德环礁的赵述岛及其周边海域部署了一套海陆一体化的DAS观测系统。该系统成功实现了对岛礁复杂水动力环境的高密度、连续监听。通过对连续5天观测数据的精细解译，研究团队成功识别并分离出多种水动力信号，包括由海表重力波（海浪）传播引起的海底应力波动、由复杂地形导致的局部湍流、在岸线破碎的拍岸浪能量以及海流流经光缆时产生的涡激振荡信号。进一步分析揭示了这些水动力信号与区域潮汐周期、风场变化及海底地形（如礁坪、潟湖、水下沙洲等）之间存在显著耦合机制。图1 光缆铺设示意图研究发现，海浪和局部湍流信号分别集中于0.1-0.6 Hz和2-10 Hz频段，两者的能量随潮位涨落呈现显著的周期性波动特征（图2），并且在礁脊到潟湖方向上表现出明显的空间衰减梯度（图3）。光缆涡激振荡信号主要集中于0.6-2 Hz频段，其产生过程受到风向的控制，且振荡频率与潮位变化呈负相关。拍岸浪信号的能量则受地形、潮汐和风场的多重影响：防波堤海岸拍岸浪的破碎效应显著强于沙滩海岸（图4）；拍岸浪能量的波动与潮汐和风场变化具有强相关性；基于观测数据估算的波浪反射系数符合典型碎石防波堤的物理特征。图2 水下光缆记录的信号波形与时频谱，高频、中频和低频信号分别对应局部湍流、涡激振荡和海浪过程图3 水下阵列信号能量的空间分布特征图4 防波堤海岸（建设区）和沙滩海岸拍岸浪信号的强度对比该研究突破传统观测的时空分辨率瓶颈，证实DAS可在珊瑚礁复杂地形中同步获取海浪、湍流、拍岸浪与流致振动信息。所获高分辨率水动力数据集可直接用于防波堤稳定性评估与岸坡优化设计、岛礁港口航道选线与资源开发布局，以及珊瑚礁生态系统保护与修复的动态基线建立。该研究得到国家重点研发计划项目、中国科学院南海海洋研究所自主部署项目和广州市科技计划项目的资助。文章信息：Zhou B，Xia S*，Zhang C,et al. Hydrodynamic Processes of a Typical Reef Island in the Northern South China Sea Revealed by Distributed Acoustic Sensing. SCI CHINA EARTH SCI,2025.原文链接：https://doi.org/10.1360/SSTe-2025-0100

2025-12-18