科普知识
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北方的“报春使者”——侧金盏花侧金盏花开了，它告诉我们，寒冬已经过去，春天来了！三月伊始，冰雪消融。北方的冬天刚刚过去，树木还没来得及换上新装。在园中闲逛的时候，突然发现地面长出了三朵黄色的小花。凑近一看，嚯，不知道什么时候开始，落叶中已经多了好些紫褐色的小脑袋，鼓鼓的，好像在为盛放积蓄着力量。这三朵明显是“好好学生”，已经率先露出了黄澄澄的花心。它们，就是早春植物——侧金盏花 （Adonis amurensis Regel et Radde）！ 三位“好好学生”说到北方的“报春使者”，侧金盏花绝对当仁不让。冰雪还未完全消融，就能在林下看到它的身影。它是毛茛科（Ranunculaceae）侧金盏花属（Adonis）植物。相传Adonis是古希腊神话中令爱神阿佛洛狄特（Aphrodite）和冥后珀耳赛福涅（Persephone）神魂颠倒的美少年，以Adonis来命名，足可见侧金盏花的貌美。不过，它初时只是一个个其貌不扬的花苞，藏在落叶堆里。等侧金盏花准备好了，才会在阳光明媚的日子慢慢绽放，一小簇一小簇，在林下像一个个小太阳，非常耀眼。侧金盏花的花苞（左）与盛放的花（右）侧金盏花最外围紫褐色的部分，其实是它的花萼。花开时，花萼会逐渐变成淡紫色，露出金灿灿的花冠，以及螺旋状排列在花托上的雄蕊和雌蕊。有意思的是，侧金盏花的花冠还会慢慢长大，最大时，直径能达到3.5cm左右。侧金盏花的花结构一、“报春”的秘密同样是花，莲在炎热的夏季盛放，菊花开在金风送爽的秋季，为什么侧金盏花要选择萧瑟的早春呢？难道它不怕冷吗？这主要是因为，侧金盏花多生于林下，等到大树长得郁郁葱葱，春意盎然之时，再难晒到太阳。所以，为了争取充足的阳光，侧金盏花决定“错峰出行”！在大树还没长叶之前，侧金盏花开始绽放，在一片严寒中美滋滋地享受“专属日光浴”。因为顶着冰雪盛放的特点，也有人叫它“顶冰花”或“冰凉花”。在冰雪中盛放的侧金盏花二、如何“保暖”？既然选择在春寒料峭时独自美丽，侧金盏花为了保暖，做了很多工作。侧金盏花的植株很矮，开花时只有5-15cm，这样既避免了寒风袭扰，也可享受地表较高的温度。而且，深色系的花萼也能吸收更多的热量。神奇的是，侧金盏花富有光泽的花瓣会排列成凹面镜一样的结构，在晴朗的天气随着太阳转动，反射阳光来增加花心的温度。这样不仅可以保护它的繁殖器官（雌蕊和雄蕊）不受低温伤害，也为昆虫提供了一个暖洋洋的“自助餐厅”。阳光下的“凹面镜”蜜蜂、食蚜蝇都是这里的常客，来来往往地吸食着花蜜和花粉。偶尔，也有几只小蚂蚁，在硕大的餐桌上享受自己的甜点。用餐过程中，昆虫们也帮助侧金盏花传播了花粉，可谓是互惠互利，合作共赢。侧金盏花的访花昆虫食蚜蝇（左）与蜜蜂（右）三、“错峰出行”的雌雄蕊侧金盏花不光会和大树错峰出行，自己的花内部也会错峰出行。它的一朵花，花期大概有一周左右。这期间，它随着太阳升起盛开，夕阳西垂时闭合，像古时日出而作，日落而息的农人。如果赶上阴雨天或下雪，侧金盏花会选择窝在自己暖和的小房子里，绝不出门。这一周里，侧金盏花雌雄蕊的出行时间井然有序。第一天，雌蕊先出行（成熟），突起在整朵花之上，花柱弯曲，柱头分泌粘液，而雄蕊乖乖地平躺在花瓣上，花丝较短，花药不开裂；等到第二天，雄蕊才开始出行（成熟），花丝伸长，逐渐直立向雌蕊靠拢，花药开裂散出花粉。这种雌雄蕊错峰出行的现象，被称为“雌雄异熟”，为侧金盏花异花传粉制造了机会。不过，可能是早春温度较低，访花昆虫少，在之后的时间里，侧金盏花也会自花传粉，确保传宗接代顺利进行。雌蕊先熟（左）与雄蕊开始成熟（右）四、花开千万盏，盏盏并不同东北地区的侧金盏花主要有两种，侧金盏花和辽吉侧金盏花（A. ramosa Franch.），大家可不要弄混了。辽吉侧金盏花在花蕾期，侧金盏花的花苞是紫褐色，叶子很小，开花后才会慢慢长大（先花后叶）；而辽吉侧金盏花的花苞深紫色，周围有一圈紫色的小叶子，会跟着花苞一起长大（花叶同放）。花苞：侧金盏花（左）vs辽吉侧金盏花（右）它们的花也有些区别。侧金盏花的萼片与花瓣近等长，数量也与花瓣差不多；辽吉侧金盏花萼片的长度约为花瓣的一半，数量也打了个折，5片左右。而且，侧金盏花的花期要比辽吉侧金盏花早一些，要不怎么是“报春使者”呢？花萼：侧金盏花（左）vs辽吉侧金盏花（右）想不到小小的侧金盏花，为了生存延续做了这么多的努力。它既是弱者，是森林底层的弱小生命；也是强者，有着底层生存的智慧，在物竞天择，适者生存的丛林法则中挤出了自己独特的生态位。侧金盏花开了，它告诉我们，寒冬已经过去，春天来了！林下恣意绽放的侧金盏花参考文献：1. 宋波等. 御寒高手 “增温”植物.2. 何淼等. 野生及引种侧金盏花的开花物候与传粉特性.3. 孙颖等. 侧金盏花的花部特征与繁育系统观察.4. 陈士惠. 侧金盏花（Adonis amurensis Regel et Radde）繁殖生物学研究.来源：中国科学院沈阳应用生态研究所树木园，辽宁沈阳城市生态系统定位观测研究站。作者：王力平，科研助理；李岩，工程师；黄彦青，高级工程师；于景华，研究员。照片：王力平 摄致谢：感谢何兴元研究员、陈玮研究员、曹伟研究员、张粤正高级工程师、苏道岩高级工程师等人的指导。2024-04-03 -
中科院沈阳生态所第十九届公众科学日活动成功举办2023年5月12-14日，中科院沈阳生态研究所第十九届公众科学日活动在沈举行2023年5月12-14日，中科院沈阳生态研究所第十九届公众科学日活动在沈举行。活动吸引了生态所幼儿园、文化路小学等社会公众等1500余人参加。本届公众科学日以“遇见科学 预见未来”为主题，向社会公众和青少年集中展示研究所的科技创新成果，主要包含“科普报告”、“科普展览”、“游园会”三个环节，中间穿插互动活动。在“科普报告” 环节中，研究所结合自身专业特点精心准备了四场专题报告，在第一场《生物多样性与生态环境保护》报告中，袁海生研究员从生物多样性保护的重要性、生物多样性面临的威胁、和如何加强生物多样性保护等内容介绍生物多样性与人类的生活环境密不可分。随后张伟东研究员以《森林碳汇，绿色地球》为题，通过介绍“碳中和”概念的形成背景、中国通过各种林业工程的实施提高增加森林碳汇功能等方面展示了中国在达成“碳达峰-碳中和”双碳目标中的努力与成效。在第三场《耕地中的“大熊猫”：东北黑土奥秘多》报告中，朱雪峰副研究员通过介绍黑土地的成因、结构和分布等内容为小朋友们揭示了黑土地肥沃的奥秘，重点讲解了东北黑土地的形成过程，发展状况和黑土地保护性耕作的技术原理以及保护黑土地的重要性，希望小朋友们在日常生活中做好对黑土地的宣传和保护，并呼吁大家珍惜粮食，珍爱土地。在第四场《植物界的小矮人——苔藓的故事》报告中，李微高级工程师介绍了苔藓植物的特征、苔藓植物的类群、苔藓植物在生态系统中的作用和生活中的应用，通过这些知识的讲解使人们认识到植物界易被忽视的苔藓植物也对我们的生活有重要作用。希望大家培养认真观察周围环境的好习惯，在观察过程中养成勤思考的习惯，提高科学素养。在“科普展览”环节中，开设了“多彩的生物世界”展示区，让大家了解植物、真菌、苔藓、和昆虫相关的基本知识。尤其是真菌和植物科普知识有奖问答环节吸引了大批参观者，大家争先恐后的抢答问题，现场气氛十分活跃。在“游园会”环节中，通过张悦工程师对研究所园区的早春植物讲解，让孩子们亲身接触和了解植物的生长变化，了解了由花至果的生长变化是如何发生的。还特别增加“辨识我身边的野菜”环节，让久居城市的参与者有机会了解和辨识野菜，得到强烈反响。“中国科学院公众科学日”是中科院一项重要的科学传播活动。通过开放实验室、标本馆、树木园等场所，科学知识讲座，科普走进校园等活动，让公众走近科学、了解中国科学院。（科技处）科普报告活动现场2023-05-14 -
The Innovation | “节能降碳利器”生物质能多元利用模式2023-04-29
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学习《生物安全法》，认识外来入侵物种2021年4月15日起《中华人民共和国生物安全法》正式施行 2021年4月15日起《中华人民共和国生物安全法》正式施行。社会各界对此产生了极大的关注，然而作为普通民众的我们可能会有如下困惑：什么是“生物安全”？为什么要对生物安全立法？生物安全涉及哪些主要内容？今天我们从此法的第五项适用范围“防范外来物种入侵与保护生物多样性”来深入了解一下。《生物安全法》的立法目为了维护国家安全，防范和应对生物安全风险，保障人民生命健康，保护生物资源和生态环境，促进生物技术健康发展，推动构建人类命运共同体，实现人与自然和谐共生，制定本法。——《中华人民共和国生物安全法》第一条什么是“生物安全”本法所称生物安全，是指国家有效防范和应对危险生物因子及相关因素威胁，生物技术能够稳定健康发展，人民生命健康和生态系统相对处于没有危险和不受威胁的状态，生物领域具备维护国家安全和持续发展的能力。——《中华人民共和国生物安全法》第二条维护生物安全的主要原则生物安全是国家安全的重要组成部分。维护生物安全应当贯彻总体国家安全观，统筹发展和安全，坚持以人为本、风险预防、分类管理、协同配合的原则。——《中华人民共和国生物安全法》第三条 生物安全法的适用范围——《中华人民共和国生物安全法》第二条什么是外来入侵物种外来入侵物种是指通过有意或无意的人类活动被引入到自然分布区以外，在自然分布区外的自然、半自然生态系统或生境中建立种群，并对引入地的生物多 样性造成威胁、影响或破坏的物种。我国外来入侵物种现状随着全球经济一体化、国际贸易飞速发展，国家、地区之间的经济、文化交流日期频繁，铁路、公路、机场、港口以及口岸建设快速发展,生物入侵的现象越来越普遍。根据《2019中国生态环境状况公报》，全国已发现660多种外来入侵物种。其中，71种对自然生态系统已造成或具有潜在威胁并被列入《中国外来入侵物种名单》。67个国家级自然保护区外来入侵物种调查结果表明，215种外来入侵物种已入侵国家级自然保护区，其中48种外来入侵物种被列入《中国外来入侵物种名单》。我国已成为世界上遭受外来入侵物种危害最严重的国家之一。外来入侵物种的危害 外来入侵物种可能造成严重的生态破坏和生物污染，巨大的经济损失，甚至威胁人类健康。例如，黄花刺茄 (学名：Solanum rostratum Dunal)隶属于茄科茄属，原产于北美洲，在我国入侵的区域每年扩散距离在16km 以上，适生性和繁殖能力极强；人接触后导致皮肤红肿，搔痒，家畜误食后会导致中毒甚至死亡，危害性大；与农作物争夺阳光、养料、土壤、 水分作为自己生存的基础，释放有害化感物质，导致农作物的产量与品质下降，增加农业生产成本；是一些病虫害的重要寄主，黄花刺茄携带病虫害进行扩散，破坏入侵地的物种多样性。黄花刺茄黄花刺茄在东北地区的分布点示意图 红火蚁（学名：Solenopsis invicta Buren）隶属于蚁科火蚁属，其拉丁名意指“无敌的”蚂蚁。由于红火蚁性情凶猛，繁殖力强，食性杂，竞争力强，很容易在新入侵地形成高密度种群。它被世界自然保护联盟IUCN列为100种最具破坏力的入侵生物之一。红火蚁对人有攻击性及重复蛰刺能力，其腹部末端的螯针将毒液注入人体。被蛰后，会出现典型过敏反应，如下图所示。多数人会出现疼痛和火烧的感觉，少数对毒液中蛋白过敏，还会造成过敏性休克，甚至造成死亡。同时，它可以取食农林植物的根、幼芽、种子及果实，严重影响收成，对公共电子仪器设备也会造成损坏，导致通讯中断等。目前，红火蚁已经扩散至广东、广西、浙江、福建等12个省份。红火蚁人体对红火蚁出现的过敏反应 巴西红耳龟（学名：Trachemys scripta elegans）是龟科彩龟属巴西彩龟的一个亚种。它属于杂食动物，食量大，食性杂，与本土的龟种相比，具有更强的生命力和繁殖力，常被当成宠物饲养。它可以携带沙门氏杆菌和寄生虫等病原体，给人类健康造成威胁。巴西红耳龟是世界公认的生态杀手，已经被世界环境保护组织列为100多个最具破坏性的物种之一，多个国家已将其列为危险性外来入侵物种之一。中国也已将其列入外来入侵物种，对中国自然环境的破坏难以估量。巴西红耳龟 2021年5月22日东北生物标本馆将开展一年一度的公众科学日大型科普活动，届时将推出更为精彩的“外来入侵植物”和“外来入侵动物”主题报告，敬请期待！2021-05-07 -
沈阳市植物学会“生态保护-感知春天”植物培训开展学术交流和技术培训活动，普及植物学知识是沈阳市植物学会的宗旨之一开展学术交流和技术培训活动，普及植物学知识是沈阳市植物学会的宗旨之一。经学会理事会精心筹划和准备，学会于2021年4月22-23日在丹东地区开展为期两天的早春植物培训，包括培训学习、学术报告和野外培训。学会理事、会员及中小学植物爱好者近50人参加了培训。在培训学习与学术报告的会议环节，学会副理事长陈玮代表理事会致辞。陈玮副理事长致辞国际植物园保护联盟（BGCI）中国办公室执行主任文香英女士，作了“树木保护的4W1H”的报告，介绍了地球上树木的价值、濒危原因和植物保护战略中的一系列措施，国际植物园保护联盟的情况及其在中国濒危树木保护中做出的贡献等。国际植物园保护联盟文香英女士报告沈阳世博园高级工程师姜琪，作了“生态教育科普研学旅游联盟”构建探讨及展望的报告，介绍了沈阳市植物园“生态教育科普研学旅游联盟”的工作经验。沈阳世博园高级工程师姜琪报告树木园高级工程师黄彦青，作了“植物之自然课堂”，介绍植物与人类及传统文化之间的关系，以及植物自身价值等科学知识。树木园高级工程师黄彦青报告春天是一个充满生机与希望的季节，在牡丹顶早春植物的野外识别培训，无论成人还是孩子，远离喧嚣，融入大自然，走进蕴含无穷智慧的自然课堂，亲历科学探索之旅，感受丰富多彩的早春植物世界，让学员们更深了解和感悟早春植物。野外培训交流早春植物学会合影2021-04-27 -
绿埜文学第五期2021-03-03
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【原创科普文章】农业春风吹满地，懒人耕作靠科技出品：科普中国制作: 朱雪峰（中国科学院沈阳生态研究所）监制：中国科学院计算机网络信息中心今年的东北黑土地上，少了大量"脸朝黄土背朝天"的人工劳作，却多了机械化的"免耕播种"，还有"秸秆归还"的省时高效。免耕播种和秸秆归还又被人们戏称为"懒人耕作"，而另一个名字叫"保护性耕作"，如今它是越来越流行了。截至2019年底，中国东北超过1500万亩土地实行保护性耕作。2020年2月，农业农村部、财政部联合印发的《东北黑土地保护性耕作行动计划（2020-2025）》明确提出：要加快推进保护性耕作的推广和应用，力争在2025年时能将保护性耕作技术推广到1.4亿亩的土地上。问题来了，免耕、秸秆归还，都是什么操作？为什么要这样操作呢？免耕播种机在全量秸秆覆盖下播种（解宏图供图）盛产东北大米的黑土地正在退化说到东北黑土地，您肯定对香喷喷的东北大米和金灿灿的玉米不会陌生，那软糯的口感，扎实的养分，绝对是粮食中的战斗粮，而这都得益于东北肥沃黑土的滋养。然而，长期的传统耕作对土壤的过度开垦和强烈扰动加上地表秸秆的过度清理和焚烧，严重破坏了有益于作物生长的土壤结构，降低了土壤养分的输入，加上裸露的土壤极易遭受风蚀水蚀，原本肥沃的黑土有机质含量连年下降，原来那个肥得流油的黑土地变得越来越贫瘠疏松，土壤的退化严重制约了东北地区的粮食产量和农业的可持续发展。东北大米和玉米（朱雪峰供图）扎根黑土地 十余年钻研探索出保护性耕作技术日益严峻的土壤退化问引起了科学家的注意。2007年，中科院沈阳应用生态研究所的张旭东研究员带领团队成员火速赶往黑土退化一线，在吉林省梨树县梨树镇高家村的一片黑土地上，开始了长达十余年的钻研和摸索，最终成功开创了一整套农艺农机融合、玉米秸秆覆盖、免（少）耕机械化技术模式，对解决东北黑土退化问题提供了良方。实施保护性耕作的农田上不需要传统耕作的秸秆清理、旋耕起垄，主要是秋天玉米收获后，将秸秆原地均匀覆盖，春播时，免耕播种机出场，直接在秸秆覆盖的农田上实施免耕播种施肥一体化作业，从而实现秸秆还田、免耕播种。保护性耕作减少了土壤扰动，有利于黑土地保护，同时实现了节本增效、农民增收，是一项利国利民的好技术。为什么"懒人耕作"反倒对土地更好？其实是科学的力量我们常常讲"勤劳致富"，怎么这次反倒鼓励大家"懒人耕作"了呢？其实，这背后是科学的力量。这项保护性耕作技术的核心就是减少土壤扰动和增加地表作物秸秆覆盖。土地与我们人类一样，需要用心呵护，免耕或者少耕保护了土壤的原生态特性，为土壤生物提供了良好的生存空间，不仅可以促进土壤动物对土壤结构的改良，还能提高土壤微生物的多样性，促进土壤养分的循环和积累，让黑土重新焕发生机和活力。另一方面，春季的大风会吹走裸露土壤中宝贵的有机质，实施保护性耕作后，作物秸秆的覆盖还田就像给土壤盖上了一层 "被子"，可以降低土壤的风蚀和水蚀，又能够增加土壤蓄水保墒的能力。同时，这层秸秆又像滋养大地皮肤的"面膜"，将大量的水分和养分补给至土壤，提高土壤的碳储量和肥力，既缓解了大气碳浓度升高造成的气候变化问题，又减少了化肥的使用，促进了农业发展的节本增效。玉米秸秆还田（解宏图供图）秸秆还田之所以能够较好地提升土壤碳储量和养分含量，主要归功于土壤微生物这个地下庞大劳动队伍的助攻，建立起了外源有机质向土壤有机质转化和贡献的桥梁。围绕这一点，经过对微生物代谢在土壤物质循环中发挥作用的长期研究，张旭东研究员的团队从碳和氮两方面分别提出了原创性的机理概念，阐明土壤微生物对于外源有机质转化的调控机制。其中，从碳的角度来说，该团队的梁超研究员形象地将土壤微生物对植物碳转化至土壤碳库中的过程抽象成了"土壤微生物碳泵"的概念，重点描绘了土壤微生物通过同化作用，将"吃"进来的植物碳合成为自身生物量，经过生长和死亡的迭代周转，不断以微生物源有机碳的形式贡献给土壤稳定碳库的过程。对于保护性耕作来说，作物秸秆碳就相当于微生物要吃的"食物"，经过土壤微生物碳泵不断地合成代谢，将外源碳持续地转化为土壤碳库的一部分。土壤微生物碳泵概念框架示意图（翻译修改自Liang et al.2017 Nature Microbiology）从氮的角度来说，这些微生物代谢调控链条在土壤氮素保持和供给过程中同样具有重要作用。当富含养分的秸秆加入到土壤中后，微生物群落被迅速激活，使得微生物在代谢周转秸秆养分的过程中产生大量的微生物源有机氮贡献给土壤；同时，秸秆作为有效碳源也是促进微生物对外源无机肥料氮固持和转化的神助攻，微生物对这部分有机氮的矿化过程为作物和微生物持续提供可利用氮素，这种具有可高度循环性的氮素被张旭东研究员凝练成了"土壤有效氮过渡库"的概念。团队的何红波研究员将"土壤有效氮过渡库"更加形象地比喻成"骆驼的驼峰"，同时具有储存和释放养分的功能，秸秆和肥料氮素在土壤微生物的转化下，储存进入这个"驼峰"中，按需释放，然后再补充，周而复始。由此可见，秸秆的添加不仅可以促进微生物对秸秆养分的转化来提高土壤肥力，还可以有效提高肥料的利用效率，减少肥料损失和淋溶风险，有效的节约肥料成本并保护地下水源。土壤有效氮过渡库示意图（图片来自张旭东研究团队网站）农业发展离不开勤劳的人们 更离不开科技总得来说，免耕和秸秆还田不仅有利于土壤理化性质的改善，同时有利于促进微生物对秸秆碳和养分的分解转化，进而使得土壤的水、肥、气、热等条件有利于作物的生长发育，最终促进作物产量的提高，看似"懒人耕作"，其实这种新型耕作模式比传统耕作更能涵养土地，省时省力，节约成本。写到这里，笔者不禁想作"诗"一首：秸秆不是无情物，千万别把它来烧。免耕少耕加秸秆，化作春泥更护苗。促进微生物发力，春种秋收可持续。国家情牵黑土地，农业发展靠科技。粮食安全有保障，技术推广向前进！ （本文同步发表于网易客户端、今日头条、一点资讯、人民号、百家号、微博、知乎等多个媒体平台）2020-05-15