近日，金沙威尼斯欢乐娱人城广州能源研究所能源战略与碳资产研究中心蔡国田研究员团队在海上风电制氢路线经济性分析研究中取得新进展。近日，金沙威尼斯欢乐娱人城广州能源研究所能源战略与碳资产研究中心蔡国田研究员团队在海上风电制氢路线经济性分析研究中取得新进展。海上风电作为电力系统未来发展的关键技术之一，面临着风能波动性和高成本等挑战。将其与制氢技术相结合，不仅可以有效缓解电力消纳问题，还能提供绿色能源。该研究聚焦海上风电制氢经济性分析，首次尝试建立多条海上风电-制氢-化学品耦合路线（图1），旨在探索海上风力制氢产业链的经济可行性，并从经济角度分析氢气运输方式的影响和利用氢气生产下游产品的经济可行性。研究工作探讨了如何利用不同的政策和方法降低成本，为大规模发展海上氢能路线提供了重要的参考，为今后构建氢能供应体系提供了新思路。图1 海上风能-氢能-化学品关系的分析框架该研究讨论的8条海上风电-氢能-化学品耦合路线如图2所示。路线0（附加路线）和路线1比较了是否考虑波浪能发电，通过质子交换膜（PEM）电解槽制氢、管道输氢，最后用于合成甲醇；路线2和路线3比较了海上风电分别用于PEM电解槽和碱性电解槽的制氢方法，通过管道输送氢气，最后用于合成氨；路线4和路线5比较了海上风电采用PEM电解槽制氢，分别采用管道输氢气和船舶运输液氢，最后用于加氢站；路线1、路线2、路线4、路线6和路线7比较了氢气的不同的利用方式，海上风电采用PEM电解槽制氢、管道输氢，最后两条路线分布用于还原多晶硅和天然气掺氢。图2海上风电-氢能-化学品耦合的不同路线研究表明，在六种财务情景下，同时考虑增值税和所得税可使总成本约下降6.95%，而考虑融资条件会使总成本增加了5.9%。海上发电技术成本约占总成本的21.1%-39.1%，同时风电价格是下游制氢产业链关键影响因素。因此，风电成本的优化是降低下游制氢成本的关键，而高的初始投资成本和融资比率是主要影响因素。通过比较不同路线的总成本，发现最具成本效益的利用方式是加氢站，其次是生产合成氨和甲醇。同时发现绿氢气价格每下降1元/kg，绿色甲醇、绿色合成氨和绿色多晶硅平准化成本分别下降214元/t、189元/t和3.43元/kg。为使绿色产品价格达到当前传统路线的水平，在只考虑绿氢价格变化时，则需将输送到陆上的绿氢价格分别降低到8.65元/kg、14.71元/kg、1.14元/kg。研究发现绿色合成氨是目前最有可能先实现，其次为绿色甲醇，而绿色多晶硅则较难实现。图3 在情景1下不同路线总成本的比较该研究成果为海上风能-氢能-化工品路线的比较及不确定性分析提供了重要依据，有望帮助缓解海上风电发展与顺利消纳之间的矛盾，为行业参与者提供优化方案，推动绿色氢能的应用和普及。研究得到广东省重点领域研发计划项目、国家重点研发计划、金沙威尼斯欢乐娱人城战略性先导科技专项等项目资助。相关研究成果以Enriching wind power utility through offshore wind-hydrogen-chemicals nexus: Feasible routes and their economic performance为题，发表于Journal of Cleaner Production期刊。原文链接https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652624031810
生物固氮是陆地生态系统重要的氮源。过去很多研究认为生物固氮速率受到氮添加的抑制，但是越来越多的研究发现氮输入对森林土壤微生物固氮的影响并不总是负面的，而富氮环境下微生物固氮的驱动机制仍然不清楚。研究表明，微生物固氮是典型的耗能反应，土壤活性有机碳可能是固氮菌潜在的能量来源，因此深入探索不同来源的碳输入如何影响氮添加对土壤微生物固氮的影响将有助于理解土壤固氮的驱动机理。 金沙威尼斯欢乐娱人城华南植物园生态系统管理研究组依托广东省鼎湖山、石门台和河南省鸡公山等多个森林氮添加试验平台，对比森林土壤固氮菌群落对短期低氮和长期高氮处理的响应（图1），发现不同氮处理方式降低了固氮速率，但仅有短期低氮处理降低了固氮菌群落丰度指数 (ACE和Chao1)。在OTU水平上，nifH基因序列在对照与短期低氮处理之间重叠率为67.1-74.4%，而对照与长期高氮处理之间重叠率仅为52.0-53.6%，这表明长期高氮处理使固氮菌群落组成发生了更大变化。进一步发现，短期低氮处理通过增加土壤NH4+从而抑制了固氮菌丰度、多样性和固氮率，长期高氮处理虽然也增加了土壤NH4+，但对固氮菌群落结构和功能没有产生负效应。这些结果表明，在长期高氮富集环境下，土壤固氮菌可以通过调整群落组成从而在一定程度上维持生物固氮。 为了进一步理解高氮富集环境下土壤维持固氮的驱动机制，研究团队依托广东省鹤山森林长期氮添加试验平台，采集了长期施加氮处理的土壤进行室内碳源添加模拟实验（图2），对比了植物和微生物源可利用碳（植物源碳-木聚糖；微生物源碳-甘露糖；两者的共同碳源-葡萄糖）对土壤微生物固氮的影响和机制。研究发现，植物源和微生物源碳的添加均显著提高了土壤固氮酶活性（13-28%），但微生物源碳的促进作用更强烈。长期施氮环境下，碳输入比氮输入对土壤微生物固氮速率的影响更大，而且土壤氮含量较高的豆科森林土壤固氮酶活性对碳添加的响应速度比非豆科森林更快。碳输入提供能量是驱动土壤微生物固氮的直接原因。同时该研究估算，当土壤中有机碳的输入（比如，通过地上植物或者土壤微生物）增加5%，土壤微生物的固氮量可能增加2.2-3.9 Tg N yr-1。 相关结果分别以“Soil diazotrophs sustain nitrogen fixation under high nitrogen enrichment via adjustment of community composition”和“Plant and microbial carbon are important drivers of free-living nitrogen fixation in tropical forest soils: A new discovery of carbon-driven nitrogen input”为题发表在微生物学会期刊mSystems（《微生物系统》）和地球物理学会期刊Geophysical Research Letters（《地球物理研究通讯》）上。金沙威尼斯欢乐娱人城华南植物园博士研究生许美晨为上述论文的第一/第二作者，郑棉海副研究员为两篇论文的通讯作者。相关研究得到广东省基础与应用基础研究基金，国家重点研发-青年科学家项目、金沙威尼斯欢乐娱人城青年创新促进会项目等资助。 论文链接：https://journals.asm.org/doi/10.1128/msystems.00547-24 https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL111238 图1. 短期低氮和长期高氮处理对森林土壤固氮菌群落的影响机制图2. 氮添加环境下碳源输入对森林土壤微生物固氮的驱动机制
近日，深海所海洋环流观测与数值模拟研究室联合中国海洋大学三亚研究院在Nature子刊《Nature Communications》在线发表了题为"Three-layer circulation in the world deepest hadal trench"的研究论文。该研究基于万米级深渊潜标观测阵列，首次发现“挑战者”深渊深层三层环流结构，并揭示环流结构的形成机制；该研究发现对研究深渊物质输运、沉积过程以及物种迁徙具有重要的参考意义。近日，深海所海洋环流观测与数值模拟研究室联合中国海洋大学三亚研究院在Nature子刊《Nature Communications》在线发表了题为"Three-layer circulation in the world deepest hadal trench"的研究论文。该研究基于万米级深渊潜标观测阵列，首次发现“挑战者”深渊深层三层环流结构，并揭示环流结构的形成机制；该研究发现对研究深渊物质输运、沉积过程以及物种迁徙具有重要的参考意义。江会常博士为论文第一作者，中国海洋大学肖鑫博士为共同第一作者，徐洪周研究员和中国海洋大学周春教授为共同通讯作者，中国海洋大学田纪伟教授为合作作者。 “挑战者”深渊是世界上最深的深渊海沟。来自南大洋的低层绕极深层水（LCDW）经由这一关键枢纽侵入雅浦海沟和菲律宾海盆（图1），从而对局地环境产生重要影响。由于极端深度环境下采样十分困难，目前仍不清楚“挑战者”深渊的LCDW输送和深层环流结构。为了探究上述科学问题，研究室联合中国海洋大学深渊研究团队在“挑战者”深渊布放了万米级潜标阵列进行长时间流速观测（图2上）。通过分析海流数据，研究发现“挑战者”深渊3600米以深存在三层环流结构，自上而下分别为西向流、气旋式环流以及反气旋式环流（图2下）。西向流在夏季转为东向，表明深海盆之间存在双向连通性，而气旋式环流和反气旋式环流则相对稳定。结合潜标观测、数值试验和前人发现的分析结果表明，该环流结构是由LCDW入侵、局地特殊地形以及底部强湍流混合共同作用而形成。其中，底部强湍流混合在驱动反气旋环流方面起到关键作用。万米级潜标观测阵列的布放和回收工作得到了中国海洋大学“东方红2号”和深海所“探索一号”科考船全体工作人员的大力支持和协助，数值试验的工作得到深海所公共技术中心提供的计算资源支持。该项研究受国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金和海南省科技人才创新项目等共同资助。论文信息：Jiang Huichang#,Xiao Xin#,Xu Hongzhou*,Zhou Chun*,Philip A. Vetter,Yu Liu,Long Tong,Chen Qi'an,Tian Jiwei. (2024). Three-Layer Circulation in the World Deepest Hadal Trench. Nature Communications,15(1),8949.原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53370-7图1. “挑战者”深渊位置和潜标站位置、以及西太平洋深层环流示意图图2. 深渊潜标观测阵列（上）和环流动力结构示意图（下）<!--!doctype-->
锰是一种大宗紧缺的能源金属。现代大洋锰结核以MnO2为主（图1a），极少有MnCO3（菱锰矿）结核或矿层被发现；而我国陆域锰矿的主体成分为MnCO3（图1b）,呈现了海陆迥异的锰矿物状态。为深刻认识锰矿形成机理，方便海洋和陆地锰矿勘查，深海所与中国地调局西安矿产调查中心、长大、中国地调局西安地调中心、渥太华大学、伦敦大学学院、中国地调局综合调查指挥中心合作，对西昆仑奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿进行了剖析。深海所作为通讯单位的论文Discovery of Late Carboniferous high-grade carbonate-hosted manganese mineralization in the Maerkansu Area of the Western Kunlun Orogen,Northwest China)在TOP期刊Gondwana Research发表(中科院1区，IF= 7.2)。图1. 现代锰结核手标本横切面(图a)和菱锰矿晶体（图b）奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿形成于古特斯洋向北俯冲的弧后盆地环境，本次工作通过新鲜锰矿石有机质的Re-Os定年显示其成矿时代为302 ± 9 Ma，是晚石炭世期间世界上第一个被发现的高品位菱锰矿矿床。该时期柴达木、华北板块均存在古特斯洋向北俯冲的弧后盆地环境（图2a），但却未有菱锰矿床的发现。研究推测：塔里木地幔柱的活动促进了西昆仑菱锰矿矿床的形成（图2a）。原因在于：（1）锰矿成矿时代与其北部塔里木地幔柱启动时间一致（塔里木金伯利岩年龄300.5 ± 4.4 Ma被认为是地幔柱启动时间(Zhang et al.,2013)（图2b）；（2）Re-Os同位素显示矿区有地幔物质参与；（3）西昆仑北部存在塔里木地幔柱，西昆仑南部的北羌塘地体(图2a)在早二叠纪也有地幔柱活动(Zhang and Zhang,2017),故夹在中间的西昆仑地区也应受到地幔柱的影响。矿区存在强烈的热水沉积活动，可能地幔柱影响下的弧后盆地的热水活动，提供了锰源。图2. 奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿的地质背景(Gao et al.,2024)：其中图a晚石炭世古地理重建（据李荣社等，2011；Huang et al.，2018--ESR修改）。草莓状黄铁矿、自生石英以及d34S达-38.7‰指示微生物在锰矿中起到了作用。矿床所在的弧后盆地具有饥饿盆地性质（图3），该环境通常可增强微生物的成矿作用。矿区的碳酸盐型锰矿石具有现代大洋锰结核的正Ce异常，且V/(V+Ni）在0.39左右，指示锰矿石经历了以Mn4+沉积的氧化阶段（Cycle I）（图3a-b），微生物可能在Mn4+富集过程中起到了作用。经计算该阶段氧逸度大概为FMQ+6.4。图3. 西昆仑造山带晚石炭世奥尔托喀讷什大型碳酸盐型锰矿床成矿模式（Gao et al.,2024）矿石的Pr/Ph小于0.8（高度缺氧），指示锰矿石经历了还原阶段（Cycle II）（图3c），使Mn4+变为了Mn2+，该阶段氧逸度大概在FMQ + 4.5。全岩13CV-PDB值（从-19.5‰～-8.2‰）比围岩的13CV-PDB值（-5.3‰～+4.2‰）偏负，而锰矿石中干酪根的13CV-PDB值（-29‰）明显低于全岩，推测有机质还原功能在Mn4+转换为Mn2+的过程中（Cycle II）起到了关键作用。研究最终指出：在伸展构造背景下，存在地幔柱的影响，热水活动强烈，有饥饿盆地性质的沉积环境，且有机质含量高的地层是菱锰矿富集成矿的优先位置。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.gr.2024.06.006
近日，金沙威尼斯欢乐娱人城深海科学与工程研究所和水生生物研究所何舜平团队，在《Water Biology and Security》期刊上发表了一项研究成果《Lipidome and proteome analyses provide insights into Mariana Trench Snailfish (Pseudoliparis swirei) adaptation to the hadal zone》，详细揭示了马里亚纳海沟狮子鱼（Pseudoliparis swirei）如何通过调节脂质和蛋白质的代谢机制，成功适应全球最深的海洋环境。首次通过对脂质组和蛋白质组的联合分析，研究团队揭示了该鱼类如何在极端的高压、低温和食物匮乏环境中生存的关键分子机制。挑战重重的深渊带环境马里亚纳海沟位于地球最深处，常年处于黑暗中，极高的水压和低温对生物的生存构成巨大挑战。水深每下降10米，水压便增加0.1兆帕（MPa），对大多数生物的细胞过程如分裂、代谢等造成了极大干扰。此前，该团队已经在基因组和转录组水平上对深渊狮子鱼的适应性机制进行了详细的探讨，但在脂质代谢组和蛋白质组水平上目前还未有相关研究。能量储存与利用机制的突破深海鱼类普遍具有较大的肝脏组织，尤其是深渊狮子鱼膨大的肝脏特别引人注目。该研究中，科研团队对捕获于马里亚纳海沟不同深度（2,027至7,125米）的五种深海鱼类（包括Bathysaurus mollis、Coryphaenoides rudis、Ilyophis sp.、I. brunneus以及马里亚纳海沟狮子鱼（MHS）的肝脏组织脂质代谢组和蛋白质组进行了深入的分析，揭示了深渊狮子鱼独特的生存策略。研究检测了8个大类，36个亚类的脂质分布，结果表明MHS与其他四种深海鱼类的总脂质水平相当，三酰基甘油（TG）作为主要的能量储备，在深海鱼类脂质组中均占据主导地位。此外，自由脂肪酸（FFA）、胆固醇及其酯类（CE，胆固醇）、磷脂和二酰基甘油（DG）也是深海鱼类肝脏中主要的脂质成分。磷脂和甾醇是膜结构的重要组成部分，而自由脂肪酸对于深海鱼类的细胞调节至关重要。研究发现，马里亚纳狮子鱼通过显著增加肝脏中的胆固醇酯（CE）、醚键三酰基甘油（TG-O）、辅酶Q（CoQ）和ATP酶含量，帮助其在食物匮乏的条件下储存和有效利用能量。这种机制极大地延长了狮子鱼在深海环境中的生存能力，尤其是在长时间禁食的情况下，这些分子储备可被分解用于提供能量。维持高压下细胞膜的流动性此外，与其他深海鱼类相比，深渊狮子鱼表现出脂肪酸代谢路径的显著差异，特别其肝脏中含有更高比例的不饱和脂肪酸，进一步的脂质链长度分析表明，深海鱼类肝脏中某些脂质的脂肪酸链长度趋向于更长。在高压环境下，保持膜流动性对于深海生物的生存至关重要，膜的刚性主要通过胆固醇和磷脂酰乙醇胺（PE）调控，另外PE与磷脂酰胆碱（PC）的比值，也可以指示出膜的流动性。该研究发现，在五种深海鱼类的肝脏组织中，MHS肝脏中的胆固醇和PE含量占总脂质的比率显著降低，且深渊狮子鱼肝脏中PE与PC比值显著降低。表明MHS优化了脂质比例，以在极端高压下维持高膜流动性，保障细胞功能和生存。应对氧化应激的强大防御机制深海环境中的食物匮乏和高压条件会增加细胞内自由基的产生及氧化应激风险，研究发现，马里亚纳狮子鱼可以通过一系列抗氧化机制有效减少了氧化损伤。多不饱和脂肪酸和磷脂酰乙醇胺（PE）更容易氧化，这加剧了细胞的脆弱性，导致细胞损伤和死亡。研究表明，深渊狮子鱼类通过增加单不饱和脂肪酸含量同时减少多不饱和脂肪酸含量，并降低磷脂酰乙醇胺（PE）等容易氧化的脂质比例，有效降低了脂质过氧化的风险。此外，狮子鱼肝脏中转铁蛋白（Transferrin）和热休克蛋白（HSPs）的显著高表达，进一步增强了其对抗氧化应激的能力。转铁蛋白能够有效调节体内的铁平衡，防止自由铁引发的氧化应激，而热休克蛋白则在极端压力下帮助蛋白质折叠和修复，是细胞生存的关键。深海适应的分子机制揭示更多适应性进化本次研究不仅揭示了狮子鱼在深海环境中的适应机制，还为深海鱼类在营养匮乏和极端环境中如何通过代谢调节来应对挑战提供了重要线索。研究显示，马里亚纳狮子鱼的脂质代谢路径与胆固醇代谢、脂肪消化吸收、膜流动性调节等密切相关，尤其是通过调节胆固醇和磷脂的含量，使其在高压环境下能够保持细胞膜的流动性。此外，研究团队还发现，该鱼类的胰岛素抵抗途径在深海适应中发挥了重要作用，可能通过促进脂肪生成来应对长期的营养匮乏。这一发现进一步揭示了深海鱼类如何在长期的生存压力下进行能量保留与代谢调节。图1. 五种深海鱼类的采样地点图2. MHS肝脏组织的脂质组和蛋白质组分析揭示适应机制图3. MHS与其他四种深海鱼类间具有显著差异的脂质代谢物图4. MHS与其他四种深海鱼类脂质代谢差异的KEGG富集分析未来展望：为深海生物适应性研究开辟新方向该项研究的结果为深海生物对深渊环境的适应机制研究提供新的视角。研究团队指出，未来将通过进一步探测更多深海鱼类的脂质组和蛋白质组，深入研究不同深度环境中的生物适应性。该研究由金沙威尼斯欢乐娱人城战略性优先研究计划和国家自然科学基金支持，中科院深海所徐涵博士为本研究的第一作者，何舜平研究员为本研究的通讯作者。 文章链接:https://doi.org/10.1016/j.watbs.2024.100295<!--!doctype-->
