水-粮食-能源关联系统述评:文献计量及解析

水、粮食和能源安全是联合国2030可持续发展议程的核心内容.世界范围内水资源短缺、能源短缺和粮食不足导致区域冲突加剧,因此需要重新审视水、粮食和能源安全及内在关联.以往研究大多关注单一独立要素,或在水、粮食和能源中的两元素之间建立二元局部联结,缺乏将三者作为一个系统的研究.本文通过对1995～2018年长时序中水-粮食-能源关联系统进行文献计量分析,应用引文空间(Cite Space)技术,梳理水-粮食-能源关联系统的研究历史与现状,为形成三元协同管理策略提供理论依据和决策支撑.分析发现:系统关联受到国际社会的普遍关注,其中水要素的研究社群相对活跃. 2010～2016年间的研究体现出日益加强的多领域交叉特点.在区分目前文献中"强关联"与"弱关联"的基础上,阐明水、粮食、能源作为彼此的投入与产出要素,相互之间存在密切关联并形成了跨越部门和区域的级联效应;水、粮食和能源3个资源要素构成一个整体的系统,即水-粮食-能源命运共同体.未来仍需针对关联系统的边界、影响因素和生态环境效应等建立研究框架,探讨多要素耦合驱动机制.采用"合奏式"的思路,可以克服现有的单一部门资源管理模式,突破不同部门相互割裂的局限,有利于协调不同自然资源,增加协同效应,提高系统效率.     

水循环的地质演变:研究现状与关键问题

由大陆-海洋-大气之间水的3种相态(固态-液态-气态)相互转换和位移构成的水循环,是地球气候系统的主要过程之一.太阳辐射量在地球表面分布不均匀,是地表水循环的基本驱动力.水循环与碳循环密切关联,是气候系统演变中的两条主线.不同时空尺度的水循环和碳循环受天文、地质和生物因素以及它们之间相互作用的控制,揭示水循环地质演变过程及其与气候变化之间的关系,可为了解当今水文气候变化提供宝贵启示.通过水循环地质演变研究现状回顾,提出如下5个科学问题应在未来予以重点关注:(1)雪球地球时期的水循环;(2)植被起源和演化对水循环的影响;(3)深时热带辐合带(inter-tropical convergence zone, ITCZ)的演变与水循环;(4)暖室期地下水与海平面变化;(5)深时水循环中的氧同位素示踪.同时建议我国未来亟须加强的4个研究方向:(1)深时冰室期向暖室期转变中的水循环;(2)深时水循环与生态系统演变;(3)深时水循环研究方法的发展;(4)深时水循环与长周期地球系统演变的数值模型.     

生态气象:起源、概念和展望

生态气象是应人类面临的生存环境危机而兴起的地球系统科学新兴学科,已经成为大气科学的二级学科.本文阐述了生态气象的学科起源、概念、主要研究内容与特征,指出生态气象是研究生态系统与气象条件之间相互关系的科学,是地球系统多圈层相互作用的核心,服务于人与自然和谐发展;探讨了生态气象观测的主要指标与可能的业务服务产品;阐释了生态气象研究与生态文明气象保障、气象防灾减灾和应对气候变化的关系;指出当前生态气象迫切需要开展的重点研究任务:(1)生态气象长期观测联网研究;(2)基于大数据与人工智能的生态气象信息提取与分析技术;(3)生态系统对气候变化的适应性及其变化归因;(4)生态系统主要气象灾变机制及其致灾临界气象条件;(5)陆地生态系统关键物候期对多环境要素响应的生理生态机制与模拟模型研究;(6)耦合生物-物理-化学-管理过程的生态气象数值模式研发;(7)陆地生态系统变化对气候系统的反馈作用与可持续发展对策研究.     

基于个体差异的大样本脑影像数据在心理学研究中的应用

心理学研究通常借助认知神经科学的技术手段,揭示人格、认知以及情绪等心理结构的脑机制.然而,以往的研究结果通常会受到被试样本量较小、实验设计和数据分析技术的制约.同时,个体在行为反应、认知或情绪加工中所表现出的个体差异也容易被忽视.人类的行为活动是基因、脑和环境相互融合、相互关联统一的有机过程.因此,调查个体成长的相关环境因素和生活经历,并收集相关的人格、情绪和认知等大样本化的行为、多模态脑影像数据,有利于从个体差异的角度探讨:(1)人格特质个体差异的神经基础;(2)情绪相关的个体差异的神经基础;(3)认知能力的神经基础;(4)建构环境-人格-大脑-行为反应相互关联的预测模型.本文选择性地阐述近期国内外一系列探讨大样本脑影像与行为之间关系的研究,从个体差异的角度探讨行为活动、人格、情绪以及认知能力的神经基础.     

神经影像大数据与心脑关联:方法学框架与应用

心理科学成为一门成熟科学的必要条件之一是建立心理学概念与神经活动的联系,即心脑关联.当前心脑关联研究通常以心理学概念为出发点形成研究假设,推断脑功能活动特征与心理学概念的关联.心理学概念的形成依赖于观测者的主观经验和一致观念,它们未必反映神经系统的功能组织结构.经过近20年的心脑关联研究,我们仍然难以建立明确而科学的心理学概念与脑活动特征之间的关系.本文综述了当前心脑关联研究的瓶颈、分析其本质原因,并提出以脑为中心、以神经影像大数据为基础的心脑关联研究框架.随后,举例综述新的心脑关联研究框架下神经影像大数据及其方法论.最后,讨论2个实际应用以说明新研究框架对发现心脑关联的独特作用.     

区域主要作物生产实体水-虚拟水耦合流动过程解析与评价

水安全是粮食安全的刚性基础.在农业生产过程中(产前、产中、产后)自然-经济-社会(三元)因素驱动下,其水资源消耗形成实体水-虚拟水(二维)嵌入转化、互为反馈、相互影响的耦合流动过程.本文基于实体水-虚拟水"二维三元"耦合流动理论,集成构建了以水量为参数的区域作物生产广义实体水-虚拟水耦合流动过程量化方法,并应用于我国"丝绸之路经济带"沿线西部六省,对其1985～2013年主要作物实体水-虚拟水耦合流动过程进行解析与评价.揭示了区域作物生产实体水-虚拟水耦合流动现象,发现六省间水资源消耗与流动存在资源与经济效益的此消彼长现象.表明以农田尺度实体节水为目标的资源单视角传统农业水资源管理理念,已不足以实现多空间尺度水资源的资源-经济同步高效利用的管理目标,而具有资源-经济-社会三重意义的区域农业全产业链实体水-虚拟水统筹管理应为有效解决思路.基于此,初步提出三点思考:(1)现代农业节水应实体水-虚拟水统筹考虑;(2)需加快突破农业生产实体水-虚拟水耦合流动量化、评价方法与调控关键技术;(3)建议基于农业全产业链视角,建立基于实体水-虚拟水二维度理论的农业水资源管理体系,确保实现各阶段水资源管理"三条红线".     

人脑功能连接组:方法学、发展轨线和行为关联

人脑内部功能连接的全体称为功能连接组,其功能复杂性表现在:(ⅰ)结构到功能的产生机制;(ⅱ)脑功能到心理行为的产生机制(心脑关联);(ⅲ)整个生命历程中的功能发展轨线.一直以来,神经科学家致力于揭示人脑功能在不同生命历程阶段的特征及其深层机制.上述问题的研究能够极大地改善对人脑功能的理解,改进长期以来必须依赖于动物脑功能模型的状况,为重大神经精神疾病的脑功能的病理生理机制研究提供正常参考(常模),进而有助于及时、准确地对其进行诊断、预警、干预和后期评价.但限于实验技术和计算方法,与脑功能有关的上述问题因极具挑战性而尚未被系统地展开研究;静息态功能磁共振技术的出现正在改变人脑功能的研究现状.本文综述基于静息态功能磁共振技术研究人脑功能连接组的计算方法及其重测信度、功能发展轨线应用、心理行为关联.     

转化甲烷，为缓解能源和资源问题而努力——单永奎教授研究成果记

煤炭和石油类碳氢资源的日趋枯竭．将会对经济和社会可持续发展造成巨大的阻碍．这是一个由来已久的担忧。以甲烷为主要成分的碳氢资源储量丰富，被人们认为是煤炭和石油的理想替代资源．这是一个由来已久的设想。显然．碳氢资源结构如果真的实现如此的转变，相应的产业技术结构也必将因之而变。以甲烷碳氢资源为原料的化学转化技术的研究，理应被视作为未来化学工业的发展提供技术支撑和战略储备的前瞻性研究。在此领域，华东师范大学的单永奎教授及其研究团队．在上海市科委的支持下，进行了艰苦而卓有成效的基础研究。本文．是对他阶段性研究成果的一次说明。     

老龄健康影响因素的跨学科研究国际动态

本文从四方面综述并讨论老龄健康跨学科研究的国际新动态与进展:(1)发达国家高度重视和不断加强对老龄健康跨学科研究及其研究策略选择;(2)老龄健康的社会行为和环境影响因素研究;(3)老龄健康相关遗传基因研究;(4)社会行为、环境、遗传因素的交互作用对老龄健康影响研究.同时阐述国际上关于老龄健康跨学科研究的若干案例以及我国关于老龄健康影响因素调查和健康长寿候选基因研究方面取得的一些可喜进展与仍然十分薄弱的现状.最后对今后如何开展老龄健康的跨自然与社会科学综合交叉研究提出思考与展望,认为积极推进我国老龄健康跨学科研究势在必行,而我国学者可望为人类应对人口老化严峻挑战做出突出贡献.     

识别汉族遗传结构和控制复杂疾病关联研究群体分层的遗传标记建立

正[本刊讯]中国科学院一马普学会计算生物学伙伴研究所徐书华研究员与上海交通大学师咏勇教授、复旦大学金力教授合作,建立了识别汉族遗传结构和控制复杂疾病关联研究中群体分层的遗传标记,研究成果于2013年5月29日在线发表于European Journal of Human Genetics。该研究针对复杂疾病关联研究中由于群体遗传结构(或群体分层)导致的假阳性结果问题,建立了一套识别汉族内部遗传结构和控制复杂疾病关联分析中群体分层的遗传标记。该标记尤其适用于"后全基因组关联研究(post-GWAS)"时代的基于候选基因策略的关联研究。关联分析是研究复杂疾病遗传影响因素并建立"表型-基因型"联系的     

澜沧江与下湄公河水位过程的关联分析

利用澜沧江允景洪站和毗邻的下湄公河清盛站1986-2004年逐日水位观测资料,采用二项式系数加权平均法、五点滑动平均法以及相关分析等统计方法,定量研究了不同尺度内澜沧江-湄公河上下游水位的变化过程及其关联,并结合澜沧江干流梯级电站的开发建设,分析了电站建设可能对这些变化的影响．结果发现:近18年来,两站上下游水位变化趋势一致,其长期变化主要受到包括降水、太阳活动等大环境因素影响．目前澜沧江干流已建梯级水电站在正常运行状态下,对下游水位变化的影响,在年际、年内时间尺度上的扰动不大,但对旬以内特别是日变化和瞬时水位的变化影响明显;两站各月水位极值以及极值出现的日期具有较好的正相关关系,但清盛站的变化,不仅受到上游(澜沧江)来水影响,两站之间的区间入流影响也很显著．     

21世纪的海洋资源及分类新论

1998年是联合国“国际海洋年”.随着21世纪的到来,加快开发利用并注重保护海洋资源已成为必然趋势.本文论述了21世纪的海洋资源及其分类.海洋可为人类提供生存与发展的物质资源、空间资源和能源.自然资源具有鲜明的时代性,本文分析出27种时间理论模式.人类将以1-2-2时间模式开发利用海洋资源.21世纪人口、经济、社会、资源、环境的可持续发展在很大程度上将取决于海洋利用的重大进展.     

关键矿产资源铟研究进展

铟是一种稀有金属,被广泛应用于电子工业、航空航天、合金制造、太阳能电池新材料等高科技领域,是现代工业、国防和尖端科技领域不可缺少的支撑材料,被许多国家称之为21世纪的"关键矿产资源".在过去的10多年间,铟资源的相关基础研究主要体现在:(1)岩浆分异演化与铟的富集关系;(2)岩浆热液过程与铟的富集和分散;(3)铟的赋存状态及其选择性超常富集的关键机制.全面评价不同地质体铟的富集分布规律、铟选择性超常富集机制研究,以及铟的二次回收技术研发是未来铟资源研究的主要方向.     

碳酸盐黏土型锂资源的发现及意义

黏土型锂资源具有矿床规模大、分布稳定、开发利用成本低的特点,成为近年来全球寻找新类型锂资源的一个重要方向.已报道的黏土型锂矿床成因上均与火山物质联系密切,本研究提出了成因机制与碳酸盐岩风化-沉积有关"碳酸盐黏土型锂矿床"的成矿新类型.主要地质地球化学特征可归纳为:(1)成矿物质来自基底的不纯碳酸盐岩;(2)主要以吸附方式存在于蒙脱石相中;(3)沉积环境对锂的富集具有重要的控制作用,还原、低能、滞留、局限的古地理环境有利于Li富集;(4)除Li外,还可能有Ga和REE的富集.根据这一新的成矿模型,通过科研示范性勘查,在滇中地区获得34×10⁴t氧化锂资源量,达到超大型规模,验证了"碳酸盐黏土型锂矿床"这一新类型资源的成矿潜力.由于我国具有这一有利成矿条件的地区众多,可以预期,碳酸盐黏土型锂资源将有望成为我国新的重要的锂资源来源.     

关于陆-海相互作用的若干问题

陆-海相互作用是一个宽泛的研究领域, 但其同海洋科学的基础研究与我们经济、社会的可持续发展均密切相关. 基于个人对本研究领域的理解, 在本文中提出了一些需要在陆-海相互作用研究中予以关注的问题, 包括陆架边缘的物质交换、流域盆地中的物质流失、近海的富营养化与有害水华、底层水缺氧与“死亡区”、沉积物的“源”与“汇”、对地球其他层圈的反馈、海平面上升及其对社会与经济可持续性的作用、沿海地区的人类活动及其影响, 等等. 本文中未能涉及的命题并非不重要, 仅仅系我个人的知识和能力所限.     

长白山阔叶红松林木本植物繁殖特征及其关联性

为了探究群落水平上木本植物有性繁殖特征及其关联性,对长白山阔叶红松林25 hm2大型动态监测样地内木本植物进行了调查分析.结果表明:(ⅰ)该森林木本植物在繁殖性状方面表现出复杂的多样性,同时,不同繁殖特征如性系统与传粉方式、果实类型之间,以及与种子质量和生活型等生态特征之间存在关联性;(ⅱ)样地内49%的物种是两性花植物,27.5%是雌雄同株植物,23.5%为雌雄异株植物,雌雄同株植物所占比例与热带森林相比偏高;(ⅲ)不同性系统的物种花期基本同步,而果期则表现出较大的差异;(ⅳ)和热带、亚热带森林的研究结果类似,性系统和传粉方式、果实类型、生活型之间都表现出明显的相关性;(ⅴ)不同性系统之间种子质量差异显著,雌雄同株的种子质量最大,两性花的最小.另外,不同生活型的种子质量之间也存在着明显差异,乔木种子较灌木种子更轻.总体来看,长白山阔叶红松林各繁殖性状之间有复杂的关联性,而且还表现出"常见种以虫媒传粉、雌雄同株的树种居多"这一温带森林独有的特点.     

地质作用与碳循环研究的回顾和展望

大气温室气体浓度升高与全球气候变化相互关系的探讨使地球系统的碳循环受到了越来越多的关注. 后者是指碳在岩石圈、水圈、大气圈和生物圈之间, 以CO₃^2- (以CaCO₃, MgCO₃ 为主), HCO₃^-1, CO₂, CH₄, (CH₂O)_n(有机碳)等形式相互转换和运移的过程. 它既可制约一系列资源环境问题, 如农林业和水泥生产、化石燃料的形成分布、大气CO₂ 浓度变化等, 也受制于一系列地质作用, 如风化作用、搬运沉积作用、地震火山作用等.掌握其运行规律和机制, 是可持续发展的重要科学支撑.     

多巴胺受体基因DRD4与家庭亲密度或矛盾性对大学生亲社会倾向的交互作用

多巴胺D4受体基因(DRD4)与人类社会行为之间存在密切关联.已有研究较多关注DRD4-7R而忽视亚洲人群出现频率最高的DRD4-4R. DRD4基因多态性与家庭亲密度或矛盾性对亲社会倾向是否具有交互作用、是否存在性别差异等问题尚未有定论.本研究以中国大学生为被试,探究DRD4基因多态性与家庭亲密度或矛盾性对大学生亲社会倾向的交互作用,并采用显著性区域法和再参数化回归模型分析该交互作用是否符合差别易感性模型.结果发现,(1) DRD4-2R(7R)基因型与矛盾性对男性大学生利他的亲社会倾向、非DRD4-4R基因型与亲密度对男性大学生匿名的亲社会倾向、非DRD4-4R基因型与矛盾性对男性大学生利他的亲社会倾向、DRD4-3R(5R/6R)基因型与亲密度对男性大学生匿名的亲社会倾向具有显著的交互作用.即对男性大学生而言,与非携带者相比,家庭亲密度或矛盾性更能显著预测DRD4-2R(7R)、非DRD4-4R以及DRD4-3R(5R/6R)基因型携带者的亲社会倾向.(2)显著性区域法(Ros)和再参数化回归模型分析均表明,上述4个交互作用均符合差别易感性模型.     

近百年中国气候变化科学问题的新认识

全球和中国的气候变化问题日益受到各国政府、科技界和公众的关注.其中科学问题作为气候变化影响和对策的科学基础与支撑,得到了广泛而深入的研究,无论在国际上还是在中国都取得了重大进展.本文从全球的视野对与中国气候变化有关的6个方面的重要科学进展和新认知作了概述.它们包括:(1)近百年中国区域地表气温和大气平均气温的变化特征;(2)中国地区的水循环与区域降水变化;(3)亚洲季风的长期变化与原因;(4)海洋在近百年中国气候变化中的作用;(5)中国气候变化的原因;(6)全球与中国气候变化的预估和检验.最后,本文对未来中国气候变化研究需要加强的重点科学问题也提出了研究建议.     

基于拷贝数变异的遗传关联研究

存在于自然群体中DNA片段的拷贝数变异(copy number variations, CNVs)是基因组结构 性差异的常见形式. 人们早已意识到它在人群中普遍存在, 并设计出多种实验方法对其进行检 测和量化. 近年来, 伴随着实验技术的进步, 人群的CNV 图谱被不断完善、细化; 许多CNVs 和疾病的相关性被陆续报道. 对复杂疾病的CNV 关联研究已成为当前医学遗传学研究的重要 内容. 本文将总结和关联研究有关的CNV遗传特性, 分析CNV与疾病关联研究的进展与问题, 并探讨实验设计和数据分析策略.