Direct Observation of Li‐Ion Transport in Electrodes under Nonequilibrium Conditions Using Neutron Depth Profiling

One of the key challenges of Li‐ion electrodes is enhancement of (dis)charge rates. This is severely hindered by the absence of a technique that allows direct and nondestructive observation of lithium ions in operating batteries. Direct observation of the Li‐ion concentration profiles using operando neutron depth profiling reveals that the rate‐limiting step is depended not only on the electrode morphology but also on the cycling rate itself. In the LiFePO₄ electrodes phase nucleation limits the charge transport at the lowest cycling rates, whereas electronic conductivity is rate limiting at intermediate rates, and only at the highest rates ionic transport through the electrode is rate limiting. These novel insights into electrode kinetics are imperative for the improvement of Li‐ion batteries and show the large value of in situ NDP in Li‐ion battery research and development.     

Oxygenation measurement by multi‐wavelength oxygen‐dependent phosphorescence and delayed fluorescence: catchment depth and application in intact heart

Oxygen delivery and metabolism represent key factors for organ function in health and disease. We describe the optical key characteristics of a technique to comprehensively measure oxygen tension (PO₂) in myocardium, using oxygen‐dependent quenching of phosphorescence and delayed fluorescence of porphyrins, by means of Monte Carlo simulations and ex vivo experiments. Oxyphor G2 (microvascular PO₂) was excited at 442 nm and 632 nm and protoporphyrin IX (mitochondrial PO₂) at 510 nm. This resulted in catchment depths of 161 (86) µm, 350 (307) µm and 262 (255) µm respectively, as estimated by Monte Carlo simulations and ex vivo experiments (brackets). The feasibility to detect changes in oxygenation within separate anatomical compartments is demonstrated in rat heart in vivo.

Schematic of ex vivo measurements.     

海岸单叶蔓荆沙埋胁迫下碳水化合物变化与其耐沙埋的关系

选择烟台海岸沙地抗沙埋强的单叶蔓荆(Vitex trifolia var.simplicifolia)为试材,在自然环境条件下根据单叶蔓荆匍匐茎长度进行了轻度(1/3茎长)、中度(2/3茎长)和重度半埋以及全埋处理。在沙埋20d后,测定了不同沙埋处理下匍匐茎各段上匍匐茎长度、枝条高度、不定根长度,以及可溶性糖、淀粉、纤维素含量,以探讨单叶蔓荆碳水化合物变化和转化在其耐沙埋中作用。结果显示,在轻度、中度半埋和全埋下单叶蔓荆匍匐茎长度均显著大于对照,被沙埋匍匐茎处有大量不定根生成;同时,可溶性糖和淀粉含量增高和纤维素含量下降,尤其是生长最快的匍匐茎顶部(如轻度半埋),茎中可溶性糖较低、淀粉增加最多,纤维素最低。但是被重度半埋和全埋的匍匐茎生长较少,茎中纤维素含量较多、淀粉含量较少。研究表明,沙埋是一种胁迫,它损伤叶片、扰乱碳水化合物代谢平衡。但它又是胁迫信号使植物产生适应性反应,它使未遭沙埋的匍匐茎顶端通过加速碳水化合物转化、分解纤维素、提高淀粉和可溶性糖含量,为顶端生长提供能量和营养,以加速匍匐茎快速生长摆脱沙埋。同时沙埋部位枝叶通过分解其纤维素,产生更多的可溶性糖和淀粉为匍匐茎不定根生长提供能量。因此,沙埋后匍匐茎内碳水化合物的转化是其快速生长和摆脱沙埋的能量来源而在其适应沙埋生长中起重要作用。单叶蔓荆对沙埋的适应性反应表现了其具有表型可塑性特性,该特性是其沙埋后维护匍匐茎顶部快速生长、不定根形成、碳水化合物转化以及具有较高抗沙埋能力的关键。     

海滨滨麦叶片和根对不同厚度沙埋的生理响应差异分析

以烟台海岸抗风沙植物滨麦为研究材料,通过对不同厚度沙埋下其叶片和根部抗氧化酶活力(超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT))、丙二醛(MDA)含量和渗透调节物含量变化的分析,探讨了叶片和根部对沙埋生理响应的差异。试验按滨麦成株株高(约40 cm)对其进行了轻度沙埋(在株高1/4处)、中度沙埋(2/4处)和重度沙埋(3/4处)。在沙埋第6天,分别测定了不同厚度沙埋处理下,植株各段叶片和根抗氧化酶活力、MDA和渗透调节物含量。结果表明,轻度和中度沙埋均加速植株生长。与对照相比,经轻度、中度沙埋处理6 d,叶片平均MDA含量增加,在重度沙埋下降低。不同厚度沙埋6 d,叶片平均SOD活力和脯氨酸含量增加,而CAT活力、可溶性糖和可溶性蛋白质含量下降。但不同厚度沙埋均使沙上叶片MDA、脯氨酸、可溶性蛋白质含量和SOD和CAT活力增加,尤其是叶片顶部增加最为明显,使沙下叶片MDA、可溶性糖、可溶性蛋白质含量和CAT活力下降,导致同株沙上和沙下叶片MDA、脯氨酸、可溶性糖、可溶性蛋白质含量和SOD和CAT活力差异显著(P0.05)。与叶片相比,根中MDA、可溶性蛋白质含量和SOD和CAT活力较低,而POD活力和可溶性糖含量较高并与叶片差异显著(P0.05)。不同厚度沙埋6 d,滨麦根中MDA和可溶性蛋白质含量变化较小,可溶性糖含量和CAT、POD、SOD活力略有降低。研究表明,滨麦根和叶片对不同厚度沙埋的生理响应不同。沙埋直接作用于叶片并诱发叶内氧自由基积累,但叶片通过快速激活的抗氧化酶保护系统(CAT、SOD)维持氧自由基代谢平衡,以及渗透调节物(脯氨酸、可溶性糖)的积累维护细胞水分代谢平衡,并满足能量的需求和快速生长。但在不同厚度沙埋下,由于根系不受沙埋直接影响而生理变化较小,并且还维持较低的膜脂过氧化水平,这可能是根能维持正常的吸水输水功能并在沙埋处理过程中和沙埋后地上叶片快速生长摆脱沙埋的重要物质基础。     

海滨沙地单叶蔓荆匍匐茎对沙埋适应的生长对策

单叶蔓荆(Vitex trifolia var.simplicifoli)是一种耐盐、耐旱固沙地被植物。依据海滨沙地自然沙埋特点对单叶蔓荆匍匐茎进行了不同厚度(半埋和全埋)和不同长度交叉沙埋处理,研究探讨了单叶蔓荆沙埋适应生长对策,为其开发利用、科学管理和海滨环境修复提供指导。结果表明,正常情况下,单叶蔓荆匍匐茎基部和中部生长缓慢,顶部生长快。轻度(沙埋匍匐茎基部)和中度(沙埋匍匐茎基部和中部)半埋和全埋使匍匐茎顶部生长加速,茎长增长量较对照高出1.5到3.1倍;但重度(沙埋整个匍匐茎)半埋和全埋使匍匐茎顶部净增长量减少12%和13%。在20d沙埋中,对照整个匍匐茎各段均无不定根长出,但不同程度半埋和全埋沙埋处理下沙下匍匐茎上均长出不定根,重度半埋使不定根生长受抑;同时匍匐茎上各段茎生物量上升,枝叶生物量下降,且随着沙埋程度的增加而增减幅度提高,在重度半埋和全埋达到最大。在轻度和中度半埋和全埋下,匍匐茎上未沙埋部位枝条生长加速。研究表明,在自然环境中,单叶蔓荆匍匐茎顶端是一个对环境变化反应敏感的部位,并与沙埋后单叶蔓荆茎延伸生长和植株能否生存密切相关。当匍匐茎顶部没被沙埋时,沙埋促进沙埋部位匍匐茎和枝叶中物质转移,加速匍匐茎顶部快速生长和物质积累以弥补沙埋带来的损伤维持物质和能量的代谢平衡。沙埋后,单叶蔓荆以茎顶端快速生长、形成不定根、枝条生长维持茎水分平衡和能量和物质代谢平衡,以快速生长摆脱沙埋影响的生长方式为其对沙埋环境的重要适应对策。因此,在海岸沙地单叶蔓荆种群管理和维护中,在强风移沙引起的重度沙埋后,及时剥离匍匐茎顶部沙子对维护单叶蔓荆种群的延续生存和扩散均有重要作用。     

黄土塬区不同土地利用方式土壤水分消耗与补给变化特征

对黄土塬区不同土地利用方式下2012年3—10月7龄果园(挂果初期)、17龄果园(盛果期)、小麦地、玉米地土壤水文状况进行分析,结果显示,0—600 cm试验土层7龄果园土壤贮水量最高,其次为玉米地、小麦地,17龄果园最低,且不同土地利用方式下贮水量随着降水量的变化而上下波动,但其变化滞后于降水。不同土地利用方式均表现为随土壤深度增加土壤含水量变异程度减弱的特征,且其土壤剖面的水分含量变化存在季节变异。农田和7龄果园中不存在土壤干燥化现象,而17龄果园土壤剖面存在较厚的干燥化土层,其分布深度为320—600 cm。不同的土地利用方式的土壤水分的消耗和补充深度有较大差异,17龄果园消耗深度为500 cm,补充深度为200 cm;7龄果园、玉米地和小麦地消耗深度分别为200、300 cm和300 cm,且补充深度均超过了测定的土壤深度,大于600 cm。     

樟子松幼树株高及其逆境生理指标对沙埋的响应特征

以3龄樟子松幼树为材料,2013年在科尔沁沙地研究了不同沙埋深度下其株高、叶片膜透性、渗透调节物质含量及保护酶活性变化,以揭示沙埋条件下樟子松幼树生长及其对逆境的生理响应特征。结果显示:(1)在沙埋深度低于株高以上2cm时被埋樟子松幼树能够正常生长,其株高和芽长均明显高于非沙埋对照,并以沙埋深度为株高的50%时增长幅度最大;当沙埋深度超过株高2cm以上时,虽然植株高度和芽长也较埋前有一定增长,但均低于对照,且所有处理植株均未破土,后来全部死亡。(2)所有沙埋处理的叶片可溶性糖含量均显著低于对照,而POD活性显著高于对照,可溶性蛋白质和脯氨酸含量也高于对照。(3)随沙埋深度增加,叶片相对含水量总体呈增加趋势,但大多数处理与对照差异不显著;丙二醛含量基本呈显著下降趋势,可溶性蛋白和脯氨酸含量先增加后下降,而大多数处理的膜透性与对照差异不显著;随着沙埋深度增加,叶片可溶性糖含量显著下降,SOD和POD活性均先增加后下降。(4)相关分析显示,樟子松幼树叶片膜透性变化与MDA含量变化相关性几乎为零,可溶性蛋白与脯氨酸含量呈显著正相关关系,可溶性糖含量与脯氨酸含量呈显著负相关关系。研究表明,沙埋深度低于樟子松株高以上2cm能够促进其幼树生长;沙埋并没有导致樟子松幼树体内的膜脂过氧化,也没有引起细胞膜的损伤,在受到沙埋胁迫时,樟子松幼树体内SOD、POD以及可溶性蛋白和脯氨酸分别在防止其膜脂过氧化和维持细胞膨压中起到重要作用,而可溶性糖含量在沙埋过程中没有起到渗透调节作用。     

播种深度对夏玉米幼苗性状和根系特性的影响

选用郑单958(ZD958)和先玉335(XY335)为试验材料,在砂培和大田条件下设置3、5、7和9 cm 4个播种深度,并在大田条件下以不同播种深度混播作为对照(CK),研究播种深度对夏玉米幼苗性状和根系特性的影响.结果表明： 随着播种深度的增加,夏玉米的出苗率下降,出苗时间延长.ZD958和XY335播深9 cm的出苗率较3 cm的分别降低9.4%和11.8%,出苗时间较3 cm的均延长1.5 d.随着播种深度的增加,幼苗长度及幼苗整齐度显著降低,中胚轴长度显著增加,胚芽鞘长度差异不显著;初生胚根长度逐渐减小,次生胚根总长度逐渐增加,总根长度差异不显著;幼苗与中胚轴的总干质量增加,总根干质量差异不显著.随播种深度的增加,种子萌发时幼苗各部位可溶性糖含量增加,营养物质消耗量增加,幼苗根系生长速度增加,根系活力降低,总节根数及节根层数增加.播深增加后出苗率及幼苗活力的降低导致收获穗数的显著降低,最终影响产量形成.此外,播深一致有利于群体整齐度的提高和群体性状的改善,从而提高产量.     

大气颗粒物污染对土地覆盖变化的响应

土地利用-覆盖变化(LUCC)直接或间接影响颗粒物污染。了解颗粒物污染对LUCC的响应,对维护和改善生态环境具有重要的意义。基于卫星遥感技术,从广域的空间尺度分析颗粒物污染对LUCC的响应。使用MODIS数据分别提取与颗粒物污染相关性较高的城市用地、林地等土地利用类型,确定土地利用类型的变化趋势,利用长时间序列MODIS气溶胶光学厚度(AOD,Aerosol optical depth)产品分析颗粒物污染与土地利用类型的变化的相关性。以山东省青岛市、淄博市、济南市3个典型城市为例,研究了AOD随土地利用类型的变化趋势。同时,考虑并分析了颗粒物污染对土地利用变化响应的敏感性,以及城市区域变化对环境的影响。研究结果表明,不同的城市类型,由于决定环境变化主导因素的差异,颗粒物污染对LUCC的响应具有明显的差异。青岛市地区,由于受海洋影响显著,大气颗粒物污染与LUCC的相关性较低,如中度污染天气与林地的相关系数为-0.451;而淄博市和济南市的相关系数分别为-0.473、-0.507。