可持续火灾管控 | One Earth 6月刊论文精选

地球科学

Earth science

燃烧的挑战

人类的故事与火灾的故事交织在一起，火灾是由我们早期试图驯服它而点燃的。在随后的几年里，我们成功地控制了火灾，推动了进步，同时也试图将不受控制的野火从我们人类改造的景观中驱逐出去。然而，火灾的破坏性仍然存在。人为气候变化和景观改造正在将火灾状态转移到新的和陌生的状态。在世界各地日益极端的火灾背景下，需要什么才能为人类和火灾写一个更可持续的故事？

历史学家兼消防员Stephen Pyne将我们的时代称为“Pyrocene”，认识到火在塑造过去约10000年中的核心作用。在世界各地，温带针叶林和稀树草原等生态系统已经进化为依赖于反复发生的火灾。正如Yoshi Maezumi及其同事的评论所强调的那样，土著人民适应了这些生态系统，发展了管理实践，将易发生火灾的景观塑造成更安全、更有生产力的景观。澳大利亚原住民利用文化焚烧的做法来促进理想植物和清澈土地的健康，从而形成了更具弹性和多样性的马赛克景观。在撒哈拉以南非洲的许多地区，小型火灾被广泛用于支持农业。在北美洲南部，普韦布洛人的选择性伐木和清除燃料有助于使野火规模更小、破坏性更小。在始新世的大部分时间里，景观火灾一直是可持续人类社区和生态更新的重要组成部分。

然而，随着工业时代的大加速，人类土地利用迅速蔓延和加剧，火灾后果复杂。为了保护自然资源和不断发展的人类住区，20世纪初，欧美土地管理者倡导防火和灭火策略。几十年后，在许多情况下，燃料的积累反而使这些生态系统变得更加易燃。与此同时，城市和郊区的增长进一步扩大，当荒地大火失控时，更多的社区面临风险。本月Voices的撰稿人之一Opha Pauline Dube描述了非洲许多保护区的火灾是如何加剧的，令人担忧地靠近不断发展的城市地区。在这些变化之上，还有气候变化的影响——这是我们使用火燃烧化石燃料的结果。更热、更干燥的天气已经导致许多地区更大、更强烈的火灾增加：最近的联合国火灾报告预测，到本世纪末，极端火灾将增加50%。随着火世和人类世的碰撞，无法控制且代价高昂的野火的破坏性威胁比以往任何时候都更大。

与高质量数据同样重要的是以风险社区为中心的高质量协作。特别需要跨学科和跨学科的合作，以缓解火灾脆弱性的不均衡分布，这与无数其他健康、社会经济和环境风险交织在一起。David X.Gonzalez及其同事的新研究强调了这一复杂性，强调了美国石油和天然气井暴露于野火的风险不断增加，进一步表明亚裔、黑人、西班牙裔和美洲原住民的暴露风险过高。Alyssa Thomas在预览这篇文章时认为，政府寻求降低野火风险的努力必须包括社会正义问题。为此，在本期的一个Q&A中，Wayne Cascio博士描述了美国环境保护局如何与地方政府合作，在野火烟雾事件期间扩大弱势人群获得清洁空气的机会。有意义的利益相关者参与同样至关重要，以确保风险降低战略为受影响社区所接受。

几千年来，人类一直在寻求控制火灾。我们的努力不仅经常失败，而且我们的活动增加了火灾的可能性和风险及其破坏潜力。我们现在面临着一个选择：坚持努力控制和压制这种基本力量，或者适应和调整，改变我们管理景观和规划社区的方式。研究人员、决策者、公务员和社区成员都可以在我们努力为人类和火灾建立可持续未来的过程中发挥作用。

作为细胞出版社50周年科学庆典的一部分，我们将以多种方式继续讨论这个问题。Cell Reports Sustainability在其6月刊中也以火灾为主题，我们将在7月举办一个免费参与的可持续发展论坛，可在此免费注册（https://www.cell.com/webinars/pyrocene?utm_source=edoutreach）。当然，作为Cell Press的可持续科学旗舰刊，可持续火灾管控也是我们刊始终关注的一个研究方向，欢迎大家将自己的优秀研究考虑投稿到One Earth。

土地管理者面临着一个复杂的问题。例如，何时燃烧与何时灭火的问题：一方面，人们越来越了解自然火灾的生态效益、当地土地管理做法的价值以及在火灾多发地区持续灭火的后果，所有这些都支持在可能的情况下恢复工业化前的火灾制度。另一方面，不断扩大的人类基础设施的脆弱性以及火灾可能因火灾天气加剧而迅速失控的风险意味着，预防和快速扑灭有时可能是最佳选择；工业化前的火灾状况可能不再是有用或可持续的基线。现代始新世的火灾决策必须快速整合有关风险和脆弱性的多变量信息。Marta Yebra及其同事的Commentary描述了越来越多的遥感数据工具箱，这些数据可以用来更好地为火灾管理提供信息，更早地识别潜在的危险火灾，以实现风险更低（成本更低）的灭火。人们对人工智能为这些工具增加价值的潜力越来越兴奋；尽管正如Voices撰稿人Francesca Di Giuseppe所指出的，人工智能工具的质量取决于对高质量数据的持续投资。需要继续开发这些数据集和评估工具，并将其纳入当地决策过程，以实现火灾风险管理的平衡。

One Earth 6月刊已于6月21日上线

点击文末“阅读原文”查看本期全部内容

我们特意为大家精选了发表在 One Earth 2024年6月刊的22篇文章，供大家详细了解。

声音：全球变暖中的火灾风险

由于气候、土地使用和管理以及人口和基础设施的变化，世界各地的火灾状况正在发生变化。虽然火灾对许多生态系统来说是一个健康而必要的过程，但火灾制度的改变正在增加许多地区的人类和野生动物面临的风险。降低风险需要一种全面的方法，需要许多利益相关者的投资。在这个Voices中，我们要问：火灾危险、脆弱性和暴露的哪些方面可以减轻，这需要什么样的合作？

Fire risk in a warming world

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评论文章：特大火灾时代与火灾共存的技术解决方案

人为气候变化正在推动极端火灾季节，挑战过去50年来制定的火灾管理实践的有效性。需要新的和多样化的战略来实现在特大火灾时代的安全共处。重新定义野火管理模式是这一转变的核心，更加强调采用高科技解决方案进行早期火灾检测和快速灭火。

Technological solutions for living with fire in the age of megafires

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评论文章：灭火：历史生态学和基于社区的火灾管理、管理和生态系统复原方法

21世纪的野火带来了多方面的挑战，气候变化和城市化加剧了这些挑战。目前的缓解措施往往达不到要求，需要采取包容性的方法，将土著知识、历史生态学和基于社区的战略相结合。协作和综合努力对于促进有复原力的生态系统和社区的可持续火灾管理做法至关重要。

Fighting with fire: Historical ecology and community-based approaches to fire management, stewardship, and ecosystem resilience

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评论文章：不断变化的火灾状况：气候变化对生态系统的影响

气候变化正在深刻改变适应火灾的生态系统中火灾与植被的相互作用和碳循环。越来越频繁的极端火灾事件与人类活动相结合，给这些系统带来了越来越大的压力。有限的基于过程的理解和数据阻碍了在持续的全球变化下为这些适应火灾的系统制定有效的管理战略。

Changing fire regimes: Ecosystem impacts in a shifting climate

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评论文章：水之外：需要以解决方案为重点的沟通和监管，以解决全氟烷基和多氟烷基物质污染问题

迫切需要基于证据的科学交流和额外的政策干预，以解决广泛存在的全氟烷基和多氟烷基物质污染问题。关于PFAS的信息应强调减少接触的战略，并优先考虑服务不足的社区。PFAS不仅仅是饮用水污染物；它们是具有无数暴露途径的物质，需要联邦政府的系统反应。

Beyond water: Solution-focused communication and regulation are required to address per- and poly-fluoroalkyl substances pollution

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科普读物：遥感用于野火监测：深入了解燃烧区域、排放和火灾动态

遥感在监测野火的整个生命周期中发挥着核心作用，包括评估火灾前的燃料条件，表征火灾的活跃地点和排放，以及评估火灾后对植被、空气质量和气候的影响。这本入门读物考察了当前用于野火研究的遥感产品，重点介绍了它们在推导燃烧面积和排放数据以及跟踪单个火灾事件动态蔓延方面的应用。我们评估这些产品的优势和劣势，并解决关键挑战，如生成完整、连续和一致的长期监测数据。我们还探索了遥感技术在野火表征和管理方面的未来机遇和方向。

Remote sensing for wildfire monitoring: Insights into burned area, emissions, and fire dynamics

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前瞻文章：一个包容性的、基于经验的清单有助于承认基于不同地区的自然保护

随着国际社会努力在2030年前保护地球30%的土地和水域，基于区域的保护的全面程度仍不清楚。官方数据库没有充分认识和跟踪与保护相关的治理系统的多样性，阻碍了保护研究、政策、规划和行动。在这里，我们描述并测试了一种包容性的、基于经验的方法，以记录可能促进生物多样性保护的基于地区的治理系统。在亚马逊国家中，我们发现保护治理系统的区域覆盖率和多样性高于官方数据库。我们使用未得到充分认可的保护治理系统的全球例子进一步说明了这种方法的相关性。我们的研究结果强调了建立一个包容性的、基于经验的清单的必要性，该清单反映了基于地区的保护系统的充分多样性。我们建议研究人员、政府、非国家行为者和捐助者采用类似的清单，以提高可行性、透明度和包容性，将其作为履行国际承诺和创造自然积极未来的全球努力的基本组成部分。

An inclusive, empirically grounded inventory facilitates recognition of diverse area-based conservation of nature

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前瞻文章：利用社会倾斜动态：加速脱碳的系统方法

社会临界点是加速脱碳进程的有希望的杠杆。它们描述了如果触发正反馈机制，社会、政治、经济或技术系统如何迅速进入新状态。分析社会倾斜的潜力需要考虑社会系统固有的复杂性。然而，不断增长的社会临界点文献缺少一个嵌入复杂反馈过程的概念和经验方面的实用框架。从这个角度来看，我们提出了一种动态系统方法，该方法可以将概念性社会倾斜机制情境化为实际干预措施，并绘制跨系统和尺度的倾斜动态的关键反馈机制。我们的方法有三个主要组成部分：涉及相互关联的反馈机制的系统观；有针对性地收集数据，以提供经验证据并监测倾翻动态；以及全球、综合、描述性建模，以预测未来的动态，并为临界点干预提供事前证据。我们展示了这种方法应该如何以及为什么形成一个广泛的议程，以加强社会临界点研究的可行性和有效性。

Harnessing social tipping dynamics: A systems approach for accelerating decarbonization

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综述文章：通过量化沿海生态系统对社区的益处，推进海洋保护区的设计和管理

沿海生态系统及其为人们提供的好处正面临气候变化和人类活动增加的风险。海洋保护区（MPA）是一种广泛使用的保护工具，最近对海洋保护区的研究已从传统的生态成果扩展到包括生态系统服务。然而，对生态系统服务的定量评估在多大程度上为海洋保护区的设计和管理提供了信息仍不清楚。在这篇综述中，我们旨在了解有关海洋保护区内沿海生态系统社会效益的文献。我们发现，只有三分之一的论文量化了社会效益，倾向于关注文化和供应服务，而忽视了监管服务和健康指标。此外，一部分栖息地（如珊瑚、红树林）受到了最大的关注。研究很少评估生态系统服务，为MPA选址、监测和融资的具体管理战略或选择提供信息。我们的研究结果表明，全面量化社会生态关系有助于推进海洋保护区的科学和实践，培养海岸韧性。

Advancing the design and management of marine protected areas by quantifying the benefits of coastal ecosystems for communities

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综述文章：这只是保护吗？土著人民和地方社区在保护生物多样性方面的作用类型

随着保护举措的扩大以应对生物多样性的丧失，人们对不同行为者的治理形式和作用产生最佳生态结果的了解仍然有限。土著人民和地方社区（IP和LC）的作用超越了参与，而是在相对控制和承认其价值观和制度的基础上进行更公平的治理，但与保护成果的关系仍不清楚。我们回顾了648项实证研究，以发展IP和LC在治理中的作用类型，并在170个子样本中分析了与报告的生态结果的关系。研究结果表明，基于平等伙伴关系或对IP和LC的主要控制的更公平的治理与更积极的生态结果有关。这具有重要意义，包括对实现《全球生物多样性框架》目标的行动，表明有必要将IP和LC的作用提升为保护领导者，同时尊重其权利和习惯机构。

Is it just conservation? A typology of Indigenous peoples’ and local communities’ roles in conserving biodiversity

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原创研究：亚马逊植被火灾次生超细颗粒的强烈形成及其对深云和降水的激发

野火烟雾中的细颗粒物会降低空气质量，危害人类健康。烟雾还可以通过改变云层的形成和改变太阳能量被大气反射或吸收的程度来影响天气和气候。与火灾直接排放的较大颗粒物相比，超细颗粒物的形成和存在以前一直被忽视，因为人们认为它们很快就会被较大颗粒物“清除”。然而，我们发现，在亚马逊植被火灾烟雾的飞机测量中，不明飞行物含量丰富，它们的形成和生存受到青睐。此外，高分辨率建模表明，这些不明飞行物可能会加剧云层对流和暴雨。这项研究加深了我们对植被火灾如何影响天气和气候变化的理解。

Intense formation of secondary ultrafine particles from Amazonian vegetation fires and their invigoration of deep clouds and precipitation

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原创研究：干涸湖泊中的有害灰尘：保护大盐湖（美国）水位可减少环境灰尘和人口暴露中的种族差异

没有出口的湖泊，也被称为终端湖泊或内海，干涸是21世纪的一场重大生态灾难。随着湖床的干涸，它们成为危害人类健康的细尘来源。这些湖床正在干涸，部分原因是气候变化导致的水量减少，但主要原因是人类对水的需求增加。我们以犹他州的大盐湖为例，由于担心栖息地的丧失、对雪况的影响对滑雪业的威胁以及尘羽，该盐湖已成为全国关注的焦点。我们发现，稳定该湖水位的两个主要好处是减少空气中的灰尘和减少暴露在灰尘中的人口的种族差异。这将减轻沙尘暴给附近居民带来的健康负担。在这种情况下，阻止湖泊干涸将保护生态和人类健康，同时促进环境正义。

Harmful dust from drying lakes: Preserving Great Salt Lake (USA) water levels decreases ambient dust and racial disparities in population exposure

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原创研究：非管理的自然再生森林接近完整的森林树冠结构，但易受气候和人类压力的影响

维护新恢复的森林是生态系统恢复和减缓气候变化的一项重要政策和挑战。然而，缺乏对不同管理下再生森林的树冠结构的全球评估，以及它们是否正在朝着完整森林的方向发展，这阻碍了人们对其在碳循环和生物多样性恢复中的作用的理解。在这里，我们首次以1公里的分辨率对再生森林冠层结构进行了近全球评估，并介绍了其在实现完整森林特征方面的进展。我们发现，与管理的自然再生林和人工林相比，未管理的自然更新林的树冠结构更像完整的森林，但它们更容易受到气候和人类压力的影响。与此同时，经过管理的自然再生森林经历了大量的重新砍伐。我们的研究结果强调了自然再生森林的高生态恢复潜力，并呼吁采取紧急行动，改善其可持续发展的社会生态条件，释放其可持续发展潜力。

Unmanaged naturally regenerating forests approach intact forest canopy structure but are susceptible to climate and human stress

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原创研究：重新思考城市雾霾的形成：大气亚硫酸盐转化率与气溶胶表面积而非体积成比例

空气污染中的细颗粒物（PM2.5）对全球公众健康构成重大风险。PM2.5可以通过悬浮在空气中的液态水（即液滴）中的化学反应形成，例如亚硫酸盐（SO₂的溶解形式）转化为硫酸盐颗粒。这种反应推动了中国城市雾霾的迅速爆发。先前认为，用于理解和预测雾度形成的水性反应与水体积和空气质量模型的比例通常与液滴的体积成比例地确定亚硫酸盐转化率。对这一既定观点提出质疑，我们发现亚硫酸盐转化率随液滴表面积而定。忽视这种表面积依赖性可能会导致对城市空气污染中PM2.5形成率的严重低估。我们的研究结果将有助于提高空气质量模型的准确性，支持PM2.5来源的识别，并可能最终有助于制定旨在改善空气质量的政策和法规。

Rethinking urban haze formation: Atmospheric sulfite conversion rate scales with aerosol surface area, not volume

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原创研究：战略性恢复开发缓解湄公河水电和鱼类栖息地破碎化之间的权衡

作为全球脱碳努力的一部分，随着发展中国家寻求利用未开发的水电潜力，预计到本世纪中叶，水电装机容量将增加70%。然而，水电站大坝可能会对河流过程和生物多样性产生负面影响，最终影响生态系统的运作方式，并对渔业和当地生计产生下游影响。利用水力发电的气候缓解效益，同时最大限度地减少权衡，仍然是一个关键挑战。使用我们铸造的“战略恢复发展”方法，我们有望克服这一挑战。以世界上产量最高的渔业所在地湄公河下游流域为例，我们表明，在一些大坝上增加鱼类友好型特征，拆除其他大坝，并从战略上规划未来的大坝，为有限的水电扩张打开了机会，同时减少了对整个流域鱼类的负面影响。战略恢复发展为生态系统和未来能源需求创造了双赢的解决方案，以指导全球大型河流水电潜在的影响最小的扩张。

Strategic restoration-development mitigates tradeoffs between hydropower and fish habitat fragmentation in the Mekong

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原创研究：海洋中向海岸级联的氧气损失：来自寒武纪SPICE事件的见解

对晚寒武纪SPICE事件的研究阐明了人类活动如何有风险将地球系统推向不可回头的地步，通过生物生产、缺氧和含硫水域下沉积物中磷循环的反馈回路，导致大范围的海洋缺氧。SPICE事件说明了海洋生态系统中的氧气损失是如何向海岸级联的，超过了临界点，对动物生态系统造成了持久的伤害，改变了碳循环。这些见解强调了了解海洋营养动态的重要性，以及改进预测模型以指导政策、确保海洋健康和防止可能导致自级联海洋损害的条件的必要性。

Cascading oxygen loss shoreward in the oceans: Insights from the Cambrian SPICE event

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原创研究：生活缓慢的鸟类和蝙蝠携带更高的病原体

病原体——导致疾病的微生物——可以通过野生动物传播，有可能在人类、家畜和野生动物中引发严重的传染病爆发。这些疾病的风险受到鸟类和蝙蝠等移动宿主携带的病原体负荷的影响，这些病原体负荷因不同的气候条件和宿主物种组合而异。通过分析欧洲各地的宿主物种特征和气候条件，我们已经确定了疾病传播风险较高的地区。我们的研究通过提供一种预测工具来识别疾病热点，促进积极的缓解工作，弥合了野生动物生态学和公共卫生之间的差距。这项跨学科研究强调了预测和应对新出现的传染病的迫切需要，从而促进生态系统和人类社会的健康，与更广泛的可持续性目标保持一致。

Slow-lived birds and bats carry higher pathogen loads

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原创研究：野火对美国西部的油气井的威胁越来越大，对边缘化人口的影响不成比例

美国西部是美国大部分石油和天然气生产的所在地，野火也越来越多。我们研究了野火对油气井的历史威胁，随着气候变化的进展，预计野火对油井的威胁程度，以及人类对这些油井的暴露程度。从1984年到2019年，我们发现，累计有102882口井位于野火燃烧区，348853人暴露在外（居住在≤1公里以内）。在此期间，我们观察到野火燃烧区的水井数量增加了5倍，这些水井1公里范围内的人口增加了一倍。这些趋势预计将在本世纪末增加，可能威胁人类健康。在野火风险高的地区，约有290万人居住在距离水井1公里的范围内，黑人、西班牙裔和美洲原住民在受到野火威胁的水井中的暴露率过高。

Wildfires increasingly threaten oil and gas wells in the western United States with disproportionate impacts on marginalized populations

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预览文章：向人们及其社区分配野火风险的不公平性

随着全球野火的恶化，人们越来越关注风险对人们的不公平分配。先前存在的风险和脆弱性加剧了许多人口面临的风险。那些承受这些风险最严重的人通常是服务不足的少数民族社区。

Inequities in wildfire risk distribution to people and their communities

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对话高层：综合消防管理的全球视角

Lara Steil博士是联合国粮食及农业组织（粮农组织）林业司的火灾管理干事。在担任粮农组织职务之前，她曾在巴西国家野火预防和扑灭中心协调工作，以促进与综合火灾管理有关的国家和国际合作。她在粮农组织工作，自2023年以来一直领导全球火灾管理中心的发展。

Q&A with Lara Steil: Global perspectives on integrated fire management

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对话高层：适应烟雾弥漫的世界

医学博士Wayne Cascio是美国环境保护局（EPA）公共卫生与环境评估中心的主任。在担任现职之前，Cascio博士是一名医生和科学家，专注于空气污染物对心脏健康的影响。在美国环保局，他带头努力帮助降低野火烟雾对公众健康的风险。

Q&A with Wayne Cascio: Adapting to a smokier world

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视觉地球：Bark Beetle Book Volume XIV: Ars datum est

在一个人类活动气候变化迅速的世界里，森林火灾正在加剧。在影响森林火灾频率和严重程度的许多因素中，如更热、更干燥的条件，还有一种昆虫的增加：树皮甲虫。大多数树皮甲虫更喜欢死木作为它们的食物，但有些（例如山地松甲虫）已经进化成大规模攻击活树。以前，它们的幼虫被初冬的冰冻所控制。然而，在温暖的冬天，由于气候变化，幼虫不再结冰，加上更多的树木受到干旱和高温胁迫，导致这些甲虫的繁殖激增。越来越多的干燥和可燃木质材料可以帮助扑灭更大的火灾。专注于气候对森林影响的艺术家苏泽·伍尔夫在徒步旅行时观察到了树皮和边材上的象形文字“涂鸦”，并将这些观察结果转化为一系列树皮甲虫书。“第十四卷：Ars datum est”将树皮甲虫的踪迹（即甲虫产卵的画廊）呈现为条形图中的条形图。该图表显示了1999年至2007年不列颠哥伦比亚省和阿尔伯塔省受影响的森林地区。对苏兹来说，这些痕迹是无法破译的密码，似乎是我们没有得到的信息。这本艺术家的书，作为苏兹对人类影响的沉思，展示了树皮甲虫如何对我们烹饪的条件做出热情的反应：一个变暖的世界，一个世纪的灭火，以及我们和甲虫现在竞争的大量甚至是陈化的农业木材。

Bark Beetle Book Volume XIV: Ars datum est

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One Earth

Volume 7 Issue 6

June 21, 2024

经过50年的不懈努力，Cell Press细胞出版社的编辑与全球的作者、审稿人一起，创办了一系列优秀出版物，未来我们也将不断深耕科研创新和科学信息的传播交流，启迪更多科学新发现。

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