科研进展----中国科学院生态环境研究中心

　　La基钙钛矿拥有优异的吸光性能，但是价带光催化氧化电势的不足使得许多化学键难以断裂，限制了其在光催化反应中的应用。基于此，中国科学院生态环境研究中心宋茂勇研究团队开展了热活化触发La2CoxMn2-xO6钙钛矿光催化活性的研究。
　　研究发现，利用加热能够活化降低甲苯的苄基C-H解离能，解决了光激发La2CoxMn2-xO6钙钛矿产生的h+氧化电势不足难题，从而触发光催化选择氧化甲苯苄基C-H反应。其中，光学性质最佳的La2Co1.5Mn0.5O6钙钛矿表现出最佳的光催化性能，对甲苯的转化率达到22866.67 mmol gcat-1 h-1，获得的高附加值产物产率达到550.00 mmol gcat-1，这是目前所有报道中的最大值。此外，这种“热活化，光断键”模式同样适用于光催化还原CO2反应。通过加热活化水的H-O，同时光激发La2Co1.5Mn0.5O6产生h+成功断裂H-O提供H+，触发光催化还原CO2反应，生成单一产物CH4。
　　这种热活化触发光催化的方式，不仅解决了光催化中价带氧化电势不足的难题，实现性能上从无到有的突破，也为开发更多光学性质优异的催化剂和丰富光热协同催化理论提供了新的途径。
　　图1 热活化触发光催化氧化甲苯苄基C-H和还原CO2的机制示意图。
　　相关研究成果发表于Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)。博士生陈程为第一作者，麻春艳副研究员和宋茂勇研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金委杰出青年基金和面上基金（22125606, 21976198, 21777175）的支持。
　　论文连接：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2310004120 　　

　　环境纳米技术与健康效应重点实验室
　　2023年10月25日

2023-10-26

中心联合研发的全球首台（套）生物质乙醇重整制氢技术及装备通过验收、鉴定

　　10月16日，中国科学院生态环境研究中心联合研发的全球首台（套）200 Nm3/h生物质乙醇重整制氢项目验收、鉴定会在北京召开。中心贺泓院士出席会议，北京理工大学孙逢春院士作为本次验收、鉴定专家组组长。　　该项目由国投生物科技投资有限公司总体负责，由中国科学院生态环境研究中心承担生物质乙醇重整制氢催化剂研制，由四川亚联氢能科技股份有限公司承担装置研制，有研工程技术研究院有限公司参与重整催化剂安装和重整反应器现场调试，北京石油化工学院参与工艺条件适配和现场试运。
　　专家组听取了项目组的总结汇报，经过认真质询讨论一致认为，该项目实现了生物质乙醇重整制氢技术的全球首台（套）工业化示范应用，验证了生物质乙醇作为制氢原料的可行性，为氢能绿色供应提供了新的技术路线；研制的自活化高效催化剂实现了对制氢产物的精准控制，氢气产率高、稳定性好；研发的催化氧化供热及热量梯级回收技术实现了装置运行热量高效利用，剩余含能气体能量全部回收，重整反应剩余原料水全部回用，整套装置兼容水蒸气重整和自热重整两种工况。
　　专家组一致认为，该项目研发的生物质乙醇重整制氢技术总体达到国际领先水平，建议在工业及交通等领域进一步加快推广应用。
孙逢春院士发言贺泓院士发言会议现场　　

　　　大气环境与污染控制实验室
　　2023年10月19日

2023-10-19

陈利顶团队在土壤抗生素对作物生产风险的多尺度景观调控方面取得重要进展

　　中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室陈利顶研究员团队在土壤抗生素对作物生产风险的多尺度景观调控研究方面取得重要进展。相关研究以题为“Reducing risks of antibiotics to crop production requires land system intensification within thresholds”发表于《Nature Communications》。　　随着社会经济发展对粮食需求的日益增加，通过农田扩张和土地集约化利用来增加作物产量已成为解决粮食问题的重要举措。然而农田的高强度利用和可持续性管理措施的缺乏，会导致抗生素通过农业活动等途径进入土壤，改变土壤环境和土壤—作物系统的相互作用，影响作物产量。明确土壤抗生素对作物产量影响的尺度效应，探讨如何通过土地系统的可持续性管理降低土壤抗生素对作物生产的风险是当前研究的重要挑战。
　　该研究基于全国土壤抗生素污染风险数据集，通过随机森林模型量化了全国范围内土壤抗生素污染对作物生长的风险，研究发现当土壤抗生素污染风险超过一定程度（8.30-9.98）时将会导致小麦、玉米、水稻和蔬菜产量的显著下降（图1）。土地集约化利用会有效促进作物产量的增加，但在高度集约化水平下，随着土壤抗生素污染风险的上升，其对作物生产的促进作用会被部分抵消，导致土地集约化对促进作物产量增加的相对效益逐渐下降。进一步通过将人口和经济指标作为协变量的多尺度分析发现，大尺度上土地的集约化管理对土壤抗生素污染风险具有重要影响（图2）；随着空间尺度下降，农业景观面积增加则是风险上升的主要原因，研究认为可以通过调控农业景观面积降低土壤抗生素污染对作物生产的风险。为指导农业景观可持续利用，进一步揭示了土壤抗生素污染和作物产量权衡关系随着土地集约化利用水平的变化趋势，研究发现其在不同尺度上均呈现明显的二次函数关系，这一关系可用于识别风险—产量权衡达到峰值时对应的土地集约化利用的阈值，为农业景观的可持续利用与管理提供了科学参考。
　　云南大学生态与环境学院副教授赵方凯（中心2021届博士毕业生）为该论文第一作者，陈利顶研究员为通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、中国科协青年人才托举工程、中国博士后科学基金、中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室开放课题和云南大学双一流建设项目的支持。
图1 全国土壤抗生素污染风险及其对作物生产的影响图2 土壤抗生素污染和作物生产权衡关系随土地系统集约化的变化趋势（以大尺度为例）　　全文信息：Zhao Fangkai, Yang Lei, Yen Haw, Feng Qingyu, Li Min, Chen Liding. Reducing risks of antibiotics to crop production requires land system intensification within thresholds. Nature Communications 14, 6094 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-41258-x
城市与区域生态国家重点实验室2023年10月5日

2023-10-05

欧阳志云团队在耕地开垦对自然资本投资成效影响研究取得新进展

　　中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室欧阳志云团队在耕地开垦对生态保护成效的影响研究取得新进展。相关研究成果以题为“Natural capital investments in China undermined by reclamation for cropland”发表在《Nature ecology & evolution》上。　　为了应对人口和粮食需求增长、耕地持续扩张导致的生物多样性和生态系统服务丧失，世界各国均在加强生态保护和恢复。同时，为了保障粮食安全，全球也开垦了大量的耕地，耕地开垦对生态保护恢复成效的影响也得到人们广泛关注。
　　本世纪以来，我国是全球生态保护与恢复投资最大的国家，通过退耕还林还草还湿等重大生态保护恢复工程将耕地恢复为森林、草地、湿地等自然生态系统，取得显著成效，生物多样性保护、水源涵养、固碳、土壤保持、防风固沙等重要生态系统服务得到了显著提升。同时，一些地区也开垦了许多耕地。本文综合运用全国生态系统评估数据、生态系统服务评估模型和农业统计数据，定量评估了2000至2015年耕地开垦对我国粮食增产的贡献，分析了对水源涵养、土壤保持、防风固沙、固碳和野生物种栖息地等生态系统服务的影响。
　　研究发现，我国新开垦耕地大多分布于生态系统调节服务和生物多样性重要区域，尤其在我国北部、东部和南部生态重要或脆弱区域，其中分布于极重要和重要生态保护区域的新开垦耕地分别占总开垦面积的58.1%和26.8%。在一些重点保护恢复的地区，新开垦耕地总面积虽小，但分布较为广泛和分散，对生物多样性和生态系统调节服务的抵消也不容忽视。与同期自然资本投资回报相比，全国耕地开垦对野生物种栖息地、水源涵养、防风固沙、固碳和土壤保持服务保护成效的抵消比例分别为113.8%、63.4%、52.5%、29.0%和10.2%。
　　2000-2015年我国新开垦耕地造成的生态系统服务和生物多样性损失主要对应三种典型区域类型：（1）提供重要防风固沙服务和野生物种栖息地的区域，气候干旱，土壤有机质含量低，粮食产量低；该区域的生态系统服务恢复收益的损失最大，主要位于我国西北部的地区；（2）提供重要碳汇和野生物种栖息地的区域，气候相对寒冷，新开垦耕地土壤有机质含量高，粮食产量高，其生物多样性、土壤保持量和固碳量由于耕地开垦损失大，主要位于我国东北的湿地地区；（3）提供重要水源涵养、土壤保持等生态系统调节服务和野生物种栖息地的区域，气候潮湿，新开垦耕地坡度高；生态系统服务损失严重，主要位于我国南部和西南部的山区。其他区域生物多样性和生态系统服务的收益抵消比例相对较低，但在那些生态系统服务供给能力越强、气候越潮湿、新开垦耕地坡度越大的区域，耕地开垦对生态系统服务和生物多样性的影响越大。
　　研究指出，低效的耕地开垦的不利生态影响将大大削弱生态保护恢复等自然资本投资的回报，并进一步影响农业生产。我国应在保护重要生态系统同时，加强脆弱地区耕地的生态恢复，并通过加强可持续的农业集约化遏制低效的农业扩张。随着我国更加重视粮食安全，平衡生态保护和农业生产的挑战可能会变得更加严峻。全球其他国家也出现了类似的趋势，包括美国等拥有充足耕地的发达经济体。全球需要通过农业生态革命实现农业转型，协调粮食生产与生态保护，实现粮食供给、生物多样性和生态系统服务的协同提升，是全球可持续发展面临的共同课题。
　　中国科学院生态环境研究中心副研究员孔令桥为论文第一作者，欧阳志云研究员为通讯作者。该研究得到了青藏二次科考任务三 “生态系统与生态安全”、中国科学院战略性先导科技专项（A类）课题“生态承载力评估与生态安全格局构建”、国家自然科学基金（41901257）等项目资助。　　论文链接：https://doi.org/10.1038/s41559-023-02198-3 　　

　　城市与区域生态国家重点实验室
　　2023年9月27日　　

2023-09-27

傅伯杰院士团队在黄土高原社会-生态陷阱研究方面取得新进展

　　　　中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室傅伯杰院士团队在黄土高原社会-生态陷阱研究方面取得新进展。相关研究成果以题为“Escaping social–ecological traps through ecological restoration and socioeconomic development in China's Loess Plateau”发表在国际重要刊物《People and Nature》上。
　　生态系统退化和贫困是威胁人类可持续发展的重大挑战，以我国典型生态脆弱区——黄土高原为例，该区长期以来面临着植被稀疏、土壤侵蚀严重、土地生产力低，人口压力大，生计贫困等突出问题，形成了越垦越穷、越穷越垦的局面，影响该区可持续发展。作为可持续性科学中广泛关注的新兴概念，社会-生态陷阱就是指自我强化的社会和生态反馈维持或推动社会-生态系统朝着不理想的状态发展，可用于解释生态系统退化和根深蒂固的贫困。然而，社会-生态陷阱研究仍然缺乏定量的分析方法，制约区域可持续发展状态的科学研判和调控。
　　针对社会-生态陷阱的识别与诊断，研究团队发展了社会-生态陷阱诊断框架，构建了追踪社会-生态系统发展轨迹的复合系统状态指数，结合社会-生态网络方法实现了系统要素反馈依赖关系和系统结构演变的定量表征，并以建国以来黄土高原社会-生态系统的演变为例开展了实证分析。研究表明，黄土高原社会-生态系统演变经历了3个阶段：锁定在陷阱中（1949-1981），对陷阱做出响应（1981-2003）和逃离陷阱（2003-2020）。第一个时期，快速增长的人口、有限的生计机会、对农业的过度依赖，以及严重的土壤侵蚀之间发生强化的反馈循环，使得黄土高原锁定在不理想的发展轨迹。缺乏替代生计方式的农村人口数量是第一个时期关键的陷阱因素。进入21世纪，通过生态恢复措施和社会经济发展，黄土高原逃离了以生态系统退化和贫困不断强化为特征的社会-生态陷阱。
　　黄土高原逃离社会-生态陷阱的重要路径包括：（1）推进城市化和生计方式多样化；（2）实施因地制宜的工程措施，如梯田和淤地坝；（3）投资生态恢复项目。这些路径和经验对于世界上类似的生态脆弱区迈入可持续发展道路具有借鉴和指导意义。基于社会-生态陷阱概念对黄土高原过去七十年的发展轨迹的审视，也强调了持续监测、评估和预测社会-生态系统演变规律在推进区域可持续发展中具有重要意义。
　　　　图1 社会-生态陷阱诊断框架
　　中国科学院生态环境研究中心博士研究生王壮壮为论文第一作者，傅伯杰院士为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目“黄土高原社会-生态系统演变机理与可持续性”（41930649）资助。
　　论文链接1：https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pan3.10513 　　

　　

　　城市与区域生态国家重点实验室
　　2023年9月25日

2023-09-26

《村镇污染治理设施及场所生物气溶胶采样与分析标准》编制组成立暨第一次工作会议在京顺利召开

9月15日，我中心主编的中国工程建设标准化协会标准《村镇污染治理设施及场所生物气溶胶采样与分析标准》（以下简称“标准”）编制组成立暨第一次工作会议在北京顺利召开。中国工程建设标准化协会（以下简称“协会”）张红彦高级工程师、协会村镇人居环境专业委员会秘书长王建军教授级高级工程师、副秘书长余晶，中心科技开发处副处长罗莎、《标准》主编水污染控制实验室韩云平副研究员及参编单位代表共25人参会。会议由王建军秘书长主持。
张红彦代表协会致辞，并重点围绕团体标准工作流程和工作要求等方面作了专题报告。王建军表示，作为专委会归口管理立项的第一批标准，专委会高度重视其日常管理工作，愿为编制组提供全过程的指导和服务。余晶代表标准归口管理部门宣布编制组正式成立。罗莎感谢协会的支持与信任，表示中心将切实履行牵头单位主体责任，全力支持编制组按计划高质量完成编制任务。
会上，韩云平代表编制组介绍了《标准》编制大纲及方案，全体参编人员就编制过程中的关键技术问题、《标准》章节编排及任务分工等展开积极讨论并达成共识。
本《标准》将对村镇区域污染治理设施和场所环境空气中包含细菌、真菌等不同种类微生物生物气溶胶样本的采集与分析技术要求做出规范，旨在为村镇污染治理过程生物气溶胶监测提供指导，以标准化助力美丽乡村建设。
参会代表合影水污染控制实验室
2023年9月22日

2023-09-22

深圳市陆域生态调查评估（2021-2025年）项目启动与实施方案专家评审会在中心召开

9月12日，深圳市生态环境局在北京组织召开了《深圳市生态环境局深圳市陆域生态调查评估（2021-2025年）》项目（以下简称项目）启动与实施方案专家评审会。项目以“社会-经济-自然”城市复合生态系统理论为指导，针对深圳市快速城市化的特征，旨在进一步摸清深圳市生态家底，评估全市和各区生态状况，揭示问题，为深圳市“十五五”生态保护提供支撑。该项目由我中心城市与区域生态国家重点实验室的欧阳志云研究员负责，由我中心、生态环境部华南环境科学研究所和深圳市环境科学研究院联合承担。深圳市生态环境局党组成员、副局长张亚立主持会议。生态环境部卫星环境应用中心首席科学家张文国，广东省生态环境监测中心党委书记、主任黄国锋，中国科学院院士朱永官出席会议并致辞。广东省生态环境厅生态处、监测处相关领导参会。会议邀请中国环境监测总站、中国科学院、清华大学等8名专家，对项目的实施方案进行评审。
会上，中国科学院生态环境研究中心代表项目组汇报了项实施方案。专家组一致同意通过项目实施方案评审，认为项目的预期成果将为深圳城市生态保护与管理及深圳城市高质量发展提供决策支撑，为全国城市生态调查评估工作提供样板。项目组将会根据深圳市生态环境局的最新要求和专家组建议进一步完善与优化实施方案，抓紧推进项目的实施，积极跟进国家、广东省以及国际合作相关要求，边研究、边产出、边应用。本项目的实施将有望在城市可持续发展等方面形成一批引领性、示范性、可复制可推广的城市生态保护经验。
城市与区域生态国家重点实验室2023年9月15日

2023-09-15

阮挺等在Chemical Reviews发表新污染物筛查和评估系统方法的封面综述

　　9月13日，由阮挺研究员等撰写的综述论文“Identification and Prioritization of Environmental Organic Pollutants: From an Analytical and Toxicological Perspective”在化学领域权威期刊Chemical Reviews正式发表。
　　以多种污染物共存、污染效应叠加为核心的环境污染行为和生态健康风险问题，是全球环境科学和地球化学领域的研究前沿。自2006年江桂斌院士提出筛选和识别环境介质中新污染物的研究方向以来，课题组成员在筛选识别策略和分析方法体系方面取得重大原创性突破，相继发展了“从物质到效应”和“从效应到物质”的研究策略，并针对性地建立了评估潜在污染物环境行为能力的方法框架。参与编写了UNEP标准参考方法，在TrAC-Trend Anal. Chem.和Environ. Sci. Technol.组织分析方法和环境应用的研究专刊；发现的新污染物相继被《斯德哥尔摩公约》文件、USEPA Methods收录。上述工作带动了环境中新污染物筛选与鉴定的研究，成为全球新污染物研究的热点领域。
　　中国是世界工业品的重要生产基地，且拥有高强度的农业和养殖业。伴随着工业化和城镇化的持续推进。有毒有害化学物质污染严重已成为制约我国社会经济保持高速增长的核心问题。2021年，我国十四五规划和2035年远景目标纲要中首次明确了“重视新污染物治理”已成为国家未来发展的重大战略需求。习近平总书记在2023年7月17-18日召开的全国生态环境保护大会上强调：要加强科技支撑，把新污染物治理等作为国家基础研究和科技创新重点领域。生态环境部指出开展新污染物治理需基于问题导向，实施以有效防范新污染物环境与健康风险为核心的治理策略，构建以精准筛查、科学评估和风险管控为主线的防控思路。其中，“筛”和“评”是方法和基础，“控”是目的和手段，前者决定后者的内容。发展新污染物筛查和评估系统方法能够有效提升对我国典型地区新污染物组成分布、迁移转化和生态健康风险的准确理解；对于显著加强污染预防和政策管控、积极促进区域经济与生态环境的协调发展具有重要的现实意义。
　　论文工作得到了国家自然科学基金委重大研究计划、国家科技部重点研发计划、中国科学院青年创新促进会项目的支持。
　　论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.3c00056
　　环境化学与生态毒理学国家重点实验室
　　2023年9月14日
　　
　　
　　

2023-09-14

国家重点研发计划“城市格局演变的生态环境效应与调控技术”项目深入首都西部生态屏障区和城市副中心开展示范区调研

　　8月29日，国家重点研发计划《城市生态格局演变的生态环境效应与调控技术》项目组赴门头沟区龙泉地区七平方新城、门头沟区妙峰山镇丁家滩村和房山区河北镇东庄子村等首都西部生态屏障区的人口密集典型区域，对7月29日至8月2日历史罕见特大暴雨的受灾情况和灾后生态修复策略、拟开展示范区域的基本情况和规划定位等方面开展了调研。并通过走访受灾地的行政管理部门、灾后重建机构和村民家中，深入了解了当地受灾情况和灾后重建意愿等，为城市自然灾害脆弱区域的城市格局调控技术研发、实践与示范落地典型区域的选取、实施提供了支撑。同时项目组还调研了北京城市副中心环城绿色休闲游憩环，包括通州萧太后河周边地区和潞城镇东六村棚户区改造地区，为开展城市格局优化的技术研发与实践落地提供了示范的选择。　　《城市格局演变的生态环境效应与调控技术》项目由我中心城市与区域生态国家重点实验室的周伟奇研究员主持，于2022年启动，旨在研发关键物种空间识别、社会-生态格局感知、三维景观历史重构等核心技术，揭示城市格局的演变规律与驱动机制，探究城市格局演变的生态环境综合效应，以及格局-过程-功能-服务的多尺度级联效应与机制；研发基于生态系统服务的生态空间优化与调控技术，提出格局优化与功能提升的适宜模式并开展应用示范。来自中国科学院地理科学与资源研究所、北京大学、武汉大学、上海交通大学、中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所、中国科学院沈阳应用生态研究所、中国环境监测总站、北京市城市规划设计研究院等项目参与单位的50余项目研究骨干和研究生参加了此次调研，为项目的技术研发与最终的实践落地奠定了良好的基础。丁家滩村受灾情况门头沟受损情况大石河沿岸的东庄子村受灾情况通州区环城休闲游憩环环境综合提升分布项目组调研人员在丁家滩村村委会城市与区域生态国家重点实验室2023年9月5日

2023-09-05

陈利顶研究组分布式水文模型多目标多站点校验方面取得新进展

　　陈利顶团队与来自包括中国科学院地理科学与资源研究所、南海海洋研究所，美国普渡大学、宾夕法尼亚州立大学、奥本大学、加州大学戴维斯分校、佛蒙特大学、美国国家大气研究中心、拜耳公司美国分部等多家科研和企业单位的研究人员合作，开发了分布式模型参数优化工具（Distributed Model Parameter Optimization Toolbox），并将该工具同广泛使用的SWAT模型进行耦合，构建DMPOTSWAT软件工具。该成果发表于《Environmental Modelling & Software》期刊（文章链接：https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2023.105785 ）。
　　水文模型通常采用分布式参数设置，这种设置方式虽然提高了模型对水文水质过程的空间异质性和同人类活动的相互作用的复杂性的表征能力，但是也极大地提高了模型校验的难度，于是研究人员便开发出来了许多能够进行对分布式模型进行自动校验的工具。然而，当前的校验工具多采用集总式（The Lumped Mode）的校验方式对分布式模型及进行校验。集总式的模式是说在分布式模型的参数校验过程中，通常是按照统一的校验算法来对模型进行修改，比如同一个参数在不同子流域都进行相加、相减或者按照统一比例变化，最后得出一套最优的参数变化规则来适配全流域。
　　这对于空间异质性不高、水系简单的流域模型来说是可行的，但是对于空间异质性普遍较高、人类活动影响较大、水系结构复杂的流域来讲，不同的子流域对同一个参数可能是需要不同的修改规则，有的子流域需要增大，有的则需要减小。针对该需求，当前研究中提出的是顺序校验，也就是从上游向下游子流域组进行依次校验。校验下游过程中，保持上游子流域组的参数不变。这种模式有三个缺点，一个是需要多次校验，另一个是无法实现上下游之间参数的共同演进，第三个是无法适用于水系复杂的流域。
　　基于这样的问题，我们设计了分布式的校验模式，如下图所示。按照流域的出口对子流域进行分组，将不同的组同时但分别进行优化，最后得出适合于每一子流域组的最优参数修改规则。这种校验模式在当前的校验工具中尚不能实现。为了实现模式的应用，我们利用python语言将其开发出来，产品如下图所示。在软件中利用深度优先算法（Depth first search）对子流域组进行划分，参数的优化采用动态维度算法（Dynamic Dimension Search），优化过程中，对每一个子流域组进行单独优化。该算法不仅实现了不同子流域组之间的同时优化，也免去了多次校验的需求，极大地提高了校验的效果和效率。该软件发布之后，经过在中美多个类型的流域进行测试，都取得了良好的效果。
　　当前该软件可以在生态环境中心城市与区域生态国家重点实验室官网的生态模型云平台（http://dse.rcees.cas.cn/kyzy/stmx/）、GitHub和Gitee等网站下载，其中包含了详细的使用手册，并保持对该软件的维护，欢迎有需要的研究人员测试使用，并为软件的改进提出宝贵的意见（联系人：冯青郁，电子邮件：qyfeng18@rcees.ac.cn）。
　　
　　城市与区域生态国家重点实验室
　　2023年8月25日

2023-08-25