志存高远 励精图治开拓进取 务实创新
科研进展
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土壤环境科学与技术实验室在植物固氮微生物组研究中取得进展过去一个多世纪以来，化学合成氮肥在保障全球粮食供应和人口增长方面作出了巨大贡献。然而，每年生产化学氮肥所消耗的能量达农业生产总耗能的一半。同时，大量化学氮肥施用导致的土壤退化、温室气体排放和地下水硝酸盐污染等问题对环境和人类健康，以及全球粮食可持续生产都带来巨大挑战。地球上所有植物的叶片总面积高达109平方公里，植物叶表和叶内含有包括固氮菌在内的微生物细胞高达1026个，对植物的氮素供应、生长促进和生产力维持都具有重要意义。认识并利用这些微生物有可能为解决上述问题提供重要方案。为此，朱永官院士应邀在TrendsinPlantScience期刊发表了题为“Harnessingbiologicalnitrogenfixationinplantleaves”的综述论文（Zhuetal.,2023），全面评估了叶际生物固氮对全球氮循环的贡献，并基于对12.7万个固氮菌扩增子序列的meta分析，评估了植物叶际固氮微生物的多样性特征，发现不同生态系统的植物叶内和叶表存在着丰富的固氮菌群落，主要由如鞘氨醇单胞菌目（Sphingomonadales）、根瘤菌目（Rhizobiales）、假单胞菌目（Pseudomonadales）、伯克霍尔德氏菌目（Burkholderiales）和芽孢杆菌目（Bacillales）等组成，在不同宿主植物和环境条件下有所不同。论文进一步鉴别了植物叶际固氮微生物群落中的核心菌群为如甲基杆菌属（Methylobacterium）、鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）、芽孢杆菌属（Bacillus）、固氮菌属（Azotobacter）等，这些类群兼具有促进植物生长、提高植物抗逆境和抗病性、促进养分循环等功能，对植物健康具有重要意义。图1.不同生态系统中植物叶际固氮微生物的分布和驱动因子论文同时梳理了固氮微生物适应不同生态系统和宿主植物叶际环境的生态策略，阐明了影响叶际生物固氮和固氮微生物的主要因素（图1），进一步提出了综合利用多种技术手段加快对叶际固氮微生物研究，发展基于植物微生物组策略解决农业施肥的环境负面影响的研究框架和实现途径，包括(1)向作物叶面直接接种高效的固氮菌和其他有益微生物，需要发展合适的载体和益生元物质，开发适应强和功效稳定的nano-fertilizers；(2)利用培养组学和不依赖培养的策略（如PANOMICS、单细胞组学和拉曼光谱耦合15N稳定同位素探测技术等），快速识别和表征复杂环境中的关键固氮菌群，开发适应性和稳定性更强的合成微生物菌群（SynCom）进行应用；(3)结合利用基因编辑技术（如CRISPR）等加强对固氮菌与植物叶际互作过程的理解，以设计更有效的手段调控叶际微生物组，促进生物固氮和植物健康（图2）。该研究得到了国家重点研发和自然科学基金项目的资助，中国农业大学彭静静副教授，中科院植物分子卓越中心王二涛研究员，德国马普陆地微生物研究所WernerLiesack教授等参与了该项研究。图2定向操控和利用叶际固氮菌微生物的研究框架和方法步骤接以上工作，张丽梅研究员课题组近年围绕农业系统中土壤-作物连续体上微生物群落的构建过程和调控原理开展了系列研究，揭示了作物类型和生长发育阶段对根际和作微生物组的组成和功能具有强烈的选择效应。在最近的研究中，他们发现土壤-植物连续体上固氮微生物群落与细菌和真菌类似，也主要由部位生态位决定，但植物所处的不同地理位置所代表的土壤、气候和大气环境差异塑造了不同的固氮微生物物种库，进而对植物部位固氮微生物的群落构建产生了深刻的影响，使得大多数部位的固氮微生物群落受地点的影响强于受作物种类和生长发育时期的影响（图3）。通过溯源分析发现，根际土壤和空气分别是植物根部和叶表固氮微生物的重要来源，解释量分别为77.7%和54.2%。玉米、小麦和大麦不同部位（叶、根和果实）的固氮微生物群落主要由甲基杆菌（Methylobacterium）,固氮螺菌（Azospirillum），慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）和根瘤菌（Rhizobium）组成，并由少量属于甲基杆菌属和固氮螺菌属的优势类群主导。通过宏基因组分箱，该研究进一步鉴定出玉米叶际中存在较多与硝酸盐还原过程和固氮作用电子传递过程相关的宏基因组片段（MAGs），表明作物叶际微生物存在活跃的氮代谢过程，这些微生物对生物固氮及氮循环的贡献值得深入探究。该项研究近期发表于美国微生物学会旗下期刊mSystems上（Xiongetal.,2024），研究得到中国科学院战略先导计划项目资助，朱永官院士、贺纪正研究员和澳大利亚西悉尼大学BrajeshK.Singh教授等指导和参与了该项工作。图3土壤-作物连续体上固氮微生物群落装配特征a.不同地点/土壤形成的固氮微生物物种库影响植物部分固氮菌群落装配；b.玉米叶际氮循环相关MAGs组成)论文1链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S136013852300167X论文2链接:https://journals.asm.org/doi/10.1128/msystems.01055-23土壤环境科学与技术实验室2024年3月22日2024-03-22 -
"十四五"国家重点研发计划“饮用水水质自动监测预警设备及致毒物甄别新技术”项目启动暨实施方案论证会在京顺利召开3月12日，由中国科学院生态环境研究中心牵头承担，清华大学、北京大学、中国计量大学、郑州大学、力合科技（湖南）股份有限公司、中国科学院自动化研究所、住房和城乡建设部标准定额研究所、上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司共同参与的“十四五”国家重点研发计划“饮用水水质自动监测预警设备及致毒物甄别新技术”项目启动暨实施方案论证会在北京顺利召开。项目咨询专家组毕军教授、付强研究员、尹大强教授、张岚研究员、邬晓梅教授级高工、李琳高工、云洋教授等7位专家，中国21世纪议程管理中心处长王磊、项目主管马浩、水利部项目推广中心刘哲，中心副主任胡承志研究员、中心科技开发处处长张洪研究员，项目负责人马梅研究员以及各课题负责人、课题骨干共40余人参加了会议。马梅研究员汇报了项目的整体情况和总体实施方案。课题负责人郭良宏研究员、周小红副教授、许宜平副研究员、李红岩教授级高工分别汇报了各课题的实施方案。专家组进行了充分质询和讨论，对项目的研究内容和实施方案给予了肯定，认为本项目实施方案目标明确，科学问题清晰，研究内容丰富，技术路线合理，实施方案可行。专家组也对各项技术面向的应用场景、本项目执行期间的技术增量、统筹综合应用示范等方面提出了宝贵意见和建议。本项目致力于饮用水中慢性疾病污染物、应急监管污染物和常规管控污染物的快速甄别、评估、预警和自动化检测，研发一体化的技术、器件、设备、系统和平台，构建全方位保障长江黄河饮用水水质安全的高通量、自动化、综合响应的新技术体系，为国家饮用水的可持续安全保障提供科技支撑环境水质学国家重点实验室2024年3月22日2024-03-22
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“十四五”国家重点研发计划“近零排放高效能柴油车控制技术及示范应用”项目启动暨实施方案论证会在京顺利召开3月15日，“十四五”国家重点研发计划“近零排放高效能柴油车控制技术及示范应用”项目启动暨实施方案论证会在京顺利召开。该项目由中国科学院生态环境研究中心牵头，参加单位包括清华大学、浙江大学、中国环境科学研究院、中国科学院赣江创新研究院4所科研院所与高校，一汽解放汽车有限公司、东风商用车有限公司、无锡威孚环保催化剂有限公司、安徽艾可蓝环保股份有限公司、山东奥福环保科技股份有限公司5家整车及后处理企业。本次启动会由中国科学院生态环境研究中心科技处处长张洪研究员主持，专家组由中国科学院城市环境研究所所长、中国科学院生态环境研究中心研究员贺泓院士、中国环保产业协会易斌副会长、中国环境科学研究院丁焰研究员、中国石油大学（北京）/沈阳师范大学赵震教授、中海油天津化工研究设计院有限公司肖彦教授级高工、中环汽研（北京）低碳科技有限公司邹博文总经理、中国科学院大连物理化学研究所李为臻研究员、中石化石油化工科学研究院宋海涛研究员等国内大气污染治理和移动源减污降碳领域知名的专家组成。贺泓院士首先发言，他指出本项目以柴油车减污降碳为目标，开展关键技术研发与示范，对应了柴油车面临的主要挑战，对项目的重要性给予了肯定。他同时也指出，项目针对国七开展预研，而国七标准又没有出台，因此增加了技术研发的难度与不确定性，如何在污染物近零排放的条件下实现减碳具有难度。他希望，项目组集中力量攻克柴油车近零排放核心技术，实现减污与降碳协同增效，为柴油车国七标准制定提供重要的技术支撑。随后，21世纪议程管理中心王磊处长对我国柴油车污染控制国家研发计划项目的历史沿革进行了回顾，对项目组前期工作成绩给予了充分肯定。在减污降碳的新背景下，项目组应进一步做好关键技术、核心装备、系统集成等方面的研发工作，解决实际问题，推动产业发展。随后项目负责人、中国科学院生态环境研究中心余运波研究员从“研究目标与关键问题”、“课题实施路线图与考核指标”、“研究内容和实施方案”和“课题进度安排”四个方面进行了实施方案汇报，计划通过三年半的时间，突破高效能柴油车近零排放关键技术，实现系统集成与规模化应用。各课题负责人在项目汇报的基础上，进一步对课题实施方案进行了详细汇报。专家组听取了实施方案汇报，并进行了充分质询和讨论，对项目的研究内容和实施方案给予了肯定，认为本项目在柴油车减污降碳方面有望取得突出成果，研究目标明确，技术路线合理，实施方案可行，专家组一致同意通过项目方案论证。同时，就柴油车减污降碳的协同控制、催化剂耐久性的考察、后处理系统示范与应用、远程在线监控方案等方面提出了宝贵意见和建议。本项目针对下阶段近零排放面临的冷启动等低温工况污染物控制、NOx高效净化与N2O/NH3协同减排、PM/PN（10nm）高效减排、污染物近零排放与长寿命后处理集成匹配方案、RDE整车近零排放与评价监管等方面关键技术问题，从关键材料与技术、核心装备与方案、集成示范与评估三个层面，开展全链条技术研发。通过本项目实施，有望解决我国柴油车污染控制技术短板；夯实我国柴油车污染智能监控的长板；实现技术产品的规模化应用，助推我国大气污染物减排；打造“关键材料与技术—后处理部件生产与评价—匹配集成与应用-效能评估”完整技术产业链，引领行业发展。大气环境与污染控制实验室2024年3月20日2024-03-20 -
葛源研究组揭示钴铵酰胺合成微生物全球纬度梯度分布模式与功能中国科学院生态环境研究中心葛源研究组在钴铵酰胺合成微生物全球分布模式与功能研究方面取得重要进展，相关成果近期发表于TheISMEJournal和EnvironmentalScience&Technology。所有动物以及大部分微生物的氨基酸、核酸合成等生命活动都需要钴铵酰胺，但仅有少部分原核微生物能够合成钴铵酰胺，因此钴铵酰胺合成微生物是群落中的“关键少数”，可能通过调控钴铵酰胺的供给进而影响群落中的生物互作和群落功能的发挥。但在全球尺度上，钴铵酰胺合成微生物的分布模式是什么这种分布模式又会如何影响全球范围内微生物群落的氮、磷、硫转化潜能目前尚不清楚。该研究通过系统分析全球范围内的土壤、海洋和污水处理系统中的宏基因组样品（图1），发现钴铵酰胺合成微生物的丰度呈明显的纬度梯度分布模式，在土壤中以中高纬度地区丰度最高，在海洋中则以中低纬度地区丰度最高（图2）；在全球尺度上，钴铵酰胺合成微生物的丰度与微生物群落多样性、网络复杂性、以及微生物氮、磷、硫循环基因的丰度显著正相关（图3）。该研究揭示了钴铵酰胺合成微生物的全球纬度梯度分布模式与功能重要性，提供了通过调控群落中的“关键少数”‑钴铵酰胺合成微生物，进而定向调控群落的氮、磷、硫循环功能的新思路。上述研究得到国家自然科学基金、第二次青藏高原综合科学考察研究项目的资助。论文第一作者为生态环境研究中心助理研究员王继琛，论文通讯作者为葛源研究员和密歇根州立大学JamesTiedje院士，朱永官院士对研究工作进行了全程指导。论文链接1：https://doi.org/10.1093/ismejo/wrae009论文链接2：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c02181图1.全球宏基因组样品分布图2.钴铵酰胺合成微生物的纬度梯度分布模式图3.钴铵酰胺合成微生物与群落氮、磷、硫循环基因的丰度显著正相关土壤环境科学与技术实验室2024年3月20日2024-03-20 -
俞文正研究组在三价金属混凝的微观理论方面取得重要进展中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室俞文正研究组在三价金属混凝的微观理论方面取得重要进展，相关成果以“Towardsamolecular-scaletheoryfortheremovalofnaturalorganicmatterbycoagulationwithtrivalentmetals”为题，发表于NatureWater期刊。混凝是最常见的去除水中污染物的处理工艺之一，也是饮用水安全的“第一道防线”。混凝剂水解、污染物接近水解产物以及污染物与水解产物的相互作用被普遍认为是标准的混凝途径。然而，现有的混凝机制主要侧重于第二阶段（即污染物接近水解产物的过程）。对其他过程的不了解限制了混凝工艺在去除天然有机物方面性能的进一步优化。本研究以混凝过程的第一和第三阶段为重点，从微观角度揭示了絮凝体的生长和破碎以及有机物与水解产物之间的相互作用。研究结果强调了了金属水解产物表面的活性基团（η-OH2和η-OH）在絮凝体生长和去除NOM过程中的重要作用，揭示了中性条件下η-OH2的消耗是絮凝体破碎不可逆的主要原因（图1）。此外，利用典型的小分子有机物，深入研究了主要官能团与水解产物之间的特定相互作用，以及pH值对这一过程的影响（图2）。羟基（-OH）和羧基（-COOH）都能与铝沉淀上的η-OH2和η-OH形成Al-O-C键。而去质子化的羧基（-COO-）难以与铝水解产物作用。含有芳香环的物质在浓度较低时可以通过与铝水解产物形成Al-π相互作用提高其去除率。pH值在混凝过程中起着至关重要的作用，因为它不仅会改变铝沉淀上两类活性位点的比例（即随着pH值的增加，η-H2O逐渐去质子化为η-OH），还会改变有机物中羧基的解离程度。本研究首次从官能团的角度阐明了混凝过程，补充了基于Zeta电位的混凝原理，解决了以往混凝研究中许多不确定的问题，所提出的理论为混凝实践提供了有价值的理论解释。该论文的通讯作者为俞文正研究员和耶鲁大学MenachemElimelech教授，第一作者为直博生刘梦洁。英国帝国理工学院NigelGraham教授和英国伦敦大学学院JohnGregory教授深度参与了本工作长达8年之久。论文链接：https://www.nature.com/articles/s44221-024-00212-x图1：絮状物破碎的不可逆性及其解释图2：氢氧化铝沉淀与典型官能团之间的反应环境水质学国家重点实验室2024年3月14日2024-03-14 -
秦占芬研究组在新污染物的雄性生殖毒性研究方面取得新进展中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室秦占芬研究组在新污染物的雄性生殖毒性研究方面取得新进展，相关成果以“BioaccumulationandmalereproductivetoxicityofthenewbrominatedflameretardanttetrabromobisphenolA-bis(2,3-dibromo-2-methylpropylether)incomparisonwithhexabromocyclododecane”为题在线发表于EnvironmentalScience&Technology(2024;DOI：10.1021/acs.est.3c10560)。溴系阻燃剂六溴环十二烷（HBCD）于2013年被列入《斯德哥尔摩公约》，已经禁止生产和使用。为应对HBCD的淘汰，其替代品进入了生产和使用的快车道。四溴双酚A-双(2,3-二溴-2-甲基丙基醚)（TBBPA-DBMPE）是美国环保局推荐的HBCD替代品，在我国已有生产和使用，但目前尚无公开的TBBPA-DBMPE毒性数据，其危害是否比HBCD小更缺少论证。秦占芬研究组比较了新生小鼠长期暴露TBBPA-DBMPE和HBCD的生物累积性和雄性生殖毒性，取得重要发现：1）从出生后（PND0）至成年的暴露过程中，TBBPA-DBMPE在小鼠肝脏中的浓度随时间增加，在PND7和PND56两个时间点上，相同剂量50μg/kg/d暴露条件下，小鼠肝脏中TBBPA-DBMPE和HBCD的浓度相当，提示二者具有相当的生物累积性；2）哺乳期1000μg/kg/dTBBPA-DBMPE和50μg/kg/dHBCD的暴露均可抑制幼鼠睾丸发育；暴露延长至成年PND56时，尽管没有出现传统生殖毒性指标的改变，但是导致睾丸分子和细胞水平的显著改变，50μg/kg/dTBBPA-DBMPE相对HBCD暴露组的改变较弱；3）当暴露延长至8月龄即小鼠育龄晚期，所有剂量暴露组均出现精子数量减少、畸形精子增加等传统生殖损伤，而且1000μg/kg/dTBBPA-DBMPE和50μg/kg/dHBCD暴露还导致子代数量显著减少，即雄性的生育力降低。总之，所有的数据显示，在相同的剂量下，TBBPA-DBMPE的雄性生殖毒性比HBCD略弱，但表现出与HBCD相当的生物累积能力，提示应该谨慎使用TBBPA-DBMPE作为HBCD的替代品。结合课题组前期关于其结构类似物八溴醚（TBBPA-BDBPE）雄性生殖毒性的研究（Environ.&Health,2023;Arch.Toxicol.2023），团队首次证明化学物质低剂量暴露至成年即便不导致明显的雄性生殖损害，但到生殖年龄的晚期其生殖损害可能会出现，即晚育可能会增加污染物生殖损伤的易感性。以上研究工作得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金的支持。相关论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c10560https://doi.org/10.1021/envhealth.3c00044https://doi.org/10.1007/s00204-023-03589-y环境化学与生态毒理学国家重点实验室2024年2月23日2024-02-23 -
傅伯杰院士和澳大利亚Mark Stafford Smith教授主编的英文著作《变化环境下的旱地社会-生态系统》由斯普林格出版社在线出版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和澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）MarkStaffordSmith教授主编的英文著作《变化环境下的旱地社会-生态系统》（DrylandSocial-EcologicalSystemsinChangingEnvironments）由斯普林格出版社在线出版。旱地覆盖了全球陆地表面的41%，支持了全球约38%的人口。然而，旱地生态环境脆弱，在持续的气候变化和人为活动影响下，干旱地区土地退化、贫困、粮食安全和水安全等问题突出，旱地社会-生态系统（Social-EcologicalSystems,SESs；包含生态子系统、社会子系统及其相互关系的适应性系统）面临巨大的压力和挑战。由于旱地在全球广泛分布和旱地SESs复杂多样，针对旱地SESs开展跨学科、跨部门、跨区域综合研究，可为协同实现旱地可持续发展目标奠定科学基础和提供实践模式。2017年，由中国科学院支持的全球旱地生态系统计划（Global-DEP）项目正式启动，项目科学委员会联合主席傅伯杰院士和MarkStaffordSmith教授号召和组织来自澳大利亚、美国、塞内加尔、西班牙等多个国家的专家组成联合工作组，针对旱地SESs相关问题，开展了深入研究与广泛的区域磋商研讨，正式提出了Global-DEP的科学计划（SciencePlan），并在亚洲、地中海、非洲、北美和南美洲以及澳大利亚开展了案例研究，最终推动Global-DEP进入了全球土地计划（GlobalLandProject）。Global-DEP的概念框架旨在解决旱地多样且脆弱的社会-生态系统的复杂挑战，其关键要素包括驱动力、影响、反馈和尺度。Global-DEP的四个关键研究主题包括：(1)旱地SES动态和驱动力，(2)旱地SES结构和功能，(3)旱地生态系统服务和人类福祉，(4)旱地生态系统管理和可持续生计。Global-DEP的最终目标是推动全球旱地的可持续发展。Global-DEP概念框架该著作为Global-DEP大科学计划项目重要研究成果之一，系统总结了旱地SESs研究领域的最新知识和进展，建立了具有特定背景和地理代表性的跨学科、跨文化旱地SESs研究框架。全书分为三大部分、共12个章节。第一部分（第1章）介绍了Global-DEP概念框架，第二部分（第2章到第5章）着重阐述了Global-DEP四大研究主题及其优先研究领域，第三部分（第6章到第12章）从全球视角以及典型区域视角提供了旱地SESs状况和治理经验。该著作的完成和出版是Global-DEP国际合作计划成功实施的具体体现，为全球旱地SESs研究指明了方向，为推动旱地生态环境研究的深化和旱区可持续发展奠定了科学基础。专著链接：https://doi.org/10.1007/978-981-99-9375-8城市与区域生态国家重点实验室2024年2月17日2024-02-17 -
柏耀辉课题组在细菌群落共存动态研究中取得新进展细菌群落是一个错综复杂的生态系统，各成员传递信号、争夺资源并影响彼此的生长。环境中的抗生素使群落中的相互作用关系更加复杂，，出现了“合作者”（能够解毒并促进群体利益的细菌）与“作弊者”（利用他人利益的细菌）。作弊行为会抑制合作者的生长，损害群落多样性。在这样的背景下，如何实现二者的共存是一个待解决的科学问题。曲久辉院士团队微生物过程与调控组以前期研究中发现的具有解毒能力的菌株为例（Linetal.,AEM），探究了在抗生素干扰下具有不同抗生素敏感性的细菌共存行为，揭示了维持细菌群落生物多样性的机制。研究揭示了一个关键发现：物种间竞争性相互作用的出现可以有效抑制作弊行为。团队发现，在抗生素干扰下，当细菌表现出不同的生长速率和抗生素敏感性时，社会作弊行为阻碍了共存，符合群落的竞争排斥原理。进一步通过模型模拟和细菌群落实验，发现引入“调节者”（能同时监管合作者和作弊者的细菌）可以改变无法共存的局面，促进合作者和作弊者之间的平衡。研究强调了物种间成对的竞争性相互作用在促进抗生素干扰下共存中的关键作用。这对理解细菌生态系统的稳定性、解读抗生素-微生物组相互作用、预测细菌群落对环境变化的适应具有重要意义。相关研究成果发表于TheISMEjournal和AppliedandEnvironmentalMicrobiology。第一作者是博士生林慧。相关论文链接：论文链接1：https://academic.oup.com/ismej/advance-article/doi/10.1093/ismejo/wrad038/7513099论文链接2：https://journals.asm.org/doi/10.1128/aem.01662-23环境水质学国家重点实验室2024年2月4日2024-02-04 -
王思远研究组在全球湖泊和水库温室气体排放研究取得新进展自工业革命以来，人类活动引起的温室气体排放已经对全球气候、生态安全和人类社会经济发展造成了显著影响，而厘清和量化全球湖泊和水库的温室气体排放也是全球碳氮水循环中基础和核心的科学问题之一。为此，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王思远研究员团队联合美国波士顿学院（BostonCollege）田汉勤教授团队，在《自然通讯》（NatureCommunications）在线发表题为“Increasednitrousoxideemissionsfromgloballakesandreservoirssincethepre-industrialera”的论文，系统评估了自工业革命时期以来全球湖泊和水库氧化亚氮（N2O）排放的百年变化。N2O作为一种强效温室气体，在百年尺度上的单位增温潜势为二氧化碳的273倍，同时会引起平流层臭氧的严重消耗。先前的研究已指出河流在全球N2O排放中的关键作用。然而，全球湖库N2O排放的量化仍存在很大的不确定性，特别是在人为活性氮负荷显著增加的情况下，湖库N2O排放是否发生变化以及如何发生变化仍不明确。该问题已经成为全球温室气体收支评估中不确定性的主要来源之一。为解决上述科学问题，研究团队采用一种包含尺度自适应模拟框架和陆-水碳氮耦合过程的生态系统模型（DLEM-TAC），模拟并估算了1850-2019年间全球湖库N2O的形成与排放。同时，通过对气候、大气二氧化碳浓度、大气氮沉降、土地利用、合成氮肥与粪肥施用等因素进行控制变量实验，也量化了环境因素变化对全球湖库N2O排放的影响。研究结果表明，在2010-2019年间，全球湖库N2O排放总量为64.6±12.1GgNyr-1，与工业革命前的排放水平（28.6±6.8GgNyr-1）相比高出一倍以上。研究发现，75%的湖库N2O排放增加来自于北半球中高纬度（30°N-60°N）地区。全球范围内广泛使用的合成氮肥和粪肥是造成湖库N2O排放增加的最主要原因。此外，大气二氧化碳水平的上升降低了生态系统中氮的可用性，从而有助于减少湖库N2O排放。研究团队重新评估了河流N2O排放（254.9±46.2GgNyr-1），提出了全球内陆水体N2O排放的完整估计，为319.6±58.2GgNyr-1。研究进一步修正了国家尺度的水体N2O排放系数，以帮助提高国家温室排放清单中N2O排放评估的准确性。该研究为全球温室气体排放管理提供了重要的数据支持，有望引导各国在气候变化应对方面采取更有效的环境管理策略。图1全球湖泊和水库N2O排放核算图图2全球湖泊和水库N2O排放时空特征上述研究得到了国家自然科学基金委面上项目、全球碳计划(GCP)和国际氮倡议(INI)项目以及中国科学院生态环境研究中心自主部署项目的资助。论文第一作者为生态中心博士生李雅，论文链接如下:https://doi.org/10.1038/s41467-024-45061-0.城市与区域生态国家重点实验室2024年2月4日2024-02-04 -
魏源送研究组在猪粪厌氧消化中基于铁系化合物和病毒群落介导耐药基因削减方面取得新进展针对我国畜牧业绿色发展和新污染物治理的国家战略需求，围绕生猪养殖粪污资源化利用与多污染物协同减排，中国科学院生态环境研究中心魏源送研究组开展了系列研究，并在猪粪厌氧消化过程中基于铁系化合物和病毒群落介导耐药基因削减方面取得新进展。相关成果相继发表在EnvironmentalScience&Technology(doi.org/10.1021/acs.est.3c07664),WasteManagement(2021,136:122-131),ScienceoftheTotalEnvironment(2022,844:157054),JournalofCleanerProduction(2022,376:134240),BioresourceTechnology(2019,287:121393;2019,291:121847;2020,298:122519;2022,360:127635),JournalofHazardousMaterials(2019,366:192–201).作为全健康（Onehealth）理念（动物&环境&人类）中重要一环，环境中细菌耐药的形成同抗生素类药物的使用密不可分，而我国每年生产的抗生素类药物约50%用于畜禽养殖，且以生猪养殖为主，这使得猪粪成为环境中耐药菌（Antibioticresistantbacteria,ARB）和耐药基因（Antibioticresistancegenes,ARGs）重要来源。厌氧消化生产沼气是猪粪资源化利用的重要手段。课题组在基于铁系化合物强化猪粪厌氧消化的基础上，围绕铁系化合物的8种不同形态/价态对ARGs的影响开展了系统研究，基于铁系化合物可实现猪粪厌氧消化甲烷提升~20%，ARGs相对丰度削减~30%，且铁系化合物能够简化厌氧消化系统中ARGs的垂直（VGTnetwork）和水平转移网络（HGTnetwork）。猪粪厌氧消化系统中ARGs传播特征但猪粪厌氧消化中，ARGs的宿主既是ARB又是产甲烷关键功能菌，如何实现高风险ARGs/ARB的靶向控制是关键。基于宏基因组，研究团队构建了病毒群落介导ARGs归趋的生物信息学研究方法，结合Crisprspacer，tRNA和序列同源性，精准识别了病毒群落和ARB之间的相互作用网络；并结合胞外转化型（Transformation）ARGs、接合型（Conjugation）ARGs和转导型（Transduction）ARGs定量化分析，明确了病毒群落对ARGs传播的贡献，证实了病毒群落对ARB的裂解远大于其对ARGs的传播，并在实验室条件下得到了验证，为基于噬菌体疗法靶向控制环境中高风险ARGs/ARB奠定了理论基础。以上研究工作得到了国家水体污染控制与治理科技重大专项，国家自然科学基金委青年基金和德国洪堡基金会的支持。论文第一作者为张俊亚副研究员/卢铁东博士，通讯作者为魏源送研究员/德国亥姆霍兹环境研究中心-UFZ的HansHermannRichnow博士。论文链接详见：https://doi.org/10.1021/acs.est.3c07664https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2018.11.106https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.121847https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.122519; https://doi.org/10.1016/j.biortech.2019.121393https://doi.org/10.1016/j.wasman.2021.10.010http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2022.157054https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127635https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.134240水污染控制实验室膜技术研究与应用研究组2024年1月30日2024-01-30