头条新闻----中国科学院生态环境研究中心

　　光催化转化CO2不仅可以减少温室气体的排放，还可以将CO2转化为可再生的能源。如何同步提升还原产物的选择性和产率是CO2催化还原反应的重大挑战之一。基于此，中国科学院生态环境研究中心宋茂勇研究团队围绕CO2光催化还原高效生成单一产物CO开展了系统研究。　　Z-或S-型异质结催化剂可通过加速电子传递提升CO2的转化效率，但在生成2电子产物CO的同时不可避免的生成8电子产物CH4。该研究团队提出通过减慢电子传递速率提升CO2还原产物选择性的反应策略。研究发现，增加TiO2组分可以减慢Ӏ型异质结TiO2/BiVO4的电子传输速率，当TiO2与BiVO4的摩尔比为4时，实现了CO2向CO的100%选择性转化。在此基础上，研究团队进一步构建了负载Cu单原子TiO2/BiVO44催化剂，在保持100%选择性的情况下将CO产率提升了3.83倍。机制研究揭示CO的100%选择性主要得益于载体TiO2/BiVO4-4的低速电子传输，而Cu单原子则通过吸附活化CO2提升了CO产率。这种将异质结与单原子耦合的两步调控策略，实现了还原产物CO的选择性和产率同步提高，有望解决光催化还原CO2生成的C1/C2+产物一直面临的低选择性和低产率问题。图1 异质结耦合单原子同步提高光催化CO2还原产物CO选择性和产率的机制示意图。　　相关研究成果发表于Journal of the American Chemical Society。博士生陈程为第一作者，宋茂勇研究员为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划（2021YFA0910300）和国家自然科学基金委杰出青年基金和面上基金（22125606和22241604）的支持。论文连接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c14590环境纳米技术与健康效应重点实验室2024年03月26日

2024-03-26

陈利顶团队在农业面源污染治理管理政策研究方面取得新进展

城市与区域生态国家重点实验室陈利顶团队通过对已有文献数据整理和进一步的分析，以不同的常规施氮量为基础，用百分比的形式确定蔬菜生产的减量施氮。研究成果为制定区域减氮计划提供合理依据，帮助缓解蔬菜高产与氮流失之间的矛盾。该成果以“Determining optimal range of reduction rates for nitrogen fertilization based on responses of vegetable yield and nitrogen losses to reduced nitrogen fertilizer application”为题发表于《Science of the Total Environment》（文章链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2024.171523）。中国生产和消费着全球一半以上的蔬菜，随着经济的发展、生活水平的提高、饮食结构的改善，蔬菜的需求还在持续增加。然而，调查表明不同气候、土壤等生长环境条件下，不同蔬菜品种需氮量相差非常大，但农户都普遍过量施用化肥。蔬菜生产投入化肥超过1000 kg/ha，是粮食作物生产的3倍以上，但其中氮肥利用率低于30%。大量的氮流失给生态环境造成严重威胁。为控制蔬菜生产中过量氮投入，当前主要有2种方法来确定施氮量。一是通过田间试验，构建不同施氮量与产量和氮流失之间的关系，然后根据目标产量和氮流失确定施氮量；二是基于生产过程中的所有的氮输入和氮输出得到的氮平衡，来确定需氮量。然而这些方法由于需要农户投入额外的时间和资金，对知识门槛要求较高，使得其应用推广十分有限。因此，我们提出农户以自身常规施肥量为基础，按百分比减量施用就能达到保持产量的同时减少氮流失的效果。本研究收集了102篇文献共1123条数据，这些数据包括常规施肥量及减量施肥量下的蔬菜产量和氮流失（包括通过淋溶、径流、氨挥发产生的流失和氮沉积）。由于不同区域气候和地理差异对蔬菜生产影响较大，收集的数据被划分为4个区域，包括：北方干旱半干旱地区和黄土高原区（NSL），东南季风区（SMZ），温带季风区（TMZ）以及西南地区（SWZ）。将每个实验施氮量与其对应的常规施氮量的结果作为一对数据进行后续的分析，施氮比例与结果响应计算公式分别为：结果显示，施氮比例与产量响应的关系均呈现的是开口向下的一元二次方程，达到最高产量的施肥量小于常规施肥量；施氮比例与氮流失响应的关系呈现的是指数方程，氮流失量及流失速度都随着施氮比例增加而增加。因此，以保证产量为前提，以氮流失增加速度小于氮投入增加速度为标准，确定各区域的最佳施氮范围分别为：SMZ为40-66%；SWZ为54-80%；TMZ为51-67%，其中在NSL显示减氮可能明显影响产量，减氮潜力较小，因此暂不推荐减氮。结果表明，在各区域的最佳施氮范围内，蔬菜产量变化不大，氮流失减少达40%左右。最后，本研究运用分层Meta分析法探究了各区域的最佳施氮范围在大棚和露地、是否增加管理措施以及不同蔬菜品种之间的适用性。结果表明：①无论是在大棚或露地，蔬菜产量整体都不下降，且对氮流失响应变化不显著；②由于管理措施作用的多样性以及各地块对其适应性不同，增加管理措施会增加产量和氮流失响应的不确定性，因此在选择增加管理措施时需谨慎；③不同蔬菜品种对产量响应变化具有显著影响，大部分品种在最佳施氮量范围产量不会下降，但对于部分产量会下降的品种应谨慎确定减氮量范围。本研究所整理的数据可在文章链接中获取。欢迎广大田间试验研究人员及各地蔬菜种植户采纳试用，为减氮的推广提供宝贵的实践经验（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2024年3月26日

2024-03-26

欧阳志云团队牵头编制的生态系统评估系列国家标准发布

在全国生态状况变化（2000-2005-2010-2015-2020）调查评估、国家重点研发计划项目、国家质量基础（NQI）的共性技术研究与应用专项等项目长期支持下，欧阳志云团队发展了生态系统评估理论，构建了生态系统格局-质量-服务-问题-胁迫评估技术体系，基于上述成果编制了六项国家标准。在前期已经发布两项标准的基础上，2024年3月15日国家市场监督管理总局（国家标准化管理委员会）批准了另外四项标准（《中华人民共和国国家标准公告（2024年第1号》）。欧阳志云团队长期开展生态系统评估研究，承担了全国与青藏高原等区域的生态系统调查评估，揭示了全国生态系统格局、质量、服务、问题及其演变趋势，为重点生态功能区规划、生态保护红线划定、国家公园空间布局、生态转移支付、生态产品价值实现机制等国家生态保护政策的制定与实施提供了科学基础和依据。生态系统评估系列标准是基于团队长期开展全国与区域生态系统评估研究工作的系统性总结。生态系统格局、质量、服务、问题评估系列标准的发布，不仅可以推动全国与区域生态系统评估规范化、标准化，还为将生态效益纳入经济社会评估体系、识别区域生态修复空间、区域保护目标确定与生态风险管控，以及生态补偿等政策设计提供提供科学方法。附系列国家标准已发布情况：1、《生态系统评估生态系统格局与质量评价方法》（GB/T42340-2023），2023年3月17日发布，2023年7月1日实施；2、《生态系统评估生态系统服务评估方法》（GB/T 43678-2024），2024年3月20日发布，2024年7月1日实施；3、《生态系统评估陆地生态退化评估方法》（GB/T 43680-2024）2024年3月20日发布，2024年7月1日实施；4、《生态系统评估陆地生态资产核算技术指南》（GB/T 43677-2024），2024年3月20日发布，2024年7月1日实施；5、《城市生态系统监测技术指南》（GB/T 43679-2024），2024年3月20日发布，2024年7月1日实施；6、《城市生态系统综合评估指标体系及计算方法》（GB/T43235-2023）， 2023年9月7日发布，2024年1月1日实施。城市与区域生态国家重点实验室2024年3月22日

2024-03-22

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Trends in Plant Science期刊发表了题为“Harnessing biological nitrogen fixation in plant leaves”的综述论文（Zhu et al., 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Werner Liesack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（Xiong et al., 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Brajesh K. 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“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The ISME Journal和Environmental Science & 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James Tiedje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

中心党委传达学习习近平总书记重要讲话和全国两会精神

3月14日，中心党委召开理论学习中心组集体学习会，传达学习习近平总书记在全国两会期间发表的重要讲话和全国两会精神。中心党委委员、所务委员参加了学习会。会议由党委书记、副主任房自正主持。全国人大代表、中心主任朱永官介绍了十四届全国人大二次会议基本情况、山东代表团履职情况，重点传达了习近平总书记参加江苏代表团审议、看望民革、科技界、环境资源界委员并在参加政协联组会、出席解放军和武警部队代表团全体会议时的重要讲话精神，并对政府工作报告、全国人大常委会工作报告、“两高”工作报告等进行简要介绍，并分享了履职情况和体会感受。习近平总书记在两会期间就新质生产力、以高水平保护支撑高质量发展、统筹推进科技创新和产业创新等发表了一系列重要讲话，为推进中国式现代化注入了强大动力，具有很强的政治性、思想性、战略性和实践性。政府工作报告明确了今年经济社会发展的总体要求和政策取向，全面部署了全年政府工作任务，对落实党中央决策部署、加快推动高水平科技自立自强提出一系列明确要求。会议对进一步统一思想、明确方向、凝聚力量，动员全国各族人民更加紧密地团结在以习近平同志为核心的党中央周围，为全面建设社会主义现代化国家、全面推进中华民族伟大复兴而团结奋斗，具有十分重大的意义。与会人员围绕因地制宜发展新质生产力、加快推动高水平科技自立自强、全面提升自主创新能力等内容展开了讨论。会议强调，习近平总书记的重要讲话，对做好当前和今后一个时期工作，具有重要的指导意义。中心作为国家战略科技力量，要全面准确理解新质生产力的科学内涵，以科技创新赋能新质生产力，为高水平科技自立自强做出贡献；要把学习全国两会精神与贯彻落实习近平总书记对中国科学院重要批示精神结合起来，与周琪副院长调研中心时提出的三点要求结合起来，深化对抢占科技制高点在党和国家事业全局中战略性地位和作用的理解认识，一体贯彻、一体推进，以“抢”的精神、“高”的标准谋划和推进各项重点工作，为培育发展新质生产力、推进高质量发展提供战略科技支撑。党委办公室2024年3月20日

2024-03-20

周琪在京区有关单位开展调研宣贯督导

2024-03-19

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“Towards a molecular-scale theory for the removal of natural organic matter by coagulation with trivalent metals”为题，发表于Nature Water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Menachem Elimelech教授，第一作者为直博生刘梦洁。英国帝国理工学院Nigel Graham教授和英国伦敦大学学院John Gregory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

费凡研究员荣获北京市第16届“长城友谊奖”

2024年2月23日，北京市委市政府举办第16届“长城友谊奖”颁奖暨座谈交流会。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费凡（Francesco Faiola）研究员荣获北京市第16届 “长城友谊奖”。据介绍，“长城友谊奖”是北京授予在京外籍人士的唯一奖项和最高荣誉，自1999年设立以来，共有32个国家221位外籍人士先后获奖。座谈会上，费凡研究员结合自身研究工作领域，围绕“促进基础研究国际合作，共同应对全球重大挑战”议题，深入交流了观点，并为北京扩大高水平开放、推动创新发展等建言献策。国际合作办公室环境化学与生态毒理学国家重点实验室2024年2月26日

2024-02-26