科研进展--中国科学院广州分院

广州能源所研究成果获评《工程热物理学报》2024年优秀论文

近期，广州能源所能源战略与碳资产研究中心博士毕业生郑励行作为第一作者在《工程热物理学报》上发表的《基于全生命周期评价的中国制氢路线能效、碳排放及经济性研究》原创性研究成果获评2024年优秀论文。论文深入探讨了中国当下煤气化制氢、天然气重整制氢、丙烷脱氢、风电制氢及光伏制氢等重要的制氢路线的技术经济指标，通过对“原料→制氢→氢气”过程中大量的技术参数的搜集与对比，建立了中国关键制氢路线的全生命周期数据清单，使不同制氢路线能效分析具有可比性，增加了丙烷脱氢的制氢路线评估，丰富了制氢路线全生命周期评估方法。近期，广州能源所能源战略与碳资产研究中心博士毕业生郑励行（现为研究所联合培养博士后，合作导师汪鹏研究员）作为第一作者在《工程热物理学报》上发表的《基于全生命周期评价的中国制氢路线能效、碳排放及经济性研究》原创性研究成果获评2024年优秀论文。论文深入探讨了中国当下煤气化制氢、天然气重整制氢、丙烷脱氢、风电制氢及光伏制氢等重要的制氢路线的技术经济指标，通过对“原料→制氢→氢气”过程中大量的技术参数的搜集与对比，建立了中国关键制氢路线的全生命周期数据清单，使不同制氢路线能效分析具有可比性，增加了丙烷脱氢的制氢路线评估，丰富了制氢路线全生命周期评估方法。本研究以全生命周期评价（LCA）方法，深入分析了五种制氢技术路线：煤气化制氢、天然气重整制氢、丙烷脱氢制氢、风电制氢和光伏制氢。研究从能效、能量转换效率、碳排放、成本等多维度进行了评估，旨在为我国氢能产业的未来发展提供数据支持和理论指导。通过全面对比，研究揭示了不同制氢技术在各个指标上的表现差异，尤其是在节能减排和经济性方面，为中国氢能技术选择和政策制定提供了新的视角。图 1 本研究所包含制氢技术路线及系统评价边界研究结果表明，不同制氢路线在能源消耗和碳排放方面存在显著差异。若不将可再生能源视作能源投入，风电和光伏制氢的能耗和碳排放最低，尤其是风电制氢，其能耗仅为天然气重整制氢的1.6%，碳排放为煤气化制氢的1.7%。这意味着，可再生能源制氢不仅在减少碳排放方面具有重要优势，同时也具有显著的节能潜力。尽管风电和光伏制氢在节能减排方面具备竞争力，然而当前它们的制氢成本较高，主要受到电力价格的影响。图2 不同制氢路线综合比较从经济性角度来看，煤气化制氢是目前成本最低的技术路线，其制氢成本约为7-12 CNY/kg (H2)，主要受煤炭价格和电价的影响。相比之下，天然气重整制氢的成本在14-19CNY/kg (H2)之间，且受到天然气价格和电价波动的影响较大。而丙烷脱氢的成本范围为8-15CNY/kg (H2)，其成本主要由LPG价格和电价决定。尽管可再生能源制氢成本较高，但随着技术的不断进步和规模化应用，风电和光伏制氢的成本有望逐步下降，从而使其成为未来我国大规模制氢的主要技术路线。研究通过对不同制氢技术的全生命周期评估，揭示了各技术路线的优劣势，尤其是在能源效率、碳排放和成本控制方面的差异，为政策制定者提供了科学的数据支持。其次，研究强调了可再生能源制氢的长远发展潜力，虽然目前其成本较高，但随着技术突破和风电、光伏等资源的进一步开发，可再生能源制氢将在未来成为大规模制氢的重要方式，助力我国实现低碳转型和碳中和目标。此外，本研究还明确了不同地区能源资源的差异对制氢成本的影响。研究表明，煤气化制氢在资源丰富的地区（如内蒙古、山东等）具有较高的经济性，而在能源消费型地区（如广东）则缺乏经济性，反映出区域能源结构差异对制氢技术选择的重要性。风电和光伏制氢的成本受电力价格的影响较大，在资源较丰富的地区，随着可再生能源技术的成熟和规模化应用，风电和光伏制氢有望实现成本下降，从而促进其在大规模制氢中的应用。

2025-02-19

南海海洋所在海洋模式并行异构加速研究取得新进展

近日，南海海洋所仪器中心联合山东科技大学，成功研发出基于OpenACC的GPU加速并行POM（Princeton Ocean Model）模式，相关研究成果以“Parallel Princeton Ocean Model based on OpenACC”为题，发表在国际知名期刊Environmental Modelling & Software上，该项技术为高精度海洋数值模拟与实时预报提供了新一代高效能计算解决方案，南海海洋所高级工程师周巍为论文通讯作者，山东科技大学硕士研究所生王意宁为论文第一作者，研究团队还包括山东科技大学副教授李秉天等科研骨干。随着海洋建模对空间分辨率与物理过程复杂度的双重需求不断提升，传统串行POM的计算效率已难以满足实际应用需求。研究团队通过并行计算区域选择、数据传输优化和计算模式调整等多维度优化策略，对经典POM代码实施系统性重构。实测数据显示，该并行版本在不同时空尺度的模拟实验中均实现45倍加速比，较传统并行方法展现出显著优势。值得关注的是，研究进一步揭示了GPU加速性能的关键制约因素——通过引入Nsight Systems性能分析工具，团队发现数据传输环节存在显著瓶颈，进而针对性优化了CPU-GPU间的数据传输策略，成功将冗余数据拷贝降低37.2%。此外，研究对比论证了OpenACC相较于其他并行方案的技术特性，其独特的指令制导并行模式在保证代码可维护性与跨平台移植性的同时，大幅降低了并行化改造成本，使得非专业开发人员也能快速构建高效并行计算环境。图1 本研究相较于原始POM代码的优势图2 不同分辨率下串行和并行实现的运行时间研究团队下一阶段将重点推进三方面工作：深化POM代码架构优化，构建多GPU协同计算架构；拓展该并行系统在强非线性海洋过程的模拟应用；开展跨平台硬件适配测试，全面评估OpenACC方案的扩展性与普适性。该研究获得中国科学院仪器设备功能开发技术创新项目、热带海洋环境国家重点实验室自主研究项目以及国家自然科学基金的联合资助，关键技术验证依托南海海洋研究所超算平台完成。论文信息:Wang,Y.,Li,B.,Zhou,W.,Ge,Y.,2025. Parallel Princeton Ocean Model based on OpenACC. Environ. Model. Softw. 106370.论文链接：https://doi.org/10.1016/j.envsoft.2025.106370

2025-02-19

亚热带所在稻田土壤碳铁耦合固碳机制研究取得系列进展

稻田生态系统作为重要的陆地碳汇系统，其碳固定效能的提升对应对全球气候变化具有重要科学价值和应用前景。铁矿物作为土壤有机碳（SOC）的关键赋存介质，通过表面络合与化学共沉淀作用固定了全球约33.5%的SOC。稻田淹水条件下，微生物异化铁还原过程会导致铁结合态碳的释放与再矿化，这一生物地球化学过程构成了稻田系统碳-铁耦合循环的关键限速步骤。因此，系统阐明稻田土壤中碳铁耦合驱动的有机碳转化与稳定机制，不仅可为构建稻田土壤有机碳增汇技术提供理论依据，更能为全球碳中和目标的实现提供重要理论支撑。稻田生态系统作为重要的陆地碳汇系统，其碳固定效能的提升对应对全球气候变化具有重要科学价值和应用前景。铁矿物作为土壤有机碳（SOC）的关键赋存介质，通过表面络合与化学共沉淀作用固定了全球约33.5%的SOC。稻田淹水条件下，微生物异化铁还原过程会导致铁结合态碳的释放与再矿化，这一生物地球化学过程构成了稻田系统碳-铁耦合循环的关键限速步骤。因此，系统阐明稻田土壤中碳铁耦合驱动的有机碳转化与稳定机制，不仅可为构建稻田土壤有机碳增汇技术提供理论依据，更能为全球碳中和目标的实现提供重要理论支撑。基于上述目标，中国科学院亚热带农业生态研究所吴金水团队，构建并完善了适合水稻土的碳同位素示踪技术、界面可视化技术、有机碳分解源解析和碳汇功能模型计算等系列方法体系，系统解析了稻田土壤碳铁耦合驱动的有机碳转化与固持过程机制。相关成果发表于Global Change Biology（2022）、Soil Biology and Biochemistry (2023,2024,2025)、Science of the Total Environment (2024a,b)等国际权威期刊。进展一：水稻根表铁膜的碳“锈汇”机制和功能根际沉积碳输入土壤后，首先与根际铁氧化物接触并被逐步吸附固定，但目前对于“根系-微生物-土壤”多界面的水稻根际热区的碳铁耦合动态过程机制还尚不清楚。本研究以碳铁循环过程最活跃的水稻根际为研究对象，应用界面可视化技术（原位酶谱、平面光电极等），解析根表铁膜形成及其对根际沉积碳的固持效应及作用机制。研究表明在水稻根系处可以形成根表铁膜，主要通过以下过程有效固定有机碳：水稻根系释放的氧气引起了二价铁氧化为三价铁沉淀，有机碳可以与非晶质铁共沉淀，并阻止微生物矿化。添加二价铁可以有效促进根表铁膜形成，增加固碳效率。该研究预估了全球每季水稻共有130 Mg C通过根表铁膜进行积累，表明在长期水稻种植条件下，新稳定的碳是土壤原有碳库的重要补充，对于更加全面的认识稻田土壤有机质固定机制及实现“碳中和”路径具有重要意义。进展二：铁还原过程调控水稻根际激发效应强度水稻根际沉积碳是土壤有机碳库的重要输入源，但也会通过激发微生物代谢活性加速土壤有机碳的分解矿化，产生的正向激发效应。土壤活性铁氧化物可吸附固定新输入的根际碳组分，形成物理化学保护屏障以降低其生物可利用性。为了研究铁氧化物对根际沉积碳的保护、和对土壤有机碳矿化及其根际激发效应的影响，本研究通过13CO2连续标记水稻盆栽试验体系，引入腐植酸作为电子穿梭介质促进异化铁还原过程，探讨Fe(III)还原-有机碳释放过程对根际激发效应的调控机制。结果表明腐植酸加入使水稻根际激发效应强度增加了约25%。根系生长与Fe(III)还原过程协同刺激了根际CO2排放总量，但该过程不受微生物生物量与酶活性变化的影响。分析发现土壤中活性铁氧化物通过物理保护作用降低有机质的微生物分解，而腐植酸通过加速Fe(III)还原，增加铁氧化物保护有机碳的释放，进而提高根际激发效应强度，所以Fe(III)还原与团聚体物理保护共同控制着微生物难接触有机碳向生物可利用有机碳的非生物转化过程，从而调控土壤有机碳的微生物分解矿化；研究结果揭示了活性铁矿物的还原是释放物理化学保护态有机质的限速步骤，其动态过程最终决定水稻根际激发效应的强度。进展三：碳铁复合物对稻田土壤有机碳的保护效应与机制传统研究受限于铁-碳复合物与土壤基质的不可分离性，难以定量解析铁矿物类型及碳负载量等关键参数对碳铁复合物稳定性及土壤原有碳矿化的影响。本研究采用同位素示踪技术构建了不同铁矿物类型及碳负载量梯度的多形态碳铁复合物体系，借助室内模拟培养试验，系统解析了2线（低结晶度）和6线（较高结晶度）水铁矿结合态葡萄糖（高/低碳负载量）及土壤原有碳的矿化特征。结果发现：2线水铁矿结合态葡萄糖的累积矿化率较6线水铁矿高21%，证实结晶度增加显著降低铁结合有机碳的生物有效性；碳铁复合物输入导致负激发效应（-0.33%~-0.55% SOC），显示铁矿物对SOC的保护作用；CO2激发效应强度与铁矿物结晶度呈负相关，而CH4激发效应受碳负载量呈正相关。研究明确了铁矿物通过降低其结合的碳被矿化并抑制土壤有机碳矿化，进而促进稻田土壤有机碳积累，且碳积累效应取决于铁矿物的结晶度以及碳负载量。基于铁矿物单位碳负载量产生的土壤净碳平衡（即碳铁复合物的固碳效率），发现6线水铁矿结合态葡萄糖的固碳效率比2线水铁矿高51%。这主要归因于高结晶度铁矿物更强的有机碳保护能力，其通过限制微生物接触铁保护的有机碳，使其结合碳的矿化率和SOC激发效应强度分别降低29%和67%。同时，碳铁复合物的固碳效率随碳负载量增加呈下降趋势，表明碳铁复合物的稳定性和碳负载量共同构成富铁水稻土固碳效率的关键调控因子。进展四：铁氧化物形态与结合方式对有机碳稳定性的协同调控借助厌氧培养实验，系统对比针铁矿与水铁矿通过吸附和共沉淀形式形成的碳铁复合稳定性差异：低结晶度的水铁矿结合葡萄糖矿化率显著高于高结晶度针铁矿处理，这与前者更易被还原的特性密切相关。四种碳铁复合物中，共沉淀态的针铁矿-有机碳复合物表现出最优的固碳效果：相较于游离葡萄糖处理，其13C-CO2矿化量减少17~41%，13C-CH4矿化量降低21~61%，该类型碳铁复合物具有最长有机碳驻留时间和最低矿化速率，且综合温室效应（CO2当量）下降幅度达62~71%。游离葡萄糖处理引发了CO2负激发效应和CH4正激发效应，而铁结合葡萄糖处理则呈现相反的激发效应模式。这种差异可能源于铁氧化物既作为电子受体参与铁还原过程，又通过磷固定加剧微生物养分限制。铁氧化物形态对SOC稳定性的影响强于其与有机碳的结合方式。高结晶度的针铁矿一方面延缓铁还原速率，另一方面降低土壤有效磷的生物可利用性，进而降低SOC分解速率，提高其稳定性。综上，这些发现系统揭示了水稻土铁氧化物对根际沉积碳的保护机制，阐明了铁氧化物结晶度与有机碳结合方式及碳负载量对SOC积累的协同调控机制。从农业管理角度而言，促进土壤中高结晶度铁氧化物通过共沉淀方式与有机碳结合，不仅能有效提升SOC固存能力，还可通过降低CH4等温室气体排放，显著缓解稻田生态系统对全球变暖的贡献。这些发现为通过铁碳耦合调控实现农业碳中和目标提供了重要的理论依据。论文链接：1 2 3 4 5 6水稻根际铁氧化物固碳的生物与非生物机制（Global Change Biology,2022）铁还原对水稻土有机碳矿化及其根际激发效应的调控机制(Science of the Total Environment,2024a)碳铁复合物降低其结合碳释放与矿化并诱导负激发效应的概念模型 (Soil Biology and Biochemistry,2023)碳铁复合物的固碳效率随铁矿物结晶度和碳负载量的变化规律 (Soil Biology and Biochemistry,2025)厌氧条件下铁氧化物形态对碳铁复合物稳定性及土壤激发效应的影响机制(Soil Biology and Biochemistry,2024)厌氧条件下碳铁复合物结合形式对其结合态碳释放与矿化的影响(Science of the Total Environment,2024b)

2025-02-18

华南植物园发表英文专著：中国绢蒿亚属（菊科）的分类修订

蒿属绢蒿亚属（Artemisia subgenus Seriphidium）是菊科春黄菊族(Asteraceae—Anthemideae)中最具多样性的类群之一。该亚属主要分布于中亚及我国西北的干旱、寒冷的高山和荒漠地区，具有良好的耐旱、耐寒及抗盐碱特性，能以其独特的适应性、药用价值、生态功能和遗传多样性为科学研究和植物资源利用提供丰富的材料。然而，由于历史上在文献和标本考证方面不足，性状观察不够全面与深入，且受限于野外调查的困难，导致我国该亚属存在名实不符、物种界定模糊等诸多亟待解决的分类学问题。为解决上述问题，中国科学院华南植物园联合国内外科研团队开展了针对中国绢蒿亚属的系统性研究。近期，该研究成果以专著形式（书名：A Taxonomic Revision of Artemisia subgenus Seriphidium (Asteraceae—Anthemideae) in China）发表在国际植物分类学期刊Phytotaxa（《植物分类学》）上。该书详细介绍了绢蒿亚属的分类历史、形态学及分子系统学等方面的研究进展。在分类处理方面，主要包括描述了一个新种Artemisia neolehmanniana，提出了两个新组合，并将九个绢蒿亚属物种从中国植物区系中剔除，最终确认我国有绢蒿亚属29种。此外，专著为每个物种提供了详细的异名引证、形态描述、物候、生境、地理分布和海拔信息，及分类学评述等方面的信息。为了增强该专著的科学性与实用性，该书还为每个物种提供了模式照片和地理分布图，并为大多数物种配备了精美的野外形态照片及解剖图。该专著的第一作者为华南植物园博士后金光照，葛学军研究员和中国科学院新疆生态与地理研究所的冯缨研究员为共同通讯作者，俄罗斯科学院科马洛夫植物研究所Mariya Sheludyakova和乌兹别克斯坦科学院植物研究所Ozodbek Abduraimov也参与了该研究。该研究得到了国家科技基础资源调查专项和国家自然科学基金等项目资助。文章链接：https://doi.org/10.11646/phytotaxa.686.1.1图1. 新球序绢蒿（Artemisia neolehmanniana G.Z. Jin）。A：野外植株，B：生境，C：叶片（从上到下：下部叶，中部叶，上部叶），D：复合花序。图2. 新球序绢蒿（Artemisia neolehmanniana G.Z. Jin）的墨线图（刘运笑绘画）。A：植株，B1：外苞片（内侧），B2：外苞片（外侧），C1：中苞片（内侧），C2：中苞片（外侧），D：下部叶，E：叶毛被，F：头状花序，G：两性花，F：两性花（纵切）。

2025-02-13

华南植物园研究发现全球红树林恢复潜力巨大及经济效益显著

中国科学院华南植物园小良站生态研究团队近日发布了一项关于全球红树林保护与恢复的最新研究成果。该研究表明，红树林不仅具有重要的生态价值，其经济回报也远超预期。红树林是地球上最独特的生态系统之一，是重要的蓝碳生态系统。研究指出，2019年全球红树林的生态系统服务价值（ESV）高达8940亿美元，其中调节服务和供应服务分别占57.4%和19.7% （图 1）。这些数据凸显了红树林在调节气候、保护生物多样性和提供渔业资源等方面的不可替代作用。然而，研究发现，自1996年至2019年间，全球红树林的减少导致了约292亿美元的生态系统服务价值净损失。这意味着红树林的消失不仅对环境造成了严重破坏，还带来了巨大的经济损失。好消息是，恢复红树林的投资回报率惊人。在未来20年，预计红树林恢复将需要40亿至521亿美元的投资，但预期带来的生态系统服务价值净收益高达2310亿至7250亿美元。此外，通过蓝碳交易，封存的19.4 Tg C 可能带来0.69亿至2.36亿美元的额外收益。研究团队还指出，红树林恢复项目的全球效益成本比（BCR）在6.35到15之间，显示出极高的投资回报率。这表明，保护和恢复红树林不仅对环境保护至关重要，也是一项具有经济可行性的投资。该研究成果为政策制定者、环保组织和公众提供了重要的科学依据，强调了保护和恢复红树林的紧迫性和重要性。研究结果还填补了现有知识的空白，并为全球环境保护策略提供了新的视角。相关研究成果以“Getting the best of carbon bang for mangrove restoration buck”为题在线发表在综合类学术期刊Nature Communications（《自然通讯》）上。中国科学院华南植物园可持续生态学团队博士研究生张靖凡为论文的第一作者，研究方向负责人、小良站站长王法明研究员为论文通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金项目、“一带一路”国家与国际科学组织联盟项目、国家重点研发计划、中国科学院青年创新促进会项目和科技部“ONCE”海洋负碳排放大科学计划资助。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-56587-2图1. 红树林提供的不同类别的生态系统服务价值。图2. 全球红树林的生态系统服务价值变化。图3. 全球红树林恢复所需要的投资以及通过蓝碳交易获得收益。图4. 国家尺度的红树林恢复的收益投资比。

2025-02-13

华南植物园阐述植物与隐存传粉昆虫的协同演化

动植物传粉互惠关系对于生物多样性和生态系统服务功能的维持，以及农业生产具有十分重要的意义。夜行性昆虫在夜间访花，受到光线条件和人为活动周期的限制很容易被忽视，相对较为隐蔽。夜行性昆虫的传粉服务同样具有很高的科学和应用价值，然而我们对其了解却甚少。中国科学院华南植物园罗世孝研究员长期从事植物与传粉昆虫协同演化研究，发现了五味子科植物与传粉松脂瘿蚊（Schisandraceae–resin midges）、叶下珠科与叶下珠蛾（leafflowers–leafflower moths）两类全新的植物与夜间传粉昆虫专性共生系统（Luo et al.,2010；2017a,b;2018）。进一步研究发现昆虫与植物宿主之间存在物种特化的传粉-寄生互作关系（Chheang et al.,2022），并且这种特化关系在物种内种群间存在一定的波动，形成地理尺度上马赛克式的动植物互作关系（Hao et al.,2023;Hao et al.,2024）。鉴于研究组在植物与传粉昆虫协同演化领域的进展和贡献，国际知名植物学主流期刊New Phytologist邀请罗世孝研究组撰写Tansley Insight综述文章，该文于近日以题为“New insights into coevolution between plants and their cryptic pollinators”的论文在线发表 (DOI: 10.1111/nph.20450)。Tansley Insight系列是为纪念 New Phytologist创刊人Arthur Tansley教授而设立，发表植物科学前沿和热点领域的观点文章。本文综述了两种新兴的隐存的专性传粉系统中动植物的互作模式、协同适应和协同演化机制，提出相关研究对农业与医药的重要价值，为研究植物与传粉昆虫协同演化提供了新视角。华南植物园助理研究员郝凯为论文第一作者，罗世孝研究员为通讯作者。该工作得到国家自然科学基金的资助。文章链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/nph.20450图1. 五味子科植物八角和黑老虎的花、果、传粉瘿蚊及人工栽培种群图2. 五味子科植物-瘿蚊和叶下珠科植物-叶下珠蛾系统中动植物的互作模式、协同适应、协同系统发生、互惠起源、协同演化机制以及未来的研究方向

2025-02-13

南海海洋所|首个红树林精准生态修复与成效评估技术团体标准发布

近期，由中国科学院南海海洋研究所牵头主导编制的团体标准《红树林精准生态修复与成效评估技术规程》（T/CI 874–2025）由中国国际科技促进会标准化工作委员会批准发布、实施，并已在全国团体标准信息平台发布（https://www.ttbz.org.cn）；该标准为我国首个红树林精准生态修复与成效评估技术标准，有望解决目前红树林精准生态修复与成效评估无技术规程可依的局面，进一步促进我国红树林保护和发展。红树林生态系统处于海陆动态交界面、周期性遭到海水浸淹的潮间带环境，作为独特的海陆边缘生态系统，具有很高的生态、社会和经济价值，尤其在发展近海渔业、净化环境、固碳增汇等方面。由于全球气候变化和人类活动双重影响，如海平面上升、温度异常和污染加剧等导致区域环境异常变化。2024年全球红树林联盟（Global Mangrove Alliance）发布了《2024全球红树林状况（The State of the Word’s Mangroves 2024）》报告，目前年全球约有1470万公顷的红树林，与2005年联合国粮农组织（FAO：The Word’s Mangroves 1980-2005）报告全球红树林有1700万公顷相比，全球红树林面积净减少230万公顷，全球50%的红树林面临崩溃的风险。因此，如何加快恢复受损红树林生态系统已成为国际海洋科学亟需解决问题之一，为了扭转红树林退化和消失现状，红树林的生态修复与保护已经成为了国际海洋科学研究领域中的热点内容之一。目前，我国现有2.71万公顷红树林，为更好地保护红树林，2020年中国政府发布了《红树林保护修复专项行动计划（2020-2025年）》，预计到2025年中国红树林面积将达到3.6万公顷，助力国家“双碳”战略实施。迄今为止，国内外都没有红树林精准生态修复与成效评估规程，为了规范不同生境红树林生态修复与成效评估技术应用，迫切需要制定红树林精准生态修复与成效评估技术规程，进一步指导红树林精准生态修复与成效评估生产实践，促进我国乃至南亚、东南亚红树林生态保护和生物资源可持续发展，助力国家海洋生态文明建设，支撑国家“一带一路”倡议。《红树林精准生态修复与成效评估技术规程》中确立了红树林精准生态修复的原则和修复技术流程，包括不同生境（抗高温、耐低温、抗污染、抗冲淤和耐盐）红树植物物种选择、筛选与配置以及微生物修复群落配置等，给出了红树林精准生态修复的成效评估方法。该标准所提出的技术规程力求符合实际、便于操作，并符合国家有关法律法规的要求。确保了红树林精准生态修复与成效评估工作有标可依，填补了国家该领域标准的空白，为海洋生态文明建设提供技术支撑，促进红树林精准生态修复和成效评估工作发展，提升红树林的生态健康水平和功能服务效果。该规程适用于不同生境红树林精准生态修复与成效评估。团体标准编制的主要工作由中国科学院南海海洋研究所王友绍红树林研究团队完成，广东湛江红树林国家级自然保护区管理局、广东雷州珍稀海洋生物国家级自然保护区管理局、广东徐闻珊瑚礁国家级自然保护区管理局和温州市洞头区海洋经济科技创新中心为该标准的参与编制单位。该标准的编制得到2024年绿美广东生态建设重点任务保障专项资金项目、2021年南沙区高端领军人才创新团项目、中国科学院A类战略性先导科技专项（美丽中国生态工程）和国家自然科学基金重点项目等项目的资助和技术支持。广东湛江红树林耐盐、抗污染生态修复技术示范区浙江温州红树林耐低温、抗污染生态修复技术示范区广东湛江红树林抗冲淤（抗风浪）生态修复技术示范区

2025-02-19

南海海洋所在南海晚新生代岩浆与流体活动成因机制研究取得重要进展

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋环境与岛礁生态全国重点实验室夏少红研究员团队联合日本东北大学，在南海晚新生代岩浆与流体活动成因机制研究方面取得了重要进展，相关研究成果发表于Science Bulletin《科学通报》期刊上。研究员夏少红为论文第一和通讯作者，副研究员苟涛为共同通讯作者，副研究员赵芳、副研究员范朝焰以及日本东北大学教授赵大鹏为共同作者。南海作为西太平洋最大的边缘海，其形成和演化一直是地质学界的热点问题。南海被认为是在中生代古太平洋板块俯冲的基础上，经过新生代岩石圈张裂和海底扩张而形成的。然而，南海在裂后期，尤其是海底扩张停止后，经历了广泛而强烈的晚新生代岩浆活动，这一现象在全球张裂陆缘中极为罕见，其成因机制一直存在争议。许多研究将南海晚新生代岩浆活动归因于海南及邻区下方的地幔柱作用。然而，由于缺乏典型地幔柱的大火成岩省和年龄递变的海山链，且深部成像未呈现出经典地幔柱的几何特征，海南地幔柱的存在及其对岩浆活动的影响一直存在争议。为解决这一问题，研究团队运用远震各向异性层析成像、深度学习生成的三维地壳模型以及多道地震反射数据，从深到浅系统研究了南海北部陆缘不同尺度的壳幔三维结构，精细刻画了海南地幔柱复杂的上升路径和上涌过程，并探讨了深部地幔过程与上覆地壳之间的潜在耦合关系。研究发现，海南地幔柱上涌物质在两个深度范围内发生了横向扩展：一是在地幔过渡带，由于相变和温度降低，地幔柱上涌物质的热化学状态发生变化，受到一定阻碍而发生横向扩展，但径向各向异性主要为负值，表明物质整体仍为向上的流动方向；二是在岩石圈尺度，雷琼地区各向异性表现为负值，表明地幔柱物质主要为垂向上涌，导致该地区火山喷发活动；而远离雷琼地区各向异性表现为正值，表明地幔柱物质主要沿北东-南西方向发生横向扩展。此外，海南地幔柱引发的岩浆活动与经典的夏威夷地幔柱存在显著不同。其岩浆侵入体的特征不再是大火成岩省和年龄递变的海山链，而是随着上覆地壳伸展减薄程度和沉积地层厚度的不同呈现出独特的特征。在地壳较厚的地区，地幔柱物质倾向于在下地壳中底侵，形成高速体；而在地壳显著减薄且沉积层较厚的区域，岩浆更易穿透地壳，导致岩床、岩脉等侵入体在沉积地层中广泛发育，并诱发海底流体喷发活动。研究还发现，海南地幔柱的形态和岩浆活动模式与南海的区域构造环境密切相关。南海在张裂之前的晚中生代时期，经历了古太平洋板块的复杂俯冲过程，目前仍被俯冲带所环绕。研究表明，南海深部地幔过渡带和下地幔中存在显著的俯冲物质痕迹，大量地壳物质和流体通过俯冲进入地球深部，榴辉岩等物质被卷入上升的地幔柱中。因此，海南地幔柱表现出热化学地幔柱的几何形态特征，榴辉岩等折返物质的加入削弱了上涌的正浮力，使得大部分岩浆物质在岩石圈层面发生横向流动，经局部聚集侵入到地壳和沉积层中，形成了现今南海晚新生代岩浆活动的分布态势。该研究不仅揭示了海南地幔柱在塑造南海张裂陆缘壳幔和地表地质过程中的重要作用，还为理解岩浆和海底流体活动的分布提供了新的视角。这一发现对于南海地区海底资源的勘探和地质灾害的评估具有重要意义，同时也为地幔柱活动和岩浆流体系统演化提供了独特的见解，有助于更好地理解地球深部过程与浅表地质响应的耦合关系。相关研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金项目、中国科学院南海海洋研究所自主部署项目、以及广东省基础研究与应用基础研究项目等支持。图1南海北部（a）多道地震反射数据、（b）深度学习生成的三维地壳模型、以及(c)远震各向异性层析成像地幔模型的垂直剖面。（b）、（c）中背景颜色分别代表P波速度（Vp）和扰动值（dVp）。（d）中黑色线段指示了剖面位置。（c）中水平和竖直短线分别表示P波径向各向异性正值(水平Vp>垂直Vp)和负值(水平Vp<垂直Vp)，短线长度表示幅值。(d)中粉色区域指示了晚新生代玄武岩分布。图2 远震各向异性层析成像模型的三维视图。图3南海北部的多道地震反射剖面。（a-d）对应图1d中的A-D剖面。该图显示了海底火山、岩床、熔岩流和热液喷口的分布，注意到在火成岩侵入体上方出现了气体聚集、烟囱状区和沉积物变形。T60（红色曲线）对应于下中新统地层的底部。论文信息：Shaohong Xia*,Tao Gou*,Fang Zhao,Dapeng Zhao,Chaoyan Fan. Late Cenozoic magmatism of the South China Sea driven by the Hainan mantle plume. Science Bulletin,2024. 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.scib.2024.12.010

2025-02-18

亚热带所在处理养殖废水过程中植物根际微生物的响应机制取得进展

植物是人工湿地系统的重要组成部分之一，其根际是植物与微生物相互作用的主要区域。大约5%-21%的总光合固定碳以根系分泌物的形式转移到根际，根系分泌物可以改变根际微生物的丰度和多样性，进而影响人工湿地中氮的去除效率。然而，处理高负荷污水过程中植物根系分泌物的变化特征及根际微生物群落的响应机制仍不清楚。因此，中国科学院亚热带农业生态研究所吴金水研究员团队通过野外小区控制试验，选择了美人蕉、梭鱼草和黄菖蒲三种湿地植物对养殖废水进行处理。研究旨在揭示处理高负荷污水过程中湿地植物根际微生物群落的响应特征及氮去除机制。植物是人工湿地系统的重要组成部分之一，其根际是植物与微生物相互作用的主要区域。大约5%-21%的总光合固定碳以根系分泌物的形式转移到根际，根系分泌物可以改变根际微生物的丰度和多样性，进而影响人工湿地中氮的去除效率。然而，处理高负荷污水过程中植物根系分泌物的变化特征及根际微生物群落的响应机制仍不清楚。因此，中国科学院亚热带农业生态研究所吴金水研究员团队通过野外小区控制试验，选择了美人蕉、梭鱼草和黄菖蒲三种湿地植物对养殖废水进行处理。研究旨在揭示处理高负荷污水过程中湿地植物根际微生物群落的响应特征及氮去除机制。研究发现：相比于美人蕉，梭鱼草和黄菖蒲更适合处理含高浓度氮的养殖废水。梭鱼草和黄菖蒲根系分泌的溶解性有机碳（DOC）和总有机酸（TOA）在处理养殖废水后分泌速率增加，而美人蕉则呈现相反趋势。不同湿地植物根际微生物群落具有相同的优势门，但其相对丰度上存在差异。在处理养殖废水后微生物群落具有更加明显的协同和共生关系。养殖废水中的NH4+-N、TN浓度、pH、溶解氧（DO）含量以及根系分泌的丙二酸和琥珀酸可促进根际低丰度的氮循环功能微生物生长，进而增强微生物对氮素的降解能力，从而提高了人工湿地中氮的去除效率。本研究结果有助于进一步理解高负荷污水处理过程中植物根际氮的去除机理，也对人工湿地系统处理高负荷污水的功能提升技术具有重要理论价值。相关研究成果以Effect of root exudation on community structure of rhizosphere microorganism of three macrophytes during treating swine wastewater为题发表在环境科学与生态学Top期刊Journal of Environmental Management上。本研究得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的共同资助。论文链接人工湿地植物根际脱氮机制示意图环境因子及根系分泌物对根际微生物群落的组成和氮循环功能的影响

2025-02-17

广州地化所童梦雪、张艳利等-JGR-A & EP：登船和环境空气实测探讨船舶排放活性有机气体及其空气质量影响

随着陆源空气污染物排放控制力度不断加大，船舶排放对港口和沿海地区环境空气质量影响日益凸显。前期对船舶排放的氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、颗粒物等污染物研究相对较多，但船舶排放的挥发性有机化合物（VOCs）、中等挥发性有机化合物（IVOCs）等活性有机气体研究相对较少，特别是其基于实测的贡献影响研究非常缺乏。针对这一问题，中国科学院广州地球化学研究所童梦雪博士生在王新明研究员和张艳利研究员的指导下，与南方科技大学、广东省广州生态环境监测中心站、广州市生态环境局南沙监测站、广东省生态环境监测中心、暨南大学等合作，选择代表性内河船只在航行过程中进行实测（图1），获得船舶尾气VOCs和IVOCs排放源谱；基于典型沿海站点和城市站点环境大气VOCs和IVOCs观测，探讨了实际环境空气中船舶排放对臭氧和二次有机气溶胶（SOA）生成的潜在贡献。取得的主要研究进展如下：（1）内河船舶VOCs及IVOCs的排放因子均高于海船，其中内河船舶IVOCs平均排放因子达3.7 ± 3.5 g kg-1 fuel，高于已报道的其它IVOCs相关源（海船、汽油车、柴油车、非道路移动机械和生物质燃烧等）（图2）。（2）烷烃组成方面，有别于其它IVOCs排放源所排放C12-C22 正构烷烃中C12正构烷烃占主导的情况，内河船尾气中C12-C15正构烷烃排放因子大致相当，以C14正构烷烃相对较高，这一特征可有助于识别内河船舶排放IVOCs。（图3）。（3）广州沿海站点观测表明船舶排放对环境VOCs浓度及其臭氧生成潜势（OFPs）和二次有机气溶胶生成潜势（SOAFPs）的年均贡献分别为6%、5%和14%，但7月受海洋传输影响较大时，船舶排放的贡献达到最高，分别占到总VOCs浓度的22%、OFPs的15%和SOAFPs的31%（图4）。（4） 2021年冬季PM2.5污染时期对广州市城区和沿海站点的观测表明，尽管船舶排放对环境空气中总有机蒸气（包括VOCs和一次碳氢IVOCs）浓度贡献不到10%，但它们对SOA生成的贡献可高达40%（图5）。上述研究结果表明，船舶排放VOCs和IVOCs已成为沿海地区O3和SOA生成的重要前体物，控制船舶源排放有助于港口城市和沿海地区O3和PM2.5污染协同控制与空气质量持续改善。图1 采样船舶图2 实测船舶VOCs和IVOCs排放因子及其与他源的比较图3 船舶及排放C12-C22正构烷烃组成及其与其它源比较图4 不同污染源排放对VOCs浓度（a）、OFPs（c）以及SOAFPs（e）的贡献的月变化；船舶与陆上柴油机排放源排放对VOCs浓度（b）、OFPs（d）以及SOAFPs（f）贡献的月变化。图5 城区站点（GYQ）和沿海站点（HKUST）不同污染源排放对有机蒸气（VOCs + IVOCs）在8:00-19:00（a，b）、12:00-15:00（c，d）的初始排放贡献及其在12:00-15:00对SOAFPs的贡献（e，f）。本研究受到国家自然科学基金、国家重点研发计划、香港RGC项目、中国科学院青年创新促进会、广东省科技厅等项目的联合资助。相关成果发表在国际学术期刊《Journal of Geophysical Research: Atmospheres》和《Environmental Pollution》上。相关论文信息：(1) Mengxue Tong（童梦雪）,Yanli Zhang*（张艳利）,Huiyi Zhang（张惠仪）, Duohong Chen（陈多宏）,Chenglei Pei（裴成磊）,Hao Guo（郭昊）,Wei Song（宋伟）,Xin Yang（杨新）, and Xinming Wang（王新明）. (2024), Contribution of ship emission to volatile organic compounds based on one-year monitoring at a coastal site in the Pearl River Delta region. Journal of Geophysical Research: Atmospheres,129,e2023JD039999. https://doi.org/10.1029/2023JD039999(2) Mengxue Tong（童梦雪）,Yanli Zhang*（张艳利）, Shaoxuan Xiao（肖少轩）,Chenglei Pei（裴成磊）,Jun Wang（王俊）,Runqi Zhang（张润琪）,Xiaoqing Huang（黄晓晴）,Wei Song（宋伟） and Xinming Wang（王新明）*. (2024),Simultaneous determination of volatile organic compounds (VOCs) and intermediate volatility organic compounds (IVOCs) for their contributions to secondary organic aerosol in Guangzhou,Journal of Geophysical Research: Atmospheres,129,e2024JD041018. https://doi.org/10.1029/2024JD041018(3) Mengxue Tong（童梦雪）,Yanli Zhang*（张艳利）, Mei Li（李梅）,Qi Wang（王琪）,Xiao Tian（田晓）,Dan Zhang（张丹）,Aoqi Ge（葛澳琪）,Wei Song（宋伟）,Xin Xiong（熊鑫）,Yinong You（游亦农）,Yongjang Xu（徐永江）,Yihua Huang（黄奕华）,Xin Yang（杨新） and Xinming Wang（王新明）.(2024) Onboard measurements of organic vapor emissions from river vessels under various operational conditions,Environmental Pollution,364,125332. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2024.125332

2025-02-17