曾振中团队与合作者在国际学术顶级期刊 Science 发表题为“2023年破纪录海洋热浪（Record-breaking 2023 marine heatwaves）”的最新研究成果，系统揭示了2023年席卷全球的极端海洋热浪的分布特征、演变规律及其关键的物理驱动机制。
Normal0false7.8 磅02falsefalsefalseEN-USZH-CNX-NONE甲烷(CH₄)是一种强效温室气体，其大气寿命主要受氧化消耗过程调控。虽然•OH引发的体相系统中CH₄氧化反应已得到充分表征，但气-水界面处CH₄光氧化作用仍知之甚少。2025年7月9日，土壤污染防治与安全全国重点实验室褚驰恒、北京师范大学朱重钦团队合作在Journal of the American Chemical Society期刊发表题为“Accelerated Methane Photo-oxidation at the Air–Water Interface”的研究论文，浙江大学郑小汕、北京师范大学方业广为论文共同第一作者，美国宾夕法尼亚大学Joseph S. Francisco院士、朱重钦、褚驰恒为论文共同通讯作者。 该研究报道，微滴气-水界面处的CH₄光氧化反应速率相比气相反应提升一个数量级。定量分析表明，在紫外辐射下，微滴介导过程中关键氧化产物(CH₃OOH、CH₃OH、CH₂O、HCOOH和CO₂)的生成速率相比气相反应提高了5.0-30.4倍。研究人员提出，这种加速的CH₄氧化作用源于界面富集的•OH与CH₄反应，通过低能垒机制形成•CH₃。此外，该工作还发现了一条新反应路径：•CH₃与界面超氧自由基(O₂•⁻)通过无势垒放热过程反应，导致CH₃OOH产率高于体相反应。这一发现为大气CH₄消耗过程提供了重要见解，可能有助于解决当前大气CH₄消耗速率和温室气体收支评估中存在的不确定性。甲烷(CH₄)是一种强效温室气体，自前工业化时代以来已造成0.5°C的全球变暖。过去17年间，大气CH₄浓度增长了7.9%，加剧了其对全球变暖的影响。CH₄的大气寿命(约9-12年)主要受氧化反应控制，其中约85-90%通过对流层中与羟基自由基(•OH)的反应被去除，而光解作用约占CH₄总去除量的7.5%。尽管其重要性，CH₄在大气中的转化路径和动力学仍很大程度上未被探索。政府间气候变化专门委员会(IPCC)报告指出，CH₄消耗速率是估算全球大气CH₄平衡中最大的不确定性来源。在大气中，光化学产生的•OH会引发CH₄的快速氧化。虽然•OH与CH₄的均相反应动力学在298K(25°C)下约为7.7×10⁻¹⁵ cm³/molecule·s已有详细记载，但它们在气溶胶微滴等非均相体系中的行为仍未被充分研究，尽管界面反应具有显著的环境影响。界面化学的进展表明，水界面的反应可能与体相空气或水中的反应存在显著差异。例如，苯酚光氧化在气-水界面的反应速度比体相水相快10⁴倍，这归因于瞬态物种的更高效生成。值得注意的是，Zare及其同事最近的先驱性工作表明，水微滴通过界面自由基化学自发触发CH₄氧化，实现了环境条件下无催化剂的CH₄-甲醇转化。基于这一基础工作，该研究在大气背景下考察了微滴气-水界面加速的CH₄光氧化作用，并整合了先进的量子力学/分子力学(QM/MM)模拟来量化其大气寿命并评估其气候相关性。 图1. 水微滴界面增强的CH₄光氧化作用。(a,b)气相系统(a)和微滴系统(b)中CH₄光氧化的示意图。(c,d)气相(c)和微滴系统(d)中CH₄氧化产物摩尔量随时间的变化。实验在控制条件下进行：恒定气流(100 sccm CH₄ + 3000 sccm N₂:O₂ [79:21 v/v])、UV辐射(λ=254 nm, 14 mW/cm²)和恒温(298 K, 25°C)。(e)气相和微滴条件下CH₄光氧化产物生成速率的比较。(f)气相和微滴系统中CH₄光氧化产物的分布特征。 图2. 水微滴中光诱导ROS及其对CH₄氧化的影响。(a)界面ROS生成及后续CH₄氧化的示意图。(b,c)以5,5-二甲基吡咯啉-N-氧化物(DMPO)为捕获剂，通过电子顺磁共振(EPR)光谱确认UV辐射微滴中•OH和O₂•⁻的产生。(d,e)光照与黑暗条件下界面•OH和O₂•⁻产率的比较。(f)使用叔丁醇作为•OH猝灭剂时CH₄光氧化产物抑制率的分析。(g)使用超氧化物歧化酶(SOD)作为O₂•⁻猝灭剂时CH₄光氧化产物抑制率和增强率的分析。 图3. 气-水界面氧化机制的原子尺度见解。(a)使用ONIOM方法计算的CH₄氧化过程的自由能图。(b)连接反应物(CH₄)与产物的多步光氧化反应路径中的关键稳态结构。(c)微滴气-水界面CH₄光转化的机制示意图。总之，该研究揭示了微滴气-水界面处CH₄加速的光化学氧化作用。这种增强主要受两个关键因素驱动：(1)快速界面富集的•OH通过低能垒机制与CH₄反应，高效生成•CH₃；(2)发现了一条先前未被认识的反应路径，其中界面•CH₃通过无势垒放热过程与O₂•⁻自发反应，最终产生比传统体相反应浓度显著更高的CH₃OOH。虽然这些增强效应与先前微滴在能源转化背景下关于CH₄部分氧化的研究一致，但该研究独特地确立了O₂•⁻在大气甲烷转化中的关键作用，并量化了光子-微滴相互作用如何共同调控氧化速率和产物选择性。这些发现为更新甲烷收支模型提供了必要的机制证据，特别是关于云和气溶胶驱动的界面光化学过程。
原文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202500854关键词：氯化有机物 光化学反应 二噁英 矿物粉尘 大气转化传统危险化学品评估通常聚焦于其固有毒性，却忽视了一个关键问题：这些物质的大气二次转化产物可能具有更强的毒性和持久性，甚至远超母体化学品的风险。含氯挥发性有机物（CVOCs）作为一类重要的商用化学品，其在大气中的二次转化及潜在影响尚不明确。本研究通过反应仓模拟和现场实验相结合，揭示了CVOCs在大气矿物颗粒重要组分表面光化学转化生成二噁英（PCDD/Fs）的新路径。研究结果表明，在模拟太阳光照射下，矿物颗粒活性组分（尤其是Fe和Al相关的氧化物）可将氯苯（m-CB）、二氯甲烷（DCM）和四氯乙烯（PCE）转化为二噁英。结合反应产物分析和密度泛函理论（DFT）计算发现，α-Fe2O3和γ-Al2O3矿物颗粒组分均可通过非均相和均相反应生成二噁英重要前体物一氯苯酚，其中α-Fe2O3反应能垒更低，更易生成氯苯酚及二噁英。进一步的毒性评估结果显示，光化学反应后的α-Fe2O3颗粒可对小鼠肺和脑组织造成显著损伤，强调了重新评估CVOCs及其二次转化产物毒性的必要性。研究背景当前化学品监管体系主要基于母体化合物的固有毒性，却忽视了其大气二次转化的潜在风险。随着工业化进程加速，短寿命含氯有机物（如二氯甲烷）的排放持续攀升，其大气浓度显著增加。含氯有机物的大量释放引起了人们对其潜在毒性和相关健康风险的关注。目前，这类物质已部分被列入我国《新污染物治理行动方案》的重点管控清单。截至2024年5月，氯相关物质占美国有毒物质控制法案（TSCA）管控化学品总量的10%以上。然而，尽管全球范围内含氯有机物排放量巨大，其在大气中的转化行为规律以及是否可能转化为毒性更高的化合物（如二噁英）仍然未知。实验室模拟本研究首先以氯苯作为模型化合物，探究其在大气矿物颗粒常见组分（如SiO2、CaCO3、MgCO3、α-Fe2O3和γ-Al2O3）表面的转化规律。结果显示，α-Fe2O3、γ-Al2O3对氯苯光化学转化具有显著的促进作用，表明二者是矿物颗粒中CVOCs光化学转化的重要活性物种。多周期循环实验进一步证实，氯苯、二氯甲烷、四氯乙烯在α-Fe2O3和γ-Al2O3表面均可通过光化学转化生成二噁英，且α-Fe2O3表面的二噁英生成潜力高于γ-Al2O3。对实验室光化学反应所得二噁英样本的同系物分布进行分析发现，OCDD同系物在17种二噁英同系物中的绝对质量占比最高（图1C），这一发现为解释自然界中二噁英沉积与排放之间的质量平衡差异提供了新线索。Figure 1. Laboratory simulation results. (A) The net decay rates (k − k0) of m-CB at different reaction interfaces during 7-hour reaction; (B) The PCDD/F yields on α-Fe2O3 and γ-Al2O3 surfaces; (C) Distribution of 2,3,7,8-substituted PCDD/Fs on reacted α-Fe2O3 and γ-Al2O3 under different photochemical conditions (in ng/kg)理论模拟验证结合DFT计算与反应产物分析发现，CVOCs反应后颗粒物表面均检测到氯苯酚类物质的生成，且二氯甲烷和四氯乙烯反应后的颗粒物表面均发现明显的芳香化合物残留，包括苯、甲苯和二甲苯等。对关键中间体一氯苯酚的生成路径进行模拟计算，揭示了α-Fe2O3和γ-Al2O3矿物颗粒组分均可通过非均相和均相反应生成一氯苯酚，二噁英生成主要遵循前体物合成路径（氯苯/苯→苯酚→一氯苯酚→二噁英）。其中，α-Fe2O3的反应能垒更低，具有更强的二噁英生成潜力，与实验结果吻合。Figure 2. DFT calculations for monochlorophenol formation on α-Fe2O3 and γ-Al2O3.Color-coded atoms represent Fe (brown), O (red), Al (blue), Cl (green), C(dark brown), and H (white). The red numbers in the figure represent the electronic energy barriers (kJ/mol), while the black numbers in the figure represent the electronic reaction energies (kJ/mol). “*” represents surface sites.现场流动管实验验证随后，研究团队选取位于我国东部地区的典型医药工业园区开展现场实验，通过采集园区内实际大气颗粒物并引入实际大气进行现场流动管实验模拟。结果表明，光照30天后颗粒物表面氯苯酚及二噁英含量均显著增加，证实了含氯挥发性有机物在真实大气环境下可通过光化学转化生成二噁英，有效验证了实验室模拟的结论。进一步的分析表明，现场流动管实验生成的二噁英同系物分布与已经报道的人为源（如交通、金属生产和城市固废焚烧等）二噁英同系物分布具有显著差异，但与园区沉降颗粒物样本相似，且其特征同系物与实验室模拟结果一致，为二噁英的非传统来源提供了证据。Figure 3. Information for the on-site falling ash sampling. CVOC concentrations in the atmosphere from April to December 2020 (A: the background; B: the API park). (C) Distribution of the falling ash sampling sites in the API park (blue shaded area: pharmaceutical industrial park; blue dashed lines: roads; ●★: major CVOC emission enterprises; ▲: falling ash sampling points; : hazardous waste incineration).Figure 4. In-field flow tube experiments. (A) Schematic diagram of the flow tube system (Note: the atmospheric concentrations of CVOCs were measured in the factory area of Enterprise A in April 2022). (B) Distribution of 2,3,7,8-substituted PCDD/F congeners in the flow-tube sample, compared with the traffic, metal production and MSWI sources quoted from the US EPA documents (2006) [36]. Error bars represent the standard deviation of the samples with their PCDD/F congener distribution being averaged (in ng WHO-TEQ kg−1)结论与展望本研究首次通过现场实验揭示了含氯挥发性有机物在大气矿物颗粒表面的非均相光化学转化行为，发现了自然界二噁英生成的新路径。结合理论计算，从分子层面阐明了不同矿物组分的光化学反应机制，表明α-Fe2O3矿物颗粒组分具有更高的氯苯酚及二噁英生成潜力。此外，生物毒性分析结果表明光化学反应后的α-Fe2O3颗粒对小鼠肺、脑组织及A549细胞的毒性显著增强。这证实了我们不仅暴露于母体化学品本身（如CVOCs），更面临其高毒性转化产物（如二噁英）的威胁，强调了重新评估污染物及其二次转化对环境健康影响的必要性。研究还指出，二噁英光化学生成途径对自然界二噁英沉积量的贡献仍需大量实验与模拟研究，含氯挥发性有机物转化为二噁英的全反应链机制仍需深入探索。
谷保静团队开出绿色转型新“处方”
一、关键科学问题氮素（N）是支撑食品生产、能源开发和环境保护的关键元素，但其低效利用导致中国面临三重挑战：粮食安全压力：2020年粮食缺口达1.4亿吨，过度依赖氮肥（1980-2020年用量增长494%）却伴随氮利用效率（NUE）仅30%，远低于全球平均53%；环境污染加剧：农业氮流失导致水体硝酸盐污染，2020年氮径流和淋溶总量达8.2 Tg（百万吨氮）和3.8 Tg；资源浪费严重：秸秆能源化率低，灌溉水利用效率不足，加剧能源与水资源压力。二、亮点综合效益显著：优化氮管理可同步实现 粮食自给、能源增效 与 水质改善；量化减排潜力：相较2020年，氮肥用量减少8 Tg（31%），水体氮污染降低3.8 Tg（46%），灌溉水耗减半；经济回报突出：全国净投资80亿美元，总收益达1400亿美元（成本收益比1:18）；区域差异解析：南方省份（如四川、湖北）因多样化农业体系与政策支持，FEW系统可持续性评分（>70）显著高于北方（如山西）。三、研究方案模型构建：采用 耦合人类与自然系统（CHANS）氮预算模型，整合14个子系统（农田、畜牧、工业、水体等），追踪1980-2020年氮通量动态；情景模拟：基于 共享社会经济路径（SSP1/2/5），预测2021-2060年FEW系统演变，评估不同氮管理强度下的可持续性；指标量化：定义9项FEW系统指标（如耕地面积、氮肥强度、NUE、水体氮浓度），结合SDGs构建省级可持续性评分体系。四、结果与讨论（1）氮管理成效粮食与能源：秸秆能源增产1 Tg（26%），畜牧与水产NUE提升至36%；环境改善：地下水与地表水氮浓度分别下降16%和36%，PM2.5相关早逝减少（健康收益400亿美元）；经济收益：化肥与粮食进口成本节约140亿美元，生态系统服务损失减少780亿美元。（2）区域异质性南方优势：多样化农业模式+精准施肥技术（如江苏、浙江）推动高效氮循环；北方挑战：煤炭依赖（如山西）导致NOx排放高，政策执行滞后。未来情景（SSP1/2/5）可持续路径（SSP1）：2060年耕地面积减少35%，氮淋溶与径流分别下降26%和33%；高碳路径（SSP5）：氮管理缺失将加剧环境压力，FEW系统评分停滞。五、结论核心结论：综合氮管理可破解FEW系统“三重矛盾”，实现 环境-经济-社会效益协同；政策建议：优先推广膳食结构调整、精准施肥与粪污循环，辅以区域差异化策略；不足与展望：模型局限：CHANS对非线性反馈与市场动态刻画不足；数据缺口：农村废水处理与秸秆利用的省际差异需细化；技术推广：数字农业（如遥感监测）需政策支持，尤其在中西部欠发达地区。
气候变化下土壤有机碳源汇变化取决于土壤碳输入与输出之间的平衡。气候变暖通常加速土壤有机碳分解而导致碳损失；而变暖、大气二氧化碳浓度增加、氮沉降以及生长季节延长等会提高植物生产力，增加土壤碳输入，从而可能会抵消变暖导致的土壤有机碳损失。然而，在全球尺度上气候变暖与植物生产力协同变化对不同土层有机碳的长期影响及其调控机制的认识仍然存在很大的不足，妨碍了对气候变化下土壤有机碳动态的准确预测。浙江大学环境与资源学院罗忠奎课题组，基于全球12万多个土壤剖面有机碳数据和相关生态环境信息，应用课题组开发的“时空替代”方法（图1，Wang等, 2022, NC; Wang等, 2024, NCC; Wang等, 2025, GCB），联合其它科研机构研究人员，综合评估了全球表层（0–0.3米）和深层（0.3–1米）土壤有机碳对气候变暖和植物净初级生产力（NPP）协同变化的响应，发现了土壤碳氮比的关键调控作用，并提出了土壤氮素可利用性调控土壤有机碳响应气候变暖和NPP变化的理论框架，预测了未来气候和NPP变化情景下土壤有机碳变化的全球空间格局。研究结果以“Increased plant productivity exacerbates subsoil carbon losses under warming via nitrogen mining”为题，于北京时间2025年5月7日发表于Nature Geoscience（https://www.nature.com/articles/s41561-025-01697-1）。图1 时空替代研究方法研究结果表明，在表层0–0.3 m土壤中，NPP增加会抵消1.5 ℃变暖导致的土壤有机碳损失；然而，在底层（0.3–1 m）土壤中，当NPP增加小于30%时会加剧土壤有机碳损失，超过30%的阈值后才会产生抵消作用（图2）。表层和底层的这种响应格局差异使得NPP增加超过60%时才能完全抵消1.5 ℃变暖下1 m土壤剖面的有机碳损失。自然情况下，如此高的NPP增加几乎不可能发生，这也意味着未来气候下土壤可能是碳源。在不同生态系统中表层和深层土壤有机碳存在相似的响应规律，但具体的NPP影响及其产生抵消作用的阈值明显不同，其中热带/亚热带森林、温带森林、地中海/山地灌丛、冻原以及农田生态系统底层土壤存在产生抵消作用的NPP增加阈值，而其他生态系统单调地加剧或抵消有机碳损失。图2 土壤有机碳对增温和植被净初级生产力协同变化的响应归因分析发现，土壤碳氮比（CNR）是调控有机碳响应NPP变化最重要的因子（图3）。变暖和NPP变化下土壤有机碳变化与CNR之间存在负关系，且随着土壤CNR增加，土壤有机碳逐渐从积累转变为损失。另外，在CNR较低的底层土壤中有机碳变化与CNR之间的负关系更强；进一步根据CNR的剖面分布，将土壤剖面划分为表层CNR更低的和底层CNR更低的两组，发现CNR的负效应在CNR更低的土层中更强（无论该土层是在表层还是深层），表明植物更多地从低CNR的土层中获取养分（图3）。图3 土壤有机碳响应控制因子分析基于CNR对土壤有机碳变化的关键调控作用，提出了土壤氮素可利用性调控土壤有机碳响应气候变化的理论框架（图4）。在植物自身的化学计量相对稳定的条件下，植物生产力的增加同时会提高植物氮素需求，如果变暖导致的土壤氮素可利用性增加能够满足植物额外的氮素需求，植被生产力的增加则会抵消变暖导致的土壤有机碳损失；反之，如果不能满足植物氮素需求，植物将会加强对土壤氮素的挖掘，从而加剧土壤有机碳损失。土壤CNR直接决定了植物挖掘土壤氮素的投资回报，相比于高CNR土壤，在低CNR土壤中单位有机质的分解释放更多的氮，具有更高的投资回报，因此植物会更多地从低CNR土层中获取养分，从而导致低CNR土层的有机碳损失。然而，气候变化下如果植物主动通过改变群落组成以及自身化学计量去适应氮素亏缺，土壤CNR对有机碳变化的调控作用可能会减弱。厘清这种相互作用，需要从植物-土壤-微生物系统的角度去进一步追踪碳-氮的分配与流动。图4 土壤氮素可利用性调控有机碳动态的理论框架本研究提出的氮素可利用性驱动土壤有机碳动态的框架可为理解气候变化下全剖面土壤有机碳变化提供理论基础。例如，氮沉降和施肥提供了额外的氮素，从而满足或者减弱了植物生产力增加额外的氮素需求，特别是在氮限制的生态系统中，外源氮添加更有利于有机碳积累。此外，植物群落中豆科固氮物种丰度的增加也可能会减弱植物生长的氮素限制，从而减弱对土壤氮素的挖掘，促进土壤有机碳积累。气候变化下某些生态系统中植物的生长受磷等其他营养物质的限制，而土壤有机质也包含磷等其他营养物质，因此该框架也可以用来解释这些生态系统中土壤有机碳的动态变化。浙江大学环境与资源学院博士后王明明为论文第一作者，浙江大学环境与资源学院罗忠奎研究员为通讯作者，其他作者包括美国康奈尔大学Yiqi Luo教授、中国科学院南京地理与湖泊研究所张甘霖研究员、中国科学院地理科学与资源研究所牛书丽研究员、中国科学院植物研究所杨元合研究员、中国科学院华南植物研究所郑棉海研究员、北京师范大学王国成副教授、南京农业大学肖浏骏副教授、浙江大学环境与资源学院史舟教授、谷保静教授和张帅博士等。此项研究受国家自然科学基金（32241036，32171639）以及博士后创新计划项目（BX20240314）资助。原文链接 ↓https://www.nature.com/articles/s41561-025-01697-1
第一作者：胡来钢通讯作者：杨坤文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202425429近年来，随着环境与健康问题日益受到关注，苯等有害气体的高效捕获成为研究的重点。苯是一种广泛存在的工业污染物，特别是在突发性环境事故中，对人体健康及环境造成重大影响。尽管传统的微孔MOFs在低浓度苯的吸附中表现优秀，但在高浓度吸附过程中往往受到其孔容有限的限制。相比之下，介孔MOFs因其较大的孔径和孔容，在吸附高浓度苯分子方面具有更高的潜力。然而，目前报道的高性能介孔MOFs大多含有一些毒性较大的金属元素（如铬、锌等）这限制其实际应用。开发一种无毒、稳定且具有大孔容的介孔MOFs以用于高浓度苯吸附，已成为当前研究的一个关键方向。铝基MOFs由于其原料丰富、低毒性和良好的稳定性，受到了广泛关注。铝是地壳中含量丰富的元素之一，并且与羧酸类配体的配位键具有较高的稳定性。铝基MOFs在吸附有毒气体时通常具有较低的吸附热，这意味着它们在再生过程中能够显著降低能耗。因此，设计和合成具有大孔容的铝基介孔MOFs，不仅能够满足高浓度苯的吸附需求，同时在实际应用中有助于降低能源消耗和操作成本。ZJU-928(Al)是一种新型的铝基介孔金属有机框架材料。该材料由联苯-3,4’,5-三羧酸配体（H3BTA）与低毒性的铝氧团簇（AlO6）组成（图1），具有较大的孔容（1.05 cm³/g）、有序的六方通道（32.10 Å）和高比表面积（2344 m²/g）（图2）。这些特性使得ZJU-928(Al)在高浓度苯的吸附方面表现出优异的性能。实验结果表明，在相对压力为0.10时，ZJU-928(Al)的苯吸附量达到9.99 mmol/g，且其饱和苯吸附量可达11.37 mmol/g（图3），这使其成为当前已报道的铝基MOFs中表现最为出色的材料之一。此外，ZJU-928(Al)还表现出优异的热/化学稳定性和良好的循环吸附性能。在多次吸附-脱附循环实验中，其吸附能力几乎没有下降（图3）。ZJU-928(Al)的苯吸附等温线显示出较低的吸附热（24.52 kJ/mol），表明该材料在再生过程中能耗较低。此外，研究还通过模拟和实验验证了ZJU-928(Al)的苯扩散系数为2.65 × 10⁻5 cm²/s，是目前报道的最高值，这表明苯在材料中的扩散速度十分快。结构分析显示，ZJU-928(Al)的框架中包含三种苯吸附位点：位于铝氧团簇附近的位点I、靠近H3BTA配体的位点II，以及位于六方通道中心的位点III（图4）。随着压力的增加，苯分子首先优先吸附到位点I，随后逐步扩散到位点II和位点III。这一独特的吸附机制使得ZJU-928(Al)能够在高浓度条件下吸附更多的苯分子。综上所述，ZJU-928(Al)在实际环境中应对突发性环境事故中具有优异的前景。 图1. ZJU-928(Al)的框架结构由Al8(OH)15(−COO)9铝簇（a）和H3BTA配体（b）所组成，其具有正六边形的孔道（c）图2. ZJU-928(Al)在77 K下的N2吸附脱附等温线（a），框架密度（b），累积孔容和孔径分布（c），HRTEM图（d)，以及MOFs的饱和苯吸附量与孔容的关系图3. ZJU-928(Al)的蒸汽吸附曲线，包括苯、甲苯、乙苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯和环己烷（a，b），及其在低浓度时的吸附热（c），苯循环吸附性能（d），扩散系数（e）及苯吸附动力学曲线（f）图4. 在P/P0 = 0.001（a）、P/P0 = 0.01（b）以及P/P0 = 0.1（c）时，苯在ZJU-928(Al)的吸附位点，以及主体-客体（位点I和II）和客体-客体（位点III）相互作用示意图（d）
第一作者：南琼通讯作者：吴伟祥、谷保静文章链接：https://doi.org/10.1038/s43016-025-01124-z稻田甲烷减排是中国乃至全球应对气候变化的核心策略之一。2023年，中国生态环境部发布的《甲烷排放控制行动方案》将稻田甲烷减排列为重点任务。农业农村部亦推荐通过生物质炭还田技术实现农业废弃物的减污降碳协同效应。然而，生物质炭输入稻田土壤的长期固碳减排效益不明晰，成为其推广应用的主要瓶颈。为填补上述空白，浙江大学环境与资源学院吴伟祥教授团队与谷保静教授团队合作领衔了一项生物质炭应用稻田生态系统的长期固碳减排及其经济效益研究，研究成果于3月12日在《Nature Food》杂志在线刊发。该研究首次提出了低剂量等量秸秆逐年炭化还田模式，全面对比分析了水稻秸秆直接还田（RS）、生物质炭一次性高剂量还田（HS）和低剂量等量秸秆逐年炭化还田（AL）等三种秸秆利用策略的环境与经济效益，系统评估了稻田生态系统生物质炭的长期CO₂-eq减排效能，揭示了生物质炭老化导致CH₄减排能力逐年消退的内在机制，构建了基于全生命周期的稻田土壤生物质炭碳减排量核算方法学，提出了稻田生态系统生物质炭长效固碳减排新模式。这一研究成果不仅为稻田生态系统的长期碳减排提供了科学支撑，也有望为全球实现农业减污降碳协同增效目标提供了创新路径和实践示范，为生物质炭绿碳交易奠定重要基础。本研究的第一作者为浙江大学环境与资源学院南琼博士，目前主持国家自然科学基金青年项目1项、浙江省科技厅子课题和博士后人才计划项目研究，并以第一和通讯作者身份发表SCI研究论文11篇。图1 不同生物质炭输入模式下CO2固存与释放图2 生物质炭老化导致甲烷（CH₄）减排能力下降图3 NH₄⁺对甲烷氧化菌的抑制作用图4 AL和HS诱导的稻田CO2-eq长期降低效应的变化图5 经济效益分析：8年净收益对比
文章信息期刊：Nature Food题目：Soil health contributes to variations in crop production and nitrogen use efficiency原文链接：https://doi.org/10.1038/s43016-025-01155-6通讯作者：徐建明教授、谷保静 教授（浙江大学）发表日期：2025-04-15 一、研究背景土壤健康对全球粮食生产和环境质量有着深远的影响。然而，由于缺乏全面的土壤健康数据以及难以从其他变量中分离其影响，量化土壤健康的影响一直是一个全球性的挑战。该研究通过整合高分辨率的全球土壤、气候和农场管理实践数据，评估了土壤健康对农业生产力的贡献。二、研究方法该研究建立了一个全球土壤健康数据集，分辨率为0.5°×0.5°，涵盖了土壤pH、养分含量、容重、土壤细菌、病毒和动物等指标。研究不仅评估了作物产量（以单位面积收获的氮量表示），还采用了氮肥利用效率（NUE，收获作物氮与总氮输入的比值）作为衡量农业实践环境影响的指标。通过结构方程模型（SEM）和多重回归模型，研究量化了土壤健康、气候和管理因素对作物产量和NUE的贡献，并基于共享社会经济路径（SSP）和代表性浓度路径（RCP）情景进行了未来预测。三、研究结果土壤健康与气候的影响：全球范围内，土壤健康在高纬度地区（如北欧、俄罗斯、新西兰和南美洲南部）得分较高，而在低纬度的干旱地区（如美国南部、北非和印度）得分较低。气候因素对作物产量和NUE的影响存在差异，高纬度地区NUE较高，而低纬度地区作物产量较高。管理因素的主导作用：农业管理实践（如化肥和农药的使用、农场规模）是作物产量变化的主要驱动因素，占全球产量变化的70%。土壤健康和气候因素分别占12%和18%。未来情景分析：在SSP1–RCP2.6情景下，预计到2050年全球作物产量将减少9%，NUE从0.50降至0.47。然而，通过改善土壤健康，全球作物产量有望增加7.8百万吨，同时减少8.1百万吨的氮剩余。图1.全球土壤、气候和管理因素对作物氮产量和NUE的空间分布模式图2.气候、管理和土壤对农业产量和NUE的结构方程模型（SEM）分析图3.不同因素对产量和NUE变化的相对贡献图4.2050年在SSP126情景下，考虑土壤管理改进的产量、NUE和氮剩余的相对变化图5.2050年在不同SSP–RCP情景下，作物氮产量、NUE、氮剩余和总作物产量的趋势，以及土壤健康改进的成本效益分析 四、研究结论该研究表明，土壤健康在全球作物产量和氮肥利用效率中扮演着重要角色。尽管农业管理实践对作物产量的影响更为显著，但土壤健康在减少氮剩余和提高NUE方面具有巨大潜力。通过实施土壤健康管理措施，如秸秆还田、保护性耕作和生物防治，可以显著提高作物产量和NUE，同时减少氮剩余。研究建议将土壤健康纳入全球农业政策，并通过教育和公共宣传提高公众对土壤健康重要性的认识。