科研进展--中国科学院广州分院

茶树（Camellia sinensis）是重要的经济作物，单一种植模式易导致茶园生态系统脆弱、虫害频发，制约茶产业的可持续发展。近年来，茶树与伴生植物的间作模式逐渐受到关注，其中与台湾相思（Acacia confusa Merr.）的间作在生态调控方面表现良好，不仅显著提升了害虫天敌的数量，还改善了茶叶的品质。中国科学院华南植物园科研团队系统解析了茶园常用间作乔木——台湾相思所释放的主要挥发性物质，明确了(Z)-3-己烯乙酯在调控茶园节肢动物行为中的关键作用。通过茶园实验与室内选择性评价，发现(Z)-3-己烯乙酯具有驱避害虫茶小绿叶蝉及吸引捕食性天敌蜘蛛的双重作用。进一步结合转录水平分析、体内外功能验证及转录调控等手段，明确AcAAT4为催化(Z)-3-己烯乙酯合成的关键酶，且该基因的表达受转录因子AcMYC2b的正向调控（图1）。该成果不仅揭示了台湾相思间作在茶园生态调控中的物质基础及其生物合成机制，也为景观生态茶园建设体系的完善与茶树优质高效栽培技术的提升提供了理论依据。相关研究结果以题为“Mechanism mediating the biosynthesis of the anti-insect volatile (Z)-3-hexenyl acetate in Acacia confusa Merr.,an intercropping plant in tea plantations”近日在线发表在Molecular Horticulture（《分子园艺》）上。中国科学院华南植物园已毕业的简国泰博士和广东省农业科学院茶叶研究所黎健龙研究员为论文的共同第一作者，中国科学院华南植物园曾兰亭研究员为论文通讯作者。该研究得到广东省杰出青年基金等项目的资助。论文链接：https://molhort.biomedcentral.com/articles/10.1186/s43897-025-00165-z图1. 台湾相思防御代谢物(Z)-3-己烯乙酯的抗虫功能与形成机制

2025-08-20

南海海洋所 | 南海西南次海盆海底扩张与洋壳增生模式取得新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所边缘海与大洋地质实验室（OMG）赵明辉研究员团队联合广州海洋地质调查局、德国GEOMAR亥姆霍兹基尔海洋研究中心等国内外单位，在南海西南次海盆深部结构研究中取得突破性进展。相关成果发表在国际地学期刊Journal of Geophysical Research: Solid Earth《地球物理研究杂志-固体地球》上，南海海洋所副研究员张佳政为论文第一作者，德国GEOMAR亥姆霍兹基尔海洋研究中心博士后黎雨晗、广州海洋地质调查局教授级高工姚永坚为共同通讯作者。西南次海盆位于南海渐进式海底扩张西南端，是研究南海海底扩张与构造演化的关键区域。研究团队于2021年采集了一条横跨西南次海盆的540公里二维主动源海底地震仪（OBS）深地震剖面（SWSCS2021），首次实现对该区域洋壳、洋陆转换边界（COB）及共轭陆缘的“CT扫描”。通过广角反射/折射联合层析成像技术，团队揭示了西南次海盆海底扩张与洋壳增生的两阶段演化模式。第一个为岩浆充裕期（>19.2 Ma）：扩张速率超20毫米/年，形成典型双层洋壳结构，玄武岩层（层2）与辉长岩层（层3）速度梯度存在明显差异，莫霍面（Moho面）反射信号强烈，残余扩张脊（EMR）两侧呈对称扩张。第二个是岩浆匮乏期（<19.2 Ma）：扩张速率骤降至20毫米/年以下，洋壳极度变薄，Moho面消失，在薄洋壳下方存在蛇纹石化地幔，EMR两侧呈不对称扩张，构造作用取代岩浆活动成为主导。结合前人板块重建数据，团队提出：古南海向北俯冲终止引发的区域构造应力场突变，是驱动扩张机制从岩浆主导转向构造主导的核心诱因，这一发现为边缘海如何死亡提供了直接证据。该成果不仅为揭示南海渐进式扩张的动力学演化过程提供了关键的新证据，丰富与完善了边缘海形成演化理论，更为我国即将实施的南海大洋钻探计划优选了钻探靶区。本项研究得到国家自然科学基金项目和中国科学院南海海洋研究所自主部署项目等项目的联合资助。相关论文信息：Zhang,J.,Li,Y.,Yao,Y.,Zhao,M.,Grevemeyer,I.,Sallares,V.,et al. (2025). Seismic structure and the variation of magmatic budget in the southwest sub-basin of the South China Sea. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,130,e2025JB031304. 论文链接：https://doi.org/10.1029/2025JB031304图1 南海西南次海盆的二维主动源OBS深地震探测实验（SWSCS2021）图2 南海西南次海盆SWSCS2021测线的纵波速度结构及其地质解释

2025-08-19

广州能源所在碳排放“双控”制度研究方面取得系列进展

中国科学院广州能源研究所能源战略与碳资产研究中心王文军研究员课题组围绕碳排放“双控”制度下碳预算管理体系的构建与应用展开深入探索，取得系列进展。2023年7月，中央全面深化改革委员会第二次会议审议通过了《关于推动能耗双控逐步转向碳排放双控的意见》，标志着以碳排放“双控”制度为抓手推进经济高质量发展成为新时期绿色低碳机制创新的关键。中国科学院广州能源研究所能源战略与碳资产研究中心王文军研究员课题组围绕碳排放“双控”制度下碳预算管理体系的构建与应用展开深入探索，取得系列进展。课题组首先对全球主要国家碳排放总量管理制度即碳预算制度的理论和实践进行了深度剖析，从概念、内容、工具等维度绘制了碳预算制度架构全景图；其次，对主要国家的碳预算制度开展了中国适用性分析，提出适合中国国情的碳预算管理制度框架；第三，构建了可持续发展与碳排放脱钩模型SDCEM，对中国30个省份近20年的脱钩状态进行了时空特征分析，研究发现社会福利水平的均等状态对碳排放增速的影响正变得越来越重要，提出我国未来脱碳政策需重视非经济要素脱碳管理的观点；第四，开展重点耗能行业的碳预算制度建设与技术路径研究。研究为相关政策制定提供了坚实的科学支撑。研究成果发表在《中国科学院院刊》《中国软科学》《资源科学》Energy等学术期刊上，出版学术专著《碳预算制度体系研究：国际案例与中国方案》（北京：科学出版社，2025）。课题组在研究过程中得到了能源基金会低碳转型项目部的率先资助和滚动资助，后续得到了中国社会科学院重大创新项目、气候工作基金等方面的支持。论文、专著：王文军，黄辉泉，赵栩婕，等. 国外碳预算制度剖析及中国适用性研究[J]. 中国科学院院刊, 2025, 40(8): 1464-1477, doi: 10.3724/j.issn.1000-3045.20240712003.赵栩婕，王文军，谢鹏程，等. 可持续发展与碳排放脱钩模型构建与应用[J]. 资源科学, 2024, 46(11): 2194-2209. DOI: 10.18402/resci.2024.11.08.李帅威, 王文军.全球锂电池产业链贸易格局演化、趋势研判及韧性分析[J].中国软科学, 2025, (04):26-40. doi.10.3724 /1005-0566.20250403.Zhang Xiande, Fu Chonghui, Xie Pengcheng, Bo Yajie, Pan Feng, Wang Wenjun*, Carbon price prediction model based on multi-agent and environmentco-evolution, Energy, Volume328, 2025, 136679, ISSN0360-5442, https://doi.org/10.1016/j.energy.2025.136679.王文军，傅崇辉，等著. 碳预算制度体系研究：国际案例与中国方案[M].北京：科学出版社，2025年。

2025-08-19

华南植物园揭示光敏色素phyA动态乙酰化修饰调控远红光信号转导分子机制导分子机制

近日，中国科学院华南植物园刘勋成团队在植物科学领域著名期刊Molecular Plant(《分子植物》)上发表了题为“HDT2-mediated lysine deacetylation promotes phytochrome A degradation during photomorphogenesis in Arabidopsis”的研究论文。该研究阐明：拟南芥远红光受体——光敏色素phyA的稳定性受乙酰化修饰动态调控，赖氨酸去乙酰化酶HDT2通过介导phyA去乙酰化，促进其泛素化与蛋白降解，从而精确调控远红光信号转导与幼苗光形态建成。该成果不仅深化了对光受体稳定性调控机制的理解，同时揭示了非组蛋白乙酰化修饰在光形态建成中的关键作用。1、研究背景光敏色素phyA是植物中唯一特异性感知远红光信号的受体蛋白。在暗生长幼苗中phyA大量累积，而出土照光后迅速发生降解——该过程对于幼苗光信号传递与光形态建成至关重要。然而，phyA稳定性如何被精确调控仍是未解之谜。赖氨酸（K）乙酰化作为进化保守的蛋白质翻译后修饰，既往研究多聚焦于组蛋白调控领域，非组蛋白（如光受体）乙酰化修饰在光形态建成中的作用尚属空白。2、研究内容（1）乙酰化组学揭示幼苗从黑暗到照光过程中发生全局去乙酰化事件研究团队通过Western blot实验发现，幼苗从黑暗转入光照后，整体乙酰化水平显著下降。进一步利用乙酰化组学技术系统鉴定该过程中发生修饰变化的蛋白及位点，发现光诱导了大量的蛋白和位点发生去乙酰化。phyA蛋白上存在4个保守的赖氨酸乙酰化修饰位点（K65，K296，K536和K744），其中K65和K744位点发生显著的去乙酰化（图1）。图1. 乙酰化组学分析发现phyA多个赖氨酸位点发生乙酰化修饰（2）K65位点乙酰化影响phyA稳定性、远红光信号转导以及幼苗光形态建成通过构建位点特异模拟乙酰化和去乙酰化的转基因回补材料，研究人员证实仅K65位点的乙酰化状态影响了phyA的生物学功能。进一步分析发现，该位点同时也是关键的泛素化修饰位点，其突变显著降低了phyA泛素化水平与降解速率，从而影响了下游转录因子HY5的水平与光响应基因的表达。免疫共沉淀实验表明，光照诱导的K65位点去乙酰化，直接促进了phyA泛素化修饰，进而被26S蛋白酶体途径降解。以上研究首次揭示光诱导的phyA降解需经历“去乙酰化-泛素化”级联反应。图2. 乙酰化修饰影响phyA的稳定性与生物学功能（3）赖氨酸去乙酰化酶HDT2介导phyA的去乙酰化通过蛋白质复合体等互作实验发现，植物特有的赖氨酸去乙酰化酶HDT2在光照后与phyA在细胞核内特异结合。生化分析显示，照光后HDT2催化phyA的K65位点去乙酰化，促进了其泛素化和蛋白降解。超表达HDT2促进而突变HDT2抑制phyA的蛋白降解。遗传证据进一步表明，HDT2特异性参与了phyA介导的远红光信号途径。综上，研究团队揭示了HDT2-phyA调控模块的核心分子机制：在黑暗条件下，phyA以高乙酰化状态累积；幼苗出土照光后，phyA进入细胞核被HDT2去乙酰化，进而触发泛素化修饰与26S蛋白酶体途径降解。该级联反应精确调控了远红光信号转导与光形态建成。值得关注是，团队近期在Plant Communications（2025）在线发表了“乙酰化-磷酸化互作”调控向光素phot1激酶活性与植物向光性的研究成果。系列工作表明：乙酰化通过协同泛素化、磷酸化等翻译后修饰，构成植物光信号转导的多维调控网络。图3. HDT2介导phyA去乙酰化调控远红光信号与光形态建成3、研究团队中国科学院华南植物园郑枫助理研究员、硕士研究生欧文立与邓玲为论文的共同第一作者，刘勋成研究员为通讯作者。博士研究生王雅寒与陈航聪，硕士研究生陈依婷、彭滔与杨泳仪，以及国际合作者Jaime A. Teixeira da Silva博士参与了该项研究工作。相关研究得到国家自然科学基金与中国科学院青年创新促进会优秀会员项目资助。

2025-08-18

广州地化所刘亮等-NC: 地幔内残余块体对地幔上涌的透镜式聚焦

“松辽沉积为何这么厚”、“南海洋底为何那么深”是徐义刚院士在2018-19年间给团队成员列出的两道、又像是同一道难题。一般认为，在岩石圈伸展结束后的热沉降阶段，裂谷盆地仍然会维持一种缓慢、平滑且相对持续的沉降过程；若没有后续伸展、挤压等岩石圈改造作用的叠加，盆地基底的深度会无限趋近于某一固定值。然而，在诸如松辽盆地、渤海湾盆地、中国南海等研究区，基底似乎在岩石圈应力趋于中性后又经历了至少一期的加速沉降，致使基底深度（沉积物厚度）远大于基于拉伸量的理论预测值。前人研究表明，在岩石圈层位的动力学演化过程（如：周缘俯冲、区域伸展、岩浆底侵、地壳流等）很难解释此类出现在较薄陆缘岩石圈之上狭长区域内的“异常”沉降现象。图1. 典型研究区的地幔波速结构。（a）图d的切面位置图。（b）图f的切面位置图。（c）图g的切面位置图。（d）东北亚地幔波速结构切面。（e）东北亚750公里深处的平均波速结构。（f）黄石-斯内克河平原下方的地幔波速结构切面。（g）中国南海下方的地幔波速结构切面。针对以上特殊地质现象，中国科学院广州地球化学研究所徐义刚院士团队经研究发现，在典型研究区正下方的深部地幔内，都（曾）存在有疑似的下地幔上涌（地幔柱？）与地震波高速体共存的现象（此类高波速结构可能代表了俯冲板块或拆沉岩石圈块体，在此统称为“残余块体”）（图1）；团队成员进而尝试提出了深部地幔上涌与残余块体相互作用导致浅表异常沉降—这一“反常规”的研究假设，并联合中国科学院地质与地球物理研究所刘丽军研究员团队、巴塞罗那海洋科学研究所的Jason P. Morgan教授，基于正演数值模拟与多学科观测联合约束的思路开展了系列的探索性研究工作。团队模拟结果显示，当660公里深处相变密度跳变 ≥7% 且相变克拉贝龙斜率>-2.8 MPa/K时，在上涌物质到达岩石圈底部之前，地表容易出现几十米至八百米深不等、1000-2000公里宽的沉降区（图2b）。但是，该沉降区却难以长久维持，当上涌物质到达岩石圈底部后，地形会出现反转、甚至恢复到沉降前的状态（图2c）。地表的沉降幅度，会因为地幔上涌途中接近正在下沉的残余块体而加强至公里级，但沉降中心的宽度却会显著缩小至200公里左右（图2d-2f）。在这类模型中，当上涌物质到达岩石圈底部后，只会导致沉降区一侧的地形发生反转，未受到上涌托举影响的另一侧岩石圈，则可以最终保留公里级的低洼地形（图2f）。因此，下沉残余块体会像“放大镜”一样，把深部地幔上涌（柱）对地形的影响放大并聚焦到相对有限的区域，导致狭长带内出现可维持的地表沉降，研究团队将该现象称为残余块体对地幔上涌的透镜式聚焦效应。图2. 代表性数值模型结果。（a）-（c）仅地幔上涌的模型。（e）-（f）地幔上涌与沉降残余块体共存的模型。团队测试过的其他动力学演化过程见文章正文。该研究还表明，在缺乏决定性地质学或地球物理学证据的研究区，下地幔低波速结构、上地幔高波速结构与浅表狭长地带内异常沉降现象的共存，可能为指示深部地幔存在有快速的物质上涌或正在形成的地幔柱提供判别依据（图3）。此外，该研究工作所侧重的，地球内部在表生系统中作用的研究理念，在我国正逐渐得到重视。约10年前启动的中国科学院先导专项“地球内部运行机制与地表系统演化”，与在2024年启动的国家自然科学基金委重大研究计划“地球宜居性的深部驱动机制”均是在这个方向的有益探索。图3. 残余块体对深部地幔（柱）上涌的透镜式聚焦效应示意图。本项工作发表于国际学术期刊Nature Communications，受到国家自然科学基金委重大研究计划（92479001）、基础科学中心项目（42288201）、国家重点研发计划—常规项目（2024YFF0808200）和青年科学家项目（2024YFF0809600）的联合资助。论文信息：Liu,L.*（刘亮），Cao, Z.（曹泽斌），Morgan, J.P.，Hua,Y-Y（华远远），Liu, L.J.*（刘丽军），Yang,F. （杨帆），Long,S.M.（龙时迈），Xu,Y.G.（徐义刚），2025,Nature Communications, 16,7603. 全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-62987-1

2025-08-18

亚热带生态所 | 喀斯特关键带多界面径流触发机制及其高效利用潜力研究取得进展

中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站在喀斯特山坡关键带多界面产流机制及浅表层水资源高效利用新途径方面取得进展，相关研究成果近期以Harnessing subsurface flow at the soil‐bedrock interface as a hidden water resource for rainwater harvesting: Insights from long‐term hydrological monitoring on a humid karst hillslope为题发表在美国地球物理学会（AGU）旗舰期刊Water Resources Research，陈洪松研究员为论文通讯作者，付智勇研究员为第一作者。中国科学院亚热带农业生态研究所环江喀斯特生态系统观测研究站在喀斯特山坡关键带多界面产流机制及浅表层水资源高效利用新途径方面取得进展，相关研究成果近期以Harnessing subsurface flow at the soil‐bedrock interface as a hidden water resource for rainwater harvesting: Insights from long‐term hydrological monitoring on a humid karst hillslope为题发表在美国地球物理学会（AGU）旗舰期刊Water Resources Research，陈洪松研究员为论文通讯作者，付智勇研究员为第一作者。西南喀斯特区虽降水丰沛，但土层浅薄、岩石渗漏性强，地表存不住水，地下水深埋。在广大尚未实现集中供水的偏远喀斯特山区，工程性缺水与岩溶干旱问题突出，集蓄雨洪径流仍然是该区不可替代的干旱缓解策略。喀斯特山区地下岩溶空间形成的复杂网络状裂隙、管道、地下河系统替代了地表沟道系统，导致其地表沟道系统不发育，无法准确判别径流路径，采用传统土山区的小型蓄排灌工程，很难达到雨洪径流的高效调蓄与利用。因此，从地球关键带及山坡水文学的视角，系统揭示降雨过程中喀斯特山坡主要水文路径及其产流机制，是研发适用于该区特殊地质背景的水资源高效利用模式、创建高精度水文预测模型的前提。研究依托环江站喀斯特关键带地上-地下水土过程联动观测平台，基于长期水文水化学监测与岩土结构精细刻画，系统揭示了喀斯特山区浅表层关键带主要水文路径与径流触发机制，证实了浅表层岩土界面壤中流是喀斯特山坡次降雨径流的重要组成部分，其能作为一种方便利用的新水源，有望解决传统依靠地表集水面的雨洪径流集蓄方法在该区适用性差的问题。研究结果表明：喀斯特山坡岩土界面壤中流流量显著高于地表径流，雨季尤为明显；若将岩土界面壤中流归并到雨洪径流集蓄系统，雨水收集效率从2.2%提高到13.1%；控制岩土界面壤中流发生概率的关键结构因素包括土壤厚度和基岩风化程度，浅土层（<50 cm）和弱风化基岩分布区是发生岩土界面壤中流的热点区域；次降雨量、前期降雨量及岩土系统水分亏缺量是影响岩土界面壤中流量的主要气象因子。本研究基于野外台站大平台，跨越了地学生态学基础理论研究与生产应用实践之间的鸿沟，有望探索出一条基于坚实理论研究认识支撑的技术研发和产业应用系统性解决方案新路径。本研究证明，岩土界面壤中流是喀斯特山区一种尚未普遍认识到的重要雨洪资源，其为喀斯特山区水资源“开源”提供了一种新思路。充分考虑并利用喀斯特浅层多界面隐蔽伏流路径，有望将喀斯特山区传统点上单一集水转变为面上多途径互补集水模式，形成多来源相补、季节均衡的雨水集蓄新模式，从而拓展旱季救命水保障渠道，为缓解全球广大喀斯特区岩溶干旱问题提供理论与技术支撑。该研究得到了国家自然科学基金联合重点基金、国家重点研发计划项目的资助。论文链接喀斯特山坡地表径流与岩土界面壤中流交互作用及其对降雨量的响应机制

2025-08-17

华南植物园提出“植物-菌根协同”新框架，破解森林恢复“碳汇-多功能”共赢难题

面对全球森林退化加剧与气候变化威胁的双重挑战，传统以提升地上碳储量为目标的森林恢复策略正面临瓶颈——土壤碳库恢复滞后、生态系统多功能性提升不足等问题日益凸显。中国科学院华南植物园恢复生态学团队联合德国、美国、捷克、荷兰和意大利等多家国际科研机构，在国际生态学顶级期刊Trends in Ecology & Evolution（TREE）发表综述文章，系统阐述了植物-菌根共生体在地下碳库形成与生态系统多功能性维持中的核心调控作用，并提出一套可操作的“植物-菌根协同”森林恢复新框架，为协同提升森林碳汇能力与生态韧性提供了科学路径。核心发现：地下盟友的协同智慧研究团队整合全球森林生物多样性实验证据，系统阐述了两类主要菌根真菌——丛枝菌根（AM）和外生菌根（ECM）——如何以互补方式驱动土壤碳库形成与生态功能提升。AM植物作为高效的“深层碳工程师”，通过输入高质量的凋落物和根系分泌物，并借助其快速生长的菌丝网络，显著促进深层土壤中矿物结合有机质（MAOM）的形成与稳定，对长期固碳、涵养水源和维持深层土壤肥力至关重要。ECM植物则扮演着“表层活性管家”的角色，产生分解缓慢的凋落物，并通过与腐生菌竞争氮源等机制，促进表层土壤中颗粒有机质（POM）的积累，对维持土壤孔隙结构、活性养分供给、微生物活性和短期生产力具有关键作用。AM与ECM的互补效应并非孤立存在。在物种丰富的混交林中，两者协同作用能够同时优化土壤剖面不同深度的碳库：AM主导的深层MAOM固碳提供长期稳定性，ECM主导的浅层POM库则支撑系统活性和养分循环。这种协同不仅显著提升整体碳储量，还同步增强了森林的养分保持力、抗旱性、抗干扰能力及生物多样性支撑等生态系统多功能性，实现了“碳汇”与“多功能”的共赢。从理论到实践：可落地的恢复框架基于对菌根功能的深刻理解，研究团队构建了一套面向实际应用的“评估-选种-接种-监测”四步恢复框架，为全球森林恢复提供了清晰的操作蓝图。该框架始于深入的本底评估，强调必须考虑当地气候、土壤特性、现有植被及优势菌根类型。例如，热带地区以AM主导，而温带/北方森林则需关注AM/ECM的混合策略。随后是关键物种选择阶段，核心在于利用植物功能性状的互补性：结合深根与浅根物种、速生与慢生树种、以及AM和ECM相关树种以优化资源利用效率和碳在土壤剖面中的分布。本地化菌根接种是重建退化土壤微生物网络的核心环节，优先选用具有高效固碳能力的本地菌株，可显著提升植物定殖成功率和胁迫耐受性。最后，持续的动态监测与适应性管理确保恢复成效，通过追踪POM/MAOM比例等关键土壤参数以及生物多样性指标，可实时调整管理策略。全球意义与未来展望刘占锋研究员指出：“植物-菌根共生是超过4.5亿年自然演化的智慧结晶，我们的框架首次将其转化为可量化、可操作的森林恢复工具。” 华南植物园前期在热带海岸台地植被恢复实践表明，混交林在60年恢复期后，其土壤碳储量较单一树种人工林显著提升约40%，生物多样性也得到了同步的恢复，验证了上述框架的长期有效性。该框架为《昆明-蒙特利尔全球生物多样性框架》提供了关键的“地下解决方案””，不仅为应对气候变化和生物多样性丧失危机提供了“双赢”策略，标志着森林恢复理念从单纯“种植树木”向科学“生态系统功能设计”的范式转变。展望未来，研究团队呼吁将菌根功能性状纳入全球森林恢复的评估与指标体系，并计划依托TreeDivNet和Sino-BEFNet等研究网络开展跨区域联网研究与验证，让这一源于自然的智慧惠及全球生态修复实践。相关研究成果以Mycorrhizal allies: synergizing forest carbon and multifunctional restoration为题近期发表于Trends in Ecology & Evolution（《生态学与进化趋势》）上。中国科学院华南植物园博士后李腾腾为论文第一作者，刘占锋研究员与德国莱比锡大学Nico Eisenhauer教授为共同通讯作者。研究获得了国家重点研发计划、广东基础与应用基础研究旗舰项目和国家自然科学基金等项目资助。论文地址：https://doi.org/10.1016/j.tree.2025.07.004图. 整合植物-菌根关系的土壤碳汇与生态系统多功能性协同恢复概念框架

2025-08-14

广州能源所和过程所科研团队提出退役锂电协同尾渣升级回收策略

近日，中国科学院广州能源研究所袁浩然研究员团队联合中国科学院过程工程研究所杨军研究员在Matter上发表了题为High Performance Phosphate Cathode from Revitalizing Spent Battery Slag via Joule-Heating的研究论文。该研究提出了针对退役LiMn2O4电池阴极材料(S-LMO)与浸出渣磷酸铁（S-FP）的协同处置技术：通过焦耳高温冲击活化水浸，实现金属锂的快速浸出（Li浸出率>99%）；进一步调整焦耳热参数，对S-LMO和S-FP进行结构调整和过渡金属替换，升级回收为高能量密度的聚阴离子阴极材料LiMnFePO4（R-LMFP）。该策略不仅大幅缩短了退役锂电池阴极材料回收锂的时间，更显著提升了LMFP阴极材料的合成效率，为解决退役锂电池阴极材料与浸出渣的协同处置提供了全新思路。随着锂电池退役量的持续攀升，其清洁回收技术被视为新能源产业健康发展的保障，回收策略在学术界和产业界成为关注的焦点。目前，退役锂电回收的研究重点是湿法冶金或加热直接修复，主要侧重于金属高效提取或恢复原有电池性能，但对阴极材料的高价值特性探索有限。因此焦耳加热技术作为一种革命性的回收方法体系，为退役锂电阴极材料的高价值利用提出了创新的概念。近日，中国科学院广州能源研究所袁浩然研究员团队联合中国科学院过程工程研究所杨军研究员在Matter上发表了题为High Performance Phosphate Cathode from Revitalizing Spent Battery Slag via Joule-Heating的研究论文。该研究提出了针对退役LiMn2O4电池阴极材料(S-LMO)与浸出渣磷酸铁（S-FP）的协同处置技术：通过焦耳高温冲击活化水浸，实现金属锂的快速浸出（Li浸出率>99%）；进一步调整焦耳热参数，对S-LMO和S-FP进行结构调整和过渡金属替换，升级回收为高能量密度的聚阴离子阴极材料LiMnFePO4（R-LMFP）。该策略不仅大幅缩短了退役锂电池阴极材料回收锂的时间，更显著提升了LMFP阴极材料的合成效率，为解决退役锂电池阴极材料与浸出渣的协同处置提供了全新思路。高温焦耳热处理实现退役锂电和浸出渣升级回收研究得到国家自然科学基金委、中国科学院前沿科学与基础研究局、广东省科技厅、中国科学院过程工程研究所介质科学与工程国家重点实验室的支持。论文链接：https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(25)00365-0

2025-08-12

广州能源所在泡沫基高功率密度燃料电池技术研究方面取得进展

在全球加速能源转型的背景下，中国科学院广州能源研究所联合伊朗阿米尔卡比尔理工大学在泡沫基流场质子交换膜燃料电池研究方面取得进展。在全球加速能源转型的背景下，中国科学院广州能源研究所联合伊朗阿米尔卡比尔理工大学在泡沫基流场质子交换膜燃料电池研究方面取得进展。泡沫基流场因其独特的结构成为提升燃料电池性能的理想选择（图1）。这种3D贯通式流场通过无气体扩散层一体化设计，可将电堆整体厚度减少15%～20%，大幅提升了体积功率密度；其高达90%以上的孔隙率确保了反应物在催化层的均匀分布，有效解决了传统流场存在的传质不均问题；而且，其独特的热传导特性能够消除局部热点，使温度分布均匀性提升30%。图1 本研究燃料电池示意图：（a）平行蛇形流量分配器PS，（b）泡沫基流量分配器，（c）传统肋状/通道燃料电池（左）和泡沫基燃料电池（右）的侧视图研究提出了一种基于势流场解析的功能梯度多孔材料（FGPM）流场系统化设计方法（图2）。通过对流场内势流进行数值求解，获取关键等势线分布。将各等势线均分构建流线网格，形成从入口到出口的连续传质路径。基于网格单元位置动态分配孔隙率参数，确保轴向（流线方向）与径向（等势线方向）的梯度连续性，从而构建出具有优化传质性能的FGPM流场结构。该设计方法通过CFD迭代验证表明，在保持结构强度的同时可实现传质效率40%以上的提升，为高性能燃料电池流场的工程化设计提供了可靠的技术方案。图2 U型流场的梯度孔隙设计方法：（a）势流网格划分，（b）孔隙率分布，（c）质量流量分配该研究对FGPM流场与传统4通道平行蛇形流场（4-PS）的性能进行了系统性对比。结果显示，在50×50mm²活性面积条件下，FGPM流场展现出显著的性能优势。在关键指标体积功率密度方面实现了84%的大幅提升；其次，通过创新的无气体扩散层一体化设计，成功将电堆总厚度减少了15%，从传统设计的3.75mm降低至3.2mm；在1A/cm²的典型工作电流密度下，FGPM流场使电池的输出功率提升了57%，这一提升幅度远超预期。这为解决燃料电池在高功率输出时的性能衰减问题提供了新的技术路径。研究特别揭示了两种典型配置下的性能差异。（1）具有微孔层的薄型膜电极配置下，传统4-PS和新型FGPM燃料电池的性能均有所提升，然而FGPM流场的体积功率密度比传统4-PS设计提升了84%；（2）无微孔层的厚型膜电极配置下，FGPM流场仍保持了47.8%的性能优势（图3）。图3 不同配置下平行流道和FGPM 流场的燃料电池极化曲线：配置1-base厚型膜电极，配置3-具有MPL的薄型膜电极相关研究成果以Application of a foam-based functionally graded porous material flow-distributor to PEM fuel cells为题发表于Energy。论文链接：https://doi.org/10.1016/j.energy.2022.124230

2025-08-08

广州能源研究所在电力系统碳排放智能监测领域取得进展

近日，中国科学院广州能源研究所能源战略与碳资产研究中心汪鹏研究员课题组在电力系统碳排放监测领域取得新进展。近日，中国科学院广州能源研究所能源战略与碳资产研究中心汪鹏研究员课题组在电力系统碳排放监测领域取得新进展。电力行业是人为碳排放的主要来源。当前，火力发电厂碳排放监测主要依赖于企业自主上报、安装的排放监测设备，或基于太阳同步轨道卫星的稀疏观测数据进行反演。上述方法普遍存在数据易被篡改、成本高昂、监测频率受限等问题。为实现低成本、高频率的连续监测，该研究提出了一种融合深度学习与自注意力机制的实时碳排放监测方法，首次基于高频地球同步轨道卫星数据，实现了火力发电厂日尺度碳排放量与发电量的滚动协同监测，为电力行业碳排放监测提供了新路径。图1 研究框架研究以美国环保署（EPA）管理的火电厂为研究对象，采用GOES-16地球静止卫星提供的多光谱遥感数据及火电厂相关静态信息作为模型输入，以火电厂日尺度的碳排放与发电量数据为预测目标，构建端到端的监测框架（图1）。在算法设计上，模型融合了卷积神经网络（CNN）、双向长短期记忆网络（BiLSTM）和特征与时间双重注意力机制（图2），显著提升了模型测算的准确性与鲁棒性。图2 碳排放监测模型架构在模型评估方面，研究从个体（图3），区域，国家三个空间尺度验证了所提模型架构（CNN-BiLSTM-Attention）的性能优越性。以碳排放为例，模型在RMSE、MAPE、R²等关键指标上相比传统方法平均提升10%-14%、5%-7%和16%-25%，在区域和国家尺度上亦展现出良好的测算准确性。图3 火电厂个体尺度碳排放评估在模型扩展应用方面，研究首先利用完整卫星数据对EPA统计数据进行补充评估，发现火电厂碳排放和发电量数据存在约10%-25%的潜在记录遗漏（图4）。其次，通过误差敏感性分析发现，季节因素和火电厂排放规模对模型预测精度有显著影响（图5）。此外，基于自注意力权重开展的模型可解释性分析表明，模型高度依赖编号为5、7、8和10的波段数据，这些波段与大气中的CO₂浓度与水汽条件密切相关；同时模型对白天信息权重较高，在夜间则通过红外波段数据进行有效补偿（图6）。图4 美国EPA记录火电厂数据与模型测算的完整数据对比图5 模型监测误差敏感性分析图6 模型的特征和时间自注意力权重分布本研究开创性地将地球同步轨道卫星的高频遥感数据引入火电厂碳排放与发电量的同步监测，为构建第三方高频、低成本、广覆盖的碳排放监管体系提供了重要技术支撑。该方法可为政策制定者和能源监管机构提供实时碳强度评估工具，支撑电力系统碳配额动态调整与低碳调度策略优化。未来研究可进一步融合多源卫星数据与物理机制模型，提升模型的可解释性与通用性，助力构建智能化、透明化的电力行业碳监测新路径。相关研究成果以Real-time monitoring of daily carbon emissions and electricity generation from fossil fuel power plants using geostationary satellite band data and deep learning techniques为题发表于Energy期刊，博士研究生莫海华为第一作者，汪鹏研究员为通讯作者。研究得到了中国科学院战略性先导科技专项课题以及海南电网“基于多变量机器学习的电-能-碳核算体系研究”资金项目的资助。论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0360544225032128

2025-08-12