科研进展--中国科学院广州分院

磷是DNA与RNA的必需组分，其地球化学行为对行星分异和生命演化研究具有重要指示意义。作为典型的中等亲铁元素，磷的金属/硅酸盐分配系数对压力（P）和温度（T）极为敏感，是限定早期岩浆洋热力学条件的关键参数。现有研究表明：硅酸盐地球（BSE）的磷丰度出现明显亏损（图1），其亏损机制被认为与核幔分异有关，即在核幔分异过程中，磷在高压下的亲铁性导致大量的磷进入地核。然而，在核幔分异所对应的高压条件下，磷的分配行为至今仍未厘清。并且现有低压（<20 GPa）实验数据显示，磷的拟合结果呈现多种价态。这种价态分歧外推至高压区间，显著放大了分配系数的不确定性。图1：以CI球粒陨石为基准，经Mg归一化的硅酸盐地球元素丰度随50%冷凝温度的变化。图2：前人实验及本研究不同价态磷在金属和硅酸体系中的分配系数。针对上述问题，中国科学院广州地球化学研究所博士研究生管世东在导师王煜研究员和杜治学研究员的指导下，联合美国普林斯顿大学邓杰团队，采用第一性原理分子动力学方法，系统考察了10–135 GPa、3000–5000 K条件下三种价态（+5、+2、0价）磷的分配特征。结果表明，各价态分配系数均随压力出现展现明显升高趋势（图2）。在高压端元，磷的分配系数极高——这意味着早期增生阶段进入地球的磷，几乎尽数被地核“吸走”，从而为核幔分异导致BSE磷亏损提供了直接证据。图3：（a）单阶段及（b）多阶段增生模型结合早期地球增生模型，传统单阶段模型假设地球仅经历一次核幔分异。模拟表明，在该模型对应的核幔分异压力（图3a灰色区）下，磷的分配系数过高，与BSE观测值（紫色区）不符。为达到现阶段BSE中磷的观测值，必须考虑多阶段增生模型，并引入末期大撞击的化学不平衡机制：地球经历多次核幔分异，而最后数次巨型撞击因规模大、混合时间短，其金属核无法与周围地幔充分平衡，直接并入原始地核。进一步研究表明，若末期撞击体已分异，则需至少两次完全不平衡事件（图3b）；若撞击体保持未分异，则单次约6 %地球质量的碳质球粒陨石（CC）胚胎撞击即可满足BSE磷观测约束。本研究首次将多价态磷的高压分配行为量化，为非平衡增生模型提供了关键证据。该成果于近日发表在国际地学期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上，本研究得到国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项以及广东省自然科学基金的资助。论文信息：Guan,SD (管世东),Luo,HY (罗海洋),Du,ZX (杜治学),Deng,J (邓杰),Wang,Y* (王煜),2025. Ab initio simulations on metal-silicate partitioning of phosphorus during Earth’s core formation,Geochimica et Cosmochimica Acta 411,39-49,https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.11.017.

2025-11-25

广州地化所刘懋锐、王军、王强等-NSR：首次发现地幔中存在重硅同位素储库

近日，中国科学院广州地球化学研究所王强研究员团队在National Science Review（《国家科学评论》, NSR）在线发表题为“Discovery of a heavy silicon isotope mantle reservoir”的研究论文。该研究系统地报道了来自喜马拉雅-青藏造山带碰撞后钾镁煌斑岩和伴生地幔辉石岩捕虏体的全岩和矿物原位硅同位素数据，结果显示出独特的重硅同位素特征，为地球深部存在重硅同位素储库提供了新证据。综合岩石地球化学分析与同位素分馏模拟，团队提出这种重硅同位素储库的形成与俯冲印度大陆板片熔体引起的地幔交代作用有关。硅是地球中丰度第三的元素，其在地球不同地质储库中的分布与循环过程对理解地球内部物质分异和地表环境演化具有重要意义。硅有三种稳定同位素(28Si, 29Si, 和30Si)，常被应用于示踪硅的地球化学循环过程。然而，要准确利用硅同位素作为“示踪剂”，必须明确其在各类地质储库中的组成特征。传统观点认为，地幔高温部分熔融形成新生地壳的过程不会引起显著的硅同位素分馏，且由于大陆地壳与全硅酸盐地球（Bulk Silicate Earth, BSE）的硅同位素组成几乎一致（见图1），因此，地幔被认为与BSE具有相似的硅同位素组成，不应出现明显异常。然而，近年来发现一些洋岛玄武岩（OIB）和大陆弧岩浆具有显著偏轻的硅同位素组成（低于BSE），这暗示地幔中应存在一个与之互补的重硅同位素储库以维持全球硅同位素的质量平衡。但此前报道的各类地幔岩石（包括橄榄岩、辉石岩及其熔融产物）的硅同位素数据大多等于或轻于BSE，重硅地幔储库始终未被明确识别。喜马拉雅-青藏造山带出露大量新生代幔源超钾质岩石，这类岩石源于富集地幔的低程度部分熔融，往往反映了地幔源区的不均一性，是研究上述问题的理想对象。研究团队选择喜马拉雅-青藏造山带碰撞后钾镁煌斑岩和伴生地幔辉石岩捕虏体作为研究对象，通过系统的全岩与微区硅同位素分析，取得了以下认识：（1）拉萨地体中新世钾镁煌斑岩及其地幔包体的硅同位素值显著重于BSE，是目前国际上报道的硅同位素最偏重的地幔岩石（图1）；（2）钾镁煌斑岩的重硅同位素组成并非由壳内演化过程(例如地表风化、壳内分离结晶及地壳混染)所致，而是直接继承自其地幔源区（图2）；（3）板片熔融过程会发生显著的Si同位素分馏，残留相（如石榴子石+单斜辉石）富集轻硅同位素，而熔体则富集重硅同位素（图3）。结合前人已发表的资料，重硅同位素储库的形成可能与俯冲印度大陆板片熔体引起的地幔交代作用有关。图1 全球地幔岩石及其衍生岩浆岩的硅同位素组成汇总图2 拉萨地体中新世钾镁煌斑岩中的橄榄石和单斜辉石斑晶以及辉石岩地幔捕虏体的硅同位素组成图3 板片熔融过程中的Si同位素分馏效应及其在形成重硅同位素地幔储库中的作用随着越来越多的证据表明板片熔融是俯冲带普遍存在的过程，此类由板片熔体交代形成的重硅同位素地幔储库可能远比此前认识的更为广泛。与此同时，板片部分熔融后的轻硅同位素残留体可被带入深部地幔，从而解释部分洋岛玄武岩为何具有轻硅同位素特征。此外，研究强调，再循环物质的同位素信号能否在岩浆产物中得以保留不仅取决于再循环物质本身的同位素特征，还强烈依赖于地幔熔融时的热状态：在低程度部分熔融（即围岩橄榄岩贡献较小）条件下，再循环物质（即橄榄岩中的交代脉体）的同位素信号能够更有效地传递至最终的岩浆产物。相关成果发表后，引发了国际同行的广泛关注。《National Science Review》也随之在线发表刊发了由Si同位素领域专家、英国圣安德鲁斯大学Paul Savage博士撰写的专题评述“Heavy melts, light residues: New research identifies the potential importance of Si isotope fractionation in subducting slabs”，详细介绍了王强研究员团队的最新研究成果。Savage博士指出，该团队提出的"俯冲板片熔体交代形成重硅同位素地幔储库"模型，揭示了地表再循环物质对地幔Si同位素不均一性的调控机制，并评价道："This new work adds to a valuable collection of papers which have allowed new insights into how the composition of Earth’s mantle may be affected by subduction zone input and processing." 论文第一作者为刘懋锐博士研究生和王军副研究员，韦刚健研究员、徐义刚院士、崔泽贤工程师、杨晴高级工程师、A.C. Kerr教授和D. Wyman教授等为本文重要合作者，王强研究员为通讯作者。该研究受到深地国家科技重大专项项目、国家自然科学基金创新群体项目及国家自然科学基金面上项目等项目的联合资助。论文信息：Mao-Rui Liu† (刘懋锐), Jun Wang† (王军), Ze-Xian Cui (崔泽贤), Gang-Jian Wei (韦刚健), Qing Yang (杨晴), Yi-Gang Xu (徐义刚), Andrew C. Kerr, Derek Wyman, Jiang-Hao Bai (白江昊), Guan-Hong Zhu (朱冠虹), Lin Ma (马林), Lu-Lu Hao (郝露露), Jin-Sheng Zhou (周金胜), Jing-Jing Fan (范晶晶), Tong-Yu Huang (黄彤宇), Miao-Yan Zhang (张妙燕), Qiang Wang* (王强), 2025. Discovery of a heavy silicon isotope mantle reservoir. National Science Review nwaf410. https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf410. 评述论文信息：Savage, P. S., 2025. Heavy melts, light residues: New research identifies the potential importance of Si isotope fractionation in subducting slabs. National Science Review nwaf469. https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf469.

2025-11-11

广州地化所李静、王伟民、张干等-ES&T：耦合植物放射性碳和贝叶斯反演的城市碳排放核查实践

近日，中国科学院广州地球化学研究所研究员张干团队在利用植物放射性碳（14C）约束与贝叶斯反演进行城市尺度化石源二氧化碳排放（CO2ff）核查方面取得新进展。团队将基于植物 14C估算的 CO2ff 与大气传输—反演框架深度耦合，构建出一套低成本、可扩展且面向治理的碳排放独立核查方法。相关成果于10月22日发表于国际期刊《Environmental Science & Technology》。化石能源燃烧是导致大气CO2 浓度上升和全球气候变暖的主要原因。城市作为化石源CO2排放最为集中的地表单元，其排放核查难度极大。受源活动数据不完整且滞后、排放因子变化范围大以及空间分辨率不足等因素影响，传统“自下而上”的排放清单不确定性高达约50%。因此，迫切需要建立独立且可落地的碳核查技术手段，以校验排放清单、支撑减排决策。 14C能够可靠地量化 CO2ff 与自然生物源排放CO2的相对贡献。草本植物作为“被动采样器”，可在一个生长季内整合周到月时间尺度的信号，采样成本低，适用于高空间分辨率的城市网格化采样和14C分析。大气模型反演则能将基于植物14C推导的CO2ff浓度转化为排放通量与年度排放总量，实现化石源CO2排放清单“自上而下”的独立校验和城市碳排放核查。据此，中国科学院广州地球化学研究所张干研究员和李静博士后与深圳市生态环境监测中心站副研究员王伟民等科研人员合作，建立了植物 14C 与贝叶斯反演深度耦合的技术方法（图1），并将其应用于深圳市化石源CO2排放清单的校验，取得了良好的实践效果。研究团队在深圳构建了 5×5 km2 网格，对70个采样站点的草本植物进行14C分析（图2），获得了对生长季大气 14CO2 的高密度、时间整合约束，为贝叶斯反演提供了充足数据和高分辨率网格空间覆盖。研究团队发现，尽管ODIAC（2022 年，135.8 Mt/年）、MEIC（2020 年，30.7 Mt/年）等两套先验清单在化石源CO2排放总量与空间分布上存在巨大差异，在统一的网格与误差设定下，植物14C—贝叶斯方法仍能将二者反演到一致的后验水平（图3），这表明植物 ¹⁴C 观测对先验误分配与总量偏差具有强约束与校准能力。在空间分布上，后验结果识别出深圳西北部为主要热点区（图3），与 CO2ff 观测格局和土地/设施分布相吻合。共排放协同分析表明，PM2.5、PM10、NO2、CO 与 CO2ff 的像元尺度相关性显著（Pearson r ≈ 0.56–0.76；秩相关 ρ ≈ 0.53–0.85），而 SO2 与 CO2ff 基本无关（r = 0.006，ρ = −0.004），反映出相关污染物的有效减排管控（图4）。研究团队还揭示并纠正了先验清单的空间误分配问题，即以人口/夜光为代理的清单在深圳市中心—南部居住区偏高、在西北工业区偏低（图5），而后验清单在全域上对其完成了系统校准，为“热点区优先减排、分区分类施策”的政策设计提供了直接依据。依托该观测—传输耦合技术体系，深圳市后验总排放稳健收敛至约 59.2 Mt CO2/年，低于ODIAC清单估算值，但高于MEIC清单估算值。在方法学层面，研究团队系统展示了“草本植物 14C + 贝叶斯反演”在城市尺度的联合应用潜力。以 0.05°×0.05° 分辨率构建源—受体关系，计算雅可比矩阵并在贝叶斯框架下最小化目标函数，统一将后验通量换算为月/年总量，为“生长季14C—年尺度排放”的一致表达提供了标准化流程。该流程与公开基线（如我国瓦里关站）及清单数据协同使用，可在数据受限地区快速搭建城市排放核查体系。该研究强调，观测驱动的城市排放核查可与清单互证，支撑城市级“碳热点”定位、工业源治理优先级排序与年度排放核查，是支撑实现区域碳减排目标与碳中和路径的有力技术手段。该研究受到国家自然科学基金重点项目（42330715）和青年基金项目（C类）（42203081）、广东省基础与应用基础基金项目（2022A1515011851）、和中国博士后科学基金（2021M693184）等项目的资助。李静为论文的第一作者，张干和王伟民为共同通讯作者。中国科学院大气物理研究所韩鹏飞、广东省生态环境监测中心陈多宏、张涛等为主要合作者。论文信息：Jing Li（李静）, Boji Lin（林勃机）, Weimin Wang（王伟民*）, Pingyang Li（李平阳）, Jun Li（李军）, Pengfei Han (韩鹏飞)，Wenbiao Feng（冯文彪）, Zhineng Cheng（成志能）, Sanyuan Zhu（朱三元）, Tao Zhang（张涛）, Duohong Chen（陈多宏）, and Gan Zhang（张干*）. "High-Resolution Mapping of Fossil Fuel CO2 Using Plant Radiocarbon and Bayesian Inversion: Toward a City-Scale Emission Audit." Environmental Science & Technology 2025.原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c09553图1：基于植物 ¹⁴C 与贝叶斯反演的碳排放核查方法（概念图）图2：深圳市植物 Δ¹⁴C 的空间分布。洋红色圆点表示实测的 Δ¹⁴C 值，背景克里金插值估计。图3：使用 ODIAC 作为先验的反演结果。左列展示基于观测得到的 CO2ff 空间分布 (a)、初始模拟 (b，使用先验排放) 与优化后模拟 (c，使用后验排放)；中列给出先验排放 (d)、后验排放 (e) 及二者差值 (f)；右列包含模拟值与观测值的散点对比图 (g)、误差指标 (h，MAE、RMSE、MSE、ME)，以及各采样点的 CO2ff 浓度 (i) （MAE：平均绝对误差，RMSE：均方根误差，MSE：均方误差，ME：平均误差）。图4：2022 年深圳市基于 Δ14C 推导的 CO2ff 排放、空气污染物与工业企业的空间分布。左侧两列依次为： (a) CO2ff 浓度（ppm），(b) 细颗粒物 PM2.5（µg m⁻³），(c) 可吸入颗粒物 PM10（µg m⁻3），(d) 二氧化氮 NO2（µg m⁻3），(e) 一氧化碳 CO（mg m⁻³），(f) 二氧化硫 SO₂（µg m⁻3）。各图的颜色梯度表示对应污染物的浓度水平，洋红色圆点为观测值。右列各图为： (g) 具有 CO2 排放的工业企业分布，(h) 全部工业企业分布，(i) 工业企业核密度估计（KDE）热力图，突出工业密度较高与潜在排放源区域。图5：深圳市多种城市指标与 CO2ff 清单排放的空间分析。图中展示了关键城市要素及不同清单来源的 CO2ff 排放分布：(a) LandScan 2022 的人口密度，采用对数尺度以突出差异；(b) VNL 2022 的夜间灯光强度，指示城市活动与发展；(c) OSM 2025 的交通（蓝）与工业（红）用地；以及基于不同排放清单的 CO2ff 排放估算：(d) ODIAC 2022，(e) MEIC 2020，(f) CHRED 2018。使用不同的颜色刻度表示排放强度。

2025-10-31

广州地化所雒恺、马金龙、韦刚健等-GCA：稳定钕同位素揭示花岗岩风化与稀土矿化

化学风化作用是稀土元素（REE）活化、迁移和富集成矿的关键地质过程。在风化淋积型稀土矿床的形成机制中，稀土元素在化学风化过程中的迁移与富集行为尤为关键。近年来，钕（Nd）及其稳定同位素在表生地球化学过程中的行为引起广泛关注，研究表明其在指示风化过程与矿床成因方面具有重要潜力。然而，花岗岩风化过程中稳定Nd同位素的分馏机制尚不明确，其对风化淋积型稀土矿床形成的指示意义亦有待系统阐释。针对上述科学问题，中国科学院广州地球化学研究所博士后雒恺与马金龙正高级工程师、韦刚健研究员等合作，以广东佛冈花岗岩风化剖面为研究对象，系统分析了全岩及不同化学相态提取物的稳定Nd同位素组成（δ146Nd），揭示了花岗岩风化过程中稳定Nd同位素的分馏行为与机制，并评估了Nd风化通量对稀土成矿过程的影响。文章主要结论如下：（1）全岩样品中Nd含量介于23.4–175 μg之间，Nd迁移率（τNd,Ti）变化范围为-47.3%–787%，表明风化层中Nd总体呈富集状态，仅在表层0–2米有少量浸出（图1）。全岩δ146Nd值介于0.063‰–0.117‰，其中Nd富集层位与δ146Nd峰值区间高度吻合，指示同位素分馏与元素富集之间存在耦合关系（图1）。土壤化学提取物结果显示，可交换相、结晶Fe（氢）氧化物和残余相中Nd含量分别为11.0–36.9 μg、1.67–12.4 μg和0.96–12.5 μg，占比分别为34.2%–66.4%、6.65%–18.8%以及1.69%–38.6%。各提取物的δ146Nd值存在差异：可交换相偏重（-0.039‰–0.061‰）、残余相偏轻（-0.099‰–-0.036‰）、结晶Fe（氢）氧化物与全岩样品相近（-0.079‰–-0.017‰），这一结果表明，不同地球化学相态在Nd同位素分馏中扮演着不同角色。（2）可交换相中富集重Nd同位素，其主要通过阳离子交换与表面外圈络合物吸附于高岭石。而在结晶Fe（氢）氧化物中，轻Nd同位素占主导，其吸附机制涉及结构扭曲与内圈络合作用，反映出不同相态对Nd同位素的选择性吸附是导致同位素分馏的关键过程。（3）基于风化通量定量化计算模型，估算出佛冈花岗岩风化过程中的Nd元素通量为-0.22–0.27 g/cm2/Myr、从而引起的稳定Nd同位素分馏为-0.004–0.002‰（图2）。Nd通量的变化反映了风化过程中元素的淋失与累积动态，正值指示Nd的富集，与稀土成矿过程密切相关。进一步估算表明，富含稀土元素的花岗岩风化形成具经济价值矿床所需时间约为13–70百万年。这一时间范围与华南地区燕山期（侏罗纪–白垩纪）高分异花岗岩的形成时代高度吻合。该期花岗岩以富含稀土矿物为特征，在新近纪温暖湿润气候条件下经历强烈化学风化，促使稀土元素从原生矿物中释放并发生次生富集。因此，燕山期花岗岩不仅提供了成矿物质基础，其特有的地球化学属性（如高稀土含量、易风化矿物组成等）也直接控制了矿床的规模与品质（图3）。本研究系统揭示了花岗岩风化过程中稳定Nd同位素的分馏行为与机制，明确了不同地球化学相态对稳定Nd同位素组成的影响，反映了吸附机制与矿物载体对同位素行为的控制作用。Nd通量分析进一步证实花岗岩风化过程中Nd的富集是形成风化淋积型稀土矿床的关键。该项成果不仅深化了对稀土元素表生地球化学行为的理解，也为风化淋积型稀土矿的成因机制与找矿预测提供了同位素地球化学依据。雒恺为该论文第一作者，马金龙正高级工程师为通讯作者，中国科学院广州地球化学研究所韦刚健研究员为主要合作者。相关成果近期发表于国际知名地学期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》。该项研究受到国家重点研发计划的资助。论文信息：Luo,K.（雒恺）,Wang,R.-J.（王日晶），Zhu,G.-H.（朱冠虹），He,X.-Y.（何昕悦），Wei,G.-J.（韦刚健），Ma,J.-L.（马金龙）（2025）. Granite weathering and rare earth mineralization: Insights from stable neodymium isotope in tropical saprolites. Geochimica et Cosmochimica Acta,doi: 10.1016/j.gca.2025.10.004. 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.10.004图1. 花岗岩风化剖面全岩样品中（a）Nd浓度和（b）Nd迁移率（τNd,Ti）的变化；（c）全岩样品和不同化学提取相态的δ146Nd值；（d）不同化学提取相态中Nd的比例。图2. 花岗岩风化剖面中τNd,Ti与（a）Nd元素通量（NdFlux）以及（b）Nd同位素通量（δ146NdFlux）的关；化学蚀变指数（CIA）与（c）NdFlux和（d）δ146NdFlux的关系。黑色五角星代表未风化基岩，红色圆点代表Nd积累量显著的样本，编号为TT-5、TT-6、TT-8和TT-9。图3. 风化淋积型稀土矿床形成示意图

2025-11-17

广州地化所李震、李鹏飞等-EPSL：从水系重组看冈瓦纳造山运动驱动晚三叠世全球变冷

地球长期气候演变受碳循环平衡所影响，火山活动等地幔脱气过程向大气中输入二氧化碳，而硅酸盐岩风化作用则持续消耗二氧化碳。在短时间尺度上，地幔柱相关的大火成岩省喷发可释放巨量二氧化碳，引发全球性的急剧升温。在长时间尺度上，海底扩张通过改变洋中脊系统的规模影响全球碳排放通量，而大陆弧岩浆活动具有双重作用，既通过火山喷发排放二氧化碳，又通过构筑高地形促进硅酸盐岩风化以消耗二氧化碳。造山运动所驱动的硅酸盐岩风化作为地球重要的“恒温器”，可实现对气候的长期稳定调控，但在深时记录中识别与厘清其全球性影响仍是学界面临的挑战。为此，中国科学院广州地化所李鹏飞项目团队以青藏高原特提斯喜马拉雅序列为研究对象，通过沉积物源分析所识别的水系重组证据，并结合构造重建，揭示了地球历史上一次规模宏大的“河流重组”事件及其对全球气候系统的深远影响。特提斯喜马拉雅保存了冈瓦纳大陆北缘古生代以来的连续海相沉积，为研究大陆尺度物源与水系演变提供了理想载体。项目团队系统分析了该地区12,505颗碎屑锆石U-Pb年龄，并结合Hf同位素组成特征、多维标度分析及定量物源模拟，发现在晚三叠世之前，冈瓦纳北缘碎屑锆石主要源自其内部的前寒武纪古老基底和泛非造山带，而在上三叠统地层中则突然出现了约占总量30%、年龄为2-3亿年的年轻锆石组分，而这一年轻组分来源于远在数千公里外的冈瓦纳大陆南缘——一条绵延约1.8万公里、名为“Terra Australis Orogen”的宏伟造山带。冈瓦纳大陆北缘在晚三叠世出现的这一物源突变，以及跨越大陆尺度的物源联系，共同指示了当时冈瓦纳大陆上发生了重要的水系重组事件，形成了横贯大陆的巨型河流系统，将冈瓦纳南缘造山带物质长距离输送至北部被动大陆边缘（图1）。这一河流系统的形成受控于二叠纪–三叠纪冈瓦纳造山运动(Gondwanide orogeny)所引发的大规模山脉隆升，其不仅改变了大陆的水系格局与河流流向，还通过增强的硅酸盐风化作用持续消耗大气CO₂，最终成为驱动晚三叠世全球气候变冷的关键机制。全球海水锶同位素（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr）值在晚三叠世的显著升高，为大陆风化通量激增提供了直接证据，而同时期碳酸盐岩碳同位素（δ¹³C）的负偏趋势，进一步支持了风化增强导致的碳酸盐埋藏增加（图2）。该项研究通过解读特提斯喜马拉雅沉积岩中的碎屑锆石记录，刻画了晚三叠世冈瓦纳大陆上河流万里奔袭的壮阔图景，揭示了其背后的驱动机制及其对全球气候的深远影响。该研究将深时地质时期的构造事件、地表过程与全球气候变化有机联系，系统阐释了地球多圈层之间复杂而深刻的相互作用，为揭示 “构造-地貌-气候”耦合机制提供了典型范例。论文信息：Li,Z. (李震),Li,P.* (李鹏飞*),Rosenbaum,G.,Cawood,P. A.,Wang,Q. (王强),Yuan,C. (袁超) & Shen,J. (沈俊) (2025). Rivers of change: the Tethyan Himalaya records how the Gondwanide orogeny altered Late Triassic global climate: Earth and Planetary Science Letters,671,119687. 论文链接：https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119687图1、晚三叠世冈瓦纳大陆水系格局重建图。图2、晚三叠世海洋锶同位素、碳同位素与古气候指标演化特征。(a)该时期海水⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值的显著升高，指示大陆硅酸盐风化作用持续增强；(b)碳酸盐岩δ¹³C值的降低，反映碳酸盐埋藏相对增加而有机碳埋藏相对减少;(c-d)晚三叠世大气CO₂浓度与基于氧同位素估算的全球温度呈现总体下降趋势。

2025-10-31

广州地化所何柳青、朱建喜、Michael Hochella等-ES&T文章：在超积累植物中发现纳米粒径稀土磷酸盐矿物镧独居石及其意义

稀土元素有“工业维生素”之美誉，是人工智能、新能源、国防等重点领域不可或缺的核心战略资源。然而，传统的开采工艺不仅造成严重的环境破坏等问题，还受到资源稀缺等因素制约，使稀土成为全球供应链中风险最高的战略性资源之一。在此背景下，实现稀土资源的绿色可持续开发已成为当前国际学术界和产业界共同关注的重要研究方向。植物采矿技术（Phytomining）作为一种新兴的绿色稀土获取方式，通过种植超积累植物，将土壤中的稀土富集到植物地上部，不仅有望回收稀土，还能共同实现尾矿生态修复，被视为一种更清洁可持续的开采途径。为探索超积累植物对稀土元素的富集机制，中国科学院广州地球化学研究所博士生何柳青在导师朱建喜研究员的指导下，与美国弗吉尼亚理工大学荣誉教授Michael Hochella合作，共同开展了相应的研究工作。经过前期调查与分析，团队将研究目光聚焦于一种名为“乌毛蕨”（Blechnum orientale）的蕨类植物上。乌毛蕨不仅为华南地区风化壳型稀土矿区的优势植物，还是稀土元素的超积累植物。它能够将稀土超积累到叶片中，并继承稀土矿土壤中富轻稀土的特征。图1 稀土超积累植物分布与筛选（研究团队供图）. 团队通过微区X射线荧光光谱和扫描电镜分析，成功定位了乌毛蕨体内稀土富集的位置——叶脉维管束、栅栏组织及表皮层。利用高分辨透射电子显微镜和电子能量损失谱，结合电子显微三维重构技术，团队进一步揭示了其植物体内稀土的微观赋存形态：稀土主要以磷酸盐矿物形式沉积并矿化在细胞外区域，形成纳米级的多晶镧独居石（monazite-(La)）颗粒聚集体，其晶体形态是类似小灌木的枝晶，反映了一种非平衡态环境下的结晶产物。这一发现表明，乌毛蕨不仅具有从表土中超强富集稀土的能力，还能诱导稀土在植物体特定部位内矿化为化学性质更稳定的磷酸盐稀土矿物。这一过程实际上是植物的自我保护机制，类似于将潜在毒性的稀土离子“封装”在矿物结构中，从而实现钝化与解毒。尽管人们已知微生物和动物能在生物体内“造矿”，例如趋磁细菌合成的纳米磁铁矿，贝壳及珊瑚沉积形成的方解石和文石，动物牙齿和骨骼中矿化的磷灰石等。但植物界的“矿物制造能力”在此前一直被低估。已知的植物矿物仅有少数几种，如方解石和草酸钙石等钙质晶体以及植硅体。本研究首次在乌毛蕨中发现稀土纳米矿物结晶矿化现象，不仅刷新了我们对植物矿物形成的认知，还为植物对重金属积累过程中的富集和解毒机制研究提供了新的方向，也为近千种已知超富集植物的研究开辟了新方向。工业上常见的独居石通常在岩浆或热液过程中形成，且常伴生放射性铀、钍等元素，具有开采处理的复杂性。而乌毛蕨在常温常压下形成的“生物独居石”纯净且无放射性，展现出良好的绿色提取潜力。因此，本研究不仅为理解超积累植物的生物矿化机制提供新窗口，也为未来稀土的可持续开发提供了新思路：即通过种植乌毛蕨等超积累植物，能够在修复稀土尾矿区生态环境的同时，从植物中回收高价值稀土，实现“边修复、边回收”的绿色循环开采模式。图2 稀土元素在乌毛蕨组织内经生物矿化作用形成镧独居石（monazite-(La)）纳米多晶聚集体；电子三维重构技术显示了粒径为几百纳米的枝状晶颗粒形貌图3 稀土纳米颗粒的生物矿化特征；（A）稀土纳米颗粒HAADF-STEM图；（B-D）纳米颗粒内部高分辨图；（E）稀土纳米颗粒的选区电子衍射表征，Mnz-(La)为monazite-(La)；（F-H）独居石纳米晶体定向附着高分辨图；（I-J）独居石纳米晶体FFT图该研究得到了国家自然科学基金，中国科学院战略重点研究计划等项目的联合资助。相关成果在国际学术期刊《Environmental Science & Technology》并以补充封面文章形式发表。图4 期刊补充封面论文信息： Liuqing He (何柳青),Haiyang Xian (鲜海洋),Yiping Yang (杨宜坪),Jielong Cao (曹杰龙),Hongmei Yang (杨红梅),Jieyang Xie (谢捷洋),Jiaxin Xi (席佳鑫),Yixuan Yang (杨奕煊),Shan Li (李珊),Runliang Zhu (朱润良),Xiaoliang Liang (梁晓亮),Hongping He (何宏平),Michael F. Hochella Jr.*,Jianxi Zhu* (朱建喜). Discovery and Implications of a Nanoscale Rare Earth Mineral in a Hyperaccumulator Plant. Environmental Science & Technology,2025. DOI: 10.1021/acs.est.5c09617.论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.5c09617

2025-11-11

广州地化所郭昊、张艳利等-JGR-A：改进单萜烯光温算法提升对臭氧和SOA的模拟

生物源挥发性有机物(BVOCs)是生成臭氧和二次有机气溶胶(SOA)的重要前体物，其中单萜类化合物约占全球BVOCs排放总量的15%。长期以来，大气化学传输模型通常假设单萜烯排放主要受温度驱动，而对光照因素考虑不足。最新外场原位观测表明，在热带和亚热带地区，单萜烯排放也有光依赖性，且不同单萜烯物种存在差异，忽视这一排放影响因素可能最终影响臭氧和SOA模拟。针对这一问题，中国科学院广州地球化学研究所王新明研究员和张艳利研究员课题组郭昊副研究员等，基于前期研究组华南地区典型树种野外实测，在更新模型本地化排放因子进行模拟的基础上，本研究进一步对广泛应用的MEGAN2.1这一BVOCs排放模型中光温响应算法进行了更新，并将其嵌入大气化学传输模型WRF–CMAQ中，对华南地区2022年典型季节BVOCs排放和二次污染物生成进行了模拟。结果显示，改进后的算法使我国华南地区单萜排放量冬季减幅高达60%，夏季减幅约达9%（图1a）；降低了臭氧模拟值与观测值的平均标准化偏差(MNB)，使模拟与观测的差值降低了9-19%（图1b）；华南地区夏季臭氧的日最大8小时平均浓度（MDA8 O₃）相应下降约3%–7%（最高减少2 ppb），二次有机气溶胶（SOA）浓度下降10%–24%（最高减少1.2 μg/m³）（图2）。引起该变化的原因，主要是大气氧化能力（AOC）的降低以及单萜烯氧化生成SOA途径的转变（图3）。本研究通过基于原位观测的算法更新，从而提升了对BVOCs排放及其二次污染物生成模拟的准确性。然而，未来还需要在更多植被类型和气候条件下开展长期现场原位观测，以进一步完善BVOCs排放的光响应算法，并将更近真实大气下单萜烯的氧化机制纳入模型，从而推动区域空气质量模拟向更好反映BVOC影响作用。本研究受到国家自然科学基金委创新研究群体项目、青年基金C类、广东省科技厅、广州市科技局等项目的联合资助。相关研究成果近期发表于Journal of Geophysical Research: Atmospheres。论文信息：Guo,H. (郭昊),Zhang,Y.* (张艳利),Ran,H. (冉浩汎), Zeng,J. (曾建强),and Wang,X. (王新明), 2025. Improving Light‐Dependent Monoterpene Emission Parameterizations to Enhance Chemical Transport Model Predictions of Ozone and SOA in South China,Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 130(20),e2025JD044435. https://doi.org/10.1029/2025JD044435图1 算法更新前(Default)后(Updated MTs)，(a)广东省四季单萜烯排放量估算对比；(b)臭氧观测值与模拟值逐小时浓度平均标准化偏差(MNB)对比（红线表示U.S. EPA标准值）图2 算法更新前(Default)和后(Updated MTs)；(a)夏季臭氧日最大8小时平均浓度(ppb);(b) SOA浓度(μg/m3 )的模拟值对比图3 算法更新前(Default)和后(Updated MTs)，夏季珠三角地区 (a)大气氧化性与 (b)不同SOA生成途径[半挥发性产物(SVOC)、低聚物(OLGM)、乙二醛(GLY)和甲基乙二醛(MGLY)]的变化

2025-10-24

广州健康院发现限制人多能干细胞发育潜能的新机制

近期，中国科学院广州生物医药与健康研究院发表了题为“USP7 restricts lineage potency in human embryonic stem cells through modulating mTOR activity”的研究论文。该研究揭示了一种限制人多能干细胞发育潜能的关键因子——去泛素化酶USP7，并阐释其通过去除mTOR 蛋白上非经典K63多泛素化修饰，从而调控 mTOR 活性的全新机制。近期，中国科学院广州生物医药与健康研究院发表了题为“USP7 restricts lineage potency in human embryonic stem cells through modulating mTOR activity”的研究论文。该研究揭示了一种限制人多能干细胞发育潜能的关键因子——去泛素化酶USP7，并阐释其通过去除mTOR 蛋白上非经典K63多泛素化修饰，从而调控 mTOR 活性的全新机制。细胞发育潜能限制哺乳动物胚胎发育起始于受精卵，随后经历连续的谱系分化，最终形成完整个体。在早期胚胎发育中，细胞第一次命运分离发生在囊胚期，由全能性（totipotent）细胞分化为胚胎内的内细胞团(ICM)和胚外的滋养外胚层(TE)。ICM细胞虽保留分化为机体所有细胞类型的潜能，但向滋养外胚层等胚外组织（ExE）的发育潜能受到限制。的确，来源于ICM的体外培养人胚胎干细胞（human embryonic stem cells，hESCs)属于多能性（pluripotent）细胞，展示有限的胚外组织潜能。这种从全能性向多能性的转变标志着细胞谱系发育潜能的限制，然而其内在决定机制尚不明确。删除USP7，细胞潜能被释放研究人员首先发现，USP7缺陷的人胚胎干细胞表现出较强的单细胞存活能力。将这些细胞在拟胚体培养基中培养可形成拟胚体结构，随后，当它们被转入不含特定形态发生素的囊胚培养基（IVC）后，可自发形成类似囊胚的结构并表达胚外谱系（ExE）标志物，相比之下，野生型人胚胎干细胞无法呈现类似囊胚的结构也不表达胚外谱系标志物。进一步地，研究人员将这些类囊胚结构的聚集体进行贴壁培养后发现其能够产生胚外的滋养层亚类细胞—绒毛外滋养层细胞和合体滋养层细胞，同时还形成了卵黄囊腔和羊膜腔典型胚胎腔结构。这些结果表明，USP7就像人胚胎干细胞发育潜能的“刹车”，限制了它向胚外组织发育，即敲除USP7解除了人胚胎干细胞的胚外谱系发育限制，并具备了模拟早期植入后胚胎发育、形成复杂胚胎样结构的能力。背后的机制：mTOR信号的调控研究人员进一步探索USP7限制胚外潜能的作用机制，发现USP7敲除后，mTOR蛋白上的非经典K63泛素链无法被去除，从而导致mTOR蛋白磷酸化水平上升，并增强mTOR信号通路活性，这使得细胞内蛋白翻译水平上调，尤其是多能性标志物的蛋白水平增加，最终导致人胚胎干细胞的胚外谱系限制被解除。简而言之，USP7通过去除非经典的K63多泛素化而减弱mTOR活性，进而限制人胚胎干细胞的胚外发育潜能。综上，研究团队鉴定了USP7介导的非经典K63泛素化去除这一关键内源机制，阐明了其如何限制人胚胎干细胞的胚外谱系发育潜能。同时，研究也暗示蛋白翻译控制在早期细胞命运决定中发挥着至关重要的作用。这些发现不仅揭示了细胞发育潜能限制的多维调控，而且有助于优化模拟体外胚胎早期发育过程的培养体系。潘光锦研究员和单永礼副研究员为论文的共同通讯作者，邢琦博士、李菲博士、硕士生冯瑶为论文的共同第一作者。该研究工作由中国科学院广州生物医药与健康研究院、中国科学院香港创新研究院再生医学与健康创新中心等单位合作完成，并得到了国家重点研发计划、中国科学院、国家自然科学基金委、中国科学院青年创新促进会、广东省及广州市科技计划等项目的资助。论文链接图1 USP7通过调节mTOR信号通路调节胚胎干细胞发育潜能

2025-11-24

华南植物园揭示毛竹入侵削弱森林碳汇功能并提高潜在健康风险

毛竹（Phyllostachys edulis）入侵是一种典型的生物入侵现象，其强大的地下根茎系统使其能够快速取代原生植被，重塑森林生态系统结构与功能。然而，毛竹入侵对生态过程的深层影响，尤其是对土壤微生物碳循环功能及其潜在的公共健康风险的影响，长期以来缺乏系统研究。本研究沿毛竹入侵路径设置三个入侵水平（0%、50%、100%），通过宏基因组测序与高通量扩增子测序与Meta分析，系统揭示毛竹入侵对土壤微生物群落及生态功能的影响，系列进展主要涉及以下两个方面：（一）毛竹入侵导致土壤微生物群落确定性组装增强，抗生素抗性基因（ARGs）与毒力因子（VFs）丰度显著提高，尤其在郊区和城市地区表现突出。结果表明，毛竹入侵通过改变土壤pH及养分状况促进携带抗性和毒力基因的微生物类群富集，而人工恢复措施可有效降低其丰度，减缓潜在健康风险。该研究成果以“Elevated public health risks from changes in microbial communities mediated by Moso bamboo invasion”为题发表在Environmental Research（IF5-year :7.7）上。中国科学院华南植物园鼎湖山站已毕业硕士研究生陈锐佳为论文第一作者，周曙仡聃副研究员为通讯作者，刘菊秀研究员参与指导。该研究得到国家自然科学基金、广东省重点研发计划等项目资助。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.envres.2025.122215（二）毛竹入侵显著降低了土壤细菌群落多样性与网络复杂性，抑制了与碳循环相关的关键功能基因，导致土壤有机碳含量显著降低。通过Meta分析进一步验证了毛竹入侵普遍导致土壤有机碳含量降低的趋势。表明毛竹入侵通过改变土壤理化性质削弱微生物碳循环潜力，从而影响森林碳汇功能。该研究成果以“Soil Organic Carbon Decline under Bamboo Invasion: The Role of Microbial Carbon Cycling”为题发表于国际学术期刊 Journal of Environmental Management（IF5-year :8.6）上，中国科学院华南植物园鼎湖山站硕士研究生孟楚舒为论文第一作者，周曙仡聃副研究员为通讯作者，刘菊秀研究员参与指导。该研究得到国家自然科学基金、广东省重点研发计划等项目资助。文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.127999 图1. 毛竹入侵程度、土壤性质以及细菌和真菌多样性对ARGs和VF相对丰度的影响图2. 毛竹入侵对土壤有机碳含量的影响

2025-11-23

亚热带生态所陈洪松研究员团队在西南喀斯特坡地水文过程补给机制方面取得新进展

碳酸盐岩广泛发育形成的喀斯特地貌覆盖全球陆地面积约15%，为全球约1/4人口提供稳定的水资源供给。美国东部、欧洲地中海沿岸及中国西南地区构成三大喀斯特地貌集中分布区，其中中国西南是全球喀斯特连续出露面积最大的区域。碳酸盐岩广泛发育形成的喀斯特地貌覆盖全球陆地面积约15%，为全球约1/4人口提供稳定的水资源供给。美国东部、欧洲地中海沿岸及中国西南地区构成三大喀斯特地貌集中分布区，其中中国西南是全球喀斯特连续出露面积最大的区域。该区域碳酸盐岩质地纯正且结构致密，叠加温暖湿润的亚热带季风气候，为碳酸盐岩的化学溶蚀作用创造了优越条件，塑造了独特的“二元三维”水文地质结构，具有地土壤层浅薄、地下基岩裂隙网络发育的基本特征。这种特殊结构导致入渗与多界面径流过程呈现高度复杂性，在气候变化背景下进一步加剧了旱涝灾害带来的不确定性。山坡是西南喀斯特地貌的主要组成单元，决定了流域水文通量及其响应特征。目前，已有研究主要围绕对降雨过程中入渗和产流过程的描述与解析，基本弄清了以岩土结构为主导作用影响下的入渗-产流模式。尽管如此，但现有研究对坡地入渗-产流补给机制认识较为欠缺，结构对水文过程的调控机理仍需要进一步厘清，上述问题的解决将极大深化对喀斯特关键带复杂水文过程的认识，服务于区域水文水资源管理。中国科学院亚热带农业生态研究所陈洪松研究员团队在广西环江通过水稳定同位素示踪技术，揭示了坡地土壤厚度对入渗和径流水补给特征的影响机制。该研究选取两处土壤厚度差异显著的山坡，通过长期原位监测获取土壤水和径流样本，并测定其氢氧稳定同位素组成。基于分段同位素平衡模型，量化了降雨对可移动水的补给比例、平均滞留时间及干旱期径流的蒸发损失比例。结果表明，渗透性更高的浅土山坡具有快速的水分补给特征，表现为更高的雨水补给和水分蒸发损失比例及更短的水分滞留时间（图1）。厚土山坡补给比例和滞留时间具有极显著的相关性（R2=0.78），而浅土山坡这种快速且复杂的水文特征导致其通过水文参数预测过程的难度更高（图2）。因此，即便是在小流域范围，在水资源优化配置方面也需要考虑进行差异性的管理，而土壤厚度理论上是一个重要的参考指标。该研究为理解喀斯特地区复杂水文过程提供了新视角，对区域水资源管理和防洪减灾具有重要实践意义。相关成果已得到国家自然科学基金、广西自然科学基金和中国博士后项目的资助，论文分别以“西南喀斯特坡地土壤厚度对可移动水补给特征的影响：基于水稳定同位素的观点”和Water stable isotope evidence reveals the impact of soil thickness on mobile water recharge in Karst Hillslopes,Southwest China为题发表在《中国科学：地球科学》中/英文版。论文链接：中文版英文版图1 土壤水及径流补给比例（左）和滞留时间（右）图2 补给比例和滞留时间相互关系

2025-11-23