揭示氮富集提高土壤微生物碳利用效率；开发出低成本高效析氢电催化剂；有机氯污染修复研究获进展

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1 揭示氮富集提高土壤微生物碳利用效率的新机制

植物-微生物-矿物交互作用调控土壤微生物碳利用效率对氮输入的响应

工业革命以来，化石燃料燃烧和农业化肥使用等人类活动导致大气氮沉降增加。持续的氮输入会显著改变陆地生态系统结构和功能。作为表征微生物生理代谢的重要指标，土壤微生物碳利用效率（CUE）决定着微生物将吸收的碳分配至其生长和呼吸的比例，在很大程度上调控着氮输入背景下的土壤碳固持与分解过程。因此，阐明土壤微生物CUE对氮富集的响应机制是准确预测氮输入背景下土壤碳动态的前提。以往研究主要关注氮输入引起的土壤酸化和微生物养分限制对CUE的影响，尚不清楚土壤矿物保护及其调节的土壤碳可获取性的作用。

为解决上述问题，中国科学院植物研究所研究员杨元合团队等以青藏高原高寒草原生态系统为研究对象，依托野外长期氮添加控制实验平台，结合18O-DNA标记、高通量测序等技术揭示了氮添加影响土壤微生物CUE的新机制。研究人员发现，矿物保护作用减弱引起的土壤碳可获取性增加是导致氮输入背景下微生物CUE增加的关键途径。这一发现并不支持“微生物养分限制缓解和土壤酸化导致土壤微生物CUE变化”的传统认识。进一步研究发现，矿物保护作用的减弱与植物多样性下降、真菌群落组成变化以及土壤草酸含量的增加有关。该研究揭示了氮输入通过改变植物-微生物-矿物交互作用调控土壤微生物生理代谢过程的新机制，为准确理解氮富集背景下的土壤碳动态提供了新视角。

内容来源：

https://www.cas.cn/syky/202206/t20220607_4837217.shtml

2 有机氯污染修复与地质杆菌生物多样性研究中获进展

氯代烷烃是一类人工合成、应用于各种工业和农业生产活动中的有机氯化物的统称。由于生产、使用、储存或处置不当等原因，氯代烷烃通过多种途径进入大气、土壤、地下水体系中，成为环境中的常见污染物。有机卤呼吸细菌介导的还原脱氯过程是厌氧环境中包括氯代烷烃在内的有机氯污染物生物降解的主要途径之一。基于有机卤呼吸细菌能量代谢的生物修复方法具有绿色低碳、可持续性强和环境友好等特点，具有广阔的应用前景。

中国科学院沈阳应用生态研究所污染环境微生物生态课题组以污染河流沉积物为接种源，建立了1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷富集培养体系。研究表明，基于河流底泥的富集培养物可将1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷完全脱氯还原为无毒无害乙烯。研究通过16SrRNA高通量测试表明培养体系中存在一株新型有机卤呼吸型地质杆菌（Geobacter），其介导的双脱卤反应将1,2-二氯乙烷和1,1,2-三氯乙烷分别还原脱氯至一氯乙烯和乙烯。该菌株以沈阳应用生态所（Institute of Applied Ecology）英文缩写而被命名为地质杆菌-IAE菌株（Geobacter sp. strain IAE）。16S rRNA系统进化分析表明菌株IAE与可降解四氯乙烯的地质杆菌属lovleyi 种SZ菌株和KB-1菌株高度相似（98.9%-99.7%）。此外，研究通过监测1,1,2-三氯乙烷降解过程中的细胞生长情况揭示了菌株IAE可通过与脱卤球菌（Dehalococcoides）的协同作用实现1,1,2-三氯乙烷完全脱氯至乙烯的过程。

内容来源：

https://www.cas.cn/syky/202206/t20220613_4838010.shtml

3 科研人员开发出低成本高效析氢电催化剂

开发高效、稳定、经济的电催化剂对电解水制氢的发展十分重要。鉴于Ru（钌）具有成本相对低廉和适宜金属-氢键强度的优势，Ru基析氢电催化剂引起了广泛关注，其中构建多耦合活性位点已被认为是促进析氢动力学的有效途径。但是在提高催化剂质量活性时，如何同时实现高通量制氢成为催化剂设计的瓶颈问题。

近期，中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员江河清带领的膜分离与催化研究组与中国海洋大学等单位合作开发出一种氮掺杂介孔碳负载Ru单原子和纳米团簇催化剂（NMC-Ru_SA+NC）。

科研人员研究发现催化剂中Ru主要以单原子RuN₄结构以及Ru纳米团簇的形式存在，二者之间存在电子转移现象。密度泛函理论计算结果表明，Ru纳米团簇和Ru单原子之间的强电子耦合效应加速了水的解离过程，并且优化了金属对H*的吸附强度，从而提高了催化析氢活性。此外，该催化剂的分等级多孔结构可以加速反应物到活性位点的传输，并及时释放生成的氢气。得益于独特的分等级多孔结构和强电子耦合效应，研究开发的催化剂在碱性和酸性条件下表现出优异的电催化析氢性能，并能够在低过电位下实现工业化水平的大电流密度（>500mAcm^-2）。此外，该工作也探究了催化剂实际工业化的应用前景，所开发的NMC-Ru_SA+NC催化剂具有比商业Pt/C催化剂更高的质量活性和更低的制氢成本，展示了其在工业电解水制氢中的应用潜力，为高通量、低成本析氢电催化剂的设计提供了新的见解和思路。

内容来源：

https://www.cas.cn/syky/202204/t20220413_4831295.shtml

4 青藏高原高寒草地对气候变化

和人为影响的响应研究获进展

植被动态及其类型被认为是反映气候的关键指标，受到生态学家和气候学家的关注。目前，从植被带再分布的角度探究气候变暖导致植被向高海拔和高纬度转移的研究较少。近年来，高海拔地区的可持续性发展问题成为联合国可持续发展目标关注的焦点，气候变化的影响及其对高海拔地区植被的效应得到重视。

然而，人类活动常被忽视或仅限于定性分析，难以量化。作为中国四大基本牧区之一的青藏高原牧区在我国具有举足轻重的地位，畜牧业在青藏高原的国内生产总值中占较大比重。随着人口和城市化的发展，奶类、肉类、皮革、毛皮和其他动物产品的需求同步激增。牧民收入与其拥有的牲畜数量高度相关，收入需求的增长刺激了青藏高原畜牧业的过度发展。近几十年来，人类活动对生态系统特别是高寒草地和高寒草甸的影响正在加速和加剧。过度放牧、鼠害、虫害和草地退化常有报道，持续加强的人类活动不利于青藏高原高寒草地系统的可持续发展。目前，气候变化和人类活动已经导致青藏高原（QTP）大部分地区植被退化。有研究指出，气候变化而不是过度放牧是青藏高原大规模植被覆盖变化的主要原因。然而，目前尚不清楚人类活动（主要是牲畜放牧）如何调节青藏高原植被动态气候变化。

基于上述科学问题，中国科学院西北生态环境资源研究院魏彦强研究团队以目前全球最长序列的卫星产品AVHRR/GIMMS归一化植被指数（NDVI）为指标，分析了青藏高原植被带的生长动态变化以及青藏高原对气候变化的敏感性。研究分析了1981-2015年间植被生长的时空动态，通过对青藏高原87个气象站点数据和经济统计数据的相关性分析，检验了气候变化和人类活动的双重影响。研究发现：（1）青藏高原中部和西南部高海拔地区的植被由于气候暖湿化趋势而得到改善。全球变暖导致高海拔地区气温升高而低温天数减少，导致植被生长面积扩大，NDVI呈现一致增长趋势。（2）退化区域主要集中在青藏高原东北部和东部的人、畜密集区。与温和变化的气候趋势相比，人为活动，例如人口和牲畜长期集中在气候相对温和的低海拔山谷谷地，对这些地区的植被施加了更大压力。研究表明，人类活动压力比气候变化的影响更强烈，是对青藏高原高寒草地系统可持续发展及实现可持续发展目标的威胁，对青藏高原植被的保护和可持续发展及管理十分重要。

内容来源：

https://www.cas.cn/syky/202206/t20220614_4838203.shtml

5 光催化饱和氮杂环氧化脱氢新策略

光催化饱和氮杂环需氧氧化脱氢示意图

不饱和氮杂环是重要的有机合成中间体，广泛存在于药物、生物活性分子以及天然产物骨架中。饱和氮杂环的氧化脱氢（ODH）是合成不饱和氮杂环高效简洁的方法。传统基于过渡金属热催化ODH过程往往使用化学计量且环境不友好的氧化剂，存在选择性低、官能团兼容性差等弊端。因此，如何实现温和条件下不饱和氮杂环高效氧化脱氢过程是合成和催化领域关注的研究热点。

近期，中国科学院青岛能源所研究员杨勇带领的低碳催化转化研究组开发出氧空位强化可见光催化氧化脱氢策略，实现了室温条件下不饱和N-杂环芳烃的绿色可持续合成，催化效率高、底物使用范围广、官能团兼容性好。该策略同时实现了具有高生物活性C-核苷类似物的首例光催化高效合成，也适用于可见光甚至日光照射下克级规模的合成，展现出实际应用的潜力。此外，该催化剂在重复使用10次后，依旧保持高催化活性和稳定性。

研究为不饱和氮杂环的合成提供了绿色高效的新催化策略，也为半导体光催化剂的设计及其在催化有机反应中的应用提供了参考和理论基础。

内容来源：

https://www.cas.cn/syky/202206/t20220616_4838560.shtml

排版 | 萝卜娟

审核 | 六朵 苍翼蝴蝶 淡定珠子