科研进展----中国科学院生态环境研究中心

吕永龙研究组水土污染对食品安全的影响及健康风险研究引关注

　　中科院生态环境研究中心吕永龙（第一与通讯作者）研究组于2015年1月在著名期刊Environment International上发表了题为Impacts of Soil and Water Pollution on Food Safety and Health Risks in China （水土污染对食品安全的影响及健康风险）(2015, 77:5-15)的文章。Elsevier近日发函，经Elsevier文章使用报告统计，截至2015年6月，该文章发表仅5个月下载量就达3780次。
　　环境污染和食品安全是目前关系到人类健康的两大主要问题，尤其是水土污染对食品安全的历史累积效应给人体健康带来很大的威胁。污染和日益加剧的食品安全问题已经影响了中国很大一部分居民，因此该地区的状况比其他任何地方都复杂且具有挑战性，水资源短缺、农药使用过量和化学品污染是目前影响中国食品安全最重要的因素。为了满足农业生产的灌溉需求，地表水短缺已导致中国部分地区长期使用污水灌溉，由此带来严重的农田土壤和食品污染问题，尤其是重金属的污染。因此，研究威胁食品安全的农药残留和重金属污染问题，减轻其对人体健康的风险，具有非常重要的意义。文章采用系统分析的方法，将水污染与土壤污染综合考虑，分析了水土污染的时空分布格局及其对农作物质量的影响，特别是土壤中农药和重金属残留对作物质量的影响。研究表明，水土污染对食品安全日益增加的负面效应使越来越多的人罹患癌症的风险，并在局部地区发生了污染风险事故，也在一些发达的水系区域产生了“癌症村”。文章提出食品安全政策应与水土污染管控政策相结合，加强相关水、土、食品、健康、环境等部门的协调与联动，并提出了确保食品安全与人体健康的综合调控政策。
　　该项研究得到了国家国际合作专项（2012DFA91150）、国家自然科学基金（No. 414201040045，No.41371488）和中科院重点部署项目（No.KZZD-EW-TZ-12）等的支持。
　　Yonglong Lu, Shuai Song, RuoshiWang, Zhaoyang Liu, Jing Meng, Andrew J. Sweetman, Alan Jenkins, Robert C. Ferrier, Hong Li, Wei Luo, Tieyu Wang，2015. Impacts of soil and water pollution on food safety and health risks in China, Environment International, 77:5-15.
　　城市与区域生态国家重点实验室
　　2015年8月3日

2015-08-03

杨敏研究组在推动焦化废水处理新技术工程化应用取得重要进展

　　高浓度焦化废水的达标回用或外排是国内焦化企业目前普遍面临的重大难题。中国科学院生态环境研究中心开发的以生物种群调控-反应吸附为核心的焦化废水深度处理工艺，在内蒙乌海广纳日处理700吨的焦化企业污水处理改造中得到成功应用，在来水CODcr和总氮浓度分别为4500-5200mg/L和280-350mg/L的条件下，出水指标可满足国家最新排放和回用标准，吨水处理成本远低于现运行费用。6月20日，乌海市环保局组织了对该达标改造工程的验收，对工程运行效果给予了高度评价，通过焦化废水无稀释处理达标验收。
　　科技开发处
　　2015年6月25日

2015-06-25

生态环境中心在生态系统服务多尺度评估及应用的合作研究中取得重要进展

　　中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室欧阳志云研究组与西安交通大学等单位合作，在生态系统服务多尺度评估及应用研究方面取得重要进展，相关成果在线发表在PNAS上（http://www.pnas.org/content/early/2015/06/10/1406486112）。
　　明确生态系统服务传递过程中多个利益相关者的成本、效益及其时间动态，是科学设计、成功实施保护与发展政策的关键。然而，阐明生态系统服务在哪里产生、传递的时间动态怎样、传递给哪些受益者却又是政策评估的难点。研究组以南水北调中线水源地陕西安康的“移民安置”项目为对象，采用生态系统服务评估模型InVEST（Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）、农户调查等方法，研究了生态系统服务四个尺度利益相关者（移民安置农户、当地政府、下游水资源用户和全球受益者）的成本效益及其时间动态。
　　评估发现：尽管政府短期投入成本远大于其短期效益，但长远来看，移民安置政策增加了生态系统水质净化、土壤保持和固碳服务，将给当地政府、下游水资源用户和全球受益者带来显著的净效益。然而，对移民搬迁农户而言，需要付出较高的安置成本，导致贫困农户由于缺乏支付能力而难以参与移民安置项目，增加移民补贴以及移民安置后的生计扶持、从水质改善和固碳服务增加的受益者中获得补偿等措施将有助于实现项目预期目标。该项研究以生态系统服务的多尺度传递为基础，将生态系统服务与多个尺度利益相关者的福祉有机联系起来，为开展保护与发展政策的综合研究提供了框架和科学方法，研究成果有助于推动保护与发展政策的科学设计、合理评估和高效实施。
　　该研究得到国家自然科学基金、城市与区域生态国家重点实验室自主项目等资助。
　　
保护与发展政策评估框架
　　论文全文链接：
　　http://www.pnas.org/content/early/2015/06/10/1406486112.full.pdf
　　城市与区域生态国家重点实验室
　　2015年6月16日

2015-06-16

生态环境中心开展环境污染物“干细胞毒理学”研究

　　中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室外籍研究员Francesco Faiola研究组结合环境毒理学和干细胞生物学，在国际上首次明确提出研究环境污染物“干细胞毒理学”，相应观点作为Viewpoint发表于Environ. Sci & Technol.。
　　近年来，新型持久性环境污染物数量逐年递增，而相应的毒理学效应尚不明确。越来越多的研究者意识到，建立一个切实有效的人类健康相关的综合性毒理学分析方法迫在眉睫。但传统毒理学研究多依赖于动物模型，尽管近年来该方法已经取得长足进展，却依然面临着成本过高、费时费力以及备受动物伦理争议等诸多问题。相对于传统体外毒理学研究模型的局限性，干细胞技术在毒理学研究中的应用为该领域带来了全新的思路和优势：1）干细胞在污染物的急性毒性测试中往往比普通体细胞更加敏感；2）干细胞在污染物作用下分化的异常表型可以作为胚胎发育毒性的最佳判断标准，可以用来模拟人体胚胎发育的早期阶段；3）干细胞可分化为各种终末端的体细胞，用于不同类型的功能性分析；4）污染物对人类生殖能力的影响普遍受到关注，而多能性干细胞是体外研究污染物对生殖系统影响的最佳模型。
　　干细胞毒理学提供了一个不依赖于动物实验的评价体系，可以完成污染物的各种毒性评价，包括急性毒性、胚胎毒性、发育毒性、器官毒性、生殖毒性和功能毒性评价，同时还可直接对人体健康影响进行多方位分析及评估。干细胞毒理学研究的成果有望为环境污染物的检测、处置与管理提供有效的科学参考。

干细胞毒理学实验方法框图
　　环境化学与生态毒理学国家重点实验室
　　2015年6月1日

2015-06-01

全国生态环境十年变化（2000-2010年）遥感调查与评估项目成果鉴定会在京召开

　　5月25日，中国遥感应用协会在北京组织召开了由环境保护部与中国科学院联合开展的《全国生态环境十年变化（2000-2010年）遥感调查与评估》项目成果鉴定会。
　　项目提出了生态系统“格局-质量-功能-问题-胁迫”的总体框架，建立了遥感和地面结合的“天地一体化”调查评估技术体系，构建了多源数据驱动的遥感调查评估模型方法体系，形成了多尺度多专题相结合的调查评估模式，为开展定期生态环境调查评估奠定了基础。
　　项目全面获取了我国生态系统状况及其动态变化信息，明确了我国生态系统类型构成与格局、生态系统质量、生态服务功能、生态问题现状特征与2000-2010年的变化趋势，深刻揭示了我国生态系统与生态问题变化的驱动力与主要原因，分析了我国生态保护管理的主要问题，提出了新时期生态环境保护对策与建议。项目成果已在多项国家生态保护政策制定、生态保护重点工作和日常管理业务中发挥了支撑作用，并成为新时期我国生态环境保护管理与决策的重要依据，环境与社会效益显著。
　　成果鉴定委员会认为，该项目通过环境保护部与中国科学院3年联合攻关，取得了生态环境遥感调查与评估技术集成创新，填补了我国生态系统状况本底资料、调查评估框架、内容指标体系、技术方法体系等方面的空白，在综合评估技术体系与生态系统综合评估等技术方面的成果国际领先。
　　环境保护部生态司、中国科学院科发局等部门领导，中国科学院生态环境研究中心、中国科学院遥感与数字地球研究所、中国科学院地理科学与资源研究所、环境保护部卫星中心、中国环境科学院、中国环境监测总站、环境保护部南京所、环境保护部华南所、环境保护部规划院等项目各国家级专题主要承担单位的专家和技术骨干出席了会议。

鉴定会会场
　　城市与区域生态国家重点实验室
　　2015年5月27日

2015-05-27

Elsevier生态环境中心40年专辑

2015-05-21

《聚合氯化铝絮凝形态学与凝聚絮凝机理》一书出版发行

　　由科学出版社出版的“聚合氯化铝絮凝形态学与凝聚絮凝机理”一书日前正式出版发行。该书由中国科学院生态环境研究中心环境水质学国家重点实验室冯成洪、毕哲、伍晓红三位的博士论文及发表的十数篇SCI论文编著而成。该书是实验室多年来在“无机高分子絮凝剂”研究方向上工作日臻完善，并形成独特理论体系的背景下，三位博士生继承发展前人研究成果，开拓新的研究点并应用电喷雾质谱新解谱方法提出自己的实验验证，使这一研究系列达到更深入层面。
　　该书由冯成洪主写完成，汤鸿霄，王东升作序。全书以羟基聚合铝为实验研究对象，应用改进的Al-Ferron络合反应动力学吸收光谱、27Al NMR光谱、电喷雾质谱（ESI-MS），原子力显微镜以及混凝实验等技术手段，综合探讨了不同强制水解和自发水解条件下羟基聚合铝的形态分布、结构特征及转化过程，从界面吸附絮凝过程、絮凝动态过程及絮体结构变化、絮凝过程颗粒物间相互作用能变化(DLVO理论)等角度深入研究了羟基聚合铝的凝聚絮凝作用机理、适用条件及其化学计量特性。
　　该书的整理出版，进一步充实了实验室絮凝理论及实践研究的文献系列，为国内读者提供了直接有序的版本，也是继中国建筑工业出版社出版的《无机高分子絮凝理论与絮凝剂》之后反映本领域研究工作进展的又一论著。该书可供水处理、絮凝剂生产及应用、无机聚合物化学化工等方面的科研人员，以及环境领域、给水排水工程等广大高校师生阅读和参考。
　　环境水质学国家重点实验室
　　2015年5月14日

2015-05-15

傅伯杰研究组在植物功能多样性与土壤侵蚀方面取得重要进展

　　在世界范围内，人类为控制土壤侵蚀付出了巨大努力。然而，土壤侵蚀恶化的趋势并未从根本上得到遏制。因为当前的恢复策略过多的聚集于植被覆盖度，忽略了植被的组成和结构，导致大面积的单一植被，而这些植被在控制土壤侵蚀方面效能有限，因为他们冠层和根系结构相对简单。因此，当前的植被恢复方案迫切需要改善，而这种改善必然基于更加深入地理解植被的功能结构和土壤侵蚀的关系。
　　城市与区域生态国家重点实验室景观格局与生态过程研究组博士生朱火星等在导师傅伯杰院士的指导下系统研究了黄土高原半干旱草地群落功能组成对土壤侵蚀的影响。通过群落调查识别了该地区13个主要物种，针对每一个物种，测量了其形态学和力学方面的9个功能性状，结合群落调查数据计算出植物性状的群落加权平均值和功能多样性两个指标，量化群落功能组成。用标准径流小区测量了土壤侵蚀速率。使用多模型推断的方法分析了这些群落功能组成指标对土壤侵蚀的影响。
　　研究发现功能分异度对土壤侵蚀有很强的负效应，而且这种效应在不同的降雨事件之间表现出很好的稳定性。特定的功能性状也能够减缓土壤侵蚀，但其效能受到降雨强度的影响。一般来讲，平均直径小，平均抗拉强度大的群落控制土壤侵蚀的能力强。这项研究的意义表明群落的功能多样性显著影响土壤侵蚀速率，可以通过把群落功能多样性整合到当前的植被恢复框架中，来进一步改善当前的生态恢复策略。因此，研究提出了基于植物性状的“筛选-模拟-维护”植被恢复框架。该框架旨在把确立较高群落功能多样性这样的恢复目标转化为管理人员可以实际操作的具体流程。基于这样的框架，一个把群落功能多样性作为主要关切的更加完善的恢复方案能够被开发出来，满足当前植被恢复和管理的迫切需求。
　　研究成果于5月14日在线发表于英国生态学会主办的Journal of Applied Ecology，该研究得到国家自然科学基金重点项目资助。
　　文章链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-2664.12442/abstract
　　城市与区域生态国家重点实验室
　　2015年5月15日

2015-05-15

汪海林研究组在Cell上发表高等生物DNA修饰合作研究成果

　　DNA甲基化作为重要表观遗传机制调控基因的表达，从而影响一系列的生物学过程，如细胞命运决定、发育和组织、器官的稳态维持。DNA甲基化失调与人类疾病密切相关，如肿瘤。DNA甲基化以多种修饰方式（5-methylcytosine(5mC),N6-methyladenine(6mA)和N4-methylcytosine(4mC)等）广泛存在于细菌、真核生物中。
　　迄今，5mC在哺乳动物基因组DNA中被认为是唯一的碱基甲基化形式调控基因的表达。最近的研究表明，5mC去甲基化过程中的衍生物5hmC在基因表达调控中也起着重要作用。与之不同的是，6mA以较高丰度存在于原核生物及一些低等的真核生物。尤其在细菌中，6mA修饰在DNA复制、修复、基因表达调控及宿主-病原体相互拮抗等方面发挥重要的功能。6mA DNA修饰是某些细菌生存所必需的条件。
　　目前已知高等真核生物基因组中6mA的含量极低，受此局限，高等真核生物中有关6mA修饰的研究一直被忽视。生态环境中心汪海林组在过去研究5mC甲基化修饰与去甲基化的过程中(J. Am. Chem. Soc.,2013, 135:10396; Nucleic Acids Res., 2014, 42:1593; Nucleic Acids Res., 2014, 42: e81)，意识到高等生物中可能存在未知的DNA新修饰。为此，发展出高灵敏、高特异性超高效液相色谱-串列质谱方法，可鉴定并检测痕量的6mA修饰。通过与中科院动物研究所陈大华研究组合作，利用经典的模式生物果蝇，探讨6mA在高等生物中存在的可能性。果蝇在DNA修饰的表观遗传领域中地位非常奇特。主要表现为果蝇基因组中5mC含量非常低，因此果蝇中是否存在5mC DNA甲基化修饰,一直是研究者争论的话题。鉴于5mC主要存在于哺乳动物基因组,而6mA主要存在于细菌等原核生物，从进化角度考虑，推测果蝇可能存在至今没有被鉴定的DNA碱基甲基化。
　　汪海林研究组和陈大华研究组的合作研究首次证明了果蝇基因组中存在6mA修饰，并且证明该修饰在胚胎发育的早期阶段受到去甲基化酶DMAD（果蝇Tet同源蛋白）的精确调控。同时，他们证明了DMAD在体内具有催化果蝇基因组6mA的去甲基化的功能。体外实验也表明DMAD具有直接催化6mA去甲基化酶的活性。此外，通过进一步对DMAD突变体及野生型果蝇卵巢基因组DNA的MeDIP高通量测序，发现果蝇卵巢基因组中的6mA修饰经常发生于转座子区域，特别是在DMAD突变体中，位于转座子区域的修饰显著增加。表明DMAD可能通过降低转座子区域的6mA修饰来调控转座子的表达。该项研究揭示了真核生物DNA新修饰形式，在表观遗传研究领域取得了具有重要意义的原创性突破。
　　该研究结果于2015年4月30日在线发表在Cell杂志。研究得到中科院战略性先导专项B和国家自然科学基金委杰出青年基金等项目的资助。
　　论文参见http://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(15)00435-3
　　环境化学与生态毒理学国家重点实验
　　2015年5月1日

2015-05-01

吕永龙等在Nature上发文提出可持续发展目标的5项优先工作

　　联合国纽约总部2015年4月20-24日正在商讨如何实施即将在9月份正式发布的17项可持续发展目标（SDGs），科学应成为这项计划的核心内容。联合国曾委托国际科联（ICSU）于2014年9月-2015年1月对联合国可持续发展目标（SDGs）进行了科学评估。2015年1月，国际科联科学计划与评估委员会(ICSU Committee on Scientific Planning and Review， ICSU/CSPR)委任ICSU/CSPR委员、中国科学院生态环境研究中心研究员吕永龙博士牵头形成特别工作组，在分析科学评估报告的基础上提出国际科技界应着力考虑的有关实施SDGs的主要科学问题。吕永龙（第一作者、通讯作者）联合其工作组成员，奥地利国际应用系统分析研究所（IIASA）Nebojsa Nakicenovic教授、德国亥姆霍兹海洋研究中心（GEOMAR）Martin Visbeck教授、国际科联（ICSU）科学官员Anne-Sophie Stevance，在2015年4月23日出版的Nature上发表了题为Five priorities for the UN Sustainable Development Goals的文章，提出国际科技界为实施联合国可持续发展目标(ＵＮSDGs)的5项优先工作。
　　同千年发展目标（MDGs）相比，联合国可持续发展目标（SDGs）更要突出其对于科学界的需求，强调应对气候变化、可再生能源、食品、健康和水资源供给等全球问题需要协调进行社会、经济和环境等各个因子的全球监测和模拟。该17项可持续发展目标由169个分目标组成，其中91个还需要进一步细化。需要确定各指标在局地、国家、地区和全球尺度以及部门之间的配置及相互关系，建立监测和评价的程序及标准。为了指导行动，需要更好地理解各个指标之间的关系。一些协同效应或利益权衡主要取决于不同的尺度。例如化肥使用量增多会带来粮食增产和当地收入增加，但会加剧环境污染。缓解气候变化通常发生在局地尺度上，但后果通常是全球性的。
　　基于国际科联（ICSU）对SDGs科学评估的结果，文章提出实施联合国可持续发展目标的关键在过程监测与评估，并提出国际科学界如何参与到这个过程中的五个优先工作，即：1）设计权值，完善可定量、可考核、可验证的指标体系；（2）建立监测机制，确定监测的阈值并确保获取相应数据；（3）评估实施进展，核查可持续发展目标是否纳入各个层面的规划和战略中得到落实；（4）加强观测设施建设，完善“未来地球”等国际科学计划，扩展适应可持续发展目标的综合信息观测和处理能力；（5）加强数据的标准化和验证，建立数据采集和监测的标准、方法、范式和共享机制，发展空间观测与地面勘察相互核实的方法等。科学家需要支持SDGs，并协助在各个层级的决策制定过程中整合监测和评估机制，保证全球信息共享。
　　全文链接：http://www.nature.com/news/policy-five-priorities-for-the-un-sustainable-development-goals-1.17352
　　　　城市与区域生态国家重点实验室
　　　　2015年4月23日

2015-04-23