科研进展----中国科学院生态环境研究中心

2015-05-21

　　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

纳米973项目“典型人工纳米材料的水环境过程、生物效应及其调控研究”召开年度总结会

　　3月6日至8日，由中国科学院生态环境研究中心刘思金研究员主持的纳米973项目“典型人工纳米材料的水环境过程、生物效应及其调控研究”在合肥召开第一年度总结会。项目跟踪专家、项目专家组成员应邀出席会议。来自南开大学、中国科学院合肥物质科学研究院、中国科学院生态环境研究中心和厦门大学等单位的课题负责人和学术骨干等50余人参加了会议。生态环境研究中心科技处也派工作人员跟踪了此次会议。
　　在总结会上，刘思金研究员就项目的实施情况、主要研究成果及年度任务完成情况进行了总体汇报，课题负责人陈威、吴李君和王秋泉等就各课题的具体情况进行了详细汇报。与会专家从不同角度提出了重要的意见和建议。在接下来的交流会中，学术骨干分别汇报了各自的研究进展，参会人员就汇报内容结合项目专家的指导建议进行了热烈的讨论与交流。
　　此次年度交流会紧密围绕纳米材料的水环境过程、生物效应及其调控的关键科学问题展开广泛探讨和深入交流，及时总结了项目的研究成果，指出了存在的问题，为项目的顺利实施和高质量完成提供了保障。
　　环境化学与生态毒理学国家重点实验室
　　2015年3月10日

2015-03-11

傅伯杰研究组在大尺度生态变化评估方面取得重要进展

　　宏观生态学（macro-systems ecology）是国际上新近提出的生态学前沿领域，重点关注大尺度生态监测、模拟和管理等。大尺度生态变化评估是其中的重要内容，能够揭示区域生态系统变化的时间过程和空间格局，并能反映人类活动的宏观生态效应以及生态保护和恢复等管理措施的有效性。
　　中科院生态环境研究中心傅伯杰研究组联合遥感与数字地球研究所吴炳方课题组，将遥感监测、趋势分析与归因分析相结合，定量研究了2000-2010年全国陆地生态系统植被生态变化及其影响因素以及大尺度生态保护和恢复工程的相对有效性。结果表明：2000-2010年全国植被生态状况总体稳定，小幅植被恢复（占国土面积的4.28%）与退化（占国土面积的7.67%）并存，并且表现出显著的空间差异性，植被净恢复占比最高的五个省区是陕西、山西、宁夏、甘肃和青海，而植被净退化占比最高的五个省区包括台湾、上海、浙江、江苏和西藏；生长季的气温升高抑制植被恢复并促进植被退化，非生长季的温度升高可能会抑制植被退化；相比于气象因子，社会经济因素对植被变化的影响更突出，而且具有复杂性；自然保护区对于控制植被退化和促进植被恢复发挥了一定作用，天然林保护工程的效果较好，亦存在地域差异性。
　　该研究表明，基于遥感动态监测和趋势分析的大尺度植被变化评估是揭示区域性生态变化的有效途径，能够为生态系统的宏观管理和综合决策提供科学依据。研究成果于3月4日发表于Nature出版集团的Scientific Reports，该研究得到中国科学院和国家自然科学基金项目的资助。
　　文章链接：http://www.nature.com/srep/2015/150304/srep08732/pdf/srep08732.pdf
　　城市与区域生态国家重点实验室
2015年3月4日

2015-03-04

先导专项“典型污染物的环境暴露与健康危害机制”召开项目研讨会

　　2月27日，中科院战略性先导科技专项（B类）“典型污染物的环境暴露与健康危害机制”项目研讨会在生态环境研究中心召开。
　　本次会议目的主要是总结上一年度研究成果、部署2015年研究计划，并讨论专项研究中发现的问题和建议。专项负责人江桂斌院士首先介绍了该专项的总体目标和要求。随后，专项管理办公室负责人宋茂勇汇报了2014年专项的经费支出情况，各项目和课题负责人分别就研究进展、下一步工作计划及存在问题进行了汇报，各负责人和研究骨干就汇报的内容及存在问题进行了认真的讨论和交流。江桂斌院士对研讨内容进行了总结，他指出，经过一年的研究，各项目和课题已经逐步清晰了研究方案，并取得了一些初步的研究成果，在后续的研究中需要加强项目内的管理、项目之间的交流、并进一步寻找和凝练科学目标和亮点。
　　来自生态环境研究中心、广州地化所、北京基因组研究所等单位的课题负责人及研究骨干共40余人参加了会议。

会场
　　环境化学与生态毒理学国家重点实验室
　　2015年3月3日

2015-03-03

生态环境中心等在粮食安全与环境可持续能力方面取得重要进展

　　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吕永龙研究员（第一作者，通讯作者）联合国内外学者，于2015年2月20日在Science新刊物Science Advances第一期上发表了题为Addressing China’s grand challenge of achieving food security while ensuring environmental sustainability（确保环境可持续能力，应对中国食品安全的挑战）的论文。该文系统分析了我国实现粮食安全同时确保环境可持续发展面临的挑战，并提出了应对挑战的科学与环境政策建议。美国科学促进会（AAAS）以 “The Future of Food Security and Sustainability in China”（中国食品安全的未来和可持续能力）为题对该文进行了图片新闻报道。
　　中国的快速城市化和GDP持续增长推动了粮食需求增加和饮食结构改变，须与农业生产力提高和自然资源可持续利用相适应。鉴于粮食安全涉及经济发展和社会稳定等方面，全球化背景下的粮食安全问题受到了国家高度重视并列入重要议程。目前，影响我国粮食产量增加的驱动因子(如：耕地面积、土壤质量、水资源短缺和污染、气候变化、依赖化肥和杀虫剂等)已经显著影响环境质量，同样，生态系统恶化将有可能危及粮食安全。文章讨论了我国如何保证粮食产量及质量并且确保生态环境可持续发展面临的巨大挑战。在应对这些挑战时，粮食生产应被考虑成为环境系统（土壤，空气，水和生物多样性等）的一部分，而不应当孤立考虑；文章提出了科学研究和综合环境政策建议，以确保未来的粮食安全，如以科学为基础的“生态红线”、环境政策和农业政策综合协调、可持续的粮食供应和食品安全政策、管理结构调整以保证粮食安全和生态保护协调和决策的一致性等；同时提出了环境可持续能力和粮食安全的综合研究计划等。
　　该项研究得到了国家自然科学基金和国家科技合作计划的支持，由中科院生态环境研究中心（吕永龙、冯兆忠、宋帅等）、英国国家生态与水文研究中心（Alan Jenkins, Mark Bailey）、James Hutton研究所 (Robert C Ferrier, Iain Gordon), 中科院地理与自然资源研究所（黄季焜，贾绍凤）、中国农业大学（张福锁、刘学军）、中科院动物研究所（张知彬）等共同完成。
　　附：
　　文章全文下载链接：http://advances.sciencemag.org/content/1/1/e1400039
　　AAAS报道了题为 “The Future of Food Security and Sustainability in China”图片新闻，链接：
　　http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/87148.php
　　http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/87149.php
　　http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/87150.php
　　城市与区域生态国家重点实验室
　　2015年2月27日

2015-02-27

美国科学促进会报道吕永龙等在Science新刊Science Advances发表的有关粮食安全与环境可持续能力的文章

　　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吕永龙研究员（第一作者，通讯作者）联合国内外学者，于2015年2月20日在Science新刊物Science Advances第一期上发表了题为Addressing China’s grand challenge of achieving food security while ensuring environmental sustainability（确保环境可持续能力，应对中国食品安全的挑战）的论文。该文系统分析了我国实现粮食安全同时确保环境可持续发展面临的挑战，并提出了应对挑战的科学与环境政策建议。美国科学促进会（AAAS）以“The Future of Food Security and Sustainability in China”（中国食品安全的未来和可持续能力）为题对该文进行了图片新闻报道。
　　中国的快速城市化和GDP持续增长推动了粮食需求增加和饮食结构改变，须与农业生产力提高和自然资源可持续利用相适应。鉴于粮食安全涉及经济发展和社会稳定等方面，全球化背景下的粮食安全问题受到了国家高度重视并列入重要议程。目前，影响我国粮食产量增加的驱动因子(如：耕地面积、土壤质量、水资源短缺和污染、气候变化、依赖化肥和杀虫剂等)已经显著影响环境质量，同样，生态系统恶化将有可能危及粮食安全。文章讨论了我国如何保证粮食产量及质量并且确保生态环境可持续发展面临的巨大挑战。在应对这些挑战时，粮食生产应被考虑成为环境系统（土壤，空气，水和生物多样性等）的一部分，而不应当孤立考虑；文章提出了科学研究和综合环境政策建议，以确保未来的粮食安全，如以科学为基础的“生态红线”、环境政策和农业政策综合协调、可持续的粮食供应和食品安全政策、管理结构调整以保证粮食安全和生态保护协调和决策的一致性等；同时提出了环境可持续能力和粮食安全的综合研究计划等。
　　该项研究得到了国家自然科学基金和国家科技合作计划的支持，由中科院生态环境研究中心（吕永龙、冯兆忠、宋帅等）、英国国家生态与水文研究中心（Alan Jenkins, Mark Bailey）、James Hutton研究所(Robert C Ferrier, Iain Gordon), 中科院地理与自然资源研究所（黄季焜，贾绍凤）、中国农业大学（张福锁、刘学军）、中科院动物研究所（张知彬）等共同完成。
　　附：
　　文章全文下载链接：http://advances.sciencemag.org/content/1/1/e1400039
　　AAAS报道了题为 “The Future of Food Security and Sustainability in China”图片新闻，链接：
　　http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/87148.php
　　http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/87149.php
　　http://www.eurekalert.org/multimedia/pub/87150.php
　　城市与区域生态国家重点实验室
　　2015年2月26日

2015-02-26