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陈保冬研究组在丛枝菌根真菌群落响应极端干旱机制方面取得新进展
城市与区域生态国家重点实验室陈保冬研究组与中国农业科学院、中科院植物研究所等单位合作在丛枝菌根（arbuscular mycorrhizal, AM）真菌群落对极端气候的响应机制方面取得重要进展。相关研究成果以“Community response of arbuscular mycorrhizal fungi to extreme drought in a cold-temperate grassland”（DOI: 10.1111/nph.17692）为题在知名植物学期刊New Phytologist上发表。论文报道了草原生态系统中AM真菌群落对极端干旱的响应模式及其与植物群落之间的关系，并提出植物群落的逆境适应策略介导了AM真菌群落对极端干旱的响应。
作为全球气候变化的重要体现，极端气候事件发生的频率和强度不断增加，严重威胁着全球和区域生态系统的稳定。长期以来极端气候事件的不可预测性和稀有性限制了我们对其生态效应的研究，且已有的研究多关注地上植被生态系统，很少关注地下土壤生态系统。AM真菌是一类重要的植物共生微生物，广泛分布于陆地生态系统中，可以与绝大多数陆地植物形成菌根共生体，是影响植物群落动态和生态系统稳定的关键微生物类群。然而，在自然生态系统中，我们对AM真菌群落如何响应极端气候事件还知之甚少。
本研究依托内蒙古草原极端干旱实验平台（图1），综合考虑地上植被和土壤环境因素，研究了AM真菌群落对极端干旱的响应规律及其与植物群落之间的关系。研究发现，AM真菌的丰富度和群落组成对极端干旱非常敏感，且其对急性干旱的敏感性高于对慢性干旱的敏感性。AM真菌群落响应（即物种丰富度的下降和群落组成的变化）可由土壤水分、植物丰富度和地上生产力共同解释。本研究深入探讨了AM真菌群落对极端干旱的响应与植物群落之间的关系，并基于相关分析和结构方程模型验证提出植物群落的逆境适应策略（plant adaptive strategy）可能介导了AM真菌群落对极端干旱的响应（图2）。
图1内蒙古草原极端干旱实验平台
图2植物群落介导AM真菌群落响应假说
本研究揭示了AM真菌群落对极端干旱事件的响应模式和规律，为理解气候变化下土壤微生物群落的响应和构建机制，以及地上植被与土壤微生物之间的耦联关系提供了科学依据。
研究工作到国家重点研发计划和国家自然科学基金项目的资助。
论文链接：https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.17692
土壤环境科学与技术实验室
2021年9月9日
2021-09-09
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贺泓院士团队在硫酸盐非均相形成机制方面取得重要进展
中国科学院生态环境研究中心贺泓院士团队与宾夕法尼亚大学Joseph S. Francisco教授团队、内布拉斯加大学林肯分校曾晓成教授团队合作，在大气颗粒物硫酸盐非均相形成机制方面取得重要进展（图1）。研究成果以“Mechanistic Study of the Aqueous Reaction of Organic Peroxides with HSO3- on the Surface of a Water Droplet”为题，发表于Angew. Chem. Int. Ed. （2021, 133, 20362）上。
图1. 有机过氧化物与硫酸氢根(HSO3-)的反应示意图
本团队前期研究表明，硫酸盐和二次有机气溶胶是大气细颗粒物PM2.5的主要成分。重污染期间大气中高浓度硫酸盐和高浓度二次有机气溶胶往往同时发生，说明这两种重要组分可能存在重要相互作用。因此揭示大气二次颗粒物形成中污染前体物二氧化硫和有机物的氧化机制及耦合关系对阐明灰霾成因至关重要。
鉴于此，科学家对二氧化硫和有机过氧化物的液相反应开展了系列实验模拟研究，发现反应主要产物为硫酸盐和有机硫酸酯。然而，由于实验条件的限制，除硫酸盐和有机硫酸酯的相对含量高低存在争议外，反应的场所（在溶液内部还是在非均相界面上）和微观反应机理未知，限制了对大气二次颗粒物形成的准确预测。
研究团队采用经典分子动力学模拟和量子化学计算相结合的手段，发现有机过氧化物和亚硫酸氢根离子（HSO3-：二氧化硫在液相中的主要存在形式）均具有很强的气液界面倾向性，这说明反应倾向于在非均相界面上进行。此外，还发现硫酸盐和有机硫酸酯的形成是由于HSO3-的S原子对过氧基团（-O(O2)O(O1)H）上不同O原子的进攻，即：当硫原子进攻O1原子时，过氧基团上的O-O键断裂，S和O1成键形成硫酸盐（图2 (1)，以异戊二烯过氧化物为例）；而当硫原子进攻O2原子时，S和O2成键形成有机硫酸酯（图2 (2)）。动力学计算发现，对于不同的有机过氧化物，硫酸盐的形成速率都高于有机硫酸酯，表明硫酸盐的相对产率要高于有机硫酸酯。
图2. 异戊二烯过氧化物与HSO3-的反应机理：(1) 产物为硫酸盐：a 反应物(RC1)、过渡态(TS1)、反应产物(RP1)；b 反应势能面；c 关键反应位点示意图; (2) 产物为有机硫酸酯：a 反应物(RC2)、过渡态(TS2)、反应产物(RP2)；b 反应势能面；c 关键反应位点示意图。
该研究成果不仅为揭示硫酸盐和二次有机气溶胶的形成机制及其耦合作用提供了理论支撑，还为深入理解气液非均相界面上的微观物理化学过程提供了重要思路，对进一步改善大气二次颗粒物模拟及丰富和发展霾化学理论体系具有重要意义。
以上研究成果得到了国家自然科学基金、中国科学院特别研究助理、博士后基金等项目的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ange.202105416
大气环境与污染控制实验室
2021年9月6日
2021-09-06
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研究表明高排放情景下干旱化加剧将威胁陆地生物多样性
近日，中国科学院生态生态环境研究中心与美国奥本大学及德国波茨坦气候影响研究所的科研人员组成的国际团队在美国科学院院刊（PNAS）发表题为“高变暖情景下全球干旱化将加剧并威胁生物多样性” （Terrestrial biodiversity threatened by increasing global aridity velocity under high level warming）的研究论文，首次评估了全球历史时期和未来陆地干旱化的速率和方向及其对自然和人类生态系统的潜在影响。论文指出在社会经济发展一切照旧的情况下，干旱化速度的上升将会威胁到人类社会系统（农业和城市）和陆地生物多样性。
自工业革命以来，由于人为温室气体排放量的不断增加，地球气候系统已经发生了显著改变，突出表现是全球变暖和干旱化的加剧。目前研究广泛认为这些变化将极大改变生物的生境，从而导致生物为寻求适合栖息地而进行迁移。例如，一项长达百年的欧洲高山植物物种观测记录显示随着气候变暖，原本低海拔区域的植物正不断向高海拔区域扩散以抵消低海拔区域温度升高带来的不利影响。另外，海洋中许多鱼类的生活范围和洄游路线也随着海水温度的升高而不断转向两极低水温区域。但是，关于干旱化对物种迁移影响的研究仍然缺乏。
研究人员首先利用1979-2016的历史气候数据计算了历史时期全球干旱化速度的空间分布。结果发现农业和城市系统在历史时期经历了持续的干旱化，尤其是美国中西部、俄罗斯西部和亚马逊东南部。这些区域的干旱化对人类社会和陆地生物造成相当大的压力，比如2020年美国西部多个城市遭受干旱导致不得不限制城市供水。同时，研究人员利用遥感数据发现干旱化速度也显著影响了植被的生长甚至结构组成。
其次，研究人员计算了未来时期（2050-2099）不同排放情景下（减排、少量减排、一切照旧）全球干旱化速度的空间分布。在一切照旧的发展情景下，干旱化对陆地生物多样性造成的威胁最为严重，对水分条件非常敏感的两栖类受到威胁的又最为显著。全球平均干旱化速度可达每年0.75公里，在一些干旱化严重的区域可以超过每年8公里（图1）。这意味着全球所有受到影响的动植物可能需要在2050年至2099年平均迁移37.5公里，在干旱化严重区域则需要迁移超过400公里，这将极大改变目前生物群落和人类生活景观的空间格局。同时，研究人员发现，不同于变暖导致的物种向两极或高山方向迁移，干旱化的方向更多样，这将增加物种迁移遇到的障碍。
该研究得到国家重点研发计划项目和国家重点实验室研究项目支持。
相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2015552118
图1：历史时期（1979-2016）和未来时期（2050-2099）三个排放情景下全球干旱化速度（第一列和第二列）和温度速度（第三列）的空间分布。干旱化速度的计算同时考虑了潜在的植被对大气二氧化碳浓度升高的响应范围，其中第一列为完全不响应，第二列为按照理论水平响应。图片中红色像素表示干旱化速度，蓝色则表示湿化速度。高排放情景下，亚马逊雨林、非洲南部、澳大利亚、美国东南部以及欧洲大部将经历显著的快速干旱化进程。
城市与区域生态国家重点实验室
2021年8月31日
2021-08-31
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曲久辉院士团队在离子跨膜传输脱水合机制研究取得重要进展
中国科学院生态环境研究中心曲久辉院士团队与耶鲁大学Menachem Elimelech研究组、华东理工大学化学与分子工程学院合作，在水合离子跨膜传输脱水合机制研究方面取得重要进展。相关成果以“In Situ Characterization of Dehydration during Ion Transport in Polymeric Nano channels”为题，发表于化学领域顶级期刊—美国化学学会会刊（J. Am. Chem. Soc.，DOI：10.1021/jacs.1c05765.）。
纳米通道内水合离子的传输现象普遍存在于生物系统和膜分离应用中。阐明水合离子在限域传输过程中与膜孔之间的结构匹配机制，对于提高离子选择性，优化膜分离效率至关重要。然而，由于缺乏可靠的原位表征技术，人们对于水合离子在纳米通道传输过程中的动态结构转化机制知之甚少，这阻碍了离子限域传输和分离的原理认知和技术进步。
图1. NaCl溶液经NF90过滤前后hI+分布的变化
研究团队将飞行时间-二次离子质谱（ToF-SIMS）与微流控过滤装置耦合，首次实现了水合离子跨膜传输过程中脱水合现象的原位观测。研究结果表明，水合钠离子(H2O)nNa+（n=1~6）在体相溶液中水合数分布呈现以(H2O)3Na+为优势形态的类正态分布。当溶液pH提高时，由于电荷屏蔽效应，将导致(H2O)nNa+水合分布向小水合方向偏移，优势形态转变为 (H2O) Na+。而经过聚酰胺钠滤膜NF 90截留，水合数大于2的水合钠离子比例显著下降，(H2O) Na+及(H2O)2Na+成为优势形态，平均水合数从3.03减少至1.86（图1），这是首次从实验角度证实了孔道尺寸效应所引起的水合离子脱水合现象。
图2.水合离子在聚酰胺滤膜纳米孔道内的传输机制示意图
研究团队还选取不同孔径大小的聚酰胺滤膜对水合钠离子进行截留，进一步验证了孔径大小与水合离子尺寸之间的匹配关系。(i)当滤膜孔径大于水合离子时，水合离子跨膜后比例随水合数增加而下降，(H2O) Na+成为优势形态。这是由于在非限域传输过程中，水合数较少的水合离子具有更高的传输速率，导致其在跨膜后比例较高。(ii) 当滤膜孔径小于水合离子时，由于孔径的限制，较大的水合离子将发生脱水合，部分脱除结合水。实验观测到在限域纳米孔道内，水合数小于3的水合离子才能发生跨膜传输。对于水合钾离子和水合锂离子也观测到了一致的传输规律。此外，作者还发现，膜孔内部的离子化羧基与脱水合离子之间具有较强的粘性效应，这种源自静电相互作用的粘性力会阻碍部分脱水合离子在孔道内部的传输（图2）。
该研究成果是纳米流体领域的重大技术飞跃，在离子分离、生物传感和电池应用等方面具有重要指导意义。
该工作得到了国家自然科学基金，中国科学院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目，中科院生态环境研究中心杰出创新计划，美国国家科学基金的支持。论文的第一作者是博士生陆成海，通讯作者是中科院生态环境研究中心胡承志研究员、曲久辉院士以及耶鲁大学Menachem Elimelech教授。
环境水质学国家重点实验室
2021年8月30日
2021-08-30
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魏源送研究组在膜脱盐过程的膜污染形成特征与形成机制方面取得阶段性研究进展
中国科学院生态环境研究中心水污染控制实验室魏源送研究团队在膜脱盐的膜污染垂直分布特征、膜污染形成过程与机制研究方面取得阶段性研究进展，提出了膜污染形成的垂直分布特征并在反渗透与膜蒸馏过程中应用，主要成果包括首次提出反渗透（RO）膜污染的垂直分布特征、膜蒸馏（MD）处理脱硫废水的有机-无机-微生物复合污染的水平与垂直分布、膜污染的微生物学机制等，相关成果发表在Journal of Membrane Sciences、Journal of Hazardous Materials、Desalination、Chemical Engineering Journal等期刊。
图1热电厂RO过程膜污染特征与分布
膜污染是膜过程不可避免的过程，也是膜过程应用中最头疼的问题，但是目前反渗透膜脱盐过程中膜污染的形成与机制，特别是微生物与有机物在复合污染形成过程中的关键作用仍未得到解决。课题组以热电厂的中水回用工程的反渗透膜为对象，提出“brick-laying”的膜污染形成模式，提出微生物在膜脱盐过程中膜污染层形成中的黏合作用，首次报道了RO膜过程中膜污染的垂直分布特征（图1），并阐明了其微生物学机制。该成果为实际过程RO膜运行管理提供了支撑，相关研究在华能嘉祥电厂、神华新疆煤化工公司、大唐托克托电厂等地得到了应用。
同时，课题组进一步将膜污染垂直分布概念推广到MD过程研究，针对MD处理热电厂脱硫废水过程，明确了MD过程中有机物的转化机制，并初步构建了有机物与微生物代谢的机制。以推流式膜组件为对象，采用降维策略，阐明了MD膜污染形成的时空变化过程，揭示了有机-无机-微生物污染的水平与垂直分布特征（图2），阐明了复合膜污染形成的微生物学机制。
图2 脱硫废水MD过程膜污染垂直分布特征与微生物学机制
以上研究工作得到了国家自然科学基金青年项目（51908539）、中国-斯里兰卡国家自然科学基金联合研究项目（21861142020）、中国航天员科研训练中心人因工程重点实验室项目（6142222190715）等项目资助，以及济宁嘉祥电厂、济宁波塞顿公司、神华新疆煤化工公司、大唐科学技术研究院华北院等单位支持。
论文第一作者为郑利兵助理研究员，通讯作者为魏源送研究员。相关论文链接详见https://doi.org/10.1016/j.memsci.2018.06.043,https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2020.122202, https://doi.org/10.1016/j.desal.2020.114888,https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.131097。
水污染控制实验室
2021年8月30日
2021-08-30
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傅伯杰团队量化了气候和人类活动对中国植被固碳的贡献
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傅伯杰研究组通过多源遥感数据与观测数据融合，改进了遥感植被光合和呼吸模型，并采用机器学习方法，分离了气候变化和人类活动对中国植被固碳的贡献。该研究系统分析了大规模植被恢复以来中国陆地生态系统植被固碳的时空变化特征，对于我国植被恢复和保护、实现“碳达峰”和“碳中和”目标具有重要的指导意义。
陆地生态系统固碳是实现绿色碳汇的重要途径，相关研究表明中国生态工程提高了植被碳汇，对全球变绿有重要贡献。同时农业发展和城市扩张也从不同方向影响着植被的空间格局和固碳效应。然而，在国家和区域尺度生态系统固碳量化方法不确定性较大，21世纪以来自然气候和人类活动影响下中国植被固碳的变化趋势、路径及稳定性特征还不甚明确。
针对上述问题，傅伯杰团队一方面优化遥感光能利用率模型框架，包括：1）发展了基于通量观测数据和遥感植被观测的水分胁迫方程优化方法；2）发展了全球植被最适生长温度（Topt）空间制图方法；3）发展了基于遥感叶绿素荧光（SIF）和总初级生产力（GPP）相关关系的植被光能利用率（Emax）空间制图算法。另一方面，发展生态系统自养呼吸（Ra）模型，并通过收集样点观测数据和运用机器学习方法确定地上和地下Ra模块中的关键参数，从而有效提升遥感量化全国尺度植被固碳的准确性。研究采用机器学习、控制变量等归因分解方法识别人类干扰对生态系统植被固碳的影响特征，量化了2000年以来气候变化和人类活动（包括生态恢复、农田扩张和城市化等）对中国植被碳吸收的贡献及其路径。
研究发现：2001-2018年间，我国植被的GPP不断增加（49.1-53.1 TgC yr-2），气候和人类活动对GPP增加的贡献相当，分别为48%-56%和44%-52%。在空间上，生态恢复是中国北方农牧交错带、黄土高原和西南喀斯特地区森林覆盖扩展和固碳增加的主要途径，而气候条件促进了中国东南部大部分地区的植被覆盖和GPP增加。对于净初级生产力（NPP）而言，其增长趋势（22.4-24.9 TgC yr-2）与人类活动高度相关（71%-81%），尤其是在中国南部、东部和东北部。值得注意的是，2001-2010年期间气候条件（如辐射和降水减少）导致的NPP损失抵消了生态恢复产生的植被固碳收益。但2010年后，受中南、东部和西南地区辐射和降水条件改善的影响，中国陆地生态系统GPP和NPP均出现加速增长，说明近十年来气候作用进一步凸显了生态恢复的碳汇效益。
以上研究成果近期发表在国际著名期刊Global Change Biology和Journal of Geophysical Research-Biogeosciences上。论文第一作者是博士研究生陈永喆，通讯作者分别是傅伯杰研究员和冯晓明研究员。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和中国科学院项目等的资助。
文章链接：
1）https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/gcb.15854
2）https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2020JG005651
注：相关数据发布在PANGAEA网站https://www.pangaea.de/?q=Chen%2C+Yongzhe。全球Topt，Emax和GPP产品已发布于https://doi.pangaea.de/10.1594/PANGAEA.911385；中国实际和气候影响下的植被与水、热、碳循环参量模拟结果则将于近期发布。
图1：气候变化和人类活动对中国2001~2018年间植被固碳影响的路径
图2：2001-2018年间中国植被固碳变化（a）GPP变化趋势；（b）气候驱动下GPP的变化趋势；（c）GPP的年际变化；（d）NPP变化趋势；（e）气候驱动下NPP的变化趋势；（f）NPP的年际变化
城市与区域生态国家重点实验室
2021年8月30日
2021-08-30
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葛源研究组在蜜蜂肠道菌群的宿主与地理分异机制研究方面取得进展
中国科学院生态环境研究中心葛源研究组与中国农业科学院蜜蜂研究所合作，在蜜蜂肠道微生物群落构建的生态机制研究方面取得进展。相关成果以“Host species and geography differentiate honeybee gut bacterial communities by changing the relative contribution of community assembly processes”为题，发表于美国微生物学会旗舰刊物mBio（DOI：10.1128/mBio.00751-21）。
蜜蜂作为传粉者和产蜜者，具有重要的生态价值和经济价值。肠道菌群在维持宿主健康和环境适应性方面具有重要作用。但是，蜜蜂肠道菌群的大尺度空间分异规律及菌群构建的生态过程机制尚不清楚。该研究对我国1000公里范围内的两种蜜蜂（中蜂、意蜂）的肠道菌群进行了高通量测序分析，探究了蜜蜂肠道菌群的宿主格局和地理格局，区分了不同生态过程（均质选择、异化选择、均质扩散、扩散限制和随机漂变）在塑造这种格局上的相对作用。
研究发现中蜂和意蜂的肠道菌群显著不同（图1），这种格局是由宿主与肠道菌群长期共进化形成的种间扩散限制导致（图3）。均质选择作用在意蜂肠道菌群构建上起主导作用（图3），这使意蜂具有比中蜂更多样且更稳定的肠道菌群（图1）。大尺度下蜜蜂肠道菌群呈明显的地理分异规律，表现为显著的alpha多样性随纬度降低以及群落相似性随距离衰减的关系模式（图2）。这种地理格局的形成是由随机漂变，而非异化选择或扩散限制主导（图3）。该研究揭示了宿主和地理因素改变群落构建过程进而塑造特异的蜜蜂肠道菌群格局的生态规律，为理解蜜蜂肠道菌群的形成、发展和进化提供了理论基础。
该研究得到国家自然科学基金、中国农业科学院青年英才计划等项目资助。
文章链接：https://doi.org/10.1128/mBio.00751-21
图1 中蜂（A. cerana）和意蜂（A. mellifera）肠道菌群差异
图2 中蜂（A. cerana）和意蜂（A. mellifera）肠道菌群的地理格局
图3 驱动蜜蜂肠道菌群构建的生态过程
土壤环境科学与技术实验室
2021年8月13日
2021-08-16
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欧阳志云研究团队在大熊猫种群风险研究取得新进展
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团队在野生大熊猫种群生存风险研究方面取得进展。相关成果Spatial models of giant pandas under current and future conditions reveal extinction risks发表在《自然—生态与进化》（Nature Ecology & Evolution，NEE）（DOI: 10.1038/s41559-021-01520-1）。
全国大熊猫第四次调查结果显示，全国野生大熊猫共1864只，由于交通网络、基础设施建设等人类活动分为33个孤立种群，其中259只熊猫分布于25个小种群之中。针对野生大熊猫孤立种群长期灭绝风险，以及国家公园建设和气候变化的双重作用下大熊猫种群趋势，建立基于个体的种群风险模型（Individual-based Model），模拟当前及未来气候变化情景下野生大熊猫种群灭绝风险，分析在大熊猫国家公园保护下灭绝风险的变化，在此基础上提出大熊猫保护对策和建议。
该研究揭示了野生大熊猫种群个体数量与灭绝风险的关系，评估了每个野生大熊猫种群的灭绝风险及其空间分布。研究发现：在不考虑偷猎、采伐、放牧、竹子开花、自然灾害和其他人类活动等外部环境因素影响下，100年内，有18个种群的灭绝风险高于50%，15个种群的灭绝风险高于90%。如果种群年龄结构趋于老龄化或幼崽存活率降低，灭绝风险还会有进一步明显升高。
未来气候变化可能进一步加剧大熊猫栖息地的破碎化，增加孤立小种群的数量，提高大熊猫种群灭绝风险。尤其分布在凉山山系、邛崃山系东南部和岷山山系南部种群受影响最大。在RCP2.6和RCP8.5情景下，孤立的野生大熊猫种群数量可能增加到40个和56个。在RCP8.5情景下，灭绝风险高的种群数量甚至会加倍，灭绝风险高于90%，50%和15%的种群数量可能分别上升至35，41和48个。
大熊猫国家公园能有效缓解野生大熊猫种群隔离的状况。目前共有17个种群、1631只大熊猫分布于国家公园内，如果国家公园内的栖息地能实现连通，孤立种群数量能由33个减少为21个。但目前仍有12个小种群分布在国家公园范围之外，比如灭绝风险较高的凉山种群和岷山北部的小种群。基于研究得出的结论，论文针对每一个高风险种群提出了保护措施建议。
随着栖息地破碎化的加剧，世界上越来越多的物种面临栖息地破碎化的威胁，该研究可为这些物种的保护提供借鉴和参考。
文章第一作者为孔令桥助理研究员，通讯作者为欧阳志云研究员。该研究得到了第二次青藏高原科考项目（2019QZKK0308）、国家自然科学基金项目（31971542）和中科院战略性先导专项（XDA19050504）的资助。
论文链接：https://rdcu.be/cpVDm
城市与区域生态国家重点实验室
2021年7月27日
2021-07-27
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周伟奇研究团队等在城市化的生态环境效应多尺度研究方面取得进展
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周伟奇研究组与欧阳志云研究组通过合作，在城市化的生态环境效应多尺度研究方面取得进展。相关成果以“Beyond city expansion: multi-scale environmental impacts of urban megaregion formation in China”为题，发表于国际学术期刊《国家科学评论》（National Science Review，NSR）（DOI:10.1093/nsr/nwab107）。
城市化对生态环境的影响是一个广受关注的全球性问题。改革开放以来，中国经历了快速、大规模的城市化进程，城市化的空间形态，也发生了巨大的变化。快速、大规模的城市扩张，给生态环境带来了怎样的影响？城市化空间形态的变化，尤其是城市群作为主体空间发展形态，区域尺度多个城市的连片发展，是否会带来区域性的生态环境风险？城市发展过程中越来越注重生态环境的保护，是否新建城区比老城区更加绿色、生态？老城区的生态环境是否也在逐步改善？围绕上述问题，研究采用长时间序列遥感数据，结合地面监测数据，以生态系统质量、城市热岛和细颗粒物（PM2.5）污染为典型案例，系统研究了2000-2015年中国城市化空间形态的时空特征，及其对生态环境的影响。主要发现如下：
中国城市扩张速度快、规模大，且城市内部格局变化剧烈——2000-2015年间，中国城市快速扩张。城市建设用地增长了将近8万平方公里，部分城市主要建成区成倍增长，并逐步形成了京津冀、长三角、珠三角、武汉、长株潭、成渝等多个规模不一的城市群。而且，这些城市群的规模、形成时间、扩张速度等各不相同。东部沿海城市（群）建设用地增速显著高于西部城市，1980-2015年，长三角城市群的建设用地占比从4.1% 增长至24.8%，而成渝城市群仅从1.0%增长至3.4%。在城市不断向外扩张的同时，城市内已经建成的区域也发生了剧烈的变化。以北京5环内区域为例，2005-2009不到5年的时间中，区域内新建城市绿地70.1平方公里，但同时有40.2平方公里的绿地消失。城市内部的高度动态变化，为城市的绿色发展与更新、生态修复与重建提供了机遇，但也可能带来负面的生态环境影响，这其中的细节值得更多关注。
图1长三角城市群形成过程中的土地覆盖变化（左）2005-2009年北京五环内绿地的变化（右）
城市群集聚：可能带来区域性生态环境风险——增强植被指数(Enhanced Vegetation Index，EVI)可以表征城市生态系统的质量。2000-2015年间，中国城市的EVI指数呈下降趋势。与此同时，城市温度和PM2.5浓度都呈上升趋势。可见，快速、大规模的城市化带来了一系列生态环境问题。更值得关注的是，城市群连接成片、城市空间过度集聚，使城市中的生态环境问题呈现出更加明显的区域化特征。例如，城市群中的PM2.5浓度显著高于其他地区，分散的城市热岛也逐渐发展成为“城市热岛链”。这些生态环境变化和人类健康风险亟需深入研究。
图2长三角城市群2000年（A）和2015年（B）地表温度的空间分布
一城两面：新/老城区的不同故事——对比新（2000年之后建成）老（2000年以前建成）城区，研究者发现新城区通常比老城区更加绿色宜居。而在最近几年，老城区的生态和环境质量也呈现出明显的改善趋势。研究者认为，这些现象背后的主要原因在于，我国近年来在城市建设中更加重视生态环境保护和人居环境改善，采取了增加城市绿地等各项政策和措施。
图3 2000-2015年北京和上海两市的EVI变化趋势分布（绿色为指数上升，红色为指数下降，蓝线为2000年城区边界，黑线为2015年城区边界）
城市化=负面的生态环境影响？——一直以来，城市化被认为是生态系统退化和环境污染的“罪魁祸首”。然而从更加广阔的视角来看，城市化的影响并不一定都是负面的。例如在城市周边区域，尤其是远离城市中心的区域，生态系统的质量呈现出显著的上升趋势。这与城市化过程中大量农村人口进入城市、当地人口生产生活方式改变使当地生态系统资源压力减小等有关。城市化如何改变人口流动、信息和资本流动等远程关联，进而影响城市与区域生态环境（负面的和正面的），值得更进一步的探讨。
该研究得到了国家重点研发计划项目(2016YFC0503004)、中国科学院项目(QYZDB-SSW-DQC034)、国家自然科学基金项目(41590841)、以及“全国生态环境十年变化（2000—2010年）调查评估”项目资助。
文章连接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwab107
城市与区域生态国家重点实验室
2021年7月13日
2021-07-14
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曲广波等在ES&T发表溴代阻燃剂四溴双酚A及衍生物的肝脏免疫毒性研究
环境化学与生态毒理学国家重点实验室曲广波等在溴代阻燃剂的生物毒性效应方面取得新的研究进展，相关成果于近日以“Toxicity of Tetrabromobisphenol A and Its Derivative in the Mouse Liver Following Oral Exposure at Environmentally Relevant Levels”为题发表于Environ. Sci. Technol.（2021, 55, 8191-8202; DOI: 10.1021/acs.est.1c01726）。
四溴双酚A（Tetrabromobisphenol A, TBBPA）及其衍生物TBBPA-bis(2,3-dibromopropyl ether)（TBBPA-BDBPE）作为溴代阻燃剂应用广泛，已被收录在高产量化学品清单中。TBBPA及其衍生物可伴随阻燃剂产品的生产、使用、处置等过程进入环境。目前已在多种环境介质中检出TBBPA类化合物，甚至在海洋软体动物和鱼体等潜在动物源性食物中广泛检出TBBPA及TBBPA-BDBPE的赋存，说明该类阻燃剂可通过多个暴露途径对人体产生暴露。然而，目前对于环境中高检出的衍生物TBBPA-BDBPE的毒性研究较少，TBBPA及其衍生物的毒性结果主要来自于高剂量暴露实验，无法反映实际环境浓度暴露下的健康风险。
图1. 环境相关剂量的TBBPA及其衍生物TBBPA-BDBPE经口暴露后不同时间对小鼠肝脏中免疫细胞分布和脂质组成的影响
本研究以小鼠作为模式动物，研究环境相关剂量的TBBPA与TBBPA-BDBPE经口暴露后对小鼠肝脏产生的影响。结果表明，TBBPA和TBBPA-BDBPE的暴露均可导致小鼠肝脏中CD11bintF4/80hi巨噬细胞增多；肝脏脂质成分的改变，尤其是甘油三酯的含量显著上升；基因转录的结果显示了调控脂质代谢和免疫的相关基因转录发生显著改变。对比单次暴露和多次重复暴露的结果发现，多次重复暴露导致的甘油三酯积累程度更强；TBBPA-BDBPE重复暴露7天后仍可引起肝脏巨噬细胞的增多，但TBBPA的重复暴露并没有引起该类细胞的显著变化。该研究明确了TBBPA类溴代阻燃剂在环境相关剂量暴露下可在小鼠体内造成肝脏的毒性效应，引起包括免疫细胞组成、脂质成分、基因表达发生显著改变。该研究结果提示了环境污染物在低剂量下的对肝脏的健康风险影响，应在未来的研究中予以重视。
该工作得到了国家自然科学基金、中国科学院重点研发计划和中国科学院青年创新促进会等项目的支持。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.1c01726
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2021年7月5日
2021-07-05
