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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
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联合国环境署发布吕永龙共同牵头撰写的“海岸带资源管治”报告
2021年6月23日，联合国秘书长海洋特使Peter Thomson博士正式对外发布联合国环境规划署（UNEP）国际资源专家委员会（IRP）的研究报告《海岸带资源管治：对可持续蓝色经济的影响（Governing Coastal Resources: Implications for a Sustainable Blue Economy）》。Peter Thomson评价，该报告提出了海陆整合的海岸带资源综合管治问题，为将于2022年在葡萄牙里斯本召开的联合国海洋大会奠定了坚实的科学基础，将对促进全球绿色经济可持续发展产生重大影响。厦门大学讲席教授、中国科学院特聘研究员吕永龙与3位国际专家共同牵头撰写了这份报告。报告经过IRP内部专家多次讨论、国际同行评议、IRP成员国资源环境部的政策评估，最后由联合国环境规划署正式发布。
报告强调，蓝色经济占全球GDP的5%，虽然鱼类、矿产和能源等海岸带资源对可持续蓝色经济至关重要，但它们受到陆基人类活动的大范围影响。例如，大约80%海洋和海岸带的污染来自陆地，尽管如此，当前的海洋管理机制很少考虑陆地-海洋的相互作用。如果没有一个健康的海洋，那么它提供的所有生态系统服务都将受到严重影响，最终将极大地影响人类福祉。报告指出，加强陆基人类活动和海洋资源之间的协调治理，决策者必须转变现有的陆海治理结构，并呼吁采取行动寻求一种新的治理方式。
报告建议：陆海统筹管理应以基于生态系统的管理方法作为指导原则；改进现有的区域条块分割的管理模式，解决陆海整合治理问题；强化不同治理方式与各部门间的协调机制；加强陆地活动者和海岸带管理人员的能力建设；通过加强海岸带科学研究填补证据上的空白。建立新的海岸带资源管制架构，需要建立与完善海岸带区域监管体系，以减轻或避免陆基人类活动对海岸带资源的影响；建立代表陆上及海洋活动的利益相关者集群，确保监测与评估过程中反映的陆地和海洋问题得到有效协商解决；需要开发聚焦影响路径的决策支持工具，而非仅仅考量海岸带资源的状况。
参加报告撰写的吕永龙教授团队成员包括中科院生态环境研究中心的Baninla Yvette博士和贺桂珍博士，以及厦门大学的苑晶晶博士。该报告内容的研究过程得到了国家自然科学基金委与UNEP合作项目（71761147001）和中国科学院国际大科学计划培育项目（121311KYSB20190029）的支持。
报告信息：IRP (2021). Governing Coastal Resources: Implications for a Sustainable Blue Economy. Fletcher, S., Lu, Y., Alvarez, P., McOwen, C., Baninla, Y., Fet, A.M., He, G., Hellevik, C., Klimmek, H., Martin, J., Mendoza Alfaro, R., Philis, G., Rabalais, N., Rodriguez Estrada, U., Wastell, J., Winton, S., Yuan, J. A. Report of the International Resource Panel. United Nations Environment Programme. Nairobi, Kenya.
报告下载链接：https://www.resourcepanel.org/reports/governing-coastal-resources
2021-06-29
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环境化学与生态毒理学国家重点实验室在大气细颗粒物毒性机制方面取得进展
环境化学与生态毒理学国家重点实验室刘思金研究员课题组与南开大学陈威教授团队开展合作研究，在大气细颗粒物与其负载有机污染物的复合毒性机制研究方面取得进展。相关研究成果近期先后发表于Environmental Science & Technology Letters (Liu and Ma, et al. 2021, 8, 3, 218-223)和ACS Nano (Ma and Liu, et al. 2021, 15, 6, 9717-9731) 。
有机物是大气细颗粒的重要组成部分，流行病学及毒理学研究表明，颗粒物暴露导致的多种呼吸系统损伤与其负载的有机污染物的种类及含量紧密相关，然而颗粒物与有机物的复合毒性效应与作用机制尚未完全阐明，且少有研究关注颗粒物对有机污染物体内转化及毒性效应的影响。生物炭是大气细颗粒物的主要组分之一，是由生物质不完全燃烧产生的微纳米尺寸、高比表面积及多孔隙的颗粒物，且对于有机污染物具有非常强的吸附能力，具有高环境暴露和健康风险。该研究团队系统研究了以苯并(α)芘（B(α)P）等为代表的多环芳烃类有机污染物在生物炭颗粒物上的吸附/解吸附动力学特征，发现了生物炭颗粒对B(α)P的强吸附作用改变了二者分别的单一毒性效应，一方面颗粒物能够以“Trojan horse”（“特洛伊木马效应”）的方式运载B(a)P进入吞噬性细胞（如巨噬细胞），在细胞内部B(a)P进一步从颗粒物上释放出来，诱发相关毒性；另一方面，虽然相比于巨噬细胞颗粒物较难进入上皮细胞，但滞留于肺泡液体微环境中的颗粒物却扮演着“Reservoir”（“储存与释放体”）的角色，不断释放B(a)P，增加了对邻近上皮细胞的暴露风险，并激活胞内由芳香烃受体介导的损伤效应（图1）。相关工作发表于Environmental Science & Technology Letters。
图1. 颗粒物对有机污染物发挥了运载体和储存与释放体的作用，通过多种途径增加 有机污染物对肺内不同类型细胞的毒性效应。
该团队进一步深入探索了生物炭颗粒与多环芳烃类有机污染物形成的复合物与细胞的生物界面作用过程，发现B(a)P、菲和芘等多环芳烃类有机物以“pore-filling”（“孔占位”）的模式占据生物炭的孔隙，引发孔隙体积及微孔面积显著降低，颗粒物表面特征也发生显著改变，结果导致生物炭颗粒与多环芳烃类有机污染物复合体的毒性较单纯的生物炭颗粒显著增加，表现在入侵磷脂的能力增加、与细胞膜的作用增强，复合体颗粒物更易被巨噬细胞识别、吸附和内吞，诱发细胞的形变、溶酶体破裂、氧化损伤和细胞自噬等，也降低了巨噬细胞免疫反应效力（图2）。相关工作发表于ACS Nano。
图2. 有机污染物负载致颗粒物与细胞膜的作用增强，增加颗粒物对巨噬细胞的毒性效应， 并且降低巨噬细胞的免疫反应效力。
以上研究为客观详实地评估生物炭细颗粒物与多环芳烃等有机污染物复合污染的健康风险提供了新思路。该研究得到了国家自然科学基金、科技部和中国科学院国际合作项目支持。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.estlett.0c00900
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c00324
2021-06-29
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中心“全面支撑生态系统生产总值核算制度建设”获评中国科学院2021年第1季度亮点成果
2021年5月11日，中国科学院发布了2021年度第1季度科技成果转化亮点工作和科技创新亮点成果。中心“全面支撑生态系统生产总值核算制度建设”成果入选科技成果转移转化亮点工作。
2021年3月下旬，深圳市生态环境局、发展和改革委员会、中国科学院生态环境研究中心等联合发布深圳市生态系统生产总值（Gross Ecosystem Product，GEP）核算“1+3”制度体系，即：一个核算实施方案——《深圳市GEP核算实施方案（试行）》、一项核算地方标准——《深圳市GEP核算技术规范》、一套核算统计报表——《深圳市GEP核算统计报表制度（2019年度）》和一个自动核算平台——《深圳市GEP在线核算平台》。
深圳市GEP核算的“1+3制度体系”，不仅在技术层面为其他城市的GEP核算提供可复制、可推广的经验，还对推进生态效益纳入经济社会考核体系具有重要意义。2019年8月《中共中央国务院关于支持深圳建设中国特色社会主义先行示范区的意见》明确要求深圳“探索实施生态系统服务价值核算制度”。 在中科院STS及战略性先导科技专项等先后支持下，项目组生态系统生产总值核算理论和方法研究成果成功应用于深圳市GEP核算制度体系建设。
生态系统生产总值也称生态产品总值，指一定区域的生态系统为人类福祉提供的最终产品与服务及其价值。GEP的概念与核算框架由中科院生态环境研究中心研究员欧阳志云与时任世界自然保护联盟（IUCN）驻华代表朱春全博士于2013年共同提出。目前GEP核算已经在浙江丽水、江西抚州、云南普洱、内蒙古自治区等应用于探索建立生态产品实现机制、推进绿色发展进程，为中共中央办公厅、国务院办公厅4月26日发布的《关于建立健全生态产品价值实现机制的意见》提供了科技支撑。生态环境部依托中科院生态环境研究中心和生态环境部环境规划院编制印发了《陆地生态系统生产总值核算技术指南》，进一步规范GEP核算工作。联合国第52届统计委员会会议上发布的《环境经济核算制度—生态系统核算》SEEA-EA（System of Environmental-Economic Accounting—Ecosystem Accounting）中，将GEP作为生态资产与生态服务价值核算的综合指标。
中国科学院科技转移转化亮点成果是为进一步增进公众对中科院亮点工作的了解，同时促进院属各单位进一步加强对重大成果的传播推广，中科院于2017年启动“中科院科技创新亮点成果”、“中科院科技成果转移转化亮点工作”两类亮点工作筛选活动。筛选活动将每季度举行一次。入选项目一是要求成果质量过硬，二是要求已通过新闻和网络宣传等渠道向公众、通过政务信息等渠道向管理系统内部进行较充分的传播和推广。
（https://www.cas.cn/cg/cgzhld/202105/t20210512_4787872.shtml）
科技开发处
2021年5月29日
2021-05-29
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郑华研究组揭示生态系统服务权衡对重大生态工程生态效益的多尺度影响
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郑华研究组在重大生态工程多尺度效应研究中取得进展，发展了生态系统服务权衡对重大生态工程生态效益影响的研究方法，揭示了三北防护林和京津风沙源治理工程等生态工程在局地、流域和区域的多尺度效应。这一研究成果以“Time and space catch up with restoration programs that ignore ecosystem service tradeoffs”为题，发表在国际学术期刊Science Advances。
重大生态工程实施是提高生态系统服务的重要手段，但提升所关注的生态系统服务（如土壤保持）经常以牺牲其他生态系统服务（如粮食生产）为代价，生态系统服务呈现的这种权衡关系既表现在不同类型之间，也表现在不同空间尺度，还随着时间变化而不断变化，给生态工程的生态效益带来巨大不确定性。尽管已有研究清晰认识到生态系统服务权衡关系的广泛存在，但如何揭示和量化这些权衡关系所带来的多尺度影响及其时间动态，仍是评估重大生态工程生态效益与可持续性、科学开展生态恢复亟需解决的难点。
针对这些问题，研究组提出整合生态系统服务权衡、空间尺度及时间动态的分析方法，并以我国海河流域内三北防护林、京津风沙源治理工程为例，综合采用长期水文观测、遥感反演、生态系统服务评估模型及多元统计方法等手段，发现：生态工程实施过程中，海河流域山区工程覆盖区61.45%的面积防风固沙服务得到提高，但水资源供给服务在工程实施18年后发生显著降低。这种权衡关系随着生态恢复时间延长在多个空间尺度产生效应：局地尺度上的土壤水含量降低和植被退化、流域尺度下游可利用水资源减少、区域尺度上的山前平原地下水位下降。气候变化在这些复杂的权衡关系及其多尺度影响中扮演了重要的推动角色。
图1 海河流域山区防风固沙与水资源供给服务权衡特征、驱动因素及尺度效应
该项研究以生态系统服务科学为基础，为深化认识生态系统服务复杂的权衡关系、全面认识和评估重大生态工程的多尺度生态效益、增强工程可持续性提供了新的思路。海河流域三北防护林和京津风沙源治理工程的案例分析表明：重大生态工程的设计与实施，需要充分考虑生态系统服务权衡特征及其带来的多尺度效应，需要充分考虑未来气候变化对工程多尺度效应带来的影响，才能增强生态效益的稳定性和生态工程的可持续性。这一研究为世界上其他区域科学开展生态恢复工程、持续提高生态效益提供了新的视角和系统的评估框架。
文章第一作者为李若男副研究员，通讯作者为郑华研究员。该研究得到了国家自然科学基金项目（41925005, 41871218）资助。
论文链接：https://advances.sciencemag.org/content/7/14/eabf8650
城市与区域生态国家重点实验室
2021年4月1日
2021-04-01
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环境化学与生态毒理学国家重点实验室在人体血铅单细胞分布规律研究取得进展
环境化学与生态毒理学国家重点实验室胡立刚课题组在人体血铅单细胞分布规律和动态变化方面取得进展。相关成果以“Unified Probability Distribution and Dynamics of Lead Contents in Human Erythrocytes Revealed by Single-Cell Analysis”为题于3月4日在ES&T上正式上线（https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c05989）。
铅暴露是当前主要的环境健康风险因子之一，铅的累积对人体具有极大的健康危害。稳定状态下，人体血液中超过99%的铅存在于红细胞中。红细胞中铅的赋存和变化的研究对人体内铅的转移和健康效应具有重要意义。
基于质谱流式细胞仪建立了单个红细胞中金属含量的检测方法，实现了铅中毒病人的单个红细胞中铅含量的相对定量。研究发现单个红细胞中铅的含量具有极大异质性，但其统计分布符合伽马分布，且不同病人、不同治疗阶段以及正常人群样本均符合该概率分布模型。单个细胞中铅含量分布的变化主要受红细胞中整体铅含量的影响，因此可以通过总体含量对单个细胞中铅的分布进行理论计算。另外，研究发现单个红细胞中铅含量随红细胞寿命增加而降低，同时网织红细胞中铅的含量高于成熟红细胞，这说明红细胞可能是骨铅转移到血液中的天然载体。本研究结果首次揭示了外源污染物在高等生物单个细胞水平的分布规律；其赋存和变化规律的发现为后续铅在人体内循环及相应促排手段的深入研究提供了基础。
该项目得到了国家自然科学基金、中科院交叉创新团队项目、广东省职业病防治重点实验室、深圳“三名工程”等项目资助。
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c05989
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2021年3月9日
2021-03-09
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魏源送研究组在厌氧氨氧化技术处理猪场废水工程应用方面取得新进展
近年来，中国科学院生态环境研究中心水污染控制实验室膜技术研究与应用组通过与河北安平弘嘉环保公司合作，在厌氧氨氧化技术处理生猪养殖废水工程应用方面取得新进展，主要包括采用部分亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺（Combined Partial Nitrification and Anammox, CPNA）在工程规模上成功实现了厌氧氨氧化活性污泥的富集与培养；针对生猪养殖废水的高COD、高氨氮浓度特点及其处理需求，创新地提出混合生物脱氮概念（Combined Nitrogen Biological Removal，CNBR），据此在工程规模开展了以厌氧氨氧化为主的混合生物脱氮试验研究，废水处理成效显著。相关研究成果近期以研究论文陆续发表于Bioresource Technology 杂志（Chen, et al. 2021, 403, 124906；Zuo, et al. 2020, 88, 326-337）。
针对猪场厌氧消化液污染物浓度高、碳氮比低的水质特点和传统生物脱氮工艺处理难的现状，研究组与河北安平弘嘉环保公司在河北京安生猪养殖废水处理厂（日均处理规模1230m3）开展了长期系统的试验研究，解析了污水厂现有工艺中各区的水质、脱氮效率和功能微生物等变化特征，明确了应用厌氧氨氧化工艺改造的可行性。根据混合生物脱氮（CNBR）的原理，结合A2/O工艺特点，研究团队创新性地提出基于回流硝酸盐的碳源投加耦合曝气调控策略，实现了污水生物脱氮方式从传统硝化反硝化为主转向以厌氧氨氧化为主。该污水处理厂经过调试后，第二阶段进水COD、NH4+-N、TN平均浓度分别为1074 ± 365, 373 ± 63和 454 ± 77 mg/L时，出水COD、NH4+-N、TN平均浓度194 ± 38, 30 ± 19和75 ± 32 mg/L，出水COD、NH4+-N浓度满足《畜禽养殖业污染物排放标准GB18596-2001》排放要求（COD400mg/L、NH4+-N 80mg/L，没有TN排放限值要求），其中总氮平均去除率从第一阶段的65.5%提升至第二阶段的83.5%，厌氧氨氧化的脱氮贡献率从第一阶段的39%增加到第二阶段的77%，厌氧氨氧化菌CandidatusBrocadia平均相对丰度由第一阶段的0.76%增加到第二阶段的2.43%，废水处理能耗从1.93 kW h/m3降至0.9 kW h/m3，实现了外加碳源零投加，大幅度降低了猪场厌氧消化液处理成本。
在此同时，研究团队对现场水解酸化池（有效容积116.6m3）进行改造，以CPNA工艺为对象，提出以溶解氧与亚硝酸盐协同调控策略实施厌氧氨氧化菌的富集培养。研究结果表明，亚硝酸盐调控策略有效解决了短程硝化向厌氧氨氧化转化过程中低溶解氧控制与亚硝酸盐稳定供给难以兼容的问题，并在77天内成功实现了工程规模厌氧氨氧化活性污泥的原位富集，厌氧氨氧化菌Candidatus Brocadia的浓度从初始的4.42E+04 Copies/mL增加到第77天的1.77E+07 Copies/mL，相对丰度从初始的1.08%提升到2.49%。
以上研究工作得到了国家重点研发计划（2016YFD0501405）、江西省重点研发计划（20171ACG70018）等项目支持，2名博士生陈彦霖和左富民分别为这两篇论文的第一作者，通讯作者是魏源送研究员。
图1. A2/O系统处理猪场厌氧消化液的COD、NH4+-N、TN浓度和碳源外加量变化
图2. A2/O系统各区脱氮比例与废水处理能耗
图3. CPNA工艺富集培养厌氧氨氧化活性污泥的微生物群落结构
水污染控制实验室
2021年3月1日
2021-03-08
