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祝贵兵研究组揭示空气污染会加剧大气中抗生素抗性基因的传播
抗生素抗性基因（Antibiotic resistance genes, ARGs）作为一种新兴环境污染物，普遍存在于现代环境和微生物中，极大地影响抗生素的治疗效果，严重威胁人类健康。人类滥用抗生素，使得陆地表层系统成为ARGs的重要库。在陆地上，ARGs在小范围内进行传播。陆地上的ARGs以生物气溶胶的形式进入到大气中，之后通过雨雪等湿沉降返回至地表，使得ARGs污染传播至全球范围，并构成ARGs循环。近年来，冬季湿沉降，尤其是降雪，往往伴随着大气污染问题，因此我们推测大气ARGs的存在与传播与大气污染有关。
为了验证这一猜想，中科院生态环境研究中心祝贵兵团队与大气物理研究所王自发研究员、城市环境研究所朱永官研究员合作，历时四年，采集了国内外13000km、共48个样点的新鲜降雪样品，利用高通量定量PCR（High-throughput quantitative PCR,HT-qPCR）检测降雪中的ARGs的丰度和组成，发现ARGs的丰度与空气质量污染指数（Air Quality Index，AQI）和PM2.5显著正相关，从而证明ARGs的存在与传播和大气污染有关，而且大气污染还可以增加ARGs的丰富度。
结合大气动力学分析，从大尺度和小尺度两个方面，证明大气污染能够引起ARGs的积累与传播。在距离13000km，海拔高500m的整个采样点纵切面内，大气中的ARGs未表现出明显差异，说明ARGs通过大气水平和垂直运动已经混合均匀；在4000km的小尺度内，ARGs的相似性随着距离的增加而降低，而微生物群落的相似性与地理距离没有显著关系，说明ARGs不完全依赖于微生物而存在，小尺度内污染颗粒物的存在将有助于其在大气中的传播。例如大气环境状况良好时，气流垂向尺度运动会造成ARGs的衰减，纵向上存在气流的上下运动，ARGs传播能力较弱。而当存在颗粒物污染的时候，气流转而只向下运动，导致ARGs的积累。此外，研究得到了用于估计其他共现ARGs、总ARGs丰度以及大气污染程度的指示基因。
这项研究工作的意义在于，揭示了作为人类生存必要条件的空气中不仅存在PM2.5等非生物污染，还有抗生素抗性基因污染，且会在其他污染的作用下加剧，威胁人类的生命与健康。并且为衡量人类百年尺度上的影响与“人类世”定年提供了新的思路。该成果发表于国际微生物生态学权威杂志《The ISME Journal》。
图1. ARGs环境循环示意图
该研究得到了国家自然科学基金（No. 41322012，41671471和91851204），广东珠江人才计划地方创新研究团队计划（2017BT01Z176），国家重点研发计划（2016YFA0602303）和环境模拟与污染控制国家重点联合实验室（中国科学院生态环境研究中心）专项资金（18Z02ESPCR）的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41396-020-00780-2
环境水质学国家重点实验室
2020年9月24日
2020-09-24
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环境化学与生态毒理学国家重点实验室在颗粒物毒理方面取得进展
中科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刘思金研究组通过多方合作在颗粒物的环境过程、毒理与转化等研究中取得新进展，相关研究成果陆续发表于Small (Xu et al. 2020, 2003691), Nano Today (Chen et al. 2020, 100976)和NPG Asia Materials (Chen et al. 2020, 12, 56)等期刊上。
在自然环境场景下，颗粒物会发生复杂的环境转化过程，最终决定颗粒物的环境归趋与健康风险。该研究组发现，水环境条件的变化(如pH值、离子强度、有机分子组分)，会引起银纳米颗粒(AgNPs)发生溶解、重结晶、聚集等多种转化过程，进而作用于多种重要的生物功能大分子(如GST和ERα)，进而导致氧化应激损伤、细胞代谢紊乱和细胞死亡等(Particle and Fibre Toxicology 2019, 16, 46; Nanotoxicology 2020, 14, 740-756，图一)。在大气环境中，臭氧则会加速颗粒物的老化，改变其表面含氧化学基团与性质，影响颗粒物的红细胞与巨噬细胞毒性(Environmental Science: Nano 2020, 7, 1633-1641)。
图一. 银纳米颗粒诱发细胞毒性机制的示意图
在纳米颗粒表面，生态大分子(如NOM、EPS、蛋白)会发生复杂的吸附过程，并形成环境冠(environmental corona)的界面结构，显著地影响纳米颗粒的环境行为与生物效应。针对上述科学问题，该团队系统地回顾并综述了纳米颗粒的环境冠界面特征、对纳米颗粒环境行为与生物效应的影响、环境冠影响纳米—生物界面作用的主要机理，并提出了未来该领域研究所面临的主要问题与挑战(Small 2020, 2003691，图二)。
图二. 水环境中纳米颗粒表面形成“环境冠”的主要特征示意图
在上述环境毒理研究的基础上，开展了纳米材料抗病原微生物的转化毒理研究。该团队与复旦大学蔡启良教授合作发现，AgNPs能够更有效的诱导病毒感染细胞发生自噬，并通过直接破坏病毒颗粒以阻断其复制，从而抑制其集落形成(Cell Death & Disease 2019, 10, 392)。同时，该研究组也对新型纳米制剂抗病原微生物的治疗策略与方法进行了评述与展望 (Nano Today 2020, 100976)。该研究组与厦门大学郑南峰教授合作，基于理论模型分析，设计并制备了具有高抑菌活性的新型银纳米团簇(AgNCs)。AgNCs通过类过氧化物酶活性增强活性氧自由基产生、破坏氧化呼吸链电子传递、降低细菌运动能力、抑制生物膜形成，高效地杀灭耐药性铜绿假单胞菌(P. aeruginosa)，这个研究工作为解决P. aeruginosa耐药性问题提出新思路(NPG Asia Materials 2020, 12, 56，图三)。
以上研究工作得到了国家自然科学基金委、北京市自然科学基金委以及中科院国际合作项目的支持。
图三. 双亲性银纳米团簇抗多耐药细菌的作用机制示意图
论文链接1：https://link.springer.com/article/10.1186/s12989-019-0322-4
论文链接2：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/smll.202003691
论文链接3：https://www.nature.com/articles/s41427-020-00239-y
论文链接4：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1748013220301456?dgcid=author
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2020年9月23日
2020-09-23
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宋茂勇研究组在四溴双酚A的胚胎发育毒性研究中取得新进展
中国科学院生态环境研究中心环境纳米技术与健康效应重点实验室宋茂勇组利用活体成像技术和转基因标记斑马鱼研究了四溴双酚A在斑马鱼胚胎血液发生过程中的毒性效应和甲状腺激素信号通路在毒性机制中发挥的作用，为评估四溴双酚A对水生动物的生态风险奠定了基础。研究结果以封面文章发表在Environmental Science & Technology（DOI：10.1021/acs.est.0c02934）。
四溴双酚A是目前全球使用最广泛的溴代阻燃剂。四溴双酚A容易在水生动物体内特别是在其卵和胚胎中累积，因而其对水生动物带来不可忽视的生态风险。过去多个研究组报道了四溴双酚A暴露可引起斑马鱼胚胎尾部的血红细胞淤积，但是对该缺陷的发生过程和毒性机制仍不明确。本研究组利用活体成像技术，发现红细胞淤积发生在在胚胎血液循环建立的起始阶段（24-26 hpf），主要表现为尾部静脉的扩张。研究组进一步利用转基因标定斑马鱼的成像和流式细胞定量分析，发现四溴双酚A诱导起初级造血组织内细胞团（ICM）的扩张导致了尾静脉形成粗壮的结节状导管，而不是形成编织状静脉血管丛。该研究揭示了四溴双酚A干扰初级红系发生是其发育毒性的起始因素，进而干扰血液循环的正常建立，使得回流至心脏的血液减少，造成血液循环损伤。红系造血发生受到包括甲状腺激素信号通路在内的多个信号通路影响。通过药物拯救实验，研究组发现甲状腺激素拮抗剂胺碘酮几乎能完全拯救四溴双酚A造成的尾部血岛发育缺陷，暗示了四溴双酚A的甲状腺激素干扰活性和甲状腺激素受体信号通路在毒性机制中起到重要作用。
以上研究工作得到了国家自然科学基金委和国家重点研发计划支持。
论文链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.0c02934
环境纳米技术与健康效应重点实验室
2020年9月21日
2020-09-21
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环境化学与生态毒理学国家重点实验室在转化毒理学方面取得进展
中科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杜宇国研究组与刘思金研究组通过多方合作在转化毒理学方面取得新进展，相关研究成果近期以研究论文陆续发表于National Science Review (Wang, et al. 2020, DOI: 10.1093/nsr/nwaa226)，Advanced Science(Ma, et al. 2020, 7, 2000609)和Journal of Nanobiotechnology (Wang, et al. 2020, 18, 84)。
免疫系统的调控紊乱与多种疾病的发生发展密切相关。目前KRN7000是一种被广泛认可并具有成药潜力的α-GalCer类Th1型免疫反应激活剂。但是由于α-GalCer对Th1型和Th2型免疫反应的选择特异性不强，限制了其临床应用。该团队成功合成了多手性的糖脂类化合物α-GalCer-diol，细胞和动物实验证实α-GalCer-diol能直接诱导树突状细胞和经典CD1d-iNKT轴的激活，其与CD1d受体的结合力显著强于经典的KRN7000化合物（图1）。同时发现，α-GalCer-diol能诱发小鼠体内CD11b阳性细胞数量增加，并活化表达Th1型炎性因子，二者共同作用，显著提高α-GalCer-diol诱导的机体Th1型免疫反应，并在小鼠黑色素瘤模型试验中呈现出显著的抗肿瘤转移活性。该研究克服了α-GalCer在应用中非选择性诱导抗炎/促炎症反应因子表达的缺点，对新型抗肿瘤药物的研发具有指导意义，相关结果发表在Advanced Science。
图1. 新合成α-GalCer-diol选择性提高Th1型免疫反应的作用机制
肿瘤和退行性疾病等已成为影响人类健康的重要危害因素。该团队与厦门大学郑南峰教授合作，制备了单分散性钯纳米片（PdPL），以目前严重危害女性健康的转移性乳腺癌为研究对象，在原位以及肺转移肿瘤模型上证实PdPL可以有效靶向原位肿瘤和肺转移瘤，并且单独PdPL特别是协同光热治疗可有效抑制乳腺癌肺转移。进一步通过转录组测序、生物信息学分析和生物化学与分子生物学研究发现在非毒性暴露剂量下，PdPL通过阻断TGF-β所驱动的上皮-间充质转化（EMT）信号通路来抑制乳腺癌肺转移（图2）。此发现为揭示PdPL等纳米材料的肿瘤治疗机制提供了新的策略与依据。相关成果在线发表于National Science Review。同时，该团队在纳米药物促进骨折愈合方面取得重要进展，相关成果发表于Journal of Nanobiotechnology。
图2. PdPL通过阻断TGF-β驱动的EMT通路来抑制乳腺癌转移机制
以上研究工作得到了国家自然科学基金委项目、北京市自然科学基金委项目和中科院国际合作项目等的支持。
相关论文链接：
论文1：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202000609
论文2：https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwaa226/5900996
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2020年9月4日
2020-09-04
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刘景富研究组在原位拉曼光谱溯源二氧化碳电催化还原选择性方面取得进展
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刘景富研究组利用原位表面增强拉曼光谱技术研究了二氧化碳电催化还原，在拉曼低波数段识别了二氧化碳还原的两种初步中间产物*COOH和*OCO-，并确认其为调控液相产物选择性的关键靶点，为高选择性催化剂的设计奠定了基础。研究结果最近发表在ACS Nano （DOI: 10.1021/acsnano.0c03534）。
利用可再生电能催化还原二氧化碳生成高附加值化学品，可实现碳资源的循环再利用。传统的块体金属催化剂具有较低的液相产物选择性，且对调控二氧化碳还原选择性关键靶点的认识不足限制了高选择性催化剂的设计。原位表面增强拉曼光谱可以实时高灵敏识别材料基底表面吸附的分子，因而被用于研究二氧化碳电还原过程机理。拉曼低波数段信号（＜1000cm-1）可以提供与金属催化剂直接相连的化学键振动信息，有助于理解反应初期反应物在电极催化剂表面的吸附及反应过程。借助原位表面增强拉曼光谱技术对初期反应机理的深入认识为追溯二氧化碳还原选择性的根源提供了可能。
图 A)原位表面增强拉曼光谱监控反应过程及在纳孔银上电沉积金属铜或钯示意图；电极材料SEM，XPS及电化学表征；B)二氧化碳还原随电压变化原位拉曼光谱图；C)13C同位素实验；DFT理论计算振动频率；二氧化碳还原初始反应路径示意图；D)沉积金属铜或钯的原位拉曼谱；中间产物*COOH和*OCO-拉曼谱峰面积比随电压的变化；液相产物法拉第效率及其和拉曼谱峰面积比的关系。
刘景富研究组利用原位表面增强拉曼光谱技术监测了二氧化碳电还原过程（图A），结合13C同位素实验以及DFT理论计算在低波数段识别了分别通过一个碳原子和两个氧原子吸附在纳孔银表面的反应初期中间产物及*COOH和*OCO-图B, C）。这两种不同吸附构型的中间产物分别处于二氧化碳还原的两条初始反应路径上（图C），暗示*COOH和*OCO-在二氧化碳还原产物选择性方面扮演着很重要的角色。该研究进一步将金属铜和钯分别电沉积在纳孔银表面进行二氧化碳电还原，并原位拉曼监控反应过程。中间产物*COOH和*OCO-拉曼谱峰面积比因沉积了不同金属而发生了改变，生成的液相产物的法拉第效率也随之发生变化（图D）。当沉积金属铜时，*OCO-与*COOH拉曼谱峰面积比较纳孔银增大，液相产物甲酸的选择性升高；当沉积金属钯时，*OCO-与*COOH拉曼谱峰面积比较纳孔银减小，液相产物乙醇的选择性升高。由此可见，电极表面中间产物*OCO-的累积有利于甲酸的生成，而中间产物*COOH的累积则有利于乙醇的生成。对两种中间产物吸附在不同电极表面的吉布斯自由能的计算发现，金属铜或钯的引入改变了*OCO-与*COOH在电极表面的吸附行为，进而影响了二氧化碳还原的反应路径选择性，因此液相产物选择性发生变化。
研究得到了国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的资助。
文章链接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c03534
环境化学与生态毒理学国家重点实验室
2020年8月20日
2020-08-20
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吕永龙主编的《环黄渤海滨海带生态环境状况综合调查图集》正式出版
环黄渤海地区是我国经济社会快速发展的区域，在人口激增、经济开发诸多压力下，环境污染与生态退化问题不断出现，亟需开展环黄渤海滨海带生态环境基本状况综合调查，为当前甚至今后相当长一段时间滨海带经济社会的可持续发展提供重要的基础科学数据支撑。
从2013年开始，先后在国家重点科技基础性工作专项“黄渤海滨海带环境污染与生态系统状况综合调查”、国家重点研发计划项目“城市化与区域生态耦合及调控机制”和中国科学院重点部署项目“区域典型污染物生态环境效应与管理”等支持下，在环黄渤海地区开展了大量的生态环境调查与分析工作，经过近6年的野外样品采集、室内实验分析、数据处理、图集编纂工作，由发展中国家科学院（TWAS）院士、欧洲科学院（AE）外籍院士、中国科学院生态环境研究中心吕永龙研究员主编的《环黄渤海滨海带生态环境状况综合调查图集》正式出版（中国环境出版集团，2019.10）。来自中国科学院生态环境研究中心、中国环境科学研究院、中国科学院海洋研究所、中国科学院沈阳生态研究所、北京大学城市与环境学院、国家基础地理信息中心等单位的中青年学者参与了研究与图集的编撰工作。
《环黄渤海滨海带生态环境状况综合调查图集》集中体现了环黄渤海滨海带的生态状况及其典型污染物的空间分布格局与污染态势，主要包括黄渤海滨海带土地利用状况、氮、磷、重金属、有机氯农药（OCPs）、多氯联苯（PCBs）、多环芳烃（PAHs）、多溴联苯醚（PBDEs）、全氟化合物（PFASs）、六溴环十二烷（HBCDs）、景观类型分布状况、淡水生物多样性、近海海水理化性质及生物分布状况等。本图集可为了解环黄渤海地区多介质污染状况提供基础性数据，可为加强该地区环境生态风险管控提供重要的决策支持服务，可为全国广泛开展海岸带地区生态环境调查起到示范作用，也可广泛服务于土地、环保、海洋、农业、卫生等部门。
城市与区域生态国家重点实验室
2020年8月5日
2020-08-05
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生态模型与全球变化研究组在农业生态系统温室气体排放、高寒植被碳固定以及高寒河流水环境遥感研究方面取得重要进展
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生态模型与全球变化研究组在农业生态系统温室气体排放、高寒植被生态系统碳过程以及高寒河流水环境遥感研究方面取得重要进展，相关研究成果分别发表在Global Change Biology，Agricultural and Forest Meteorology, Journal of Geophysical Research, Remote Sensing等杂志上。
农业生态系统是气候变化的承受者，也是温室气体（GHG）的重要排放源，对自然变化和人类活动非常敏感。在全球变化背景下，要确保粮食安全和生态环境平衡，需要更好地了解和量化多个环境变化因子及其相互作用对作物温室气体排放强度（单位作物产量的温室气体排放量）的影响。课题组使用改进的农业生态系统模型（DLEM-AG2.0）及包含172个野外温室气体排放实验的meta分析，对1949年至2012年中国小麦、玉米和水稻的温室气体排放强度的时空变化率、主要贡献因子及其影响进行了国家尺度的最新评估。结果表明，1949-2012年，农田的温室气体排放强度平均为0.10~1.31 kg CO2‐eq kg‐1，增长率为1.84~3.58×10‐3 kg CO2‐eq kg‐1 yr‐1。2000年以来，氮肥是导致中国北方温室气体排放强度增加的主要因素，对南方的影响也有所增加。温室气体排放强度的增加意味着过度施肥不仅没有显著促进作物增产，反而加剧了土壤温室气体排放。本研究发现，超过60%的过度施肥主要位于华北平原的冬小麦-夏玉米轮作区，长江中下游和西南地区的冬小麦-水稻轮作区，以及南方大部分的双稻轮作区。模拟结果表明，“过度施肥”地区当前的氮肥施用水平减少约1/3，不会显著影响作物产量，但会使土壤温室气体排放减少29.60%~32.50%，温室气体排放强度减少0.13~0.25 kg CO2‐eq kg‐1。这分别相当于中国和世界农业土壤温室气体排放总量的29%和5%。研究表明，提高氮肥利用效率将是减少温室气体排放、保障中国粮食安全的有效策略。研究结果可为我国发展温室气体友好型农业提供参考。
图1. DLEM-AG2.0估算的1949-2012年中国小麦、玉米和水稻的温室气体排放强度(a、d和g)、作物产量(b、w和h)和土壤温室气体排放(c、f和i)
高寒植被生态系统对气候变化非常敏感，然而，高寒植被在不同生长阶段碳交换及其碳通量对气候变化的响应机制尚不明确。我们利用遥感反演的长时间序列高寒植被总初级生产力（GPP）、净生态系统生产力（NEP），系统分析了1982-2015年以来青藏高原高寒草甸生态系统不同生长阶段碳交换、生产力及其对气候变化的响应关系。研究结果发现：青藏高原高寒草甸生产力在过去30多年均得到了持续的增加，但在不同的生长阶段高寒草甸会表现为不同的碳源和碳汇，同时不同气候因子对高寒草甸GPP、NEP的影响程度也不相同，表现为温度因子在整个植被生长阶段都起着重要的作用，控制着高寒草甸的碳固定能力。在植被枯萎前土壤水分对高寒草甸碳固定的作用日益重要，而空气饱和差、太阳短波辐射对高寒草甸碳固定的影响相对较弱。我们的研究也揭示了需要从高寒植被生长的各个阶段来分析气候变化与高寒植被生态系统碳过程的复杂关系，从而为更系统了解陆地生态系统对气候变化的响应机制提供了新的视野。
（A） （B）
图2. 高寒草甸不同生长阶段（S1、S2和S3）GPP（A）和NEP（B）变化的主导气候因素的空间分布
随着全球气候变化和人类活动影响的加剧，高寒河流水环境受到了越来越严重的环境胁迫，而由于高寒河流所处区域气候恶劣、地形地貌条件复杂，如何有效地监测高寒河流水环境变得日益重要。我们从2016年起连续开展了雅江、金沙江、怒江、澜沧江等高寒河流的天空地一体化观测实验，首次建立了高寒河流水环境不同组分的遥感光谱库，而后基于空间对地观测信息协同，建立了河流水环境遥感机器深度学习识别与定量反演模型，生成了长时间序列高寒河流水环境数据集并系统分析了全球变化与人类活动影响下的高寒河流水环境变化的时空特征，最终形成了高原高寒河流水环境遥感监测系统，这将有助于提升高原寒区河流水环境遥感监测与预警的能力与水平。
图3. 三江并流区怒江（NJR）、澜沧江（LCR）和金沙江（JSR）季节性水体浑浊度空间分布
这些研究分别得到科技部国家重点研发计划重点专项（2018YFA0606001和2017YFA0604702）、中科院STS项目（No. KFJ-STS-ZDTP-0）和国家自然科学基金委重大研究计划等项目（No. 91547107和 41271426）的资助。系列论文链接如下：
https://doi.org/10.1111/gcb.15290
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168192320301878
https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2019JC015106
https://www.mdpi.com/2072-4292/11/24/3010
https://www.mdpi.com/2072-4292/11/11/1287
城市与区域生态国家重点实验室
2020年7月28日
2020-07-28
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傅伯杰团队在非洲生态系统变化与驱动机制研究中取得重要进展
非洲旱地生态系统主要由稀树草原和灌丛组成，草本与木本植物动态竞争，对气候变化和人类活动非常敏感。在全球变化背景下，生态系统结构和功能发生显著变化。课题组基于多源遥感数据，将光学NDVI和微波VOD互补，识别了非洲旱地生态系统近30年的动态演化，发现1993-2012年间，非洲旱地生态系统木本植物增加，土壤水分的变化是主要的驱动因素。此外，利用集合经验模态分解的方法分析了过去三十年东非植被的时空动态，划分了趋势变化的类型，识别了趋势转折的时间，结果表明植被由变绿到变棕是主要的变化趋势，转折时间集中在2000年前后。该项研究为大尺度植被动态监测及生态系统退化评价提供了科学方法。
火动态对于理解生态系统结构功能变化和全球气候变化有着重要的意义。一方面，全球变暖和干旱事件增加了火发生的潜在风险，另一方面人类活动特别是农田扩张抑制火的发生和传播。非洲火占全球火燃烧面积的70%，占全球火相关排放的50%，同时火在草本和木本植物竞争中扮演着重要角色。但目前关于气候因素和人类活动在多大程度上影响非洲火动态尚不清楚。课题组基于遥感数据，分析了2001-2016年间非洲火的非线性动态（图1）， 结果表明非洲北部火持续减少，主要原因是农田扩张；非洲南部火经历了由增加到减少的转折，主要受降水的控制。同时，研究指出降水-火关系存在时空异质性：短期降水与火呈负相关关系（降水抑制燃料的可燃性）， 前一两个雨季降水与火呈正相关关系（降水促进燃料的累积）。总体而言，干旱区降水与火呈正相关关系，湿润区降水与火呈负相关关系。该项研究对于理解植被-降水-火关系以及预测未来非洲火动态提供了科学依据。
图1: 非洲火的时空变化:（a）2004年,（b）2010年,（c）2016年,（d）2001-2016平均变化；
上述研究成果得到了国家重点研发计划项目“全球变化对生态系统服务的影响”（资助号：2017YFA0604701）和国家自然科学基金项目（资助号：41761144064）等支持，相关论文发表在Global Change Biology和Land Degradation & Development。系列文章链接如下。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/gcb.15190
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ldr.3342
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/ldr.3017
城市与区域生态国家重点实验室
2020年6月24日
2020-06-24
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吕永龙团队在全氟化合物的生态效应和健康风险方面取得进展
中国科学院生态环境研究中心吕永龙研究员团队在全氟化合物的生态效应和健康风险方面取得系列进展，分别从农业生态系统、水生生态系统和人群暴露三个主要方面解析了在氟化工高排放影响下，全氟化合物在典型物种中的生物富集和传递效应，分析了在多种暴露途径下的健康风险，并提出了风险管控措施。相关成果近年来在著名环境期刊Environment International、Journal of hazardous Materials等上陆续发表了8篇论文。
全氟化合物(PFASs)是近年来国际上重点关注的一类新型持久性有机污染物（POPs），其中以全氟烷基酸（PFAAs）类的排放和风险尤为突出，其代表性物质全氟辛烷磺酸（PFOS）和全氟辛酸（PFOA）及相关物质分别于2009年和2019年被列入《斯德哥尔摩公约》。PFAAs排放和风险管控标准的制定亟需科学依据。PFAAs排放源复杂，但氟化工行业通常是排放强度最大的源之一。吕永龙团队辨识了环渤海地区PFAAs的两个高排放流域，分别是大凌河流域和小清河流域(Wang/Lu* et al. 2016 J. Hazard. Mater.)，并对两个流域PFAAs的生态效应进行了深入研究。
图1 研究框架图
针对PFAAs的生态效应的研究表明，ΣPFAAs浓度在纳污水体中最高可达mg/L水平，在灌溉地下水中达到亚mg/L水平，在农田土壤和降水中的浓度也极显著，但是在周边环境中有明显的随距离增加的衰减效应，显著影响半径大约为3-4km（Liu/Lu* et al. 2016 Environ. Int）。这些环境和生长介质中的PFAAs通过生物富集效应进入农作物中，然而与环境介质中的PFAAs成分不同，农作物对短链PFAAs有更高的生物富集因子（BAF）。蔬菜类的PFAAs富集浓度显著高于谷物籽粒，蔬菜中以芽菜类的BAF最高，而在不同的蔬菜部位中，叶子的BAF最高，谷物籽粒中大豆的BAF高于小麦和玉米。与环境介质相比，氟化工源对农作物的显著影响范围更大，可达10km半径（Liu/Lu* et al. 2017 Environ. Int；Liu/Lu* et al. 2019 Environ. Int；Zhang/Lu* et al. 2020 Environ. Int）。水生植物对PFAAs的BAF随碳链长度增加而增加，这个趋势与陆生的农作物正好相反，这主要由生长介质的差异造成，水环境相比土壤环境，更利于PFAAs进入植物体内，尤其是长链PFAAs（Wang/Lu* et al. 2019 Environ. Int）。对16种典型淡水动物和40种典型海水动物的研究发现，对PFAAs具有高富集的物种虽分属不同门类，但都属于底栖物种。同时对比水生植物，水生动物对长链PFAAs具有更高的富集效应，其原因是长链PFAAs在动物体内的半衰期更长。此外栖息地、性别和组织差异对PFAAs富集也有显著影响（Wang/Lu* et al. 2020 Environ. Int）。
农作物和水生动物会作为食物成为PFAAs的人群暴露途径，研究团队对饮用水、降尘和使用鸡蛋等暴露途径进行了详细分析。结果表明，氟化工源周边居民家中的自来水中的PFAAs浓度较低，但作为饮用水的地下水中的PFAAs浓度偏高，个别点位甚至高于现有的饮用水标准值。氟化工源PFAAs排放通过降尘的显著影响半径可达20km，且受常年风向影响，室内降尘中的PFAAs浓度显著高于室外降尘（Su/Lu* et al. 2016 Environ. Int）。家养鸡蛋受PFAAs污染的程度显著高于商品鸡蛋，且PFAAs主要分布于蛋黄中（Su/Lu* et al. 2017 Environ. Int）。进一步的人群健康风险评价通过不同食物中PFAAs的日常摄入估算（EDI）进行，结果表明，食用靠近氟化工源的家养鸡蛋和蔬菜的EDI值高于现有的健康标准值（TDI），会产生显著的健康风险。针对非日常食用的食物（如水产品），研究团队建立了一种新方法，既可以计算EDI值或健康标准值，也可以根据健康标准值计算健康风险管控值，为风险管理提供合理的科学建议。
该系列研究成果得到国家重点研发计划项目（2017YFC0505704和2018YFC1801100）、国家自然科学基金项目( 41420104004、71761147001、41171394、41371488和41701583)、中国科学院重点部署项目（KFZD-SW-322和KZZD-EW-TZ-12）、国家国际科技合作专项（2012DFA91150）、国家重点基础性工作专项（2013FY111100）等的支持。
全文链接：
1.https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0304389415303150
2.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412016300563
3.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412017303756
4.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412018332069
5.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412019315739
6.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412016302604
7.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412016307139
8.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0160412019304726
城市与区域生态国家重点实验室
2020年6月19日
2020-06-19
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WHO发布“关于防止感染和减少抗生素耐药性传播的水、环境卫生、个人卫生和废水管理技术导则”
我中心杨敏和张昱研究员应世界卫生组织（WHO）邀请作为责任专家参加“关于防止感染和减少抗生素耐药性传播的水、环境卫生、个人卫生和废水管理技术导则(Technical brief on water, sanitation, hygiene and wastewater management to prevent infections and reduce the spread of antimicrobial resistance )”的编制，负责其中行动领域5 “抗生素生产—减少对水环境中抗生素的排放(Manufacturing of antimicrobials-Reduce releases of antimicrobials and ARGs into waterways from antimicrobial manufacturing)”部分的编写。目前，该技术导则已由WHO正式发布（https://www.who.int/water_sanitation_health/publications/wash-wastewater-management-to-prevent-infections-and-reduce-amr/en/）。
杨敏课题组长期从事抗生素生产废水抗性基因传播机制与阻断技术研究，取得丰硕成果，其中基于强化水解的抗生素效价消减技术已经在土霉素生产废水处理工程中得到应用。相关成果引起了WHO的关注，作为中方代表，杨敏和张昱研究员先后应邀参加了由WHO等国际组织召开的三次关于环境中抗生素和耐药性控制的全球专家会议（2013、2017和2019），在抗生素监测目标的设定与分析方法标准化、抗生素原料药生产过程产生的抗生素与抗性基因污染管控等方面提出了建设性意见。
“技术概要”封面
环境水质学国家重点实验室
2020年6月15日
2020-06-15
