李海生， 李鳴曉， 鄒天森,2， 郭 祥

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院， 北京 100012 2.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院， 北京 100875

生態(tài)環(huán)境科技是研究人類社會(huì)與環(huán)境協(xié)同演化、綠色持續(xù)發(fā)展的科學(xué)技術(shù)，包括探索全球范圍內(nèi)環(huán)境演化規(guī)律、分析人類活動(dòng)對(duì)自然環(huán)境的影響以及環(huán)境變化對(duì)人類的影響[1-2]. 生態(tài)環(huán)境科技是一門既重視系統(tǒng)理論研究、又重視應(yīng)用效果的綜合型科學(xué)與技術(shù)，具有交叉性、綜合性特點(diǎn). 交叉性是指其涉及自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、法律、工程技術(shù)等多學(xué)科；綜合性是指生態(tài)環(huán)境科技的研究對(duì)象綜合，包含從地下到空中環(huán)境介質(zhì)的全要素，涉及從地球生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)認(rèn)知到污染防治技術(shù)應(yīng)用的全鏈條，覆蓋從法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)政策制定到環(huán)境監(jiān)管執(zhí)法的全方位. 生態(tài)環(huán)境科技為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)提供重要的技術(shù)支撐.

科學(xué)技術(shù)推動(dòng)了全球工業(yè)革命，快速提高了人類社會(huì)生產(chǎn)力，但也極大地改變了地球環(huán)境. 2021年聯(lián)合國環(huán)境署發(fā)布的《與自然和平相處》報(bào)告顯示，地球正面臨應(yīng)對(duì)氣候變化、生物多樣性破壞和環(huán)境污染三大危機(jī). 生態(tài)災(zāi)難、環(huán)境污染已成為新的時(shí)代難題. 中國作為最大的發(fā)展中國家，工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化以及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化四化“并聯(lián)式”復(fù)合壓縮發(fā)展[3]，用40多年時(shí)間走完了發(fā)達(dá)國家200多年的工業(yè)化歷程，面臨的人口—資源—環(huán)境問題極為復(fù)雜，污染治理任務(wù)艱巨. 近年來，隨著生態(tài)文明建設(shè)的逐步推進(jìn)，在保持經(jīng)濟(jì)中高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)下，我國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況得到顯著改善， 但生態(tài)環(huán)境保護(hù)結(jié)構(gòu)性、根源性、趨勢(shì)性壓力總體上未得到根本緩解[4]. 習(xí)近平總書記在全國科技創(chuàng)新大會(huì)上指出，“生態(tài)文明發(fā)展面臨日益嚴(yán)峻的環(huán)境污染，需要依靠環(huán)境科技持續(xù)創(chuàng)新建設(shè)天藍(lán)、地綠、水清的‘美麗中國’”. 在我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)發(fā)生歷史性轉(zhuǎn)變背景下，回顧我國生態(tài)環(huán)境科技的發(fā)展歷程及取得的重大成果，分析當(dāng)前生態(tài)環(huán)境科技面臨的挑戰(zhàn)與需求，提出我國生態(tài)環(huán)境科技2.0時(shí)代的發(fā)展對(duì)策與展望，對(duì)以生態(tài)環(huán)境科技創(chuàng)新引領(lǐng)帶動(dòng)全社會(huì)各領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展具有重大的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義.

1 我國生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展歷程

從全球“八大公害事件”(1930—1968年)到《寂靜的春天》(1962年)出版，喚醒了全人類的環(huán)境意識(shí)，環(huán)境科學(xué)在20世紀(jì)60年代成為一門新的學(xué)科. 1972年，我國政府派代表團(tuán)參加在斯德哥爾摩召開的聯(lián)合國人類環(huán)境會(huì)議. 1973年，國務(wù)院召開第一次全國環(huán)境保護(hù)會(huì)議，標(biāo)志著我國生態(tài)環(huán)境保護(hù)事業(yè)正式起步. 我國的生態(tài)環(huán)境科技伴隨著國家和社會(huì)發(fā)展的需要應(yīng)運(yùn)而生，大體可分為開拓期、發(fā)展期、新時(shí)期3個(gè)主要階段(見圖1).

圖1 我國生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展的3個(gè)主要階段Fig.1 The three major stages of eco-environmental science and technology development in China

1.1 開拓期(1972—1990年)：初步建成環(huán)境總量容量的科技體系

1972年，官廳水庫發(fā)生嚴(yán)重污染問題和死魚事件，國務(wù)院組成官廳水源保護(hù)領(lǐng)導(dǎo)小組，深入開展調(diào)查、研究，這是我國首次進(jìn)行大規(guī)模環(huán)境科學(xué)研究和綜合治理工作，標(biāo)志著我國生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展的起航. 在“六五”“七五”期間，國家相繼啟動(dòng)了“京津唐地區(qū)環(huán)境保護(hù)與生態(tài)平衡問題”研究，以及大氣環(huán)境容量、水環(huán)境容量、環(huán)境背景值、西南地區(qū)酸雨等攻關(guān)項(xiàng)目. 這段時(shí)期，我國探索形成了環(huán)境保護(hù)目標(biāo)責(zé)任制、排污許可證制度、環(huán)境影響評(píng)價(jià)制度、“三同時(shí)”制度、排污收費(fèi)制度等八項(xiàng)環(huán)境管理制度. 相關(guān)科研成果為國家酸雨控制、大氣光化學(xué)污染控制、污染物總量控制等政策制定提供了重要科技支撐.

1.2 發(fā)展期(1991—2011年)：創(chuàng)新了流域區(qū)域污染治理的理論和技術(shù)

從20世紀(jì)90年代開始，我國污染治理理念逐步從末端治理向全過程控制轉(zhuǎn)變、從點(diǎn)源治理向流域區(qū)域綜合治理轉(zhuǎn)變. “八五”至“十五”期間，國家啟動(dòng)了湖泊富營養(yǎng)化、持久性有機(jī)污染物環(huán)境安全、典型地區(qū)土壤與大氣環(huán)境質(zhì)量變化等重大基礎(chǔ)研究. 2006年，《國家科學(xué)與技術(shù)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃綱要(2006—2020年)》發(fā)布，首次將“環(huán)境”列入重點(diǎn)領(lǐng)域及優(yōu)先主題. “十一五”至“十二五”期間，組織實(shí)施了“水污染控制與治理科技重大專項(xiàng)”(簡(jiǎn)稱“水專項(xiàng)”)，開展全球變化與區(qū)域響應(yīng)、區(qū)域環(huán)境質(zhì)量演變和污染控制等多個(gè)領(lǐng)域研究，獲得了一大批基礎(chǔ)研究和關(guān)鍵技術(shù)成果. 這段時(shí)期，我國大力推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，相關(guān)科研成果為完善國家環(huán)境治理技術(shù)體系、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系、環(huán)境技術(shù)管理體系做出了重要貢獻(xiàn)，提高了重點(diǎn)區(qū)域流域環(huán)境污染控制能力.

1.3 新時(shí)期(2012年至今)：打造精準(zhǔn)治污、系統(tǒng)治理的科技支撐體系

黨的十八大以來，在以習(xí)近平同志為核心的黨中央堅(jiān)強(qiáng)領(lǐng)導(dǎo)下，我國生態(tài)文明建設(shè)從認(rèn)識(shí)到實(shí)踐發(fā)生了歷史性、轉(zhuǎn)折性、全局性變化. 天藍(lán)地綠水清是民生福祉，“綠水青山就是金山銀山”的可持續(xù)發(fā)展理念深入人心. “十三五”期間，在持續(xù)推進(jìn)水專項(xiàng)等科技重大專項(xiàng)的同時(shí)，又系統(tǒng)實(shí)施了大氣污染成因與控制技術(shù)、典型脆弱生態(tài)修復(fù)與保護(hù)、生物安全等10多個(gè)國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目. 這段時(shí)期，我國“山水林田湖草沙冰”的系統(tǒng)保護(hù)戰(zhàn)略逐步形成，“十三五”規(guī)劃將PM2.5等9項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)納入約束性控制，環(huán)境保護(hù)的思路由過去強(qiáng)調(diào)總量控制，轉(zhuǎn)變?yōu)橐陨鷳B(tài)環(huán)境質(zhì)量改善為核心. 相關(guān)科研成果為實(shí)施我國大氣、水、土壤“三個(gè)十條”和打好打贏污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)提供了重要支撐.

2 我國生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展取得的重大成果

進(jìn)入21世紀(jì)以來，特別是隨著國家中長(zhǎng)期科技規(guī)劃的實(shí)施，我國生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究得到了全面深化發(fā)展，科技水平不斷提升. 僅“十三五”時(shí)期，生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域中央財(cái)政科技投入約197億元，國家科技計(jì)劃在水、大氣、土壤、固廢、生態(tài)等領(lǐng)域布局了重大專項(xiàng)和重點(diǎn)研發(fā)專項(xiàng)，突破了一批基礎(chǔ)理論和核心技術(shù). 進(jìn)入中國特色社會(huì)主義新時(shí)代，以生態(tài)文明建設(shè)為核心，生態(tài)環(huán)境科技從認(rèn)識(shí)到實(shí)踐有了根本性的變革.

根據(jù)科技部組織的第六次國家技術(shù)預(yù)測(cè)結(jié)果，“十三五”期間，我國生態(tài)環(huán)境科技水平與發(fā)達(dá)國家的整體差距明顯縮短，由過去的10～15年縮短為5～10年. 我國的部分行業(yè)科技實(shí)力從起跑、跟跑發(fā)展到了并跑，已躋身國際先進(jìn)行列，部分技術(shù)已達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為我國生態(tài)環(huán)境整體改善做出了重大貢獻(xiàn)，有效支撐了國家生態(tài)文明建設(shè)和綠色發(fā)展戰(zhàn)略，也為全球環(huán)境治理提供了重要成功范例.

2.1 水環(huán)境科技成果支撐了重點(diǎn)流域區(qū)域的水污染防治

水是國之命脈，治水就是治國，科技支撐是決定性力量. 例如，在滇池藍(lán)藻水華治理初期，主要靠人工打撈藍(lán)藻，不斷上演“人藻大戰(zhàn)”. 通過對(duì)藍(lán)藻水華的暴發(fā)機(jī)理系統(tǒng)解析，治理策略從原來的水上人工撈藻，逐步轉(zhuǎn)向水陸統(tǒng)籌的系統(tǒng)防治[5-6]，在滇池藍(lán)藻水華治理中發(fā)揮了關(guān)鍵作用.

水專項(xiàng)經(jīng)過3個(gè)五年實(shí)施取得了系列研究成果. 突破了一批“控源減排、減負(fù)修復(fù)、綜合調(diào)控”關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)了一批關(guān)鍵設(shè)備和成套裝備，形成了流域水污染治理、流域水環(huán)境管理和飲用水安全保障三大技術(shù)體系(見圖2)，產(chǎn)出了“重點(diǎn)行業(yè)水污染全過程控制技術(shù)與應(yīng)用”等八大標(biāo)志性成果，有效支撐了太湖、滇池、淮河、遼河等流域，以及京津冀區(qū)域水污染治理和水環(huán)境質(zhì)量改善，全面帶動(dòng)了我國治污的理念創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)新和制度創(chuàng)新[7].

為貫徹習(xí)近平總書記推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展的重要講話精神，發(fā)揮科技利器作用，生態(tài)環(huán)境部組建國家長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境保護(hù)修復(fù)聯(lián)合研究中心. 一期研究取得積極進(jìn)展，系統(tǒng)把脈問診識(shí)別長(zhǎng)江水環(huán)境、水生態(tài)、水資源、水風(fēng)險(xiǎn)“病因”；支撐“三磷”整治，實(shí)現(xiàn)流域磷負(fù)荷削減1/3以上；開展技術(shù)幫扶，對(duì)58個(gè)駐點(diǎn)城市“送科技，解難題”，取得顯著成效；實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資源—智慧知識(shí)—責(zé)任任務(wù)—考核評(píng)估—方法質(zhì)控—聯(lián)防聯(lián)控“六個(gè)方面”有序協(xié)同[8]，推動(dòng)了長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境協(xié)同治理能力提升，助力打好長(zhǎng)江保護(hù)修復(fù)攻堅(jiān)戰(zhàn).

2.2 大氣污染治理研究成果支撐了重點(diǎn)區(qū)域大氣環(huán)境質(zhì)量的顯著提升

藍(lán)天白云是民生呼喚. 黨中央國務(wù)院設(shè)立了一批重點(diǎn)專項(xiàng)項(xiàng)目、總理基金項(xiàng)目等，在大氣污染健康效應(yīng)、重點(diǎn)源污染治理技術(shù)、區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控、空氣質(zhì)量管理、預(yù)警預(yù)報(bào)技術(shù)等方面均取得重要進(jìn)展，為國家、重點(diǎn)地區(qū)和城市大氣污染防治工作提供了理論和技術(shù)基礎(chǔ)，不僅對(duì)大幅削減二氧化硫、氮氧化物的排放起到了至關(guān)重要的作用，而且推動(dòng)了火電等傳統(tǒng)“三高”行業(yè)(即高耗能、高排放、高污染行業(yè))的快速綠色轉(zhuǎn)型.

“十三五”期間，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“大氣污染成因與控制技術(shù)研究”重點(diǎn)專項(xiàng)共發(fā)布6批指南，部署148個(gè)項(xiàng)目，總經(jīng)費(fèi)超過24億元. 主要在大氣二次污染監(jiān)測(cè)預(yù)警預(yù)報(bào)、霧霾和臭氧復(fù)合污染成因機(jī)制、固定源和移動(dòng)源深度凈化及多污染物協(xié)同控制、大氣污染健康影響評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)、我國新形勢(shì)下空氣質(zhì)量管理轉(zhuǎn)型技術(shù)、區(qū)域污染防治和重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)園區(qū)全過程控制技術(shù)等方面取得一系列成果，為2019年“一帶一路”國際合作高峰論壇、新中國成立70周年閱兵、第七屆世界軍運(yùn)會(huì)、歷次上海進(jìn)口博覽會(huì)等重大活動(dòng)的空氣質(zhì)量保障提供了關(guān)鍵科技支撐.

2017年4月，國務(wù)院常務(wù)會(huì)議確定設(shè)立“大氣重污染成因與治理攻關(guān)項(xiàng)目”(簡(jiǎn)稱“大氣攻關(guān)項(xiàng)目”). 通過3年的聯(lián)合攻關(guān)，建立了大氣重污染成因定量化、精細(xì)化解析技術(shù)，全面弄清了京津冀及周邊地區(qū)大氣重污染成因，建立了國內(nèi)最大的區(qū)域天地空綜合立體觀測(cè)網(wǎng)[9]，構(gòu)建了重污染天氣聯(lián)合應(yīng)對(duì)技術(shù)體系，有力支撐了區(qū)域大氣污染防治攻堅(jiān)行動(dòng). 與2016年相比，2019年京津冀及周邊地區(qū)秋冬季PM2.5平均濃度下降33%，重污染天數(shù)減少60%[10]，如圖3所示. 2017年攻關(guān)項(xiàng)目實(shí)施以來，京津冀及周邊地區(qū)秋冬季PM2.5濃度降幅顯著提升，公眾的藍(lán)天獲得感和幸福感大幅提升.

大氣攻關(guān)項(xiàng)目的組織經(jīng)驗(yàn)也得到國際社會(huì)的關(guān)注. 聯(lián)合國前秘書長(zhǎng)潘基文評(píng)價(jià)：“中國環(huán)境空氣治理值得他國學(xué)習(xí)”. 韓國政府借鑒我國大氣攻關(guān)中心組織運(yùn)行模式的成功經(jīng)驗(yàn)，于2019年12月成立國家顆粒物信息中心，負(fù)責(zé)評(píng)估顆粒物政策實(shí)施效果，解析顆粒物污染成因，搭建顆粒物相關(guān)信息共享平臺(tái)，大大促進(jìn)了韓國秋冬季空氣質(zhì)量改善.

2.3 土壤污染調(diào)查、風(fēng)險(xiǎn)管控及修復(fù)技術(shù)體系逐步完善

我國是農(nóng)業(yè)大國，土地是農(nóng)民安身立命之本. 我國土壤環(huán)境科技起步晚，但近年來集中攻堅(jiān)，形成了一批土壤環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、重金屬污染修復(fù)、持久性有機(jī)物控制等關(guān)鍵技術(shù).

2017年，國家啟動(dòng)全國土壤污染狀況詳查工作，融合信息化大數(shù)據(jù)技術(shù)，獲取近 1 400 萬條數(shù)據(jù)，建成了我國土壤污染狀況詳查數(shù)據(jù)庫與信息管理平臺(tái)；構(gòu)建了污染詳查網(wǎng)格單元，并開展“點(diǎn)—地塊—流域—區(qū)域—全國”的多尺度土壤污染分層調(diào)查技術(shù)評(píng)估體系(見圖4)，支撐了土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管理和凈土保衛(wèi)戰(zhàn).

圖4 多尺度土壤污染分層調(diào)查評(píng)估技術(shù)體系Fig.4 The multi-scale technology system on soil pollution survey and evaluation

2.4 固體廢物處理處置與資源化關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破

我國固體廢物存量、增量均居世界首位，污染形勢(shì)復(fù)雜，越來越多的城市面臨“垃圾圍城”之痛. 近年來，按照“減量化、無害化、資源化”原則，我國在固廢資源化研究方面，構(gòu)建了固廢循環(huán)利用和污染控制理論體系，突破了一批垃圾資源化利用技術(shù).

科技進(jìn)步推動(dòng)了固廢的資源化循環(huán)利用. 2019年，我國196個(gè)大中城市一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量為13.8億噸，綜合利用量達(dá)到8.5億噸[11]，將垃圾變?yōu)槌鞘械V產(chǎn)，為“無廢城市”建設(shè)提供了重要支撐. 廚余垃圾的資源化利用技術(shù)逐步推廣. 我國餐廚垃圾占比很大，這些直接或間接來自土壤的有機(jī)廢物，最好的處置方式是使其回歸土壤. 目前我國研發(fā)了餐廚垃圾生物處理技術(shù)，可以快速將餐廚等有機(jī)物變成腐殖酸肥料，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用[12].

2.5 生態(tài)保護(hù)修復(fù)和監(jiān)管技術(shù)取得新進(jìn)展

我國幅員遼闊，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能差異性顯著，生態(tài)保護(hù)工作同樣有區(qū)域性特點(diǎn). 通過科學(xué)研究，建立了不同生態(tài)系統(tǒng)生物多樣性調(diào)查監(jiān)測(cè)與評(píng)估方法[13]，揭示了全國不同區(qū)域生物多樣性和生態(tài)系統(tǒng)格局、質(zhì)量、服務(wù)功能和演變規(guī)律[14]；研發(fā)了不同類型退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)技術(shù)和模式[15]，并得到廣泛推廣應(yīng)用，助力了全國生態(tài)狀況的整體改善.

生態(tài)監(jiān)管方面，研發(fā)“衛(wèi)星遙感—無人機(jī)—移動(dòng)監(jiān)管系統(tǒng)”立體化監(jiān)管技術(shù)，對(duì)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶、秦嶺區(qū)域共120處國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)保護(hù)與管理狀況進(jìn)行評(píng)估[16]，支撐了長(zhǎng)江大保護(hù)的政策實(shí)施和國家公園體制試點(diǎn)區(qū)建設(shè). 研究建立的審核評(píng)估方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，支撐了一批生態(tài)文明示范區(qū)、“兩山”示范基地建設(shè).

2.6 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)夯實(shí)了生態(tài)環(huán)境保護(hù)的科學(xué)基礎(chǔ)

環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)是衡量排污狀況和環(huán)境質(zhì)量狀況的主要尺度，我國現(xiàn)行國家生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)總數(shù)已超過 2 170 項(xiàng). 我國環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的研究與時(shí)俱進(jìn)，不斷創(chuàng)新標(biāo)準(zhǔn)制定的理論和技術(shù)方法，形成了中國特色的生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系. 環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)不僅是生態(tài)環(huán)境管理的重要依據(jù)，而且發(fā)揮倒逼作用，促進(jìn)了重點(diǎn)行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí). 例如，2012年原環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的GB 3095—2012《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》，針對(duì)大氣污染突出問題，增加了PM2.5的控制要求，規(guī)范了全國大氣污染防治工作，推動(dòng)了相關(guān)行業(yè)大氣污染治理技術(shù)升級(jí). 在一些特殊時(shí)期，環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的快速制定起到了至關(guān)重要的作用. 例如，2019年新冠肺炎疫情暴發(fā)時(shí)，生態(tài)環(huán)境部快速響應(yīng)，第一時(shí)間印發(fā)新冠疫情醫(yī)療廢物、廢水的應(yīng)急處置、監(jiān)測(cè)等一系列指南規(guī)范，為控制疫情可能帶來的次生污染筑牢了防線.

基準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)制定的科學(xué)依據(jù). 基準(zhǔn)研究耗時(shí)長(zhǎng)、工作量大，是一項(xiàng)復(fù)雜系統(tǒng)研究. 我國生態(tài)環(huán)境基準(zhǔn)體系建設(shè)起步較晚，標(biāo)準(zhǔn)制定主要參考國外基準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn). 研究制定符合我國生態(tài)環(huán)境特征的生態(tài)環(huán)境基準(zhǔn)，是構(gòu)建國家生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防范體系的重要基石. 生態(tài)環(huán)境部2017年發(fā)布了《國家環(huán)境基準(zhǔn)管理辦法(試行)》，2020年發(fā)布了首批國家生態(tài)環(huán)境基準(zhǔn)，初步形成頂層設(shè)計(jì)、技術(shù)規(guī)范、基準(zhǔn)值有序銜接的生態(tài)環(huán)境基準(zhǔn)管理鏈條，“十四五”我國將全面推動(dòng)國家生態(tài)環(huán)境基準(zhǔn)體系建設(shè)[17-18].

2.7 環(huán)保產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力明顯提升

2016—2019年，我國環(huán)保產(chǎn)業(yè)規(guī)?？焖僭鲩L(zhǎng)，年均增長(zhǎng)率達(dá)到15.9%，環(huán)保產(chǎn)業(yè)對(duì)國民經(jīng)濟(jì)直接貢獻(xiàn)率從2004年的0.3%升至2019年的3.1%[19]. 環(huán)保產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力提升較快，我國環(huán)保技術(shù)裝備專利數(shù)量位列全球第一，據(jù)科技部評(píng)估顯示，約10%的環(huán)保裝備實(shí)現(xiàn)國際領(lǐng)跑. 燃煤電廠、工業(yè)爐窯、機(jī)動(dòng)車、船舶等污染源全過程控制技術(shù)取得突破，實(shí)現(xiàn)了多污染物排放協(xié)同控制；污水處理新技術(shù)和新工藝取得進(jìn)展，并在新一輪城市生活污水廠提標(biāo)改造中得到應(yīng)用. 我國建成了世界上規(guī)模最大、設(shè)施最先進(jìn)的現(xiàn)代化膜產(chǎn)業(yè)基地，打破了長(zhǎng)期以來依賴進(jìn)口的不利局面. 火電行業(yè)從1950年到2020年大幅增加，鋼鐵行業(yè)年產(chǎn)量從1950年的61萬噸到2020年突破10億噸[20]，行業(yè)規(guī)模增大的同時(shí)，污染治理技術(shù)不斷提升，其中超低排放、脫硫脫硝技術(shù)世界領(lǐng)先.

3 我國生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)與需求

“十四五”時(shí)期，我國將開啟全面建設(shè)社會(huì)主義現(xiàn)代化國家新征程，進(jìn)入新發(fā)展階段，貫徹新發(fā)展理念，構(gòu)建新發(fā)展格局[21]. 因此，對(duì)加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)提出了新的更高要求. 到2035年，我國人均GDP要達(dá)到中等發(fā)達(dá)國家水平，GDP仍將高速增長(zhǎng). 如何在資源、環(huán)境的巨大壓力下實(shí)現(xiàn)綠色低碳可持續(xù)發(fā)展是需要深入思考的科學(xué)命題. 深刻理解新形勢(shì)下生態(tài)文明建設(shè)的重大內(nèi)涵，緊跟國家發(fā)展戰(zhàn)略和方向，按照習(xí)近平總書記提出的“四個(gè)面向”要求，提出我國生態(tài)環(huán)境科技的新要求、新任務(wù)和新挑戰(zhàn).

3.1 新時(shí)代生態(tài)文明建設(shè)對(duì)科技創(chuàng)新提出了更高要求

生態(tài)文明建設(shè)是中國共產(chǎn)黨以馬克思主義為指導(dǎo)、孕育在中國傳統(tǒng)文化思想下的偉大創(chuàng)造，是一場(chǎng)生產(chǎn)生活方式的根本變革，更是一場(chǎng)思想觀念的徹底革命，蘊(yùn)含的思想博大精深. 關(guān)于未來生態(tài)環(huán)境科技創(chuàng)新，筆者研究認(rèn)為可分為3個(gè)階段：近期仍然以污染治理、生態(tài)修復(fù)為主，實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量根本好轉(zhuǎn)；中期進(jìn)入低碳發(fā)展階段，實(shí)現(xiàn)發(fā)展方式的根本轉(zhuǎn)變，顯著降低發(fā)展對(duì)環(huán)境的壓力；長(zhǎng)期以構(gòu)建人與自然生命共同體目標(biāo)為主，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生.

生態(tài)文明建設(shè)本質(zhì)上是一場(chǎng)世界級(jí)的科技競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)也是經(jīng)濟(jì)、政治、文化、制度競(jìng)爭(zhēng)，是一場(chǎng)全方位的世紀(jì)性文明競(jìng)爭(zhēng). 科技興則民族興，科技強(qiáng)則國家強(qiáng). 建設(shè)生態(tài)文明為我國生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展提供了新方向、新機(jī)遇. 在生態(tài)文明建設(shè)實(shí)現(xiàn)新進(jìn)步的大旗下，堅(jiān)持習(xí)近平生態(tài)文明思想，堅(jiān)持科技創(chuàng)新的核心地位，強(qiáng)化科技創(chuàng)新在高質(zhì)量發(fā)展中的核心作用. 通過科學(xué)研究，既要?jiǎng)?chuàng)新生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)的理論、方法和技術(shù)，用最小的經(jīng)濟(jì)代價(jià)實(shí)現(xiàn)最大的治理效果，也要?jiǎng)?chuàng)新管理體制機(jī)制，提升生態(tài)環(huán)境治理的能力、效率和水平. 發(fā)揮科技引領(lǐng)作用，加強(qiáng)對(duì)環(huán)境問題的超前預(yù)判. 在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)高水平的科技自立自強(qiáng).

3.2 把握全球生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展脈搏

當(dāng)今世界，綠色經(jīng)濟(jì)、綠色新政已經(jīng)成為各國發(fā)展戰(zhàn)略的核心內(nèi)容和發(fā)展潮流，以信息技術(shù)、綠色技術(shù)為代表的新技術(shù)革命，正在改變著世界發(fā)展格局. 全球范圍內(nèi)，生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展的趨勢(shì)是：研究思路由單要素、單介質(zhì)、單目標(biāo)治理，向多要素、跨介質(zhì)、多目標(biāo)協(xié)同防治轉(zhuǎn)變，更加注重大氣、水、土壤全要素精細(xì)化環(huán)境綜合治理；研究目標(biāo)更加關(guān)注人群健康和生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控，綠色替代技術(shù)成為國際研究熱點(diǎn)；研究尺度向更大、更廣、更深入延展，更加注重解決全球與區(qū)域生態(tài)環(huán)境治理的關(guān)聯(lián)性；研究手段上，多學(xué)科交叉融合特征明顯，環(huán)境治理向智能化和精準(zhǔn)化發(fā)展，更加注重人工智能、新材料、新型生物等技術(shù)的應(yīng)用.

3.3 “雙碳”時(shí)代給生態(tài)環(huán)境科技帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)

“碳達(dá)峰、碳中和”首次寫入我國政府工作報(bào)告，中國將力爭(zhēng)在2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和，“雙碳”時(shí)代下生態(tài)環(huán)境科技面臨三方面的機(jī)遇和挑戰(zhàn).

一是能源的綠色革命. 化石能源等不可再生能源將被淘汰，光伏、風(fēng)能、核能等清潔能源在能源中的占比將大幅提高，在化石能源時(shí)代的環(huán)境科技將不再有用武之地. 例如，新能源汽車的發(fā)展將徹底改變當(dāng)下機(jī)動(dòng)車污染治理技術(shù). 隨著氫能等清潔能源汽車技術(shù)逐漸成熟，機(jī)動(dòng)車排放造成的污染問題將徹底解決.

二是產(chǎn)業(yè)的綠色革命. “雙碳”時(shí)代是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的危機(jī)，同時(shí)也是機(jī)遇，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)必須以節(jié)能減排、提質(zhì)增效為主要目標(biāo)，進(jìn)行生態(tài)化和綠色化的改造提升. 當(dāng)前，我國制造業(yè)能源利用效率僅相當(dāng)于美國、日本和德國的68%、50%和48%，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)空間巨大. 碳中和產(chǎn)業(yè)、節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)將成為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展新動(dòng)能. 同時(shí)，“雙碳”時(shí)代將激活很多新技術(shù)領(lǐng)域，資源變成廢物的生產(chǎn)模式將成為歷史，廢物變?yōu)橘Y源的經(jīng)濟(jì)理念將成為主流，廢棄物再利用技術(shù)發(fā)展前景廣闊. 目前我國六大行業(yè)(石油加工、化工、黑色金屬冶煉、非金屬產(chǎn)品生產(chǎn)、電力熱力供應(yīng)、交通運(yùn)輸)排放的二氧化碳占總排放量的88%，達(dá)到84億噸. 這些行業(yè)如果能夠?qū)崿F(xiàn)清潔生產(chǎn)，達(dá)到國際上發(fā)達(dá)國家水平，則可大幅消減二氧化碳排放.

三是治理理念的綠色革命. 當(dāng)前，我國正在進(jìn)行一場(chǎng)大幅度提高資源能源效率、節(jié)能降耗、減污降碳、低碳增長(zhǎng)、綠色發(fā)展的科技革命. 作為“世界工廠”，我國更需在資源節(jié)約和環(huán)境友好的綠色科技上發(fā)力，在科技創(chuàng)新和思想觀念上徹底轉(zhuǎn)變. 污染治理將更加注重源頭控制與全過程治理、多污染物協(xié)同治理，更加關(guān)注新污染物(如微塑料、持久性有機(jī)污染物)的控制. 環(huán)保策略將由超低排放改造向開發(fā)新能源、采用非化石能源過渡，改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量轉(zhuǎn)向更加注重源頭預(yù)防和全過程治理.

此外，“雙碳”時(shí)代帶來諸多新問題，例如，新能源汽車電池的處置、廢棄光伏板的回收利用、核廢料/核廢水的處理、新型污染物對(duì)人體健康的風(fēng)險(xiǎn)控制、綠色金融體系如何推動(dòng)綠色科技全面發(fā)展、綠色“一帶一路”如何引領(lǐng)全新生態(tài)環(huán)保產(chǎn)業(yè)輸出等，面對(duì)新的挑戰(zhàn)，生態(tài)環(huán)境科技需要尋求新的突破.

4 我國生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展對(duì)策與展望

4.1 我國生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展2.0時(shí)代展望

如果把過去以解決污染問題為核心的環(huán)境治理，稱作生態(tài)環(huán)境科技1.0時(shí)代，那么進(jìn)入新發(fā)展階段，以環(huán)境科技進(jìn)步引領(lǐng)帶動(dòng)全社會(huì)各領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展的階段，可稱為生態(tài)環(huán)境科技2.0時(shí)代.

我國的生態(tài)環(huán)境問題，根本上還是高碳的能源結(jié)構(gòu)和高耗能、高碳的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的問題. 筆者認(rèn)為，生態(tài)環(huán)境科技2.0時(shí)代的核心理念、目標(biāo)、策略需要發(fā)生重大轉(zhuǎn)變(見表1). 在治理理念上，從原來的末端治理污染，轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、能源結(jié)構(gòu)，從而減少污染物的產(chǎn)生，從源頭消除污染. 例如，綠色化肥、農(nóng)藥的研制和使用，將解決面源污染問題；水溶性漆和綠色涂料的使用將解決VOC和O3的問題. 在監(jiān)管方式上，從原來的被動(dòng)監(jiān)管，轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎梦锫?lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、5G等高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)管理. 在治理模式上，從原來的政府主導(dǎo)為主的污染治理，轉(zhuǎn)變?yōu)檎⑵髽I(yè)、社會(huì)組織、公眾共同參與的多元共治體系，更加強(qiáng)調(diào)市場(chǎng)激勵(lì)機(jī)制的運(yùn)用. 在此背景下，將催生一大批新興技術(shù)領(lǐng)域，開啟綠色技術(shù)革命，如智慧監(jiān)管、生物技術(shù)、物質(zhì)循環(huán)再生利用、生物多樣性、自然修復(fù)等技術(shù)瓶頸被突破，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，綠色產(chǎn)業(yè)占比顯著增加. 隨著生態(tài)文明建設(shè)和創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略的全面推進(jìn)，生態(tài)環(huán)境科技將成為引領(lǐng)我國綠色發(fā)展的新引擎.

表1 不同時(shí)期生態(tài)環(huán)境科技的治理理念及模式

4.2 我國生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展對(duì)策

“十四五”期間，應(yīng)按照生態(tài)環(huán)境部深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的部署和要求，在戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)兩個(gè)層面，推動(dòng)減污降碳協(xié)同增效，更加突出綜合治理、系統(tǒng)治理、源頭治理，統(tǒng)籌“減污、降碳、強(qiáng)生態(tài)”[22]，充分發(fā)揮生態(tài)環(huán)境科技的支撐作用. 圍繞“堅(jiān)持四個(gè)面向、協(xié)同三個(gè)系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)五大創(chuàng)新”，打造我國生態(tài)環(huán)境科技2.0時(shí)代，推動(dòng)形成科學(xué)治污新格局(見圖5).

圖5 生態(tài)環(huán)境科技2.0的科學(xué)治污格局Fig. 5 Scientific pollution prevention pattern for the 2.0 Era of eco-environmental science and technology

4.2.1堅(jiān)持“四個(gè)面向”

新時(shí)代，應(yīng)堅(jiān)持以習(xí)近平總書記“四個(gè)面向”作為方向指引，強(qiáng)化科技創(chuàng)新能力，以豐富的科研成果，支撐和引領(lǐng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作長(zhǎng)效發(fā)展，助力建設(shè)生態(tài)文明和“美麗中國”.

一是面向世界科技前沿，夯實(shí)生態(tài)環(huán)境科研基礎(chǔ). 加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域國家戰(zhàn)略科技力量建設(shè)，積極推進(jìn)生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的國家實(shí)驗(yàn)室、國家技術(shù)創(chuàng)新中心建設(shè)，構(gòu)建創(chuàng)新平臺(tái)體系，開展原創(chuàng)性、系統(tǒng)性科學(xué)研究，解決“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)問題，引領(lǐng)我國生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展. 加大生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)研究的穩(wěn)定投入，建立多元投入機(jī)制，鼓勵(lì)社會(huì)資本加入. 開展高水平對(duì)外開放與合作，深度參與全球環(huán)境治理.

二是面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境科技成果轉(zhuǎn)化. 從源頭提升生態(tài)環(huán)境科技成果供給質(zhì)量，推進(jìn)政產(chǎn)學(xué)研用深度融合. 深化駐點(diǎn)跟蹤研究模式，深入開展百城千縣萬名科技人員的科技幫扶行動(dòng)，打通科技成果轉(zhuǎn)化的“最后一公里”. 構(gòu)建完善技術(shù)轉(zhuǎn)移服務(wù)體系、環(huán)境科技金融體系、科技成果轉(zhuǎn)化評(píng)價(jià)體系，推動(dòng)落實(shí)科技成果轉(zhuǎn)化政策.

三是面向國家重大需求，開展生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域集智攻關(guān). 緊密圍繞黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展、京津冀協(xié)同發(fā)展、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展等國家戰(zhàn)略，聚焦國家生態(tài)環(huán)保的科技支撐需求，繼續(xù)完善“1+X”協(xié)同攻關(guān)模式[10]，完善和推廣生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域的集中攻關(guān)新型舉國體制機(jī)制，推動(dòng)重大區(qū)域、流域污染協(xié)同治理.

四是面向人民生命健康，牢牢把握“環(huán)?？萍嫉娜嗣裥浴? 建立以問題為導(dǎo)向的科研體制，以人民為中心，實(shí)實(shí)在在地解決老百姓身邊的環(huán)境問題，研發(fā)有用、能用、管用的環(huán)境健康創(chuàng)新成果. 良好生態(tài)環(huán)境是最普惠的民生福祉，要讓生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展成為名副其實(shí)的“國之大者”.

4.2.2協(xié)同三個(gè)系統(tǒng)

黨的十九屆五中全會(huì)明確把“堅(jiān)持系統(tǒng)觀念”作為“十四五”時(shí)期我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展必須遵循的原則之一. 生態(tài)環(huán)境是一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，其中自然、生產(chǎn)、生活三個(gè)系統(tǒng)是相互聯(lián)系的有機(jī)整體. 在這一復(fù)合系統(tǒng)中，自然系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)和生活系統(tǒng)具有支撐和制約作用，而生活和生產(chǎn)系統(tǒng)又反作用于自然系統(tǒng). 在生態(tài)環(huán)境保護(hù)過程中，要協(xié)同好自然、生產(chǎn)、生活三個(gè)系統(tǒng)，堅(jiān)定不移走“生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好”的“三生”共贏發(fā)展之路.

一是自然系統(tǒng). 要順應(yīng)自然規(guī)律，研究清楚污染物在自然系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，科學(xué)利用自然自身的修復(fù)能力，從根源上解決生態(tài)環(huán)境問題，達(dá)到標(biāo)本兼治的效果，守住自然系統(tǒng)生態(tài)安全邊界.

二是生產(chǎn)系統(tǒng). 要強(qiáng)化科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，以生態(tài)環(huán)境保護(hù)倒逼高質(zhì)量發(fā)展，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)生態(tài)化、能源綠色化，促進(jìn)生產(chǎn)系統(tǒng)的綠色循環(huán)，形成經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的綠色新動(dòng)能.

三是生活系統(tǒng). 要開展綠色產(chǎn)品、綠色消費(fèi)研究創(chuàng)新，強(qiáng)化生態(tài)保護(hù)與資源節(jié)約意識(shí)，建立激勵(lì)機(jī)制，推動(dòng)綠色生活轉(zhuǎn)型，培育生活系統(tǒng)的綠色模式.

4.3 實(shí)現(xiàn)五個(gè)創(chuàng)新

要實(shí)現(xiàn)“五個(gè)創(chuàng)新”，打造多元?jiǎng)?chuàng)新、全面發(fā)展的新一代2.0版的生態(tài)環(huán)境科技.

一是實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展模式創(chuàng)新. 生態(tài)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展是辯證統(tǒng)一、相輔相成的. 要在發(fā)展中減少污染產(chǎn)生，用最小的經(jīng)濟(jì)代價(jià)治理更多的污染. 要通過創(chuàng)新為綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展注入新的驅(qū)動(dòng)力. 要探索綠色發(fā)展模式，走產(chǎn)業(yè)生態(tài)化和生態(tài)產(chǎn)業(yè)化的高質(zhì)量發(fā)展之路.

二是實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理理念創(chuàng)新. “以自然恢復(fù)為主”的理念逐漸成為共識(shí)，主張基于自然的生物修復(fù)，避免過多的人為干預(yù). 同時(shí)，環(huán)境治理涉及經(jīng)濟(jì)社會(huì)運(yùn)行的各個(gè)方面，其本質(zhì)是一個(gè)復(fù)雜的社會(huì)管理過程，要運(yùn)用社會(huì)學(xué)的理論方法，加大社會(huì)動(dòng)員，強(qiáng)化激勵(lì)機(jī)制、約束機(jī)制，推動(dòng)形成多元共治的生態(tài)環(huán)境協(xié)同治理體系. 理念的創(chuàng)新，必將給生態(tài)環(huán)境科技發(fā)展帶來深刻的變革.

三是實(shí)現(xiàn)環(huán)境科研方法創(chuàng)新. 綜合運(yùn)用系統(tǒng)工程、協(xié)同學(xué)等理論方法，堅(jiān)持系統(tǒng)治理與協(xié)同治理. 目前各要素領(lǐng)域內(nèi)的協(xié)同控制研究已經(jīng)開始，例如，大氣領(lǐng)域PM2.5和O3的協(xié)同控制，但距離真正認(rèn)識(shí)整個(gè)生態(tài)環(huán)境巨系統(tǒng)還有很大差距，要用系統(tǒng)的、多要素相互聯(lián)系和相互作用的觀點(diǎn)去研究、認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)一步推進(jìn)源頭治理、系統(tǒng)治理、整體治理、協(xié)同治理.

四是實(shí)現(xiàn)多技術(shù)融合創(chuàng)新. 要與現(xiàn)代高新技術(shù)深度融合，如利用同位素技術(shù)來識(shí)別農(nóng)業(yè)面源污染問題，利用環(huán)境DNA技術(shù)實(shí)現(xiàn)污染源的精準(zhǔn)溯源，利用大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)，提升生態(tài)環(huán)境智能監(jiān)管能力，解決流域監(jiān)管人手不足的問題.

五是實(shí)現(xiàn)體制機(jī)制的創(chuàng)新. 創(chuàng)新需要科技創(chuàng)新、體制創(chuàng)新的“雙輪驅(qū)動(dòng)”. 黨中央、國務(wù)院出臺(tái)了一系列有利于科技創(chuàng)新的制度措施，需認(rèn)真落地見效. 應(yīng)構(gòu)建和壯大立體化的生態(tài)環(huán)境科技創(chuàng)新力量，應(yīng)加大生態(tài)環(huán)境公益性科研的穩(wěn)定投入. 要培育一支穩(wěn)定的、立體化的生態(tài)環(huán)境科研隊(duì)伍，努力形成生態(tài)環(huán)境科技“全國一盤棋”的良好格局.