国家自然科学基金委地球科学部推出：环境地球科学学科发展战略研究报告
重大环境问题要求从跨领域和跨学科的视角，融合不同过程、不同时空尺度、不同学科领域，提出解决方案，其已超出了单个和传统学科的能力范围，通常需要通过学科交叉来解决。
环境地球科学学科作为地球科学众多分支学科之一，是从地球系统科学的角度，研究环境、健康、生态和灾害问题产生的原因及解决的方案。
《环境地球科学学科发展战略研究报告》是由我国近五十位院士、专家组成的环境地球科学学科发展战略研究组经过深入调研和广泛研讨，历时两年共同完成的，共包括 21 章，共计598页，约 90 万字。
本书分为学科发展战略和学科基础两部分：学科发展战略概述了环境地球科学战略定位使命与内涵外延，环境地球科学学科国家需求、发展现状与趋势，环境地球科学学科发展优先领域，以及环境地球科学发展战略的实现途径和政策措施；学科基础分别介绍了土壤学（包括环境土壤学、基础土壤学和土壤侵蚀与土壤肥力）、环境水科学、环境大气科学、环境生物学、工程地质环境与灾害、环境地质学、环境地球化学、生态毒理学、污染物环境行为与效应、环境与健康风险、第四纪环境与环境考古、环境信息与环境预测、环境地球科学新技术与新方法、区域环境质量与安全、环境保护与可持续发展、人工纳米颗粒和新污染物的环境地球化学过程共 19 个方向的发展战略。
本书能够帮助广大科技工作者了解该学科概貌，把握前沿领域和重点方向，洞悉领域原创、交叉、前沿科学问题和国家战略需求，对地球科学、环境科学与工程、生态环境保护等领域相关科学研究工作者和管理决策者具有重要的参考价值，同时也是社会公众了解环境地球科学学科概貌及发展趋势的重要读本。
中科院院士陈宜瑜为本书作序：
基础研究是整个科学技术的源头，是所有技术问题的总机关，基础研究的水平决定了一个国家科技创新的底蕴和后劲，强大的基础研究是中国实现科技自立自强的前提和根基。党的十九大报告指出：“要瞄准世界科技前沿，强化基础研究，实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破。加强应用基础研究，拓展实施国家重大科技项目，突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新”。习近平总书记在两院院士大会、中国科协第十次全国代表大会上发表讲话，提出：“基础研究要勇于探索、突出原创，推进对宇宙演化、意识本质、物质结构、生命起源等的探索和发现，拓展认识自然的边界，开辟新的认知疆域。基础研究更要应用牵引、突破瓶颈，从经济社会发展和国家安全面临的实际问题中凝练科学问题，弄通‘卡脖子’技术的基础理论和技术原理”。近年来，基础研究和应用基础研究被摆在整个国家科技工作的重要位置。
面向基础研究，国家自然科学基金委员会自成立以来在“科学民主、平等竞争、鼓励创新”的运行机制下，充分发挥了对我国基础研究的“导向、稳定、激励”功能，推动了我国自然科学基础研究的发展，促进了基础学科建设，发现和培养了大批优秀的科技人才。2018 年国家自然科学基金委员会全面推进深化改革，提出了基于“鼓励探索、突出原创，聚焦前沿、独辟蹊径，需求牵引、突破瓶颈，共性导向、交叉融通”四类科学问题属性分类的资助导向：突出原始创新，切实提升培育重大原创成果的能力；聚焦前沿领域，独辟蹊径引领或推动该领域的发展；面向重大需求，不断夯实创新发展的源头基础；鼓励联合攻关，力争产出重大科学突破，促进学科融合发展及孕育新的学科方向。“十四五”期间，国家自然科学基金委员会将进一步以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，系统推进明确资助导向、完善评审机制、优化学科布局核心改革任务，加快构建和完善新时代科学基金体系，更好地发挥科学基金在实现高水平科技自立自强、建设科技强国中的基础引领作用。
环境地球科学学科是需求牵引、问题导向型学科，从地球系统科学的角度，研究环境、健康、生态和灾害问题产生的原因及解决方案，以人类社会可持续发展与环境保护为目标，以地球科学的理论与方法为手段，以地球表层系统，包括大气圈、水圈、表层岩石圈、土壤圈、生物圈为研究对象，理解当今环境过程及机制，探究未来环境发展变化，拓展前沿研究方向及研究对象，促进学科的发展，以实现人类社会可持续发展与环境保护的平衡。环境地球科学学科充分体现了地球科学解决社会需求方面的优势和特色。新形势下，环境地球科学将从更广义的角度出发，系统研究地球环境问题，促进学科交叉融合，在传承中创新，在创新中发展。
在“两个一百年”奋斗目标的历史交汇点，该书系统地梳理和总结了国内外环境地球科学学科的发展历程，分析了该学科的发展态势，并结合中国国情，从战略布局的高度，尝试提出了该学科基础理论突破的方向，优化了该学科的内涵和外延，形成了环境地球科学学科较为完善的学科体系构架，探索了未来环境地球科学学科的发展目标和优先发展领域，并提出了实现途径和政策措施。该书能够帮助广大科技工作者了解环境地球科学学科概貌，把握前沿领域和重点方向，洞悉领域原创、交叉、前沿科学问题和国家战略需求，以吸引更多的科学工作组关注和推动环境地球科学学科的建设和发展。目前，环境地球科学学科处于高速发展时期，热点多、新的增长点多、生命力旺盛，学科内涵和外延不断变化，综合、交叉和新兴特点明显。该书阐明了在当前和今后发展中面临重大环境、生态和灾害问题时，如何充分发挥环境地球科学的科技支撑作用，对学科发展具有十分重要的理论和现实意义。
祝贺《环境地球科学学科发展战略研究报告》的付梓，希望该书的出版能够对我国环境地球科学学科在未来 5~10 年的创新发展发挥促进作用。
陈宜瑜
中国科学院院士
2021 年 6 月
本文摘编自《环境地球科学学科发展战略研究报告》文前部分。
《环境地球科学学科发展战略研究报告》
吴丰昌 刘羽 赵晓丽 郭正堂 等 编著
北京 : 科学出版社，2021.6
ISBN 978-7-03-069218-4
责任编辑：朱 丽 郭允允 赵 晶
本书分为学科发展战略和学科基础两部分，系统地梳理和总结了国内外环境地球科学学科的发展历程，分析了该学科的发展态势，并结合我国国情，从战略布局的高度，尝试提出了该学科基础理论突破的方向，优化了该学科的内涵和外延。本书形成了环境地球科学学科较为完善的学科体系构架，探索了未来环境地球科学学科的发展目标和优先发展领域，并提出了实现途径和政策措施，阐述了该学科在解决当前和今后发展过程中面临重大地球环境问题时，如何更好地发挥基础理论和科技支撑作用，这对该学科发展具有十分重要的理论和现实意义。
本书对地球科学、环境科学与工程、生态环境保护等领域相关科学研究工作者和管理决策者具有重要的参考价值，同时也是社会公众了解环境地球科学学科概貌及发展趋势的重要读本。
序
前言
摘要
第一部分学科发展战略
第一章环境地球科学战略定位使命与内涵外延3
第一节环境地球科学定义和学科使命3
一环境地球科学的定义与使命3
二环境地球科学的学科特点5
三环境地球科学学科内涵与外延6
第二节环境地球科学学科组成22
一环境地球科学的发展历程22
二环境地球科学学科架构25
第二章环境地球科学学科国家需求发展现状与趋势36
第一节环境地球科学学科发展的国家需求分析36
一学科发展在国家社会经济发展中的地位和作用36
二新时代生态文明建设对学科发展的国家需求40
第二节环境地球科学学科发展现状42
一从文献计量看我国环境地球科学的国际地位42
二环境地球科学学科布局与主要成就57
第三节学科发展规律与启示67
一学科发展的规律67
二学科发展的启示69
第三章环境地球科学学科发展优先领域71
第一节四类科学问题导向可能形成的引领性研究方向71
一鼓励探索突出原创71
二聚焦前沿独辟蹊径73
三需求牵引突破瓶颈74
四共性导向交叉融通75
第二节环境地球科学内部学科交叉的优先领域77
一流域地表水-地下水交互机理过程耦合与生态环境效应研究77
二农田土壤健康与质量提升理论与方法80
三区域土壤复合污染过程与生态修复技术83
四土壤生物的分布过程与功能86
五环境变化与生物的响应和适应89
六环境污染物的多介质界面过程效应与调控92
七污染物环境地球化学过程与人体健康效应96
八新污染物的环境行为生态健康风险及控制98
九纳米颗粒的环境地球化学过程101
十多圈层相互作用下地表动力学过程及区域灾害效应103
十一重大工程活动与地质环境演变互馈机制106
十二气候系统古增温108
十三气候系统突变111
十四物质循环格局演变及其环境效应114
十五过去2000年环境系统与人类系统耦合过程与调控机理117
十六区域环境质量诊断评价与管控模式119
第三节与其他学部学科交叉的优先领域121
一新污染物在水体中的迁移过程与环境健康效应121
二地球关键带过程与土壤功能演变124
三污染退化极端和灾害环境影响评估及修复机制研究125
四基于空天地一体化监测和智能化地质灾害监测预警与风险防控129
五环境变化与人类活动132
六自然与自然贡献的未来情景模型135
七区域环境保育修复整治的机制及模式138
第四章环境地球科学发展战略的实现途径和政策措施141
第一节环境地球科学发展战略的实现途径141
一夯实学科基础141
二推动学科交叉141
三聚焦学科前沿142
四创新技术方法143
五适应国家需求143
第二节环境地球科学发展战略的政策措施143
一加强重大研究计划的设立144
二加大学科整体资助强度144
三加强顶层设计和系统集成145
四加快新机构建设和已有机构整合的速度145
五加强观测与支撑系统建设145
六加快国际和国内合作的深度145
第一部分参考文献147
第二部分学科基础
第五章环境土壤学(D0701)基础土壤学(D0709)和土壤侵蚀与土壤肥力(D0710)169
第一节引言169
一学科定义169
二学科内涵和外延169
三学科特点170
四战略意义170
第二节学科发展现状170
一国际土壤学发展现状与态势170
二我国土壤学发展现状与态势174
第三节学科发展需求与趋势分析185
一土壤学与国家需求185
二学科发展趋势186
三关键科学问题186
第四节学科交叉的优先领域186
一学部内部学科交叉的优先领域187
二与其他学部学科交叉的优先领域188
第五节前沿探索需求和交叉等方面的重点领域与方向188
一鼓励探索突出原创189
二聚焦前沿独辟蹊径189
三需求牵引突破瓶颈190
参考文献192
第六章环境水科学(D0702)194
第一节引言194
一学科的定义和使命194
二学科内涵和外延195
三学科特点196
第二节学科发展现状197
一总体发展趋势198
二我国的国际地位200
三我国的发展布局和主要成就202
第三节学科发展需求与趋势分析204
一环境水科学发展的国际背景204
二环境水科学的应用需求205
三国际相关研究计划及关键科学问题206
四研究前沿与发展趋势分析209
第四节学科交叉的优先领域216
一学部内部学科交叉的优先领域216
二与其他学部学科交叉的优先领域219
第五节前沿探索需求和交叉等方面的重点领域与方向220
一鼓励探索突出原创220
二聚焦前沿独辟蹊径221
三需求牵引突破瓶颈223
四共性导向交叉融通224
参考文献225
第七章环境大气科学(D0703)227
第一节引言227
一学科的定义和使命227
二学科的特点内涵和外延227
第二节学科发展现状228
第三节学科发展需求与趋势分析230
一环境大气科学发展的国际背景230
二环境大气科学的应用需求231
三学科目标及研究内容233
第四节学科交叉的优先领域234
一大气污染物跨介质监测和模拟方法234
二环境大气大数据建模与污染智能预测原理235
三环境大气变化多尺度影响及优化应对方案235
四跨界大气复合污染的成因机制与溯源235
五污染物排放评估与优化控制技术236
六大气有毒物质和营养成分沉降机制及其生态影响236
第五节前沿探索需求和交叉等方面的重点领域与方向236
一鼓励探索突出原创237
二聚焦前沿独辟蹊径237
三需求牵引突破瓶颈238
四共性导向交叉融通238
第八章环境生物学(D0704)239
第一节引言239
第二节学科发展现状241
一学科研究进展概述241
二国际环境生物学科文献计量学分析241
三我国环境生物学科文献计量学分析243
第三节学科发展需求与趋势分析244
一学科发展国际背景244
二理论前沿与应用需求246
三国内外相关发展战略或研究计划248
四发展分析与关键科学问题249
第四节学科交叉的优先领域249
一学部内部学科交叉的优先领域249
二与其他学部学科交叉的优先领域252
第五节前沿探索需求和交叉等方面的重点领域与方向255
一环境变化的生态效应研究255
二生物在环境中的赋存状况及资源挖掘256
三生物对环境变化的响应与适应256
四污染环境的生物修复257
五退化环境生态系统评估及修复258
参考文献259
第九章工程地质环境与灾害(D0705)260
第一节引言260
一学科定义260
二学科定位与特色260
三学科内涵与外延261
第二节学科发展现状266
一研究进展266
二从文献计量看学科方向国际地位270
三学科取得的主要成就与发展布局273
第三节学科发展需求与趋势277
一前沿与应用需求277
二学科发展国际背景及国际相关研究计划280
三学科理论前沿与研究热点285
四发展趋势与启示287
第四节学科交叉的优先领域289
一学部内部学科交叉的优先领域289
二与其他学部学科交叉的优先领域293
第五节前沿探索需求和交叉等方面的重点领域与方向298
一特殊岩土体灾变298
二重大滑坡预测预报基础研究300
三深部地质工程环境灾害效应302
四青藏高原地质灾害动力学303
五黄河中游区域性煤炭开采地质-生态环境灾变机理与防控304
六黄河流域地质地表过程与重大灾害发育规律及其成灾机理306
参考文献308
第十章环境地质学(D0706)310
第一节引言310
一环境地质学的学科定位310
二环境地质学的理论体系311
三环境地质学的研究主题311
四环境地质学的研究方向312
第二节学科发展现状312
一总体发展趋势313
二各重点研究方向的国际地位及我国的战略布局315
第三节学科发展需求与趋势分析319
一地球表层系统物质循环的环境效应319
二深部地质过程的地质环境效应321
三极端地质环境的水岩作用及其生态环境效应322
四城镇人-地界面地质过程及其空间优化324
五矿产资源开发的地质环境效应与生态修复326
六地质环境与人体健康327
第四节学科交叉的优先领域329
一学科内部学科交叉的优先领域329
二与其他学部交叉的优先领域330
第五节前沿探索需求和交叉等方面的重点领域与方向331
第十一章环境地球化学(D0707)332
第一节引言332
第二节学科发展现状332
一学科研究进展332
二从文献计量看学科方向国际地位334
三我国环境地球化学学科发展布局与主要成就344
第三节学科发展需求与趋势分析350
一元素环境地球化学350
二环境有机地球化学353
三环境生物地球化学357
第四节学科交叉的优先领域361
一学部内部学科交叉的优先领域361
二与其他学部学科交叉的优先领域364
第五节前沿探索需求和交叉等方面的重点领域与方向366
参考文献369
第十二章生态毒理学(D0708)372
第十三章污染物环境行为与效应(D0711) 374
第一节引言374
一战略意义374
二学科定义374
三学科特点374
四学科内容375
五内涵与外延375
第二节学科发展状态375
一学科研究进展375
二学科发展状态377
三我国学科发展布局与主要成就381
第三节学科发展需求与趋势分析384
一污染物的区域环境过程及演化384
二环境污染过程机制与控制386
三污染物的环境风险和健康效应391
第四节学科交叉的优先领域和引领性研究方向395
一学部内部学科交叉的优先领域395
二与其他学部学科交叉的优先领域397
第五节前沿探索需求和交叉等方面的重点领域与方向400
一学科发展目标400
二主要研究方向400
参考文献402
第十四章环境与健康风险(D0712)404
第十五章第四纪环境与环境考古(D0713)407
第一节引言407
一学科定义407
二学科内涵与外延407
三学科组成407
四学科特点408
五学科战略意义408
第二节学科发展现状408
一学科研究进展408
二学科方向国际地位418
三学科发展布局与主要成就423
第三节学科发展需求与趋势425
一前沿研究与社会应用需求425
二学科背景与国际研究计划426
三学科发展趋势与前沿领域427
第四节学科交叉的优先领域430
一学部内部学科交叉的优先领域430
二与其他学部学科交叉的优先领域431
第五节前沿探索需求和交叉等方面重点领域与方向432
一前沿方面重点方向433
二探索方面重点方向434
三需求方面重点方向435
参考文献435
第十六章环境信息与环境预测(D0714)450
第一节引言450
一学科定义450
二学科内涵和外延450
三学科组成450
四学科特点451
五战略意义451
第二节学科发展现状452
一总体发展趋势452
二过去环境变化研究453
三综合模型与未来情景455
第三节学科发展需求与趋势分析457
一环境信息与环境预测发展的国际背景457
二环境信息与环境变化的应用需求458
第四节学科交叉的优先领域459
一学部内部学科交叉的优先领域459
二与其他学部学科交叉的优先领域464
第五节前沿探索需求和交叉等方面的重点领域与方向467
一鼓励探索突出原创467
二聚焦前沿独辟蹊径467
三需求牵引突破瓶颈468
四共性导向交叉融通468
参考文献468
第十七章环境地球科学新技术与新方法(D0715)475
第十八章区域环境质量与安全(D0716)477
第一节引言477
一学科定位与使命477
二学科内涵与外延478
三学科内容与框架478
第二节学科方向发展现状479
一国内外研究进展479
二主要学科方向文献计量学分析480
第三节学科方向发展需求与趋势分析487
第四节学科方向交叉的优先领域489
第五节前沿探索需求和交叉等方面的重点领域与方向491
参考文献494
第十九章环境保护与可持续发展(D0717)497
第二十章人工纳米颗粒的环境地球化学过程(专题)99
第一节引言499
第二节学科发展现状500
第三节分方向发展现状与需求分析503
一人工纳米颗粒在土壤水体(淡水海洋)和大气等环境中的浓度输运和来源分析503
二人工纳米颗粒的关键地球化学过程507
三人工纳米颗粒的环境效应与生态响应514
四人工纳米颗粒对共存污染物环境归趋的调控517
五人工纳米颗粒在环境地球科学领域的潜在应用521
第四节学科交叉分析527
第五节国际相关研究的发展趋势及今后的研究方向528
参考文献529
第二十一章新污染物的环境地球化学过程(专题)541
第一节引言541
第二节学科发展现状542
一学科研究进展及国际地位542
二发展布局与主要成就545
第三节学科发展需求与趋势分析550
一关键科学问题前沿与应用需求550
二学科发展国际背景及国际相关研究计划550
三学科理论前沿与研究热点发展趋势与启示551
第四节学科交叉的优先领域552
一学部内部学科交叉的优先领域552
二与其他学部学科交叉的优先领域553
第五节前沿探索需求和交叉等方面的重点领域与方向554
参考文献557
附录559
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（本期编辑：王芳）
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