环境科学前沿问题与研究热点Ⅱ

中国科学院《中国学科发展战略·环境科学》前沿科学问题与研究热点摘要之二，本期包括环境效益、相关学科两大板块内容。

环境效应

环境效应涉及领域较广泛。本文主要主要分享人体暴露、环境毒理和生态风险三个研究领域未来研究重点。

人体暴露

环境与健康是一门新型交叉学科，融合了环境科学、毒理学和基础医学。随着被发现的污染物种类增多，其影响人体健康的机制日趋复杂化，未来的发展需要在几个方向获得突破：

①人体多种暴露途径的耦合问题，即在评价暴露对健康的影响时，应该考虑到多种因子的联合暴露和效应；

②从暴露风险水平概率分布角度分析人群的整体暴露情况，同时结合大量流行病学信息数据库，全面评价区域环境质量对人群健康的影响；

③复合环境污染物质的人体健康效应，即由于环境中多种污染物的共存导致其共同作用于人体，作用机理更加复杂，需要从全方位评价其效应。

环境毒理学临界值

环境毒理学临界值（环境基准）研究的滞后已成为制约我国环境标准科学性、环境有效管理及民生保障行动的瓶颈。特别是在毒理学临界值理论基础方面一些深层次的关键科学问题，还需要在今后的环境基准研究工作中重点开展，主要包括污染物的生物有效性、生物富集、污染物毒性效应机理、毒性预测模型等。这些前沿科学问题是未来环境基准定量化研究的重要科学依据，也是对环境基准研究的重要补充和完善。

生态风险

以生态毒理学和系统生物学方法为核心的21 世纪生态风险评估框架，将：

① 从关注化学污染物、单一胁迫因子的潜在风险，发展向综合评估生境条件改变、物种入侵（或灭绝）等非化学胁迫因子、混合污染物的联合毒作用以及多种因子累积暴露的复合生态效应；

② 从低水平、小尺度的个体/种群生态风险评估，发展向更高生态学尺度的群落/生态系统乃至区域景观水平；

③ 从评估比较生存、生长、繁殖、发育等毒性效应阈值大小，发展向生态系统服务框架的应用，系统评估生态系统要素或其本身的健康、生产力、遗传结构、经济价值和美学价值等受到潜在影响的可能性。

在生态风险信息获取及预测评估方法工具的研究方面：

① 进一步发展毒性作用的系统生物学机制研究以及高通量生态毒理学筛选技术；

② 研发生态学尺度的预测系统模型，探索低水平生态组织胁迫-反应对高水平生态组织的作用途径与影响机制，更好地解决风险评估中效应外推的不确定性关键问题；

③ 确定“生态暴露组”应对环境生态、应急预警、风险评估和风险管理的重要需求和手段，根据暴露途径和暴露因子的差异，开发用于提高新暴露数据采集与改进效应评估联系的暴露模型新工具，预测评估污染物在环境中的动态行为以及这种行为给环境及生态系统造成的综合影响；

④ 进一步发展多层次生态风险评估方法体系，包括基于半定量风险分析的高通量筛查与优先排序，以及精确估计的概率风险评估及其不确定性分析，以适应不同目标层次的风险管理与风险决策需求。

环境相关学科领域发展重点

与环境科学相关的学科领域十分广泛，本战略研究集中在水文水资源、全球变化生态学、恢复生态学、环境山地灾害和近代环境变化五个学科领域，分析了其在环境科学中的重要地位。

全球变化生态学与恢复生态学

全球变化生态学围绕的重大科学问题包括三个方面：

①关键区域和敏感区域的生态系统，以及其结构和功能对气候变化的响应和对生态系统的脆弱性和生态系统 47 32310 47 15287 0 0 3253 0 0:00:09 0:00:04 0:00:05 3253康的评估；

②多要素、多尺度观测数据的集成和生态系统未来变化预测的准确性的提升；

③生态系统过程与其他环境要素过程的耦合和生态系统适应气候变化的管理。

从研究热点来看，全球变化生态学主要注重以下几个方面的研究：

①认识生态系统的稳定性和可持续的系统动力学机制，定量评价其对气候变化的敏感性、脆弱性以及适应能力。

②认识生态系统变化对其他系统的反馈，揭示生态系统与其他系统的协同性。

③通过多数据、多方法的多尺度集成及时、有效地评估生态系统对全球变化的响应。

④开展关键区域的系统研究，解释山地、极地以及热带雨林分布区与全球变化的关系。

生态系统的恢复和重建则是一项非常困难和复杂的任务，需要亟待回答和解决的重大科学问题包括：

①不同生态系统退化原因和机理，以及恢复方法和适用技术的选择；

②生态恢复实践评价方法和体系的建立；

③生态系统退化的早期信号提取及其预警机制。

恢复生态学的研究热点则反映在以下诸多方面：

① 利用分子生态学技术分析生态恢复中生物种群动态变化和生物群落结构多样性、监测及预警生物修复成效；

② 3S 技术、生物技术、工程技术以及长期生态学监测等新技术在生态恢复中的应用；

③ 生态恢复目标多元化，是生态恢复过程得以合理实施和延续的要点，也是未来生态恢复计划制订和实践的重点；

④ 全球变化背景下生物入侵预警及其生物多样性保护策略、土壤生物及生态过程对全球气候和环境变化的响应与适应，以及不同气候变化背景下生态系统恢复和重建的数量与质量标准等诸多方面的研究也是恢复生态学研究的热点。

水文水资源与地表灾害

从水资源系统视角出发，将环境变化、可持续发展、气候系统变化研究集成到水资源研究系统中，研发将自然和人文全要素过程耦合的水文与水资源变化机理、影响机制、适应途径、决策支持，核心目标是为区域可持续发展提供可操作的科学依据。从这样的视角把握科学问题，重点突出在三个方面：

①大数据背景下的水文信息立体监测与水数字科学；

②实体与虚拟过程有机耦合的水循环理论与模拟；

③以决策支持为出口的水文水资源集成研究平台。

根据上述重点问题，从中凝练水文水资源研究的未来主要方向：

①水循环及水文信息的获取；

②水文过程模拟与集成的水资源管理系统；

③气候与环境变化对水文水资源的影响；

④水资源安全。

1990 年开展国际减灾十年计划以来，山地灾害理论研究和减灾实践得到长足发展。人们对灾害区域规律和活动特征有了较充分的认识，但由于灾害形成的复杂性，基于控制因素的潜在灾害判识仍是学科难点；在灾害形成机理和运动规律方面，模拟并预测灾害形成和运动中的物质迁移和能量转化过程，还需要解决细观尺度下复杂介质（水-土-气）间相互作用的多过程耦合问题；在理论研究基础上尚未考虑灾害与生态的互馈机制，有待探索植物工程-岩土工程相合的减灾原理与技术。

针对山地灾害学科有待发展的理论和技术，提出如下重大科学问题：

①水土耦合动力过程与灾害形成机理；

②规模放大效应与灾害链生机制；

③基于形成机理的灾害预测预报模型；

④气候变化对灾害的影响与巨灾预测；

⑤基于动力过程的灾害风险分析；

⑥灾害与生态的互馈机制及植物措施-岩土措施综合减灾原理。

根据上述科学问题，环境地表灾害未来发展方向重点为：

①灾害机理预报理论与新技术的协同发展；

②复杂介质物质运移规律与数值模拟；

③潜在风险判识与风险管理。

近代环境变化

冰芯中包含了多种反映环境变化的指标。如何从冰芯记录中获取时间尺度更长、绝对年代更可靠的环境变化信息，阐明在更长时间尺度以及与人类活动相关的大空间尺度上环境变化的过程与机制，是基于冰芯的近代环境变化研究的重要科学问题。

针对中低纬度冰芯研究，特别是青藏高原冰芯研究，需要解决的重大科学问题包括：

①过去大气环流变化对气候环境记录的影响；

②不同地区冰芯中不同污染物的来源识别；

③多圈层污染物的交换与捕获过程。

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本文节选自《中国学科发展战略·环境科学》（中国科学院编. 责任编辑：杨婵娟，卜新. ISBN 978-7-03-047553-4. 北京：科学出版社，2016.12）一书“绪论 / 环境科学发展战略报告”中“前沿科学问题与研究热点”部分。标题为编者所加。

ISBN：978-7-03-047553-4

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