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书名：中国学科发展战略·环境科学
定价：248.0
ISBN：9787030475534
作者：***
版次：1
出版时间：2017-01
内容提要：
“中国学科发展战略”丛书是***组织数百位院士专家联合研究的系列成果，涉及自然科学各学科领域，是目前规模*大的学科发展战略研究项目。旨在系统分析有关学科的发展态势和规律，提炼关键学科理论和技术问题，提出学科创新发展的新思想和新方法，病为学科的均衡发展提供政策和措施建议。《中国学科发展战略·环境科学》包括学科基础、环境过程、环境效应、相关学科四部分。其中，学科基础主要涉及环境化学、环境地球化学、区域环境污染三个领域，环境过程主要分析大气污染、水污染、土壤污染、水体富营养化四个核心问题，环境效应重点探讨环境与健康、环境毒理与环境基准、生态风险问题，相关学科选择水文水资源、全球变化生态学、恢复生态学、环境山地灾害、近代环境变化领域进行分析。
目录：
目录
总序
前言
绪论环境科学发展战略报告1
**节国家需求与国际背景1
一、国家需求1
二、国际背景4
第二节环境科学研究现状与趋势6
一、学科基础8
二、环境过程11
三、环境效应17
四、相关学科22
第三节前沿科学问题与研究热点26
一、环境学科基础26
二、大气、水、土壤环境科学问题与研究重点26
三、人体暴露、环境毒理学、生态风险等环境效应是未来研究重点28
四、相关学科领域的未来发展重点30
第四节建议与展望32
一、复杂环境系统所带来的挑战32
二、复杂环境系统下环境科学未来发展方向33
三、环境科学研究的组织与管理33
参考文献34
**部分学科基础
**章环境化学37
**节引言37
第二节研究进展40
一、环境分析化学41
二、环境污染化学42
三、污染控制化学42
四、污染生态化学43
五、理论环境化学43
第三节前沿科学问题44
一、环境分析化学44
二、大气污染与控制50
三、水体污染与控制58
四、土壤污染与控制63
五、污染生态化学66
六、生态毒理与健康67
七、理论环境化学69
第四节未来发展方向70
一、污染物多介质界面行为、区域环境过程与调控70
二、纳米颗粒物的环境行为与生物效应70
三、环境友好和功能材料在污染控制中的应用73
四、化学污染物暴露与食品安全74
五、化学品的风险评估与管理的理论与方法77
参考文献77
第二章环境地球化学92
**节引言92
一、环境地球化学与健康研究92
二、环境地球化学与污染研究93
三、环境地球化学与全球环境变化研究94
第二节研究进展95
一、有害元素汞的环境地球化学研究进展95
二、过去全球气候变化的环境地球化学研究进展98
三、非传统稳定同位素环境地球化学研究进展100
第三节前沿科学问题104
一、重金属污染物的大尺度长距离跨境传输研究104
二、传统稳定同位素体系的新发展105
三、非传统稳定同位素理论框架建立及运用109
四、环境微生物对有害元素迁移转化影响109
第四节未来发展方向115
一、Clumped同位素体系发展115
二、微小非质量依赖分馏的研究116
三、重金属元素的非传统稳定同位素的运用116
四、环境地球化学与微生物学的交叉与融合116
五、重金属污染物的大尺度迁移与微观过程研究相结合116
参考文献117
第三章区域环境污染134
**节引言134
一、环境污染问题的区域性136
二、区域环境污染研究的特点和方法137
三、我国和全球区域环境污染研究138
第二节研究进展139
一、区域环境污染来源与大气污染排放清单139
二、区域环境污染观测141
三、区域环境污染物的界面交换144
四、区域环境有机污染的长距离迁移148
五、区域污染历史与区域循环150
六、区域环境污染数值模拟151
七、区域环境污染暴露与健康风险153
第三节前沿科学问题156
一、区域生物质与化石燃料燃烧过程中的污染物质排放与环境效应156
二、区域环境污染物的大气跨界迁移157
三、全球变化背景下的区域污染物质归趋与二次排放157
四、城市群污染暴露与人体健康157
五、矿产资源开采密集区的环境污染158
第四节未来发展趋势158
参考文献159
第二部分环境过程
第四章大气环境175
**节引言175
第二节研究进展177
一、大气成分排放及变化177
二、大气污染物形成及大气演变过程179
三、大气污染研究新理论与技术195
四、大气污染物区域输送及其区域影响201
五、大气空气质量卫星遥感及数值模式204
第三节研究方向与前沿科学问题207
一、大气污染物排放207
二、大气污染形成的关键过程207
三、气溶胶大气污染物跨境输送207
四、不同混合态气溶胶的天气气候效应与生态效应207
五、大气污染物的环境影响208
六、大气污染在线立体监测技术208
七、动态污染源清单技术208
八、区域大气复合污染预测预警技术208
九、关键区域污染源控制技术及设备208
十、区域大气复合污染控制的决策技术208
十一、大气环境保护标准的关键技术209
十二、大气污染防治的关键技术209
参考文献209
第五章水环境213
**节引言213
第二节主要研究进展217
一、水体有机质的发生、过程和效应研究217
二、水体重金属的发生、过程和效应研究227
三、水体持久性毒害有机污染物的发生、过程和效应研究239
第三节前沿科学问题247
一、全球环境变化对水环境质量的影响247
二、水环境质量变化的全球气候、生态系统和健康效应250
三、重金属在水-沉积物-水生生物界面的地球化学循环机制252
四、持久性毒害有机污染物的沉积物-水、大气-水界面过程253
五、有机污染物的生物可利用性256
第四节未来发展方向257
一、全面推进水污染综合控制和生态修复257
二、加强饮用水安全保障关键技术研发259
三、尽快形成流域水污染防治综合管理技术与水环境监控预警体系259
参考文献260
第六章土壤环境284
**节引言284
第二节研究进展288
一、土壤污染的多尺度调查与长期定位观测289
二、土壤污染物的界面过程及其模拟预测292
三、土壤污染的生态效应及其诊断297
四、土壤污染控制与修复的技术研发与工程示范299
第三节前沿科学问题304
一、土壤复合污染的成因与作用机制304
二、土壤-植物-微生物系统中污染物的形态与微界面过程305
三、地下食物网营养层间污染物传递与代谢过程306
四、土壤污染物低剂量长期暴露的风险评估306
五、土壤环境基准/标准与风险管理307
第四节未来发展方向308
一、土壤环境多尺度效应及其转化的新方法、新技术308
二、土壤环境系统界面耦合过程与动力学机制308
三、土壤污染的生态系统演变与健康指示309
四、土壤-植物-微生物体系自修复和强化修复机制及其应用309
参考文献310
第七章水体富营养化314
**节引言314
第二节主要研究进展318
一、水体营养盐富集及其生态系统响应318
二、地理环境对氮磷迁移转化的影响324
三、全球变化对水体富营养化及其蓝藻水华的影响330
四、饮用水安全保障——快速监测技术、去除技术、预测预警等336
第三节未来展望360
一、水体营养盐元素富集对水体生态系统的影响360
二、陆地环境对氮磷污染物的输移影响及其生态效应361
三、全球变化对水体生态系统的影响362
四、水环境科学监测技术的发展363
五、面源污染的多尺度特征研究365
六、水文模型与生物地球化学模型的耦合365
参考文献366
第三部分环境效应
第八章环境与健康387
**节引言387
一、环境污染物质导致人体健康问题的提出389
二、环境污染物质导致人体健康问题的概念与内涵390
三、环境污染物质导致人体健康问题的特征390
四、环境污染物质导致人体健康问题研究的必要性与紧迫性392
五、环境污染物质导致人体健康问题研究的局限性393
第二节研究进展395
一、人体暴露的监测395
二、人体流行病调查方案设计401
三、实验模拟403
四、数值模拟404
五、人体暴露检测技术的研发408
第三节前沿科学问题412
一、环境污染物质的作用与暴露（作用、累积/放大、暴露等）412
二、应对策略（风险、预警、技术、政策等）415
第四节未来发展方向416
一、环境污染物质与社会因素共同影响人体健康的机制416
二、利用基因组学和代谢组学技术研究环境污染物质对人体健康的影响417
三、复合环境污染物质的人体健康效应418
四、环境污染物质对人体健康影响的长期效应418
参考文献420
第九章环境毒理与环境基准432
**节引言432
一、环境基准434
二、水环境基准435
三、水质基准发展历程436
四、水质基准的运用与实践437
第二节主要研究进展439
一、特征污染物的环境暴露研究440
二、水环境生物区系研究441
三、污染物的毒性效应研究444
四、水环境要素与污染物毒性效应448
五、水质基准理论方法学研究450
第三节前沿科学问题457
一、污染物的生物有效性研究458
二、生物富集机理研究461
三、毒性效应机理和毒性预测模型462
四、新型污染物水质基准理论方法学464
第四节未来发展方向465
一、新型污染物的毒性效应机理研究467
二、污染物的构效关系和毒性预测方法研究467
三、人体暴露评价与健康基准研究468
四、环境基准理论方法学469
参考文献470
第十章生态风险479
**节引言479
一、生态风险评估的概念480
二、生态风险评估的发展历程482
三、生态风险评估与风险管理484
第二节主要研究进展485
一、生态风险评估基本框架485
二、风险胁迫因子491
三、暴露评估与效应评估496
四、生态风险模型500
五、多层次生态风险评估503
六、不同生态组织水平的生态风险评估504
第三节前沿科学问题506
一、聚焦生态毒理学和系统生物学：21世纪的生态风险评估506
二、生态风险系统建模：模型工具与耦合平台507
三、暴露科学：生态暴露组与暴露信息的全面采集508
四、适应风险管理需求：高通量风险筛查与优先排序510
五、累积/高层次生态风险评估：生态终点与不确定性511
六、大尺度/非化学胁迫生态风险评估：生态系统服务的应用512
参考文献513
第四部分相关学科
第十一章水文水资源529
**节引言529
一、水文水资源研究概述529
二、水文水资源研究当前面临的国际科学背景530
三、水文水资源战略研究的总体思路531
第二节研究进展532
一、地面观测与卫星遥感监测532
二、水循环与流域水文过程537
三、水文模型540
四、气候变化的影响研究543
五、流域科学与决策支持系统553
第三节未来研究方向与前沿科学问题554
一、未来研究方向554
二、前沿科学问题556
参考文献577
第十二章全球变化生态学591
**节引言591
第二节研究进展593
一、主要研究方法进展593
二、前沿科学问题研究进展603
第三节未来发展方向626
一、了解生态系统的稳定性和可持续的系统动力学机制研究，制定适应和减缓对策627
二、运用地球系统科学理论，综合考虑自然因素和人为因素的影响及其反馈627
三、基于多数据、多方法的多尺度集成研究629
四、关键区域（如山地、极地、热带雨林分布区）与全球变化的关系630
参考文献631
第十三章恢复生态学661
**节引言661
第二节研究进展665
一、恢复生态学理论体系研究665
二、生态系统退化原因与机理的研究666
三、生态系统主要组分（生态系统整体性）的恢复研究669
第三节研究前沿676
一、濒危物种保护及其生存环境恢复676
二、土壤种子库与生态系统稳定性、物种多样性677
三、土壤生物与生态恢复678
四、生态水文学与生态恢复678
五、污染和退化土壤的修复679
六、生物入侵与生态系统的恢复679
七、生态系统恢复的预测及模拟680
八、生态系统恢复评估体系的构建681
第四节未来发展方向682
一、分子生态学在生态恢复中的应用682
二、新技术的开发与应用682
三、生态恢复目标多元化684
四、全球变化与生态恢复研究685
五、生态恢复综合阈值研究686
参考文献686
第十四章环境山地灾害702
**节引言702
一、环境山地灾害的基本认识704
二、我国灾害现状与学科发展需求705
第二节研究进展709
一、区域规律709
二、观测与物理实验715
三、动力学过程与数值模拟721
四、灾害监测与预测、预报和预警727
五、灾害防治技术735
六、风险分析739
第三节山地灾害前沿科学问题742
一、水土耦合动力过程与灾害形成机理742
二、山洪、泥石流规模放大效应与灾害链生机制744
三、基于形成机理的灾害预测预报模型746
四、气候变化对灾害的影响与巨灾预测747
五、基于动力过程的灾害风险分析748
六、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749
第四节未来发展方向751
一、灾害机理预报理论与新技术的协同发展751
二、复杂介质物质运移规律与数值模拟752
三、潜在风险判识与风险管理753
参考文献756
第十五章近代环境变化775
**节引言775
第二节研究进展777
一、近代的气候变化与环境780
二、近代氮硫记录与人类活动782
三、近代大气温室气体变化783
四、近代重金属污染过程789
五、黑炭记录与自然、人类活动的关系791
六、持久性有机污染物793
第三节前沿科学问题795
一、冰芯气候环境记录与大气环流的关系795
二、环境指标的源795
三、污染物多圈层迁移过程及转化796
第四节未来发展方向与趋势797
一、冰芯钻取技术与冰芯定年技术的发展是冰芯研究亟须突破的核心技术797
二、冰芯物质的稳定同位素与冰川积累量记录仍然是*主要的指标797
三、更多环境指标的挖掘为冰芯环境科学发展注入新的活力798
四、冰芯中的人类活动记录是重要的研究内容799
参考文献799
关键词索引805
在线试读：
绪论 环境科学发展战略报告
**节 国家需求与国际背景
一、国家需求
环境问题关乎国家安全，环境科学是未来国家可持续发展的重要支撑。中国经济在改革开放后经历 30多年的高速增长，积累了巨大的经济社会财富。同时，环境问题日益突出。环境科学的发展需要面对全球环境变化，国家未来可持续发展需要环境科学的强力支持。环境科学发展面临着许多重大国家需求，主要体现在以下几个方面。
（一）以大气、水和土壤为介质的环境问题是我国当前和今后较长时间内经济社会发展中面临的重大难题和瓶颈性制约因素
大气是地球系统的重要组成部分，也是地球化学元素循环的重要环节。随着人口激增、工业发展、城市扩张和机动车增多，人为活动排放进入大气的污染物快速增长，我国大气污染（如灰霾、光化学烟雾）对城市的能见度、空气质量、人体健康等产生直接的严重危害。大气污染物能够对区域甚至全球范围的大气环流、气候、水循环、生态系统等产生影响。当前，我国大气污染已经呈现新的特征，多数百万以上人口城市的大气污染呈现以细颗粒物（PM2.5）和O3为代表的大气复合污染，冬春季节雾、霾频发和夏季O3高污染的基本格局将在较长时间内存在，大气污染防治面临极大的挑战。近年来，雾、霾日数变化东增西减，华北、长江中下游和华南地区呈增加趋势，其中珠三角和长三角地区增加*快。自2013年 1月以来，全国遭遇了多起大范围、长时间霾污染事件，区域性霾极端污染天气可能已成为常态，引起政府与民众的高度关注。2013年9月国家正式发布《大气污染防治行动计划》，旨在逐步消除重污染天气，明显改善空气质量。
我国是一个水资源严重短缺的国家，人均水资源占有量只约为世界平均水平的1/4，是世界上*贫水国家之一。水环境恶化与水污染严重加剧了这种短缺矛盾。地表水普遍地受到污染，特别是流经城市的河段有机污染严重，湖泊营养化问题突出，地下水受到点源和面源污染，近岸海域水污染加剧。水质性缺水矛盾在某些地区已十分尖锐，造成了巨大的经济损失，影响了区域性社会经济的可持续发展。在全球变化影响的背景下，加上人口快速增长与经济的高速发展，我国的水环境问题将越来越严重，与水环境污染相关的危机事件发生频率也将随之增多。对水环境改善与治理异常迫切的国家需求，使得水环境科学进入了一个关键的发展阶段。
随着我国工业化、城市化和农业高度集约化的快速发展，土壤环境污染日益加剧，已对粮食及食物安全、饮用水安全、生态安全、人居环境安全及经济社会可持续发展构成了威胁。目前，我国有近 8%的耕地受到不同程度的各类污染，城镇搬迁企业遗留场地重污染事故及对人体健康危害事件频发。矿山、油田等大规模开采导致土壤含水层污染，危及饮用水和生态系统的安全；土壤受持久性有机化合物污染，事关国际环境外交。守住我国耕地质量红线的形势相当严峻，确保耕地生产力和农产品安全的任务日趋艰巨。因此，系统开展土壤环境科学与技术的发展战略研究，可为我国土壤环境监管政策和土壤污染防治法律法规的制定奠定理论、方法和技术基础，是国家环境保护中长期科技发展的战略需求。
（二）环境毒理、环境暴露、生态风险等环境效应问题直接关乎人体健康、生态健康及绿色经济的发展，环境变化的影响是我国未来可持续发展中关注的重大科学问题
在大气、水体和土壤环境要素动态变化过程中，污染物排放、迁移、转化过程中的毒理效应、环境暴露、生态危害以及风险评估、污染控制等环境影响问题涉及人体健康、生态安全及经济可持续发展，其科学研究不仅与机理、过程等基础研究有关，也与环境保护和环境管理的理论与实践密切联系，同时也是环境科学研究对管理的重要出口，对实现国家环境安全和人体健康目标具有战略性、全局性和长远性的意义。我国已进入环境高风险期，污染事件频发。随着我国环境保护事业的发展，环境管理理念也发生了由污染控制向风险管理的重要转折，由浓度控制和目标总量控制向容量总量控制方向转变，从化学指标控制向生态健康管理方向转变。在未来国家环境发展战略中，对环境毒理、环境暴露及生态风险等环境效应的研究有重大战略需求，但这些方面的研究，无论在基础理论研究方面，还是在应用研究方面，均远不能满足国家快速发展及民众对环境健康的实际需要。因此，环境变化影响研究是我国未来可持续发展中高度关注和亟待加强的重要研究领域。
（三）环境科学的战略规划、科学部署，从微观机制到宏观趋势的系统研究将为解决中国经济发展带来的环境问题提供重要的科学依据
环境科学涵盖广泛的研究领域，不仅是涉及环境化学、环境地球化学和环境地理学等环境科学的基础学科，而且是与大气、土壤、水环境等环境问题密切相关的学科，还涉及大气、水文、气象、地表灾害、生态等学科领域。因此，通过对国内外研究现状的分析，梳理已有的研究基础，在国际发展趋势中凝练未来我国环境科学发展的科学问题，着眼未来战略规划，科学部署，无疑将为我国未来环境科学发展提供发展方向，为环境保护提供科学支撑，为可持续发展奠定科学基础。
二三十年来，我国环境问题日趋严重。随着城市化进程的不断加快和城市群的形成以及农村污染排放的不断加剧，加上污染的扩散、排放的相对分散和污染的逐渐连片，形成越来越严重的区域污染，使污染控制愈加困难。作为经济高速增长的发展中国家，我国目前正面临比工业发达国家更加复杂的环境问题。发达国家上百年工业化过程中分阶段出现的环境问题，在我国已经集中出现。重大环境污染事故及潜在的环境安全隐患对国家安全构成挑战。环境污染不仅造成了巨大的经济损失，而且给生态安全、食品安全和人群健康带来严重的威胁。因此，明晰污染产生的机理、过程及趋势，降低污染排放强度，修复污染环境，客观评估人体对污染物的暴露量等，是当前我国社会经济发展中急需解决的问题。
生态环境是由生物及非生物组成的各种生态系统的综合体，是区域内所有生命有机体生存和发展的载体以及物质和能量的供应者。因此，维护生态环境良性循环是实现人类社会可持续发展的基本保障。由于不同化学污染物及其代谢物的生态毒理效应存在差别，并且存在复合污染现象，因此，基于制定环境标准来控制有毒污染物的传统方法已经越来越不适应环境管理的需要。加之许多环境污染物在生物体内存在长期蓄积现象，其对不同水平生态受体的有害效应可能需要很长时间才能显示出来，而一旦显示，其破坏作用很难通过修复或其他干预来校正。因此，需要发展能够精确预测环境污染潜在生态影响的科学方法体系，其重要战略研究方向即为生态风险评估。针对区域污染特征，构建适合特定区域的生态风险评估方法与指标体系是推动区域污染控制技术发展和环境安全保障体系建设的基础和动力。尽管工业发达国家在生态和健康风险研究的理论和方法上有一些经验可供借鉴，但如何实现风险管理也仍在探索阶段，因此中国的生态风险评估方法与系统理论的建设仍须立足于自主研发。
从历史变化中可以认识环境变化的过程，环境代用指标可以揭示过去环境变化的历史。例如，从冰芯等环境变化介质中可以提取多种气候环境连续变化的信息。这些信息包括大气环流、大气排放、重金属污染、持久性有机污染物等，可以反映大空间尺度的环境变化。这些信息是当前社会与国家广泛关注的现实问题，也与人类生存条件密切相关。认识各历史时期的环境变化，揭示人类活动与自然活动对环境变化的影响，可以为预测未来环境变化趋势、制定国家应对环境变化策略和保持经济社会可持续发展奠定科学基础，也可以为国家在国际气候变化的谈判中掌握主动权提供可靠依据。
二、国际背景
（一）环境问题已经成为当前影响全世界可持续发展、全球共同关注的热点问题和重大难题
当前，人类面临着日益严重的环境问题。“虽然没有枪炮，没有硝烟，却在残杀着生灵。”这是对环境问题严重性的生动描绘。没有哪一个国家和地区能够逃避不断发生的环境污染和自然资源的破坏，它直接威胁着生态环境，威胁着人类的健康和子孙后代的生存。自 1972年斯德哥尔摩人类环境会议郑重而严肃地宣称人类“只有一个地球”开始，环境问题就成为了全球关注的重大问题。1992年里约热内卢联合国环境与发展大会将环境问题与人类可持续发展紧密联系在一起，提出了环境保护与经济社会协调发展以实现人类社会可持续发展的观念。
环境问题影响全球气候变化，影响全球生态系统的良性演进，影响大气、水域和土壤等人类赖以生存的环境保证。到目前为止，已经威胁人类生存并已被人类认识到的环境问题主要有：全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、淡水资源危机、能源短缺、森林资源锐减、土地荒漠化、物种加速灭绝、垃圾成灾、有毒化学品污染等众多方面。环境问题具有全球性特点，是全球或全世界普遍存在、全球或全人类共同面对和承受的问题。它的概念相当广阔，问题的表现虽在局部地区或区域，但长期影响涉及全球。因此，环境问题同时具有整体相关性。不同局部环境问题因为条件的不同，相互区别，相互独立。然而，地球是一个完整的生态系统，其环境因素之间有着必然或者偶然的联系，在任何范围、种类、规模的局部环境问题都会造成不同程度的影响。环境问题的强威胁性是它的另一个突出特点，环境问题危害全人类的身心健康，威胁地球上所有国家的社会稳定。因此，环境问题已经成为世界许多重要多边国际会议讨论的热点问题，已经渗透到非军事的国际安全众多领域。
全球环境问题对环境科学也提出了众多亟须解决的科学问题，亦成为推进环境科学快速发展的重要驱动力。
（二）环境科学与未来人类可持续发展成为国际社会关注的焦点
人类生存在一个有限的星球上。自从有了地球，就衍生出了似乎为人类生存而准备的形式多样、储备丰富的自然资源，同时也逐渐形成了一个适应地球系统、服务功能强大而完备的生态环境系统。人类是在地球自然资源利用价值和生态服务价值兼备完善的基础上出现的。人类对其生存环境的影响经历了一个由小到大、由弱到强、由地方到区域、由局部到全球的非线性演变过程，与之相伴的是自然资源由富到贫、由丰到缺，生存环境由优到劣。这一转折过程的出现仅仅是人口膨胀和工业革命以来 200多年间的事情。相对于人类文明出现的数千年历史，这一过程快速而显著，而相对于为人类生存提供基础的自然资源形成和生存环境系统的漫长演变过程而言，这一过程就显得急促而短暂，可以用瞬间来描述。人类在地球进化时间尺度上是短暂的，在地球空间尺度上的占有和获取无处不在，形成了巨大的时空差异。工业文明带给人类巨大物质财富的同时，也迅速地攫取了地球资源和极大地消耗了生态系统的服务价值，带来了巨大的环境灾难。环境污染、森林破坏、水土流失和荒漠化等一系列世界性问题对人类的生存和经济的可持续发展构成了严重威胁。环境的恶化是自然系统对环境胁迫，特别是人类干扰的异常反应。
为了应对全球环境问题，20世纪 80年代以来，国际社会相继推出了全球环境问题研究的一系列国际研究计划。其中，世界气候研究计划（WCRP）、国际地圈-生物圈研究计划（ IGBP）、生物多样性研究计划（ DIVERSTAS）和国际全球环境变化人文因素计划（ IHDP）被称为国际环境四大研究计划，它们构成全球环境变化研究计划。国际环境四大研究计划在过去几十年取得了巨大研究成果。然而，由国际科学理事会（ICSU）和国际社会科学理事会（ISSC）合作，联合组织国际上自然和社会科学领域的众多专家对地球系统研究的框架和焦点问题进行咨询和反思，指出人类目前面临气候、粮食、水资源、健康、能源、贫困和生态等诸多与环境密切相关的问题。尽管过去在理解地球系统作用、尤其是人类行为影响方面已经开展了大量研究，并取得显著进展，但距离回答和解决上述人类社会所面临的实际问题还相差甚远。需要重新定位研究方向，以便更好地让科学和社会相结合，在全球、区域、国家和地方等不同层次上满足决策者和公众需要。为此，从 2008年开始对已有四大环境研究计划重新评估，在 2012年 6月里约举行的联合国可持续发展国际大会（RIO+20）上，正式宣布启动为期十年的“未来地球计划”（Future Earth）。未来地球计划是地球系统科学、全球变化科学和可持续发展科学的高度综合和集成，其核心是全球环境问题，实质是解决全人类可持续发展中面临的重大交叉科学问题。
第二节 环境科学研究现状与趋势
环境问题是环境科学发展的根本驱动力，环境科学为正确认识环境问题和解决环境问题提供科学依据。环境科学是在现代地球科学、社会经济和科学技术发展过程中逐步形成的一门新兴的综合性科学，其涉及的内容异常广阔，包括自然科学和社会科学的许多重要方面，因而形成了与有关科学之间相互渗透、相互交叉的许多分支学科，如环境化学、环境地理学、环境生物学、环境物理学、环境工程学、环境管理学、环境经济学、环境法学等。随着环境问题的发展和人类认识的进一步深化，环境科学及其分支学科也必将不断丰富、更加多种多样。
环境问题归纳起来有两大类：一类是自然演变和自然灾害引起的原生环境问题，也叫**环境问题，如旱涝、台风、地震、滑坡、崩塌、泥石流等。另一类是人类活动引起的次生环境问题，也叫第二环境问题（“公害”）。次生环境问题一般分为环境污染和环境破坏两大类，如乱砍滥伐引起的森林植被的破坏、过度放牧引起的草原退化、大面积开垦草原引起的沙漠化和土地沙化、工业生产造成大气、水环境恶化等。与这两类环境问题相对应，也可形成种类繁多的环境学科门类。
定价：248.0
ISBN：9787030475534
作者：***
版次：1
出版时间：2017-01
内容提要：
“中国学科发展战略”丛书是***组织数百位院士专家联合研究的系列成果，涉及自然科学各学科领域，是目前规模*大的学科发展战略研究项目。旨在系统分析有关学科的发展态势和规律，提炼关键学科理论和技术问题，提出学科创新发展的新思想和新方法，病为学科的均衡发展提供政策和措施建议。《中国学科发展战略·环境科学》包括学科基础、环境过程、环境效应、相关学科四部分。其中，学科基础主要涉及环境化学、环境地球化学、区域环境污染三个领域，环境过程主要分析大气污染、水污染、土壤污染、水体富营养化四个核心问题，环境效应重点探讨环境与健康、环境毒理与环境基准、生态风险问题，相关学科选择水文水资源、全球变化生态学、恢复生态学、环境山地灾害、近代环境变化领域进行分析。
目录：
目录
总序
前言
绪论环境科学发展战略报告1
**节国家需求与国际背景1
一、国家需求1
二、国际背景4
第二节环境科学研究现状与趋势6
一、学科基础8
二、环境过程11
三、环境效应17
四、相关学科22
第三节前沿科学问题与研究热点26
一、环境学科基础26
二、大气、水、土壤环境科学问题与研究重点26
三、人体暴露、环境毒理学、生态风险等环境效应是未来研究重点28
四、相关学科领域的未来发展重点30
第四节建议与展望32
一、复杂环境系统所带来的挑战32
二、复杂环境系统下环境科学未来发展方向33
三、环境科学研究的组织与管理33
参考文献34
**部分学科基础
**章环境化学37
**节引言37
第二节研究进展40
一、环境分析化学41
二、环境污染化学42
三、污染控制化学42
四、污染生态化学43
五、理论环境化学43
第三节前沿科学问题44
一、环境分析化学44
二、大气污染与控制50
三、水体污染与控制58
四、土壤污染与控制63
五、污染生态化学66
六、生态毒理与健康67
七、理论环境化学69
第四节未来发展方向70
一、污染物多介质界面行为、区域环境过程与调控70
二、纳米颗粒物的环境行为与生物效应70
三、环境友好和功能材料在污染控制中的应用73
四、化学污染物暴露与食品安全74
五、化学品的风险评估与管理的理论与方法77
参考文献77
第二章环境地球化学92
**节引言92
一、环境地球化学与健康研究92
二、环境地球化学与污染研究93
三、环境地球化学与全球环境变化研究94
第二节研究进展95
一、有害元素汞的环境地球化学研究进展95
二、过去全球气候变化的环境地球化学研究进展98
三、非传统稳定同位素环境地球化学研究进展100
第三节前沿科学问题104
一、重金属污染物的大尺度长距离跨境传输研究104
二、传统稳定同位素体系的新发展105
三、非传统稳定同位素理论框架建立及运用109
四、环境微生物对有害元素迁移转化影响109
第四节未来发展方向115
一、Clumped同位素体系发展115
二、微小非质量依赖分馏的研究116
三、重金属元素的非传统稳定同位素的运用116
四、环境地球化学与微生物学的交叉与融合116
五、重金属污染物的大尺度迁移与微观过程研究相结合116
参考文献117
第三章区域环境污染134
**节引言134
一、环境污染问题的区域性136
二、区域环境污染研究的特点和方法137
三、我国和全球区域环境污染研究138
第二节研究进展139
一、区域环境污染来源与大气污染排放清单139
二、区域环境污染观测141
三、区域环境污染物的界面交换144
四、区域环境有机污染的长距离迁移148
五、区域污染历史与区域循环150
六、区域环境污染数值模拟151
七、区域环境污染暴露与健康风险153
第三节前沿科学问题156
一、区域生物质与化石燃料燃烧过程中的污染物质排放与环境效应156
二、区域环境污染物的大气跨界迁移157
三、全球变化背景下的区域污染物质归趋与二次排放157
四、城市群污染暴露与人体健康157
五、矿产资源开采密集区的环境污染158
第四节未来发展趋势158
参考文献159
第二部分环境过程
第四章大气环境175
**节引言175
第二节研究进展177
一、大气成分排放及变化177
二、大气污染物形成及大气演变过程179
三、大气污染研究新理论与技术195
四、大气污染物区域输送及其区域影响201
五、大气空气质量卫星遥感及数值模式204
第三节研究方向与前沿科学问题207
一、大气污染物排放207
二、大气污染形成的关键过程207
三、气溶胶大气污染物跨境输送207
四、不同混合态气溶胶的天气气候效应与生态效应207
五、大气污染物的环境影响208
六、大气污染在线立体监测技术208
七、动态污染源清单技术208
八、区域大气复合污染预测预警技术208
九、关键区域污染源控制技术及设备208
十、区域大气复合污染控制的决策技术208
十一、大气环境保护标准的关键技术209
十二、大气污染防治的关键技术209
参考文献209
第五章水环境213
**节引言213
第二节主要研究进展217
一、水体有机质的发生、过程和效应研究217
二、水体重金属的发生、过程和效应研究227
三、水体持久性毒害有机污染物的发生、过程和效应研究239
第三节前沿科学问题247
一、全球环境变化对水环境质量的影响247
二、水环境质量变化的全球气候、生态系统和健康效应250
三、重金属在水-沉积物-水生生物界面的地球化学循环机制252
四、持久性毒害有机污染物的沉积物-水、大气-水界面过程253
五、有机污染物的生物可利用性256
第四节未来发展方向257
一、全面推进水污染综合控制和生态修复257
二、加强饮用水安全保障关键技术研发259
三、尽快形成流域水污染防治综合管理技术与水环境监控预警体系259
参考文献260
第六章土壤环境284
**节引言284
第二节研究进展288
一、土壤污染的多尺度调查与长期定位观测289
二、土壤污染物的界面过程及其模拟预测292
三、土壤污染的生态效应及其诊断297
四、土壤污染控制与修复的技术研发与工程示范299
第三节前沿科学问题304
一、土壤复合污染的成因与作用机制304
二、土壤-植物-微生物系统中污染物的形态与微界面过程305
三、地下食物网营养层间污染物传递与代谢过程306
四、土壤污染物低剂量长期暴露的风险评估306
五、土壤环境基准/标准与风险管理307
第四节未来发展方向308
一、土壤环境多尺度效应及其转化的新方法、新技术308
二、土壤环境系统界面耦合过程与动力学机制308
三、土壤污染的生态系统演变与健康指示309
四、土壤-植物-微生物体系自修复和强化修复机制及其应用309
参考文献310
第七章水体富营养化314
**节引言314
第二节主要研究进展318
一、水体营养盐富集及其生态系统响应318
二、地理环境对氮磷迁移转化的影响324
三、全球变化对水体富营养化及其蓝藻水华的影响330
四、饮用水安全保障——快速监测技术、去除技术、预测预警等336
第三节未来展望360
一、水体营养盐元素富集对水体生态系统的影响360
二、陆地环境对氮磷污染物的输移影响及其生态效应361
三、全球变化对水体生态系统的影响362
四、水环境科学监测技术的发展363
五、面源污染的多尺度特征研究365
六、水文模型与生物地球化学模型的耦合365
参考文献366
第三部分环境效应
第八章环境与健康387
**节引言387
一、环境污染物质导致人体健康问题的提出389
二、环境污染物质导致人体健康问题的概念与内涵390
三、环境污染物质导致人体健康问题的特征390
四、环境污染物质导致人体健康问题研究的必要性与紧迫性392
五、环境污染物质导致人体健康问题研究的局限性393
第二节研究进展395
一、人体暴露的监测395
二、人体流行病调查方案设计401
三、实验模拟403
四、数值模拟404
五、人体暴露检测技术的研发408
第三节前沿科学问题412
一、环境污染物质的作用与暴露（作用、累积/放大、暴露等）412
二、应对策略（风险、预警、技术、政策等）415
第四节未来发展方向416
一、环境污染物质与社会因素共同影响人体健康的机制416
二、利用基因组学和代谢组学技术研究环境污染物质对人体健康的影响417
三、复合环境污染物质的人体健康效应418
四、环境污染物质对人体健康影响的长期效应418
参考文献420
第九章环境毒理与环境基准432
**节引言432
一、环境基准434
二、水环境基准435
三、水质基准发展历程436
四、水质基准的运用与实践437
第二节主要研究进展439
一、特征污染物的环境暴露研究440
二、水环境生物区系研究441
三、污染物的毒性效应研究444
四、水环境要素与污染物毒性效应448
五、水质基准理论方法学研究450
第三节前沿科学问题457
一、污染物的生物有效性研究458
二、生物富集机理研究461
三、毒性效应机理和毒性预测模型462
四、新型污染物水质基准理论方法学464
第四节未来发展方向465
一、新型污染物的毒性效应机理研究467
二、污染物的构效关系和毒性预测方法研究467
三、人体暴露评价与健康基准研究468
四、环境基准理论方法学469
参考文献470
第十章生态风险479
**节引言479
一、生态风险评估的概念480
二、生态风险评估的发展历程482
三、生态风险评估与风险管理484
第二节主要研究进展485
一、生态风险评估基本框架485
二、风险胁迫因子491
三、暴露评估与效应评估496
四、生态风险模型500
五、多层次生态风险评估503
六、不同生态组织水平的生态风险评估504
第三节前沿科学问题506
一、聚焦生态毒理学和系统生物学：21世纪的生态风险评估506
二、生态风险系统建模：模型工具与耦合平台507
三、暴露科学：生态暴露组与暴露信息的全面采集508
四、适应风险管理需求：高通量风险筛查与优先排序510
五、累积/高层次生态风险评估：生态终点与不确定性511
六、大尺度/非化学胁迫生态风险评估：生态系统服务的应用512
参考文献513
第四部分相关学科
第十一章水文水资源529
**节引言529
一、水文水资源研究概述529
二、水文水资源研究当前面临的国际科学背景530
三、水文水资源战略研究的总体思路531
第二节研究进展532
一、地面观测与卫星遥感监测532
二、水循环与流域水文过程537
三、水文模型540
四、气候变化的影响研究543
五、流域科学与决策支持系统553
第三节未来研究方向与前沿科学问题554
一、未来研究方向554
二、前沿科学问题556
参考文献577
第十二章全球变化生态学591
**节引言591
第二节研究进展593
一、主要研究方法进展593
二、前沿科学问题研究进展603
第三节未来发展方向626
一、了解生态系统的稳定性和可持续的系统动力学机制研究，制定适应和减缓对策627
二、运用地球系统科学理论，综合考虑自然因素和人为因素的影响及其反馈627
三、基于多数据、多方法的多尺度集成研究629
四、关键区域（如山地、极地、热带雨林分布区）与全球变化的关系630
参考文献631
第十三章恢复生态学661
**节引言661
第二节研究进展665
一、恢复生态学理论体系研究665
二、生态系统退化原因与机理的研究666
三、生态系统主要组分（生态系统整体性）的恢复研究669
第三节研究前沿676
一、濒危物种保护及其生存环境恢复676
二、土壤种子库与生态系统稳定性、物种多样性677
三、土壤生物与生态恢复678
四、生态水文学与生态恢复678
五、污染和退化土壤的修复679
六、生物入侵与生态系统的恢复679
七、生态系统恢复的预测及模拟680
八、生态系统恢复评估体系的构建681
第四节未来发展方向682
一、分子生态学在生态恢复中的应用682
二、新技术的开发与应用682
三、生态恢复目标多元化684
四、全球变化与生态恢复研究685
五、生态恢复综合阈值研究686
参考文献686
第十四章环境山地灾害702
**节引言702
一、环境山地灾害的基本认识704
二、我国灾害现状与学科发展需求705
第二节研究进展709
一、区域规律709
二、观测与物理实验715
三、动力学过程与数值模拟721
四、灾害监测与预测、预报和预警727
五、灾害防治技术735
六、风险分析739
第三节山地灾害前沿科学问题742
一、水土耦合动力过程与灾害形成机理742
二、山洪、泥石流规模放大效应与灾害链生机制744
三、基于形成机理的灾害预测预报模型746
四、气候变化对灾害的影响与巨灾预测747
五、基于动力过程的灾害风险分析748
六、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749
第四节未来发展方向751
一、灾害机理预报理论与新技术的协同发展751
二、复杂介质物质运移规律与数值模拟752
三、潜在风险判识与风险管理753
参考文献756
第十五章近代环境变化775
**节引言775
第二节研究进展777
一、近代的气候变化与环境780
二、近代氮硫记录与人类活动782
三、近代大气温室气体变化783
四、近代重金属污染过程789
五、黑炭记录与自然、人类活动的关系791
六、持久性有机污染物793
第三节前沿科学问题795
一、冰芯气候环境记录与大气环流的关系795
二、环境指标的源795
三、污染物多圈层迁移过程及转化796
第四节未来发展方向与趋势797
一、冰芯钻取技术与冰芯定年技术的发展是冰芯研究亟须突破的核心技术797
二、冰芯物质的稳定同位素与冰川积累量记录仍然是*主要的指标797
三、更多环境指标的挖掘为冰芯环境科学发展注入新的活力798
四、冰芯中的人类活动记录是重要的研究内容799
参考文献799
关键词索引805
在线试读：
绪论 环境科学发展战略报告
**节 国家需求与国际背景
一、国家需求
环境问题关乎国家安全，环境科学是未来国家可持续发展的重要支撑。中国经济在改革开放后经历 30多年的高速增长，积累了巨大的经济社会财富。同时，环境问题日益突出。环境科学的发展需要面对全球环境变化，国家未来可持续发展需要环境科学的强力支持。环境科学发展面临着许多重大国家需求，主要体现在以下几个方面。
（一）以大气、水和土壤为介质的环境问题是我国当前和今后较长时间内经济社会发展中面临的重大难题和瓶颈性制约因素
大气是地球系统的重要组成部分，也是地球化学元素循环的重要环节。随着人口激增、工业发展、城市扩张和机动车增多，人为活动排放进入大气的污染物快速增长，我国大气污染（如灰霾、光化学烟雾）对城市的能见度、空气质量、人体健康等产生直接的严重危害。大气污染物能够对区域甚至全球范围的大气环流、气候、水循环、生态系统等产生影响。当前，我国大气污染已经呈现新的特征，多数百万以上人口城市的大气污染呈现以细颗粒物（PM2.5）和O3为代表的大气复合污染，冬春季节雾、霾频发和夏季O3高污染的基本格局将在较长时间内存在，大气污染防治面临极大的挑战。近年来，雾、霾日数变化东增西减，华北、长江中下游和华南地区呈增加趋势，其中珠三角和长三角地区增加*快。自2013年 1月以来，全国遭遇了多起大范围、长时间霾污染事件，区域性霾极端污染天气可能已成为常态，引起政府与民众的高度关注。2013年9月国家正式发布《大气污染防治行动计划》，旨在逐步消除重污染天气，明显改善空气质量。
我国是一个水资源严重短缺的国家，人均水资源占有量只约为世界平均水平的1/4，是世界上*贫水国家之一。水环境恶化与水污染严重加剧了这种短缺矛盾。地表水普遍地受到污染，特别是流经城市的河段有机污染严重，湖泊营养化问题突出，地下水受到点源和面源污染，近岸海域水污染加剧。水质性缺水矛盾在某些地区已十分尖锐，造成了巨大的经济损失，影响了区域性社会经济的可持续发展。在全球变化影响的背景下，加上人口快速增长与经济的高速发展，我国的水环境问题将越来越严重，与水环境污染相关的危机事件发生频率也将随之增多。对水环境改善与治理异常迫切的国家需求，使得水环境科学进入了一个关键的发展阶段。
随着我国工业化、城市化和农业高度集约化的快速发展，土壤环境污染日益加剧，已对粮食及食物安全、饮用水安全、生态安全、人居环境安全及经济社会可持续发展构成了威胁。目前，我国有近 8%的耕地受到不同程度的各类污染，城镇搬迁企业遗留场地重污染事故及对人体健康危害事件频发。矿山、油田等大规模开采导致土壤含水层污染，危及饮用水和生态系统的安全；土壤受持久性有机化合物污染，事关国际环境外交。守住我国耕地质量红线的形势相当严峻，确保耕地生产力和农产品安全的任务日趋艰巨。因此，系统开展土壤环境科学与技术的发展战略研究，可为我国土壤环境监管政策和土壤污染防治法律法规的制定奠定理论、方法和技术基础，是国家环境保护中长期科技发展的战略需求。
（二）环境毒理、环境暴露、生态风险等环境效应问题直接关乎人体健康、生态健康及绿色经济的发展，环境变化的影响是我国未来可持续发展中关注的重大科学问题
在大气、水体和土壤环境要素动态变化过程中，污染物排放、迁移、转化过程中的毒理效应、环境暴露、生态危害以及风险评估、污染控制等环境影响问题涉及人体健康、生态安全及经济可持续发展，其科学研究不仅与机理、过程等基础研究有关，也与环境保护和环境管理的理论与实践密切联系，同时也是环境科学研究对管理的重要出口，对实现国家环境安全和人体健康目标具有战略性、全局性和长远性的意义。我国已进入环境高风险期，污染事件频发。随着我国环境保护事业的发展，环境管理理念也发生了由污染控制向风险管理的重要转折，由浓度控制和目标总量控制向容量总量控制方向转变，从化学指标控制向生态健康管理方向转变。在未来国家环境发展战略中，对环境毒理、环境暴露及生态风险等环境效应的研究有重大战略需求，但这些方面的研究，无论在基础理论研究方面，还是在应用研究方面，均远不能满足国家快速发展及民众对环境健康的实际需要。因此，环境变化影响研究是我国未来可持续发展中高度关注和亟待加强的重要研究领域。
（三）环境科学的战略规划、科学部署，从微观机制到宏观趋势的系统研究将为解决中国经济发展带来的环境问题提供重要的科学依据
环境科学涵盖广泛的研究领域，不仅是涉及环境化学、环境地球化学和环境地理学等环境科学的基础学科，而且是与大气、土壤、水环境等环境问题密切相关的学科，还涉及大气、水文、气象、地表灾害、生态等学科领域。因此，通过对国内外研究现状的分析，梳理已有的研究基础，在国际发展趋势中凝练未来我国环境科学发展的科学问题，着眼未来战略规划，科学部署，无疑将为我国未来环境科学发展提供发展方向，为环境保护提供科学支撑，为可持续发展奠定科学基础。
二三十年来，我国环境问题日趋严重。随着城市化进程的不断加快和城市群的形成以及农村污染排放的不断加剧，加上污染的扩散、排放的相对分散和污染的逐渐连片，形成越来越严重的区域污染，使污染控制愈加困难。作为经济高速增长的发展中国家，我国目前正面临比工业发达国家更加复杂的环境问题。发达国家上百年工业化过程中分阶段出现的环境问题，在我国已经集中出现。重大环境污染事故及潜在的环境安全隐患对国家安全构成挑战。环境污染不仅造成了巨大的经济损失，而且给生态安全、食品安全和人群健康带来严重的威胁。因此，明晰污染产生的机理、过程及趋势，降低污染排放强度，修复污染环境，客观评估人体对污染物的暴露量等，是当前我国社会经济发展中急需解决的问题。
生态环境是由生物及非生物组成的各种生态系统的综合体，是区域内所有生命有机体生存和发展的载体以及物质和能量的供应者。因此，维护生态环境良性循环是实现人类社会可持续发展的基本保障。由于不同化学污染物及其代谢物的生态毒理效应存在差别，并且存在复合污染现象，因此，基于制定环境标准来控制有毒污染物的传统方法已经越来越不适应环境管理的需要。加之许多环境污染物在生物体内存在长期蓄积现象，其对不同水平生态受体的有害效应可能需要很长时间才能显示出来，而一旦显示，其破坏作用很难通过修复或其他干预来校正。因此，需要发展能够精确预测环境污染潜在生态影响的科学方法体系，其重要战略研究方向即为生态风险评估。针对区域污染特征，构建适合特定区域的生态风险评估方法与指标体系是推动区域污染控制技术发展和环境安全保障体系建设的基础和动力。尽管工业发达国家在生态和健康风险研究的理论和方法上有一些经验可供借鉴，但如何实现风险管理也仍在探索阶段，因此中国的生态风险评估方法与系统理论的建设仍须立足于自主研发。
从历史变化中可以认识环境变化的过程，环境代用指标可以揭示过去环境变化的历史。例如，从冰芯等环境变化介质中可以提取多种气候环境连续变化的信息。这些信息包括大气环流、大气排放、重金属污染、持久性有机污染物等，可以反映大空间尺度的环境变化。这些信息是当前社会与国家广泛关注的现实问题，也与人类生存条件密切相关。认识各历史时期的环境变化，揭示人类活动与自然活动对环境变化的影响，可以为预测未来环境变化趋势、制定国家应对环境变化策略和保持经济社会可持续发展奠定科学基础，也可以为国家在国际气候变化的谈判中掌握主动权提供可靠依据。
二、国际背景
（一）环境问题已经成为当前影响全世界可持续发展、全球共同关注的热点问题和重大难题
当前，人类面临着日益严重的环境问题。“虽然没有枪炮，没有硝烟，却在残杀着生灵。”这是对环境问题严重性的生动描绘。没有哪一个国家和地区能够逃避不断发生的环境污染和自然资源的破坏，它直接威胁着生态环境，威胁着人类的健康和子孙后代的生存。自 1972年斯德哥尔摩人类环境会议郑重而严肃地宣称人类“只有一个地球”开始，环境问题就成为了全球关注的重大问题。1992年里约热内卢联合国环境与发展大会将环境问题与人类可持续发展紧密联系在一起，提出了环境保护与经济社会协调发展以实现人类社会可持续发展的观念。
环境问题影响全球气候变化，影响全球生态系统的良性演进，影响大气、水域和土壤等人类赖以生存的环境保证。到目前为止，已经威胁人类生存并已被人类认识到的环境问题主要有：全球变暖、臭氧层破坏、酸雨、淡水资源危机、能源短缺、森林资源锐减、土地荒漠化、物种加速灭绝、垃圾成灾、有毒化学品污染等众多方面。环境问题具有全球性特点，是全球或全世界普遍存在、全球或全人类共同面对和承受的问题。它的概念相当广阔，问题的表现虽在局部地区或区域，但长期影响涉及全球。因此，环境问题同时具有整体相关性。不同局部环境问题因为条件的不同，相互区别，相互独立。然而，地球是一个完整的生态系统，其环境因素之间有着必然或者偶然的联系，在任何范围、种类、规模的局部环境问题都会造成不同程度的影响。环境问题的强威胁性是它的另一个突出特点，环境问题危害全人类的身心健康，威胁地球上所有国家的社会稳定。因此，环境问题已经成为世界许多重要多边国际会议讨论的热点问题，已经渗透到非军事的国际安全众多领域。
全球环境问题对环境科学也提出了众多亟须解决的科学问题，亦成为推进环境科学快速发展的重要驱动力。
（二）环境科学与未来人类可持续发展成为国际社会关注的焦点
人类生存在一个有限的星球上。自从有了地球，就衍生出了似乎为人类生存而准备的形式多样、储备丰富的自然资源，同时也逐渐形成了一个适应地球系统、服务功能强大而完备的生态环境系统。人类是在地球自然资源利用价值和生态服务价值兼备完善的基础上出现的。人类对其生存环境的影响经历了一个由小到大、由弱到强、由地方到区域、由局部到全球的非线性演变过程，与之相伴的是自然资源由富到贫、由丰到缺，生存环境由优到劣。这一转折过程的出现仅仅是人口膨胀和工业革命以来 200多年间的事情。相对于人类文明出现的数千年历史，这一过程快速而显著，而相对于为人类生存提供基础的自然资源形成和生存环境系统的漫长演变过程而言，这一过程就显得急促而短暂，可以用瞬间来描述。人类在地球进化时间尺度上是短暂的，在地球空间尺度上的占有和获取无处不在，形成了巨大的时空差异。工业文明带给人类巨大物质财富的同时，也迅速地攫取了地球资源和极大地消耗了生态系统的服务价值，带来了巨大的环境灾难。环境污染、森林破坏、水土流失和荒漠化等一系列世界性问题对人类的生存和经济的可持续发展构成了严重威胁。环境的恶化是自然系统对环境胁迫，特别是人类干扰的异常反应。
为了应对全球环境问题，20世纪 80年代以来，国际社会相继推出了全球环境问题研究的一系列国际研究计划。其中，世界气候研究计划（WCRP）、国际地圈-生物圈研究计划（ IGBP）、生物多样性研究计划（ DIVERSTAS）和国际全球环境变化人文因素计划（ IHDP）被称为国际环境四大研究计划，它们构成全球环境变化研究计划。国际环境四大研究计划在过去几十年取得了巨大研究成果。然而，由国际科学理事会（ICSU）和国际社会科学理事会（ISSC）合作，联合组织国际上自然和社会科学领域的众多专家对地球系统研究的框架和焦点问题进行咨询和反思，指出人类目前面临气候、粮食、水资源、健康、能源、贫困和生态等诸多与环境密切相关的问题。尽管过去在理解地球系统作用、尤其是人类行为影响方面已经开展了大量研究，并取得显著进展，但距离回答和解决上述人类社会所面临的实际问题还相差甚远。需要重新定位研究方向，以便更好地让科学和社会相结合，在全球、区域、国家和地方等不同层次上满足决策者和公众需要。为此，从 2008年开始对已有四大环境研究计划重新评估，在 2012年 6月里约举行的联合国可持续发展国际大会（RIO+20）上，正式宣布启动为期十年的“未来地球计划”（Future Earth）。未来地球计划是地球系统科学、全球变化科学和可持续发展科学的高度综合和集成，其核心是全球环境问题，实质是解决全人类可持续发展中面临的重大交叉科学问题。
第二节 环境科学研究现状与趋势
环境问题是环境科学发展的根本驱动力，环境科学为正确认识环境问题和解决环境问题提供科学依据。环境科学是在现代地球科学、社会经济和科学技术发展过程中逐步形成的一门新兴的综合性科学，其涉及的内容异常广阔，包括自然科学和社会科学的许多重要方面，因而形成了与有关科学之间相互渗透、相互交叉的许多分支学科，如环境化学、环境地理学、环境生物学、环境物理学、环境工程学、环境管理学、环境经济学、环境法学等。随着环境问题的发展和人类认识的进一步深化，环境科学及其分支学科也必将不断丰富、更加多种多样。
环境问题归纳起来有两大类：一类是自然演变和自然灾害引起的原生环境问题，也叫**环境问题，如旱涝、台风、地震、滑坡、崩塌、泥石流等。另一类是人类活动引起的次生环境问题，也叫第二环境问题（“公害”）。次生环境问题一般分为环境污染和环境破坏两大类，如乱砍滥伐引起的森林植被的破坏、过度放牧引起的草原退化、大面积开垦草原引起的沙漠化和土地沙化、工业生产造成大气、水环境恶化等。与这两类环境问题相对应，也可形成种类繁多的环境学科门类。