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环境科学

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环境科学基础理论

环境地球科学学科发展战略研究报告

作者：吴丰昌等

出版社：科学出版社出版时间：2021-08-01

开本：其他页数： 600

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环境地球科学学科发展战略研究报告版权信息

ISBN：9787030692184
条形码：9787030692184 ; 978-7-03-069218-4
装帧：一般胶版纸
册数：暂无
重量：暂无
所属分类：
工业技术
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环境科学基础理论

环境地球科学学科发展战略研究报告内容简介

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。

环境地球科学学科发展战略研究报告目录

目录
序
前言
摘要
**部分学科发展战略
**章环境地球科学战略定位使命与内涵外延3
**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
**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
**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
**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
**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
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
**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
**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
**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
**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
**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
**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
**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
**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 <

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环境地球科学学科发展战略研究报告节选

**章. 环境地球科学战略定位使命与内涵外延 **节　环境地球科学定义和学科使命一、环境地球科学的定义与使命（一）环境地球科学的定义环境地球科学是指以地球科学的理论、方法和手段，研究在自然条件和人类活动影响下的大气圈、水圈、土壤圈、生物圈各自演化的物理、化学和生物过程以及各圈层之间的相互联系；探索和解决人类面临的生态、健康、环境和灾害问题。环境地球科学涉及土壤学、水文学、环境大气科学、生物地球化学、环境地球化学、灾害地质学、工程地质学、第四纪环境等多种学科交叉研究领域，旨在通过以地球表层系统，包括大气圈、水圈、表层岩石圈、土壤圈、生物圈为研究对象，深入了解地球科学的过去、现在和未来即将出现的环境问题，综合性、系统性地把握环境变化规律，避免走“先污染，后治理”的老路，实现环境绿色发展和可持续发展经济相协调，创造让人类幸福的居住环境。学科之间的横向交叉、渗透和综合已经成为现代新兴学科发展的基本趋势，研究和解决环境地球问题需要多学科的研究理论和方法。环境地球科学是一门高度集成的交叉学科，包含多门一级、二级学科和多个交叉学科。本节从时间轴和过程轴两方面描述了与环境地球科学相关的环境问题及研究对象的演化，为掌握长时间尺度的环境变化规律及微观尺度污染物致病成因提供了科学的研究思路，对促进环境地球科学的学科发展具有重要意义。从时间轴来说，环境地球科学涵盖了第四纪地质学，古生态环境的形成、发展，对现在研究以地球表层系统为中心的环境问题具有指导意义。通过对过去、现在环境变化规律进行全面的把控，可以为研究未来环境变化及预测提供科学依据，为利用自然资源造福人类奠定基础。从过程轴来说，生物地球化学利用生物学的思想，探究生物与地球环境之间在各种作用力作用下化学元素的迁移转化过程，随着环境问题的不断频发与严重恶化，生物地球化学逐渐演变为环境地球化学，以运用生物学思想解决环境地球问题。随着对环境地球问题的深入研究，环境地球科学从大尺度环境地球化学问题逐渐转变成小尺度的污染物行为过程及其环境效应研究，探究污染物迁移转化、致病机理，为解决地域性环境地球问题提供了科学的研究思路。（二）环境地球科学的学科使命环境地球科学的学科使命在于从地球系统科学的角度，科学地解决当前和今后发展面临的重大污染、生态、健康和灾害问题，体现了地球科学解决社会需求方面的优势和特色。掌握环境科学的变化规律，可以为研究地球环境演化、解决地球环境问题提供科学依据，为合理利用自然资源造福人类奠定科学基础。环境地球科学学科的建立和发展顺应自然条件以及国家需求，主要表现在以下几方面： 1. 国家重大需求国环境污染严重是制约我国经济社会发展的瓶颈。如何科学地解决当前和今后发展面临的重大污染、健康、生态和灾害问题，为环境地球科学的研究与发展带来新的机遇和挑战。党的十九大报告把生态环境提到了历史新高度，开启了生态文明建设的新时代。报告指出：必须树立和践行绿水青山就是金山银山的理念，坚持节约资源和保护环境的基本国策，像对待生命一样对待生态环境，统筹山水林田湖草系统治理，实行*严格的生态环境保护制度，形成绿色发展方式和生活方式，坚定走生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展道路，建设美丽中国，为人民创造良好生产生活环境，为全球生态安全做出贡献。国家政策的支持进一步表明环境问题已经不容小觑，解决环境问题已成为我国重要的发展战略之一。 2. 环境问题内在复杂性环境是一个复杂的系统，研究内容涉及人类圈、岩石圈、水圈、土壤圈、生物圈、大气圈等多个圈层，每个圈层具有各自独特的环境特点及环境问题，且每个圈层之间相互联系、相互依存、相互渗透，为研究环境问题带来了巨大困难。例如，研究气候环境，必须考虑大洋、河流、冰川、大气组分、太阳辐射、能量运输过程、土地利用、植被覆盖和人类活动等的影响，以及不同时空尺度圈层的反馈机制。对环境问题进行全面的预测或机理的描述都需要多学科的相互交叉，而环境地球科学学科的发展为研究复杂的环境问题及环境预测提供了良好的平台。 3. 探索科学前沿的需求一些*前沿的科学问题往往出现在不同学科交叉界面或空白处。探索该界面或空白处的学者往往会跨越自己的学科，渴望打破学科壁垒，积极探索学科交叉。而环境地球科学领域的科学家正在多种交叉学科之间不断探索。例如，环境地球化学是多种学科交叉的结果，经过十几年的发展，已经形成了较为完善、应用性较高的学科体系，弥补了环境与地球化学交叉领域的空白。 4. 新技术的驱动一些创新技术不仅具有很好的应用价值，而且能变革现有的学科并产生新的学科领域。例如，传统稳定同位素（C、H、O、N、S）在指示地表物质来源、地球化学过程和气候变化等方面提供了重要的信息。许多新技术和新方法的出现，使环境地球科学的学科内涵越来越丰富。 5. 科学家的需求环境领域的科研队伍日益壮大，促进了特定学科领域知识的积累、学科范式的形成、学科带头人的出现，并促使了环境地球科学的快速发展。二、环境地球科学的学科特点环境地球科学为解决环境问题而生，本性也是要解决地球的环境问题，包括污染环境、灾害环境、生态环境、健康环境问题。环境地球科学的特点主要包含以下几点：（一）问题需求牵引环境地球科学是一个以问题和需求为目标而形成的新学科。不同于以研究对象为导向的学科，环境地球科学在人类活动剧烈改变地球的大背景下，致力于运用科学的研究手段解决人为活动和自然造成的污染、灾害、健康和生态环境问题。当今生态环境面临巨大压力，环境污染加剧、自然灾害频发、生态系统退化等问题频发，长期的环境风险逐渐显现，国家的经济发展、社会稳定和人民财产安全均受到严重的威胁。环境问题已经不是一个国家的问题，而是全球共同面临的严峻问题，因此迫切需要建立良好稳定的生态环境，以保证人民安全、国家安全甚至国际和平。以国家的需求为牵引力，运用多学科、集成化的研究手段，发展环境地球科学学科，是科学地解决地球的环境问题、维护生态环境安全的重要保障。（二）系统性和复杂性环境地球科学的主要研究对象是土壤圈、水圈、大气圈和生物圈构成的地球表层系统。地球表层系统的平衡发展受到大气、水、土壤、固体废物、生物、地质灾害等多因素的影响与制约，各因素间的相互作用及人类与各因素间的相互作用使得环境污染、环境灾害、环境生态、环境健康问题日益复杂。单一学科的技术手段已无法解决庞大的、复杂的环境问题。环境地球科学采用先进的技术手段，从微观机理到宏观现象系统地研究复杂多样的环境问题，跨越自然与人类的界限，研究自然属性与社会属性的关系，掌握自然变化规律和调控原理，其对学科的理论创新、均衡发展至关重要。（三）多学科交叉融合面对21世纪全球气候变化和复杂环境条件下重大环境保护与工程建设等诸多难题，单一的学科已无法科学地解决当前的问题，亟须多学科交叉融合，着力解决重大污染环境、生态环境、健康环境和灾害环境等领域的关键科学技术问题和难题。环境地球科学涉及多个一级、二级学科和多个交叉学科，高度体现出运用多学科交叉渗透融合的理论技术与方法科学地解决地球“健康”问题的特点。例如，土壤学领域涉及土壤圈形成与演化、土壤物理学、土壤化学、土壤生物学、土壤侵蚀与水土保持、土壤肥力与土壤养分循环、土壤污染与修复、土壤质量与食物安全8个分支学科，在微观和宏观水平上研究土壤物质与环境间的相互作用关系，与化学、物理学、生物学、数学及其他自然科学交叉融合，推动了土壤学研究新方向和分支学科的诞生。环境大气学科是大气科学与环境科学的交叉领域，也是环境地球科学的重要学科之一，与大气科学、环境科学、生态科学、化学、物理学、计算数学具有密切的联系，深入研究环境大气中物理、化学、生物过程及多介质、多界面和多尺度影响机制，污染大气的成因溯源及其与人类之间的关系，对大气污染控制至关重要。（四）科学原理探索环境地球科学致力于采用集成化手段了解和阐释复杂的环境演变规律与机制、发展潜力与制约因素。从不同时空尺度解释过去、现在的基础性科学问题，探索重大工程地质灾害的发展规律，为将来环境变化做出科学的推演与预测是环境地球科学的重要任务之一。环境地球科学学科基于土壤学、水文学、环境大气科学、生物地球化学、环境地球化学、灾害地质学、工程地质学、第四纪环境等多种学科交叉融合及交叉学科之间先进理论技术的相互渗透，从表观的环境演化过程到阐明深层次机理，从区域尺度向多时空尺度拓展，从定性描述向定量模型发展，打开了不同圈层之间相互作用的“黑箱”，使得各圈层之间联系更为紧密，改善了“先污染、后治理”的观念，加深了人类对科学问题的了解。这将有利于人类及时、准确地应对未知的重大环境问题，有效、快速地做出相应的防治措施，促进人与自然和谐共处和生态文明的建设。三、环境地球科学学科内涵与外延环境地球科学学科以人类社会可持续发展与环境保护为目标，以地球系统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，从而实现人类社会可持续发展与环境保护的平衡。根据国际科学前沿的发展趋势、国内学科领域发展态势和国家需求，环境地球科学从广义的角度出发，系统研究地球环境问题，围绕水、土、气、生物环境四要素，重组与环境、地球地貌相关的学科，挖掘新的学科增长点，同时兼顾冷门学科、薄弱学科和濒危学科，打破“从一而终”的单学科发展壁垒，以促进“交叉学科范式”的改革。交叉学科的理论、技术和方法在新学科中不断创新融合，形成新学科特有的理论、技术和方法体系，在传承中创新，在创新中发展。当前环境地球科学学科主要由17个学科和2个专题组成，涉及水、土、气、生物，环境地质与灾害，生态与环境健康风险，污染物迁移与转化，服务于国家需求等方面，具体包括环境土壤学（D0701）、环境水科学（D0702）、环境大气科学（D0703）、环境生物学（D0704）、工程地质环境与灾害（D0705）、环境地质学（D0706）、环境地球化学（D0707）、生态毒理学（D0708）、基础土壤学（D0709）、土壤侵蚀与土壤肥力（D0710）、污染物环境行为与效应（D0711）、环境与健康风险（D0712）、第四纪环境与环境考古（D0713）、环境信息与环境预测（D0714）、环境地球科学新技术与新方法（D0715）、区域环境质量与安全（D0716）、环境保护与可持续发展（D0717），以及“人工纳米颗粒的环境地球化学过程”和“新污染物的环境地球化学过程”2个专题。各个学科和专题的定义、内涵和外延、组成、特点及战略意义分别如下。

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