环境地球科学学科发展战略研究报告

**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。