基于技術預見的生態(tài)環(huán)境領域關鍵技術選擇與策略

1、基于技術預見的生態(tài)環(huán)境領域關鍵技術選擇與策略摘要本研究首先分析生態(tài)環(huán)境領域的全球發(fā)展趨勢及近期的熱點科研主題，在充分考慮城市化需求、高速發(fā)展的經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)結構升級需求、消費方式變化帶來的需求基礎上，聚焦于水污染防治與利用、污染土壤修復、大氣污染防治、生物多樣性保護與生態(tài)系統(tǒng)修復、突發(fā)重大環(huán)境事件預警與應對等五大主題展開研究，并提由面向未來的策略與建議。關鍵詞技術預見；生態(tài)環(huán)境；關鍵技術中圖分類號F276,44文獻標識碼A文章編號：1671-0037(2015)02-37-3TheKeyTechnologySelectionandStrategyinEcologicalEnvironmentBas

2、edonTechnologyForesightTheCaseofShanghaiZhuXueyan(ShanghaiInstituteofScience,Shanghai200235)Abstract:Thisstudyanalyzesglobaltrendsandrecenthotresearchtopicsinthefieldofecologicalenvironment.Takingintoconsiderationthedemandofurbanization,rapiddevelopmentofeconomicandindustrialstructureupgrade,demandb

3、roughtbychangesinconsumptionpatterns,thisstudyfocusesonresearchoffivethemesincludingwaterpollutionprevention，contaminatedsoilremediation，airpollutioncontrol，biodiversityconservationandecosystemrestorationaswellassignificantenvironmentalemergencyforecastandcountermeasures.Furthermoreitputsforwardstra

4、tegiesandrecommendationsforthefuture.Keywords:technologyforesight;ecologicalenvironment;keytechnologies中國在創(chuàng)造由人類歷史上最大規(guī)模的工業(yè)化、現(xiàn)代化進程奇跡的同時，也使先進發(fā)達國家數(shù)百年積累的環(huán)境問題在我國短時期內集中爆發(fā)。可以看見，空氣污染長期化的城市，正面臨對高端人才與高能級項目產(chǎn)生“環(huán)境擠生效應”的風險，這必將在未來的國際競爭中處于不利地位。良好的生態(tài)環(huán)境成為城市發(fā)展的一種競爭力，且與經(jīng)濟轉型具有內在的耦合性，環(huán)境競爭力已成為世界各國國家綜合競爭力的關鍵組成部分1。以技術預見的理念和方

5、法對區(qū)域生態(tài)環(huán)境領域的關鍵技術進行選擇并提由相關策略，具有重要意義。1國際生態(tài)環(huán)境領域發(fā)展趨勢目前，生態(tài)環(huán)境領域發(fā)展集中體現(xiàn)在多尺度的全球變化、生物多樣性保護、生態(tài)系統(tǒng)服務功能與恢復重建、可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)功能的關系等方面1.1 基礎生態(tài)學理論問題和全球性生態(tài)環(huán)境問題受到廣泛重視全球范圍內正開展大規(guī)模的試驗研究，如CTFS網(wǎng)絡在全球建立了18個大型實驗基地，檢驗生態(tài)學基本理論。此外，呈現(xiàn)由“網(wǎng)絡化”以及“多學科”特征，如全球變化的碳通量全球網(wǎng)絡、國際長期生態(tài)研究網(wǎng)絡（ILTER）等;在解決問題時除傳統(tǒng)生態(tài)學方法和技術外，還采用分子生物學、自然地理學、遙感科學、數(shù)學與計算機科學以及社會學、經(jīng)濟

6、學等多學科的方法和技術應對生態(tài)學問題2o1.2 以數(shù)字化、集成研究為主要解決手段，并更加重視對生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測、預測生態(tài)系統(tǒng)與人類活動、自然系統(tǒng)與經(jīng)濟系統(tǒng)的集成研究成為解決全球生態(tài)環(huán)境問題研究的主體思路，定量評估和科學預測生態(tài)與環(huán)境變化成為生態(tài)環(huán)境研究追求的科技目標，生態(tài)系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)觀測、模擬實驗和虛擬數(shù)值模擬成為綜合生態(tài)環(huán)境問題的主要手段，基于物質循環(huán)的環(huán)境技術、綠色技術成為解決環(huán)境污染問題的根本途徑。1.3 生物多樣性保護越來越受到重視生物多樣性具有重要的生態(tài)功能，先進技術在生物多樣性研究和保護中的作用日益突生3o隨著人類社會對自然資源可持續(xù)利用需求的增強，當前生物多樣性研究仍然是一項前沿熱點研

7、究領域4。而且全球變化的背景下，生物多樣性的生態(tài)系統(tǒng)功能和服務會如何做由響應，是當前人們關注的熱點問題，生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)服務的關系(biodiversityandecosystemservice,BES)(Cardinaleetal.,2012)成為新的研究重點。2國內生態(tài)環(huán)境領域發(fā)展態(tài)勢中國經(jīng)濟飛速發(fā)展的30余年來，生態(tài)環(huán)境由現(xiàn)了嚴峻的形勢，尤其是與公眾日常生活密切相關的水、空氣、土壤污染、食品安全等問題令人擔憂。若不采取新的行動，在今后幾十年內我們將不可避免地面臨環(huán)境基礎受害、經(jīng)濟繁榮難以為繼的風險。為避免這種局面，必須采取緊急行動，尤其是針對氣候變化、生物多樣性喪失、水資源缺乏和污染

8、、危險化學品的健康影響等嚴重的問題。國內生態(tài)環(huán)境領域未來發(fā)展的趨勢包括：2.1 開始關注退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建以及生物多樣性保育開始著手研究中國主要類型區(qū)生態(tài)系統(tǒng)退化的類型與成因，不同類型區(qū)退化生態(tài)系統(tǒng)恢復機制和途徑及可恢復程度，研究生物多樣性演化時空規(guī)律及其入侵控制，以生態(tài)經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展為目標，擬定完善的退化生態(tài)系統(tǒng)修復的診斷指標體系，闡明生態(tài)恢復對區(qū)域環(huán)境及全球變化的響應。2.2 對城市化與環(huán)境質量關系的認識日趨全面、深入城市化帶來人口集聚、產(chǎn)業(yè)集聚，城市化與環(huán)境質量的關系取決于對生活污染和生產(chǎn)污染兩種作用效果的權衡，國內已開始研究復合污染發(fā)生機制和先進控制技術，突破城市廢棄物資源化和生物

9、地球化學過程的定向控制技術，提高生產(chǎn)污染與生活污染的集中處理能力與治理效率，加強對工業(yè)園區(qū)、科技園區(qū)、新區(qū)等產(chǎn)業(yè)集聚地的環(huán)境規(guī)劃，利用產(chǎn)業(yè)集聚與人口集聚帶來的集中排污、集中處理等環(huán)境保護紅利。2.3 深入分析環(huán)境污染與健康效應的機理意義重大、前景廣闊人類保護環(huán)境的目的是保護生態(tài)系統(tǒng)的完整性和人類健康，該領域的研究不僅關注目前人類面臨的一些常規(guī)污染物，更關注不斷由現(xiàn)的一些新型污染物如抗生素、內分泌干擾物、藻類毒素、氧化消毒副產(chǎn)物等。重點研究有毒污染物的致毒機理、環(huán)境污染生態(tài)效應的評價與預報技術、快速診斷技術、國家環(huán)境毒物篩選共享平臺、環(huán)境疾病預測預報技術等。2.4 先進監(jiān)測與預報技術的發(fā)展將得到

10、進一步的重視和投入生態(tài)與環(huán)境的研究不僅需要闡明過去和現(xiàn)在的過程，還需要通過對這些研究來認識規(guī)律，開展環(huán)境過程的系統(tǒng)模擬與仿真技術、污染事故應急監(jiān)測設備和預警預報技術的應用研究，主要發(fā)展方向包括：先進的化學和生物傳感器及其在線環(huán)境監(jiān)測技術的研發(fā)與集成應用；無線數(shù)據(jù)傳輸一一終端處理一一模型（模擬耦合系統(tǒng)）的構建，形成污染預警、預報技術；低空觀測技術與數(shù)字地球、環(huán)境過程的系統(tǒng)模擬與仿真技術等。3上海生態(tài)環(huán)境領域發(fā)展重點的選擇上海的生態(tài)環(huán)境狀況已進入到復合型環(huán)境污染的新階段、發(fā)達國家上百年工業(yè)化過程中分階段由現(xiàn)的環(huán)境問題正在上海集中由現(xiàn)。面對環(huán)境污染嚴峻的現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢，環(huán)境污染控制、治理、修復和保障

11、環(huán)境安全將成為環(huán)境污染防治的重要科技戰(zhàn)略需求之一。維護生態(tài)系統(tǒng)健康，面對環(huán)境污染嚴峻的現(xiàn)狀和發(fā)展態(tài)勢，尤其是大量化學品進入環(huán)境后復雜的遷移轉化過程和復合污染效應及表征行為，生態(tài)健康和環(huán)境安全領域仍然尚未取得突破性進展5o在未來較長的時間內，以環(huán)境安全和生態(tài)風險控制為核心的生態(tài)系統(tǒng)科技戰(zhàn)略將是上海生態(tài)環(huán)境污染防治的重要科技戰(zhàn)略需求之一。在充分認識國內外生態(tài)環(huán)境領域發(fā)展趨勢的基礎上，結合上海實際，從以下維度進行需求側分析，以便厘清上海應在生態(tài)環(huán)境領域應關注的重點：3.1 充分考慮城市化的需求城市化過程帶來單位面積物質代謝和消耗強度增加、土地利用方式的改變等，城市土地新增、水資源消耗量、能源消耗量、

12、生活廢水消耗量、廢氣污染、生活垃圾等也會大幅增加。因此，城市生態(tài)環(huán)境面臨的壓力是巨大的，這些問題如果不能很好解決，將持續(xù)作用并限制城市的可持續(xù)發(fā)展。3.2 充分考慮高速發(fā)展的經(jīng)濟和產(chǎn)業(yè)結構升級的需求一方面，快速的經(jīng)濟增長將會導致更多的環(huán)境污染；另一方面，工業(yè)部門和服務業(yè)以及交通運輸部門的產(chǎn)生份額上升也意味著更具污染性的產(chǎn)業(yè)結構。在技術方面，雖然作為中間投入品，煤炭的使用強度有望減少，但石化產(chǎn)品的使用可能增加，這仍將帶來大氣污染物的大量增加。3.3 充分考慮消費方式變化帶來的需求整體而言，2016-2030年，物質生產(chǎn)與消費規(guī)模將不斷擴大，隨著生活水平的提高，人們日益增加的能源消耗和物質消費還將

13、大規(guī)模增加廢棄物的數(shù)量，為環(huán)境帶來更大的壓力，從而使生態(tài)與環(huán)境問題更加突生6。基于國際發(fā)展的重點方向和熱點問題，以及未來社會、經(jīng)濟發(fā)展的實際需求，兼顧上海的已有基礎和優(yōu)勢，結合多位權威專家的觀點和建議，綜合分析得由生態(tài)環(huán)境領域的五個需要重點關注的主題：水污染防治與利用、污染土壤修復、大氣污染防治、生物多樣性保護與生態(tài)功能提升、突發(fā)重大環(huán)境事件預警與應對等。4策略與建議4.1 "水污染防治與利用”主題發(fā)展的建議4.1.1 開展“從源頭到龍頭”飲用水水質提升全過程技術研發(fā)與應用示范，進行集排水、內澇防治與雨水資源化技術集成的關鍵技術體系創(chuàng)新研究，研發(fā)面向未來的污水能源循環(huán)、資源回收利用、

14、污泥減量與資源化、微量污染物控制以及污水處理系統(tǒng)碳排放評估與控制等方面的領先技術。4.1.2 針對農(nóng)村生活污水，開發(fā)經(jīng)濟實用、操作簡單的污水處理技術，并采用專業(yè)化、市場化統(tǒng)一運營管理；污水收集管網(wǎng)系統(tǒng)與污水處理系統(tǒng)加強同步設計、同步建設等。4.1.3 強化滲透技術示范工程引領、制定科學的導則規(guī)范、技術標準，并通過立法強制推行，力爭通過政策實現(xiàn)全面保障。4.2 ”污染土壤修復”主題發(fā)展的建議4.2.1 總結上?，F(xiàn)有科研成果、示范工程成果和實際工程經(jīng)驗，建立污染土壤修復工程技術指南，盡快建立典型污染土壤的修復技術示范，解決面大、點多、影響大的污染土壤風險控制和修復技術難題。4.2.2 優(yōu)化完善土壤

15、質量監(jiān)測體系，科學布局監(jiān)測點位，優(yōu)化監(jiān)測指標，逐步建立適合不同用途的評價體系。根據(jù)土壤環(huán)境質量現(xiàn)狀，除原有指標外，增加對多環(huán)芳燒和有機氯農(nóng)藥等有機污染物指標的監(jiān)測。4.2.3 推進工業(yè)場地和耕地環(huán)境調查，開展工業(yè)場地用地規(guī)劃適宜性評估和耕地環(huán)境管控技術等研究工作，加強相關技術標準和作業(yè)導則研究與編制4.3 “大氣污染防治”主題發(fā)展的建議4.3.1 實施清潔能源行動，對重點區(qū)域、行業(yè)、企業(yè)的污染排放，實施全面在線監(jiān)測。提高本市大型貨運車尾氣排放標準，加強貨運行業(yè)整頓管理。率先制定船舶尾氣污染排放及船用燃料油油品標準，加強船舶進港后運行狀態(tài)監(jiān)管。4.3.2 建立區(qū)域信息共享機制，統(tǒng)一協(xié)調區(qū)域內各城

16、市污染排放標準、環(huán)保準入門檻、機動車環(huán)保標識、環(huán)保處罰措施等，推進區(qū)域聯(lián)合。建立區(qū)域重污染天氣應急預案，構建區(qū)域、省、市聯(lián)動應急響應體系，落實協(xié)調應對措施。4.3.3 提高工業(yè)生產(chǎn)過程中的能源利用效率，加強材料的研發(fā)和管理，促進和推動建筑節(jié)能；通過建立可持續(xù)的現(xiàn)代交通運輸體系，加強交通運輸行業(yè)的節(jié)能降耗。遏制移動源污染加速進程，強化道路機動車、非道路機械和船舶排放污染控制，推動電動汽車等低排放汽車行業(yè)發(fā)展。4.4 "生物多樣性保護與生態(tài)系統(tǒng)修復”主題發(fā)展的建議4.4.1 加強與生物多樣性相關的前沿技術研究，針對合成生物學、地球工程和生物質燃料等新由現(xiàn)的技術，開展實驗，加強科學研究。4

17、.4.2 主動跟蹤國外新技術研究進展，結合實際情況，分析新技術應用對上海區(qū)域生物多樣性保護的影響，評估生物多樣性面臨的風險。4.4.3 建立退化生態(tài)系統(tǒng)恢復技術體系，開發(fā)由一批針對上海地域特征（流域特征）污染物和污染效應控制的物化、生物和生態(tài)工程技術，保障生態(tài)安全。4.5 “突發(fā)重大環(huán)境事件預警與應對”主題發(fā)展的建議4.5.1 制定突發(fā)環(huán)境事件應急監(jiān)測的布點與采樣、監(jiān)測項目與相應的現(xiàn)場監(jiān)測和實驗室監(jiān)測分析方法、監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理與上報、監(jiān)測的質量保證等技術規(guī)范。4.5.2 系統(tǒng)分析和研究城市地下空間開發(fā)利用的安全性問題及面臨的主要災害特點，基于防災物聯(lián)網(wǎng)平臺的監(jiān)測與評估，多重災害下地下空間的易損性和災害預警，城市地下空間多重災害系統(tǒng)應對與抗災優(yōu)化改造等集成技術。4.5.3 研究城市大型建筑物安全運營風險識別和風險動態(tài)評估、安全運營風險動態(tài)控制與應急響應、災害預防、預警、引導、疏散管理等關鍵技術，開