2020年度中国生态环境十大科技进展发布

      在6月5日世界环境日到来之际，中国科协生态环境产学联合体（以下简称联合体）在中国科技会堂举行了2020年度中国生态环境十大科技进展发布会。

 

      中国科协党组成员、书记处书记吕昭平出席会议并致辞。他强调，习近平总书记在出席两院院士大会和中国科协第十次全国代表大会时指出，我国经济社会发展和民生改善比过去任何时候都更加需要科学技术解决方案，都更加需要增强创新这个第一动力，强调构建新发展格局最本质的特征是实现高水平的自立自强，必须全面加强对科技创新的部署。2020年度生态环境十大科技进展的发布，既反映了我国生态环境科技领域的前沿发展水平，也展现了我国生态环境科技工作者努力耕耘奋力创新的风采，必将为我国生态环境保护和生态文明建设提供有力的科技支撑。

 

      联合国环境规划署UNEP驻华代表涂瑞和在致辞中表示，第五届联合国环境大会通过了环境署提交的报告，指出气候变化，生态系统退化，污染是全球环境面临的三大危机。科学技术在应对三大全球环境危机方面发挥着很重要的作用。今天发布的十大科技进展便是对该主题的最好实践、应用和证明。环境署将继续支持各方合作，共同应对这三大危机，共建人与自然和谐的地球。

 

      联合体副主席、中国工程院院士张远航介绍了生态环境十大科技进展遴选情况。各进展完成单位科学家代表分别介绍了十大科技进展，包括：支撑碳达峰碳中和目标决策的我国长期低碳发展战略研究、面向未来的中国污水处理概念厂创建、黄金航道开发与河流生态保护协同的理论与方法体系、大气污染与气候变化协同治理路径优化关键技术、生态系统生产总值（GEP）核算方法与应用、国家地表水环境质量自动监管关键技术与工程应用、第三次青藏高原科学试验—边界层与对流层观测、发现“食用蔬菜和作物吸收微塑料的通道与机制”、流域农业面源污染分区协同防控关键技术、新冠病毒气溶胶采集与监测的研究。

 

      2020年度生态环境十大科技进展是由两院院士和联合体成员单位推荐，由15位院士专家组成评委会评议投票产生的。今年是连续第二年开展。2020年度入选的进展内容，涉及碳达峰碳中和、大气污染防治、水环境保护、绿色GEP核算方法、新冠病毒监测等生态环境领域的热点问题，反映了我国生态环境科技领域前沿发展动态，在引领生态环境领域技术创新，鼓励生态环境科学研究，营造社会创新氛围，提高公众环保意识方面起到了积极的作用，影响深远，意义重大。

 

      中国科协生态环境产学联合体是为贯彻落实习近平生态文明思想和全国生态环境保护大会精神，在中国科协指导下，由环境、生态、气象、地理、农、林、土壤、地质、海洋、水利、可再生能源11家全国学会，生态环境领域知名企业、学术研究机构和社会组织共同发起成立的协同创新组织。自2018年成立以来，联合体坚持“一智库三平台”定位，不断加强自身建设，探索机制创新，促进科技经济融合，为构建新发展格局、打好打赢污染防治攻坚战、建设生态文明做出了积极贡献。生态环境部部长、中国环境科学学会理事长黄润秋担任首届主席，联合体秘书处设在中国环境科学学会。

 

      在发布会上，联合体还与美团举行了“科创中国-美团青山环保科技创新示范项目”签约仪式。

 

2020年度中国生态环境十大科技进展项目介绍

1.支撑碳达峰碳中和目标决策的我国长期低碳发展战略研究

 

主要完成单位：清华大学气候变化与可持续发展研究院

 

      清华大学气候变化与可持续发展研究院牵头组织了国内24家著名研究机构共130余位专家学者，开展了覆盖经济、社会、产业、环境、气候、政策等多领域低碳发展战略和转型路径研究。在此基础上，项目综合报告课题组在研究中采用了“自下而上”和“自上而下”相结合的研究方法，既有“自下而上”对各部门能源消费和二氧化碳排放部门模型的情景分析和技术评价，又有“自上而下”宏观模型的计算和政策模拟，以多个模型产出软连接方式，实现各部门分析与宏观模型间的协调衔接。

 

      该研究首次全面系统地提出了包含碳中和目标在内的四种长期发展情景下的转型路径（当前政策、强化政策、2℃和1.5℃）及其碳排放路径、技术需求、经济成本和环境影响的定量评价，揭示了转型目标、行动时机和措施力度与转型效果及其经济成本间的综合作用机制和规律，阐释了我国同时实现新时代社会主义现代化建设目标与《巴黎协定》下控制全球温升目标的一致性，提出了实现碳达峰碳中和的路径选择建议。2020年10月12日，我院联合各研究单位向国内外发布了本研究成果，以系统的思想框架和翔实的研究成果，回答了国内外的关切和质疑，引导和促进了国际社会对习主席宣示的目标和决心的理解和肯定，帮助国际国内社会加深对这一决策的意义和需要付出艰苦卓绝努力的理解，引起了巨大反响。研究结果不仅被国内外研究机构广泛引用，更为我国政府部门、地方、行业、企业制定碳达峰碳中和规划提供了重要参考。

 

2.面向未来的中国污水处理概念厂创建

 

主要完成单位：清华大学、中国人民大学、中国21世纪议程管理中心、中国科学技术大学、中持水务股份有限公司

 

      建设面向未来的中国污水处理概念厂是由曲久辉院士为首的中国科学家提出的行业前进方向，以“水质永续、能量自给、资源循环、环境友好”为目标，旨在建立污水处理资源化、能源化、生态化的工程范例，探索污水处理在技术、工程建设等方面跨越式发展路径。经过近7年的研究和探索，概念厂技术团队构建了包括四十余项核心关键技术的技术体系，包括：高效极限脱氮除磷技术（LOT）、紫外催化高级氧化(UV/AOP)新兴污染物氧化阻断集成技术与装备、高干厌氧为核心的有机固废能量高效回收与资源深度转化集成技术与装备、以再生水为单一水源的大尺度水环境构建技术、污水处理设施生态综合体构建理念与技术等。

 

      2020年，河南睢县第三污水处理厂建成并投入运行，数项核心关键技术得以工程验证，实现了污水再生和有机废物（生活垃圾、污泥、畜禽粪便等）综合处理、湿地-海绵一体化、超过50%电能的自供给和营养物回收利用。

 

      中国污水处理概念厂的建设将推动中国污水处理事业走向循环、低碳、生态的发展之路，为污水处理行业碳达峰、碳中和作出贡献。

 

3.黄金航道开发与河流生态保护协同的理论与方法体系

 

主要完成单位：北京大学、国家内河航道整治工程技术研究中心、南京水利科学研究院、中国科学院战略咨询研究院

 

      北京大学等单位在开展国家重点研发计划项目“长江黄金航道整治技术研究与示范”与中国科学院院士咨询项目“长江经济带生态环境保护与可持续发展”研究过程中，探索了全球黄金航道的可持续发展之路，构建了基于航道自然和社会经济双重属性的黄金航道识别方法；提出了黄金航道发展三阶段理论，明确了各阶段的划分标准和发展特征。进一步针对河流航运与生态系统功能协调发展的关键问题，构建了长江黄金航道评价方法体系，在多个典型航道治理中得到应用。建立了河流全要素监测-检测方法体系，揭示了长江全物质通量（水、沙、无机元素、生源物质、新兴污染物、温室气体、底栖动物、藻类、鱼类、微生物等）变化的驱动机制，提出了生态航道规划、建设、运营、维护全过程开展长期生态环境监察与审核的方案。

 

      研究成果凝练形成了中国科学院科技智库报告和院士咨询报告，为国家“十四五”计划及未来航道开发长远发展战略决策提供了重要科技支撑。

 

4.大气污染与气候变化协同治理路径优化关键技术

 

主要完成单位：清华大学

 

      科学认识大气污染和气候变化的相互作用与协同效益，高质量的源排放数据是科学基础，气候评价模型与空气质量模型精准耦合是技术关键。团队在三个方面取得重大突破：一、开发了排放源强对经济、能源、治理措施的动态响应模型，建立了面向详细行业和技术的多尺度耦合大气污染物与温室气体源排放清单。二、开发了环境空气质量对分行业分物种排放控制措施的实时响应模型，突破了大气环境质量改善目标下污染物减排量的反算技术。三、构建了能源经济-空气质量-气候健康的跨学科综合评估模型（GCAM-ABaCAS），实现了大气污染与气候变化协同治理措施的成本效益评估和路径优化，评估了实现空气质量达标路径下温室气体的协同减排效益，量化了低碳能源政策的健康和气候影响。

 

研究结果支撑了开展大气污染物与温室气体的协同减排，揭示了能源政策措施对二者协同减排的重要效应，为开展大气污染控制与气候变化应对提供了科技支撑。

 

5.生态系统生产总值（GEP）核算方法与应用

 

主要完成单位：中国科学院生态环境研究中心，生态环境部环境规划院

 

      中国科学院生态环境研究中心欧阳志云研究员和IUCN朱春全研究员于2013年提出了“生态系统生产总值”（GEP）的概念，简称为生态产品总值，即：生态系统为人类福祉和经济社会可持续发展提供的最终产品与服务价值的总和。欧阳志云研究团队随后从物质产品、调节服务产品与非物质产品三个方面构建了GEP核算体系与核算模型，并发展了刻画自然对社会经济贡献的评估方法，并将这一方法应用于青海省生态系统生产总值核算。该研究表明，GEP核算可以定量揭示生态系统产品和服务提供者与受益者之间的生态关联，并能为生态保护成效评估、生态补偿政策制订，以及将生态效益纳入经济社会评价体系提供科学依据。该核算方法及其在青海省的应用成果发表在PNAS（2020）。此外，GEP的概念2020年也被联合国统计署采纳为生态系统核算指标之一，GEP核算方法还受到广泛关注和应用，目前有青海、贵州、海南、内蒙等省（自治区、直辖市），深圳、丽水、抚州、甘孜、普洱、兴安盟等23个市（州、盟）以及阿尔山、开化、赤水等100多个县（市、区）的GEP核算及其应用试点。

 

6.国家地表水环境质量自动监管关键技术与工程应用

 

主要完成单位：中国环境监测总站

 

      针对“国家建设、国家监测、国家考核”水环境管理的重大需求，项目组研究构建了自动监管技术体系并进行了工程应用与推广，主要取得以下创新成果：（1）率先将质控关键环节实现了自动化，质控技术手段不断完善、时效性大幅度提高；（2）首次研发了国家水环境自动监测信息管理应用系统，实现了监测全过程留痕，构建了基于聚类分析、回归分析、相关性分析模型等方法的数据分析处理系统，实现了海量数据的自动预审、智能审核；（3）研究确定了网络设计、仪器装备选型、系统集成等关键环节的技术参数与技术要求，首次系统建立了国家地表水环境自动监管规范化、标准化技术体系，支撑了国家水质自动监测网络的建设和运行管理。经鉴定，该项目在国际上率先实现了主要指标自动监测数据用于国家水质评价的研究目标，技术整体达到国际领先水平。

 

      基于以上技术成果该项目已建成以国产自主知识产权仪器为主，由1794个水站组成的国家地表水环境质量自动监测网络，覆盖全国31个省级行政区、七大流域，成为目前国际上幅员最辽阔、规模最大、功能最完备的地表水水质自动监测网络。该网络可预警水环境风险，监测数据可用于国家水环境质量评价考核，为国家地表水环境质量评价、考核、排名提供强有力的技术支持。

 

7.第三次青藏高原科学试验——边界层与对流层观测

 

主要完成单位：中国气象科学研究院，中国气象局成都高原气象研究所，西藏自治区气象台，中国科学院大气物理研究所，国家卫星气象中心，国家气象信息中心，中国科学院青藏高原研究所，陕西省气象科学研究所，国家气象中心，国家气候中心，中国气象局气象探测中心，中山大学，青海省气象科学研究所，云南省气象科学研究所、南京信息工程大学、北京大学

 

      经过8年攻坚克难，科学试验创新发展了青藏高原陆面-边界层-对流层多尺度过程和云-降水物理过程的综合观测技术，实现青藏高原天-地-空一体化综合观测技术的重要突破，填补多项青藏高原地区气象观测业务空白，在发展关键水循环变量遥感反演算法和模型参数化方案、揭示重要观测事实和物理过程等方面取得重要创新成果。

 

      揭示出夏季青藏高原低温环境下独特的陆面-边界层-对流层云降水物理特征以及青藏高原通过全球大尺度垂直环流和遥相关产生的全球气候效应；提出用最大熵增模型降低数值预报模式在青藏高原及周边地区冷偏差的观点，通过改进高原地区陆面模式物理过程参数化方法及同化技术明显提升了数值预报模式在青藏高原及下游地区的降水模拟能力。

 

      按照“边研发边应用”的发展理念推动成果向业务转化，实现26项主要成果在国家级和省级气象业务中应用，支撑了中国气象局的青藏高原冰冻圈与生态系统观测站网布局设计，提升了青藏高原气象观测业务能力，使我国卫星大气可降水量业务产品在青藏高原地区的质量达到国际先进水平；提升了国家级、区域中心和省级天气预报业务能力，西藏、青海、四川和云南区域降水预报和预警水平得到明显提高。科学试验成果有力支撑了减灾防灾工作，对于认识青藏高原空中水资源状况有重要科学价值，产生了明显的社会经济效益。

 

8.发现食用蔬菜和作物吸收微塑料的通道与机制

 

主要完成单位：中国科学院烟台海岸带研究所、中国科学院南京土壤研究所

 

      中国科学院烟台海岸带研究所/南京土壤研究所骆永明研究员带领团队率先开展了高等植物吸收积累微塑料的研究，发现营养液培养条件下0.2 μm聚苯乙烯微球可被生菜根部大量吸收和富集，并从根部向地上迁移, 积累和分布在可被直接食用的茎叶之中。研究团队进一步通过废水水培和模拟废水灌溉的砂培、土培试验，发现亚微米级甚至是微米级的塑料颗粒都可以穿透小麦和生菜根系进入植物体，并在蒸腾拉力的作用下，通过导管系统随水流和营养流进入作物地上部。同时，还发现一种塑料颗粒进入植物体的通道与机制：在植物新生侧根边缘存在狭小的缝隙，塑料颗粒可以通过该“通道”跨过屏障而进入根部木质部导管并进一步传输到茎叶组织。相关成果发表在《自然·可持续性》和《科学通报》，首次报道并证实了蔬菜和作物对亚微米级甚至微米级塑料颗粒的吸收、传输及分布，发现了植物吸收微塑料的侧根缝隙通道与机制。打破了科学家对微塑料颗粒不可能进入蔬菜和农作物的传统认识，为研究高等植物对微塑料吸收和积累机制、食物链传递和人体健康风险提供了科学依据。研究被誉为陆地生态系统微塑料研究的重要里程碑，为陆地微塑料研究打开了一扇新的大门。

 

      成果发表后中国科学报（头版要闻）、科技日报，美国科学促进会（AAAS）主办的新闻网EurekAlert以及The Daily Mail、Daily Express、The Daily Telegraph、New York Times Post、Yahoo 新闻、搜狐网、腾讯网等上百家国内外主流报纸、媒体和网站进行了报道转载。研究成果提高了人类社会对陆地环境微塑料的食物链污染与潜在健康危害的认知。

 

9.流域农业面源污染分区协同防控

 

主要完成单位：中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,上海交通大学,云南省农业科学院农业环境资源研究所,湖北省农业科学院植保土肥研究所,昆明理工大学,中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所,江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所,湖南省农业环境生态研究所,北京博瑞环境工程有限公司,云南顺丰洱海环保科技股份有限公司

 

      本项目针对富营养化湖泊集中、面源污染突出的云贵高原、南方丘陵山区和南方平原水网区，历经20余年实践，取得3方面创新：创建了流域农业面源污染监测方法和防控理论；突破了污染治理与资源利用结合的关键技术；创新了大理模式、兴山模式和宜兴模式等农业面源污染防控技术模式并制定了3项农业行业标准。

 

      2013年以来，农业农村部先后举行了6场全国现场观摩会，将大理、兴山和宜兴模式推广应用到云贵高原、南方丘陵山区和南方平原水网区118个国家面源污染治理项目县。

 

      研究成果已列入国家面源污染防治规划。近两年推广应用9740万亩，氮磷减施35万吨，氮磷减排4万吨，综合效益88亿元。制定国家农业行业标准7项、地方标准7项；授权发明专利25件，实用新型31件（已转化2件）；出版著作6部；发表论文115篇，其中SCI论文37篇。

 

10.新冠病毒气溶胶采集与监测的研究

 

主要完成单位：北京大学、北京市朝阳区疾病预防控制中心、江苏省疾病预防控制中心

 

      要茂盛教授与其合作团队在新冠病毒气溶胶采集与监测方面取得突破进展，获得了气溶胶传播新冠病毒的直接证据：（1）负责人通过集成自主研发的大流量空气采样（每分钟可采集400升空气）与商业化机器人、核酸扩增等技术创建了现场空气中新冠病毒快速检测系统Air-nCov-Watch（ACW），利用此系统发现疫情初期武汉医疗环境空气中新冠病毒浓度可达9-219个每立方米空气，在部分卫生间空气中监测到新冠病毒浓度高达6000个病毒每立方米。该系统无需人员进入被测环境即可进行程序化扫描式地采集气溶胶样本，将采集到的样本送到设置好的地点，减少采样人员感染风险，识别空气中新冠病毒感染风险，有效保护医疗环境和生命财产安全，研究成果被专业刊物J Aerosol Sci选为封面文章发表；（2）利用自主研发的呼出气采集系统，揭示了人体呼吸也是新冠肺炎传播的重要方式，为通风、戴口罩、保持社交距离等防护气溶胶传播新冠疫情的措施提供直接科学依据，这项研究成果发表在传染病领域顶级刊物Clin Infect Dis（283，e652-e654）。

 

      在国家自然科学基金委专项项目的支持下，要茂盛教授研发的技术方法ACW在新冠肺炎疫情防控中发挥了突出作用，研究成果为全世界科学防控气溶胶传播新冠肺炎疫情提供了重要的科学依据，被美国科学院院士在Science刊物中引用作为气溶胶传播新冠疫情的关键证据之一（Science，370，6514, 303-304）， 同时也被美国哈佛大学教授在NEJM上开篇引用，作为新冠病毒人体排放的关键文献（N Engl J Med，383，1757-66）。

来源：科协改革进行时