基于技术预见的生态环境领域关键技术选择与策略

1、基于技术预见的生态环境领域关键技术选择与策略摘要本研究首先分析生态环境领域的全球发展趋势及近期的热点科研主题，在充分考虑城市化需求、高速发展的经济和产业结构升级需求、消费方式变化带来的需求基础上，聚焦于水污染防治与利用、污染土壤修复、大气污染防治、生物多样性保护与生态系统修复、突发重大环境事件预警与应对等五大主题展开研究，并提由面向未来的策略与建议。关键词技术预见；生态环境；关键技术中图分类号F276,44文献标识码A文章编号：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中国在创造由人类历史上最大规模的工业化、现代化进程奇迹的同时，也使先进发达国家数百年积累的环境问题在我国短时期内集中爆发。可以看见，空气污染长期化的城市，正面临对高端人才与高能级项目产生“环境挤生效应”的风险，这必将在未来的国际竞争中处于不利地位。良好的生态环境成为城市发展的一种竞争力，且与经济转型具有内在的耦合性，环境竞争力已成为世界各国国家综合竞争力的关键组成部分1。以技术预见的理念和方

5、法对区域生态环境领域的关键技术进行选择并提由相关策略，具有重要意义。1国际生态环境领域发展趋势目前，生态环境领域发展集中体现在多尺度的全球变化、生物多样性保护、生态系统服务功能与恢复重建、可持续发展与生态系统功能的关系等方面1.1 基础生态学理论问题和全球性生态环境问题受到广泛重视全球范围内正开展大规模的试验研究，如CTFS网络在全球建立了18个大型实验基地，检验生态学基本理论。此外，呈现由“网络化”以及“多学科”特征，如全球变化的碳通量全球网络、国际长期生态研究网络（ILTER）等;在解决问题时除传统生态学方法和技术外，还采用分子生物学、自然地理学、遥感科学、数学与计算机科学以及社会学、经济

6、学等多学科的方法和技术应对生态学问题2o1.2 以数字化、集成研究为主要解决手段，并更加重视对生态环境的监测、预测生态系统与人类活动、自然系统与经济系统的集成研究成为解决全球生态环境问题研究的主体思路，定量评估和科学预测生态与环境变化成为生态环境研究追求的科技目标，生态系统联网观测、模拟实验和虚拟数值模拟成为综合生态环境问题的主要手段，基于物质循环的环境技术、绿色技术成为解决环境污染问题的根本途径。1.3 生物多样性保护越来越受到重视生物多样性具有重要的生态功能，先进技术在生物多样性研究和保护中的作用日益突生3o随着人类社会对自然资源可持续利用需求的增强，当前生物多样性研究仍然是一项前沿热点研

7、究领域4。而且全球变化的背景下，生物多样性的生态系统功能和服务会如何做由响应，是当前人们关注的热点问题，生物多样性与生态系统服务的关系(biodiversityandecosystemservice,BES)(Cardinaleetal.,2012)成为新的研究重点。2国内生态环境领域发展态势中国经济飞速发展的30余年来，生态环境由现了严峻的形势，尤其是与公众日常生活密切相关的水、空气、土壤污染、食品安全等问题令人担忧。若不采取新的行动，在今后几十年内我们将不可避免地面临环境基础受害、经济繁荣难以为继的风险。为避免这种局面，必须采取紧急行动，尤其是针对气候变化、生物多样性丧失、水资源缺乏和污染

8、、危险化学品的健康影响等严重的问题。国内生态环境领域未来发展的趋势包括：2.1 开始关注退化生态系统恢复与重建以及生物多样性保育开始着手研究中国主要类型区生态系统退化的类型与成因，不同类型区退化生态系统恢复机制和途径及可恢复程度，研究生物多样性演化时空规律及其入侵控制，以生态经济可持续发展为目标，拟定完善的退化生态系统修复的诊断指标体系，阐明生态恢复对区域环境及全球变化的响应。2.2 对城市化与环境质量关系的认识日趋全面、深入城市化带来人口集聚、产业集聚，城市化与环境质量的关系取决于对生活污染和生产污染两种作用效果的权衡，国内已开始研究复合污染发生机制和先进控制技术，突破城市废弃物资源化和生物

9、地球化学过程的定向控制技术，提高生产污染与生活污染的集中处理能力与治理效率，加强对工业园区、科技园区、新区等产业集聚地的环境规划，利用产业集聚与人口集聚带来的集中排污、集中处理等环境保护红利。2.3 深入分析环境污染与健康效应的机理意义重大、前景广阔人类保护环境的目的是保护生态系统的完整性和人类健康，该领域的研究不仅关注目前人类面临的一些常规污染物，更关注不断由现的一些新型污染物如抗生素、内分泌干扰物、藻类毒素、氧化消毒副产物等。重点研究有毒污染物的致毒机理、环境污染生态效应的评价与预报技术、快速诊断技术、国家环境毒物筛选共享平台、环境疾病预测预报技术等。2.4 先进监测与预报技术的发展将得到

10、进一步的重视和投入生态与环境的研究不仅需要阐明过去和现在的过程，还需要通过对这些研究来认识规律，开展环境过程的系统模拟与仿真技术、污染事故应急监测设备和预警预报技术的应用研究，主要发展方向包括：先进的化学和生物传感器及其在线环境监测技术的研发与集成应用；无线数据传输一一终端处理一一模型（模拟耦合系统）的构建，形成污染预警、预报技术；低空观测技术与数字地球、环境过程的系统模拟与仿真技术等。3上海生态环境领域发展重点的选择上海的生态环境状况已进入到复合型环境污染的新阶段、发达国家上百年工业化过程中分阶段由现的环境问题正在上海集中由现。面对环境污染严峻的现状和发展态势，环境污染控制、治理、修复和保障

11、环境安全将成为环境污染防治的重要科技战略需求之一。维护生态系统健康，面对环境污染严峻的现状和发展态势，尤其是大量化学品进入环境后复杂的迁移转化过程和复合污染效应及表征行为，生态健康和环境安全领域仍然尚未取得突破性进展5o在未来较长的时间内，以环境安全和生态风险控制为核心的生态系统科技战略将是上海生态环境污染防治的重要科技战略需求之一。在充分认识国内外生态环境领域发展趋势的基础上，结合上海实际，从以下维度进行需求侧分析，以便厘清上海应在生态环境领域应关注的重点：3.1 充分考虑城市化的需求城市化过程带来单位面积物质代谢和消耗强度增加、土地利用方式的改变等，城市土地新增、水资源消耗量、能源消耗量、

12、生活废水消耗量、废气污染、生活垃圾等也会大幅增加。因此，城市生态环境面临的压力是巨大的，这些问题如果不能很好解决，将持续作用并限制城市的可持续发展。3.2 充分考虑高速发展的经济和产业结构升级的需求一方面，快速的经济增长将会导致更多的环境污染；另一方面，工业部门和服务业以及交通运输部门的产生份额上升也意味着更具污染性的产业结构。在技术方面，虽然作为中间投入品，煤炭的使用强度有望减少，但石化产品的使用可能增加，这仍将带来大气污染物的大量增加。3.3 充分考虑消费方式变化带来的需求整体而言，2016-2030年，物质生产与消费规模将不断扩大，随着生活水平的提高，人们日益增加的能源消耗和物质消费还将

13、大规模增加废弃物的数量，为环境带来更大的压力，从而使生态与环境问题更加突生6。基于国际发展的重点方向和热点问题，以及未来社会、经济发展的实际需求，兼顾上海的已有基础和优势，结合多位权威专家的观点和建议，综合分析得由生态环境领域的五个需要重点关注的主题：水污染防治与利用、污染土壤修复、大气污染防治、生物多样性保护与生态功能提升、突发重大环境事件预警与应对等。4策略与建议4.1 "水污染防治与利用”主题发展的建议4.1.1 开展“从源头到龙头”饮用水水质提升全过程技术研发与应用示范，进行集排水、内涝防治与雨水资源化技术集成的关键技术体系创新研究，研发面向未来的污水能源循环、资源回收利用、

14、污泥减量与资源化、微量污染物控制以及污水处理系统碳排放评估与控制等方面的领先技术。4.1.2 针对农村生活污水，开发经济实用、操作简单的污水处理技术，并采用专业化、市场化统一运营管理；污水收集管网系统与污水处理系统加强同步设计、同步建设等。4.1.3 强化渗透技术示范工程引领、制定科学的导则规范、技术标准，并通过立法强制推行，力争通过政策实现全面保障。4.2 ”污染土壤修复”主题发展的建议4.2.1 总结上海现有科研成果、示范工程成果和实际工程经验，建立污染土壤修复工程技术指南，尽快建立典型污染土壤的修复技术示范，解决面大、点多、影响大的污染土壤风险控制和修复技术难题。4.2.2 优化完善土壤

15、质量监测体系，科学布局监测点位，优化监测指标，逐步建立适合不同用途的评价体系。根据土壤环境质量现状，除原有指标外，增加对多环芳烧和有机氯农药等有机污染物指标的监测。4.2.3 推进工业场地和耕地环境调查，开展工业场地用地规划适宜性评估和耕地环境管控技术等研究工作，加强相关技术标准和作业导则研究与编制4.3 “大气污染防治”主题发展的建议4.3.1 实施清洁能源行动，对重点区域、行业、企业的污染排放，实施全面在线监测。提高本市大型货运车尾气排放标准，加强货运行业整顿管理。率先制定船舶尾气污染排放及船用燃料油油品标准，加强船舶进港后运行状态监管。4.3.2 建立区域信息共享机制，统一协调区域内各城

16、市污染排放标准、环保准入门槛、机动车环保标识、环保处罚措施等，推进区域联合。建立区域重污染天气应急预案，构建区域、省、市联动应急响应体系，落实协调应对措施。4.3.3 提高工业生产过程中的能源利用效率，加强材料的研发和管理，促进和推动建筑节能；通过建立可持续的现代交通运输体系，加强交通运输行业的节能降耗。遏制移动源污染加速进程，强化道路机动车、非道路机械和船舶排放污染控制，推动电动汽车等低排放汽车行业发展。4.4 "生物多样性保护与生态系统修复”主题发展的建议4.4.1 加强与生物多样性相关的前沿技术研究，针对合成生物学、地球工程和生物质燃料等新由现的技术，开展实验，加强科学研究。4

17、.4.2 主动跟踪国外新技术研究进展，结合实际情况，分析新技术应用对上海区域生物多样性保护的影响，评估生物多样性面临的风险。4.4.3 建立退化生态系统恢复技术体系，开发由一批针对上海地域特征（流域特征）污染物和污染效应控制的物化、生物和生态工程技术，保障生态安全。4.5 “突发重大环境事件预警与应对”主题发展的建议4.5.1 制定突发环境事件应急监测的布点与采样、监测项目与相应的现场监测和实验室监测分析方法、监测数据的处理与上报、监测的质量保证等技术规范。4.5.2 系统分析和研究城市地下空间开发利用的安全性问题及面临的主要灾害特点，基于防灾物联网平台的监测与评估，多重灾害下地下空间的易损性和灾害预警，城市地下空间多重灾害系统应对与抗灾优化改造等集成技术。4.5.3 研究城市大型建筑物安全运营风险识别和风险动态评估、安全运营风险动态控制与应急响应、灾害预防、预警、引导、疏散管理等关键技术，开