环境科学进展和成就

环境科学进展和成就

章申

20世纪环境科学的发展是欣欣向荣的,有许多重大的成就,有力地促进了环境保护事业的不断发展。根据我自己的理解,上个世纪环境科学取得的重大进展和成就有如下几个方面:

第一个研究进展,也是非常重要的一点,环境科学为正确认识环境问题和解决环境问题提供了科学依据。环境科学发展的时间很短,概括来讲可分为三个阶段、两个里程碑。三个阶段中第一个阶段是1972年,斯德哥尔摩召开的联合国人类环境会议上发表了《只有一个地球》一书,该书集中了各国环境科学家的主要学术观点以及对当时出现的环境问题的认识。这是一个非常重要的阶段;第二个阶段,是指1987年世界环境与发展委员会关于人类未来的报告 -《我们共同的未来》,在这本书中提出了可持续发展的观点,并以丰富的资料论述了当今世界环境与发展方面存在的问题,提出了处理这些问题的具体的和现实的行动建议;第三个阶段,是1992年里约热内卢联合国环境与发展大会,提出了环境保护与经济社会协调发展,以实现人类社会的可持续发展。这些是人类认识环境问题不同的阶段,是非常重要的,因为只有很好的认识环境问题,才能进一步解决环境问题。

两个里程碑。第一个里程碑是指1972年,斯德哥尔摩人类环境会议的召开。这次会议唤起了全世界人民对环境问题的意识,此时世界上尤其是发达国家的环境污染问题已十分严重。在这次会议以后,世界各国在环境污染的治理和生态破坏的防治上都作了很多工作,因此这次会议是环境科学发展史上非常重要的一个里程碑。第二个里程碑是1992年里约热内卢联合国环境与发展大会,这次会议讨论了环境问题的发生与发展,认识到环境问题对人类生存与发展的严重威胁,认识到解决环境问题的迫切性,找到了环境问题的根源。并在环境与人类经济社会协调发展的问题上达到了共识,普遍接受了"可持续发展战略"的观点。这也是环境科学发展的一个重要里程碑。

在世界环境科学与环境保护工作发展的同时,我国在环境科学发展与研究中也取得了重大的成就。我国政府历来很重视环境保护和环境发展。在20世纪70年代初期,我国政府提出了"全面规划、合理布局、综合利用、化害为利、依靠

群众、大家动手、保护环境、造福人的32字工作方针。体现了当时我国以预防为主、对资源充分合理利用的环境思想。1983年我国将环境保护作为我们国家的一项基本国策。1991年提出了要调整人与自然关系的若干重大理由。特别是人口控制,环境保护,资源能源的保护和合理利用开发方面。指出环境建设和生产建设要同时进行。因此总的来讲,我国环境科学的发展与全球环境保护工作的开展基本上还是同步的。1994年3月国务院第16次常务会议讨论通过了《中国21世纪议程》,该《议程》是制定中国国民经济和社会发展中长期计划的指导性文件,同时也是中国政府认真履行1992年联合国环境与发展大会文件的原则立场和实际行动。它从中国的人口、环境与发展的总体情况出发,提出了促进中国经济、社会、资源和环境相互协调的可持续发展战略目标。并将可持续发展和科教兴国作为我国近期的一个战略发展目标。

环境科学发展的第二个进展,是对全球环境变化的研究。主要包括以下四个方面:

首先是关于全球大气增温的研究。在这个问题上,过去二、三十年的研究取得了很大的进展,主要体现在以下几个方面:

1. 确定了全球大气增温的主要原因是由于温室气体的排放。

2. 列出了温室气体清单(主要包括二氧化碳、甲烷、臭氧、氧化亚氮、氟里昂等,并对其排放量进行了监测。

3. 温室气体的排放规律。

4. 增温机制,即温室气体是怎样引起可全球大气的增温。

在全球大气增温的研究中,我国也取得了一定的进展。例如我国科技工作者在这方面的研究表明过去对稻田中甲烷的排放估计是偏高的,实际上稻田对温室气体的贡献,并没有过去估计的那么高。

对全球环境变化研究的第二个进展是对臭氧层耗损原因和机理的研究。过去几十年的研究表明臭氧层的耗损主要是由氯代烃及氮氧化物,特别是氯氟烃等进入臭氧层破坏臭氧引起的,并对臭氧层的破坏提出了相应的防治对策。上个世纪在臭氧层耗损的原因和机理方面的研究成果曾经获得诺贝尔奖。所以说这方面的研究是取得了很大的成就。

第三个全球环境变化的研究进展是对酸雨的形成机理及其引起的一系列环

境酸化效应的研究。酸雨最早是在北欧的瑞典发现的,当时湖泊的pH已下降到4,湖中的生物根本就不能生存。后来的研究表明,酸雨主要是由于人类大量使用矿物燃料向大气中排放的有害气体与大气中的水分进行化学反应而造成的。这些有害气体在大气或水滴中转化为亚硫酸、硫酸和硝酸,然后随着降水到达地表,从而破坏了地表生态系统的平衡。

在酸雨的形成机制和防治方面的研究工作,我国也取得了很大的成就。过去人们一直认为酸雨一般在云层中形成,但我国科学工作者在云南的研究表明酸雨在云层以下也可以形成。在大气污染方面,上个世纪关于光化学烟雾的形成机理方面的研究也取得了一定的进展。

第四个方面是关于全球水污染研究的进展。首先是水污染的形成规律,即水污染是怎么发生和发展的?尤其是在点源污染和非点源污染方面的研究取得很大的进展,改变了过去传统的认识。过去人们一直认为在水环境的污染中,点源是主要的,但是最近的研究表明,在对点源污染进行治理之后,水环境的污染情况并没有得到显著改善,因此非点源污染对水体的影响,尤其是湖泊、水库等水体,越来越受到人们的重视。概括来讲,上个世纪在水污染的形成和防治方面的研究工作一共经历了三个阶段:

第一个阶段的水体污染主要以好氧有机物和重金属污染为主,在这方面,对水污染引起的公害事件进行了有效的防治。例如大家都知道水俣病是有汞引起的。

第二个阶段发生在上个世纪60-70年代,由氮磷引起的湖泊富营养化(以发达国家为主),通过一段时间的治理,目前已有一定的控制和成效;

第三个阶段,就是现在的水体微量元素污染,包括有毒有害的有机化合物污染。但由于不同国家和地区经济和社会发展水平不同,所以水污染的状况也存在着差异。

我国在这个领域的研究也作了很多工作。例如70年代官厅水库的水源保护,还有湘江污染的综合防治以及松花江汞污染的防治,

环境科学研究的第三个进展,也是特别重要的一点,就是环境科学上传统环境保护模式的改变 - 由末端控制发展到清洁生产。1972年联合国人类环境会议以后,各国在环境污染的防治方面都取得了很大的进展。当时的污染防治是这样

的,比如一个有污水排放的工厂,在生产流程的最后都增设一个污水处理车间,在生产的最后才解决污染的问题,所以叫做末端控制。末端控制也是有一定成效的。20世纪90年代左右,人们认识到末端控制并不是一个很好的方法,应该实行清洁生产,即从生产的第一个环节开始,就实行资源最大效率利用,使生产的每一个环节都尽可能少地产生污染。清洁生产的原理是环境科学发展上非常大的一个进展。

综上所述,20世纪下半叶,人类在环境保护和防止生态破坏等方面取得了很大的成就,环境科学得到成长,但是温室气体引起的全球变化,大气、水体、土壤的污染还是十分严重,土地沙漠化,水土流失并没有得到根本解决。因此使人类社会与环境协调发展,走可持续发展的道路是21世纪我们面临的重大的研究课题,所以环境科学还是任重道远的。

环境科学在上一个世纪取得了很大的成就,得到了很好的发展。但是随着人口的增长,经济的发展,环境与经济社会发展的矛盾越来越突出。

目前环境科学研究的前沿领域和21世纪环境科学将出现的研究热点,我本人认为有以下几个方面:

1. 全球环境变化与地球环境系统科学的研究是一个非常重要的研究领域。通过二十几年的研究,我们在温室气体的清单及其排放规律,影响全球气温增高的作用机理上作了很多工作,取得了一定的成就。但目前来讲,关于引起全球增温的二氧化碳气体还存在一个有争议的问题。二氧化碳是一种很重要的温室气体,二氧化碳的实际排放量我们可以知道,也可以监测二氧化碳在大气中的含量,但是研究表明这两者并不相等,即工业革命以后二氧化碳排放的总量要大于大气中监测得到的二氧化碳的含量,那么差出来的这部分二氧化碳跑到哪里去了呢?一部分科学家认为是被北半球的森林吸收了,一部分科学家认为是地球上的海洋吸收了这部分二氧化碳。那么失踪的这部分二氧化碳到底到哪里去了,目前还没有定论。因此关于这部分missing的二氧化碳的去向是目前环境科学家要解决的一个重要问题。另外关于全球水资源和水循环以及粮食安全的问题也将会在21世纪成为环境科学的研究热点。

2. 走可持续发展的道路已得到全世界的共识。走可持续发展的道路实际上是要解决人和自然之间的关系,使二者能够协调发展。因此第二个环境科学的研

究热点就是人地系统的调控和人类需要可持续发展的理由。其中包括可持续发展指标体系的研究,即评价一个国家和地区可持续发展的标准。因此确定可持续发展的指标体系和评价方法是大家普遍关注和正在研究的热点。另外,在解决人地关系的问题中,大家有一个共同的研究热点,就是人口、资源和环境的存在以及环境管理的原理和方法。

3. 在环境污染方面我们已经作了很多研究,提出了一些很好的认识,形成了一些原理。但是在环境污染的机理或机制方面,我们认识的还不够充分。环境质量的形成,环境污染的成因和调控,还是今后需要加强研究的一个方向。在解决环境污染,研究环境过程的机制和环境质量的成因,其中有几个方面是值得大家注意的:

(1)低剂量常暴露污染物的污染机理。低剂量即污染物在环境中的含量很低,一般在ppb、ppm、和ppt的数量级,有的甚至更低,但是如果人们长期暴露其中或是与之接触,就会影响人类健康。象水污染中微量的有毒有机污染物,其剂量很低,有时甚至是超微量的,但是如果人们长期接触,在人体内形成累积效应,就会危害健康。这是目前环境污染中很重要的一个问题。

(2)污染物的形态与其产生的生物健康效应之间的关系。污染物在自然界中的存在形态有很多种,有时候是以离子态存在的,有时候是化合态的。例如元素Cr,Cr在环境中的存在形式有多种,三价Cr,六价Cr和吸附态的Cr,其中六价Cr的化学性质特别活泼,对生物体的危害也最大,最容易产生影响。所以真正危害生物体的是污染物的生物可吸收态。因此什么形态下的污染物容易被生物体吸收,污染物的形态和生物健康效应之间关系将成为21世纪的一个研究热点。

(3)污染界面动力学。污染物由工厂排出后,通过各种途径进入水体、大气和土壤。污染物进入水体后要进行各种形式的迁移转化,大的范围,可能在全球各层圈的水循环中进行。这里就涉及到许多界面的问题,如土壤和植物之间的关系,水体和沉积物之间的关系,大气和土壤之间的关系等。污染物在循环过程中将涉及到污染物在各个界面之间的迁移转化问题,因此污染界面过程的动力学也将是新世纪环境科学研究的一个热点问题和前沿领域。

(4)污染物复合污染效应。在环境中,污染问题往往是多种污染物集中在

一起产生的。有的污染物之间互相促进,产生更为严重的污染,当然也有的污染物之间互相排斥,从而减轻了对环境的污染。过去,环境科学研究往往以单个污染物为研究对象。进入21世纪,污染物复合污染效应将成为一个非常重要的研究领域。