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    加大科技創新力度 推進生態環境保護

    2018-08-13 10:32:45        來源:中國環境報

    中國環境科學學會2018年科學技術年會8月3日~5日在安徽省合肥市召開。年會以“助推綠色發展,建設美麗中國”為主題,通過交流學術進展,探討科技創新,展示綠色技術,共商科技合作,推動生態文明和美麗中國建設。會上,多位中國工程院、中國科學院院士就生態環??萍紕撔陆ㄑ垣I策。本報今日刊登部分觀點,以饗讀者。

    中國工程院院士劉文清提出——

    推進生態環境監測立體化

    環境監測技術為生態環境保護工作提供了不可或缺的工具,所有的環境管理都是建立在準確的測量基礎之上,所以大氣環境監測技術是認識、理解和最終解決大氣環境污染問題的一個關鍵。

    中國工程院院士、中國科學院安徽光學精密機械研究所首席科學家劉文清指出,大氣環境實際上是一個比較復雜的過程,所有的污染都是發生在整個空間,而我們現在的監測都是在近地面,所以就會有一些問題。想要描述這些污染的過程,擁有預測這些污染的能力,需要的是一套完整的大氣環境監測技術,不僅僅包括技術、設備,還包括模型和一系列的相關研究,比如國外研究大氣環境演變過程的一個重要手段就是大型環境模擬艙,可以把所有的設備都放在這個空間艙里。

    劉文清認為,我國在空氣質量、水質、土壤環境監測方面取得了階段性的成果,但是自動化監測、系統監測的項目還是有限,在應急方面也存在不足,儀器的互聯網、物聯網包括數據分析的水平都不是很高。

    從國家發展和生態環境保護的戰略布局考慮,必須提高生態環境監測的立體化、自動化和智能化水平,通過大眾手段的綜合觀測來認識復雜的大氣過程,通過模型模擬的對比認識大氣中污染物排放及復雜的物理、化學過程,包括對空氣質量、全球氣候的影響。因此,多平臺監測技術一體化的實現,將為我國快速治理大氣復合污染提供一些關鍵技術和設備。

    今年5月9日,我國順利發射了高分五號衛星。劉文清介紹,高分五號衛星的一個主要任務就是對二氧化碳、甲烷、臭氧、二氧化氮、二氧化硫這些大氣成分和大氣氣溶膠特性進行監測,滿足大氣環境監測和氣候變化監測的需求。高分五號衛星是國際上首顆對大氣和陸地高光譜衛星,是國內光譜分辨率最高的衛星,也是國內定量化要求最高的衛星,在衛星上裝載有太陽漫反射板等定標器,實現光譜定標精度。高分五號衛星也是探測手段最多的光學遙感衛星。

    在大氣光譜測量方面,可以在測量的大氣光譜中分析出各種大氣成分和大氣污染物。臭氧的全球分布圖和二氧化氮的首圖,填補了國內衛星監測在大氣污染全球區域分布的空白。通過高分五號衛星,就可以觀測大氣污染的過程,比如5月31日~6月1日,河南南部擴散條件較差,二氧化氮開始聚集,6月2日~6日,在偏南風的作用下向北傳輸影響北京和天津,6月7日才在偏北風的作用下開始慢慢消散。因此,要想一個地方的污染不會成為霾,必須要繼續降低各類污染物濃度。

    劉文清表示,目前的重點發展方向是繼續用監測數據來說明問題,繼續攻關那些還沒有掌握的環境監測技術和設備的研發,對影響生態環境改善、危害人體健康,進而影響國家可持續發展戰略實施的領域,繼續推進環境監測技術和系統的研發,比如跨國界污染糾紛方面的技術和系統的研發。同時,推進基于地基包括點源、面源、移動源、無組織源,包括機載、球載和星載平臺的新型環境監測技術與系統研發。只有技術獨立,才能經濟獨立,才能有政策獨立。要不斷追求更高精度、更多成分、更大范圍、更加實用,小型化、輕型化會成為主流。

    劉文清說,在推動環境監測和“互聯網+”智慧環保/智慧環境方面,實驗室研發的FTIR設備只有800克,它可以測整個紅外光譜波段,可以放在小型無人機和車上對一些危險品進行監測。另外還做了一些機載方面的飛行試驗。計劃發展VOCs雷達。揮發性有機物是我國下一步控制的瓶頸,除了對人體有毒有害之外,可能是臭氧、細顆粒物的一個重要的組分,但是現在沒有很好的測量手段。所以要用一種寬帶的激光光源,這樣在各個不同的波段,這些揮發性有機物都有吸收譜,可以做一個揮發性有機物的時空分布。這是當前設計的發展路線圖,希望在2030年的時候,不管是區域機載的和星載的都可以進行常規的業務化運行。

    中國工程院院士張偲提出——

    生態恢復促進生物多樣性保護

    我國是生物多樣性最豐富的國家之一,物種在世界排名第三,但在生物多樣性的研究方面基礎還比較薄弱,特別是在海洋生物多樣性方面基礎是比較薄弱的。

    在海洋生態恢復方面,我國現在有哪些研究?進展如何?中國工程院院士、中國科學院南海海洋研究所所長張偲表示,過去5年,我國開展了南海島礁建設,2013~2015年完成了基本的準備工作,2015~2017年完成了主要的設施建設。按照《聯合國海洋法公約》的思路,要做到適宜居住、適宜生產、天然發育,就要思考如何實現南海島礁的可持續發展,要認識島礁自然演替的機制和促進可持續發展的機制。

    張偲團隊的研究方案就是實施生態恢復工程。生態恢復以后,可以優化生物的棲息地,進而促進生物多樣性的保護。而生物多樣性水平提升后,可以讓生物群落結構得到進一步優化,更好地促進生態的恢復,形成良性循環。

    張偲介紹,2015年以后,中科院開始從事南海島礁自然屬性的穩態與安全工作,包括島礁地下生態淡水涵養與地質穩態,島礁多格局海洋生態系統構建與保護,觀測系統和島礁的可持續發展等。通過兩年的工作,取得了一些標志性成果,南沙島礁整體保持穩定。此外,還制定了綠化指南,建立綠色生態示范區,現在的南沙島礁是一片綠色。同時,開展了大規模珊瑚礁生態系統修復,實現珊瑚礁生態系統人工修復技術集成,連續4年對40多個南海島礁進行生態系統調查。嘗試淡水涵養新機制,證實島礁陸域地下水逐漸淡化的趨勢,準確掌握地下水淡化進程。針對南海高濕、高溫、高鹽、高輻射、高輻照,研發了重腐蝕防護技術,已經取得了很好的效果。環保、新能源等技術持續上島應用,完成可移動能源制淡平臺“先導一號”,與三沙電網對接海事供電。

    那么,生態恢復后,對海洋生物多樣性保護起到了哪些作用?張偲表示,生態恢復促進了生物多樣性的保護。對南海的生物多樣性進行了研究,對南沙島礁、呂宋海峽控制斷面等進行了重點觀測,對南海的動力環境特征也進行了相關研究,揭示了南海的生物多樣性以及季風強迫、地形約束對生物多樣性的影響。

    在細菌方面,收集了很多的樣品,也揭示了它的基本特征。從南海和印度洋沉積物中做了鑒定,找到了一些特殊類群,比如南沙鏈霉菌,有很好的環境適應性,跟環境關聯性很高。在真菌物種方面做了大量的采集,收集了分離真菌1800多株,檢定了其中762株,分別屬于138個不同種屬,其中青梅屬和曲霉屬是優勢種群。

    張偲和他的團隊揭示了島礁海洋生態修復的過程。海洋微生物膜產生后誘導很多的動物幼體和植物進行附著,附著后不斷地進行二次演體,這樣進行生物膜的修復。生物膜要在基底礁石上形成生物膜微生物的社區,在微生物社區里形成初始生物群落。生物群落進行多種分泌功能,分泌了大量的胞外基質,這個物質包括菌類、蛋白類,就能誘導大型生物、動物的附著。所以,生物膜具有很積極的生態學的意義。

    此外,還對珊瑚礁特色物種海龍科魚類的環境適應進化開展了研究。海龍體形很有特色,雄性具有育兒袋,具有特殊的繁育功能。對全球海馬的遺傳結構進行分析后發現,太平洋和印度洋譜系有明顯的分化現象,同時海平面的升降、溫度的變化是全球海馬擴散的重要驅動因素,南海是主要的擴散起源中心。海龍科魚類是魚類界中進化速率最快的類群。這些工作表明,南沙島礁的海洋生態現在是非常合適海龍、海馬生長的,因為海龍、海馬對南沙島礁具有很好的適應性。

    張偲說,南海的生態恢復后引來了大量的生物,包括各種各樣的魚類和其他物種,現在南海島礁已經變成了海洋生物的美好家園。

    中國工程院院士吳豐昌提出——

    加快建立國家環境基準體系

    加快建立國家環境基準體系,是當前我國生態環境保護的主要工作之一。環境基準是生態環境保護工作的尺子,是環境中污染物等相對安全的閾值。大氣、水、土壤等生態環境是否安全,對健康是否有保障,如何評估環境風險等,都要依靠環境基準評判,更重要的是要依據環境基準制定相應的污染控制方案,確定相應的技術。標準越嚴,就需要越高、越綠色、越經濟、越先進的技術。

    環境基準和環境標準是否一樣?中國工程院院士、中國環境科學研究院副總工程師吳豐昌表示,環境基準和環境標準實際上是有差別的。環境基準是從科學研究層面上來說,要有大量的科學試驗、科學數據和科學判斷,它是一個相對安全的閾值,為標準制定提供參考依據。環境標準是在基準的基礎上,根據不同國家的社會經濟條件制定的,是法律層面上允許的紅線,沒有基準就沒有標準。此外,基準不僅為標準提供依據,更重要的是還可以為環境質量評估、風險評估甚至監測指標等提供重要依據。

    環境基準是國際生態環境保護工作的基石、尺度、目標和方向,不僅在我國,在國際上對環境健康和環境保護支撐產業的發展,以及規范環境管理、推動科技進步都有十分重要的作用。

    吳豐昌介紹,我國從2000年開始進行環境基準研究,基本上處于起步階段。在水環境基準方面,主要包括保護水生生物、水生態系統的基準,保護飲用水的基準等。土壤環境質量基準主要是以重金屬為主,還有一些有機污染物尚沒有進行基準研究。目前,土壤基準研究有兩個重點,即農用地和建設用地,在管理上特別需要加強。我國大氣環境質量標準基本是參照歐美國家的標準,但在我國特定的區域,特別是現在強調的復合污染或室內空氣環境基準研究還需要加強。

    吳豐昌表示,我國現行環境質量標準是1700多個,數量相對較少,類型也比較單一,而且指標基本上參照歐美發達國家。這些標準在我國環境管理初期發揮了重要作用,但隨著經濟社會發展到一定階段,就出現了一些問題。環境基準研究逐漸成為國家生態環保事業不可或缺的重要組成部分,隨著我國環境治理和環境管理不斷制度化、科學化,環境基準的作用將會越來越顯現。

    針對我國水環境治理現狀,吳豐昌有一些自己的初步思考。他認為,當前水環境保護取得了顯著成效,但壓力依然很大。舉例來說,太湖是我國五大淡水湖泊之一,十年來太湖周圍地區人口增長了20%,GDP增長了160%。在這樣的高速發展情況下,流域的增量比較大,但水環境質量卻有一定提升,特別是近十年總氮和總磷降低了50%左右,回到了20世紀90年代的水平。

    他認為,當前,水環境治理有了新要求,需要新部署,治理思路就是節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力??偟膩碚f,水環境治理需要從長計議,目前我國進入到污染治理這個階段,實際上這和國際上一些發達國家的發展經驗趨勢是一致的,即從污染治理到水質改善,最后進入生態文明。這是個簡單的爬坡階段。所以,要有信心,一張藍圖繪到底,持續加強理念、技術、管理創新。隨著改革管理力度加大,科技能力不斷增強,我國有更好的條件進行統籌治理,不僅要強調水環境,還要強調水循環、水生態,要山水共治,不僅要注重地表水,還要注重地下水,綜合運用行政、技術、經濟、法律手段進行系統推進。要更加強調協同性和系統修復,建立水生態循環和良性風險防控體系,秉承科學治理的理念,繼續攻堅克難,做好水環境管理保護的工作。

    中國工程院院士任南琪提出——

    海綿城市要有彈性和韌性

    習近平總書記在2013年中央城鎮化工作會議中指出,要建設自然積存、自然滲透、自然凈化的海綿城市。目前,30個城市正在試點海綿城市建設,沒有進入國家試點的很多城市也在開展工作。那么,海綿城市到底是什么,面臨的問題是什么?

    對此,中國工程院院士、哈爾濱工業大學副校長任南琪認為,一些城市在最初做海綿城市建設時進入一個誤區,就是把海綿城市等同于LID(低影響開發)。盡管后來有意識地扭轉這個理念,但也比較難,所以出現了一些碎片化的工程。他認為,很多城市在做的透水路面、下落式綠地等,并不是海綿城市的全部。

    任南琪認為,目前我國面臨的問題,不僅僅是“城市看?!?、暴雨徑流和管理的問題,還有長期沒有解決現在必須要解決的城市水資源和水環境改善的問題,包括黑臭水體治理等,這些問題交織在一起,需要解決的問題就非常復雜了。

    如何實現海綿城市建設目標?任南琪認為,海綿城市就是在適應環境的變化和應對自然災害時,要有彈性和韌性,要重點解決城市澇災,建立一個暴雨徑流管理體系,還要解決環境污染的問題。要充分考慮水資源、水環境、水生態、水安全,還有就是中國人特別關注的水文化。

    對于海綿城市建設的實質,任南琪認為,是城市水資源和水環境的綜合整治。海綿城市總體規劃一定要因地制宜,結合本地區要解決的關鍵問題,所以他提出,在總體規劃中要考慮自然、地理、地貌、氣象條件、基礎設施的完善程度以及城市存在的關鍵問題,要結合起來共同推進。而且,在規劃的時候一定要是大規模的,不是一個點的,而是一個流域的。

    任南琪認為,在總體規劃中要考慮自然、循環和功能這3點。如果將總體規劃分為宏觀、中觀、微觀來看,微觀就具體到LID一些小的工程,現在一些海綿城市在建設時,很大程度上都是在做一些微觀的工程而不是微觀的設計,缺乏頂層設計和宏觀的東西。因此,現在要圍繞著山水林田湖草這個大戰略,在海綿城市建設過程中從頂層上建立格局。

    對于海綿城市建設未來的發展,任南琪認為,必須要走數字化道路,亟待解決的就是數據庫的建立,比如地理氣象信息庫、水文地質、基礎設施目前的狀況包括污染源等,還要搭建一些符合中國國情的數學模型。數據層面搭建好后,再往上就到了應用層面,要解決頂層的管理。走這樣的路就要從規劃開始做數值模擬,宏觀、中觀、微觀都要開展一些數值模擬,包括排水管網系統,從黑臭水體的治理來說也是這樣,絕對不是一條河的問題,是要和周邊的一些基礎設施、民居、工廠緊密結合在一起,是一項系統工程。

    從管理角度看如何構建海綿城市?任南琪認為,首先是必須盡快制定相應的國家標準與規范,比如美國的LID理念實際上是建立在法律基礎上的,如果要開發一塊地,在審批的時候就必須按照其原有的規劃來進行思考。原有的規劃是一個滲、滯、蓄、凈的系統,建設以后怎么能夠補償這個滲、滯、蓄、凈,從規劃時就考慮到了,而我國現在沒有這套系統。另外是模型的建立,適合中國海綿城市建設的模型現在必須盡快開發,包括暴雨徑流管理、水質和水量的模型等。國外的LID等成功的經驗,它的一些數值模型是什么關系、如何引進,這些問題都是非常重要的。

    中國工程院院士段寧提出——

    開發利用好實時原樣分析技術

    近幾年發生的一些污染事故,在發生前都沒有得到有效的預警。而如果能夠事先通過監測分析出污染物的濃度以及特性等信息,就可以有效避免一些污染事故的發生。中國工程院院士、中國環境科學研究院研究員段寧在中國環境科學學會2018年科學技術年會閉幕式的特邀報告中,介紹了當前正在開發的實時原樣分析技術及在污染物過程監測中的應用。

    什么是“實時”?就是分析一個樣品,可以馬上出結果不需要等待。什么叫“原樣”?就是指樣品來了以后不需要任何預處理也不需要稀釋。段寧指出,目前開發的實時原樣在線監測技術,用現代物理方法取代古典的物理方法和傳統的化學反應方法,取消了對樣品的復雜預處理。既不要稀釋,也不要各種化學反應,實現了對高濃度、強包裹、多相態、多價態物質共存的復雜液體的監測。最近這些年發生了不少的污染事故,這些事故在發生前都沒有得到預警。比如前兩年的一個污染事故,源于一種劇毒物質。如果事先能夠知道它的濃度,以及易超標等預警信息,就可以避免發生這樣的污染事故。但是目前的預警做不到,樣品都要進行很多預處理。物理方法比如稀釋,化學反應比如加注射劑等,這樣兩個小時就過去了,事故就發生了。同樣,在環境的污染治理設備中這個技術也很重要。各個池子中營養成分多少,現在也是需要兩個多小時才能得到結果。比如儲氮的設施,硝化池的多少,反硝化池多少,現在都需要兩個小時才能出結果。如果氧濃度不夠沒有實時發出警報可能濃度超標了,還可能造成水電費用增加。垃圾填埋場和滲濾液都存在這個問題。

    段寧說,光度法原理有三句話。第一句話,顏色的出現是由于色光吸收產生的;第二句話,電子能級躍遷,從這個能級躍遷到另一個能級是需要能力的,如果碰到綠光它吸收綠光,光里就沒有綠色了;第三句話,吸光物質對可見光的吸收必須符合普朗克條件,只有當入射光能量比可見光濃度差才能被吸收。正如牛頓300多年前所說:“光線并沒有顏色,并不是人們說的赤橙黃綠青藍紫,只有某種能激起這樣或那樣顏色感覺的本領或傾向?!鄙确ɡ碚摳舛葘W不一樣,一切顏色都是光刺激人眼而產生的,顏色的形成過程,光源的光線照射到物體上,物體對光進行吸收之后,將其余的光線投射或反射出來,這部分光線到達人眼,或者光源光線直接到達人眼,光線到達人眼后給人眼的感覺細胞以刺激,刺激再傳輸到大腦神經,從而產生顏色的感覺。

    段寧指出,把光度學和色度學這兩種方法結合起來,就可以實現實時原樣分析,就可以取消復雜的物理預處理過程和復雜的化學處理過程。如果再使用人工智能技術,就可以實現原樣再監測。當然,一個技術從發明到試用到推廣還有很長的過程,還要不斷努力。

    中國科學院院士江桂斌提出——

    加強環境污染健康影響研究

    當前,經濟社會快速發展,健康日益成為人們追求的重要目標,而影響健康的因素有遺傳因素、環境因素等。

    中國科學院院士、中國科學院生態環境研究中心研究員江桂斌介紹說:“近代工業的發展污染催生了環境保護的需求,我國面臨著復雜的環境污染問題,也面臨著復雜的健康問題。近年來,我國生態環境保護工作取得了顯著成效,但因環境因素導致的發病率在增加,這是我國未來面對的最大挑戰,必須加強環境污染與人體健康之間關系的研究?!?/p>

    江桂斌以持久性有機污染物(POPs)舉例:“它可以累積長期遷移,并會對進化產生影響,修改生物的堿基對,影響人體免疫系統。我國積極履行《斯德哥爾摩公約》,開發和利用環境無害化的替代工藝和化學品,保護人類健康和環境免受持久性有機污染物的危害?!睘榇?,江桂斌建議,應繼續加強化學品管理的方法和機制建設,健全相關的政策法規,努力做好化學品上市的風險評估。

    江桂斌提出,要改善一個地方的污染情況需要長時間的努力,而解決健康問題則需要更長的時間,而我國目前在環境化學和毒理學方面的研究還需進一步加強。他還指出當前生命科學和毒理學的研究熱點是表觀遺傳學,即研究表觀的遺傳對生命健康的影響。

    此外,江桂斌還表示,我國應進一步加強流行病學和毒理學的研究,在未來探索建立符合我國國情的環境健康路線圖?!敖】祮栴}關系到每一個人,關系到制定政策的官員,也關系到研究者和老百姓。所以,每個人應保持陽光的心態,適當運動,多元飲食,增強自身的抵抗力?!保▌⑽?、宋楊)

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