“中国学科发展战略”丛书是中国科学院组织数百位院士专家联合研究的系列成果，涉及自然科学各学科领域，是目前规模最大的学科发展战略研究项目。旨在系统分析有关学科的发展态势和规律，提炼关键学科理论和技术问题，提出学科创新发展的新思想和新方法，病为学科的均衡发展提供政策和措施建议。《中国学科发展战略·环境科学》包括学科基础、环境过程、环境效应、相关学科四部分。其中，学科基础主要涉及环境化学、环境地球化学、区域环境污染三个领域，环境过程主要分析大气污染、水污染、土壤污染、水体富营养化四个核心问题，环境效应重点探讨环境与健康、环境毒理与环境基准、生态风险问题，相关学科选择水文水资源、全球变化生态学、恢复生态学、环境山地灾害、近代环境变化领域进行分析。
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总序
前言
绪论环境科学发展战略报告1
第一节国家需求与国际背景1
一、国家需求1
二、国际背景4
第二节环境科学研究现状与趋势6
一、学科基础8
二、环境过程11
三、环境效应17
四、相关学科22
第三节前沿科学问题与研究热点26
一、环境学科基础26
二、大气、水、土壤环境科学问题与研究重点26
三、人体暴露、环境毒理学、生态风险等环境效应是未来研究重点28
四、相关学科领域的未来发展重点30
第四节建议与展望32
一、复杂环境系统所带来的挑战32
二、复杂环境系统下环境科学未来发展方向33
三、环境科学研究的组织与管理33
参考文献34
第一部分学科基础
第一章环境化学37
第一节引言37
第二节研究进展40
一、环境分析化学41
二、环境污染化学42
三、污染控制化学42
四、污染生态化学43
五、理论环境化学43
第三节前沿科学问题44
一、环境分析化学44
二、大气污染与控制50
三、水体污染与控制58
四、土壤污染与控制63
五、污染生态化学66
六、生态毒理与健康67
七、理论环境化学69
第四节未来发展方向70
一、污染物多介质界面行为、区域环境过程与调控70
二、纳米颗粒物的环境行为与生物效应70
三、环境友好和功能材料在污染控制中的应用73
四、化学污染物暴露与食品安全74
五、化学品的风险评估与管理的理论与方法77
参考文献77
第二章环境地球化学92
第一节引言92
一、环境地球化学与健康研究92
二、环境地球化学与污染研究93
三、环境地球化学与全球环境变化研究94
第二节研究进展95
一、有害元素汞的环境地球化学研究进展95
二、过去全球气候变化的环境地球化学研究进展98
三、非传统稳定同位素环境地球化学研究进展100
第三节前沿科学问题104
一、重金属污染物的大尺度长距离跨境传输研究104
二、传统稳定同位素体系的新发展105
三、非传统稳定同位素理论框架建立及运用109
四、环境微生物对有害元素迁移转化影响109
第四节未来发展方向115
一、Clumped同位素体系发展115
二、微小非质量依赖分馏的研究116
三、重金属元素的非传统稳定同位素的运用116
四、环境地球化学与微生物学的交叉与融合116
五、重金属污染物的大尺度迁移与微观过程研究相结合116
参考文献117
第三章区域环境污染134
第一节引言134
一、环境污染问题的区域性136
二、区域环境污染研究的特点和方法137
三、我国和全球区域环境污染研究138
第二节研究进展139
一、区域环境污染来源与大气污染排放清单139
二、区域环境污染观测141
三、区域环境污染物的界面交换144
四、区域环境有机污染的长距离迁移148
五、区域污染历史与区域循环150
六、区域环境污染数值模拟151
七、区域环境污染暴露与健康风险153
第三节前沿科学问题156
一、区域生物质与化石燃料燃烧过程中的污染物质排放与环境效应156
二、区域环境污染物的大气跨界迁移157
三、全球变化背景下的区域污染物质归趋与二次排放157
四、城市群污染暴露与人体健康157
五、矿产资源开采密集区的环境污染158
第四节未来发展趋势158
参考文献159
第二部分环境过程
第四章大气环境175
第一节引言175
第二节研究进展177
一、大气成分排放及变化177
二、大气污染物形成及大气演变过程179
三、大气污染研究新理论与技术195
四、大气污染物区域输送及其区域影响201
五、大气空气质量卫星遥感及数值模式204
第三节研究方向与前沿科学问题207
一、大气污染物排放207
二、大气污染形成的关键过程207
三、气溶胶大气污染物跨境输送207
四、不同混合态气溶胶的天气气候效应与生态效应207
五、大气污染物的环境影响208
六、大气污染在线立体监测技术208
七、动态污染源清单技术208
八、区域大气复合污染预测预警技术208
九、关键区域污染源控制技术及设备208
十、区域大气复合污染控制的决策技术208
十一、大气环境保护标准的关键技术209
十二、大气污染防治的关键技术209
参考文献209
第五章水环境213
第一节引言213
第二节主要研究进展217
一、水体有机质的发生、过程和效应研究217
二、水体重金属的发生、过程和效应研究227
三、水体持久性毒害有机污染物的发生、过程和效应研究239
第三节前沿科学问题247
一、全球环境变化对水环境质量的影响247
二、水环境质量变化的全球气候、生态系统和健康效应250
三、重金属在水-沉积物-水生生物界面的地球化学循环机制252
四、持久性毒害有机污染物的沉积物-水、大气-水界面过程253
五、有机污染物的生物可利用性256
第四节未来发展方向257
一、全面推进水污染综合控制和生态修复257
二、加强饮用水安全保障关键技术研发259
三、尽快形成流域水污染防治综合管理技术与水环境监控预警体系259
参考文献260
第六章土壤环境284
第一节引言284
第二节研究进展288
一、土壤污染的多尺度调查与长期定位观测289
二、土壤污染物的界面过程及其模拟预测292
三、土壤污染的生态效应及其诊断297
四、土壤污染控制与修复的技术研发与工程示范299
第三节前沿科学问题304
一、土壤复合污染的成因与作用机制304
二、土壤-植物-微生物系统中污染物的形态与微界面过程305
三、地下食物网营养层间污染物传递与代谢过程306
四、土壤污染物低剂量长期暴露的风险评估306
五、土壤环境基准/标准与风险管理307
第四节未来发展方向308
一、土壤环境多尺度效应及其转化的新方法、新技术308
二、土壤环境系统界面耦合过程与动力学机制308
三、土壤污染的生态系统演变与健康指示309
四、土壤-植物-微生物体系自修复和强化修复机制及其应用309
参考文献310
第七章水体富营养化314
第一节引言314
第二节主要研究进展318
一、水体营养盐富集及其生态系统响应318
二、地理环境对氮磷迁移转化的影响324
三、全球变化对水体富营养化及其蓝藻水华的影响330
四、饮用水安全保障——快速监测技术、去除技术、预测预警等336
第三节未来展望360
一、水体营养盐元素富集对水体生态系统的影响360
二、陆地环境对氮磷污染物的输移影响及其生态效应361
三、全球变化对水体生态系统的影响362
四、水环境科学监测技术的发展363
五、面源污染的多尺度特征研究365
六、水文模型与生物地球化学模型的耦合365
参考文献366
第三部分环境效应
第八章环境与健康387
第一节引言387
一、环境污染物质导致人体健康问题的提出389
二、环境污染物质导致人体健康问题的概念与内涵390
三、环境污染物质导致人体健康问题的特征390
四、环境污染物质导致人体健康问题研究的必要性与紧迫性392
五、环境污染物质导致人体健康问题研究的局限性393
第二节研究进展395
一、人体暴露的监测395
二、人体流行病调查方案设计401
三、实验模拟403
四、数值模拟404
五、人体暴露检测技术的研发408
第三节前沿科学问题412
一、环境污染物质的作用与暴露（作用、累积/放大、暴露等）412
二、应对策略（风险、预警、技术、政策等）415
第四节未来发展方向416
一、环境污染物质与社会因素共同影响人体健康的机制416
二、利用基因组学和代谢组学技术研究环境污染物质对人体健康的影响417
三、复合环境污染物质的人体健康效应418
四、环境污染物质对人体健康影响的长期效应418
参考文献420
第九章环境毒理与环境基准432
第一节引言432
一、环境基准434
二、水环境基准435
三、水质基准发展历程436
四、水质基准的运用与实践437
第二节主要研究进展439
一、特征污染物的环境暴露研究440
二、水环境生物区系研究441
三、污染物的毒性效应研究444
四、水环境要素与污染物毒性效应448
五、水质基准理论方法学研究450
第三节前沿科学问题457
一、污染物的生物有效性研究458
二、生物富集机理研究461
三、毒性效应机理和毒性预测模型462
四、新型污染物水质基准理论方法学464
第四节未来发展方向465
一、新型污染物的毒性效应机理研究467
二、污染物的构效关系和毒性预测方法研究467
三、人体暴露评价与健康基准研究468
四、环境基准理论方法学469
参考文献470
第十章生态风险479
第一节引言479
一、生态风险评估的概念480
二、生态风险评估的发展历程482
三、生态风险评估与风险管理484
第二节主要研究进展485
一、生态风险评估基本框架485
二、风险胁迫因子491
三、暴露评估与效应评估496
四、生态风险模型500
五、多层次生态风险评估503
六、不同生态组织水平的生态风险评估504
第三节前沿科学问题506
一、聚焦生态毒理学和系统生物学：21世纪的生态风险评估506
二、生态风险系统建模：模型工具与耦合平台507
三、暴露科学：生态暴露组与暴露信息的全面采集508
四、适应风险管理需求：高通量风险筛查与优先排序510
五、累积/高层次生态风险评估：生态终点与不确定性511
六、大尺度/非化学胁迫生态风险评估：生态系统服务的应用512
参考文献513
第四部分相关学科
第十一章水文水资源529
第一节引言529
一、水文水资源研究概述529
二、水文水资源研究当前面临的国际科学背景530
三、水文水资源战略研究的总体思路531
第二节研究进展532
一、地面观测与卫星遥感监测532
二、水循环与流域水文过程537
三、水文模型540
四、气候变化的影响研究543
五、流域科学与决策支持系统553
第三节未来研究方向与前沿科学问题554
一、未来研究方向554
二、前沿科学问题556
参考文献577
第十二章全球变化生态学591
第一节引言591
第二节研究进展593
一、主要研究方法进展593
二、前沿科学问题研究进展603
第三节未来发展方向626
一、了解生态系统的稳定性和可持续的系统动力学机制研究，制定适应和减缓对策627
二、运用地球系统科学理论，综合考虑自然因素和人为因素的影响及其反馈627
三、基于多数据、多方法的多尺度集成研究629
四、关键区域（如山地、极地、热带雨林分布区）与全球变化的关系630
参考文献631
第十三章恢复生态学661
第一节引言661
第二节研究进展665
一、恢复生态学理论体系研究665
二、生态系统退化原因与机理的研究666
三、生态系统主要组分（生态系统整体性）的恢复研究669
第三节研究前沿676
一、濒危物种保护及其生存环境恢复676
二、土壤种子库与生态系统稳定性、物种多样性677
三、土壤生物与生态恢复678
四、生态水文学与生态恢复678
五、污染和退化土壤的修复679
六、生物入侵与生态系统的恢复679
七、生态系统恢复的预测及模拟680
八、生态系统恢复评估体系的构建681
第四节未来发展方向682
一、分子生态学在生态恢复中的应用682
二、新技术的开发与应用682
三、生态恢复目标多元化684
四、全球变化与生态恢复研究685
五、生态恢复综合阈值研究686
参考文献686
第十四章环境山地灾害702
第一节引言702
一、环境山地灾害的基本认识704
二、我国灾害现状与学科发展需求705
第二节研究进展709
一、区域规律709
二、观测与物理实验715
三、动力学过程与数值模拟721
四、灾害监测与预测、预报和预警727
五、灾害防治技术735
六、风险分析739
第三节山地灾害前沿科学问题742
一、水土耦合动力过程与灾害形成机理742
二、山洪、泥石流规模放大效应与灾害链生机制744
三、基于形成机理的灾害预测预报模型746
四、气候变化对灾害的影响与巨灾预测747
五、基于动力过程的灾害风险分析748
六、灾害与生态的互馈机制及植物措施-岩土措施综合减灾原理749
第四节未来发展方向751
一、灾害机理预报理论与新技术的协同发展751
二、复杂介质物质运移规律与数值模拟752
三、潜在风险判识与风险管理753
参考文献756
第十五章近代环境变化775
第一节引言775
第二节研究进展777
一、近代的气候变化与环境780
二、近代氮硫记录与人类活动782
三、近代大气温室气体变化783
四、近代重金属污染过程789
五、黑炭记录与自然、人类活动的关系791
六、持久性有机污染物793
第三节前沿科学问题795
一、冰芯气候环境记录与大气环流的关系795
二、环境指标的源795
三、污染物多圈层迁移过程及转化796
第四节未来发展方向与趋势797
一、冰芯钻取技术与冰芯定年技术的发展是冰芯研究亟须突破的核心技术797
二、冰芯物质的稳定同位素与冰川积累量记录仍然是最主要的指标797
三、更多环境指标的挖掘为冰芯环境科学发展注入新的活力798
四、冰芯中的人类活动记录是重要的研究内容799
参考文献799
关键词索引805
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