科技支撐美麗中國建設的進展和展望

楊林生，鄧浩宇，廖曉勇，趙東升，李言鵬，楊振山，葛全勝 ＊

（1.中國科學院地理科學與資源研究所，美麗中國先導專項管理辦公室，北京 100101；2.中國科學院大學，北京 100049）

引言

2012 年，面對資源約束趨緊、環境污染嚴重、生態系統退化的嚴峻形勢，黨的十八大提出“大力推進生態文明建設”的目標和任務。2017 年，黨的十九大提出“加快生態文明體制改革，建設美麗中國”，包括推進綠色發展、著力解決突出環境問題、加大生態系統保護力度、改革生態環境監管體制四大任務（以下簡稱“四大任務”）。美麗中國生態文明建設的核心是推動形成人與自然和諧發展現代化建設新格局，涉及資源、生態、環境和綠色發展等多領域的科學和技術難題，需多方面的科技力量協同發展與合作創新[1-3]。因此，自黨的十八大以來，我國以美麗中國生態文明建設的科技需求為導向，規劃部署了多領域科技計劃，為科技助力美麗中國建設奠定了充實基礎[4-6]。本研究在梳理近10 年國內外綠色發展、環境保護和生態修復等領域科技布局的基礎上[7-10]，重點介紹了中國科學院“美麗中國生態文明建設科技工程”戰略性先導專項（A 類）的研發內容和取得的階段進展，在此基礎上，提出未來支撐美麗中國建設的科技方向。

1 國內外近期相關科技布局

1.1 國際相關科技布局

近10 年來，為應對日益增加的資源、生態和環境壓力，聯合國、國際科學理事會、美國、歐盟、英國、德國、日本、韓國、澳大利亞、加拿大等主要國際組織及發達國家聚焦推進綠色發展、環境污染防治、生態保護修復、生態環境管理等方向，制訂了系列重大科技發展戰略或研究計劃[7,8,11]（表1）。

表1 國際相關科技計劃

這些計劃針對不同類型生態環境惡化問題，先研究擬定高標準的生態環境狀態目標，進而一方面通過生態環境監測與生產生活綠色升級等方面的科技支撐實現源頭管控，另一方面通過污染治理、生態修復等方面的科技支撐處理已發生的惡化現象，重點創新突破空氣污染防治、污水利用、污染土壤修復、退化土地修復、產品環?；O計、資源高效利用、廢棄物循環利用、淡水生態系統修復、海洋生態系統修復等方面的科技瓶頸，并在保證成效的基礎上開展技術經濟化、實用化與高效化創新[12-16]。同時以增加生物多樣性和改善棲息地環境為主要目標，科學規劃各項保護地建設、造林育林、自然恢復等，并在生物入侵防治等生態系統結構優化與功能提升方面尋求技術突破與模式創新[11,17-19]。此外，科技也被用于探索生態環境管理方法，包括服務于生態環境管理的數字化、大數據、互聯網、自動化、智能化等技術研發和應用[20-22]，生態服務、生態資產、環境質量、環境足跡等算法研發及其標準化技術[23-25]，以及生態退化、環境污染、氣候變化、自然災害等方面防治一體的管理方法[26-28]。

1.2 國內相關科技部署

2006 年，國務院發布《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020 年）》時，在重點領域清單中將能源、資源與環境列入優先項，相應地設立了多個關于綠色、生態與環保的優先主題，在農業、制造業、交通、城鎮化等其他項也設有多個與綠色、環保相關的優先主題，并確定了水體污染控制與治理科技重大專項[29]。2012 年，黨的十八大提出“大力推進生態文明建設”目標任務后，國家科技發展布局中愈加強調生態文明建設相關科技支撐能力的提升，編制了國家科技創新規劃[6]，包括深入實施水體污染控制與治理科技重大專項，部署啟動京津冀環境綜合治理重大工程，發展針對水污染、大氣污染、農業污染、土壤污染等環境問題的防治技術，面向典型生態脆弱區、生態退化區等區域的生態保護與修復技術，面向各類自然資源的環境可持續開發和利用技術，以及廢物循環利用、重大自然災害監測預警與風險控制、全球環境變化應對等技術。2017 年，黨的十九大提出“加快生態文明體制改革，建設美麗中國”目標任務后，科技支撐美麗中國生態文明建設的科技資源持續增加[30]，研發內容涉及大氣污染管控、農業污染防治、土壤污染治理、水環境治理、固廢資源化利用、生態修復保護、土壤資源保護利用、鄉村綠色發展、自然災害防控、海洋生態環境保護等。同時，為全面打響藍天、碧水、凈土三大保衛戰，科技界也啟動了多項大氣污染成因與治理、水體污染控制與治理、土壤污染防治等領域科技專項（表2）。

表2 相關科技領域的國家重點研發計劃專項

2 “美麗中國生態文明建設科技工程”戰略性先導科技專項（A 類）的主要研發內容和階段進展

2.1 主要研發內容

針對美麗中國建設科技需求，中國科學院于2019年啟動“美麗中國生態文明建設科技工程”戰略性先導專項（A 類）（以下簡稱“專項”），發揮中國科學院的科技引領作用與多學科優勢，協同科技攻關[31]。專項對標黨的十九大提出的“四大任務”，設置了十個研發項目（表3），執行期為5 年。專項的目標是：①圍繞生態文明建設的重大應用示范，多尺度精準檢測和診斷生態文明建設狀態，突破研制復合污染防治、生態系統修復及綠色升級核心技術和裝備體系，設計支撐生態文明建設供給側改革的重要技術平臺和制度創新的關鍵技術；②科學設計區域環境污染綜合治理和生態環境協同管理、自然保護地健康管理、生態智慧城市建設、鄉村振興等發展路線圖，以及踐行“綠水青山就是金山銀山”理念模式和優化國土空間管控方案，多尺度動態模擬美麗中國“35 目標和50 愿景”，動態開展美麗中國建設進程第三方評估；③通過重大技術集成和示范，牽引地方（企業）配套支持，樹立生態文明建設的科技標桿，為實現黨的十九大提出的“四大任務”目標提供技術支撐，為建設美麗中國，打造山水林田湖草（沙冰）生命共同體提供藍圖與實施途徑。

表3 美麗中國專項總體設計

2.2 主要進展

專項實施三年多來，在區域大氣環境容量精準核算、柴油車雙降和智能監控、城市多源固體廢物協同資源化和智能管控、中小城鎮和流域環境污染綜合治理等方面形成近20 套技術體系，并在京津冀、粵港澳和長三角建立多個推廣應用示范區[32-36]；在黃河口生物多樣性保護和鹽堿地治理、自然保護地體系規劃與生態廊道設計、西部脫貧地區鄉村振興保護地特色農業發展等方面，形成多套核心技術模式，并在相關地區形成重大示范[37-43]；研發的區域生態文明建設地理圖景設計與應用系統（福建）、長江干流水系統綜合模擬和調控平臺（長江模擬器）、山地災害風險模擬與險情預報系統等分別在福建、重慶、四川等地落地[44-47]。同時，根據國家發展和改革委《美麗中國建設評估指標體系及實施方案》，受中國科學院委托，專項組織實施了美麗中國建設進程試評估[48]，主要進展如下：

（1）環境復合污染防治技術體系。專項針對當前我國污染防治的重點和難點，開展區域多要素復合污染防治和智能化管控技術體系的研發。一是針對農村爐灶無組織排放及影響，突破無組織排放和室內三維顆粒物監測技術，開展了室內無組織燃燒PM2.5和其他污染物的多維動態排放過程和污染危害評估，并開展干預示范，為國家開展清潔取暖提供了科學依據[32,49-53]。二是針對移動源柴油車高排放問題，開展了柴油車識別、改造和智能監管技術的研發與示范。除開展柴油車PM 和NOx減排技術研發外，重點突破柴油車遠程在線監控技術、實時軌跡信息采集技術和污染排放相關參數采集技術，搭建柴油車遠程在線監控平臺，在24 個城市完成與遠程在線國家平臺的對接[54,55]。三是突破星載超高光譜自適應迭代算法的關鍵技術，發展了基于我國高分衛星的遙感算法，解析出長三角各省份間的大氣污染物相互傳輸通量，建立中短期大氣環境容量和承載力預測模型，量化評估各分量貢獻，形成了長三角地區大氣污染立體遙感監測體系[56,57]。四是開展多源固體廢物循環利用—協同處置—智能管控技術研發與集成示范，在城市污泥與餐廚垃圾協同資源回收、電子污泥多金屬協同提取技術及裝備研發和推廣基礎上，研發城市多源固廢資源能源環境轉化一體化智能管控技術，實現多種資源能源環境代謝動態模擬及綜合評估功能，形成粵港澳大灣區城市群多源固廢集中化循環利用與綠色發展系統解決方案[36,58,59]。五是以場地環境大數據為基礎，以多模型融合運行為關鍵，以信息化智能化管理為導向，研發土壤—工業退役場地修復智能管理平臺，研發出首臺智能土壤修復工作站，目前設備基本達到目標處理量（15 t/h），并開展重金屬污染土壤淋洗修復示范[60-62]。六是在浙江嵊州建立了集流域和區域面源污染消減、養殖污水及糞污高效處置、污水處理廠和分散污水處理點提標改造、新建城區雨污分流等多個經濟實用技術一體的中小城鎮環境綜合治理技術體系，創建了小城鎮環境綜合治理的“嵊州模式”，并在浙江千島湖、云南撫仙湖和星云湖等多個流域開展示范推廣[63-65]。同時，專項依托這些研究成果，結合國家和區域美麗中國生態文明建設的需求，評估了長三角、京津冀和粵港澳大灣區超大城市群生態環境保護治理成效，建立高精度生態環境保護數據庫，梳理了不同區域美麗中國建設的代表性案例，提出區域環境一體化管控分區方案，為跨?。ㄊ校┥鷳B環境協同管理與綜合治理提供了科技支撐[34,66-68]。

（2）生態系統修復及綠色發展技術模式。專項從山水林田湖草沙一體化保護和系統治理出發，遵循“綠水青山就是金山銀山”理念，研究提出不同區域、不同類型生態系統保護修復與區域綠色發展協同的技術模式。一是基于陸海一體化理念，在黃河入?？谘邪l種養優化、土壤改良、功能生物調控等陸地污染物減排綜合技術，近岸濕地水文連通網絡、生態修復的海岸帶污染物阻控技術，近海生物礁牡蠣養殖尾水處理技術等，形成了陸源入海減排—海岸帶減緩—近海提質增效的海岸帶濕地生態恢復技術模式[37,69-72]。二是在云南高原濕地開展了水生植物（海菜花）人工培育、旗艦魚類（滇池金線鲃、大理裂腹魚）人工增殖和黑頸鶴棲息地生態修復技術的研發，創建了“花—魚—鳥（螺）”濕地修復新模式。三是在廣西石漠化地區，根據喀斯特地表—地下二元水土過程規律及景觀結構垂直分異特征，通過人工林提質改造與植被群落穩定性提升恢復，培育不同類型生態衍生產業，建立了石漠化治理與生態產業發展的協同模式[38,73]。四是在干旱區研發綠色快速裝配式固沙技術、人工結皮固沙技術和生物結皮防沙技術等，形成新一代干旱區防沙治沙技術體系[74-76]。五是在黃土高原區，開發了沙地地力快速提升、典型植物群落重構和人工林提質增效技術，構建了低效人工防護林改造與提質增效技術模式[77,78]。在上述研究的基礎上，開展了全國生態脆弱區和自然保護地修復保護的空間布局、珍稀物種生態廊道設計和珍稀植物產地溯源、“綠水青山”價值評估、脫貧地區鄉村振興理論、技術和規劃方法研究，形成適合不同地域的鄉村產業—綠色發展技術方案與模式，支撐國家鄉村全面振興和美麗中國建設[41-43,79-81]。

（3）多尺度美麗中國建設智能化模擬研究。一是以福建省為例，研發生態文明大數據標準規范及數據采集與處理技術，國土空間規劃監測與管控技術，流域水污染防治管理措施情景分析及空間優化技術、武夷山國家公園生態服務價值遙感定量測算模型等。建成福建省生態文明大數據平臺，研發福建省國土空間規劃實施效果評估系統、國土資源空間管控決策系統、水環境監測和綜合分析系統，參與共建武夷山國家公園智慧管理信息平臺等，在省屬多個廳局實現業務運行并在全省推廣[46,47]。二是聚焦長江流域水生態水環境問題，提出以流域監測監控為基礎，以流域水循環為紐帶，綜合考慮流域上下游、左右岸、干支流、“湖庫—岸線—城市群”的互聯互動關系，建設自然與社會過程相耦合的長江流域綜合模擬裝置（長江模擬器）。長江模擬器以氣象數據、社會經濟數據和流域地理信息數據為數據源，以水文模型驅動流域面源污染模型、三峽庫區水動力—水質—調度耦合模型、干流河道水動力水質耦合模型、通江湖泊二維水動力模型、河道水生態模型、城市水系統模型等，形成了基于多模型的多尺度、多過程、多要素耦合模擬技術[44,82-85]，目前長江模擬器已業務化運行并落戶重慶。三是聚焦西南山地山洪泥石流基本成災單元和形成—演進—致災全過程，研發山地災害風險模擬與險情預報系統，包含山地災害孕災成災基礎數據模塊、天氣氣候模塊、災害風險模擬模塊、預報預警模塊等，設置了山地災害風險識別、全過程模擬、情景分析、風險預測、潛在損失預報預警和綜合減災等功能，已經在四川省業務化運行，并在山洪泥石流預報預警領域取得重要進展，山洪泥石流精細化預報預警水平顯著提升[45,86-88]。此外，專項構建了美麗中國建設評估監測與動態模擬原型系統，實現生態文明建設成就展示、“35 目標和50 愿景”智能化模擬和專項重要成果展示等[48]。

3 美麗中國生態文明建設科技發展方向

從以上的分析可以看出，10 年來，我國在美麗中國生態文明建設領域開展了系列科技部署，在生態環境保護和修復、資源節約及高效利用、推進綠色發展和服務生態文明建設的監測評估方面，取得了許多重要理論進展，積累了豐富的技術、數據和模式，支撐了環境污染防治攻堅和生態保護修復等重大生態文明建設工程的落實，為持續開展美麗中國生態文明建設研究奠定了基礎[89,90]。2022 年10 月，黨的二十大報告中提出了“推動綠色發展，促進人與自然和諧共生”新目標和新任務，強調“要推進美麗中國建設，堅持山水林田湖草沙一體化保護和系統治理，統籌產業結構調整、污染治理、生態保護、應對氣候變化，協同推進降碳、減污、擴綠、增長，推進生態優先、節約集約、綠色低碳發展”。以此為指引，未來科技支撐美麗中國的創新應重點開展以下方面的研究：

（1）美麗中國生態文明建設科技發展要在持續開展環境污染防治（包括新污染物防治）、生態系統保護修復和綠色低碳技術的研發基礎上，加強減污降碳協同技術的研發，在全國和區域開展產業結構調整、污染治理、生態保護和應對氣候變化的關聯機理研究和治理技術的協同集成研究，基于區域特征開展多領域科技協同應用情景智能模擬，持續提出不同生態類型區山水林田湖草沙一體化保護和系統治理技術模式。圍繞新發展格局和高質量發展，重點開展京津冀協同發展、長江經濟帶發展、長三角一體化發展，黃河流域生態保護和高質量發展等區域發展戰略中的生態環境保護和修復的科技創新。

（2）加強現有科技體系與信息、生命、運載、化工、材料等領域變革性科技的融合創新，研發探索利用大數據、云計算、人工智能、虛擬現實、星地計算等科技開展生態環境監測和開展生態環境保護修復多尺度空間優化，利用基因編程、生化合成、生化調控、生物馴化、機器人、人工智能、量子計算等科技開展生態環境綠色修復與健康管理，利用新型催化劑、材料轉化、可持續材料、智能材料、輕量化材料、機器人等科技發展相關科技應用設備，創新固體廢物管理與資源化利用技術，助力生產生活綠色升級。

（3）加強美麗中國建設的頂層設計，科學規劃美麗中國前景和愿景。依據黨的二十大提出的“五個現代化”和“四個中國”的使命，借鑒發達國家生態保護和環境治理經驗，制定前瞻性的美麗中國建設目標體系；建立美麗中國建設進程評估和指標體系迭代方法，從國家與區域等不同評估尺度、一般性與特殊性等不同評估需求、穩定與動態更新等不同評估周期，以及綜合與單一評估相結合等要求出發，構建多維度相協調的美麗中國建設監測、評估技術體系，持續開展美麗中國建設進程動態評估，精準識別不同時期美麗中國建設的短板與差距，為實現美麗中國建設目標提供動態科技支撐。

（4）強化美麗中國生態文明制度建設的科技支撐。圍繞資源和環境承載力、國土空間管控、清潔生產、循環經濟、低碳經濟、生態環境保護制度等，評估生態文明體制改革進展和成效，研究制度間的協調性、集成性和有效性。加強綠色金融、碳排放交易、生態補償、生態標志產品等生態資產價值實現途徑的研究，支撐全社會參與美麗中國生態文明建設。