**章面向2040年地球环境领域世界工程科技发展态势
**节世界地球环境领域工程科技发展状况与国际先进水平
一、环境领域工程科技发展状况与国际先进水平
面对全球绿色经济、低碳经济发展浪潮，环境治理范式逐渐由末端的污染防治转向人与自然和谐共生环境构建；同时，国际环境技术向源头预防、多污染物与跨介质多目标协同防治、综合管控与精准治理转变。发达国家大气、水、土壤和固体废物污染防治向全过程精细化转变，实现精准施策。各国特别是发达国家不断加大对新能源、环保等新兴产业的投入，在环境领域各项计划推动下，发达国家正在形**一轮从实体生产领域到社会消费领域的环保技术革命，这场革命推动了新型环保产业的发展。这将再次带来社会经济发展方式的深刻变革，并将催生新一轮的技术革命。
在大气污染防治方面，全球大气污染防治研究的关注点和热点主要集中在降低空气污染的健康影响、气候和生态效应，开展大气污染形成机理及效应、大气多污染物多行业全过程控制技术、管理决策支持技术等研究。发达国家针对区域大气污染的特征、形成机理、输送过程、气候效应、健康影响等基础科学问题，从观测和模拟两方面开展了大量研究，相关研究从单因子向多因子、多维度、跨介质方向转变，基本厘清了大气污染的形成机制、健康效应和气候效应。同时，发达国家还开发出适用各类污染源的大气多污染物高效治理成套技术。例如，机动车等移动源经历了从气态污染物减排到气态污染物与颗粒物等多污染物协同控制的技术转变，工业源经历了从常规污染物减排到常规与非常规污染物高效协同控制的技术转变，等等。这些技术成果支撑了较为完善的排放标准体系及排污许可制度等的实施，大气污染治理技术正向更低成本、更高效率、多污染物与温室气体协同减排、资源化转化利用和智能化方向发展。此外，环境空气质量管理研究形成了规范的环境基准研究、健康及生态影响评估、情景费效分析等技术方法体系，主要研究对象已由二次污染物、毒害污染物和温室气体转向与人体健康更密切的室内空气污染，强调面向多污染物、多介质和多环境效应的跨行业全过程综合调控。
在环境监测方面，国际上大型环境研究计划大都是将监测系统的建立放在重要位置，并积极发展新型的探测技术，包括高灵敏度多组分在线监测、高分辨率地基立体遥测、高光谱空间遥感等技术。多项全球环境监测计划得到了实施，其中由欧盟委员会和欧洲航天局（European Space Agency，ESA）联合倡议实施的全球环境与安全监测计划（Global Monitoring for Environment and Security，GMES），以及美国国家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）的地球观测系统（Earth Observation System，EOS）、开展长期大气观测的泛欧亚科学实验计划（Pan-Eurasian Experiment，PEEX）等，以实现环境与安全的实时动态监测，应对全球气候变化，改善环境质量。当前国际研究热点涉及大气痕量活性气体组分在线监测、多污染要素高频探测、多介质多要素智能立体探测、低成本高性能环境要素传感器、移动源超低排放智能监测等技术方向（Wang et al.，2023；刘建国等，2018）。这些领域的突破将为提升污染成因研究与精细化环境管理提供核心技术支撑。
在水污染治理方面，水污染控制从安全处置上升到循环利用的新阶段。在逐渐淡化工业废水治理以及技术研发的同时，发达国家引领着城市污水研究与应用的发展方向，节能降耗、污水再生利用、污染物资源化能源化和微量污染物生态风险控制等成为关注重点。主流厌氧生物处理、侧流厌氧氨氧化、好氧污泥颗粒化、侧流生物法强化脱氮除磷等一系列新技术取得了突破（Wang et al.，2024；郝晓地等，2023；孙光霖等，2023），相继出现了美国21世纪水厂（Water Factory21）、新加坡“新生水”（NEWater）、水银行（Water Bank）等污水绿色再生的标志性样板。这些项目标志着污水处理从灰色处理到绿色再生的转变，已成为本领域全球追逐的学术、技术与应用目标（Finnerty et al.，2024；Lee et al.，2016）。例如，奥地利Strass污水处理厂，通过剩余污泥厌氧产甲烷等手段实现了100%的能源自给，达到完全碳中和（Zheng et al.，2024）。同时，污水高标准处理与再生回用亦是研究关注的重点。美国城镇污水回用系统持续高速增长，预计2027年全美污水回用市场规模将达到215亿美元（WateReuse Association，2017）。欧盟“地平线2020”计划（Horizon2020）也强调了污水再生回用的战略地位（Mannina et al.，2022）。
在环境监测与治理技术方面，随着大数据、云计算、5G、生物技术、新材料、信息技术、卫星遥感、人工智能等多种新兴技术飞速发展，发达国家利用多学科技术来推动环境科技进步，并取得了颠覆性技术突破。环境监测向高精度、动态化和智能化发展；基于大数据、人工智能的定向、仿生及精准调控资源化技术成为重要战略发展方向；信息技术在环境监测、智慧城市、生态保护和气候变化等方向得到了广泛应用。欧美发达国家相继研发了成套大气氧化性和二次有机气溶胶超痕量组分高精尖测定技术，发展了高精度大气边界层气象要素和污染物垂直分布的地基遥测技术，开发了大气成分和细颗粒物等污染的卫星遥感技术，并形成了比较完备的监测方法和技术标准体系。
在土壤.地下水方面，近年来，发达国家加大对环保产业的投入，推动了环保产业的发展和新一轮环保技术革命。决策方向从过去主要对污染物进行总量控制转变为重点关注污染风险评估，土壤污染修复技术从物理修复、化学修复和物理化学修复发展至更具可持续性的生物修复和自然衰减，也从过去单一技术发展到多技术联合的原位修复技术、综合集成修复技术。在修复技术的应用方面，从过去单一污染场地修复到多种污染物复合或混合污染土壤的组合式修复，从单项修复技术发展到大气、水体同步监测的多技术多设备协同的场地土壤.地下水一体化修复。当前土壤修复技术的国际前沿研究热点主要包括以下几点：①绿色、环境友好的生物修复技术；②联合/杂交的综合修复技术；③原位修复技术；④基于环境功能修复材料（纳米）的修复技术；⑤基于设备化的快速场地修复技术；⑥土壤修复决策支持系统及修复后评估技术。目前土壤修复技术存在的主要问题是适用性广、综合成本低、周期短、稳定性可靠的技术仍有待进一步研发。部分发达国家先后制订了土壤修复计划，在土壤修复技术与设备领域展开投资。美国环境保护署（Environmental Protection Agency，EPA）以4—5年为期制定环保战略计划，在*新的2022—2026年战略计划中，目标6与土地恢复相关，具体长期绩效目标包括在60个超级基金（Superfund）场所控制人类暴露、完成225个铅污染场地的修复和清理项目、清理泄漏的地下储罐设施等，预期能减弱社区污染环境（如污染土壤、沉积物、地下水）中的暴露影响。欧盟于2022年启动第8次环境行动计划（European Union 8th Environment Action Programme①），具体优先发展目标4中提出的确保地下水资源零污染，水中营养物损失较2005年至少减少50%。日本以6年为期制定环境基本计划，2018年通过了《第五次环境基本计划》（第五次環境基本計画②），提出将依照《土壤污染对策法》（土壌汚染対策法③）等相关法规，实现可持续的地下水利用，通过土壤污染治理妥善控制环境风险。
在生态方面，目前，国际组织与机构对生态系统修复起到了重要的推动作用，在国家、区域和全球层面已制定了宏伟的生态系统修复目标，经历了初步探索、快速发展和持续推进3个阶段。2003年，世界自然保护联盟（International Union for Conservation of Nature，IUCN）启动了森林景观恢复全球伙伴关系（Global Partnership on Forest and Landscape Restoration，GPFLR）计划，随后发起了“波恩挑战”并颁布了《纽约森林宣言》（New York Declarationon Forests），旨在确保2030年前完成修复全球3.5亿hm④退化土地的目标⑤。根据《巴黎协定》（Paris Agreement），137个国家在各
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