2025年環境科學熱點回眸

原文發表于《科技導報》2026 年第1 期 《 2025年環境科學熱點回眸 》

環境科學是應對全球氣候變化、生物多樣性喪失及污染危機的重要交叉學科。《科技導報》邀請中國科學院大氣物理研究所大氣環境與極端氣象全國重點實驗室曹軍驥研究員、南昌大學資源與環境學院黃虹教授撰寫文章，歸納綜述了2025年全球環境科學領域的進展與趨勢。結合當前國際環境研究呈現的特征，分析了前沿方向及取得的系列突破。指出，中國在應對本土復雜環境問題、推動綠色技術應用等方面貢獻突出，形成兼具實效性與特色的“中國方案”。未來，深化全球協同觀測、加強學科交叉融合、加速技術產業化、提升環境治理話語權，將是推動中國環境科學研究邁向世界前沿的關鍵。

環境科學是應對全球氣候變化、生物多樣性喪失及污染危機的重要交叉學科。2025年，它繼續在全球學術與政策討論中占據核心地位，其跨學科價值與現實緊迫性進一步凸顯。中國作為全球環境治理體系的重要參與者和貢獻者，其科研范式秉持“眼望前沿，腳踩大地”的原則，旨在為破解區域性挑戰與貢獻全球性解決方案，提供兼具科學嚴謹性與實踐可行性的“中國智慧”。

1 國際環境研究熱點回顧：從地球系統過程解析到綜合治理方案

基于2025年發表在

Nature

Science

圖1 基于2025年

Nature

Science

1）地球系統關鍵過程：氣候治理與減排路徑。聚焦于溫室氣體排放清單的精準核算與未來減排路徑的不確定性評估，其核心科學問題在于厘清氣候系統的自然變率與人為強迫的復雜交互作用。

2）極端演變：水循環擾動與風險評估。此方向研究致力于量化蒸散發、土壤濕度等關鍵水循環變量的長期演變模式，并揭示其與急流、阻塞高壓等大氣過程的耦合關系。

3）土壤生物地球化學：微觀機制與系統效應。在微觀層面，探究微生物驅動的鐵還原、反硝化、甲烷生成等過程的動力學機制及其對環境因子（如溫度、pH、水分）的敏感性。在系統層面，整合模型與生命周期評價框架，定量評估農業集約化、土地利用變化等人類活動對土壤元素循環和溫室氣體凈收支的深遠影響。

4）污染生態效應：從物理化學過程到生物適應。研究視野從大氣氣溶膠的物理化學演化與多尺度效應，拓展到其對生物個體、種群乃至生態系統的廣泛影響。

5）氣候變化歸因：連接科學與政策的橋梁。致力于建立從溫室氣體排放到具體氣候損害（如熱浪強度、海平面上升、農業損失）的清晰、量化的因果鏈。

6）碳氮循環動力學：耦合機制與全球反饋。聚焦海洋、濕地、森林等自然生態系統中碳與氮循環的交互作用與動態平衡。揭示有機質的轉化、儲存與輸出通量，并分析這些生物地球化學過程與生態系統生產力、群落結構演替之間的雙向反饋。

7）冰凍圈變化：觀測、模擬與風險預警。重點關注以冰川、冰蓋消融為核心的冰凍圈變化及其全球關聯。利用衛星測高等技術，對極地、高山冰川的質量平衡進行高精度監測。同時，著力改進對冰凍圈變化過程、速率及其引發的級聯效應的模擬與預測能力，以提升人類社會應對相關環境風險的韌性。

2 環境研究重大科學發現與理論創新

2.1 關鍵科學發現

1）碳循環與碳匯動態：認知修正。關于陸地碳匯，研究揭示，近幾十年全球陸地碳儲量的增加主要賦存于土壤有機質和死亡有機物等非生物碳庫，而非傳統認為的活體生物量。這一發現對“植被生長是主要碳匯”的核心假設構成挑戰，提示土壤碳庫的穩定性對未來碳?氣候反饋預測至關重要。在海洋方面有研究發現南極磷蝦通過晝夜垂直遷移，以糞便顆粒形式將大量碳輸送至深海，這一高效“生物泵”機制對南大洋碳輸出的貢獻被嚴重低估，凸顯了特定關鍵生物行為對全球碳循環的調控作用。

2）氣候變化歸因與極端事件風險：連接科學與損失。Seo等研究指出，2015—2024年全球海平面上升速率已達4.8 mm/a，這與格陵蘭冰蓋加速消融直接相關。England等發現2023年北大西洋破紀錄海洋熱浪的歸因表明，其主因是異常風場導致上層海洋混合層變淺、吸熱效率大增，而非海洋熱輸送異常。另一項全球分析證實，大氣蒸發需求增加導致了約40%的干旱加劇趨勢，且濕潤地區干旱化風險顯著上升。研究揭示，面臨野火直接威脅的人口總量反而上升40%，凸顯了災害風險評估中暴露度因素的關鍵性。

3）生物多樣性喪失與生態系統功能：閾值與尺度效應。基于全球物種分布數據的研究量化指出，人類活動已導致全球38%的陸地生態系統出現“物種功能冗余喪失”，即關鍵生態功能僅由極少數物種維系，系統脆弱性大增。在微觀機制上，Lee等提出土壤微生物組響應環境變化的“功能閾值”理論。此外，還有研究發現植被對氣候變化的響應存在顯著的“尺度依賴性”，這對基于線性響應的傳統預測模型構成根本性挑戰。

4）污染與健康：新污染物與新路徑。Ten Hletbrink等在北大西洋整個水柱中廣泛檢測到納米塑料，估算其總儲量可能超過較大尺寸的塑料存量，對海洋食物網及食品安全構成新的潛在風險。此外，Leon–Palmero研究發現，陽光可驅動水體非生物生成強效溫室氣體一氧化二氮（N2O），將光化學過程提升為關鍵源項。此外，有相關研究證實鯨體內藻毒素濃度與夏季海水溫度呈顯著正相關，揭示了“海洋變暖—有毒藻華增加—食物鏈毒素累積—頂級捕食者及人類健康風險”的完整傳遞路徑。

2.2 重要理論創新

1）碳?氣候反饋理論：約束不確定性。通過驗證長期變暖背景下植物莖呼吸的“熱馴化”現象暗示，未來的碳?氣候正反饋可能被系統性高估，為更精確約束全球碳預算和氣候敏感性的不確定性提供了新的理論視角和實驗證據。

2）生態系統穩定性理論：統一多尺度認知。Liang等的理論研究成功統一了關于物種豐富度與生態系統穩定性在不同空間尺度上的2種經典關系，揭示“物種異步性”是驅動穩定性隨空間尺度增加而提升的核心機制，對生物多樣性保護的緊迫性提供了新的理論支撐。

3）環境治理理論：從歸因科學到干預倫理。相關研究建立了從歷史排放到具體氣候損害（如熱浪死亡率、經濟損失）的“端到端”歸因量化框架，為氣候法律責任與損失損害賠償機制奠定科學基礎。Morrison等提出“負責任轉型”的治理原則，強調必須在技術研發早期就統籌評估其氣候效益、潛在的環境與社會風險以及治理的合法性基礎，為新興地球工程技術的全球治理提供理論框架。

3 中國環境科學研究進展與貢獻

3.1 主要研究進展

以中國學者在

Nature、Science

National Science Review

3.1.1 溫室氣體核算與管理

1）溫室氣體綜合核算與排放特征。

構建覆蓋全經濟部門、多氣體的國家級溫室氣體收支數據集（2000—2023年）（圖2）。基于大氣反演的獨立估算結果與清單數據總體一致，凸顯“天?地”協同觀測在驗證排放和捕捉空間異質性方面的優勢。針對農業，系統揭示了非CO2溫室氣體排放的時空演變，反映了農業結構轉型與減排政策的綜合成效。針對自然生態系統，研究明確了以濕地為CH4主要排放源、森林和草地為重要碳匯的典型源匯格局，并指出其凈輻射強迫及空間異質性主要受N2O排放、氣候變化與土地利用轉型的驅動。

圖2 2000—2023年溫室氣體排放與匯的時序變化

2）碳氮協同管理。

開發綜合模型量化了中國碳氮通量的協同演化。Xu等進一步證明，通過優化施肥、工業脫硝等路徑進行協同管理，可在實現大幅減排的同時，將單位減排成本降低37%，為協同推進減污、降碳、擴綠提供關鍵依據。

3）甲烷收支變化的化學驅動機制。

基于長期觀測，揭示了大氣甲烷季節振幅變化的緯度分異規律，并量化了對流層羥基自由基氧化能力增強對甲烷化學匯的貢獻。另一項研究進一步指出，臭氧污染增加、水汽變化等因素共同推動全球甲烷化學匯的增長，明確了區域空氣污染治理通過改變大氣氧化性，對全球甲烷濃度產生的深遠非預期效應。

3.1.2 大氣污染成因與效應

1）氣溶膠形成新機制與吸光特性。

近年的研究突破傳統認知，揭示中國北方冬季燃燒源排放的異戊二烯對二次有機氣溶膠（SOA）的重要貢獻。另外，修正了“SOA 僅形成于云滴或亞微米顆粒”的觀點。尤其是，研究確立了棕色氮作為全球有機氣溶膠光吸收主導組分的地位（圖3），建立以氮為核心的氣候效應歸因新框架。

圖3 有機氣溶膠（OA）組分及其吸光特性示意

2）大氣氧化能力變化與顆粒物演變。

長期趨勢顯示，中國一次顆粒物排放變化符合環境庫茲涅茨曲線，主要受工業除塵與居民能源清潔化驅動。此外，基于多源數據與機器學習的業務化框架已能生成高時空分辨率PM10網格數據，為污染監測與沙塵預報提供新工具。

3）大氣顆粒物健康效應評估。

基于細胞毒性的研究量化了PM2.5的毒性差異，跨度達2個數量級，其中居民固體燃料燃燒毒性最高，冶金工業與剎車磨損的排放次之。未來情景預測表明，氣候變化下的野火加劇可能使全球野火PM2.5相關過早死亡人數增長數倍，健康風險的地理不平等性雖會緩和但仍持續。

3.1.3 水土環境過程與生態效應

1）水環境富營養化的碳循環效應。

有研究表明，黃海滸苔綠潮沉降后約38%的藻體碳可被長期封存，其中10%轉化為溶解無機碳（增強堿度），28%轉化為難降解有機碳。

2）土壤/沉積物中有毒金屬累積。

一項整合全球近80萬采樣點的研究通過機器學習繪制了土壤有毒金屬污染圖譜，揭示低緯度歐亞大陸存在一條高風險“富集走廊”，全球約14%~17%的耕地受污染，約9億~14億人生活在高風險區域。針對青藏高原濕地研究則識別出沉積物汞累積的2種模式。

3.1.4 氣候變化與生態系統響應

1）森林氣候減緩潛力評估與反饋機制。

模擬研究表明，再造林通過生物地球物理過程對生物源二次有機氣溶膠（BSOA）的冷卻效應產生復雜調節，且存在顯著區域分異，其反饋路徑分為2類。

2）森林砍伐的降水響應機制。

針對亞馬遜的模擬分析揭示，森林砍伐對降水的影響具有季節性反轉。濕季時，砍伐區因中尺度環流增強而局地降水增加；干季時，區域降水明顯減少，凸顯砍伐通過改變水汽循環加劇區域干旱風險機制。

3）面向氣候韌性的能源系統適應性策略。

針對全球高比例風光電力系統的模擬顯示，氣候變化將加劇供需錯配，導致極端時段（成本最高的10%小時）的系統成本顯著上升。研究指出，構建氣候韌性的電力系統需各國依據自身資源稟賦，設計差異化適應性策略組合，以應對風光出力波動性。

3.1.5 行業脫碳與資源循環技術

1）鋼鐵行業的最小成本脫碳路徑。

通過集成全球鋼廠數據開發的模型表明，鋼鐵行業脫碳路徑具有顯著的時間階段性與區域異質性：2030年前以提效和廢鋼利用為主，2030年后碳捕集熔融還原技術將成為經濟可行的主流選擇，2040年后綠氫直接還原煉鋼技術有望在特定區域規模化應用，為行業提供差異化的轉型藍圖。

2）交通碳污協同治理與結構轉型。

為實現2025年目標，亟需通過優化車輛保有結構與發展模式進行深層次結構性轉型，以扭轉協同效益下降的趨勢。

3）混合塑料正交轉化與高值化利用。

針對復雜混合塑料回收難題，研究提出了基于“反應正交性”的新策略，成功將復雜混合塑料定向轉化為多種高附加值化學品，為塑料廢物的“精準拆解”與高值化開辟新途徑。

3.2 科學貢獻與范式特色

中國的環境科學研究已在若干方向形成具有國際影響力的成果，其貢獻不僅在于具體的發現與技術，更體現在獨特的研究范式與解決方案上。

1）政策導向與應用驅動的系統化解題范式。善于圍繞國家重大戰略需求，開展“問題識別—機理解析—方案設計—效果評估”的全鏈條研究。

2）基于大規模觀測的數據驅動型認知突破。充分依托其龐大的觀測網絡和獨特的地理單元，在關鍵過程認知上取得突破。

3）注重技術可行性與產業轉化的創新路徑。從揭示沙塵介導的復合污染機制到開發混合塑料“正交轉化”技術，中國的研究顯示出將基礎機理認識快速導向技術原型開發的能力。這種對技術成本效益和工程化可行性的關注，推動了成果從實驗室走向產業應用，為解決實際環境問題提供了切實可行的技術選項。

4 國內外研究比較與差距分析

通過對國內外高影響力文獻的計量分析（圖4）及前述進展的綜合對比可見，中國在取得顯著成就的同時，在研究視野、理論原創性、學科融合及全球議程設置方面仍存在差距。

圖4 國際、國內環境科學研究重要文獻的關鍵詞對比

1）基礎研究：全球性與系統性視野不足。中國在本土人員問題（如區域復合污染）上取得扎實方案，但對驅動全球環境變化的基礎性、系統性過程（如極地碳泵、深海過程）的直接貢獻與引領性不足，在全球性大科學計劃中的主導作用有限。

2）理論創新：從“驗證應用”到“范式引領”轉型滯后。中國人員研究雖在驗證與深化國際理論（如熱馴化、棕色氮機制）方面成果突出，但提出具有全球影響力的普適性新科學范式的能力仍有待突破。

3）跨學科整合：深度與定量化融合欠缺。國內跨學科研究多處于淺層技術應用或定性政策解讀階段，缺乏重構核心物理模型或構建“環境?經濟?社會”量化耦合模型以支撐精細化治理的能力。

4）全球話語權：議程設置與規則制定能力待提升。中國雖積極參與并貢獻區域數據，但在主導核心議題設計、產出標志性全球綜合報告方面仍處于“參與多、主導少”的階段，將本國治理實踐轉化為全球公共科學產品與規則的能力有待加強。

5 對中國未來環境研究的建議

1）強化基礎前沿布局，拓寬全球科學視野。

建議設立長期專項，系統支持中國學者牽頭或深度參與極地、深海、跨境河流等全球性主題的大型國際觀測與研究計劃。可試點設立高風險、非共識的探索性項目，鼓勵挑戰現有范式，為孕育“0到1”的原創理論提供穩定土壤。

2）構建深度融合的“環境+”集成創新平臺。

建議整合國家級計算資源與大科學裝置，集中攻關下一代智能地球系統模型和“氣候?經濟?法律”量化耦合分析工具。

3）優化科研生態，激發原創活力。

優化科技投入結構，顯著提升對環境基礎研究、長期野外觀測的穩定支持比例。加快完善國家環境科學數據共享政策與激勵機制，在保障安全的前提下，推動中國代表性長時序觀測數據（如大氣本底站、生態網絡數據）高質量匯交并接入全球共享網絡，提升中國科學數據的國際影響力與利用價值。深化科技評價改革，建立以創新質量、實際貢獻和長遠影響為導向的分類評價體系。

4）主動設置全球議程，提升規則制定能力。

系統性支持中國科學家在國際重要科學組織與評估機構中擔任核心領導職務，并主導關鍵報告章節的編撰。可依托“一帶一路”綠色發展國際聯盟等平臺，主動發起以中國為樞紐、關注全球可持續發展需求的大科學計劃。同時，實施更具開放性的人才計劃，設立專項資金資助中國優秀科學家深度融入國際頂級團隊，培養戰略科學家。

6 結論

2025年，國際環境科學研究展現3大趨勢。一是地球系統認知走向整體深化與精細化；二是技術發展呈現出主動干預導向；三是跨學科融合已成為創新源頭。中國環境科學研究立足國家重大需求，形成了以解決問題為目標、以觀測數據為基石、以技術落地為檢驗的特色研究路徑，貢獻了卓有成效的“中國方案”。

展望未來，中國環境科學要實現全面引領，必須在鞏固應用優勢的同時，戰略性地加強全球性基礎科學探索、孕育原創理論、深化定量交叉融合，并積極參與全球科技治理。

本文作者：曹軍驥、黃虹

作者簡介：曹軍驥，中國科學院大氣物理研究所大氣環境與極端氣象全國重點實驗室研究員，研究方向為大氣環境、環境化學。

文章來 源 ： 曹軍驥, 黃虹. 2025 年環境科學熱點回眸[J]. 科技導報, 2026, 44(1): 61?69 .

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