2025年环境科学热点回眸

原文发表于《科技导报》2026 年第1 期 《 2025年环境科学热点回眸 》

环境科学是应对全球气候变化、生物多样性丧失及污染危机的重要交叉学科。《科技导报》邀请中国科学院大气物理研究所大气环境与极端气象全国重点实验室曹军骥研究员、南昌大学资源与环境学院黄虹教授撰写文章，归纳综述了2025年全球环境科学领域的进展与趋势。结合当前国际环境研究呈现的特征，分析了前沿方向及取得的系列突破。指出，中国在应对本土复杂环境问题、推动绿色技术应用等方面贡献突出，形成兼具实效性与特色的“中国方案”。未来，深化全球协同观测、加强学科交叉融合、加速技术产业化、提升环境治理话语权，将是推动中国环境科学研究迈向世界前沿的关键。

环境科学是应对全球气候变化、生物多样性丧失及污染危机的重要交叉学科。2025年，它继续在全球学术与政策讨论中占据核心地位，其跨学科价值与现实紧迫性进一步凸显。中国作为全球环境治理体系的重要参与者和贡献者，其科研范式秉持“眼望前沿，脚踩大地”的原则，旨在为破解区域性挑战与贡献全球性解决方案，提供兼具科学严谨性与实践可行性的“中国智慧”。

1 国际环境研究热点回顾：从地球系统过程解析到综合治理方案

基于2025年发表在

Nature

Science

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图1 基于2025年

Nature

Science

1）地球系统关键过程：气候治理与减排路径。聚焦于温室气体排放清单的精准核算与未来减排路径的不确定性评估，其核心科学问题在于厘清气候系统的自然变率与人为强迫的复杂交互作用。

2）极端演变：水循环扰动与风险评估。此方向研究致力于量化蒸散发、土壤湿度等关键水循环变量的长期演变模式，并揭示其与急流、阻塞高压等大气过程的耦合关系。

3）土壤生物地球化学：微观机制与系统效应。在微观层面，探究微生物驱动的铁还原、反硝化、甲烷生成等过程的动力学机制及其对环境因子（如温度、pH、水分）的敏感性。在系统层面，整合模型与生命周期评价框架，定量评估农业集约化、土地利用变化等人类活动对土壤元素循环和温室气体净收支的深远影响。

4）污染生态效应：从物理化学过程到生物适应。研究视野从大气气溶胶的物理化学演化与多尺度效应，拓展到其对生物个体、种群乃至生态系统的广泛影响。

5）气候变化归因：连接科学与政策的桥梁。致力于建立从温室气体排放到具体气候损害（如热浪强度、海平面上升、农业损失）的清晰、量化的因果链。

6）碳氮循环动力学：耦合机制与全球反馈。聚焦海洋、湿地、森林等自然生态系统中碳与氮循环的交互作用与动态平衡。揭示有机质的转化、储存与输出通量，并分析这些生物地球化学过程与生态系统生产力、群落结构演替之间的双向反馈。

7）冰冻圈变化：观测、模拟与风险预警。重点关注以冰川、冰盖消融为核心的冰冻圈变化及其全球关联。利用卫星测高等技术，对极地、高山冰川的质量平衡进行高精度监测。同时，着力改进对冰冻圈变化过程、速率及其引发的级联效应的模拟与预测能力，以提升人类社会应对相关环境风险的韧性。

2 环境研究重大科学发现与理论创新

2.1 关键科学发现

1）碳循环与碳汇动态：认知修正。关于陆地碳汇，研究揭示，近几十年全球陆地碳储量的增加主要赋存于土壤有机质和死亡有机物等非生物碳库，而非传统认为的活体生物量。这一发现对“植被生长是主要碳汇”的核心假设构成挑战，提示土壤碳库的稳定性对未来碳−气候反馈预测至关重要。在海洋方面有研究发现南极磷虾通过昼夜垂直迁移，以粪便颗粒形式将大量碳输送至深海，这一高效“生物泵”机制对南大洋碳输出的贡献被严重低估，凸显了特定关键生物行为对全球碳循环的调控作用。

2）气候变化归因与极端事件风险：连接科学与损失。Seo等研究指出，2015—2024年全球海平面上升速率已达4.8 mm/a，这与格陵兰冰盖加速消融直接相关。England等发现2023年北大西洋破纪录海洋热浪的归因表明，其主因是异常风场导致上层海洋混合层变浅、吸热效率大增，而非海洋热输送异常。另一项全球分析证实，大气蒸发需求增加导致了约40%的干旱加剧趋势，且湿润地区干旱化风险显著上升。研究揭示，面临野火直接威胁的人口总量反而上升40%，凸显了灾害风险评估中暴露度因素的关键性。

3）生物多样性丧失与生态系统功能：阈值与尺度效应。基于全球物种分布数据的研究量化指出，人类活动已导致全球38%的陆地生态系统出现“物种功能冗余丧失”，即关键生态功能仅由极少数物种维系，系统脆弱性大增。在微观机制上，Lee等提出土壤微生物组响应环境变化的“功能阈值”理论。此外，还有研究发现植被对气候变化的响应存在显著的“尺度依赖性”，这对基于线性响应的传统预测模型构成根本性挑战。

4）污染与健康：新污染物与新路径。Ten Hletbrink等在北大西洋整个水柱中广泛检测到纳米塑料，估算其总储量可能超过较大尺寸的塑料存量，对海洋食物网及食品安全构成新的潜在风险。此外，Leon–Palmero研究发现，阳光可驱动水体非生物生成强效温室气体一氧化二氮（N2O），将光化学过程提升为关键源项。此外，有相关研究证实鲸体内藻毒素浓度与夏季海水温度呈显著正相关，揭示了“海洋变暖—有毒藻华增加—食物链毒素累积—顶级捕食者及人类健康风险”的完整传递路径。

2.2 重要理论创新

1）碳−气候反馈理论：约束不确定性。通过验证长期变暖背景下植物茎呼吸的“热驯化”现象暗示，未来的碳−气候正反馈可能被系统性高估，为更精确约束全球碳预算和气候敏感性的不确定性提供了新的理论视角和实验证据。

2）生态系统稳定性理论：统一多尺度认知。Liang等的理论研究成功统一了关于物种丰富度与生态系统稳定性在不同空间尺度上的2种经典关系，揭示“物种异步性”是驱动稳定性随空间尺度增加而提升的核心机制，对生物多样性保护的紧迫性提供了新的理论支撑。

3）环境治理理论：从归因科学到干预伦理。相关研究建立了从历史排放到具体气候损害（如热浪死亡率、经济损失）的“端到端”归因量化框架，为气候法律责任与损失损害赔偿机制奠定科学基础。Morrison等提出“负责任转型”的治理原则，强调必须在技术研发早期就统筹评估其气候效益、潜在的环境与社会风险以及治理的合法性基础，为新兴地球工程技术的全球治理提供理论框架。

3 中国环境科学研究进展与贡献

3.1 主要研究进展

以中国学者在

Nature、Science

National Science Review

3.1.1 温室气体核算与管理

1）温室气体综合核算与排放特征。

构建覆盖全经济部门、多气体的国家级温室气体收支数据集（2000—2023年）（图2）。基于大气反演的独立估算结果与清单数据总体一致，凸显“天−地”协同观测在验证排放和捕捉空间异质性方面的优势。针对农业，系统揭示了非CO2温室气体排放的时空演变，反映了农业结构转型与减排政策的综合成效。针对自然生态系统，研究明确了以湿地为CH4主要排放源、森林和草地为重要碳汇的典型源汇格局，并指出其净辐射强迫及空间异质性主要受N2O排放、气候变化与土地利用转型的驱动。

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图2 2000—2023年温室气体排放与汇的时序变化

2）碳氮协同管理。

开发综合模型量化了中国碳氮通量的协同演化。Xu等进一步证明，通过优化施肥、工业脱硝等路径进行协同管理，可在实现大幅减排的同时，将单位减排成本降低37%，为协同推进减污、降碳、扩绿提供关键依据。

3）甲烷收支变化的化学驱动机制。

基于长期观测，揭示了大气甲烷季节振幅变化的纬度分异规律，并量化了对流层羟基自由基氧化能力增强对甲烷化学汇的贡献。另一项研究进一步指出，臭氧污染增加、水汽变化等因素共同推动全球甲烷化学汇的增长，明确了区域空气污染治理通过改变大气氧化性，对全球甲烷浓度产生的深远非预期效应。

3.1.2 大气污染成因与效应

1）气溶胶形成新机制与吸光特性。

近年的研究突破传统认知，揭示中国北方冬季燃烧源排放的异戊二烯对二次有机气溶胶（SOA）的重要贡献。另外，修正了“SOA 仅形成于云滴或亚微米颗粒”的观点。尤其是，研究确立了棕色氮作为全球有机气溶胶光吸收主导组分的地位（图3），建立以氮为核心的气候效应归因新框架。

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图3 有机气溶胶（OA）组分及其吸光特性示意

2）大气氧化能力变化与颗粒物演变。

长期趋势显示，中国一次颗粒物排放变化符合环境库兹涅茨曲线，主要受工业除尘与居民能源清洁化驱动。此外，基于多源数据与机器学习的业务化框架已能生成高时空分辨率PM10网格数据，为污染监测与沙尘预报提供新工具。

3）大气颗粒物健康效应评估。

基于细胞毒性的研究量化了PM2.5的毒性差异，跨度达2个数量级，其中居民固体燃料燃烧毒性最高，冶金工业与刹车磨损的排放次之。未来情景预测表明，气候变化下的野火加剧可能使全球野火PM2.5相关过早死亡人数增长数倍，健康风险的地理不平等性虽会缓和但仍持续。

3.1.3 水土环境过程与生态效应

1）水环境富营养化的碳循环效应。

有研究表明，黄海浒苔绿潮沉降后约38%的藻体碳可被长期封存，其中10%转化为溶解无机碳（增强碱度），28%转化为难降解有机碳。

2）土壤/沉积物中有毒金属累积。

一项整合全球近80万采样点的研究通过机器学习绘制了土壤有毒金属污染图谱，揭示低纬度欧亚大陆存在一条高风险“富集走廊”，全球约14%~17%的耕地受污染，约9亿~14亿人生活在高风险区域。针对青藏高原湿地研究则识别出沉积物汞累积的2种模式。

3.1.4 气候变化与生态系统响应

1）森林气候减缓潜力评估与反馈机制。

模拟研究表明，再造林通过生物地球物理过程对生物源二次有机气溶胶（BSOA）的冷却效应产生复杂调节，且存在显著区域分异，其反馈路径分为2类。

2）森林砍伐的降水响应机制。

针对亚马逊的模拟分析揭示，森林砍伐对降水的影响具有季节性反转。湿季时，砍伐区因中尺度环流增强而局地降水增加；干季时，区域降水明显减少，凸显砍伐通过改变水汽循环加剧区域干旱风险机制。

3）面向气候韧性的能源系统适应性策略。

针对全球高比例风光电力系统的模拟显示，气候变化将加剧供需错配，导致极端时段（成本最高的10%小时）的系统成本显著上升。研究指出，构建气候韧性的电力系统需各国依据自身资源禀赋，设计差异化适应性策略组合，以应对风光出力波动性。

3.1.5 行业脱碳与资源循环技术

1）钢铁行业的最小成本脱碳路径。

通过集成全球钢厂数据开发的模型表明，钢铁行业脱碳路径具有显著的时间阶段性与区域异质性：2030年前以提效和废钢利用为主，2030年后碳捕集熔融还原技术将成为经济可行的主流选择，2040年后绿氢直接还原炼钢技术有望在特定区域规模化应用，为行业提供差异化的转型蓝图。

2）交通碳污协同治理与结构转型。

为实现2025年目标，亟需通过优化车辆保有结构与发展模式进行深层次结构性转型，以扭转协同效益下降的趋势。

3）混合塑料正交转化与高值化利用。

针对复杂混合塑料回收难题，研究提出了基于“反应正交性”的新策略，成功将复杂混合塑料定向转化为多种高附加值化学品，为塑料废物的“精准拆解”与高值化开辟新途径。

3.2 科学贡献与范式特色

中国的环境科学研究已在若干方向形成具有国际影响力的成果，其贡献不仅在于具体的发现与技术，更体现在独特的研究范式与解决方案上。

1）政策导向与应用驱动的系统化解题范式。善于围绕国家重大战略需求，开展“问题识别—机理解析—方案设计—效果评估”的全链条研究。

2）基于大规模观测的数据驱动型认知突破。充分依托其庞大的观测网络和独特的地理单元，在关键过程认知上取得突破。

3）注重技术可行性与产业转化的创新路径。从揭示沙尘介导的复合污染机制到开发混合塑料“正交转化”技术，中国的研究显示出将基础机理认识快速导向技术原型开发的能力。这种对技术成本效益和工程化可行性的关注，推动了成果从实验室走向产业应用，为解决实际环境问题提供了切实可行的技术选项。

4 国内外研究比较与差距分析

通过对国内外高影响力文献的计量分析（图4）及前述进展的综合对比可见，中国在取得显著成就的同时，在研究视野、理论原创性、学科融合及全球议程设置方面仍存在差距。

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图4 国际、国内环境科学研究重要文献的关键词对比

1）基础研究：全球性与系统性视野不足。中国在本土人员问题（如区域复合污染）上取得扎实方案，但对驱动全球环境变化的基础性、系统性过程（如极地碳泵、深海过程）的直接贡献与引领性不足，在全球性大科学计划中的主导作用有限。

2）理论创新：从“验证应用”到“范式引领”转型滞后。中国人员研究虽在验证与深化国际理论（如热驯化、棕色氮机制）方面成果突出，但提出具有全球影响力的普适性新科学范式的能力仍有待突破。

3）跨学科整合：深度与定量化融合欠缺。国内跨学科研究多处于浅层技术应用或定性政策解读阶段，缺乏重构核心物理模型或构建“环境−经济−社会”量化耦合模型以支撑精细化治理的能力。

4）全球话语权：议程设置与规则制定能力待提升。中国虽积极参与并贡献区域数据，但在主导核心议题设计、产出标志性全球综合报告方面仍处于“参与多、主导少”的阶段，将本国治理实践转化为全球公共科学产品与规则的能力有待加强。

5 对中国未来环境研究的建议

1）强化基础前沿布局，拓宽全球科学视野。

建议设立长期专项，系统支持中国学者牵头或深度参与极地、深海、跨境河流等全球性主题的大型国际观测与研究计划。可试点设立高风险、非共识的探索性项目，鼓励挑战现有范式，为孕育“0到1”的原创理论提供稳定土壤。

2）构建深度融合的“环境+”集成创新平台。

建议整合国家级计算资源与大科学装置，集中攻关下一代智能地球系统模型和“气候−经济−法律”量化耦合分析工具。

3）优化科研生态，激发原创活力。

优化科技投入结构，显著提升对环境基础研究、长期野外观测的稳定支持比例。加快完善国家环境科学数据共享政策与激励机制，在保障安全的前提下，推动中国代表性长时序观测数据（如大气本底站、生态网络数据）高质量汇交并接入全球共享网络，提升中国科学数据的国际影响力与利用价值。深化科技评价改革，建立以创新质量、实际贡献和长远影响为导向的分类评价体系。

4）主动设置全球议程，提升规则制定能力。

系统性支持中国科学家在国际重要科学组织与评估机构中担任核心领导职务，并主导关键报告章节的编撰。可依托“一带一路”绿色发展国际联盟等平台，主动发起以中国为枢纽、关注全球可持续发展需求的大科学计划。同时，实施更具开放性的人才计划，设立专项资金资助中国优秀科学家深度融入国际顶级团队，培养战略科学家。

6 结论

2025年，国际环境科学研究展现3大趋势。一是地球系统认知走向整体深化与精细化；二是技术发展呈现出主动干预导向；三是跨学科融合已成为创新源头。中国环境科学研究立足国家重大需求，形成了以解决问题为目标、以观测数据为基石、以技术落地为检验的特色研究路径，贡献了卓有成效的“中国方案”。

展望未来，中国环境科学要实现全面引领，必须在巩固应用优势的同时，战略性地加强全球性基础科学探索、孕育原创理论、深化定量交叉融合，并积极参与全球科技治理。

本文作者：曹军骥、黄虹

作者简介：曹军骥，中国科学院大气物理研究所大气环境与极端气象全国重点实验室研究员，研究方向为大气环境、环境化学。

文章来 源 ： 曹军骥, 黄虹. 2025 年环境科学热点回眸[J]. 科技导报, 2026, 44(1): 61−69 .

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