推動新時代生態環境科研范式變革助力人與自然和諧共生的現代化建設

李海生

科技創新是美麗中國建設的有力支撐。習近平總書記在全國生態環境保護大會上強調要加強科技支撐，推進綠色低碳科技自立自強，實施生態環境科技創新重大行動。我們要堅持以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，立足新發展階段，主動探索中國特色生態環境科技的創新之路，加快推動新時代生態環境科研范式變革，加強戰略科技力量建設，為實現人與自然和諧共生現代化提供有力科技支撐。

一、生態環境科研的三種范式

“范式”這一概念最初是由美國著名科學哲學家托馬斯?庫恩在其著作《科學革命的結構》中提出，是科學共同體共同接受的一組假說、理論、準則和方法的總體，由此達成科學家的一致信念。伴隨著整個現代科學革命的進程，根據科學需求、研究對象、研究方法、科研模式及組織方式不同，科研范式也在不斷轉換和更替。

放眼全球，當今世界已進入大科學時代，科技與經濟社會深度融合發展，基礎研究組織化程度越來越高，多學科交叉融合不斷深化，數字化技術日新月異，有力驅動了科研范式的變革。當前，各國都在加強科學研究的資源投入和組織保障，實施有目標、有組織、大規模的科技發展規劃，通過建設“大設施”、打造“大團隊”，產出“大成果”。

黨的十八大以來，以習近平同志為核心的黨中央高度重視生態文明建設和科技創新工作，生態環境科技迎來了新的春天，取得了重大進展。隨著美麗中國建設的全面推進，生態環境科技將邁入新的時代，成為引領我國綠色高質量發展的新引擎，這對生態環境科研范式提出了更高的要求。初步梳理可看到，我國生態環境科研范式主要有下面三種。

(一)“自由探索式”科研范式

自由探索式科研是一切科研創新活動的前提和基礎，多在環境問題出現的初期，聚焦問題的識別及其成因機理、遷移規律、轉化定律等開展研究工作，如國家自然科學基金項目，多不設研究主題，鼓勵科技人員根據科學發展的規律和趨勢，結合國家目標和社會重大需求，依據自身的科研基礎和興趣自由選題。自由探索式科研以開放、靈活的科研組織方式，實現“從0 到1”的原創性、引領性突破，為人類認識生態環境不斷拓展新視野。

比如，由于人類活動的影響，氮、磷等營養物質大量排入水體并不斷積累，引起部分藻類和水生生物過度繁殖，造成湖泊、海灣及水庫等水體富營養化，嚴重危害人類賴以生存的生態環境。我國環境科技人員通過研究水體富營養化產生機理及演變規律，為水體富營養化防治、維護生態平衡提供重要思路。

(二)“組織計劃式”科研范式

組織計劃式科研相較于自由探索式科研，更有目標、有側重，主要圍繞生態環境問題開展“基礎研究－關鍵技術－成果轉化”的全鏈條研究，如我國先后實施的國家科技攻關計劃、科技支撐計劃、863 計劃、973 計劃、重點研發計劃等，這些組織計劃式科研以計劃任務帶動科學研究，聚焦多個單一領域(如環境容量、區域和流域污染防治、固體廢物處理處置、脆弱地區生態環境恢復、酸雨污染防治等)，開展一系列有組織、有規模的研究，為生態環境管理政策和制度的制定奠定了重要基礎。

比如，我國自“六五”“七五”開始，組織開展了大氣環境容量、水環境容量、土壤環境容量的研究，相關成果為主要城市區域、流域環境規劃和污染防治提供了基礎方法，也為我國環境管理思路逐步從濃度控制轉變為總量控制奠定了理論基礎。

(三)“系統協同式”科研范式

解決系統性復雜生態環境問題成為當前生態環境科學發展的主要目標。與過去相比，生態環境科技創新的復雜性大幅提升，“單打獨斗”和“包打天下”的科研組織模式無法適應現階段生態環境科技創新的需求。集聚眾多科研人員、投入大量資金、利用立體化設施開展的“系統協同式”科研活動，越來越得到學術界、產業界、決策者的共識，并取得很好的環境治理效果，這種統籌布局的方式也更適合打造生態環境領域的國家戰略科技力量。

比如，生態環境部組建了國家大氣污染防治攻關聯合中心，組織環境科學、地學、氣象學、化學、衛生學、經濟學等多個學科295 家優勢科研單位，近3000 名不同專業領域的科研人員，以支撐科學管理和精準治理為導向，聚焦區域治理關鍵科技問題，開展“1＋X”跨學科跨領域“百團大戰”，打破了長期以來科研資源分散局面和數據信息壁壘。

隨著區域空間性、流域累積性的跨領域、復合型生態環境問題的不斷出現，導致了原有學科方向對應的研究內容、方法和范疇等方面逐漸發生改變，形成生態環境科學研究的多層次、多尺度、動態化的基本特征，有力地驅動了生態環境科研范式的變革?？傮w來看，我國生態環境科研范式，正在從適合研究單一變化的線性范式向研究復雜系統的系統范式轉變，越來越多地呈現整體性、融合性和數智化趨勢。

(1)在整體性方面，通過綜合運用系統工程、協同學等理論方法，統籌考慮環境要素的復雜性、生態系統的完整性、自然地理單元的連續性、經濟社會發展的可持續性，推動整體性解決生態環境問題；

(2)在融合性方面，打破“壇壇罐罐”，順應新時期多科學交叉、多成果集成、多部門協作等融合創新趨勢，實現解決環境復雜巨系統問題的顛覆性、突破性效果；

(3)在數智化方面，借助人工智能等數字技術，提高科研活動中共性工具的效率和精度，將現代數字技術與生態治理有效結合，賦能綠色低碳高質量發展。

二、新時代新征程呼喚生態環境科研范式變革

新時代新征程生態環境科技肩負兩大重要使命，一個是全面支撐深入打好污染防治攻堅戰、全面推進美麗中國建設，另一個是支撐推動綠色低碳高質量發展。這既是使命，也是生態環境科技面臨的巨大挑戰，迫切需要扭轉過去科研團隊“各自為戰”、科研與應用“兩張皮”、科技創新落后于治理需求的局面，加快推動生態環境科研范式變革，從整體性、融合性、數智化多維度拓展科研合作邊界，點燃科技創新“引擎”，保駕護航高水平保護、高質量發展。

(一)解決區域累積性生態環境問題的硬性需要

隨著生態環境保護工作的深入推進，我國生態環境質量得到明顯改善，但生態環境狀況依然沒有得到根本扭轉，還面臨諸多難啃的“硬骨頭”。城市空氣質量總體仍未擺脫“氣象影響型”的問題依然嚴峻；水環境、水生態、水資源三水統籌尚處于起步階段；農業農村面源污染尚未得到有效治理。這些生態環境問題都具有明顯的外溢性，往往呈現區域性、累積性和復合型的污染特點，其治理是一項龐大的系統工程。如改善大氣環境質量，我們既要大幅降低PM2.5濃度(目前我國平均水平總體上是歐美的3 倍左右)，又要解決京津冀、長三角等地區夏季臭氧污染高發的問題，同時還面臨約1/3 的城市空氣質量不達標的壓力?？萍荚谥螐碗s環境問題治理的邊際效益越來越小，難以適應新形勢下解決區域累積性生態環境問題的硬性需求，迫切要求變革生態環境科研范式，轉變過去“小而散”的科研模式，整合多學科力量，從環境問題的整體性、系統性出發，集中攻克區域環境治理中的關鍵問題，以科技創新支撐引領生態環境保護新進步。

(二)推動綠色低碳高質量發展的攻堅需要

黨的二十大報告指出，我國十四億多人口整體邁進現代化社會，規模超過現有發達國家人口的總和，艱巨性和復雜性前所未有。建設人與自然和諧共生的現代化是實現中國式現代化的本質要求，在這個進程中我們面臨著統籌調整產業結構、治理污染、保護生態、應對氣候變化等新任務新要求。我國仍是發展中國家，尚處于工業化、城鎮化進程中，以重化工為主的產業結構、以煤炭為主的能源結構沒有根本改變。其中，能耗強度是世界平均水平的1.5 倍，特別是“胡煥庸線”以東的43%國土上，單位國土面積消耗的煤炭是全球平均水平的十幾倍，并且我國從碳達峰到碳中和只有30 年時間。因此，根本改善生態環境、實現碳達峰碳中和，建成美麗中國的任務極其繁重。破解這一重大難題根本出路在科技創新，關鍵要變革過去生態環境科研“就環境論環境”的舊范式，強化“環境－經濟－社會－能源”復雜巨系統觀念，把生態環境保護放在經濟社會發展的大局中加以研究，以科技創新一體推進降碳、減污、擴綠、增長。

(三)順應綠色智慧的數字生態文明建設的現實需要

當今時代，數字技術、數字經濟是世界科技革命和產業變革的先機，是新一輪國際競爭的重點領域，推動數字生態文明建設是加快建設數字中國的迫切需求。在生態環境領域，大數據、云計算、人工智能等數字技術的引入給我們裝上了“千里眼”“順風耳”“智慧腦”，極大地提升精準發現問題、主動預警風險、科學決策施策的能力和水平。在貴州，借助“互聯網＋遙感”技術，實時監測全省礦山地質環境治理情況；在福建，依托生態環境大數據云平臺，實時監測海漂垃圾，精準研判空氣質量。然而，當前生態環境領域數字技術的應用仍處于初級階段，多源異構的“數據孤島”問題仍然存在，環境、能源、氣象、水利、自然資源等領域沉淀了海量的基礎數據，數出多門、對流困難，阻礙了數據采集、適配、整合、管理、重構、挖掘與共享，亟待打破“數據煙囪”“信息孤島”，以數字化智慧平臺為載體推動生態環境科研范式向數智化變革，促進人人之間、人機之間的大融合、大協同，以科技創新激發和釋放數字技術在人與自然和諧共生現代化建設中的巨大潛能。

三、以科研范式變革助力人與自然和諧共生的現代化建設

當前，部分地區多項環境質量指標時有反復，環境質量改善“由量變到質變”的拐點還未出現，傳統污染還沒根本解決的情況下，新污染物治理也迫在眉睫。面對生態環境復雜巨系統，面向美麗中國建設和“雙碳”目標，以更高站位、更寬視野、更大力度來謀劃和推進新征程生態環境保護工作，要求我們變革原有生態環境科研范式，著力推進國家實驗室、基礎研究、組織模式、保障機制等改革任務，解決生態環境領域科技“誰來干、干什么、怎么干、持續干”等問題。要增強科技創新生態系統的魯棒性、包容性、可持續性，加強生態環境領域科技能力建設，加速產出解決問題的科技創新成果，為人與自然和諧共生的現代化建設作出基礎性、原創性、引領性的科學貢獻。

(一)創建生態環境國家實驗室，體現國家意志、國家戰略

國家實驗室是體現國家意志、實現國家使命、代表國家水平的新型科研機構，是國家核心戰略科技力量。20 世紀上半期至今，西方發達國家競相創新“國家隊”，僅美國就建成100 余個國家實驗室，為其科技創新提供了強大動力。因此，組建生態環境領域國家實驗室是以科研范式轉變提升基礎研究和應用研究能力、突破“卡脖子”技術的核心舉措。要以國家實驗室建設為抓手，凸顯國家意志，解決國家重大需求，加大大科學裝置、工程研究中心、技術創新中心、野外科學觀測臺站等國家級、省部級科研平臺建設整合力度，與區域性、專業性國家重點實驗室在研發上形成協同合力，打造利于開展有組織科研的立體化平臺矩陣。同時，要順應數字生態文明建設需求，統籌環境、能源、氣象、水文、地理、經濟、社會等多方數據，搭建生態環境科學數據中心，實現生態環境數據互聯互通、資源共享，更好發揮數據作為新型生產要素的基礎性、戰略性作用，為推進國家治理體系和治理能力現代化提供有力支撐。

(二)聚焦基礎研究，促進重點領域學科交叉融合

新世紀以來，相較西方發達國家，因所處發展階段、產業結構、能源結構等不同，我國更加關注常規污染物治理。隨著我國經濟社會邁入高質量發展階段，生態環境治理進入“深水區”。要適應科研范式變革的整體性、融合性特征，打破原有大氣、水、土壤、固廢、生態等“單要素”“單介質”科研邊界，推進跨學科、跨領域、跨介質交叉融合科研，開展應對氣候變化、新污染物治理、環境與健康、環境基準標準等生態環境重點領域的基礎研究。深入探究碳、氮等元素在地球生物圈、水圈、大氣圈、巖石圈中的循環周轉過程及其對全球氣候變化的影響，研究“氣候－生態環境－政策－社會經濟”動力學模式，研發具有前沿顛覆性的低碳、零碳、負碳技術；聚焦新污染物生態和健康風險全生命周期阻控的關鍵科學問題，厘清基于構效關系與毒性基團的高風險化學品關鍵致毒機理，突破新污染物生態和健康風險評價、深度處理等關鍵技術；建立健全大氣、水、土壤等環境介質的基準標準，為科學治污、精準治污奠定堅實基礎。

(三)健全科技攻關組織模式，探索完善生態環境領域科技攻關的新型舉國體制機制

一段時間以來，因權責主體缺乏配合、法律法規重疊沖突、措施手段“信息孤島”等客觀現象存在，生態環境保護科技呈現“片段化”的特征，不少地方陷入“頭痛醫頭、腳痛醫腳”的困境，常常導致“治理反復、反復治理”?？茖W技術是打破這一困境的利器，要深入推進“1＋X”組織模式，構建“政府主導－科技驅動－多元協同”的多層級組織體系。其中，在國家決策層，推動跨部門聯動，形成高位推動、統籌部署、協同推進的工作機制。在中間科技層，健全“國家隊抓總、多學科交叉、多部門融合”的科技攻關模式，提升污染防治關鍵核心技術供給能力。在地方治理層，健全 “邊研究、邊產出、邊應用、邊反饋、邊完善”的工作機制，開展“一市一策”駐點跟蹤研究和技術指導，提出針對性、科學性、操作性強的生態環境綜合解決方案。由此，可打破組織、學科、地域、技術、信息“五大壁壘”，將科技創新體系緊密嵌入管理和治理，打造科研創新接力的“第三棒”，實現“基礎科研－專項技術－集成應用(技術集成、區域實踐)－決策支撐”的接力閉環，推動區域污染治理范式從“片段化、切塊式”向“協同式、整體性”的轉變。

(四)強化保障機制，激發科技創新內生動力

科研人才梯隊建設不足、研究經費來源單一且不持續、考核評價制度不完善等問題是制約科技創新活力的重要因素。要統籌各領域資源，匯聚各方力量，打好人才、資金、考評的“組合拳”。加強人才隊伍建設，培養多學科多領域復合型科技人才、生態環境科技領域青年科技人才、科技領軍人才及戰略科學家，積極引進、整合國內外高端人才，加快培育國家戰略科技力量。加大對國家戰略科技力量開展基礎研究的穩定性投入，建立讓科研人員能圍繞一個方向“甘坐十年冷板凳”的科技經費支撐機制，探索“科技＋產業”的多元資金保障機制，建立服務科技創新的組織、管理、產品等金融體系，引導產業資本、政府性基金等積極參與重大生態環境科技創新全過程中，推動科技成果價值發現、價值共創、價值實現。構建從基礎研究到成果轉化全鏈條的多元激勵與考核評價機制，充分考慮基礎研究、應用研究和技術服務的差異性，建立分類、分級、量化的績效考核機制，推動科技創新從重成果數量、重研究過程向重解決問題、重實際應用轉變；建立“能上能下、有進有出”的人才選拔和調整機制，注重用考核“量出真人才”，培育“人人都是奮斗者”的競爭環境；健全容錯機制，鼓勵自由探索、大膽假設、認真求證，為科研人員營造潛心研究的良好氛圍。