“物质循环科学与技术”专辑序言

物质循环是指在自然力和人类活动共同驱动下的地球表层物质发生的时空迁移和形态重构过程.工业革命以来,人类快速推进的工业化和城市化不但消耗了大量的自然资源,而且向环境中排放了大量的污染物,进而引发了区域性资源短缺、环境污染和生态破坏,已经成为制约人类可持续发展的瓶颈.这种人类活动主导的“自然资源-环境污染物”线性物质流动模...     

复杂物质循环过程模拟方法与平台实现——以畜禽养殖系统磷循环为例

物质循环是人类获取资源的重要方式,尤其是对于磷这种地球生物生存不可或缺、不可替代的资源,理解其循环过程对资源可持续利用乃至人类永续发展具有重要意义.目前关于物质循环的研究多采用物质流分析方法,该方法是一种以物质流动过程质量守恒为基础、以系统分析为手段的定量核算方法,需要将系统物质流动路径与核算模型融为一体.为了解决传统...     

稳定同位素技术 助力生态环境研究和保护--记中国科学院沈阳应用生态研究所研究员方运霆

氮循环是地球物质循环的重要组成部分。全球每年通过人类活动新增的“活性”氮导致全球氮循环严重失衡,并引起陆地和水体生态系统的富营养化、酸化和温室气体排放等一系列生态和环境问题。20世纪70年代国际科学联合会环境问题科学委员会将全球氮超载作为一个潜在的环境问题和化学“定时炸弹”提出后,人类开始对地球各类生态系统中的氮循环进行广泛而深入的研究。     

地质环境变化与地质灾害减轻战略的有效结合

我国既是资源大国,也是地质灾害频发的国家。地质灾害起源于地质环境变化,而地质环境变化受地外天体引力、地球内动力、地球表层外动力和人类社会活动的影响。随着人类文明的不断扩张,地质环境也不断地被人们所改变,人类与地质环境相互作用程度的加重导致了地质灾害的频繁发生,因此,必须寻找科学有效的手段来减轻地质灾害的影响。     

序

正海岸带是地球表层系统陆海相互作用最强烈、人类活动压力最大、气候变化最敏感的动态而复杂的人文-自然系统。自然和人为双重压力持续改变着海岸带的地形地貌、人口资源、生态环境和文化遗址,甚至引发各种灾害。与此同时,人们在利用海岸带资源过程中,尚未建立在科学认识海岸带规律的基础上,因而难以陆海统筹并协调平衡     

资源的循环特征与循环经济政策

世界经济的持续增长带来的"资源危机"或"资源安全"问题,促使人们寻求资源集约型经济和循环经济的新理念.本文旨从对资源循环特征的分析出发,探讨了资源循环利用与资源产品链之间的相互关系,提出了资源流动、资源循环利用与循环经济理论的科学内涵,指出了发达国家政府实现循环经济的宏观调控政策和手段.作者认为资源之所以能够循环利用是由资源产品链特性所决定的,资源的循环利用具体表现为循环经济活动过程,并通过闭环的资源流动来实现,任何资源都不会成为废物无限期地积累在环境中,而总是处于特定的和永久的循环中,它们的存在形式却在不断地发生变化.资源循环利用是实现循环经济的最重要的手段之一,可以通过"3R"提高资源的利用效率.循环经济理念是基于资源开发技术的创新,是资源利用方式的一种变革.资源循环利用在循环经济活动中具体体现为产业、区域和社会三个重要层面.作者还建议制定和完善有利于资源循环利用的法律体系,优惠的资源再生和回收利用经济政策,充分发挥社会中介组织在资源循环利用方面的积极作用,鼓励社会公众广泛参与并以实际行动加入到资源循环利用活动中来.     

人类圈铜循环格局演变及趋势

铜是支撑人类经济和社会发展的重要金属之一,人类活动主导了地球上的铜资源循环过程.本文基于文献成果,运用元素流分析方法,从总体循环格局、关键铜流演变过程、社会存量时空变化和铜循环的未来可持续性4个方面,系统分析了1910-2018年人类圈铜循环格局的动态演变及未来趋势.结果 表明:①在过去的一个世纪中,人类圈铜循环强度显...     

产业发展的可持续性趋势--产业生态化

传统的经济增长模式是把资源持续不断地变成废弃物,忽视了经济结构内部各产业之间的有机联系和共生关系,忽视了社会经济系统和自然生态系统间的物质、能源和信息的传递、迁移、循环等规律,致使资源枯竭和生态恶化。目前,人类的工业化进程已经使生态环境和自然资源等人类生存所需要的基本资源严重短缺,以致许多国家还没有实现工业化,环境和资源的短缺就已经严重地制约了其经济的进一步发展。环境所     

″循环经济″是个大战略

循环经济是一种新的经济形态,其本质上是一种生态经济,它要求遵循生态学规律,合理利用自然资源和环境容量,在物质不断循环利用的基础上发展经济,使经济系统和谐地纳入到自然生态系统的物质循环过程中,实现经济活动的生态化。发展“循环经济”是实现可持续发展的战略选择。传统经济在为人类创造大量财富的同时,也在破坏地球的生态环境。传统的发展模式已到了难以为继的地步,迫使人类对自己与自然的关系进行深刻的反思,形成了可持续发展这一全新的发展观,1972年斯德哥尔摩人类环境会议和1992年联合国环发大会是这一新发展观形成的两个重要里程…     

我国草地生态环境现状及治理对策

我国拥有草地4亿hm2,占世界草地面积的12.5%,占国土面积的41.7%,是我国农田面积的3倍多.草地是我国农业自然资源中面积最大、最为重要的国土资源,不仅是人类进行草地畜牧业生产的基本生产资料和农牧民的主要劳动对象,也是陆地生态系统中物质循环和能量流动的重要枢纽之一.草地资源是一种可以更新的自然资源,在为人类持续不断地生产所需食物的同时,还能调节和改善人类生存的环境.     

冰冻圈化学：解密气候环境和人类活动的指纹

冰冻圈化学是一门新兴学科,是冰冻圈科学的重要分支。自工业革命以来,人类活动排放的污染物深刻影响了冰冻圈的化学成分,而全球变暖导致的冰冻圈快速退缩,也影响到冰冻圈乃至全球的生物地球化学循环,并产生了显著的气候和环境效应。文章介绍了冰冻圈化学在冰冻圈科学体系中的定位,构建了冰冻圈化学的学科框架;通过举例阐明冰冻圈化学与气候和环境变化及人类活动的联系,特别是冰冻圈化学在全球变化研究中的作用;对当今冰冻圈化学相关研究热点进行了回顾和展望。冰冻圈化学研究的不断深入,将为应对人类所面临的气候和环境问题提供重要科技支撑。     

世界非燃料矿产资源的开发与环境保护

本文回顾了世界非燃料矿产资源开发的历史,阐述了矿产资源的开发与环境保护的关系。虽然非燃料矿产有巨大的消耗,但是世界储藏量所而有所增加。一方面是由于新矿脉的勘探、采矿和金属回收技术的提高、替代产品的不断涌现;更重要的是环境保护的需要和土地利用政策的改变限制了一些矿场的开采。在不同发达适度的国家情况有所不同,特别是不发达国家的经济发展与环境保护的矛盾仍很突出。     

中国海岸带可持续发展中的生态环境问题与海岸科学发展

海岸带既是陆地向海洋延伸的陆海相互作用最强烈的地带,又是复杂、动态的地球表层自然系统,也是高强度人类活动和全球气候变化双重影响下的空间单元。文章分析了影响我国海岸带可持续发展的十大生态环境问题,并以国际海岸带陆海相互作用计划(LOICZ)及国际未来地球海岸计划(FEC)为背景综述了国际海岸带科学研究进展与趋势,同时简述了国内海岸带研究进展与差距,进而联系海岸带变化问题,探讨了我国海岸科学与沿海可持续发展的研究思路、目标和内容,强调了全球变化影响和人类活动压力下海岸带陆海相互作用与可持续发展的研究已超越传统地理学和海洋学的范畴,基于海岸带自然与人文因素探讨性地提出了划分海岸带为"特征性核心带(最强作用带)—相邻带(较强作用带)—外围带(弱作用带)"的"三带"概念,指出海岸科学是一门研究海岸带自然属性及功能、陆海相互作用和可持续发展的综合交叉性科学,是认识海岸带规律、支持可持续发展的不可替代的特色学科。     

以人与自然为本构建可持续发展城市循环经济体系

基于对垃圾进行优化处理是推进城市可持续发展的重要内容之一,从理论和实际上阐明以人与自然为本,把垃圾处理纳入城市循环经济体系的深远意义,提出了实现城市垃圾资源化的途径和措施,并对垃圾处理的质量评价方法进行了探索。     

城市固体废弃物的水文地质安全处置研究

当今城市固体废弃物高量排放给环境带来的污染,文章重点论述了严重的污染源参与自然界的大气水循环活动,直接污染浅层地下水,从而影响人类生存的水文地质环境。为了解决目前城市固体废弃物的处置方法给水文地质环境带来的不利影响,提出了具体的以资源化为目的的城市废弃物的水文地质环境安全处置方法。     

跨维度资源循环制度设计理论及实证模拟

资源循环过程蕴含了原生与再生原料的耦合配置、正向与逆向供应链中利益相关者的责任协调、区域间隐含环境责任的跨境转移三个维度相互联系的子系统。在各维度管理的交叉处易于出现责任重叠或责任真空现象,亟需对资源循环制度体系进行统筹设计。本文从理论角度分析了各维度存在的独特资源环境外部性差异,探索了跨维度政策效果间存在强烈相关性的原因。以中国电子废弃物中的铜资源为例,构建了资源循环的减量效果核算模型,通过设置原再生资源税及环境税改革、生产者责任延伸制度应用、清洁发展机制推广、洋垃圾严格入境约束四种跨维度制度情景,模拟了资源循环过程对资源减量和废水及CO₂减排的影响效果,并集成优势策略,构建了跨维度政策组合情景。结果表明：各维度间政策工具的联合应用均能实现激励相容,且跨维度政策组合情景达到更优效果。相较基准情景,在2010—2030年间,该组合情景将增加91.06%的铜资源减量化效果,提升近8倍的废水及CO₂减排量。本文进一步分析了各维度政策工具的拓展方向,在原料维度可促进强制手段、市场手段与认证手段的联合应用以提高再生原料使用比例,在链条维度可充分挖掘废弃产品中蕴含的资源价值、残余功能价值与潜在信息价值以构建循环型商业模式,在区域维度可利用制造业大国的比较优势以提升中国在资源循环领域的话语权。     

校园电子废弃品回收计划

我们的创新活动主要以大学校园为主,可以极大地利用在校大学生的积极性,其项目遵旨是循环利用一体化,服务至上优先化。我们将废旧电子产品回收、分类,而后经过科技加工使成为功能最先进,配置最齐全的满足顾客要求的创新电器新产品,再在市场分析的前提下通过销售队伍把新产品送进千家万户,这不仅是顾客的要求,也是我们项目的创新宗旨。然而不可避免的是,在生产等过程中定会产生污染物,这时就需要处污部进行合理处理,把生产发展与环境保护合理地联系起来,符合可持续发展要求,它提高了资源的利用率,又节约了大量的资源,还可以推动经济的发展。最终,我们将建立收购—再生产—出售的商业模式。     

中国铅资源流动及其循环效率

中国是全球最大的精铅生产国和消费国,铅资源对外依存度一直保持在20%左右,而铅在全生命周期的损失带来的环境影响严重地危害了人类生命健康。本文定量分析了中国铅元素的流量、社会存量、理论报废量、回收量和循环效率等指标,得到中国铅资源在其全生命周期各个阶段的投入产出量、损失量和循环效率等情况,从而为中国铅资源高效循环利用和减少环境影响提供政策建议。结果表明：①1949—2017年中国铅的社会存量已达2553.2万t,其中82%的社会存量集中在2000—2017年期间;②1949—2017年,铅制品理论报废量已达3822万t,而实际再生铅的产量仅为1977万t,理论循环效率为52%,远低于欧美的98%;③2017年中国铅在生产、制造、消费和回收等4个阶段损失量的占比分别为6%、7%、14%和73%,表明政府在铅生产、制造和消费领域的一系列强制性管理政策效果明显,铅废物回收是铅损失控制的关键点;④未来中国铅的消费仍保持较高水平,铅制品的报废量将持续增加。因此,全面控制铅在各阶段的损失仍需政府进一步强化生产、制造和消费阶段的管理政策执行力度,特别是有针对性地出台系列强制性废料管理和报废回收的政策,大幅提高铅在全生命周期的利用效率和循环效率,有效解决中国铅资源短缺和环境危害严重等问题。     

基于物质流分析的中国塑料资源代谢研究

随着塑料生产和消费的快速增长,塑料资源浪费和环境污染也日益严重,对塑料资源代谢过程的研究对节约资源和保护环境十分重要。本文基于物质流分析方法,构建了塑料物质流分析动态模型,研究了1949—2018年中国的塑料从生产、使用到最终废弃的生命周期代谢过程。结果显示：①1949—2018年,塑料累计消费2205.6 Mt,共产生废塑料1404.8 Mt,其中30.0%被回收再利用,14.0%被焚烧,36.0%进入填埋场,20.0%未经处理直接进入环境;②塑料的使用存量为630.0 Mt,损失存量为870.2 Mt,其中66.7%堆积在填埋场中,33.3%被随意丢弃在环境里;③2018年,消费量为193.1 Mt,塑料消费产生了废塑料140.5 Mt,废塑料后续处理中,回收占32.0%,焚烧占26.0%,填埋占35.4%,废弃占6.6%。研究表明：中国塑料的代谢规模庞大,一次性塑料产品对塑料代谢影响非常大;废塑料是资源损失的关键节点,应加强对其的回收利用;对于已经进入环境中废塑料的污染管控非常重。因此,今后的研究重点应在于环境中废塑料的风险和污染机理以及提高废塑料的回收利用效率,以减少塑料资源损失,降低环境污染。