環境科學研究：解決現實問題并肩負社會責任

——訪北京大學環境科學與工程學院院長朱彤教授

　　環境和健康，是當前從國家到每個人都關注的問題。環境科學家究竟在研究什么？他們的研究又如何在國家政策及人民生活中施加影響和發揮作用？北京大學120周年校慶之際，分析測試百科網采訪到北京大學環境科學與工程學院院長朱彤教授。作為研究大氣污染問題的專家，他長期為政府提供重大國際活動（包括 2008 年北京奧運會）中控制空氣污染問題的建議；他曾是國際全球大氣化學（IGAC）科學指導委員會的共同主席，現兼任國家自然科學基金委員會重大研究計劃“中國大氣復合污染的成因與應對機制的基礎研究”的指導專家組組長。他的主要研究方向為超大城市空氣污染、大氣化學反應動力學、環境與健康、青藏高原-極地-海洋大氣化學。

北京大學環境科學與工程學院院長 朱彤教授

環境科學研究和國家政策的關系

　　朱彤教授首先用最淺顯的表述說明了自己的研究方向：“我主要研究大氣污染形成的原因，最近主要研究大氣污染如何對人體健康產生影響。”

　　環境科學研究如何對國家政策產生影響？朱彤以“大氣細顆粒物（PM_2.5）對人體健康的影響”舉例說明。PM_2.5對人體健康的影響十幾年前在國外已有較充足的研究證據，而當時中國在此方面的研究還非常欠缺，人們對環境影響健康的問題甚至還很敏感。他表示，作為環境科學研究者，雖然已確認環境污染對人體健康有影響，但需要開展更多基礎理論研究來證明其影響。朱彤課題組從18年前就開始了大氣污染對人體健康影響的研究，不僅僅從流行病學，而且把流行病學和毒理學結合起來，研究大氣細顆粒物如何對人體健康產生影響。大概到7、8年前，當整個社會開始關注PM_2.5的影響時，課題組已積累了很多基礎理論和證據性的研究成果，可為將PM_2.5納入到國家的空氣質量監控管理法規中提供相關科學依據。

　　朱彤課題組目前正在做一些更加前瞻性的研究：PM_2.5是細顆粒物，但在空氣里還有比PM_2.5更細小的顆粒物，它們是不是對人體健康危害更大？課題組不僅提出了該種可能性，目前正在積累證據，如果未來證據足夠多，亦有可能對我國乃至其他國家環境保護法規的制定起到一定指導作用。

環境科學研究的特點

　　科學研究的領域很多，那么環境科學究竟在研究什么？和其它學科相比有什么特點？朱彤教授也為我們科普了這方面的知識。

　　更深入的研究，提出更有效的方法

　　仍以PM_2.5細顆粒物的研究為例：目前政府用PM_2.5質量濃度的日均值和年均值，作為各個省市、地方環境質量評估的依據進行管理。作為環境科學研究者，首先，我們在研究PM_2.5顆粒物的同時還關注更細小的顆粒物，比政府測量管控觀測得更細微、更深入。其次，我們不僅監測PM_2.5的質量濃度，還分析PM_2.5的化學成分，因為不同的化學成分對人體健康的影響不一樣。當在未來積累了上述兩項深入研究的足夠證據時，亦將對政府的管理和治理措施提供幫助。

　　因此環境科學研究的第一個特征是：尋找新的指標的證據或是新的可能目標，在研究積累到一定程度時，為政府的管理和治理措施提供科學依據。

　　環境科學研究的第二個特征是：不僅研究環境質量監控指標，還希望能幫助制定更有效的管理和治理措施。

　　當前政府對PM_2.5實行比較宏觀粗放型的管理，比如當認識到燃煤是產生大氣顆粒物的主要來源時，首先考慮的是把煤的總量削減下來。而主要使用煤的單位是電廠，因此削減燃煤在發電中的用量就成為政府的努力目標，但很多措施，如推行煤改氣也對天然氣的使用帶來很大壓力。針對此兩難問題，朱彤課題組研究發現：居民用煤總量雖然比電廠少很多（大概總占比為10%），但因為燃燒方式的差異及沒有污染物控制措施，居民用煤的排放在一些地區可能遠遠超過電廠。據測算，在冬季采暖季節，北京居民如不使用燃煤等固體燃料，北京大氣重污染期間PM_2.5將下降20%；如果北京、天津、河北居民同時都不使用燃煤等固體燃料，北京大氣重污染期間PM_2.5將下降40%。（2016年6月27日《美國國家科學院院刊》PNAS：Air pollutant emissions from Chinese households: A major and underappreciated ambient pollution source）。因此，與其花大力氣控制降低電廠的用煤，在現階段不如首先降低居民燃煤的污染排放；這樣做使管理更有效、成本更低、也更易實現能源的替代。朱彤課題組的研究成果對去年政府在居民燃煤燃燒使用過程中的控制辦法出臺起到了一定的建議作用。

　　環境科學研究的目標和特點

　　環境科學研究大致分三個方面：（1）環境污染為什么會產生？（2）環境污染由什么工程技術來解決？通常是什么技術？（3）如何讓整個污染行業企業采納環境污染控制技術？第（3）方面涉及環境管理，政府通過政策法規等限制污染的排放，必然會要求這些企業對污染進行控制。上述三點簡單來說即：研究污染的產生原因，治理技術，并配套一系列政府社會管理的法律法規。

　　北京大學環境科學與工程學院學科的設置也體現了上述三個方面：環境科學系研究為什么會產生環境污染；環境工程系研究污染的治理技術；環境管理系研究環境方面的法律法規。“我們目前還在開展最新的一個方向，即環境健康研究，研究環境污染對人體健康產生多少危害，并尋找可能的干預措施。對個人而言，戴口罩、室內安裝空氣凈化器、室外污染時更多地呆在室內，都是有效的干預措施；對社會而言更大的方面是有效控制和降低污染。”

　　傳統的環境科學研究是“對癥下藥”：環境被破壞了，研究者們尋找產生問題的原因和污染控制技術。在當前大環境下的控制技術和措施包括：盡量合理利用資源和減少廢物排放，把城市規劃得更有效，減少交通引起的污染排放，提倡公交系統，鼓勵大家步行、騎行。研究進展到下一步是“防患未然”：避免污染的產生。

　　談到和其它學科最大的不同，朱彤表示：首先，環境科學研究是針對現實問題來尋求解決辦法。很多學科發展的動力來自于學者的好奇心，它同現實社會的應用不會馬上掛鉤；但環境問題同現實的每個問題都能掛上鉤。其次，它是一個交叉學科，針對產生的問題，不是頭痛醫頭腳痛醫腳，而是開展方方面面的研究，力爭從根本上解決問題。比如對于居民煤改氣，問題并不是改成天然氣那么簡單，需考慮：天然氣從哪兒來？天然氣貴不貴？夠不夠用？市場供給量，能源的需求，政府的補貼，以及改用天然氣對居民生活習慣的影響等各種問題。而天然氣管路的鋪設、能耗，煤改氣牽涉的各個問題更需要逐個協調解決。所以環境科學是針對解決現實問題的研究，并和多學科交叉。

　　有人說環境科學研究有時和當前的經濟發展唱反調，朱彤表示：這種說法并不科學。經濟發展尤其是粗放型的發展會帶來污染，解決污染問題可對經濟行為進行約束，這些針對粗放型、高污染排放型經濟的約束條件可令產業技術換代升級，降低能耗提高效率。所以長遠來看，環境研究對降低污染、促進產業和質量升級是非常好的驅動因素。

　　環境科學研究者的素質

　　作為一個環境科學研究者應具有何種素質？朱彤認為：首先，要關注社會并具有很強的社會責任感，通過自己的研究解決社會的環境問題，而不是閉門造車。其次，在尋找解決辦法的時候，需有交叉研究的能力，以及同他人的合作能力。

多方面達成共識，實事求是

　　正因為環境研究影響國家政策，環境科學家給出的一些“藥方”可能是有爭議或偏頗的；科學家之間的觀點可能亦有不同。比如：新能源汽車到底是對環境友好還是加大了二氧化碳的排放，“濕法脫硫”是否加劇了霧霾。針對這些問題，筆者請教了朱彤教授。他談到幾點，可能對我們大家很有幫助。

　　首先，剛才談到希望環境科學家能有社會責任感和多學科的交叉能力正是為了避免上述可能的偏頗。解決環境問題不是“一招鮮”，很多問題需要社會科學、自然科學、管理科學的聯合才能夠給出一個解決方案。對同樣一個問題產生的原因，在基礎研究中也常有很多不同觀點。科學家觀點不同可以有爭論，爭論后可在一些共同的方面達成共識；在達成共識的基礎上再采取行動，就不會產生太大的問題。如果有的問題不能達成共識，則需要小心判斷是否有必要在現階段在全社會去推廣和應用。科學家作為一個學術團體，需在達成共識的方面大力推動；在爭議時根據爭議程度來小心判斷。

　　其次，社會需要好的機制，使科學家能夠討論。當前中國學術討論氣氛越來越好，允許討論很多有爭議的不同觀點。而比較令人擔心的是，部分媒體炒作少數科學家的個人觀點而可能對決策者產生誤導，而決策者本身沒有這個意識，最后可能會帶來錯誤的后果。“我希望有相應的社會機制來避免上述情況，比如針對一個問題發起20-30位更多科學家的討論，最后得出一些共識。如果某位科學家的觀點在某些特定條件下成立而不是普適性的，社會在推廣時就要講清楚這些特定條件。”

　　新能源汽車到底是對環境友好還是加大了二氧化碳的排放？對這個問題可以用生命周期循環分析LCA來分析，可能會得出電動汽車會加大二氧化碳排放的結論，那我們是否就不要推行電動汽車了？實際上，在城市里電動汽車對空氣污染改善的空間最大。這時我們就需要權衡：當前是要保護空氣質量還是保護氣候變化。很顯然，對生活在城市中的人來說，保障身體健康、降低空氣污染是主要的。這就涉及決策層的考慮，要想清楚衡量的指標標準是什么，到底要保護什么。在發展中國家，大家更加關注空氣污染對人體健康的影響，所以我國電動汽車發展得更快；而在發達國家，他們更多可能考慮二氧化碳排放增加對氣候變化的影響。進一步考慮二氧化碳排放增加的原因，可能是生產和使用電動車所需要的能源主要來自燃煤發電廠，而如果改用太陽能、潮汐能等清潔能源，就能取得降低空氣污染和減緩氣候變化的雙贏效果。所以，大家要針對當前面臨的主要問題來討論，而不是堅持一方觀點來證明。

　　控制PM_2.5排放時據說有些“濕法脫硫”工藝還加劇了空氣污染，這個簡單的結論缺乏依據。很多時候，提出的人說“含有”這種物質，但并沒有“量”的概念。煙囪排放含有一定濃度的顆粒物，可以把煙囪排放顆粒物的量和實際大氣中PM_2.5的量相比，比如與方圓幾百平方千米、邊界層為1千米的空間里的PM_2.5的量相比，就可以知道“濕法脫硫”工藝在多大程度上加劇了空氣污染。這種“量”的概念非常重要。科學家們應該把具體的數據放在宏觀層面上討論，要實事求是來解決問題。

未來環境科學學術上有哪些值得探索的領域

　　“我覺得太多了，”朱彤表示。現在的環境問題還是緊迫的破壞性修復，未來環境科學研究將更關注：如何讓人們生活在最理想的環境中，不產生污染或者產生很少的污染，同時能提供很舒適的環境、足夠的資源，讓人們具有較高的生活質量水平。未來的環境科學將研究，通過人類技術的發展，首先是最高效使用資源、降低資源消耗；其次，未來社會中社會變化對環境將產生很大的變化，研究要探索運用大數據、人工智能、各種傳感器技術，幫助人們調控和環境之間的關系。通過大量使用的傳感器能知道已發生的事情，通過大型模型則可模擬這些環境在人們行為過程中產生的變化，從而尋找到最佳的解決辦法，能夠從虛擬空間感受到不同環境對人們產生的影響。

　　還有很多和生命科學相關的研究課題，比如朱彤課題組在環境對人體健康影響方面已開展了很多研究。許多疾病是遺傳和環境相互作用的結果，將環境暴露組學和其它組學（如代謝組學、蛋白質組學）結合起來研究，就有可能了解每一個人對環境影響的易感程度。比如暴露在同樣的空氣污染，每個人受到影響的程度可能會有很大的不同。未來可以用技術計算，同樣PM_2.5是100微克/立方米，這個人出去沒事兒，另外一個人的耐受只有50微克/立方米就得待在家里。

　　“有很多很多可以探索的空間，目前科學技術的發展很令人興奮。”朱彤說到此神采飛揚。

環境和我們每個人息息相關

　　環境和工業污染排放控制有關，和老百姓的衣食住行也有關，比如：汽車排放、冬季采暖、做飯油煙排放等。在這些領域，如果讓大家原來的生活“不舒服”了，可能會難以被公眾接受。針對這些和每個人息息相關的問題，我們也請教了朱彤教授。

　　汽車排放是很典型的例子，現在大家都能理解汽車依據尾號限行的制度。而以前推廣該方式時，我們需說明汽車排放是否對北京的大氣污染貢獻很大，目前已有很多研究證據表明：北京大氣污染中汽車排放影響占比20-30%，已是一個很重要的來源。更深入的研究表明：如果再考慮大氣中化學反應生成的二次污染，那占比就遠不止20-30%。所以如果民眾更多了解這些研究結果，可能會更愿意支持汽車尾氣排放的相關政策。

　　朱彤表示：要想被更多民眾接受并沒有什么高招；針對客觀存在的問題，用詳實的科學研究作為基礎，再有好的手段進行科普，就能被民眾接受。

　　比如冬季采暖，北方農村在家里面燒炕看似很舒服，實際上煙直接排放在村莊里導致烏煙瘴氣，村民就是最直接的污染受害者。同理在家里燒煤，煤爐的排放對室內空氣質量的影響也很大。所以農村冬季用燃煤等固體燃料采暖的最大受害者是農村居民；郊區農村煤改氣對北京城市空氣有改善，其實對當地村民的空氣質量改善最大，但如果不進行很好的科普，民眾就會不滿意。有些地方政府甚至采取比較極端的做法如禁止賣煤，在很冷的山窩里大家若買不到煤當然會抱怨，因為地方政府在發布禁令的同時沒有替代的辦法。還有推行煤改氣但爐子壞了供氣不足，民眾也會抱怨。科學研究和解決辦法本身沒有問題，但當政府執行政策時可能會出現一些問題，引起百姓的反彈和不滿意，這僅是針對具體做法的不滿。

　　筆者還追問一個問題：某汽車公司之前曾給出一個汽車排放的數值，很多數值遠遠低于標準限量，以此證明汽車排放對城市污染的影響很小。朱彤表示，這種證明很不科學。在汽車尾氣測量出的是一次顆粒物，即使通過催化劑降低了一次污染物的排放，尾氣中殘留的揮發性有機物VOCs、氮氧化物NO_X等在空氣中反應會生成硝酸鹽、有機物等二次顆粒物，對PM_2.5有非常大的貢獻。

如何面對網絡上環境問題的各種言論

　　現在網絡發達，一旦有不好的信息很容易在網絡上瘋傳，導致人心惶惶。那么我們應如何在復雜的環境論調中明辨是非？針對此問題，朱彤表示：

　　對于我們每個人來說，看到一件事情，大家不要盲目相信。我們常對父母一代說：那些養生之道都是騙人的；但我們自己接收到的一些信息不可避免也是類似的。有個成語叫做“兼聽則明”，看到某個觀點首先我們應該思考，是否有其他人的觀點是不一樣的。其次要建立個人的科學素養，這樣就會有一定的質疑和邏輯的判斷，遇到問題總能查詢一些別的聲音、別的信息來幫助自己判斷。所以我們要有科學素養、明辨是非，并有一定質疑的精神。如果我們的公眾有這樣的能力，那一些不好的虛假信息就不會有這么大的市場。

　　當然在現代社會中情況沒有那么理想，一方面，有人唯恐天下不亂制造很多謠言；另一方面，很多人心里覺得不知道該信誰，看到某個信息認為有總比沒有好，就選擇相信它；第三方面，我們政府的公信力和學者的公信力目前不是非常高。政府公信力需要政府去努力樹立，學者公信力不佳不只來源于學者也來源于社會。比如一旦有什么問題，媒體記者就總是采訪一個專家，而不管這個專家是不是該領域的。專家本身如果不負責任什么領域都冒充是專家，最終他就會變成一個磚頭。媒體在傳播中亦缺乏嚴謹、客觀的態度去報道事實，只要拿到某個專家的背書就去宣傳，帶來了很多很不好的影響，所以媒體在很多傳播過程中也參與破壞了一些專家和學者的公信力。

北大120周年時再談科學精神

　　北大的精神是崇尚創新、民主、思想自由、兼容并包，在北大120年校慶時怎么理解科學家精神？朱彤表示：科學家精神和北大精神是非常好的契合。首先科學家一定要勇于創新，挑戰別人已有的固定思維方式，不斷開拓新的領域。科學家也必須要民主、要兼容并包，必須能不分地位高低地聽取不同觀點不同意見，只要是合理的就可以接受，兼容吸納別人從不同角度提出的觀點，這樣的科學家精神才能更加全面。當然只有思想自由，才能體現出創新、民主和兼容并包。因此科學家精神和北大精神是完全契合的。

　　作為北大人，朱彤表示希望北大要繼續堅持一貫的傳統：第一要勇于探索，第二要具有很高的社會責任感。北大傳統落實到環境領域也有非常好的體現：環境科學研究者強調社會責任感來解決問題；并要勇于探索尋找新的解決思維。希望在北大未來的發展過程中，我們大家都能夠努力體現勇于探索的精神，并建立很強的社會責任感。

　　采訪人簡介

　　朱彤，北京大學環境科學與工程學院長江特聘教授、院長，曾獲國家杰出青年基金資助，曾兼任北京大學環境與健康研究中心主任（2007-2018）、普林斯頓大學Global Scholar（2012-2015）。

　　主要研究領域為超大城市空氣污染、大氣化學反應動力學、環境與健康、青藏高原-極地-海洋大氣化學。主持了二十余項國家、省部級和國際合作項目，包括國家自然基金委重大項目“大氣二次污染形成的化學過程及其健康影響”、國家自然基金委創新群體“區域與全球大氣化學過程及環境效應”。現任國家自然基金委重大研究計劃“中國大氣復合污染的成因與應對機制的基礎研究”專家組組長。在Science、PNAS、The Lancet、JAMA、Nano Letter、EHP、EST、GRL、JGR、ACP等刊物發表SCI論文250余篇。作為第一完成人獲國家環保部環境保護科學技術一等獎、高等學校科技進步一等獎、高等學校自然科學獎一等獎各一項。

　　曾任國際大氣化學與全球污染委員會（CACGP）委員(2002-2010)、JGR-Atmos.的Associate Editor、全球大氣化學國際計劃(IGAC)科學指導委員會共同主席，現任Monsoon Asia Integrated Research for Sustainability (MAIRS)科學指導委員會委員、 Environmental Health Perspective Associate Editor。

　　他的研究發現NO₂與礦物顆粒表面生成的硝酸鹽可極大地改變顆粒物的吸水性，影響顆粒物的健康、氣候效應；揭示了珠峰地區冰川風對大氣臭氧的貢獻，提出青藏高原是全球低層大氣強氧化區、冰川光化學是氮氧化物的重要來源；在太湖和珠峰地區大氣中首次觀測到持久性有機污染物，發現三氯殺螨醇為大氣滴滴涕的新源，為其控制使用提供了關鍵科學依據；由生物標志物證明大氣污染導致心血管疾病和氧化性損傷，發現黑碳是影響兒童急性呼吸道炎癥和系統性氧化損傷、老年心血管疾病的關鍵顆粒物組分、持久性有機物導致胎兒神經管畸形的證據。

　　發起和組織了華北區域大氣環境綜合觀測國際合作實驗CAREBEIJING，揭示了北京及華北空氣污染形成機制，成果在JGR-Atmos.和Atmos. Chem. Phys.上以專刊發表，進而帶領北大團隊提出《奧運會北京空氣質量保障方案北京周邊省區市措施》，得到國務院批準采納，在華北六省市實施，為保障北京奧運空氣質量做出了貢獻。作為負責人組織了一批國際學者編寫完成了世界氣象組織(WMO)/全球大氣化學國際計劃(IGAC)聯合報告“超大城市對空氣污染和氣候變化的影響”。