我國環境科學研究領域立項立項立項立項的統計分析

環境科學是一門以復雜環境系統為研究對象，以各種環境問題為研究內容，以多學科一體化為典型特征，以“人類環境”相互作用規律為核心任務，以“人類環境”的協調與可持續發展為最終目標的科學學科組。環境科學基礎研究一方面引領環境科學的發展方向,促進環境科學理論體系與方法論的豐富與完善;另一方面,其研究成果也將直接或間接地被應用于解決環境問題的各個領域,并在國家層面上為宏觀決策提供相關的理論依據。環境問題主要涉及環境污染、生態退化、環境災害、資源可持續性及全球環境變化等方面。根據過去30余年中國面臨的主要環境問題,以及NSFC資助的環境科學研究,本文界定了NSFC環境科學資助狀況分析所包含的申請代碼,并將這些申請代碼下的資助項目統稱為NSFC環境科學項目;根據資助項目信息特點,本文確定了包含國家自然科學基金項目依托單位、國家重點實驗室、以及NSFC的若干科學部在內的數據統計單元,對1986—2013期間NSFC在上述申請代碼下資助項目的題目、關鍵詞和內容摘要進行了重點剖析,闡述了NSFC環境科學資助狀況、項目選題特點及研究領域分布;本文建議NSFC加強對環境科學研究的規劃和引導,以利于中國環境科學健康發展,更好地發揮基礎研究在解決環境問題中的重要作用。1環境科學項目的確定鑒于NSFC尚無“環境科學”管理部門,本文綜合考慮國內外對環境科學及其研究對象闡述的多種觀點,界定了NSFC環境科學資助狀況分析的研究對象(表1),所涉及的5個科學部占NSFC科學部數量的62.5%,14個1級申請代碼占NSFC1級申請代碼數量的16.3%。本文所分析的NSFC環境科學項目,即為1986-2013期間這些1級申請代碼所涵蓋的與環境科學研究密切相關的部分或全部2級、3級申請代碼下的資助項目。由此可以看出NSFC的環境科學是一個復雜、綜合、且與母體學科聯系密切的學科群。1.1環境科學發展迅速1986-2013期間,NSFC資助各類項目總計310638項,資助經費總計1156.82億元。2013年資助項目總數比2001年和1986年分別增長了4.6倍和10.4倍,資助總經費比2001年和1986年分別增長了15.1倍和246.1倍。1986—2013期間,上述5個科學部共計資助各類項目174328項,共計資助經費656.96億元。其中資助環境科學17006項共71.23億元,占同期NSFC資助項目總數的5.5%、資助總經費的6.2%,占該5個科學部同期資助項目總數的9.8%、資助總經費的10.8%。無論是項目總數還是資助總經費,NSFC環境科學的增長速度均高于NSFC總體平均水平。NS-FC環境科學2013年資助項目數比2001年和1986年分別增長了7.6倍和346.3倍,資助總經費比2001年和1986年分別增長了17.1倍和5897.9倍。可見,隨著中國環境問題的日益凸顯,NSFC資助的環境科學項目所占比例越來越高(圖1)。從而可以推斷,隨著解決各類環境問題的國家需求持續增長,問題導向的環境科學基礎研究比重還會加大。1.2環境科學資助項目的科學部分布從1986—2013期間NSFC環境科學資助項目數量在5個科學部之間的分布看,地球科學部占45%,化學科學部占19.8%,工程與材料科學部占17.6%,生命科學部占13.8%,管理科學部占3.7%。從環境科學資助項目在上述5個科學部各類資助項目中所占比例看(圖2),占比最高的為地球科學部,近10年均在20%以上;其次是化學科學部,近10年均在10%以上。如果以每5年(2011—2013為3年)統計環境科學資助項目總數并計算其增長速度,總體而言,“十一五”期間(2006—2010)增速最快,上述5個科學部的增速均超過100%。其次是2001—2005時段,有3個科學部增速超過120%。近3年(2011—2013)以來的增速有所放緩,但管理科學部增速依然達到84%。1.3依托單位和高等院校,支持單位是nsfc環境科學資助項目的增長點1986—2013期間NSFC共資助中國從事環境科學研究的依托單位873個。按照單位性質,NSFC將科學基金項目依托單位區分為高等院校、科研機構和其他部門(表2)。資助經費總量排名前50位的依托單位占同期NSFC環境科學資助總經費的59.5%,占資助總項數的52.5%。其中排名前10位的依托單位優勢尤其明顯,占同期NSFC環境科學資助總經費的25.9%,占資助總項數的21.2%。自1986年以來,高等院校獲得NSFC環境科學項目數量和經費持續增長,1998年以來其獲得資助項目數量的增長速度已明顯高于科研機構。造成這種結果的原因一方面與科學界對環境研究的重視以及研究水平的提高有關;另一方面與一些理工科高等院校重視環境科學發展,引導一些傳統學科向環境科學轉向,設立面向不同環境問題的院系有直接關系。宏觀上擴大了NSFC申請中環境科學項目所占比例,從而提高了資助項目數量。2重要科學問題的分析體系為了便于比較分析,本文從環境問題和學科角度歸納建立了包含4個1級研究領域、14個2級研究領域(表3)和46個重要科學問題的分析體系;同時從污染物種類、環境要素特點及其組合結構出發,對73個研究對象進行了梳理,劃分了主要目標污染物類型和環境介質。2.1環境變化領域資助經費支出1986—2013期間NSFC環境科學4個1級研究領域中,資助最多的是環境污染及其控制領域,共8085項,占環境科學項目總數的47.3%、總經費的47.1%;其次生態系統服務與自然資源利用領域,共4274項,占環境科學項目總數的25.1%、總經費的22.2%;全球環境變化領域共資助3792項,占環境科學項目總數的22.3%、總經費的25.5%;資助最少的是環境災害及其防治領域,共890項,僅占環境科學項目總數的5.2%、總經費的5.1%。如果按照每5年(2011—2013為3年)分時段統計,雖然環境災害及其防治領域資助經費比例處于增加態勢,但增加最快的仍然是環境污染及其控制領域,從1986—1990年到2011—2013年,經費比例增加了12.1%;而全球環境變化領域和生態系統服務與自然資源利用領域資助經費的比例均處于下降趨勢,其中全球環境變化領域經費比例下降比較大。2.2環境科學項目資助在環境污染及其控制領域,化學科學部和工程與材料科學部資助項目占主體地位,分別占領域總量的41.9%和28.4%。污染物成分的化學檢測和環境污染的工程控制從基礎和應用兩翼支撐了該領域發展,而以地球科學部為主體資助的污染物在地球表層自然環境中的行為過程研究顯得比較薄弱。從資助項目數量看,環境污染及其控制領域的第1大科學問題是污染物環境行為,共計2653項;第2大科學問題是污染環境修復,共計1918項;此外,環境污染及其控制領域針對環境污染物的效應(形態、生物有效性、暴露、吸收、累積、毒性毒理、風險)共資助1645項。在生態系統服務與自然資源利用領域,生命科學部和地球科學部資助項目所占比例相差不大,分別占領域總量的42.1%和38.3%。就科學問題而言,生命科學部資助項目更多關注生態系統自身變化及退化生態系統恢復研究,而地球科學部資助項目更側重與自然資源利用相關的生態系統服務及區域環境質量變化研究。生態系統服務與自然資源利用領域中側重生態系統的結構與功能、生態系統過程與服務、生態系統健康與安全的項目共計1288項,占該領域資助項目數量的30.1%;側重生態保護與生態恢復的項目共計1131項,占該領域資助項目數量的26.5%。今后需加強生態系統研究、自然資源利用研究、以及區域環境質量研究之間的聯系。在全球環境變化領域,地球科學部資助項目占主體地位,為89.8%。尋找全球變化事實、重建過去全球變化過程是傳統地球科學駕輕就熟的,也是開展全球變化研究的基礎;而全球變化的響應與適應研究則需要生命科學、管理科學及地球科學的共同參與。目前該領域地球科學部資助了3405項,生命科學部資助了263項,管理科學部資助了110項。而據美國國家研究理事會的戰略報告分析,當前的科學研究已大致記錄了自然變化的幅度,但目前尚未對發生變化的具體過程做充分的判斷和量化,依然缺乏檢測、測量和分析全球變化的最佳方法與技術。因此,應當把人類活動和他們賴以生存的自然環境作為一個統一的單元-復合的人地系統進行研究。因此,中國科學基金在全球變化的生態響應、生物地球化學循環、以及面向碳減排和綠色經濟的產業結構調整研究方面,需要科學部之間加強合作,加大資助力度。在環境災害及其防治領域,自然災害影響分析目前仍是主要研究方面,占資助項目數量的59.8%。其中約70%為地球科學部資助,其余30%項目為工程與材料科學部資助。自然災害應對與防災減災是該領域研究具有應用指向的一個重要方面,雖然已經開始受到關注,但目前尚未引起足夠重視,資助項目數量僅占該領域的26.5%。其中絕大多數為工程與材料科學部資助,地球科學部僅資助了少量災害應對與應急、風險分擔、轉移與補償機制研究。總體上,NSFC不同科學部資助的環境科學項目在4個領域中的比重有所差別,具有比較明顯的側重性,一定程度上體現了傳統學科的研究視角對環境科學發展的貢獻。從各科學部資助的項目特征也可以看出,環境研究受現實環境問題牽引而出現,環境科學體系的形成基于傳統母體學科。盡管近年來環境科學在強調學科交叉方面有了長足的發展,但我們仍然可以看到一些重要研究領域帶著傳統母體學科的強烈特征。2.3環境科學領域資助項目盡管獲得NSFC環境科學項目資助的項目依托單位非常多,但由于依托單位在環境科學相關領域的研究積累和優勢研究方向存在差異,因此資助項目數量和經費仍集中在一些領域全面發展或研究水平具有領先優勢的單位。依托單位在某一研究領域的優勢既受到單位學科長期布局的影響,更受到國家在基礎研究重大項目及研究平臺等多方投入渠道的影響,而且二者多數情況下是相輔相成、相互促進的。以設立國家重點實驗室為例,既體現了對該依托單位某一學科方向的科研積累和研究水平的認可,同時也體現了國家在學科發展布局和基礎研究前沿引領方面的長遠考慮。而一旦擁有國家重點實驗室,不僅確立了該依托單位在國內該學科或領域的領先地位,同時也為獲取更多科技資源奠定了基礎。涉及環境問題研究的國家重點實驗室承擔了大量NSFC環境科學資助項目。在259個國家重點實驗室中,研究方向與本文定義的環境科學領域有一定關系的實驗室共計59個(隸屬57個依托單位),占全部實驗室22.8%,本文稱之為“涉及環境問題研究的國家重點實驗室”。其中所屬學科為地學的國家重點實驗室36個,占地學國家重點實驗室78.3%;所屬工程、生命、化學、材料學科的國家重點實驗室分別占各自學科的20.9%、20.0%、11.5%和9.5%。57個依托單位共計得到NSFC環境科學資助項目7990項,占47%;經費36.88億元,占51.8%。上述項目負責人95%以上為國家重點實驗室人員。獲得NSFC環境科學項目經費前15位依托單位(表4)合計獲得資助項目4486項,占NSFC環境科學相關領域資助總項數的26.4%;經費23.38億元,占32.8%。其中除中國科學院青藏高原研究所尚未有國家重點實驗室、中國科學院地質與地球物理研究所的巖石圈演化國家重點實驗室的研究方向與本文定義的環境科學領域的關系不大之外,其余13個單位均獨立或聯合擁有涉及環境問題研究的國家重點實驗室。長期以來,中國全球環境變化研究領域主要關注的是過去全球變化以及氣候模式與全球變化預測研究,因此具有第四紀地質和大氣科學背景的單位較早地獲得了在該領域的基礎研究資助,如中國科學院寒區旱區環境與工程研究所擁有冰凍圈科學國家重點實驗室和凍土工程國家重點實驗室,在該領域獲得的NSFC資助項目數量超過300項、經費比例達到8.9%。中國科學院地理科學與資源研究所、北京大學、蘭州大學及北京師范大學等4個依托單位雖沒有與全球環境變化研究直接相關的國家重點實驗室,但均在傳統優勢學科基礎上成立了專門針對全球環境變化的研究機構,或利用現有國家重點實驗室平臺拓展關于全球環境變化的研究方向,4個依托單位在NSFC該領域獲得經費比例達到15.1%。中國科學院地球環境研究所和中國科學院大氣物理研究所的國家重點實驗室建設較早,長期受到國家在該領域的基礎研究的重點資助,2個單位在NSFC該領域獲得資助經費已占到6.7%。相比之下,在全球變化的植被及生態系統響應、生物地球化學循環、以及全球變化應對策略與溫室氣體排放控制等方面,中國的基礎研究投入才剛剛開始,不僅沒有設立專門方向的國家重點實驗室,而且在NSFC獲得的資助項目比例也比較低。中國從事環境污染及其控制研究的單位多數建立在環境化學和環境工程學科背景上。與環境污染及其控制有關的國家重點實驗室所在的51個依托單位獲得NSFC環境科學項目的經費已占該領域的54.6%。環境化學與生態毒理學國家重點實驗室、環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室、污染控制與資源化研究國家重點實驗室、有機地球化學國家重點實驗室、同位素地球化學國家重點實驗室等絕大多數建設于1990年代初。實驗室所在的中國科學院生態環境研究中心等7個依托單位在NSFC環境污染及其控制領域獲得的資助項目數量均超過100項,明顯多于在其它領域獲得的資助,且合計經費已占該領域總經費的26.7%。除了在環境污染及其控制領域的研究優勢外,這些依托單位也顯示出多學科發展布局與整體研究實力。如中國科學院生態環境研究中心還擁有2006年開始建設的城市和區域生態國家重點實驗室,其研究成果引領著國內該領域的發展。生態系統服務與自然資源利用研究需要具備地理學、生態學、資源科學及環境管理等專業知識和野外觀測試驗積累。中國科學院在生態系統網絡建設和研究所的區域布局方面起步早,且持續得到國家野外科技平臺建設的資助;而高等院校中僅在北京大學、蘭州大學、北京師范大學及華東師范大學等少數學校較好地傳承和發展了上述學科。59個涉及環境問題研究的國家重點實驗室中,與生態系統服務與自然資源利用研究密切相關的僅有14個,且多數建設時間不足10年。其中9個依托單位隸屬中國科學院,1個隸屬水利部,4個隸屬教育部,充分顯示了中國科學院資源環境領域研究所在宏觀環境研究方面的優勢。同時我們也需要注意到,在NSFC該領域獲得資助項目數量最多的中國科學院寒區旱區環境與工程研究所和中國科學院地理科學與資源研究所至今尚未建立針對生態系統服務及自然資源利用研究的國家重點實驗室。此外,從學科及區域布局角度看,針對青藏高原及高寒生態系統研究也未布設國家重點實驗室。環境災害及其防治領域研究基本由成災與防災、減災2部分組成。在中國高等院校中,開設綜合災害風險評估及防災、減災對策課程的院校極為少見;在科研院所中以綜合災害風險評估及防災、減災對策為主要發展方向的單位也幾乎沒有。獲得NS-FC該領域經費比例最高的15個依托單位中有9個單位擁有國家重點實驗室,其中6個隸屬工程學科,方向分別側重水利工程、土木工程及煤礦開采造成的環境災害的防治。隸屬地學的3個國家重點實驗室,其中2個側重地質環境災害的形成機理及防治研究,僅北京師范大學的“地表過程與資源生態國家重點實驗室”有一小部分力量從事綜合災害風險評估及防災、減災對策研究。因此,該領域的學科發展布局及基礎研究投入亟待規劃和引導,以提高對區域防災減災有真正價值的綜合災害風險評估研究水平。3資助分析及預算NSFC的環境科學項目迄今為止仍分布在多個科學部進行資助和管理,尚未作為一個完整的資助部分開展資助情況分析及有針對性的規劃和預算。本文以增加讀者對NSFC環境科學資助情況的了解為目的,同時也希望能夠將作者在數據分析過程中發現的一些問題提出來,供大家討論。3.1項目信息公開共享本文分析的17006個NSFC環境科學項目分布在5個科學部、資助時間跨越27年,項目在基本信息描述方式一致性及信息完備性方面的確存在一定問題;同時,以末級申請代碼為統計單元,雖然最大范圍涵蓋了環境科學各個研究領域,但也存在少數項目填寫的申請代碼與環境科學研究內容不完全匹配的現象。為盡可能降低本文研究結論的不確定性,作者在領域劃分、科學問題界定過程中對項目的題目、內容摘要及關鍵詞進行了逐項梳理。盡管如此,本文闡述的研究結果仍僅作為讀者宏觀了解NSFC環境科學資助領域及發展趨勢的參考。未來的NSFC項目管理和學科發展研究中,一方面需要加強對申請者填寫研究方向和關鍵詞的引導,同時也需要加強NSFC全部資助項目信息公開共享。在此基礎上通過研究方向和關鍵詞的規范檢索并結合大數據研究可以進一步降低統計數據的不確定性。3.2項目申請人的資助范疇不夠清晰、部分申請代碼重復資助現象總體上,NSFC不同科學部資助的的環境科學項目選題各有側重。但由于環境科學的交叉性和綜合性,NSFC不同申請代碼資助的環境科學項目仍存在資助范疇不夠清晰、部分申請代碼重復資助同一或相似選題等現象。從項目申請者角度,只有準確把握申請書的研究對象、研究方法、研究尺度及科學問題的學科歸屬及交叉程度,正確認識NSFC申請代碼體系和學科分布,才能使自己的申請書投送到合適的同行范圍內;從NSFC資助角度,采用申請書相似度比對、同一年同一類型項目限制申請、以及相似內容不能同時在多個科學部申請等措施也將在很大程度上減少相似內容在不同申請代碼下受到資助的現象。3.3創新研究群體眾多不可否認,1986年以來,NSFC資助的環境科學項目培育了基礎研究隊伍和學科帶頭人,推動了中國環境科學發展。1986—2013期間受到NSFC環境科學各類項目資助的共約10875人,其中國家杰出青年科學基金獲得者134人,創新研究群體22個,10位群體帶頭人成為中國科學院院士或中國工程院院士。另一方面我們也應該看到,以爭取科研經費為驅動的現象在NSFC環境科學領域同樣存在,部分項目負責人在多個科學部集中占有項目資源,一部分人先后依托不同單位獲得資助,而研究進展及成果水平在現有的科學基金管理程序中并未得到規范的評估。2004—2013期間獲得NSFC環境科學面上項目5項的15人(12個單位)、4項的64人(41個單位),他們的研究團隊體量如何,是否需要這種強度的持續資助;他們的成果創新性又如何,均需要考慮做出評估。3.4污染物資助項目的領域改革開放以來,中國面臨巨大的環境壓力,尤以環境污染問題最為嚴峻。NSFC資助的污染物研究對象中以持久性有機污染物和重金屬的研究最多。近年來對大氣污染物的資助項目也持續攀升。統計結果表明,對持久性有機污染物的資助項目以環境污染控制與修復(553項)和污染物形態及成分檢測(520項)2個領域最多,以污染物生物有效性及生態毒理(217項)、污染物區域空間過程與生態風險(149項)2個領域居中,而污染物遷移、轉化、歸趨動力學領域最少(61項)。類似現象在重金屬、大氣污染物和水體富營養化研究方面同樣存在。上述現象說明NSFC資助項目多數分布在污染物識別和控制兩端,而真正解析污染物環境過程的研究并未受到足夠重視,或者由于研究的難度大造成申請項目數量少。因此,客觀地評估NSFC環境科學研究所取得的成就,分析環境科學資助的不足,探討基礎研究在解決實際問題和促進學科發展2方面的均衡作用應當引起大家重視。3.5注重頂層設計和經費統籌與美國相比,中國無疑面臨更多的環境問題和更大的環境壓力。但NSFC與美國科學基金會(以下簡稱NSF)相比,對環境科學基礎研究的資助力度仍有差距。自1998年起,環境科學研究占NSF總經費的比例就達到20%,且呈逐年上升趨勢:1998年NSF環境科學研究經費為5.42億美元,1999年5.95億美元、2000年6.59億美元