可持续发展的本质、关键环境挑战与创新实现路径
可持续发展的本质、关键环境挑战与创新实现路径
可持续发展涵盖了经济、社会和环境三个相互关联的维度。然而，随着气候变化、生物多样性丧失、土地退化与荒漠化以及环境污染等环境挑战的不断升级，经济与社会的可持续性正面临严重威胁。在此背景下，如何有效应对这些愈发复杂的环境挑战，成为促进可持续发展与实现可持续发展目标（SDGs）的关键。本文汇聚了11个国家33个研究机构的38位学者，系统性地论述了可持续发展的本质、关键环境挑战与创新实现路径，旨在为全球实现2030年可持续发展议程提供科学依据和行动指导。
图1 图文摘要
可持续发展的本质
自1980年“可持续发展”首次出现在国际自然保护联盟（IUCN）的《世界保护计划》报告中以来，这一概念已经演变为全球性的发展框架。关于可持续性和可持续发展的理解体现出逐步深化和扩展的趋势。最初，研究重点主要集中于如何减轻人类活动对自然环境的负面影响。随着时间推移，其视角逐步扩展到涵盖经济、社会和政治等多个领域，强调经济、社会和环境三大支柱的协调发展（图2）。
尽管关于可持续性和可持续发展的定义及具体目标仍在不断演变，但在经济发展、社会进步与环境保护之间寻求平衡的总体目标依然是可持续发展的核心理念。2015年，《2030年可持续发展议程》的提出，为世界各国在2016至2030年间设定了共同的发展愿景。然而，近期的评估显示，按照当前的发展模式，没有任何国家能够在2030年前全面实现所有的SDGs目标。此外，有限的进展主要体现在经济发展方面，而环境领域的挑战依然严峻。
图2 可持续发展概念的诞生与演变
可持续发展面临的关键环境挑战
气候变化：气候变化带来的极端自然灾害，如热浪、干旱和洪水，对人类社会构成了严重威胁。应对气候变化不仅直接关系到气候行动目标（SDG 13）的实现，还与粮食安全（SDG 2）、人类健康（SDG 3）以及生物多样性保护（SDGs 14, 15）紧密相连（图3）。因此，需要调整现有的生产和消费模式，提高工业、交通和建筑领域的能效，推进能源转型，以应对气候变化，并促进SDGs的实现。
图3 气候变化导致的全球变暖及其对可持续发展的影响
生物多样性丧失：生物多样性对于维持生态系统的健康与功能具有关键作用，不仅直接关系到水生和陆生生物的保护（SDGs 14, 15），还通过提供食物、清洁的水源和空气以及增强城市韧性等生态服务，间接支持人类的福祉（SDGs 2, 3, 6）（图4）。因此，需要采用基于自然的解决方案，结合就地保护和迁地保护的综合措施，以有效保护生物多样性和生态系统，扭转生物多样性丧失的趋势，并促进SDGs的实现。
图4 跨物种生物多样性丧失及其对可持续发展的影响
土地退化与荒漠化：土地退化与荒漠化加剧了干旱的频率和土地生产力的下降，对粮食安全（SDG 2）和清洁用水（SDG 6）的获取构成了严峻挑战；同时，土地退化与荒漠化降低了生态系统的复原力和抵抗力，可能导致生态系统发生不可逆转的变化（SDGs 14, 15）（图5）。因此，需要通过改善土壤特性、优化土地利用结构、恢复植被等措施，有效防治土地退化与荒漠化，并促进SDGs的实现。
图5 全球土地退化及其对可持续发展的影响
环境污染：由人类活动引发的空气污染、水污染和土壤污染等问题，对粮食生产（SDG 2）、人类健康（SDG 3）、饮用水安全（SDG 6）以及生态系统的稳定性（SDGs 14，15）构成了严重威胁（图6）。因此，需要通过科技创新来转变生产和生活方式，推广清洁能源的使用，并实施严格的污染防治和生态保护政策，以实现环境污染的有效治理，并促进SDGs的实现。
图6 环境污染导致的人口死亡及其对可持续发展的影响
科学、技术、工程与政策创新
科学认知创新（SBIs）是可持续发展研究与SDGs实现的前提基础。通过不断拓展知识前沿，SBIs在气候变化、生物多样性丧失、土地退化与荒漠化以及环境污染等领域的机理和机制研究方面产生创新性的科学认知，为解决环境问题提供理论支撑，并有助于确定更为有效和可持续的环境管理和保护方法。此外，SBIs为可持续发展政策的调整和SDGs的实现提供科学依据（图7）。
图7 科学认识创新应对可持续发展环境挑战
技术方案创新（TBIs）是推动可持续发展与实现SDGs的核心动力。通过技术的发明或改进，TBIs能够实现对环境问题的全过程追踪，并提供应对气候变化、扭转生物多样性丧失、防治土地退化以及减少污染的实用且有效的解决方案。此外，TBIs不仅能够提高能源效率和促进可再生能源的应用，还可以推动产业的绿色转型，从而在宏观和微观层面上支持SDGs的实现（图8）。
图8 技术方案创新应对可持续发展环境挑战
工程实践创新（EBIs）为可持续发展与SDGs的实现提供有力支撑。通过在基础设施规划与建设、资源管理和环境保护等领域引入先进的工程设计与施工方法，EBIs能够提升工程项目的环境和社会效益。具体而言，EBIs包括设计更具韧性的基础设施以适应和缓解气候变化，实施生物多样性保护和土地退化防治工程，以及开发人工环境保护解决方案，推动SDGs的实现（图9）。
图9 工程实践创新应对可持续发展环境挑战
政策制度创新（PBIs）是保障可持续发展与实现SDGs的重要措施。通过在全球、区域和国家层面制定和实施科学、合理的政策，PBIs能够引导资源配置、规范市场行为，并增强社会参与，为应对气候变化、保护生物多样性、防治土地退化和治理环境污染提供坚实的制度保障。此外，PBIs还能够促进跨部门和跨区域的合作与协调，为全球SDGs的实现创造良好的政策环境（图10）。
图10 政策制度创新应对可持续发展环境挑战
iSTEP协同作用与SDGs的实现
SBIs、TBIs、EBIs和PBIs之间相互依存，并能够通过协同创新的方式形成综合解决方案，即iSTEP。科学研究与创新有助于深入理解环境问题的科学性和复杂性，而技术进步不仅能够推动科学研究的发展，也可以为工程项目的成功实施提供保障。同时，创新政策能够引导技术创新，推动大规模可持续发展工程项目的开展。
对于全球和地区的可持续发展挑战，iSTEP协同作用加速SDGs的实现。例如，通过科学研究揭示可再生能源的潜力并探讨提高能源效率和储能能力的途径，技术创新可以为可再生能源的发展提供更高效、更经济的解决方案。工程师则负责设计、建设和维护清洁能源生产和分配的基础设施，而政策制定者通过制定政策、法规和激励措施，促进清洁能源的研究和可再生能源技术的广泛应用。
为了更好地发挥iSTEP的协同作用，首先，科学家、技术专家、工程师和政策制定者需要在可持续发展方面形成共同的理解和愿景。其次，应推动跨学科研究、创新和校企合作，并提高公众对可持续发展与SDGs的认知。最后，需要加强不同学科领域（如地球科学、管理科学、生命科学）、部门（如能源、农业、经济）以及不同区域（如地区、国家、城市）之间的跨界合作，以实现更为有效的协同创新，促进SDGs的实现。
总结与展望
在环境挑战不断升级的背景下，可持续发展的必要性驱使科学、技术、工程和政策的协同创新（iSTEP）成为迫切需求。本文提出的iSTEP综合框架，有望成为应对可持续发展环境挑战的关键推动力量，这些挑战包括全球变暖与气候变化、生物多样性丧失、土地退化与荒漠化以及环境污染等。然而，iSTEP的真正优势在于其内在的协同作用，正是这种多领域间的相互作用，才能有效推动可持续发展，进而要求采取系统化和协作性的解决方案。本文的价值在于，通过深入解析可持续发展的核心内涵、当前面临的主要环境挑战及其创新应对策略，促进可持续发展科学研究和SDGs的实现。
通讯作者
郭华东，中国科学院院士、俄罗斯科学院外籍院士、芬兰科学与人文院外籍院士、发展中国家科学院院士，可持续发展大数据国际研究中心主任。长期从事空间地球科学研究。
第一作者
骆磊，可持续发展大数据国际研究中心、中国科学院空天信息创新研究院副研究员，中国科学院青促会会员，主要研究方向为可持续发展目标、自然与文化遗产、空间考古。
本文内容来自The Innovation姊妹刊The Innovation Geoscience第2卷第3期以Review发表的“Innovations in science, technology, engineering, and policy (iSTEP) for addressing environmental issues towards sustainable development” (投稿: 2024-04-09；接收: 2024-07-07；在线刊出: 2024-07-17)。