最新环境科学概论.docx
《最新环境科学概论.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新环境科学概论.docx（72页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
最新环境科学概论
环境科学概论
环境科学
第一章绪论
第一节环境概述
一、环境概念
环境是相对于中心事物而言的，与某一中心事物有关的事物，就是这个事物的环境。
•环境:
主体周边相关客体的结合。
•环境科学研究的环境:
环境科学研究的环境，是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的
物质条件的综合体。
•主体是人类，客体是人类周边的事物。
二、环境分类
•原生的自然环境和人类创造形成的人工环境
•问题:
人类的环境是否等于自然环境,
•原生的自然环境:
宇宙、太阳系、地球。
。
。
分子、原子、电子、夸克;
水环境、大气环境、土壤环境、生物环境、地质环境、物理环境。
•人工环境:
人工环境是在自然环境的基础上经过人类的改造而形成的。
聚落环境、工业环境、农业环境、文化环境、医疗休养环境。
三、环境要素
环境要素（环境基质）:
是指构成环境整体的各个独立的、性质不同而又服从总体演化规律的基本物质组分。
环境要素分自然环境要素和社会环境要素，研究较多的是自然环境要素。
各环境要素间的关系:
（1）最差（小）限制定律。
（2）各环境要素的等值性。
（3）各个环境要素整体效应大于个体效应之和。
（4）各个环境要素相互联系。
四、环境的功能与基本特性
（一）环境的四大功能
（1）为人类生存提供所需的资源。
（2）具有调节功能。
（3）具有服务功能。
（4）具有文化功能。
（二）环境的四个基本特性
（1）环境的整体性与区域性。
（2）环境的变动性与稳定性。
（3）环境的资源性与价值性。
（4）危害作用的滞后性。
五、环境的多样性
1、物质多样性:
生命物质与非生命物质2、形态多样性
3、功能多样性4、人与环境相互作用的多样性
第二节环境问题
一、环境问题及其分类
广义理解:
任何由自然或人类引起的生态平衡破坏，最后直接或间接影响人类的生存和发展的一切客观存在的问题，都是环境问题。
狭义理解:
只是由于人类的生产和生活活动，使自然生态系统失去平衡，反过来影响人类生存和发展的一切问题。
分类:
自然力引起,,原生,第一环境问题;人类活动引起,,次生,第二环境问题。
原生:
地震、海啸、干旱、洪涝、虫灾
次生:
环境污染:
污染:
水体、大气、土壤等;干扰:
噪声、振动、辐射等。
生态环境破坏:
森林破坏、草原退化、沙漠化、盐碱化、水土流失、物种灭绝等。
二、环境问题的产生和发展
环境问题是伴随着人类的出现、生产力的发展和人类文明的进步而产生的，并从小的范围、低程度危害，发展到大范围、重度危害。
环境问题产生和发展经历了三个阶段:
第一阶段—包括从人类的诞生到工业革命之前的漫长历史时期。
1
第二阶段—包括从工业革命时期到第一次发现“臭氧层空洞”这段时期。
第三阶段—始于1984年英国科学家发现南极“臭氧层空洞”。
三、目前五大环境问题:
自然灾害、生态破坏、资源消耗、环境污染、人口剧增。
第三节环境科学
一、环境科学的产生与发展
（1）环境科学的产生从人类意识到保护自然环境开始。
----环境科学的最早萌芽。
如:
中国儒家思想:
“天人合一”;中国道家思想:
“人法地、地法天、天法道、道法自然”。
（2）19世纪中叶以后，部分学者从单学科角度开始探索与研究环境问题。
如1895年英国生物学家达尔文《物种起源》中“物竞天择、适者生存”等。
（3）20世纪50年代环境公害事件频发，环境问题受到全人类关注，环境科学发展以此为契机迅速发展起来。
多学科的研究出现了以探讨环境问题产生、演化和解决方法为特色的环境科学学科群。
（4）20世纪70年代，在这些学科的基础上演化形成一门综合性的新兴学科—环境科学。
“环境科学”一词提出与相关专著的问世，标志着《环境科学》的正式诞生。
（5）此后三十多年，环境科学在充分“分化”的基础上开始走向“综合”，环境科学的发展开始步入“整体性发展”阶段。
（6）环境问题的日益复杂化，人类开始认识到环境问题并不是纯粹的人类行为问题，要从协调人类活动、社会系统与环境演化三者关系入手。
环境科学概念:
研究人类社会发展活动与环境演化规律之间的相互作用关系，寻求人类社会与环境协同演化、持续发展途径与方法的科学。
二、研究对象、任务与内容
、研究对象:
“人类—环境系统”。
、研究任务:
四大任务。
（1）探索全球范围内环境演化的规律;
（2）提示人类活动同自然生态之间的关系;
（3）探索全球环境变化对人类生存的影响;
（4）研究区域环境污染综合防治技术和管理措施。
、研究内容
（1）环境系统学说（,）环境质量学说（,）环境承载力学说（,）环境协调学说（管理学）环境承载力:
在某一时期、某种状态或条件下，某地区的环境所能承受的人类活动作用的阈值。
所谓“能承受”是指不影响环境系统正常功能的发挥。
三、环境科学的学科体系
环境科学是,,世纪,,发展起来的新科学，目前正处在勃勃发展之中，不断有新的分支学科形成，因此，目前学术界对环境科学的学科体系有不同的看法。
第二章生态环境与保护
第一节生态系统
1、生态系统的概念
在一定时间和空间范围内，由生物群落与其环境组成的一个整体，该整体具有一定的大小和结构，各成员借助能量流动、物质循环和信息传递而相互联系、相互影响、相互依存，并形成具有自身组织和自我调节功能的复合体。
生态系统是生命系统与环境系统在特定空间的组合。
2、生态系统的组成:
生态系统=非生物成分+生物成分。
（1）非生物成分:
原料部分（温度、阳光、水、土壤、气候、各种矿物质）、媒质部分（水、土壤、空气等）和基质（岩石、泥、沙等）。
（2）生物成分:
生产者、消费者和分解者。
思考:
各个组成部分的作用与功能,
2
（1）非生物环境是生物生活的场所，是生物物质和能量的源泉，可谓生命的支持系统;
（2）生产者将光能转化为化学能并制造有机物质，是生态系统所需要一切物质和能量的基础;消费者对初级生产者起着加工与再生产的作用，而且许多消费者对其它生物种群数量起着调控作用;分解者在生态系统中可以把复杂的有机物分解为简单的无机物，归还到环境中供生产者重新利用。
3、生态系统分类
（1）按生物成分分类:
植物生态系统—如森林与草地等;
动物生态系统—如鱼塘与畜牧场等;
微生物生态系统—如落叶层与活性污泥等;
人类生态系统—如城市与乡镇等。
（2）按系统结构和外界物质能量交换状况分类:
开放系统,地球上绝大多数系统;
封闭系统,如宇宙飞船;
隔离系统,如某些科学实验系统。
（,）按人类活动及其影响强度分类:
自然生态系统;
半自然生态系统;
人工复合生态系统;
社会,经济,自然复合生态系统。
（,）按生态系统大环境分类:
陆地生态系统;
水生生态系统。
4、生态系统结构
生态系统有三种结构形式
（1）空间结构:
如生态系统的分层现象等。
（2）时间结构:
生态系统结构与外貌随时间变化。
（3）营养结构:
食物链与食物网。
5、生态系统的四大基本功能
（1）物质生产:
有机体在代谢过程中通过能量转化与物质重新组合，形成新的产物的过程称为生态系统的物质生产过程。
可分初级生产与次级生产。
（2）能量流动:
能量通过食物网在生态系统中流动。
（3）物质循环:
有气相、液相与固相三种循环类型。
（4）信息传递:
生态系统中传递的信息有营养信息、物理信息、化学信息与行为信息等。
第二节生态平衡
1、概念
生态平衡是生态系统在一定时间内，结构与功能的相对稳定状态，其物质与能量的输入与输出接近相等，在外来干扰下，通过自我调节恢复到原初稳定状态，则这种状态为生态平衡。
生态平衡包括三个方面的平衡:
结构上的平衡、功能上的平衡、输入与输出物质数量上的平衡。
2、影响生态系统自我调节能力的因素
生态系统有很强的自我调节能力;但是任何一个生态系统的自我调节能力是有限的，外部干扰与内部变化超过了这个限度，生态系统就会遭到破坏。
这个限度就是生态阈值。
（1）结构多样性:
生态系统结构越复杂，系统的自然调节能力越强;反之，越简单。
（2）功能完整性:
指生态系统能量流动与物质循环再生的合理的运转。
运转越合理，生态系统的自我调节能力就越强。
3破坏生态系统平衡的因素
（1）自然因素:
主要指自然界发生的异常变化，如火山爆发、地震、海啸、水旱灾害、台风等自然灾害等。
自然因素对生态系统的破坏具有突发性、严重性与局部性等特征。
（2）人为因素:
主要指不合理的人类生产与生活活动。
人为因素是导致生态失衡的主要原因。
主要表现在以下方面:
一是物种改变引起的生态失衡;
二是环境因素变化引起的生态失衡;
三是信息系统破坏引起的生态失衡。
3
4生态系统的平衡调节
生态系统平衡调节主要是通过系统的反馈机制、抵抗力和恢复力实现的。
第三节生物多样性
一、什么是生物多样性,
1、生物多样性概念与内涵
生物多样性（Biodiversity）是指生物、生物与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程中的多样性和变异性总和。
它包括数以万计的植物、动物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与其生存环境形成的复杂的生态系统。
生物多样性的内涵十分广泛:
（1）遗传多样性（Geneticdiversity）:
指种内不同种群之间和同一种群内不同个体的遗传变异的总和
（2）物种多样性（Speciesdiversity）:
指一定区域内物种的多样性及其变化，包括一定区域内生物区系的状况、形成、演化、分布格局及其维持机制等。
（3）生态系统多样性（Ecosystemdiversity）:
是指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境、生物群落和生态过程变化的多样性。
（4）景观多样性（Landscapediversity）:
是指由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化或变异性。
5）人类文化多样性:
包括语言、宗教信仰、艺术、社会结构等人类社会特征的多样性。
（
2、生物多样性的分布
极不均衡:
（1）全球12个生物多样性大国（中国、印度、印度尼西亚、肯尼亚、南非、巴西、秘鲁、厄瓜多尔、哥伦比亚、委内瑞拉、哥斯达黎加、墨西哥），拥有60%-70%的生物多样性。
（2）两极最少。
（3）热带雨林、珊瑚礁、热带湖泊及深海区最丰富。
原因:
与地形、气候及局部环境的复杂性有关。
3、生物多样性的价值:
四种价值
直接价值:
（1）食物:
基本来自生物，仅小麦、水稻和玉米三个物种就提供70%以上的粮食。
（2）药物:
发展中国家有80%、发达国家有40%的药物直接或间接依赖生物资源。
（3）工业原料:
皮革、木材、纤维、橡胶等，甚至煤、原油、天然气等能源也是生物质的。
间接价值,,主要体现在生态价值上
（1）、通过光合作用使光能通过绿色植物进入食物链，为所有物种提供生命维持系统。
（2）、对于维持生态系统平衡具有重要意义。
（3）、促进土壤发育，保护水土资源。
（4）、调节气候。
（5）、可以吸收和分解污染物。
（6）、提供良好的生活和娱乐环境。
备择价值:
许多物种的价值现在还不清楚，但是具有在未来某个时候为人类社会提供经济利益的潜能，为人类适应自然变化提供了选择的机会。
存在价值:
对于大多数宗教、哲学和文化的价值体系都有对保护物种的认同，支持保护那些即使对人类没有明显经济价值的物种。
二、人类活动对生物多样性的影响
1、生物多样性面临的威胁
面临多种威胁:
物种及物种生存的生态环境。
1600年以来，生物物种灭绝速度大为加快。
1600—1700年间大约每十年灭绝一种。
1850—1950年间大约每两年灭绝一种。
目前地球每个小时有1个物种消失。
物种灭绝速率是自然灭绝速度的1000倍，比形成速度快100万倍
2、威胁生物多样性的主要因素
，生境破坏和破碎
，外来物种入侵
4
，生物资源过度开发
，环境污染
，农林种植品种的单一化
生境（生物体或生物种群自然分布的地方或地点）破坏和破碎是生物多样性的主要威胁。
三、生物多样性的保护
生物多样性的保护不仅是保护濒危物种，还要保护物种的基因、生境的多样性。
生物多样性保护的意识培养和法律保障
加强监测与规划
就地保护,,多以保护区的形式进行
迁地保护,,动物园、植物园等方式
建立新种群,,再引种计划与增强项目
受损生态系统的恢复,,复原、重建
（一）生物多样性保护的意识培养和法律保障
（,）加强对公众宣传。
多层次、多种手段开展。
（,）完善国家立法和国际协议。
生物多样性保护要特别加强国际间的合作。
目前国际间协议有联合国《生物多样性公约》、生物圈保护计划、《世界文化和自然遗产保护公约》、《濒危野生动植物种国际贸易公约》，《野生动物迁徙物种保护公约》等，还有一些政府间的双边协议。
（二）生物多样性监测和保护规划
（1）动态监测:
对种群、群落和生态系统进行长期动态监测，了解物种与环境之间的生物学关系，生物多样性现状、变化、威胁现状原因、分辨种群长期的走向以及变动的原因，为管理者和决策者制定与生物多样性相关政策时提供必要的信息。
（2）科学规划:
科学规划是保护的前提。
（三）就地保护
通过区域性生物区系调查和分析，确定不同区域的生物多样性中心，建立自然保护区、国家森林公园、禁猎区等，通过保护生境的办法来保护生物多样性。
（四）迁地保护
就是把物种及其种群迁移到其栖息生境以外的适当地方，例如植物园、树木园、动物园、水族馆、野生生物繁殖或驯养中心等，主要保护物种资源。
离体保存:
是迁地保护的一种方式，但考虑到其保存的方法和要求不同，离体保存主要以有机体的一部分，如种子、花粉、胚胎、精液、各种繁殖体、组织培养和细胞培养材料等进行保存。
（五）新种群的建立
（1）再引种计划:
在原先的环境中重建一个新的种群。
如中国在野外已经灭绝的麋鹿、野马通过再引种数量已有一定程度的恢复。
（2）增强项目:
释放野生或圈养繁殖的个体进入现有种群，扩大现有种群大小和基因库。
（3）引入方法:
当物种历史范围以内的环境恶化到一定程度，即该物种无法在此生存或者当导致种群衰落的因素仍然存在时，致使再引种已不可能，此时有必要将其迁到新的地点，新地点选择要考虑该物种的引入不会破坏新的生态系统和当地濒危物种。
（六）受损生态系统的恢复
三种基本途径:
（1）复原:
是指通过重新引入原有动植物的方法恢复受损地点原来的种类组成和群落结构。
（2）重建:
是指受损生态系统部分功能和部分原有物种得到恢复。
（3）替换:
是指用另一种有生产力的生态系统代替严重受损或退化的生态系统。
第四节生物安全问题
狭义生物安全:
是指防范由现代生物技术（主要指转基因技术）的开发和应用所产生的负面影响，即对生物多样性、生态环境及人体健康可能构成的威胁或潜在风险。
广义生物安全:
不仅针对现代生物技术的开发和应用，还包括三个方面:
一是指人类的健康安全;二是指人类赖以生存的农业生物安全;三是指与人类生存有关的环境生物安全。
生物安全所受到的外来威胁主要来自三个方面:
首先是对人和动植物的各种致病有害生物。
其次是外来生物入侵
第三，随着现代科学技术的发展，世界上出现了越来越多的转基因生物。
二、生物入侵
5
1、生物入侵相关概念
生物入侵（生物污染、生态入侵）是指当外来物种进入一个新的地区不仅能存活、繁殖，而且形成种群，其种群的进一步扩散已经造成或者即将造成明显的生态破坏或经济负面后果的事件。
入侵物种必须具备两个条件:
一是外来的;二是外来物种对本地生态系统造成了危害。
2、生物入侵的途径
（1）人为有意引入:
为保护环境、为生物防治、为经济效益，为丰富生活，为战争。
（2）无意识引入:
旅游来往、商品贸易、交通移动等。
（3）自然入侵:
通过自身扩散传播，通过自然媒介和动物媒介传播。
3、生物入侵的生态环境危害
（1）影响本地物种的生存。
（2）压迫、排斥本地物种，造成物种单一化，导致生态系统受到破坏。
（3）与本地物种争夺食物或直接取食本地物种。
（4）破坏景观的完整性和自然性。
（5）影响遗传多样性。
（6）危害农林业和经济发展。
（7）对人类健康的危害。
国际上已经把生物入侵列为除栖息地被破坏以外造成生物多样性丧失的第二大因素。
4、中国生物入侵的现状
（1）中国是遭受外来生物入侵最严重的国家之一。
•入侵中国的外来物种目前有400多种。
其中主要外来杂草107种、外来害虫32种、外来病原菌23种。
在国际自然保护联盟公布的全球100种最具威胁的外来生物中，中国有50余种，占了一半左右。
•近10年来，新入侵我国的外来生物至少有20多种，平均每年新增大约两种。
（2）我国危害严重的外来物种
•2003年国家环境保护总局与中国科学院公布的《中国第一批外来物种名单》中，涉及16种危害严重的外来物种:
•紫茎泽兰、薇甘菊、空心莲子草、豚草、毒麦、互花米草、飞机草、凤眼莲、蔗扁蛾、湿地松粉蚧、美国白蛾、非洲大蜗牛、福寿螺、牛蛙等。
（3）外来物种给我国带来的四大危害
（1）会造成严重的生态破坏和生物污染。
（2）通过压制或排挤本地物种，形成单优势种群，危极本地物种的生态，最终导致生物多样性的丧失。
（3）生物入侵导致生态灾害频繁爆发，对农林业造成严重损害。
（4）外来生物入侵还直接威胁到人类的健康。
三、转基因技术的生物安全
1、转基因技术及其特点
所谓转基因，就是以人为的方法改变物种的基因排列，通常涉及将某种生物的某个功能基因，从一连串的基因中分离，再植入另一种生物体内，使其具备或增强此功能的生物技术。
•转基因技术的优点:
使人类按照自己的主观愿望创造和改变物种，可以使基因在动物、植物、微生物间相互转移，甚至将人工合成的基因片段转入生物体内，创造出前所未有新性状甚至新物种，打破了物种原有的生殖屏障，改变了自然界长期进化的规律。
2、转基因生物技术的潜在危害
危害分类
（1）生态环境:
形成超级杂草、超级病毒;对生物多样性的威胁;对生物链的破坏;天然物种基因污染。
（2）人体健康:
致病性;抗药性;营养结构失衡;基因武器。
四、食品安全问题（略）
食品污染的来源与分类
（1）按食品污染的性质分:
生物性污染、化学性污染、放射性污染;
（2）按食品污染的来源分:
原料生产过程、加工过程、贮运和销售、烹饪及食用前后受到的污染。
食品原料生产（种植业和养殖业）的污染是来自源头的污染，这是对食品安全最大的威胁。
食品源头污染
（1）环境污染:
环境污染物进入生物体，并通过食物链的累积摄入人体。
例:
二恶英污染
（2）人为污染:
为达到使食品原料增产、防病等目的，在其生长和繁育过程中人为地加入农药、兽药、激素等
6
物质可能造成的污染。
猪肉生产:
瘦肉精
饲养甲鱼:
乙烯雌酚
蔬菜种植:
有机磷农药
„„
食品安全--“从田头到餐桌”的管理
（1）种植、养殖:
严禁使用危害人体健康和环境的化学品和添加剂等，合理使用农药和化肥
（2）加工、包装:
不能使用禁用的色素、防腐剂等，加工场所、包装材料等都要具备安全无污染条件（3）储存、运输:
避免与有害的合成物质接触，仓库必须保持清洁，并杜绝传染病对产品的污染
第三章
第四节全球大气环境变化
一、全球变暖
（一）近百年来全球变暖的趋势
1860年以来，全球平均气温变化状况:
波动上升,平均升高了0.6--0.8度。
（二）全球变暖的原因
温室效应:
太阳发出的短波辐射透过大气层到达地面，使地表温度上升，发出长波辐射，大气中的温室气体对短波吸收很弱，而对长波辐射吸收很强。
因此地表从太阳辐射获得的热量相对多，而散失到大气层以外的热量相对少，地球表面的温度得以维持，这就是大气的温室效应。
引起温室气体增加的主要原因是什么,
引起温室气体增加的主要原因是人类活动。
以CO2为例。
在人类社会实现工业化以前的19世纪初，大气中CO2的浓度为270ppm，而到了1988年已上升到350ppm。
这主要有两个原因:
首先，由于人口的剧增和工业化的发展，人类社会消耗的化石燃料急剧增加，燃烧产生大量的CO2进入大气，使大气中的CO2浓度增加。
其次，森林毁坏使得被植物吸收利用的CO2的量减少，造成CO2被消耗的速度降低，同样造成大气中CO2浓度升高。
此外，CO2以外的温室气体，如甲烷、对流层O3、氯氟烃（氟里昂）、氧化氮等也在不同程度地增加着。
全球变暖可能产生的影响
（1）、海平面上升:
低地被淹，海岸被冲蚀，排洪不畅，土地盐渍化，海水倒灌等。
第一个因全球变暖而将要消失的国家:
图瓦卢
（2）、对气候的影响:
会导致更多、更强烈的热带风暴和飓风等，自然灾害将显著加重。
（3）、对动植物的影响:
一些地区某些物种将会消失，而有些则从气候变暖中得到益处。
气候是决定生物群落分布的主要因素，气候变化能改变一个地区不同物种的适应性并能改变生态系统内部不同种群的竟争力。
自然界的动植物，尤其是植物群落，可能因无法适应全球变暖的速度而做适应性转移，从而惨遭厄运。
未来的气候将使一些地区的某些物种消失，而有些物种则从气候变暖中得到益处，它们的栖息地可能增加，竞争对手和天敌也可能减少。
全球变暖将严重影响中国的粮食安全
到2020年，全国年平均降水量将增加2,到3,，到2050年可能增加5,到7,。
北方降水天数增加，但受到气温上升的影响，水资源短缺状况还会加剧。
如不采取任何措施，到2030年，中国种植业生产能力在总体上可能下降5,到10,。
到本世纪后半期，主要粮食作物小麦、水稻以及玉米的产量，最多可下降37,。
在未来20年到50年中，气候变化将严重影响中国长期的粮食安全。
（4）、对农业的影响:
世界粮食生产的稳定性和分布状况的改变，农产品贸易模式的变化。
全球变暖将严重影响中国的粮食安全
7
（5）、气候变暖对人类健康的影响。
（1）直接导致部分地区夏天出现超高温，心脏病及引发的各种呼吸系统疾病，每年都会夺去很多人的
生命（对新生儿和老人的危险性最大）。
（2）全球气候变暖导致臭氧浓度增加，臭氧会破坏人的肺部组织，引发哮喘或其他肺病。
（3）全球气候变暖还会造成某些传染性疾病传播。
（6）、其它影响:
影响国际政治与战争等。
减缓全球变暖的对策:
主要是控制CO2
1、排放控制对策:
控制化石燃料消耗以抑制CO2的排放;
2、固定化对策:
使已生成的CO2变为其他物质以防止其向大气中排放;
3、适应对策:
在已发生全球变暖的情况下，采取相适应的对策以使其影响降低到最小程度。
二、臭氧层破坏
太阳光是在地球上生活的一切生物的生命之源，但太阳光中的紫外线辐射（特别是UV-B辐射）对生物有
较大的伤害。
而阻挡UV-B辐射的就是臭氧。
大气中的臭氧大部分集中在15km至48km之间的大气平流层中，以20km至30km处为最多。
它在地球上空
形成一把“保护伞”，它将太阳光中99%的紫外线过滤掉。
它对地球上生命的生存十分重要。
如果没有这把伞的保护，人
升级会员 