环境生物学

1.环境的概念及其与生态因子的联系与区别；概念：人类进行生产和生活活动的场所，是人类生存和发展的物质基础。联系与区别：生态因子指环境中对生物的生长、发育、生殖、行为和分布有着直接或间接影响的环境要素，如温度，阳光、湿度、大气及其相关生物等。生态因子是生物生存所不可缺少的环境条件，也称生物的生存条件。生态因子也可认为是环境因子中对生物起作用的因子，而环境则是指生物体外部的全部环境要素。在任何一种生物的生存环境中都存在着很多生态因子，它们彼此之间相互制约，相互组合，构成了多种多样的生存环境，为各类生物的生存和进化创造了不计其数的生境类型。2.全球性的环境问题和我国的主要环境问题；全球性的环境问题：1）全球变暖的危机——温室气体排放2）臭氧层的破坏与耗竭——臭氧损耗物质的恶果3）生态系统服务功能的丧失——生物多样性锐减4）河流与海洋污染的威胁——污水废水排放5）土地生产力的减弱——土地退化的压力6）危险废物的转移与扩散——发展的不平衡我国环境问题严峻：1）沙尘暴；2）森林、草原的生态功能急剧衰退；3）水体生态平衡严重失调，自然灾害日趋频繁；4）生物多样性锐减；5）能源结构性污染突出，工业污染排放量仍高；6）城市污染严重；7）农村环境问题日趋突出；3.环境生物学的定义与研究方法。定义：是研究生物与受人类干扰的环境之间相互作用规律及其机理的科学，是环境科学的一个分支学科。研究方法：1）野外调查和试验：对人为干扰的环境进行现场调查和试验，通过对环境因素的确定和对生物各个层次效应的研究，探索环境中物理、化学或生物因素对生物或生态系统影响的基本规律。这种试验可以以自然环境为试验对象，也可根据研究目的的需要人工设计，以利于控制。2）实验室试验：通过实验室的试验手段，可以进行环境污染的生物效应和生物净化过程及其机理的研究。这种研究的优点是条件控制比较严格，试验过程可以多次重复，对结果分析比较可靠。但其最大的弱点，或者说，研究者必须尽量注意的是实验室的条件与野外自然状态的区别，用实验室的结果去解释自然环境的情况必须十分小心。3）模拟研究：在系统分析原理的基础上，利用计算机和近代数学的方法，在输入有关生物与环境相互关系规律的作用参数后，根据一些经验公式或模型，进行运算，得到抽象的结果，研究者根据具体的专业知识，对其发展趋势进行预测，以达到进一步优化和控制的目的。1.物质循环的概念和特点；概念：指生态系统内的各种化学元素及其化合物在生态系统内部各组成要素之间及其在地球表层生物圈、水圈、大气圈和岩石圈、土壤圈等各圈层之间，沿着特定的途径从环境到生物体，再从生物体到环境，不断地进行反复循环变化的过程。特点：1、物质不灭，循环往复；2、物质循环和能量流动不可分割，相辅相成；3、生态系统对物质循环有一定的调节能力；4、物质循环中生物的作用；5、各种物质循环过程相互联系，不可分割；6、物质循环的生物富集2.生态系统物质循环（地球化学循环）的主要类型；水循环——物质循环的核心气体型循环——具有明显全球性循环性能最为完善C、N循环沉积型循环——循环速度较慢P、S循环3.减缓温室效应和氮污染的途径。减缓温室效应：1、调整能源战略；采用高效能转化设备，如电热共生产系统，或可调速电动机；采用低耗能工艺；改进运输，降低油耗；推出新型高效家电；改进建筑保温；利用废热、余热集中供暖，可节能30%；加强废旧物资回收利用；寻找、推广新能源。2、绿化对策；目前热带雨林年损失1400万公顷，每年从空气中就少吸收4亿吨CO2。3、控制人口，提高粮产，限制毁林4、加强环境意识教育，促进全球合作1.生物多样性丧失的原因1）生境的破坏（丧失、破碎和退化）；2）生物资源的过度开发；3）人工生态系统取代自然生态系统；4）环境污染；5）外来物种入侵2.生物多样性的概念是指地球上所有生命形态和相关生态过程的总和，包括植物、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生态系统和自然景观。3.生物多样性的保护对策1）生物多样性的就地保护；2）生物多样性的迁地保护；3）建立新种群；4）受损生态系统的恢复；5）生物多样性的可持续利用；6）完善生物多样性法律体系；7）公众的作用和积极的参与4.生物多样性如何影响生态系统的稳定性在生物多样性与生态系统稳定性研究动态的基础上，从生物多样性和稳定性的概念出发；物种多样性是群落生物组成结构的重要指标，它不仅可以反映群落组织化水平，而且可以通过结构与功能的关系间接反映群落功能的特征；生态系统的稳定性是指生态系统所具有的保持自身结构和功能相对稳定的能力，以及在受到一定的干扰后恢复到原来平衡状态的能力；扰动是生态系统多样性与稳定性关系悖论中的重要因子；物种多样性的变化能很好地反映固沙植物群落的稳定性状态。1.自然环境的概念是一切可以直接或间接影响人类生活、生产的自然界中的物质和能量的总称。2.受损环境的概念在人为或自然环境干扰下形成的偏离了自然状态的环境，在该环境中，环境要素成分不完成或比例失调，物质循环难以进行，能量流动补偿，系统功能显著降低3.环境污染与污染物分类概念：指人类活动向自然环境中投入的废弃物超过了自然生态系统的自净能力，并在环境中扩散、迁移、转化，使环境系统的机构和功能发生变化，对人类和其他生物的正常生存和发展产生不利影响的现象；分类：按污染物的性质分：化学污染，物理污染和生物污染按环境要素分：大气污染、土壤污染和水污染按污染产生的原因分：生产性污染和生活性污染按污染的范围分：局部性污染、区域性污染和全球性污染4.化学性污染对环境生物影响(一)污染土壤的生产价值明显下降：1）有机污染物如酚、多氯联苯、烃类化合物等同样可使作物严重减产；2）污染物尤其是重金属污染物积累于土壤，植物吸收并积累于体内和使用部分，大大超出人类健康允许范围，食用后危害人类健康；3）污染物扰乱改变了土壤中的正常微生物区系，甚至杀死了有益微生物种群却保留了有害的植物致病菌、动物致病菌，导致植物病害和动物病害流行。(二)污染水域水质下降失去使用价值：(1)危害人的健康水污染后，通过饮水或食物链，污染物进入人体，使人急性或慢性中毒；(2)对工农业生产的危害水质污染后，工业用水必须投入更多的处理费用，造成资源、能源的浪费，食品工业用水要求更为严格，水质不合格，会使生产停顿；(3)水的富营养化的危害在正常情况下，氧在水中有一定溶解度。(三)化学污染物对大气环境的影响：1）产生异味、臭味；2)形成酸雨；3）温室效应；4）破坏地球上空臭氧层5.物理性污染对环境生物影响（一）噪声污染：1）声音；2）噪声：1、导致人们听力损伤，人们长期在高分贝噪声环境中工作和生活，可导致听力减退；2、诱发其它疾病；3、影响人们语言交流和心态状态；4、破坏建筑（二）放射性污染：（1）直接损伤：放射性物质直接使机体物质的原子或分子电离，破坏机体内某些大分子如脱氧核糖核酸、核糖核酸、蛋白质分子及一些重要的酶。（2）间接损伤：各种放射线首先将体内广泛存在的水分子电离，生成活性很强的H+、OH-和分子产物等，继而通过它们与机体的有机成份作用，产生与直接损伤作用相同的结果。（三）电磁污染：1、电磁辐射对挥发性物质的危害高电平电磁感应和辐射可以引起挥发性液体或气体意外燃烧。2、电磁辐射是心血管疾病、糖尿病、癌突变的主要诱因。3、电磁辐射对人体生殖系统、神经系统和免疫系统造成直接伤害。7、电磁辐射是造成流产、不育、畸胎等病变的诱发因素。4、过量的电磁辐射直接影响大脑组织发育、骨髓发育、视力下降；肝病，造血功能下降，严惩者可导致视网膜脱落。（四）热污染：热污染首当其冲的受害者是水生物，由于水温升高使水中溶解氧减少，水体处于缺氧状态，同时又使水生生物代谢率增高而需要更多的氧，造成一些水生生物在热效力作用下发育受阻或死亡，从而影响环境和生态平衡。此外，河水水温上升给一些致病微生物造成一个人工温床，使它们得以滋生、泛滥，引起疾病流行，危害人类健康（五）光污染：1、产生不利情绪；2、诱发癌症；3、使夜空失色；4、损害眼睛1.环境污染对平衡生态系统的破坏污染生态系统中出现结构性失衡、污染生态系统中生物多样性往往减少、污染生态系统中生物链成员减少，甚至中断、污染生态系统中信息网络系统遭受缺损和破坏。2.大气污染对生物的影响1）大气污染物对植物生长发育的影响：伤害症状：(1)可见伤害：①急性伤害：污染物排出的浓度过高，受气流、气温、湿度等气象条件的影响，在短期内植物即表现出受害症状，且以后不能完全恢复，以致产量降低、质量下降。受害植物普遍呈现显著的白、黄花症状，或出现坏死症状；②慢性伤害：环境中的污染物浓度较低，污染物在植物中的积累量不引起急性伤害症状，致使出现植物体局部组织坏死，或产生缺绿变色症状；③混合伤害：介于急性伤害与慢性伤害之间的混合伤害类型；（2）不可见伤害：植物生长于污染物浓度较低的环境中，吸收污染物的量不引起植物体表现出明显的受害症状。但植物体内的生理生化代谢活动受到影响和抑制，而使植物生长发育不良，造成不同程度的产量和品质降低，或物侯期推迟等。3.土壤污染的生物效应1）土壤污染对土壤微生物的影响：1.对微生物数量的影响；2.对微生物群落结构和多样性的影响；3.对土壤酶活性的影响2）土壤污染对土壤硝化和反硝化过程的影响：重金属等无机污染物对土壤硝化反硝化过程显著的影响。多数情况下，土壤硝化作用对重金属的毒性较为敏感。3）土壤污染对植物的影响：1.对植物生长的影响；2.对植物体内酶系统的影响；3.对植物细胞和细胞器的影响4）土壤污染对土居动物蚯蚓的影响：1、当土壤被各类化学物质污染后，将会对蚯蚓的生长和繁殖产生不利影响直至导致其死亡；2、化学物质对蚯蚓的毒害程度来评价其对环境的可能危害程度已被作为土壤污染生态毒理诊断的一项重要指标。5）土壤污染物相互作用对其毒性的影响：必须了解其在土壤生态环境中的毒理动力学或分布的速度以及吸附、代谢和排泄规律1.生物监测的概念及其优点和局限性概念：利用各种技术测定和分析生命系统各层次对自然或人为作用的反应或反馈效应的综合表征，来判断和评价这些干扰对环境产生的影响、危害及其变化规律，为环境质量的评估、调控和环境管理提供科学依据优点：1、综合效应性；通常多种污染物并存；2、连续监测性；反映污染或生态破坏的历史状况；3、多功能性；分别监测多种干扰效应；4、高灵敏性；生物对污染物的反应很敏感局限性：1、反应相对迟钝；短时间内难以获得结果做出判断；2、很难定性和定量化；难以监测污染物的名称和含量；3、影响因素多；相同强度的同种干扰对处于不同状态的生物常产生不同的生态效应2.生物监测的依据和基本方法依据：1、生命与环境的协同进化理论；生物变化既是区域内环境变化的组成部分，又可作为环境改变的指示和象征2、生物相对适应性法则；一定环境条件下，生物群落结构及其内在的各种关系是相对稳定的3、生物富集现象；同一营养级上的生物种群从环境中浓缩某种元素或难分解物质4、可比性与重复性；基本方法：1）指示生物法；2）现场调查法；3）现场盆栽定点检测法；4）群落和生态系统监测法1.微生物降解有毒物质的机制及影响因素（一）微生物降解有毒物质的方式：1、矿化作用；2、共代谢作用（二）参与微生物降解作用的生物化学过程：1、氧化作用；2、还原作用；3、水解作用；4、脱卤作用；5、缩/合或共轭作用影响因素：1、微生物的活性：2、提高微生物活性的方法：驯化、诱变育种、基因工程技术改造、环境因素（温度、水分、pH、营养物质、通气）；3、污染物的可给性：2.植物在环境保护中的作用（一）植物在水土流失的防治中的作用：1、地表植被可以减轻地表径流的冲刷；2、地表植被可以起到蓄水减少径流的作用；3、适合用于水土保持的植物种类，沙棘、香根草、柱花草（二）植物与大气保护：1、吸收二氧化碳，放出氧气；2、净化大气污染物（三）植物与荒漠化处理：1、设沙帐，制止沙粒或沙丘流动；2、静沙；3、引种植被；4、林木草原可以降低风速，减缓沙漠化的速度（四）盐碱地的生物治理：（五）植物与水体污染保护：（六）超积累植物与重金属污染土壤的生物修复：（