2.第2章-环境与健康

西安交通大学医学院李宇飞1环境与健康的关系第二章西安交通大学医学院李宇飞2第一节人类的环境•环境的概念•环境是指就某项中心而言的周围情况——（辞海）•环境就是作用于人类所有外界力量的总和，包括一切客观存在的自然和社会条件。西安交通大学医学院李宇飞3一、人类自然环境的构成•大气圈（大气层）atmosphere•水圈hydrosphere•土壤岩石圈Lithosphere土壤圈就是岩石圈最外面的一层疏松部分。•生物圈biosphere西安交通大学医学院李宇飞4二、生态环境ecologicalenvironment•生态系统•食物链•生态平衡西安交通大学医学院李宇飞5（一）生态系统•生物群落和其生存环境所构成的系统（或综合体）称为生态系统(ecosystem)。•生物群落指地球有机界的整体，包括动物、植物和微生物。生态系统是生物群落与复杂的环境相结合所构成的自然基本单位。西安交通大学医学院李宇飞6构成生态系统的基本组成部分•生产者:指能进行光合作用而合成有机物的绿色植物和自养菌。•消费者:指直接或间接以绿色植物为食的各种动物。•分解者:也叫还原者，指具有分解能力的各种微生物和原生动物。•无机界:亦称非生物环境或自然环境，指生态系统中各种无机物和自然因素，包括阳光、空气、水、土壤、矿物质等。西安交通大学医学院李宇飞7有机营养物分解者太阳能光合作用CO2O2热能机械能热能、机械能H2O矿物质有机营养物矿物质矿物质西安交通大学医学院李宇飞8在生态系统中存在着物质循环和能量转移。各种物质在生产者、消费者、分解者和自然环境之间往复循环，被生物重复利用，如氧循环、碳循环、氮循环等。来自太阳的能量，从生产者到消费者再到分解者，为生命活动提供了必不可少的能量供应。西安交通大学医学院李宇飞9生态系统的分类（一）根据生态系统存在的形式分为:•陆地生态系统：如森林生态系统，草原生态系统，荒漠生态系统等;•淡水生态系统：如流动水生态系统，静水生态系统等;•海洋生态系统：如滨海生态系统，大洋生态系统等。西安交通大学医学院李宇飞10生态系统的分类（二）根据人为因素参与的多少分为:•自然生态系统：无人为因素的参与或人为因素的影响甚小，如原始森林、未经放牧的草原等所构成的生态系统;•半自然生态系统：虽有人为因素的参与，但人为因素并未起绝对作用，如人工抚育过的森林、放牧的草原、养殖的湖泊以及农田生态系统等;•人工生态系统：几乎完全由人为因素所控制，如城市生态系统以及工厂、矿山所构成的小的生态系统等。西安交通大学医学院李宇飞11（二）食物链:•生态系统中，一种生物被另一种生物吞食，后者再被第三种生物吞食，彼此形成一个以食物联接起来的链锁关系，叫食物链(foodchain)，亦名营养链，如青草、野兔和狼之间的关系。•生态系统中，物质的循环和能量的转移就是通过食物链实现的。西安交通大学医学院李宇飞12食物链的种类•捕食性食物链(放牧式食物链)：又叫陆生食物链植物小动物大动物•碎食性食物链：又叫水生食物链碎食物(树叶碎片及藻类)虾鱼食鱼鸟•寄生性食物链：哺乳类或鸟类跳蚤原生动物细菌滤过性病毒•腐生性食物链：动植物尸体被微生物分解西安交通大学医学院李宇飞13食物链的各个环节叫营养级。生产者一级消费者二级消费者第一营养级第二营养级第三营养级在一条食物链中，通常有4~5个营养级，一般不超过7级。西安交通大学医学院李宇飞14在一个生态系统中，各种食物链相互交错，形成食物网(foodweb)。作为人的食物来源，主要来自陆生食物链和水生食物链。西安交通大学医学院李宇飞15（三）生态平衡•生态系统各个环节的质和量相对稳定和相互适应的状态称之为生态平衡(ecoequilibrium)。•在任何一个正常的生态系统中，能量流动和物质循环总是不断地进行着，但在一定的时期内，在生产者、消费者和分解者之间都保持着一种相对的平衡状态，即系统的能量流动和物质循环在较长时期内保持稳定，这就是生态平衡。•在自然生态系统中，生态平衡还表现为生物的种类和数量的相对稳定。西安交通大学医学院李宇飞16生态系统是一种复杂的、随时间而发生变化的动态系统，生态平衡也是一种动态平衡，而不是静止的平衡。或者说，平衡是相对的、暂时的，而不平衡是绝对的、永久的。西安交通大学医学院李宇飞17生态系统之所以能够保持相对的平衡状态，主要是由于其内部具有自动调节的能力。当生态系统的某一部分出现了机能的异常，就可能被不同部分的调节所抵消。生态系统的组成成分越多样，能量流动和物质循环的途径越复杂，其调节能力也就越强。相反，成分单调，结构简单，调节能力就小。西安交通大学医学院李宇飞18但是，即便一个生态系统的调节能力再强，也是有一定限度的，超过这个限度，调节就无能为力，生态平衡就会遭到破坏。处于平衡状态的生态系统的某一环节出现故障或受到严重的外来干扰，就会破坏原有的生态平衡。破坏生态平衡的因素，既有自然因素，也有人为因素。西安交通大学医学院李宇飞19破坏生态平衡的因素•自然原因主要指自然界发生的异常变化，如火山爆发、地震、台风、旱涝灾害、瘟疫流行等、•人为因素如砍伐森林、环境污染、引进或消灭物种等西安交通大学医学院李宇飞20生态系统的主要特征•整体性•开放性•自调控•可持续性西安交通大学医学院李宇飞21生态系统服务（Ecosystemservices）•生态系统服务指人类从生态系统获得的所有惠益，包括供给服务（如提供食物和水）、调节服务（如控制洪水和疾病）、文化服务（如精神、娱乐和文化收益）以及支持服务（如维持地球生命生存环境的养分循环）。•生态系统产品和服务是生态系统服务功能的同义词。西安交通大学医学院李宇飞22生态系统服务功能的主要内容•有机质的生产与生态系统产品•生物多样性的产生与维护•调节气候•减缓灾害•维持土壤功能•传粉播种•控制有害生物•净化环境•感官、心理、精神益处•精神文化的源泉西安交通大学医学院李宇飞23生态系统健康Ecosystemhealth•指一个生态系统所具有的稳定性和可持续性，即在时间上具有维持其组织结构、自我调节和对胁迫的恢复能力——Rapport（1989）•生态系统健康应该包含两方面内涵：满足人类社会合理要求的能力和生态系统本身自我维持与更新的能力——Rapport(1999)•生态系统健康学——研究生态系统管理的预防性的、诊断的和预兆的特征，以及生态系统健康与人类健康之间关系的一门系统的科学。西安交通大学医学院李宇飞24一个健康的生态系统应具备下述特征•具有能够从人为或自然的正常扰动中恢复过来的恢复能力；•具有在投入缺失的情况下自我维持稳定的能力；•不会对相邻生态系统造成压力；•稳定、可持续、有弹性，无失调的症状；•应包括经济学健康、社会学健康和人类健康。西安交通大学医学院李宇飞25生态系统健康的评价方法生态系统健康指数(healthindex，HI)HI=VOR•HI——系统健康指数，也是可持续性的一个度量•V——系统活力，是新陈代谢和初级生产力的主要标准•O——系统组织指数，是系统组织相对复杂程度，包括其多样性和相关性•R——系统弹性指数，是系统抗干扰能力西安交通大学医学院李宇飞26生态系统健康诊断的评价指标•活力——活力是指能量或活动性。在生态系统背景下，活力指根据营养循环和生产力所能够测量的所有能量。•恢复力——恢复力是指系统在外界压力消失的情况下逐步恢复的能力。•组织结构——组织结构是指生态系统结构的复杂性。一般的趋势是根据物种的多样性及其相互作用的复杂性，而组织结构趋于复杂。•维持生态系统服务——维持生态系统服务指服务于人类杜会的功能，如涵养水源、水体净化、提供娱乐，减少土壤侵蚀。它越来越成为评价生态系统健康的一个关键性的指标。西安交通大学医学院李宇飞27生态系统健康诊断的评价指标•管理的选择——管理选择是指健康生态系统可用于收获可更新资源、旅游、保护水源等各种用途和管理，退化的或不健康的生态系统不再具有多种用途和管理选择，而仅能发挥某一方面的功能。•减少投入——健康的生态系统不需要另外的投入来维持其生产力。因此，生态系统健康的指标之一是减少额外的物质和能量的投入来维持自身的生产力。•对相邻系统的危害——许多生态系统是以其它系统为代价来维持自身系统的发展的，如废弃物排放进入相邻系统、污染物排放、农田流失(包括养分、有毒物质、悬浮物)等，造成了胁迫因素的扩散，增加了人类健康风险，降低了地下水水质。•人类健康影响——生态系统的改变能够影响人类健康。人类健康本身是个很好的测量生态系统健康的指标，健康的生态系统有能力维持人类的健康。西安交通大学医学院李宇飞28生态系统健康的类型•生态系统健康为一级区——生态组织结构十分完整合理，系统活力极强，外界压力小，无生态异常出现，生态系统的生态功能极其完善，系统极稳定，处于可持续状态。•生态系统较健康为二级区——生态系统组织结构合理，系统活力较强，外界压力较小，无生态异常，生态系统的生态功能较完善，系统尚稳定，处于可持续状态。•生态系统亚健康为三级区——生态结构完整，具有一定的生态系统活力，外界压力较大，接近生态阈值，系统尚稳定，但敏感地带多，已有少量的生态异常出现，可发挥基本的生态功能，生态系统尚可维持。西安交通大学医学院李宇飞29生态系统健康的类型•生态系统不健康为四级区——生态组织结构出现缺陷，系统活力较低，外界压力大，生态异常较多，生态功能已经不能满足维持生态需要，生态系统已经退化。•生态系统患病为五级区——生态组织结构极不完整合理，自然植被被斑块破碎化严重，活力极低，出现大面积的生态异常区，生态系统已经恶化。西安交通大学医学院李宇飞30人类在生态系统中的位置•绝对优势种群•强有力的地质动因西安交通大学医学院李宇飞31绝对优势种群•（1）在食物方面：•①一级消费者，食物来自农田；•②二级消费者，最大食肉种群；•（2）破坏森林•（3）对物种的影响西安交通大学医学院李宇飞32强有力的地质动因•（1）采矿炼矿，改变某些元素在地壳中的分布范围；•（2）排放物改变大气的组成和性质；•（3）改变水循环；•（4）土壤沙漠化。西安交通大学医学院李宇飞33第二节人和环境的关系•统一性•对立性西安交通大学医学院李宇飞34统一性•物质的统一：人和环境之间存在物质交换和能量转移。•人体结构和功能对环境的适应：人体的结构、器官和功能对外界环境有一定的适应能力，这是在生物进化的长期过程中逐步得到完善的。•环境是人体一切感觉和活动的源泉：人是环境的组成部分，不断来自环境的信息刺激是人体必需的。西安交通大学医学院李宇飞35“鲎试剂”——鲎蓝色血液的提取物，可以准确、快速地检测人体内部组织是否因细菌感染而致病；在制药和食品工业中，可用它对毒素污染进行监测。西安交通大学医学院李宇飞36对立性•环境因素的剧烈变动导致人体不能适应而发生疾病。•人类不仅可以利用环境，而且可以改造环境——主观能动作用。西安交通大学医学院李宇飞37第三节环境改变与机体反应的基本特征西安交通大学医学院李宇飞38一、环境介质与环境因素暴露•环境介质：空气、水、食物、生物、土壤等•环境化学物质在环境中的转归：毒性消失或降低——自净毒性增强——更受关注短时间内不变化——持久性有机污染物西安交通大学医学院李宇飞39化学物质在环境中的迁移•单一介质内的迁移：扩大污染范围•不同介质间的迁移：范围、途径•生物性迁移：范围、途径、毒性西安交通大学医学院李宇飞40化学物质在环境中的转化形态或理化性质的改变二次污染物（secondarypollutant）•化学转化：光化学烟雾•生物转化：无机汞→有机汞西安交通大学医学院李宇飞41生物转化作用•污染物进入生物体内后，在相应的酶系统的催化作用下，经过代谢变化的过程，即生物转化过程。•生物转化的结果：1.污染物毒性降低，或无害化；2.污染物毒性增强，如汞甲基化。biologicaltransformation西安交通大学医学院李宇飞42环境的自净作用：•少量污染物一时性进入环境，经过各种自然过程的作用，使污染物达到自然净化，使生态系统不致遭到破坏，环境的这种