环境科学基础

第二章环境科学基础•[基本内容]•主要讲述:环境与环境系统及其相关概念；环境问题造成的危害；与环境相关的食品污染问题等；中国环境问题的基本特点；可持续发展战略对食品工业的影响和作用。•[基本要求]•了解:环境与环境系统；人与环境的关系；中国环境问题的基本特点；可持续发展战略的起源、内涵与特征；•理解:环境与经济的关系；中国环境保护与经济发展的现状和发展。•掌握环境、环境系统、生态系统、生物圈、环境问题等基本概念。本章节次•第一节环境与环境系统•第二节生态系统•第三节环境与经济发展第一节环境与环境系统•一、环境及相关概念•（一）环境的定义•（二）环境要素及其特性•（三）环境系统的特性•二、环境问题•（一）什么是环境问题•（二）环境问题的产生和发展•（三）环境问题的本质•（四）中国环境问题的基本特点一、环境及相关概念•（一）环境的定义•从哲学的角度说，环境是指与某一中心或主体相对的客体。当中心或主体不同的时候，相应的客体即环境的含义也有所不同。•通常所说的环境是以人类为中心的，即指围绕人群的空间及其中可以直接、间接影响人类生活和发展的各种自然因素和社会因素的总体。•因此，人类环境可分为自然环境和社会环境2大类。•1、自然环境•是指人们赖以生存和发展的必要物质条件，是人类周围各种自然因素的总和。•自然环境是环境科学重点研究的对象，如环境生态建设、水土保持、可持续发展战略、生态省、生态市、生态县建设等。•2、社会环境•是指人们生活的社会经济制度和上层建筑的环境条件，如构成社会的经济基础及其相应的政治、法律、宗教、艺术、哲学的观点和机构等，还有人类居住、人类社会发展各阶段的情况和城市建设等都属于社会环境的内容。•它是人类在物质资料生产过程中，共同进行生产而结合起来的生产关系的总和。•在实际工作中，人们往往从工作需要出发给环境做出定义。•世界各国的环保法规中，往往把应当保护的环境要素或对象称之为环境。•如大气、水、土地、矿藏、森林、草原、野生动植物、名胜古迹、风景旅游区、自然保护区、生活居住区等。•（二）环境要素及其特性•1、环境要素•又称作环境基质，是指构成人类环境整体的各个独立的、性质不同而又服从整体演化规律的基本物质组分。•分自然环境要素和人工环境要素。•自然环境要素通常指：水、大气、生物、阳光、岩石、土壤等。•人工环境要素所包含的内容更多，是指人工构筑物、人工产品和能量、科技、综合生产力等。（如工厂、车间、城市、水库、公路土壤改良）•环境要素组成环境结构单元•环境结构单元又组成环境整体或环境系统。•例如：•水环境要素组成水体，全部水体总称为水圈；•大气环境要素构成大气层，整个大气层总称为大气圈；•生物体组成生物群落，全部生物群落构成生物圈。•2、环境要素的特性（P15）•1）最差限制律•2）等值性•3）整体性大于各个体之和•4）出现有先后，相互联系，相互依赖•上述特点，不仅是制约各环境要素之间互相联系、互相作用的基本关系，也是认识环境并进行评价和改造的基本依据。•（三）环境系统的特性•环境系统是一个复杂的，有时、空、量、序变化的动态开放系统。•环境系统的组成和结构越复杂，它的稳定性越大，越容易保持平衡。•在人类环境中存在连续不断的、巨大和高速的物质、能量和信息的流动，表现出其对于人类活动的干扰和压力。•环境系统的特性表现为：P16•1.环境的整体性•2.环境资源的有限性•3.环境差异性（环境的区域性）•4.环境的变动性和稳定性•5.危害作用的时滞性二、环境问题•（一）什么是环境问题•是由自然力或人为引起生态平衡破坏，最后直接或间接影响人类生存和发展的一切客观存在的问题。（广义上）•指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。（狭义上）•（二）环境问题的产生和发展•随着人类的出现，生产力的发展和人类文明的提高，环境问题也相伴产生，并由小范围、低程度危害，发展到大范围、对人类生存造成不容忽视的危害；即由轻度污染、轻度危害向重污染、重破环、重危害方向发展。•（由来已久，日趋严重）•依据环境问题产生的先后和轻重程度，环境问题的产生和发展，可大致分为以下3个阶段。•1、环境问题的产生与生态环境早期破坏（古代）•2、城市环境问题突出和“公害”加剧（近代）•3.全球性大气环境问题，即当代环境问题阶段（当代）•表2-1是1909-1973年间世界公害的情况•表2-2是20世纪国外8大公害事件•表2-3是20世纪后期国外6大公害事件•与过去相比，当代环境问题的特点主要有：•（1）区域性环境污染扩展到全球性环境问题•①环境问题在全球范围内出现。•②环境问题的影响危机全球人类。•③环境问题的形成与全人类的活动有关。•④环境问题的解决是全球性的。•（2）从第一代环境问题扩展到第二代环境问题•第二代环境问题主要指全球性环境问题，其规模和性质以及对人类和其他生物的影响都远远超过第一代环境问题。（严重性）•其中最重要的问题是：•①全球气候变暖•②臭氧层破坏•③酸雨问题越过国界•④危险废物在全球转移•⑤生物多样性锐减•（3）从发达国家的环境问题扩展到发展中国家的环境问题•发展中国家突出的环境问题有：•①贫穷与落后造成环境灾难与生态难民。•②人口爆炸加剧了发展中国家的环境压力。•③债务迫使发展中国家加剧开发资源，得不偿失。•④发展中国家工业化道路是被迫加剧环境污染的道路。•⑤污染转移加剧了发展中国家的环境问题。•（三）环境问题的本质•从环境问题的发展历程可以看出：人为的环境问题随着人类的诞生而产生，并随着人类社会的发展而发展。•造成环境问题的根本原因是对环境的价值认识不足，缺乏妥善的经济发展规划和环境规划。•环境问题的实质是由于盲目发展、不合理开发利用资源而造成的环境恶化和资源浪费，乃至枯竭和破坏。•（四）中国环境问题的基本特点•1.人口众多，水土流失严重，对环境的压力很大，环境极易受到破坏。•2.中国企业数量巨大，但中小企业居多，特别是乡镇企业高速发展，给环境带来很大冲击。•3.中国能源以煤炭为主，对环境的污染比较严重。•4.经济相对落后，用于环境治理费用少，环境恢复速度缓慢。•5.文化科技相对落后，人的素质和环境意识有待进一步提高。第二节生态系统•一、生态系统概念、组成和分类•二、生态系统的功能•三、生态平衡及调控•四、生物多样性•五、生态安全一、生态系统概念、组成和分类•（一）生态系统概念•1.生态系统•是指自然界一定空间内的生物与环境之间相互作用、相互制约、不断演变,达到动态平衡、相对稳定的统一整体,是具有一定结构和功能的单位。•简单地说,生态系统是生物与环境之间进行物质和能量交换,并在一定时间内处于动态平衡的基本单位。•2.生态环境•又简称为“生境”。•是指生物的个体、群体或群落所在的具体地段的环境。•包含生物所必需的自下而上的条件和其他生态因素。•有时也可指某一有机体的特殊环境条件，如盐生生境、砂生生境等。•3.环境容量•在人类生存和自然生态不致受害的前提下，某一环境所能容纳污染物的最大负荷量。•（藏污纳垢的量能力）•4.环境承载力•是指在某一时期，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。•（藏污纳垢的能力）•这一概念的提出，其思想前提是环境的“资源观”和“价值观”。•环境作为一种资源，它包含了2层含义：•一是指环境的单个要素（如土地、水、气候、动植物、矿产等）以及它们的组合方式（环境状态）；•二是指与环境污染相对应的环境纳污能力，即“环境自净能力”。•（二）生态系统的组成•生态系统组成成分按照其有无生命可分为2大类：•一类是生物成分•另一类是非生物成分生态系统组成•1.生物成分•生物成分指有生命的成份即生物群落，它由3部份组成：生产者、消费者和分解者。•（人、动物、植物、微生物）•2.非生物成分•包括碳、氢、氧及各种无机盐类、太阳辐射、空气、温度、土壤等自然因素。•它们为生物的生存提供必须的空间、物质和能量条件，是生态系统能够正常运转的物质和能量基础。•无生命成份即无机环境，包括构成植物生长和动物活动空间的基质、生物体代谢媒介、物质代谢材料。•（三）生态系统分类•1、按其环境特征可分为陆地生态系统和水域生态系统。•陆地生态系统，根据植物群落的特性和结构，又可分为森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统和冻原生态系统等。•水域生态系统则包括海洋生态系统、湖泊生态系统和河流生态系统。•2、根据生态系统形成条件可分为自然生态系统、人工生态系统及介于两者之间的生态系统。•3、根据生态系统的结构和对外界进行能量与物质的交换关系，可分为封闭式生态系统和开放式生态系统等。二、生态系统的功能•（一）生态系统的生产功能•生产功能是生态系统最显著的功能。•生态系统中绿色植物为地球上所有的异养生物提供初级营养物质和能量，就是初级生产。•而异养生物对初级生产的营养物质进行取食加工和再生产而形成次级营养物质，就是次级生产。•初级生产和次级生产为人类提供几乎全部的食物和工农业生产的原料。•（二）生态系统的服务功能•1.生物多样性的维护•生物多样性是自然生态系统生产和生态服务的基础和源泉。•目前人类所需营养的75％，主要来自7个物种，即小麦、水稻、玉米、马铃薯、大麦、甘薯和木薯，并为人类服务。•人类向自然索取了巨大财富，但也加速物种灭绝进程，这是人类对自然最深刻的、不可逆转的破坏活动。•生物技术在解决粮食短缺、人类健康、维护生物物种和环境等诸多社会经济重大问题中具有重要作用，将成为21世纪国民经济的支柱产业。•而生物技术的物质基础就是生物多样性。•生物多样性可为人类提供多方位的服务。如森林不仅为人类提供木材，还贮藏了百万年前的太阳能，为今天提供了煤、原油和天然气。•2.传粉、传播种子的功能•植物靠动物传粉，二者是互惠共生的关系。在已知繁殖方式的24万种植物中，大约有22万种植物，包括绝大多数农作物均需要动物帮助。•动物主要是野生动物，参与授粉的有10万种以上，从蜂、蝇、蝶、蛾、甲虫和其他昆虫，到蝙蝠和鸟类。•在农作物中，约有70％的物种需要动物授粉。随着岁月流逝，植物与授粉动物之间形成了协同进化的关系。•3.生物防治功能•利用天敌或某些生物的代谢物去防治有害生物，称为生物防治。•天敌多种多样，有瓢虫、步行虫、蜘蛛和鸟类等捕食者，有寄生蜂、寄生蝇和线虫等寄生物，有真菌、细菌和病毒等致病菌。•这些天敌在自然生态系统中发挥着控制有害生物，限制潜在有害生物数量的作用。•4.保护和改善环境质量功能•植物和微生物在自然生长过程中，吸附周围空气中或者水中的悬浮颗粒和有机的、无机的化合物，把它们吸收、分解、同化或者排出。•动物则对活的或死的有机体进行机械的或生物化学的切割和分解，然后把这些物质加以吸收、加工、利用或者排出。•5.土壤形成及其改良功能•土壤是农业的基础。•土壤层是自然生态系统经过千百年生物和物理、化学过程产生而形成的，并由整个生态系统维持更新。•土壤生物是土壤积极的改良者。土壤中最多的生物当推微生物，估计现已知菌种的50％以上栖息于土壤之中。•6.减缓干旱和洪涝灾害•森林和植被在减缓干旱和洪涝灾害中起着重要作用，成为水利的屏障。•7.净化空气和调节气候•绿色植物有防治大气污染、净化空气的功能。因此，植物有过滤各种有害物质净化空气的功能。植物被誉为天然的过滤器。•植物吸收二氧化碳进行光合作用，有效地调节了空气的成分。三、生态平衡及调控•（一）生态平衡的概念•生态平衡（Ecologicalequilibrium,ecologicalbalance）指一个生态系统在特定时间内的状态，在这种状态下，其结构和功能相对稳定，物质与能量输入输出接近平衡，在外来干扰下，通过自然调节（或人为调控）能恢复原初的稳定状态。•生态平衡概念包括2方面的含义：动态性、稳态性•一是生态平衡是生态系统长期进化所形成的一种动态平衡，它是建立在各种成分结构的运动特性及其相互关系的基础上的，即它的各项指标，如生产量、生物的种类和数量，都不是固定在某一水平，而是在某个范围内来回变化。这同时也表明生态系统具有自我调节和维持平衡状态的能力。•二