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环境保护专题主讲：邓振山博士延安大学生命科学学院20112年省培计划——高中生物教师培训2012年8月生物对污染物在环境中行为的影响2概述31相关例证433内容污染环境的生物修复一、环境与环境问题：1、环境（Environment）的概念：一般工具书中定义的“环境”概念：是指人以外的客观事物。作为环境科学术语的“环境”概念：影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总和。生态学中“环境”的概念：生态学研究的中心事物是“生物”，则环境是以整个生物界的生命为主体，是“生物生存的环境”，可定义为：直接或间接影响生物生存和发展的各种因素的总和。2、环境问题：环境问题的概念：指由于人类活动作用于人们周围的环境所引概述概述的环境质量变化，以及这种变化反过来对人类生产、生活和健康的影响问题。其实质是由于人类活动超出了环境的承受能力，对其所赖以生存的自然生态系统的结构和功能产生了破坏作用，导致人与其生存环境的不协调。环境问题的分类环境污染生态破坏重大的环境问题温室效应和气候变暖臭氧层的破坏酸雨荒漠化扩展物种灭绝和物种消失1.1CO2排放与全球变暖的关系•CO2等温室气体，具有对红外长波辐射的单向闭锁作用。随着工业的发展，大量CO2排入大气层，致使地表热量难以向高空散射，从而导致温室效应，全球气温逐年变暖。•近200年来，地球大气中CO2浓度提高了25%，约为353ppm；至2050年，CO2浓度将提高到560ppm，全球气温将上升5.6℃。1.全球变暖烟尘、粉尘污染烟雾中的城市小炼油CO2排放与全球变暖1.2全球变暖的危害•和冰川加速融化，从而使海平全球变暖将会导致海水热膨胀面上升。全球约91%的冰在南极，由于气温的升高，每年约有40亿t冰山融化；•厄尔尼诺是赤道太平洋东部和中部海水出现大范围异常偏暖，且持续6个月以上的一种气候、海洋现象；•科学家们普遍认为，厄尔尼诺、拉尼娜等重大气象灾害，与全球变暖直接相关；海平面的上升，将使沿海城市与低地国家遭受灭顶之灾。臭氧层破坏的危害1）对人体健康的影响：破坏DNA，皮肤病，白内障等2）对陆生植物的影响：产量和质量下降，间接影响3）对材料的影响：加速老化4）对水生生态系统的影响：降低生产力，影响幼体（如图）臭氧层破坏对人类健康的影响酸雨污染致使鱼类死亡受酸雨腐蚀的水稻图受酸雨腐蚀的自由女神像2.1地球水环境•地球表面70%以上被水覆盖，其中海水约占97.3%，淡水仅有约2.7%；人类赖以生存的淡水，约77.2%分布于两极冰盖及陆地冰川，约22.4%分布于地下，而江、河、湖泊淡水，仅占全球淡水总量的0.4%左右。•全球总水量约14亿km3，可供人类利用的淡水量仅有9000km3左右；•中国水资源总量28万亿m3，居世界第6位；中国人均水资源占有量2300m3，为世界人均占有量的25%，属世界上13个贫水国家之一；2.2水体污染源•生活污水——含有大量有机物、悬浮物及N、P等营养物质。其中COD约300-500mg/l、BOD5约150-300mg/l；（医院污水含有大量致病菌群）；•工业废水——成分复杂，或含有高浓度有机物（如造纸、食品工业废水）、或含重金属离子（如Cr、Cd、Hg等）、或含有毒有害物质（如CN、As、F及苯、酚、醇、醛、酮等）、或含放射性物质、或含油类及酸碱等；•农业排水——含有N、P、K等营养物质及多种农药成分；•事故污染——如油泄漏、有毒有害物质泄漏等；2.3中国水污染现状•中国废污水年排放总量约620亿t，其中工业废水占66%、生活污水占34%；•中国约700条大中河流，共约10万km河段的一半以上受到污染，有10%的河段遭受严重污染；•中国三河污染严重（淮河、海河、辽河）、三湖严重富营养化（太湖、巢湖、滇池）、一海赤潮泛滥（渤海）；长江、黄河、珠江、松花江均遭受不同程度污染；•中国90%城市的水域受到污染，约有3亿城市居民面临水体污染的世界环境问题；•据推算，中国因水体污染年经济损失高达400多亿元；荒漠化沙进人退森林砍伐消失的文明——高昌古城3全球及中国的荒漠化•全球荒漠化面积达3600万km2，并且还以每年6-10万km2的面积扩展；•全球4大沙漠——撒哈拉大沙漠、阿拉伯大沙漠、维多利亚大沙漠及塔克拉玛干大沙漠；•世界上荒漠化最严重的地方是非洲的苏丹——萨赫勒地区；•中国现有荒漠化土地160万km2，约为国土面积的1/6，每年还以2000km2面积加速扩展；•中国的4大沙漠——塔克拉玛干大沙漠、库尔班通古沙漠、巴旦吉林沙漠及腾格里沙漠；4.1物种灭绝和消失的原因•森林锐减、湿地退化、荒漠扩展等，严重破坏了生物的生存环境；•地球生态环境的逐年加速恶化，是物种灭绝和消失的根本原因；•环境污染直接伤害生物，其“三致”作用可导致物种变异和灭绝；•人类的滥捕、滥猎、滥采、滥挖，也是导致濒危物种减少直至消失的重要原因；•重大的天象变化及自然灾害，也会导致物种灭绝和消失；4.2全球物种状况•生物系指地球上所有的植物、动物、微生物及其所构成的综合体；生物多样性包括遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性；•地球38亿年进化以来，物种总数达500万种左右；•现代全球有记录和命名的物种约170万种，其中6%在寒带、59%在温带、35%在热带；•目前全球每天约有50个物种灭绝或消失，每年灭绝和消失的物种高达1——2万种；每灭绝一个物种，由于食物链的相关作用，往往会有10——30个物种消失；•20世纪已有约20%物种灭绝或消失，预计至2050年将有25%以上的物种灭绝或消失；5.1自然资源分类与特征•不可再生资源；•可再生资源；•自然资源特征——–稀缺性–区域性–多用性–整体性5.2能源的分类•燃料性能源——煤炭、石油、天然气、沼气、氢气等；•过程性能源——太阳能、风能、水能、潮汐能、地热能、（核能）等；•地外能源、地内能源、运动能源；•可再生能源、不可再生能源；•一次能源、二次能源；•清洁能源、非清洁能源；5.3能源危机•据联合国环境署（UNEP）预测，若以20世纪末世界能源消耗水平推算——•全球石油储量仅可支持46年；•全球煤炭可开采205年；•全球天然气可开采67年；•这些矿物燃料在全球的分布很不均衡，因此，区域性的能源危机会降临的更早！5.4中国能源可持续利用行动•制定国家、地方的能源、环境和经济综合规划；•实现年节能效率＞2.2%；•促进煤炭开采加工方式向环境无害化方向转变；•提高可再生能源在能源结构中的比例–发展水电容量＞8000万KW；–太阳能利用达到200~300万t标煤/a；–风力发电达到20万KW；–地热利用达80万t标煤/a；–提高生物质能利用率；1、生物质能与沼气（1）生物质能。生物体直接或间接吸收太阳能并不断进行转化，成为维持生命活动的能源，就是生物质能。通常作能源消耗掉的生物质能，包括薪柴、木炭、农副产品的下脚料或废弃物（如谷壳、甘蔗渣、秸杆）、能源树、杂草、人畜粪便，以及上述物质经过一定的工艺过程而制成的醇类、沼气等。（1）优点：洁净；取之不尽（2）缺点：分散、间歇、能量密度不高，风力不均匀（3）风能利用的环境影响：噪声；风车布置不当时，也会影响景观，甚至造成鸟类撞击伤亡而破坏生态平衡。巨型风车会因桨叶强度不够，或受飓风袭击，部件外抛造成事故等。这些情况均需加以周密考虑。风能23海洋能海洋能波浪能海洋温差能潮流能盐浓度梯度中的能量4地热能西藏羊八井地热发电厂1地热的来源与分类地热蒸汽是地下水在某种地质条件下受地热的作用而产生的(见图9－4)。2地热发电站截至2001年底，全世界地热发电站约有300座，总装机容量接近1×104MW，分布在20多个国家，其中美国占40％。3地热发电与环境应用地热发电对环境的影响有下述几方面：（1）地热蒸汽的温度和压力都不如火力发电站高，因此地热利用率低，象盖塞斯老发电机组的热效率只有14.3％，以致冷却水用量多于普通电站，热污染也比较严重。（2）地热电站也可利用冷却塔将余热释放到大气中，以避免上述的热污染。（3）从冷却塔排出的废蒸汽和废水产可能含有H2S等有毒气体，应予重视并及时加以处理，以免污染厂区附近的空气。（4）地热属于再生比较慢的一种资源。（2）沼气。它是利用城市垃圾、污水、污泥、人畜粪便、庄稼秸杆、杂草等废弃物经好氧分解和厌氧分解二个阶段而得到的混合气体。沼气的热值视其中甲烷的含量而定，一般为（2～2.6)×107J/m3。环境污染物在生态系统中的行为环境生物效应：指各种环境因素变化而导致生态系统变异的结果。环境化学效应：在多种环境条件的影响下，物质之间的化学反应所引起的环境效果。如：酸雨、光化学烟雾等。环境物理效应：物理作用引起的环境效果。如热污染、噪声污染等。生物对污染物在环境中行为的影响1、生物污染（BiologicalPollution）：•环境中的病原微生物（PathogenicMicroorganism）例如：沙门氏菌、霍乱弧菌、肠道病毒等•水体的富营养化（Eutrophication）概念：指大量的氮磷等营养元素物质进入水体，使水中藻类等浮游生物旺盛增殖，从而破坏水体的生态平衡的现象。不良后果：•微生物代谢产物产生的污染硫化氢酸性矿水硝酸和亚硝酸•微生物毒素指微生物在其生长、代谢过程中所产生的毒素，可污染食品和环境，危害人类健康。如黄曲霉毒素、葡萄球菌肠毒素、藻类毒素等。生物对污染物在环境中行为的影响1、金属的生物转化金属的毒性影响因素：金属的浓度、金属的存在状态例如，六价铬比三价铬毒得多；甲基汞的毒性比其他的汞化合物毒性大得多；有机锡比无机锡毒，有机锡中的烷基锡比芳香基锡毒，烷基锡中三烷基又比其他烷基锡毒。金属的微生物转化微生物对金属的毒性转化，主要是氧化还原和甲基化作用。重金属生物转化的环境效应:微生物通过分泌作用或呼吸作用排出形成的有机金属化合物，是微生物具有的一种对有毒金属解毒方式；但被排出的金属化合物，可能比其原形态对高等生物具更大的危害性。另一方面，微生物可将化合态的重金属转化还原为单质形式，这种转移方式可暂时或永久地将金属从生物接触的环境中清除出去。污染环境的生物修复1、生物修复的概念及其原理：生物修复（Bioremediation）指利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术系统。生物修复的基本指导思想净化速度缓慢由于三方面的原因生物修复技术系统中添加氮、磷等营养盐接种、驯化高效菌自然条件下DO不足营养盐缺乏高效菌生长缓慢供氧快速去除污染物污染环境的生物修复1、生物修复的概念及其原理：生物修复（Bioremediation）指利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术系统。生物修复的基本指导思想净化速度缓慢由于三方面的原因生物修复技术系统中添加氮、磷等营养盐接种、驯化高效菌自然条件下DO不足营养盐缺乏高效菌生长缓慢供氧快速去除污染物污染环境的生物修复2、生物修复技术的特点：优点：投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染物浓度，适用于在其他技术难以应用的场地，而且能同时处理受污染的土壤和地下水。局限性：需对具体地点的状况和污染物进行详细而昂贵的考察，微生物活性受温度和其他环境条件的影响，某些情况下，生物修复不能去除全部的污染物。污染环境的生物修复3、微生物修复及其原理微生物修复的生物类型土著微生物：环境中固有的微生物外来微生物：需大量接种的高效菌基因工程菌（GEM）微生物修复的影响因素营养盐：需添加氮、磷营养元素电子受体：可通过对土壤鼓气或添加产氧剂的方式来提供DO作为有机物降解的电子受体；此外，硝酸根、硫酸根、铁离子也可作为有机物降解的电子受体。共代谢基质污染现场和土壤特性：污染环境的生物修复3、微生物修复及其原理土壤特性影响污染物和微生物的相对活性，最终影响生物修复的速度和程度。有毒有机污染物的物理化学性质。4、植物修复（Photoremediation）植物修复的特点可同时去除有机污染物和重金属、放射性核素，适用于大面积、低污染的位点。植物修复金属污