环境地学 赵烨 第8章

1、8-智慧圈子系统18 8 智慧圈子系统智慧圈子系统目录目录8.1 智慧圈及其发展演化8.2 农业生产对环境的影响8.3 工业生产对环境的影响8.4 采掘业生产对环境的影响8.5 交通业对环境的影响8.6 能源使用对环境的影响8.7 大型跨流域调水工程对环境的影响8.8 人类社会与环境的协调发展8.9 思考题与个案分析8-智慧圈子系统28.1 智慧圈及其发展演化8.1.1 智慧圈的概念 苏联地球化学家维尔纳茨基(V.I. Vernadsky)在研究人类活动对生物圈影响的基础上，于1942年提出了智能圈的概念，即人类通过各种技术手段直接或者间接使生物圈受到影响的部分。8-智慧圈子系统3 法国学者德

2、日进在研究地球各个圈层的构成关系及古生物学演化的基础上，于1947年又发表了智慧圈的形成，提出了一种协调的、会思考的地球观智慧圈(noosphere)，即思维物质构成的地球圈层，它包括生命和生命进化一般进程中所形成的精神、思想、智慧和物质财富。 8-智慧圈子系统4 智慧圈又称为人类圈或技术圈，是指包括人类社会系统以及人类改造自然环境所形成的劳动凝结。它位于生物圈的核心部分，是一个要素众多、结构复杂、时空分异明显的系统。 8-智慧圈子系统58.1.2 智慧圈的形成与发展 智慧圈是地球环境系统长期发展演化的产物。地质记录的研究表明，地球环境系统的发展演化大致可划归为三个阶段：即地球环境发展的无生命

3、阶段，生命与地球环境的共同发展阶段，人类与地球环境的共同发展阶段。 8-智慧圈子系统6 按照人类数量增长方式的不同，可将智慧圈的发展分为三个阶段：一是高出生率、高死亡率、低增长率阶段；二是高出生率、低死亡率、高增长率阶段；三是低出生率、低死亡率、低增长率或负增长阶段。目前全世界人口增长量的绝大多数是在发展中国家，有人预言“末来的世界将是一个穷人子孙多，富人金钱多的世界” 。8-智慧圈子系统7图8-1 世界总人口构成及其发展趋势示意图（据联合国，1998年资料）人口/1098-智慧圈子系统8图8-2不同智慧圈发展阶段人类对地球环境的影响示意图（据G. T. Miller， 1996年资料） 8-

4、智慧圈子系统9 按照人类社会发展与地球环境相互作用方式的不同，可将智慧圈划分为4个阶段，即前发展阶段，低发展阶段，高发展阶段和持续发展阶段，每一个发展阶段的时间尺度、空间尺度、经济水平、生产模式及其对地球环境的影响，如下表所示。 8-智慧圈子系统108-智慧圈子系统118.1.3 智慧圈的组成 智慧圈处于地球环境系统的核心部位，影响智慧圈发展变化的因素来自于上至大气圈的电离层、下至岩石圈的莫霍面的垂直厚度达65 km的地球环境系统，并使智慧圈与大气圈、水圈、生物圈、土壤圈、岩石圈相互交叉衔接和叠加在一起。 8-智慧圈子系统12 从人类社会与地球环境相互作用（资源开发、转化与利用、分配与消费）来

5、看，现代智慧圈的组成包括以下部分，即以物质生产与消费为特色的第一产业、第二产业、第三产业系统；以规范和优化人类活动方式为特色的宗教与文化子系统、政治与管理子系统。8-智慧圈子系统13图8-3 智慧圈的组成结构示意图8-智慧圈子系统14 由于智慧圈是地球表层一个组成要素众多、结构复杂、时空分异明显的开放巨系统，其研究涉及自然科学、技术科学和社会科学等诸多学科领域。作为环境地学的研究内容，本章着重从人类活动与地球环境相互作用的角度，讨论智慧圈中的农业、工矿业、交通运输、能源等行业与地球环境系统的相互影响。8-智慧圈子系统158.2 农业生产对环境的影响8.2.1 农业生产的特征 农业是人类社会最基

6、本的物质生产部门，农业生产贯穿于人类社会发展的始终。农业生产的劳动对象是农业生物，农业生物都有其自身的生长发育条件和繁殖规律，它们在生长发育和繁殖过程中，生物体与周围环境不断进行着物质和能量的交换，生物的生存和延续都离不开环境。 8-智慧圈子系统16图8-4 农业生产过程物质循环转化过程示意图 8-智慧圈子系统17 农业生产的重要特征就是生命物质的再生产与经济再生产过程的协调统一，其中自然再生产是指生命有机体通过与环境之间的物质能量交换与转化，不断生长发育和繁殖的过程，这也是地球环境系统中重要的自然物质循环过程。 8-智慧圈子系统18 按照人们恢复和增强土壤肥力的方式和生产工具的不同，可以将人

7、类农业发展划分为三个阶段： 原始农业 传统农业 现代农业8-智慧圈子系统198.2.2 农业生产对农用地环境的影响 现代农业生态系统是一个开放的动态系统，在农业生产过程中，农用地（农田）不断地与外界进行着物质和能量的交换，但是如果物质和能量交换失衡，常可引起农用地的退化与污染。 8-智慧圈子系统20 农业生产的污染物及其污染方式主要有： 化学农药的过量使用 化肥的过量施用 污水灌溉农田 过量施用现代化饲养场有机肥也会造成土壤 富营养化8-智慧圈子系统218.2.3 农业生产对区域环境的影响 传统农业生产是融自然物质循环与农作物再生产为一体的协调过程，它具有低效益、持续性、农业生产中物质循环空间

8、范围较小、易达到农用地物质平衡等特点，故传统农业一般不会造成环境污染，也少有破坏农业生态的现象发生。 8-智慧圈子系统22 以高投入、高产出为特征的现代农业对区域大气环境的影响：农业过量施用化学农药、化肥等通过扩散与挥发污染大气环境；集中单一农作物释放大量花粉或代谢物造成区域大气污染；农作物秸秆燃烧也能造成大气污染；在温带暖温带季风性半湿润气候区，冬春季裸露农田也是大气颗粒物的重要来源地。8-智慧圈子系统23 农田表面径流和农业退水对区域水体的污染：在农业生产活动中，农用地之中的氮素和磷素等营养物质以及农药和其他有机或无机污染物质，通过农田的地表径流、农田渗漏、农业退水等方式形成了对区域水体环

9、境的污染，其污染类型主要包括化肥、农药、集约化养殖场污染。8-智慧圈子系统248.3 工业生产对环境的影响8.3.1 工业生产的特征 工业是从地球环境系统中取得物质资源，并对原材料进行加工或者提纯、再加工的社会物质生产部门，也是社会分工发展的产物，工业属于第二产业。 8-智慧圈子系统25 工业是一个人造的、组成要素众多、纵横交错的复杂系统，在一般情况下，在工业生产过程中原材料绝不可能100%转化为产品，工业生产的众多环节都会有废弃的物质和能量排出，其排放比例与原材料、生产工艺和设备水平等密切相关。 8-智慧圈子系统26图8-5 工业生产中物质转化流程示意图 “”8-智慧圈子系统27 从工业生产

10、与环境的关系角度，可以将工业发展划分为三个阶段： 以资源消耗和环境污染为代价的传统工业 倡导污染控制的近代工业 清洁化生产的现代工业 8-智慧圈子系统288.3.2 工业生产对环境的影响 根据工业产品的经济用途、使用原材料和工艺性质的异同，将工业划分为冶金、电力、燃料、化工、机械、建材、森林、食品、纺织、皮革、造纸11个门类。这些众多的工业部门都会污染环境，只是不同工业所产生的废弃物成分和总量不同而已。 8-智慧圈子系统29图8-6钢铁工业生产的主要环节与物质利用率（据E. D. Enger，2006年资料） 8-智慧圈子系统30 除废弃物堆放场、工业区的地表径流和风力扬尘会造成大范围的面源污

11、染外，多数工业污染物属于点状污染源，它们通过排放废气、废水、废渣、废热、噪声、振动、光照、辐射、电磁等污染其周围环境，其中工业“三废”对环境影响更为显著。 8-智慧圈子系统31 工业废气：工业生产中的燃烧过程、加热与冷却、合成反应与分解反应、泄漏事故等均会向周围环境排放出各种气体。其中包含的成分有： 硫氧化合物（SO2和SO3）； 颗粒物； 氮氧化合物； 碳氧化合物； 碳氢化合物； 氟化物； 铅微粒（铅蒸气）。 8-智慧圈子系统32 工业废水：水在工业生产中作为原料、溶剂、洗涤剂以及物质反应的介质和能量传递的介质，几乎所有的工业生产过程中都需要水，也就不可避免地要产生并排放废水。 8-智慧圈子

12、系统338-智慧圈子系统34图8-7固体废弃物填埋对环境的潜在影响示意图 8-智慧圈子系统358.4 采掘业生产对环境的影响8.4.1 采掘业生产的特征 采掘业是指对固体、液体或气体等自然矿物的采掘活动，采掘业属于第二产业。采掘业的发展为许多生产部门提供了丰富的矿物原料，对国民经济发展起到了支撑作用，也是国民经济的基础性产业。 8-智慧圈子系统36 采掘业主要包括煤炭采选业、石油和天然气开采业、黑色金属矿采选业、有色金属矿采选业、非金属矿采选业、其他矿采选业、木材及竹材采运业等。采掘业的生产方式、规模及其空间分布与环境特征（特别是岩石圈的矿床特征）和社会经济条件之间密切相关。 8-智慧圈子系统

13、378.4.2 采掘业生产对环境的影响 采掘业生产即矿产资源开发活动对环境的扰动方式、影响强度和范围一方面取决于矿产种类、采矿方法和采掘机械的选用，另一方面取决于矿山周围的地理环境和社会经济特征等。 8-智慧圈子系统38图8-8 江西省永平铜矿露天开采的环境影响评价模式（据刘培同，王华东，1986年资料） 8-智慧圈子系统39 采掘业生产即矿产资源开发活动对环境的影响是巨大的，这些影响可以归结为： 对地貌形态的影响 对土壤的影响 对区域水环境的影响 对生物群落的影响 对区域景观美学的影响 8-智慧圈子系统408.5 交通业对环境的影响8.5.1 交通业生产的特征 交通业包括运输和电信两个方面，

14、是通过劳动实现人与物质的空间位移或者信息传递的产业部门，它是人类重要的社会活动方式。 8-智慧圈子系统41 与工业和农业相比较，交通业一般具有以下特点： 运输业不创造新产品 运输业产品的非实体性 运输业产品的同一性 8-智慧圈子系统428.5.2 交通业生产对环境的影响 交通业生产对环境的影响因交通运输方式的不同而不同。 请同学们在学习与观察的基础上，比较分析铁路运输、公路运输、水路运输、 航空运输和管道运输对环境影响的异同。 8-智慧圈子系统43 交通运输业生产造成的环境污染具有以下四个共同特点： 运行过程中发出的噪声 运载有毒有害物的泄漏和清洗车体污水等 汽油、柴油燃料的燃烧产生的污染物

15、是线状污染源8-智慧圈子系统448.6 能源使用对环境的影响8.6.1 能源的概念 能源是指可被人类利用并获得能量的资源，所有的能源转化与利用均服从于“能量守恒定律”，即能量既不能消失也不能创造，只能从一种形式转化为另一种形式，能量转化和守恒定律是地球环境系统中最普遍的定律之一。 8-智慧圈子系统45 能源在地球环境系统中大致有两方面的作用，一是维持人群和生物群体正常新陈代谢的生理能量，它主要依靠人群和生物食用食物和水来获得；二是维持地球环境系统运动和人类社会活动的能量，它主要包括生物能、化石能、太阳能、风能、水能、核能、地热能、潮汐能等。 8-智慧圈子系统46 按照能源的产生与再生能力，可以

16、将能源划分为再生能源和非再生能源两大类，前者主要包括太阳能、风能、水能、生物能、地热能、潮汐能等，后者则主要包括化石能、核聚变能和核裂变能。 8-智慧圈子系统47 能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础与重要支柱。人类生活水平、生产活动方式，一个国家或地区的经济结构、技术水平和社会文明程度无不与能源紧密相关，能源总消费量、能源结构与使用效率和年人均能源消耗量是衡量一个国家或地区社会经济发展水平的重要标志。 8-智慧圈子系统488-智慧圈子系统498.6.2 能源使用及其环境影响 能源是驱动人类社会发展进步的基本原动力，人类在生产和生活过程中必然伴随有对各种能源的消耗，而单位时间和单位空间中能源

17、的消耗量和消耗方式，关系到地球环境系统中自然能源总量的减少问题，还会引起对环境的污染和生态的破坏。 8-智慧圈子系统50图8-9 人类能源消费结构变化示意图 8-智慧圈子系统51 请同学们在学习与观察的基础上，比较分析不同能源及不同使用方式对环境的影响。 生物能 化石能源 核能 8-智慧圈子系统528.7 大型跨流域调水工程对环境的影响8.7.1 世界大型跨流域调水工程简介 地球环境系统中供人类开发利用的淡水资源总量是有限的，且淡水资源的分布又具有巨大的时空差异性，兴修大型水库是缓解流域内水资源时间分布不均的有效工程手段，修建跨流域调水工程也是缓解水资源空间分布不均、解决水资源短缺与区域经济发

18、展矛盾的有效措施。 8-智慧圈子系统538.7.2大型跨流域调水工程的环境影响评价 跨流域调水工程的生态环境影响评价要分别按调出区、调水沿线区和调入区分别进行，其综合评价的方法有清单法、矩阵法、网络法、指数法、模拟模型法和系统分析法等。8-智慧圈子系统54调水工程生态环境影响评价的清单表8-智慧圈子系统55图8-10 水利工程项目的生态环境影响评价 8-智慧圈子系统56国际调水工程生态环境影响评价的步骤可归结为： 影响的识别(identification of impacts) 生态环境背景资料的收集(conduction of baseline system) 影响的预测、解释与评价(imp

19、act prediction，interpretation or evaluation) 监测设备的鉴定(identification of monitoring requirements) 缓解措施的鉴定(identification of mitigating measures) 决策者的协调(communication & impact of information to decision makers)8-智慧圈子系统57水利工程项目对生态环境可能积极影响的参考列表8-智慧圈子系统58水利工程项目对生态环境可能积极影响的参考列表8-智慧圈子系统598.8 人类社会与环境的协调发

20、展8.8.1 人类社会发展与环境的关系 人类的生存与发展离不开基本的物质条件和生存空间，即人类离不开生存环境，而人类又并不像动物那样单纯地适应环境，人类社会与环境相互依存、相互制约、共同发展形成了极为密切的关系。 8-智慧圈子系统60 人类是在环境中产生和发展的，而人类的产生和发展又给环境以巨大的反作用。环境既是人类发生和发展的物质基础，又是人类活动的制约因素；人类既是环境长期发展演化的产物，又是环境的塑造者，它们之间的关系是复杂的，但服从对立统一的基本规律。 8-智慧圈子系统618.8.2 循环经济与清洁生产 循环经济(circular economy)是美国经济学家鲍尔丁提出的，他认为宇宙

21、飞船是一个孤立无援、与世隔绝的独立系统，靠不断消耗自身资源存在，最终它将因资源耗尽而毁灭，那么延长飞船寿命的办法就是实现飞船内的资源循环利用，尽可能少地排出废物。8-智慧圈子系统62 地球犹如一个巨大的飞船，只有实现对地球资源的循环利用，建立循环经济模式，地球才能得以长存。循环经济要求运用生态学规律而不是机械论规律来指导人类社会的经济活动。 8-智慧圈子系统63 传统经济：是一种由“资源产品污染排放”单向流动的线性经济，其特征是高开采、低利用、高排放。 循环经济：倡导的是一种与环境和谐的经济发展模式，它要求把经济活动组织成一个“资源产品再生资源”的反馈式流程，其特征是低开采、高利用、低排放。

22、8-智慧圈子系统64 图8-11 基于“3R”与要素集成的循环经济实施模式(据殷瑞钰，2006年资料改编)8-智慧圈子系统65 清洁生产是20世纪末期发展起来的新型生产方式，它采用生产全过程削减废弃物，达到资源最优化利用，实现节能降耗减污的目的。农业清洁生产和工业清洁生产是实现可持续发展的重要途径。 8-智慧圈子系统66图8-12 北京市大兴区留民营生态农业模式示意图8-智慧圈子系统67图8-13 钢铁工业的生态工业链和清洁生产模式(据殷瑞钰，2006年资料)8-智慧圈子系统688.8.3 人类社会的可持续发展 可持续发展这个概念已于20世纪90年代被学术界、科技界和决策界普遍接受。1987年世界环境与发展委员会提出的我们共同的未来的报告中对可持续发展给予了完整的定义是：“满足当代需求又不损害后代满足其未来需求之能力的发展” 。8-智慧圈子系统69 国际学术界和决策