《环境科学导论》第一章环境学基本原理

1、环境科学导论国内外环境工程学科可排名国内外大学10003清华大学；10335浙江大学；10213哈尔滨工业大学；10001北京大学；10247同济大学；10284南京大学；10294河海大学；10055南开大学；10056天津大学；10384厦门大学；10423中国海洋大学；10027北京师范大学；10141大连理工大学；10248上海交通大学；10358中国科学技术大学；10611重庆大学环境专业发展历史1、各个时代原始社会、农业文明、工业文明和绿色文明2、末端治理、清洁生产、区域管理、系统理论指导3、学科发展历史：环境卫生-环境科学-工程-管理-监测、材料、机械、生物工程、经济环境工程学(

2、系统)、环境科学（原理）及其区别物理学：热、电、声等。化学：络合、螯合等反应。数学：数学模型的建立。生物学：生物富集、生物多样性等。气象学：大气污染扩散的气象条件等。经济学、管理学、机械、材料、管理第一部分：本课程的基本要求内容，包括环境的基本概念、环境问题的产生与发展、全球环境问题等；环境学基本原理第二部分：本课程的重点要求内容，包括水、气、土、声、渣等自然环境要素的污染过程与机理，重点污染指标，以及污染治理技术第三部分：本课程的扩展内容，包括土壤环境问题、生态环境问题等。第一章 绪论 （基本原理、概念、思考、岗位）第二章 水环境与水污染控制工程（水环境、水环境管理与污染控制）第三章 大气环

3、境管理与污染控制（大气环境、大气环境管理与污染控制） 第四章 固体废物处理与处置基础（概念、管理、污染控制）第五章 物理性污染（噪声、电磁、辐射、光-）第六章 生态环境与污染控制（生态环境、污染、修复）第七章 土壤环境与污染修复（土壤构成、污染原因与修复）（1）涉及知识面广；（2）叙述性内容多；（3）专业基础性强。 掌握与环境有关的基础知识。掌握污染物在环境中的迁移转化规律。掌握各种环境污染的成因、治理技术和治理对策。了解各种环境污染的危害。了解环境热点问题。树立环境意识，保护环境从身边做起。第一章 绪论 第二节环境的系统 第四节 环境原理 第六节 环境典型岗位分析第三节环境多样性一、环境介质

4、理论第一节基本概念与环境问题2、 环境熵理论3、环境容量理论4、可持续发展理论5、其他理论第五节、环境科学体系第一节基本概念与环境问题1.1环境、工程、环境问题、环境工程、环境科学等2014516环境谢学导论_修复的.docx1.1.1环境问题（课本40页）1.1.2主要的环境问题 （八大方面）：八大公害：绪论（1）比利时马斯河谷事件：1930年12月，比利时马斯河谷工业区，排放的工业有害废气和粉尘对人体造成综合影响，一周内近60人死亡，市民中心脏病、肺病患者的死亡率增高，家畜死亡率也大大增高。 （2）美国落衫叽烟雾事件：本世纪40年代美国落衫叽的大量汽车废气在紫外线照射下产生的光化学烟雾，造

5、成许多人眼睛红肿、咽炎、呼吸道疾病恶化乃至思维紊乱，肺水肿。 （3）美国多诺拉事件：1984年10月，美国滨西法尼亚洲多诺拉镇的二氧化硫及其氧化物，与大气粉尘结合，是大气产生严重污染，造成5911人暴病。 （5）日本水俣病事件：1953年-1968年，日本熊本县水俣湾，由于人们食用了含汞污水污染的海湾中富集了汞和甲基汞的鱼虾和贝类及其他水生物，造成近万人的中枢神经疾病，其中甲基汞中毒患者283人中有60余人死亡。 （6）日本四日市废气事件：1961年，日本四日市由于石油冶炼和工业燃油产生的废气，严重污染大气，引起居民呼吸道疾病聚增，尤其是哮喘病的发病率大大提高，形成了一种突出的环境问题。 （7

6、）日本的爱知糠油事件：1963年3月，在日本的爱知县一带，由于对生产米糠油的管理不善，造成多氯联苯污染物混入米糠油，人们食用了这种被污染的油之后，酿成13000多人中毒，数十万只鸡死亡的严重污染事件。 （8）日本富山的痛痛病事件：1955年-1977年，生活在 日本富山的人们，因为饮用了含镉的河水和食用了含镉的大米，以及其他含镉事物引起痛痛病，就诊患者258人，其中死亡者达207人。 按生产类型分按地理空间划分按环境要素分大气污染水体污染土壤污染工业环境问题农业环境问题生活环境问题区域环境问题局域环境问题全球环境问题1.2、二、环境污染问题环境污染演化而来的问题生态破坏问题自然资源衰竭问题环境

7、问题大气污染、水体污染、土壤污染、生物污染、有毒、危险化学品等酸雨、全球变暖、臭氧层破坏等水土流失、森林砍伐、土地荒漠化、生物多样性减少等淡水、森林、草原、矿产等资源的减少和破坏区域环境问题问题自然区域环境、社会区域环境、农业区域、旅游区域概念生态环境问题是指由于生态平衡遭到破坏，导致生态系统的结构和功能严重失调，从而威胁到人类的生存和发展的现象。比较突出的表现：水土流失、土地荒漠化森林和草地资源减少、生物多样性减少等森林资源匮乏，草场退化(1)类型:世界草场主要有热带草原（非洲、南美洲、澳大利亚）、温带草原（亚洲、北美洲）等。1.概念:水土流失是在人为因素影响下，受风力、水力、重力等外力作用

8、，土壤发生移动和破坏的现象。水土流失地面物质组成。黄土高原地区的黄土主要为风成黄土，粉粒占黄土总重量的50%，结构疏松、富含碳酸盐、孔隙度大、透水性强、遇水易崩解、抗冲抗蚀性弱。植被。达到一定郁闭度的林草植被有保护土壤不被侵蚀的作用。郁闭度越高，保持水土的越强。(郁闭度:指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度 )人为因素。人类对土地不合理的利用、破坏了地面植被和稳定的地形，以致造成严重的水土流失。 土地荒漠化荒漠化不仅破坏了人们赖以生存的生态环境，而且直接影响着国民经济的正常运行。沙尘暴是一种风与沙相互作用的天气现象，是由于强风将地面沙尘吹起，使大气能见度急剧降低的灾害性天气。沙尘暴的发生和形成需要有

9、三个必备的条件，即强风、沙源和不稳定的天气。沙尘暴的三个条件：强风、沙源和不稳定的天气。北京遭受沙尘暴袭击的原因：1.北京位于华北地区，离冬季风的源地比较近，冬春季节风力强劲；2.北京的西部和北部地区是我国的黄土高原和内蒙古地区，这些地区地表有大量的松散沉积物，冬春季节，在强劲的西北风吹拂下，这些松散沉积物就形成了沙尘暴的物质来源，而北京位于西北风的下风向。因而，冬春季节北京会遭到沙尘暴的袭击生物的多样性减少工业生产没有防尘处理造成大气污染由于海洋环境的污染而死的海豚原油泄漏会造成环境的污染过渡放牧造成土壤沙化环境问题分类：分三类原生环境问题（？）次生环境问题（？）社会环境问题（？）环境问题发

10、展趋势一、全体环境问题发展趋势1、全球层次上环境总体状况恶化，环境问题地区及社会分布失衡加剧2、少数全球或区域性环境问题取得积极进步，多数进展缓慢或改善乏力3、各种全球环境问题相互交织渗透，关联性不断增强，与非环境领域的联系日益紧密 二、中国环境问题发展趋势1、大气环境：中国现在的环境，已经处于一种危机状态，二氧化硫排放量占全球26%，氮氧化物占28%，二氧化碳占21%，环境质量变差。举例：2002年肺癌发病率是10万人大概不到40个人，到了2011年的时候，超过了60人；以淮河流域为界，北方城市人口和南方城市人口相比寿命缩短1.5年，因为淮河以北冬天我们得取暖；去年因为雾霾全国境外来中国旅游

11、的人下降5%，北京更严重下降15%。五年后空气质量好转；2、水环境，好转，但地区不平衡，2017年消灭劣五类水这个目标；农村水环境刚刚起步关注。3、土壤问题沙漠化、退化、水土流失外。土壤污染：目前，一些地区生态环境恶化的趋势还没有得到有效遏制，生态环境破坏的范围在扩大，程度在加剧、危害在加重。草原地区的超载放牧、过度开垦和樵采，有林地、多林区的乱砍滥伐，致使林草植被遭到破坏，生态功能衰退，水土流失加剧；矿产资源的乱采滥挖，尤其是沿江、沿岸、沿坡的开发不当，导致崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、沉降、海水倒灌等地质灾害频繁发生；全国野生动植物物种丰富区的面积不断减少，珍稀野生动植物栖息地环境恶化，珍

12、贵药用野生植物数量锐减，生物资源总量下降；近岸海域污染严重，海洋渔业资源衰退，珊瑚礁、红树林遭到破坏，海岸侵蚀问题突出。生态环境继续恶化，将严重影响我国经济社会的可持续发展和国家生态环境安全。生态环境恶化区域生态环境问题：砍伐森林草场退化水土流失生物多样性锐减湿地干涸1.3环境问题产生根本原因第一、人类不正确的自然观、发展观、道德观、科学观和消费观，人与自然的关系及其引起的人类社会行为对环境的影响第三就是人类对自然规律、社会规律、科学规律、经济规律认识不足第二环境管理问题四说：气候急剧变化 二说：砍伐森林 三说：战争说新说：太阳周期 一说： 随外星人离去消失之迷的推测五说 : 人口密度超过环境

13、容量总诉： 玛雅文明的消失公元250年前后开始的多雨时期促进了玛雅文明的发展公元125年后玛雅遭遇了短暂的干旱公元600前后诱又发生了一次干旱公元750年后持续的干旱，淡水和食物短缺，使王国之间争夺有限的资源的战争愈演愈烈同时内部的反抗也爆发公元800年前后干旱达到顶点。频繁爆发的战争，饥饿，战死，逃亡使人口消失了9099%公元1235年，南部低地的玛雅人烟绝迹16世纪西班牙军队发现玛雅文化，在杀戮和掠夺中，加速了玛雅文化的衰落公元650年后，人口不断增长环境问题的根源错误的自然观、人地关系观古代文明：人的生产小于 自然生产农业文明 道家：依附自然 佛家：天人合一工业文明：发展观：GDP提高伦

14、理道德 ：人，与生物务无关价值观：VALUELESS NOT PRICELESS科学观消费观根本原因：不正确自然观、人与自然的关系及其引起的人类社会行为对环境的影响。1.4 环境科学、技术与工程区别与联系科学的本质技术的本质工程的本质科学、技术与工程的关系 科 学 技 术工 程研究的目的和任务认识世界，揭示自然界的客观规律；解决自然界“是什么”、“为什么”的问题。改造世界，实现对自然物和自然力的利用；解决变革自然界“做什么”、“怎么做”的问题。头脑中的观念形态的东西转化为现实,并以物的形式呈现给人们。研究的过程和方法追求精确的数据和完备的理论，从认识的经验水平上升到理论水平；主要运用实验推理、

15、归纳、演绎等方法。追求比较确定的应用目标，利用科学理论解决实际问题，认识由理论向实践转化；多用调查、设计、试验、修正等方法。工程目标的确定、工程方案的设计和工程项目的决策等，其实现考虑方方面面的因素。成果性质和评价标准知识形态的理论或知识体系，具有公共性或共享性；评价是非正误，以真理为准绳。科学知识和生产经验的物化形态，某种程序或人工器物，具有商品性；评价利弊得失，以功利为尺度。遵循“计划-实施-观测-反馈-修正”路线评价成败，工程达不到预期目标就意味着失败研究取向和价值观念好奇取向，与社会现实联系相对较弱；价值中立。任务取向，与社会现实关系密切；处处渗透、时时体现价值。用好与坏和善与恶评价，

16、在各方利益间权衡研究规范普遍性、公有性、无私性、创造性和有条理的怀疑主义以获取经济和物质利益为目的；保密和专利团结、协作，团队精神。讨论1、区别：理论、实际、参数？2、联系 第二节 环境系统 第四节 环境规律 第三节 环境多样性 第五节 环境学基本原理 第六节 环境岗位分析 第一章 绪论 第二节 环境系统 环境系统的概念及其环境基本组成环境要素环境系统结构与功能多介质环境系统1. 环境系统的概念 环境系统是指由自然环境、社会环境和经济环境组成的一个巨大系统，是一个具备时、空、量、构、序变化特征的、复杂的动态系统和开发系统。城市生态系统组成划分一城市生态系统组成划分二2、环境要素（1） 环境要素

17、 环境要素，又称环境基质，是指构成人类环境整体的各个独立的、性质不同的而又服从整体演化规律的基本物质组分。 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：由水组成水体，全部水体总称为水圈。由大气组成大气层，全部气层称为大气圈。最差（小）限制律。 “整体环境的质量，不能由环境诸要素的平均状态决定，而是受环境诸要素中那个与最优状态差距最大的要素所控制”。环境要素的属性 等值性。即各个环境要素，对于环境质量的限制作用无质的差异。 整体大于各个体之和:或说环境的整体性大于环境诸要素之和。环境诸要素的互相联系、互相作用产生的集体效应，是个体效应基础上质的飞跃。出现先后，相互联系，相

18、互依赖。从深化的意义上看，某些要素孕育着其他的要素。岩石圈的形成为大气的出现提供了条件；岩石圈的大气的存在，又为水的产生提供了条件；岩石圈、大气圈和水圈又孕育了生物圈。 环境要素又会发生演变，其动力来自地球内部放射性元素的衰变能和太阳辐射能。其中太阳辐射能是环境要素演变的基本动力源泉。3 环境系统的结构： 环境系统是多个层次、多个因素、多功能的随机动态的复杂人工生态系统，其结构包括多个子系统。如一个完善的社区就是由多个子系统组成。一般可将环境系统结构上划分为三个亚系统。 自然环境系统：以环境问题为中心；从自然环境的角度研究人类活动与城市相互关系和影响。如自然能源、矿产资源、水环境、土地环境、生

19、物、景观绿化等子系统与城市系统的关系。 经济环境系统：以生产问题为中心；从经济发展的角度研究城市生态系统；如工业生产子系统、交通运输子系统、邮电通信子系统、商业金融证券子系统、建筑子系统、人工能源子系统等与城市生态系统的关系。 社会环境系统：从社会学的角度来研究城市和人类活动的关系；以人口问题为中心。包括人口问题子系统（人口的结构）、住宅子系统、防灾子系统、文化教育子系统、卫生医疗保健子系统、基础设施子系统、安全子系统、污染治理子系统和社会心理学子系统。 人类活动贯穿整个生态系统的各个过程，整个系统有可归纳为环境生产消费三链式结构。 环境系统结构的特点：圈层性；地带性；节律性；等级性；稳定性和

20、变异性4 环境系统的基本功能 环境系统中各子系统的相互作用及其之间的相互关系决定了整个系统的功能，同时生态系统的功能又取决于其结构的合理程度。 环境系统最基本的功能：空间功能；营养功能；调节功能。 内容1 基本概念2 污染物在环境中的迁移转化过程3 多介质环境逸度模型的类型及计算4 代表性的多介质环境逸度模型 内容1 基本概念一、多介质环境系统二、稳态和平衡三、逸度一、多介质环境系统环境介质 (Environmental Media), 相 (Phase，Compartment)环境的组成非常复杂，由一系列彼此相连的环境介质或环境相来组成，如大气、土壤、湖泊、河流、海洋、湖底沉积物、湖中悬浮物

21、及水或土壤中的生物体等。 多介质环境系统：具有两种或两种以上环境介质的系统。均相：如浅塘中充分混合的水，无浓度梯度、温度梯度；非均相：性质不均一 (如土壤、沉积物)二、稳态和平衡稳态（stable）：所研究体系中各个相的性质和状态是恒定的，不随时间变化。平衡（equilibrium）：系统中每一相的浓度（或温度、压力）保持稳定，而且化合物没有在各相间发生质量净迁移的趋势。注意稳态和平衡的区别。逸度：是一个热力学量，指实际气体对理想气体的校正压力，或者说是物质脱离某一相的倾向的大小，用 f 表示，可以作为判别污染物在环境各相间是否达到平衡的一个标准。对理想气体与稀溶液，有： c = Z f c：

22、污染物的浓度，molm-3 f： 逸度，Pa Z：逸度容量，molm-3Pa-1 Z值的计算，见下表。三、逸度三、逸度环境相Z值/（ molm-3Pa-1 ）各符号的物理意义空气ZA = 1/(RT)R：摩尔气体常数 T：绝对温度水ZW = 1/KH = ZA/KAWKH：亨利定律常数KAW：气/水分配系数辛醇ZO = ZWKOWKOW ：正辛醇/水分配系数类脂ZL = ZOKQA ：气溶胶/空气分配系数气溶胶ZQ = KQAZAKOC：土壤吸附系数，LKg-1有机碳ZOC = KOCZW(oc/103）oc:有机碳的密度，103 Kgm-3有机质ZOM = KOMZW(oM/103）KOM：

23、有机质分配系数，LKg-1 oM:有机质的密度，103 Kgm-3矿物质ZMM = KMMZW(MM/103）MM:矿物质的密度，103 Kgm-3 KMM：矿物质分配系数，LKg-1 生物相ZB = LZLL：类脂的体积分数 根据估算Z值的方法，遵循以 f 值作为判别平衡标准的原则，就可以进行多介质平衡分配的计算。三、逸度2 污染物在环境中的迁移转化过程一、污染物在环境中的迁移过程二、污染物在环境中的降解反应水体土壤生物 大气地球环境岩石水/气界面的物质传输：挥发、大气复氧、在水体表面微层的富集土壤/大气界面的物质传输：挥发、干湿沉降、水/沉积物界面的物质传输：沉降与溶解、吸附与解吸、化学反

24、应、扩散等。迁移转化、在各环境介质（相）之间的动态平衡大气水、水中生物土壤、植物挥发蒸腾沉积物挥发吸附、沉淀溶解干、湿尘降，降水灌溉径流人体内毒物被吸收、分布和排泄的主要途径 呼 吸 摄 吸 出 入 入 收 肺和肺泡 胃肠道 皮肤 胆汁 肝 排泄物 （粪） 血液和淋巴系统 骨 肾、膀胱 脂肪 毒物贮存 尿一、污染物在环境中的迁移过程1、平流环境中发生的平流过程是由于污染物存在于一种流动的介质中而随之进行的直接迁移过程。f 表示污染物达到平衡时的逸度，i 代表空气、水等环境相。如果污染物的总物质的量nT，其每个分子在该稳态系统中的停留时间为：= nT /I停留时间（滞留时间）：污染物在某特定环境

25、系统中存在时间的长短，反映了污染物在环境中的持久性。环境中，污染物可以通过以下几种平流过程输入和输出：空气的输入和输出水的输入和输出水中存在的颗粒物和生物的输入和输出水从表层土壤渗入地下（地下水补给）空气中存在的气溶胶的输入和输出空气从对流层向平流层迁移，即空气的垂直运动底泥的掩埋一、污染物在环境中的迁移过程2、扩散分子热运动引起的热力学自发的增墒过程。（1）相内的分子扩散一、污染物在环境中的迁移过程JA：A在单位面积上的扩散通量，molm-2h-1BM：A在介质B中的分子扩散系数，m2h-1cA：介质B中A的浓度，molm-3y：A分子在扩散方向上经过的距离，m：A沿扩散方向的浓度梯度（2）

26、相内湍流或涡流扩散（3）非稳态扩散（4）在多孔介质中的扩散（5）相间扩散过程一、污染物在环境中的迁移过程二、污染物在环境中的转化对于整个环境而言，污染物只有通过降解反应才能真正的被去除。描述污染物降解反应过程的动力学中，应用最多的是一级反应动力学：砷在环境中的转化模式第三 节 环境多样性自然环境病毒自然环境地球上的生物原核生物无脊椎动物原生动物脊椎动物腔肠动物扁形动物线性动物环节动物软体动物节肢动物鱼类两栖动物爬行动物鸟类哺乳动物动物植物裸子植物被子植物藻类植物苔藓类植物蕨类植物种子植物真核原生生物真菌1自然环境地球上的生物2已知140万种，其中：昆虫75万种，脊椎动物4.1万种，高等植物25

27、万种不同的生命个体一般具有不同的遗传物质同种类的生物一般具有相似的遗传物质多种脱氧核糖核酸、核糖核酸腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶核糖、脱氧核糖以及磷酸自然环境生物非生物数万种无机物单质、化合物已知112种元素，300多种原子地球上的物质千万种有机物无环、碳环、杂环质子电子中子d、u、s、c、b、t六味夸克轻子？山川河谷，流泉飞瀑 五岳之首，泰山至尊伊瓜苏瀑布南美第一奇观、世界五大名瀑波光潋滟晴方好，山色空蒙雨亦奇。若把西湖比西子，浓妆淡抹总相宜。 苏轼 （宋） 奇山云海黄山云海孤峰奇石沙漠和荒漠也是大自然的另一面江作青罗带，山如碧玉簪河流、湖泊海洋、沼泽自然环境水域平原、盆地、丘陵

28、山地、高原内力作用：板块运动、岩浆运动地表形态陆地外力作用：风化、侵蚀、搬运、 沉积、成岩、降水、蒸发自然环境功能面对需求的功能生态功能树林防风固沙保持水土涵养水源降低噪音净化空气光合作用调节气候美化环境保护生物木材香料休闲欣赏果实油料自然环境功能面对需求的功能生态功能大气层保温作用保护作用提供物质提供飞行环境保障物质循环（C，N，水）提供氧气库反射电磁波自然环境功能面对需求的功能生态功能为主自然环境森林草原大气环境生态环境土地和土壤江河湖海农田、植被湿地生物多样性矿产动植物水事物的功能由事物本身的特性以及人类的需求决定自然环境物质多样形态多样功能多样自然环境多样性人类的需求和创造人的需求物质

29、的需求精神的需求衣、食、住、行、用通讯、医疗、保健、娱乐、文化、咨询教育、旅游、休闲生存的需求发展的需求安全的需求健康的需求舒适的需求享受的需求需求因人而异，是一个不断发展、没有尽头的无穷集合70年代老四件自行车手表缝纫机收音机80年代六大件电视机洗衣机录音机电冰箱收音机电风扇90年代三大件商品房电脑小汽车以用品为例电话音响影碟机手机笔记本物品种类不断增加，档次不断提高，物品越来越大众化人类的创造人的差异文化背景差异思维方式的差异灵感等偶然因素的差异需求的差异创造本身的多样性教育背景差异工作条件差异创造结果的多样性人类创造的结果地球上出现了自然环境不能形成的大量人工创造的事物1.人工环境建筑：

30、茅草屋、竹楼、木屋砖瓦房钢筋混凝土楼房摩天大楼、别墅、教堂、庙宇、宫殿乡村、城市、工厂、学校、园林、道路、广场、军事基地汽车、火车、潜艇、军舰、宇宙飞船、空间站不同地区、不同文化背景下的人工环境各具特色人类创造的结果技术创造来自于实践经验和对自然科学的认识。 2.技术农业、医学、电子、机械、计算机、自动控制、化工、水利、冶金、土木工程、环境保护、轻工、纺织、城市规划、航空航天、海洋开发随着人类社会的发展和科学的发展，技术日新月异人类创造的结果精神文化3.其它经济诗歌小说散文戏剧戏曲小品话剧歌剧电影电视雕刻美术文化传统音乐农牧业制造业商贸仓储交通运输文化咨询旅游休闲金融保险医疗保健人的需求和创造

31、需求客体多样创造本身多样需求和创造的不断发展人类需求和创造的多样性需求主体多样创造结果多样可以看出：人类的需求和人类的创造更大地丰富了我们这个多姿多彩的世界！人和环境的相互作用相互作用的空间界面生产生活水、空气、土壤、生物太 空：太空飞行、卫星发射、空间探索大气层：航空飞行、人类活动、废气排放城市乡村各个领域地 面：种植放牧、城市建设地 下：矿产开采、勘探、地质研究生 物：捕猎驯化，解剖相互作用的方式资源开发工农业生产废物排放城市建设相互作用的过程物理过程化学过程生物过程生态过程相互作用的效应人类与环境之间相互作用的效应数不胜数物质的能量的从效应的特征看从效应时间尺度看急性的近期的中期的长期的

32、举例相互作用的效应 战争 举例本身的效应人员伤亡、资源消耗、精神痛苦生态摧毁和环境破坏、贫困和痛苦战争物资的生产和准备资源消耗、环境污染、二氧化碳排放相互作用的效应生物效应 举例分子细胞组织器官个体种群群落遗传物质变异伤害膜系统（过氧化）、干扰通透性组织坏死、干扰重要内分泌物的形成靶器官积累、病变和功能的丧失致病、致畸、致突变、致死数量减少到难以维系种群的正常繁衍生态破坏、多样性减少相互作用的效应 目前环境科学的多数分支学科正在解读各种各样的环境效应，以及其背后的规律。人与环境的相互作用作用效应多样人类与环境相互作用的多样性作用界面多样作用方式多样作用过程多样物质多样性 生命物质、非生命物质形

33、态多样性 高山、丘陵、平原、高原、盆地， 江、河、湖、海过程多样性 物理过程、化学过程、生物过程、生态过程 迁移、分散、富集、转化、降解、循环功能多样性 生态功能、资源功能、消纳功能自然环境多样性人类需求与创造多样性人类与环境相互作用多样性人类的需求物质需求、精神需求、服务需求 衣 食 住 行 用 医 教 旅 健 闲 自然环境多样性人类需求与创造多样性人类与环境相互作用多样性各种产业、产业链、产业群以及产业网人类的创造创造的方式、过程和结果具有多样性界面多样性 城市、乡村、陆海空方式多样性 资源开发、工农业生产、废物排放、城市建设过程多样性 物理过程、化学过程、生物过程、生态过程效应多样性 人

34、类活动对环境产生的效应：物理、化学、生物、生态 环境变化对人类产生的效应：生理、社会、经济、技术自然环境多样性人类需求与创造多样性人类与环境相互作用多样性环境多样性提供选择产生竞争促进发展保持稳定保障和促进和谐第四节、环境学原理1、环境容量原理2、人与环境共生原理3、环境熵原理4、可持续发展原理5、环境基本规律6、五律协同 我国对环境容量概念的解释定义：环境容量是指某环境单元所允许承纳污染物的最大数量（在保证不超出环境目标值的前提下，区域环境能够容许的污染物的最大允许排放量），单位：浓度、质量单位、人数、-基本环境容量（差值容量）：通过拟定的环境标准减去环境本底值求得；变动环境容量（同化容量）

35、：环境单元的自净能力。环境容量是确定污染物总量控制指标的依据1环境容量原理环境容量大小与环境空间尺度、环境要素特性、污染物物理化性质密切相关。 环境容量的类型通常地，可分为整体环境单元（区域环境）容量、某一环境单元单一要素的容量。按环境要素：大气、水（包括河流、湖泊和海洋）、土壤、生物等环境容量。按污染物性质:有机污染物、重金属与非金属污染物的环境容量。 3环境容量的表达方式（1）绝对容量（WQ）： 某一环境所能容纳某种污染物的最大负荷量，达到绝对容量没有时间限制。 绝对容量=环境标准规定值-环境背景值 某地土壤中汞的背景值为0.5ppmw，农田土壤标准规定汞的最大容许值为5ppmw，试计算1

36、亩农田汞的环境容量。 解：浓度容量=5ppm-0.5ppm=4.5ppm土壤介质的总质量：1亩厚度20cm1.5g/cm3=200 ton汞环境容量：200 t4.5 ppm =900 g 未考虑污染物的迁移、化学转化、环境自净力 环境容量的表达方式（2）年容量（WA）某一环境在污染物的积累浓度不超过环境标准规定的最大容许值的情况下，每年所能容纳的某污染物的最大负荷量。年容量的大小除了同环境标准规定值和环境背景值有关外，还同环境对污染物的净化能力有关。 绝对容量=(规定值-背景值) 净化率环境容量原理：环 境 容 量 是 有 限 的；环 境 容 量 是 变 化 的；环 境 容 量 是 可 调

37、控 的。我国每年污染物排放量远远大于环境容量利用环境容量、排放总量和浓度联合控制环境恶化的势头。 利用环境容量原理控制环境污染案例分析长江流域某段横跨湖北、江西、江苏、安徽和上海。全流域水质五类水，COD40mg/L（标准值）,各省流入COD分别为60，80，40，70，30；假设各省流入和流出水量是一样的，长江1万亿立方米，各省流量分别为2000亿，1000亿，500亿，3000亿和500亿，长江自净消耗COD3mg/L，如你是长江流域挂历委员会主任，你决策将长江流域水质保持到30mg/L，并用环境容量原理回答下列问题：1、长江环境基本容量？2、变动环境容量？3、如果标准值30mg/L，绝对

38、环境容量是多少？4、如果标准值60mg/L，绝对环境容量、变动容量是多少，你针对不同省份制定政策是什么？定义：物理学“熵”是热量除以温度的商值，是体系混乱度(或无序度)的量度；“熵增加原理”，它表明：在孤立或绝热系统中，系统的熵永不减少，对可逆过程（d s = 0）熵不变；对不可逆过程，“熵”是增加的（d s 0） 环境熵的原理定义：环境“熵” 是环境体系混乱度(或无序度)的量度；环境“熵增加原理”，向环境排放污染物质，环境“熵”是增加的（d s 0）； 环境的墒水平是环境质量的客观表达。环境的嫡水平通常是以单位体积的环境系统的总墒值表达的。由于嫡是一个广延量,即环境系统的总嫡值等于各环境分系

39、统的嫡值的加和。因此,可以将环境墒模型推广到某个环境分系统的质量评价。如对大气环境、水环境、土壤环境的质量评价可以通过计算其相应的嫡水平来实现。环境熵的原理唯一的办法就是要从不断的吸取负熵去抵消生活中的熵增加，从而使环境维持一个较稳定而又很低的熵的水平上。环境熵如何计算呢？讨论，进出环境的正熵、负熵有哪些实例？怎吗计算？怎吗统一标准？ 3、可持续发展一 可持续发展的由来 1.古代朴素的可持续发展思想 典故：“网开三面”、“里革断罟”孔子：“钓而不纲，弋不射宿”管仲 ：“为人君而不能谨守其山林”秦律田律 ：“春二月，毋敢伐树木山林”与天地相参 港 西方一些经济学家如马尔萨斯（1802年）、李嘉图

40、（1817年）和穆勒（1900年）等，他们也较早地在著作中提出过人类消费的物质限制，即人类的经济活动范围存在着生态边界。1.古代朴素的可持续发展思想 一 可持续发展的由来 2.现代可持续发展思想的产生 早期的反思寂静的春天一服清醒剂增长的极限全球的觉醒联合国人类环境会议可持续发展的提出我们共同的未来重要的里程碑联合国环境与发展大会一 可持续发展的由来 二 可持续发展的基本理念 1.可持续发展的概念“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”（WECD，我们共同的未来）2.可持续发展的基本思想1、不否定经济增长，尤其是穷国的经济增长，但需要 重新审视如何推动和实现经济增长。

41、2、要求以自然资源为基础，同环境承载力相协调。3、以提高生活质量为目标，同社会进步相适应。4、承认并要求在产品和服务的价格中体现出自然资源 的价值。5、以适宜的政策和法律体系为条件，强调“综合决策” 和“公众参与”。二可持续发展的基本理念 3.可持续发展的基本原则* 持续性原则（发展）* 公平性原则（权利）* 共同性原则（义务）二 可持续发展的基本理念 对高炉、电炉、轧钢生产的煤气、高炉水渣、含铁尘泥、工业废水等进行分类安置，综合利用。用水重复利用率达到954。2003年1月至11月，全集团节电11158万KWH；节约重油8873吨；资源综合利用节支1.亿元；工业用水重复利用节支1500多万元

42、。 钢铁生产热电厂废气居民生活电热废水污水处理厂处理后水烧结厂氧化铁皮含铁沉泥烧结矿原料水泥厂高炉水渣建材沙钢集团实行资源在企业内部循环使用回收塑料制成种类塑料制品废塑料 再生成塑料粒子 加工厂加工成各类塑料制品废铜皮，线路板，含铜边角料 铜粉 粉碎，筛选 粉渣 冶炼厂炼铜 制道板砖 废玻璃布，废胶纸 压制成绝缘板 废锡渣 制成锡条回收处理蚀刻液的含铜化合物年回收处理2万吨福田金属松下电工索尼凯美高华硕集团同和矿业柔性线路板印刷线路板回收金属处理主机板电解铜废铜铜箔苏州新区电子行业铜回收利用张家港啤酒厂饲料厂啤酒酵母泥张家港华天药业果糖二磷酸药品废酵母饲料张家港色织厂酸性废水中和碱性废水张家港

43、啤酒厂啤酒酵母泥综合利用贵港国家生态工业(制糖)示范园是从原有的贵糖(集团)企业层面的资源综合利用扩展为贵港市制糖业整体的生态工业格局，通过一批重点工程建设完善示范区的骨架，形成全国规模最大、世界一流的制糖、造纸和酒精生产基地和多门类工业与种植业相结合的循环经济产业链。贵港国家生态工业(制糖)示范园区六个系统组成，各系统内分别有产品产出，各系统之间通过中间产品和废弃物的互相交换而互相衔接，形成一个比较完整和闭合的生态工业网络，园区内资源得到最佳配制、废弃物得到有效利用、环境污染减少到最低水平。六个系统是：1，蔗田系统；2，制糖系统；3，酒精系统；4，造纸系统；5，热电联产系统；6，环境综合处理

44、系统造纸系统蔗渣浆，纸，CMC制糖系统糖，有机糖，低聚果糖蔗田系统有机甘蔗甘蔗酒精系统酒精，酵母精蔗渣废糖蜜环境综合处理系统除尘脱硫，水泥，轻钙，复合肥，碱回收，白水回收及水回用热电系统电，蒸汽蔗髓复合肥回用白水回收碱蒸汽，电废渣废液废气贵港国家生态工业(制糖)示范园区资源循环利用示意图三、可持续发展指标体系首先要解决的问题是，不从抽象的概念出发，何为可持续发展？因此，有必要建立一个定量化工具来测量和评价一个国家或地区可持续发展的状态和程度。 其次要解决的问题是，在实践中如何做到可持续发展？ 目前，世界上不同国际组织机构、不同学者提出了很多可持续发展的指标体系及其定量评价模型，但迄今为止，还没

45、有一套公认的标准体系及其评价方法。目前形成的4大学科主流体系：生态学指标体系经济学指标体系社会政治学指标体系系统学指标体系生态学家认为，可持续发展就是人类在维护自然界生态平衡的动态过程中的发展。因此，生态学家们在考查和评价可持续发展时，更多地专注于人类的发展活动对自然界的自我平衡能力、生态服务能力、自我修复能力的影响等方面，比较有代表性的指标体系有生态足迹、生态服务指标、生态系统健康指数框架、美国国家尺度生态指标、中国的生态环境能力评价指标等等，这里仅介绍目前在国际上运用较多的生态足迹指标。生态足迹( Ecological Footprint)，最早是由加拿大生态经济学家威廉（William）

46、等在1992年提出的，并在1996 年由其博士生瓦克纳戈尔（Wackernagel）完善的一种度量可持续发展程度的方法，是最具有代表性的基于土地面积的可持续发展量化指标。瓦克纳戈尔将生态足迹形象地比喻为“一只承载着人类与人类所创造的城市、工厂的巨脚，踏在地球上留下的脚印。” （引自t.nz）生态足迹这一形象化概念，既反映了人类对地球环境的影响，也包含了可持续性机制。即，当地球所能提供的土地面积再也容纳不下这只巨足时，其上的城市、工厂就会失去平衡。生态足迹是一只环境的大脚，生态足迹越大，环境破环就越严重。（引自t.nz）生态足迹通过建立数学模型，来计算在一定的人口与经济规模条件下，维持资源消费和

47、废物消纳所必需的生物生产面积（Biologically productive area），包括陆地和水域。生态足迹测量了真实的生物生产面积。将其同区域所能提供的生物生产面积相比较，就能够判断一个区域的生产消费活动是否处于当地的生态系统承载力范围之内，若超出了当地最大的生态系统承载力，就会出现生态赤字。生态赤字可通过3条途径来减少：增加土地的产出率；提高资源的利用效益；改变人们的生活消费方式。经济学家认为，可持续发展的经济是社会实现可持续发展的基础。在经济学方向上最具有代表性的指标是绿色GDP（Gross Domestic Product，国内生产总值）和真实储蓄率，它们为评价一个国家或地区的可

48、持续发展能力的动态变化提供了有力判据。以GDP为代表的传统国民经济核算帐户有很大的缺陷，其中之一就是没有把资源损耗和环境破坏计算在内。从GDP中，只能看出经济产出总量或经济总收入的情况，却看不出这背后的环境污染和生态破坏。社会学家认为：“经济效率与社会公正取得合理的平衡”是可持续发展的重要判据和基本手段，也是可持续发展所追求的社会目标和伦理规则。最具代表性的指标体系是联合国开发计划署(UNDP) 于1990 年开发的人文发展指数( Human Development Index， HDI)、可持续经济福利指数( Index of Sustainable Economic Welfare， IS

49、EW) 以及真实发展指数( Genuine Progress Indicator ， GPI)。这里仅就HDI和GPI作一简单的介绍。可持续发展的系统学研究方向认为可持续发展研究的对象是“自然经济社会”这个复杂巨系统，只有应用系统学理论和方法，才能更好地表达可持续发展理论博大精深的内涵。该方向的突出特色是以综合协同的观点，体现可持续发展本质特征的“发展度”、“协调度”、“持续度”三者的协调关系。该研究方向强调可持续发展的四大基本原则：发展性原则，即财富不因世代更迭而下降；公平性原则，即代际公平、人际公平和区际公平；持续性原则，即“人口、资源、环境、发展”的动态平衡；共同性原则，即体现全球尺度的整体性、统一性和共享性。 目前，各国政府在思想家、科学家和企业家的支持下，从理论到实践都进行了一系列探索。绿色化学环境友好技术清洁生产工艺倡导产业生态学理论循环经济技术鼓励开