环境生物学-绪论

环境生物学主讲：李世刚电话E—mail:lishigang.1@163.com学习目标与要求1.掌握环境生物学的概念、研究内容与任务；2.认识环境科学与环境问题，环境科学的发展历史。3.了解环境生物学与相关学科的关系，环境生物学的发展趋势。环境的概念环境是人类生存的环境，是人类进行生产和生活活动的场所以及人类生存与发展的物质基础，它包括了自然环境和社会环境，即人类赖以生存和发展的基本条件的综合体。到现在人类已形成了一个复杂强大的多层次、多单元的环境系统根据人类是否干预分为：天然的环境、经人工改造的环境；根据性质可分为：物理环境、化学环境、生物环境；根据要素可分为：大气环境、土壤环境和水环境等。讨论：“环境”具有相对性，在不同的学科中含义不同，主体的改变往往导致环境概念含义的不同。人类是环境发展到一定阶段的产物，环境是人类生存的物质基础，环境在影响人类生产、生活的同时，人类也在不断地利用和改造自然环境。故人类和环境密切联系，相互作用。

1一般工具书中定义的“环境”概念是指人以外的客观事物，将环境作为一种人以外的客观存在来加以定义，如新华字典中定义为：周围的一切事物。2作为环境科学术语的“环境”概念环境科学所研究的中心事物是“人”，则环境是以人类为主体的外部世界，是“人类生存的环境”，在此基础上定义： 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。3生态学中“环境”的概念生态学研究的中心事物是“生物”，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：直接或间接影响生物生存和发展的各种因素的总和。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起的环境质量变化，以及这种变化反过来对人类生产、生活和健康的影响问题。其产生是人类社会发展到一定阶段人类与环境矛盾激化的产物。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有毒物质污染环境问题环境问题是指人类为了其自身的生存和发展等需要，在利用自然环境和改造自然的过程中所引起的环境质量变化以及这种变化反过来对人类生产、生活和健康的负面影响。主要包含两类问题生态破坏问题环境污染问题环境问题的产生和发展在新石器时期，原始农业开始出现，人类进入“刀耕火种”时代，开始大面积火烧和砍伐森林以开垦田地。18世纪后半叶，生产力得到空前发展，环境污染严重，以英国伦敦的煤烟污染典型例子。19世纪30年代以后，1952年伦敦烟雾事件、1953年—1956年日本氺俣病事件20世纪80年代，全球性的污染和大面积破坏当今全球主要环境问题温室效应臭氧层破坏酸雨生物多样性减少土壤荒漠化淡水资源危机海洋环境污染固体废弃物污染有毒难降解化学品污染我国当今所面临的环境问题水资源紧缺并污染严重农业环境形势严峻生态环境状况恶化城市环境污染严重20世纪著名的八大公害事件公害事件名称地点时间危害情况1.马斯河谷烟雾事件比利时1930.12几千人发病，60人死亡2.多诺拉烟雾事件美国1948.10 6000人患病，17人死亡3.伦敦烟雾事件英国1952.125天内4000人死亡4.洛杉矶光化学烟雾美国40年代引起眼病，喉头炎,头痛5.水俣事件日本1953始痴呆，神经失常，死亡6.富山事件日本1931始关节痛,骨骼软化萎缩,痛死7.四日事件日本1970年哮喘，肺气肿，10多人死亡8.米糠油事件 日本1968年患者5千多人，死亡16人------生态破坏例1滥伐树木→森林面积的锐减→水土流失→风尘暴、沙漠化例2生物多样性受破坏例3臭氧层破坏（3）与环境有关的纪念日3月22日世界水日6月5日世界环境日3月23日世界气象日6月17日世界防治荒漠化和干旱日4月22日世界地球日6月25日中国土地日5月31日世界无烟日6月26国际禁毒日 7月11日世界人口日9月16国际保护臭氧层日10月16日

世界粮食日

12月29日国际生物多样性日

温室效应与全球变暖温室效应大气对地表热辐射能遮挡保温的属性类似温室中玻璃具有的作用，故被称为温室效应。温室气体大气中能强烈吸收地面辐射产生温室效应的气体。包括：二氧化碳、水汽、甲烷、氧化亚氮、臭氧等。全球变暖问题主要指人为活动造成的温室气体增加，温室效应增强带来的气候变化。人类活动对气候变暖的影响主要表现为由于工业生产需要的化石燃料使用量大增，人口激增城市化发展等引起人为排放的二氧化碳等温室气体不断增加；热带森林和温带植被破坏严重，光合作用吸收二氧化碳的能力减弱。资料表明1860年以来，全球地表年平均气温升高了0.3-0.6℃；根据跨政府气候变化委员会预测，从1990到2100年，全球陆面气温将增加2℃；气候变暖的直接结果是世界各地冰川的溶化（后退），引起海平面的上升。海平面升高的后果是严重的，将直接威胁世界沿海城市及30多个岛屿的生存和发展。美国环保专家预测，再过50－70年，东京、大阪、曼谷、威尼斯、圣彼得堡、阿姆斯特丹以及中国等一些沿海城市会被完全和局部淹没。气候变暖的间接结果是灾害性气候：厄尔尼诺现象。厄尔尼诺可以引起全球大范围的干旱，也可使某些地区暴雨成灾。例如，1997年3月开始的第14次厄尔尼诺：中国：长江、松花江、嫩江全流域大洪水，直接损失几千亿元。98年1月10日张北地区6．2级地震。11月19日云南宁蒗又生生6．2级地震。酸雨一般将pH小于5.6的降雨称为酸雨。酸雨的成因？酸雨的危害？臭氧层破坏臭氧——O3臭氧大部分集中在10~30km的平流层。平流层中臭氧的存在对于地球生命物质至关重要，通过吸收太阳辐射维护地球的能量平衡和生态平衡。因为，它阻挡了UV-B段紫外辐射到达地面。研究表明UV—B能破坏生物蛋白质和基因物质，造成细胞死亡；使八类皮肤癌发病率增高；伤害眼睛导致白内障而使眼睛失明；抑制植物如大豆、瓜类、蔬菜等的生长；并穿透10m深的水层，杀死浮游植物和微生物，从而危及水中生物的食物链和自由氧的来源，影响生态平衡和水体的自净能力。因此，臭氧层实际上已成为地球生命系统的保护层。南极臭氧层空洞——OzoneHole80年代观测发现，自每年9月份下旬开始，南极洲上空的臭氧总量迅速减少一半左右，极地上空臭氧层的中心地带，近90％臭氧被破坏，若从地面向上观测，高空臭氧层已极其稀薄，与周围相比象是形成了一个直径上千公里的洞，称为“臭氧洞”。一、环境科学概述环境科学是研究人类活动影响下环境质量变化规律以及这种变化和人类相互影响，相互作用的关系。环境科学是以人类——环境这一系统为研究对象，研究其发生、发展、调节、控制以及优化改造的科学环境空气动力学环境医学环境生物学环境地学环境化学环境物理学环境数学

环境学

基础环境学

应用环境学

环境科学一、环境科学概述环境经济学环境质量评价环境监测环境规划环境管理学环境工程环境行为环境法学二、环境生物学概述1、环境生物学环境生物学（EnvironmentalBiology）是研究受人类活动干扰的环境与生物之间相互作用规律及机理。并应用生物学理论和方法来控制和治理环境污染，监测和评价环境质量，维护生态系统平衡，实现人类环境可持续发展的一门科学，是环境科学与生物学相互结合、相互渗透所形成的交叉学科。2、环境生物学的形成与发展19世纪中叶工业革命后，开始研究各种污染对生物的影响（水污染生物监测、大气污染对植物、动物的影响“黑化现象”）工业化前英国乡村有很多白色蛾子停在布满淡色苔藓的树皮上，不易被鸟发现。工业化后黑色蛾子逐渐取而代之，因为黑烟污染了环境，黑色蛾子更易藏身。2、环境生物学的形成与发展1902年Kolkwitz和Marssond提出了污水生物系统，河流自上游往下游因自净过程而形成一系列污染程度逐渐减轻的连续带。1917年，活性污泥法处理城市生活污水，开始在英国罗彻斯特和美国休斯顿得到应用。50年代至60年代，着力于研究污染物在生态系统的迁移、转化和归宿的规律，污染生态学应运而生。70年代，在水、气污染的生物监测和生物净化、遗传毒理学、土壤污染和土地处理系统以及自然保护等领域开展了大量科学研究工作。3、环境生物学的研究内容具体研究内容：环境污染的生物效应和生态效应机理利用生物对环境进行监测和评价的原理和方法生物或生态系统对污染的控制与净化的原理与应用自然保护生物学和恢复生态学及生物修复技术生物对环境污染的适应及其抗性机理。环境污染物的生物效应污染物在环境中的迁移、转化和积累的生物学规律污染物对生物的影响和危害，这种效应包括从分子水平、细胞水平、组织水平、器官水平、个体水平、种群水平到生态系统等各级生物层次探索污染效应的机理研究环境污染的生物监测与生物评价的理论和方法环境污染的生物净化生物对环境污染净化与去除的基本原理、方法以及影响因素通过生物学或生态学的技术与方法进一步强化生物在环境污染净化中的作用，包括具体高效净化能力的生物种类及菌株的筛选以及基因工程菌的构建，降解和去除污染物的机理及其降解动力学反应模型等。生态工程中生物群落的结构和演替，不同类型物种间相互关系对环境污染净化过程中的调空作用。4、环境生物学的任务阐明环境污染的生物学或生态学效应（各系统水平）

生物学监测与评价探索生物对环境污染的净化原理（环境有一定的环境容量）

提高生物净化能力探讨自然保护生物学和恢复生态学的原理与方法（自然资源的更新能力）

合理利用自然资源5、环境生物学发展趋势环境生物学目前的发展趋势：进一步认识环境问题的实质，提高解决环境问题、有效控制环境污染的能力；在配合其他技术途样，对传统的工业生产工艺进行改造，以“清洁生产”逐步取代当前占主要地位的“末端治理”5、环境生物学发展趋势目前的发展趋势具体体现在：污染生态学生态毒理学保护生态学环境生物技术污染生态学污染生态学是研究生物体与污染环境之间相互作用的化学机理与化学过程及其调控的科学目前研究重点从注重污染物的危害后果到重视与加强污染动态过程的研究，包括：污染物在生物体内和生态系统各组分之间的迁移、转化和分布生物体和生态系统对污染物的吸收、富集、降解和净化作用。生态毒理学宏观：由于过去根据室内单一污染物对单物种的影响，向

在生态系统水平上评价生态效应的方法和模型发展。微观：采用分子生物学、细胞学、遗传学、生理学等生物学方法与技术，研究污染物及其代谢产物与生物大分子及细胞的相互作用、遗传与代谢的关系。保护生态学自然保护生物学：由研究珍稀濒临灭绝的物种及其栖息地保护发展到生物多样性的保护，在自然保护技术和措施方面，已由自然保护区的建立发展到生物圈保护区。恢复生态学：研究生态系统的退化机制、物种进入和生长及群落聚集过程的限制因子、群落结构与生态系统功能特征。环境生物技术认识和解决环境问题过程的生物技术，主要涉及环境质量的监测、评价、控制以及废弃物处理过程中的生物学方法和技术的发展与应用。环境生物技术是利用生物体、生物的代谢反应过程和生物合成产物对污染或被破坏生态环境进行治理和修复以及监测和评价的一种单一的或复合的工艺技术系统环境生物技术环境生物技术污染物生物控制和消除技术：人工合成化学污染物和大分子物质的降解性研究，绿色生产技术，有机废弃物的转化和再利用，生物修复，生物反应器技术，组建具有特殊功能的基因工程菌。生物监测与评价：继续探索更准确、快速方便和更有效的各种生物监测方法和手段，建立统一标准化、规范化的监测评价体系，建立全球性的监测评价信息网络系统。生物传感器生物传感器就是将生物学、化学和物理学融为一体的一种新装置，目前向着高性能化、微型化、智能化和专业化的方向发展。污染生物的酶、亚细胞器以及细胞或组织转换装置电信号放大系统计算机处理系统是否污染6、环境生物学的研究方法不是孤立地研究生物，而是着重于生物与受干扰环境相互作用关系的研究6、环境生物学的研究方法室外调查和实验方法实验室试验研究模拟研究方法自然条件下的试验研究方法室外调查和试验方法对人为干扰的环境进行现场实地调查和试验各种环境因素的测定、调查和研究生物各层次效应的研究探索环境中各因素对生物或生态系统影响的基本规