水环境与污染课件

水环境与污染第一节水圈第一节水圈一、水圈与水环境（一）水圈水是地球上分布最广和最重要的物质，是参与生命的形成和地表物质能量转化的重要因素。水也是人类社会赖以生存和发展的自然资源。地球上的水以汽态、液态和固态三种形式存在于空中、地表与地下，成为大气水、海水、陆地水(包括河水、湖水、沼泽水、冰雪水、土壤水、地下水)，以及存在于生物体内的生物水，这些水不停运动和相互联系着构成水圈。地球上水的总储量约为1.38×109km3，其中海洋占97.41％，覆盖了地球表面积的71％。淡水仅占地球总水量的2.59％，而其中又大约有70％以上属固态水——冰，储存在极地和高山上。只有不到30%的淡水存在于地下、湖泊、土壤、河流、大气等之中(见图)。全球水分布由此可见，水圈是指地球上被水和冰雪所占有或覆盖而构成的圈层。考虑到大气水分与地下水，水圈的上限可为对流层顶，下限为深层地下水所及的深度。地球上的水循环是形成水圈的动力。在地球上只有在水循环的作用下，才能把各个特征不同的水体联系起来形成水圈。水圈的水与大气圈、生物圈、岩石圈、土壤圈之间有极密切的关系，并形成各种方式的水交换。（二）水环境

1．水体的概念

在自然界中水的积聚体称为水体，是地表水圈的重要组成部分。具体地讲，它是指以相对稳定的陆地为边界的天然水域，包括有一定流速的沟渠、江河和相对静止的塘堰、湖泊、水库、沼泽，以及受潮汐影响的三角洲与海洋。水体是一个完整的生态系统，其中包括水、水中的悬浮物、溶解物、底质和水生生物等。水体类型可划分为海洋水体(包括海、洋)和陆地水体(如河流、湖泊等)。水体也可以其流动性划分为流水水体和静水水体，前者如河流，后者如湖泊、沼泽。从广义上理解，水体也可以包括地下水体。2．水环境《环境科学大辞典》的解释是：“水环境是地球上分布的各种水体以及与其密切相连的诸环境要素如河床、海岸、植被、土壤等。”它的独特函义是：“水环境是构成环境的基本要素之一，是人类赖以生存和发展的重要场所，也是受人类干扰和破坏最严重的地区。”

水环境可根据其范围的大小分为区域水环境（如流域水环境、城市水环境等）、全球水环境。对某个特定的地区而言，该区域内的各种水体如湖泊、水库、河流和地下水等，应视为该水环境的重要组成部分，因此，水环境又可分为地表水环境和地下水环境。地表水环境包括河流、湖泊、水库、池塘、沼泽等；地下水环境包括泉水、浅层地下水和深层地下水等。当前，水环境污染已成为世界上重要的环境问题之一。所以对水环境进行合理利用和保护，是环境保护和研究的主要内容。二、水循环与水量平衡（一）水循环地球上各种形态的水，在太阳辐射和地心引力作用下，不断地运动循环、往复交替（见图）。水循环示意图地球表面的水在太阳辐射能和地心引力的相互作用下，水分不断地蒸发和蒸腾，并汽化为水蒸气，上升到空中形成云，又在大气环流的作用下传播到各处，遇到适当的条件时即成为雨或雪而降落到海洋和陆地。这些降落下来的水分，一部分渗入地下，成为土壤水或地下水；一部分经植物吸收后再经枝叶蒸腾进入大气层；一部分可直接从地面蒸发而发散；一部分可能顺地表径流汇入江、河、湖泊流入海洋，再经过水面蒸发进入大气圈。这种过程循环往复、永无止境，称做自然界的水分循环。水循环是一个巨大的动态系统，它将地球上各种水体连接起来构成水圈，使得各种水体能够长期存在，并在循环过程中渗入大气圈、岩石圈和生物圈，将它们联系起来形成相互制约的有机整体。水循环的存在使水能周而复始的被重复利用，成为再生性资源。水循环的强弱直接影响到一个地区水资源开发利用的程度，进而影响到社会经济的可持续发展。（二）水量平衡通过水的循环，包括蒸发、降水、渗透及径流，地球上的水不断循环往复，在全球范围内蒸发与降水的总量是平衡的。三、地表水体（一）海洋（二）河流：在陆地表面上接纳、汇集和输送水流的通道称为河槽，河槽与在其中流动的水流统称为河流。河流是地球上水分循环的重要路径，是与人类关系最密切的一种天然水体。流域：是河流的集水区域，即由分水线所包围的区域。分隔两个相邻流域的山岭或河间高地叫分水岭。分水岭上最高点的连线叫分水线，是流域的边界线。分水线所包围的面积称为流域面积或集水面积。（三）湖泊

1、湖泊富营养化的定义：富营养化是指水体在外界条件的影响下，由于营养盐类不断积聚，引起水体内部物理、化学性状不断改变，水生生态系统发生相应的演替。并由生物生产力低的状态逐步向生物生产力高的状态过渡的现象。湖泊富营养化过程的初始阶段，湖体中营养盐比较少。溶解氧丰富，生物生产力水平低。湖泊呈现贫营养型特征。随着时间的推移，自外部进入湖中的营养盐类逐渐积聚，湖水中营养物质增多，湖泊生物生产能力提高，生物量增加。水中溶解氧含量下降，水色发暗，透明度降低，水生生物种群组成逐步由适合富营养状态下的种群所代替，湖泊相应由贫营养型发展为中营养型，进而演变为富营养型。富营养化现象发展到—定阶段，表现为浮游藻类的异常增殖。以蓝绿藻类为主的水藻泛浮水面，严重时形成“水花“或“湖靛”。在迎风湖岸或湖湾处，糜集水面的藻类可成糊状薄膜，湖面呈暗绿色，透明度极低，可散发出腥臭味。而且还会分泌出大量藻类毒素，抑制鱼类和其它生物的生长，对人畜造成危害，并严重污染环境。自本世纪50年代以来，湖泊富营养化现象已成为世界范围内重要的水环境污染问题。2、影响富营养化的主要因子(1)营养因子是指浮游生物等生长所必须的各种营养盐类。据测定，每增殖1g藻类，大约消耗0.009g磷、0.063g氮、0.07g氢、0.358g碳、0.496g氧以及Mn、Fe、Cu、Mo等各种微量元素。藻类的生长会因湖水中某种元素不足而受到抑制，该规律称为最低量定律，这种元素称为限制性元素。在上述元素中，C、H、O三种元素来源广泛，因此，湖水中N、P的含量与补给量成为影响藻类繁殖的主要限制性因子。据计算，每1gN可增殖10.8g藻类，每1gP可增殖78克藻类。由此可见，水体中N、P含量直接决定藻类的繁殖速度，因而影响到湖泊富营养化进程。其中P是最主要的限制性因子。（2）环境因子湖水中营养元素的来源与环境有密切关系。通常位于山区的湖泊，其N、P的补给有限，所以常处于贫营养状态；位于平原上的湖泊，由于水中营养元素补给丰富，所以常处于中营养型或富营养型状态。在城市或工业区附近的湖泊，由于城市生活污水和工业废水中常含有大量的N、P等营养物质，以致加快了湖泊富营养化进程。3、富营养化的类型及判别标准由于影响富营养化现象的因素很复杂，在不同的生态环境条件下，水体之间富营养化的程度存在很大差别。同一水体在不同阶段也可能相差十分悬殊。为了研究富营养化演替规律，一般将富营养化现象分为贫营养型、中营养型及富营养型三种基本类型。其间又可细分出几个亚型，如特贫营养型、贫一中营养型、中一富营养型等。富营养化现象涉及面广，因而难以制定出为化学、生态学、地学、环境学都能接受的统一分类标准。一般是选取与富营养化关系密切的参数。如湖水透明度和水色，水中N、P负荷，DO、COD、BOD以及藻类种群、生物量或叶绿素a的含量等作为评价指标，制定判别标准，区分不同类型。DO（dissolvedoxygen）：溶解氧浓度√

COD（chemicaloxygendemand）BOD（biochemicaloxygendemand）具体做法上有的侧重N、P营养因子；有的侧重藻类种群构成与叶绿素等生物学指标；有的选择透明度及化学性状指标。多数采用3—5种以上的参数进行综合分析。四、地下水

埋藏在土壤、岩石空隙中各种不同形式的水统称为地下水。地下水是地球上水循环系统中的重要环节，它与大气水、地面水相互联系，也是水资源的重要组成部分。（一）地下水垂向层次结构的基本模式如前所述，地下水流系统的空间上的立体性，是地下水与地表水之间存在的主要差异之一。而地下水垂向的层次结构，则是地下水空间立体性的具体表征。典型水文地质条件下，地下水垂向层次结构的基本模式。自地表面起至地下某一深度出现不透水基岩为止，可区分为包气带和饱和水带两大部分。

其中包气带又可进一步区分为土壤水带、中间过渡带及毛细水带等3个亚带；饱和水带则可区分为潜水带和承压水带两个亚带。从贮水形式来看，与包气带相对应的是存在结合水（包括吸湿水和薄膜水）和毛管水；与饱和水带相对应的是重力水（包括潜水和承压水）。在地面以下，根据土壤、岩石含水量是否饱和可分为两个带：即地下水面以上的包气带及地下水面以下的饱水带。饱水带：重力水在重力作用下向下运动，聚积于不透水层上，使这一带岩石的所有空隙都充满水分，故这一带岩石称饱水带。主要是重力水。包气带：饱水带以上的土壤岩石空隙，除存在吸着水、薄膜水、毛管水外，大部分空隙充满空气，所以称包气带。它是大气水、地面水与地下重力水相互转化的过渡带。地下水按埋藏条件可分为：上层滞水、潜水、承压水

上层滞水是存在于包气带中局部隔水层之上的重力水。上层滞水的分布范围不广，补给区与分布区基本上一致，主要补给来源为大气降水和地下水，主要耗损方式是蒸发和渗透。上层滞水接近地表，受气候、水文影响较大，故水量不大而季节变化强烈。承压水是指充满于两个稳定隔水层之间的含水层中的地下水。

按储存空隙的种类可分为：孔隙水、裂隙水、岩溶水所谓含水层是指贮存有地下水，并在自然状态或人为条件下，能够流出地下水来的岩体。由于这类含水的岩体大多呈层状、故名含水层，如砂层、砂砾石层等。亦有的含水岩体呈带状、脉状甚至是块状等复杂状态分布，对于这样的含水岩体可称为含水带、含水体或称为含水岩组。对于那些虽然含水，但几乎不透水或透水能力很弱的岩体，称为隔水层，如质地致密的火成岩、变质岩，以及孔隙细小的页岩和粘土层均可成为良好的隔水层。实际上，含水层与隔水层之间并无一条截然的界线，它们的划分是相对的，并在一定的条件下可以互相转化。如饱含结合水的粘土层，在寻常条件下，不能透水与给水，成为良好的隔水层；但在较大的水头作用下，由于部分结合水发生运动，粘土层就可以由隔水层转化为含水层。（三）潜水（1）特征潜水是埋藏在地表以下，第一个稳定隔水层之上，具有自由表面的重力水。潜水的自由表面叫潜水面（潜水面：包气带和饱水带之间的界限，就是潜水面）；其绝对标高称为潜水位；潜水位至地面的距离叫潜水埋藏深度；自潜水面向下到隔水层顶板之间的距离称为含水层的厚度；潜水埋藏浅，较易开发，被人们广泛应用。一般民用井多挖到潜水含水层。潜水面之上，一般均无稳定的隔水层，因之大气降水或地表水可通过包气带直接补给潜水，所以潜水易受污染。潜水一般埋藏在第四纪疏性沉积物的孔隙中，其埋藏深度及含水层厚度各处不一，相差很大。山区潜水埋藏较深，含水层厚度差异大。平原区潜水埋藏浅，一般仅数米，含水层厚度差异较小。同一地区，潜水埋藏深度及含水层厚度也因时而异，在多雨季节，含水层厚度增大，埋藏深度亦小；干旱季节则相反。潜水受当地气候变化的影响较大。在干旱、半干旱地区，潜水埋藏深度小时，潜水蒸发可导致土壤盐渍化，在地形低平地区，潜水位高时，可引起土壤沼泽化。（2）潜水的动态潜水的动态是指潜水位、水量、水温和水质等随时间的变化。它反映潜水水量与热量的补给与消耗的平衡关系。当水量补给大于消耗时，潜水的储量增加，水位上升；当消耗量大于补给量时，潜水的储量减少，水位相应下降。在我国，一般夏季半年高温多雨，补给量大于排泄量，潜水储量增加，水位上升，水温升高，矿化度稍有降低。冬季半年低温少雨，补给量小于排泄量，潜水储量减少，水位下降，水温降低。潜水位最低的季节，—般均出现在雨季之前，此时气温回升，蒸发增大，补给减少，矿化度稍有增加。另一类则是人类为了有效地保护和改善地下水资源，改善水质，控制地下漏斗以及地面沉降现象的出现，而采取的一种有计划、有目的的人工回灌。在我国水资源供需矛盾比较突出的一些北方省区，以及过量开采地下水的大中城市，也开展了这方面的工作。如河北省的南宫“地下水库”回灌工程，设计总蓄水量达4.8亿米3，可调蓄水量达1亿米3以上。上海市采用人工回灌方法，控制由于过量开采深层地下水而引起的地面沉降，取得了举世瞩目的成就。第二节水体污染一、天然水质背景值天然水从本质上看，应属于未受人类排污影响的各种天然水体中的水。这种水目前的范围在日益减少，只有在河流的源头、荒凉地区的湖泊、深层地下水、远离陆地的大洋等处，才可能取得代表或近似代表天然水质的天然水。尽管如此，我们仍可以从这样的天然水中，发现和得到一些有用的规律和现象。水是自然界中最好的溶液，天然物质和人工生成的物质大多数可溶解在水中。因此可以认为，自然界并不存在由H2O组成的“纯水”。在任何天然水中，都含有各类溶解物和悬浮物，并且随着地域的不同，各种水体中天然水含有的物质种类不同，浓度各异。但它却代表着天然水的水质状况，故称其为天然水质背景值，或水环境背景值。从水循环来看，天然水是在其循环过程中改变了其成分与性质的。在太阳辐射的热力作用下，由海洋水面蒸发的水蒸气，虽近纯水，但它在空中再凝结成雨滴时，则需有凝结核。在大气层中可做凝结核的物质有海盐微粒、土壤的盐分、火山喷出物和大气放电产生的NO和NO2等。因此，从雨水开始天然水中已含有各种化学成分，如Cl-、SO42-、CO3-、HCO3-、NO3-、Ca2+、Mg2+、NH4+、I、Br等。雨水补给到各水体中，其化学成分会进一步增多。下表列出了天然水中含有的各种物质：受到人类活动影响的水体，其水中所含的物质种类、数量、结构均会与天然水质有所不同。以天然水中所含的物质作为背景值，可以判断人类活动对水体的影响程度，以便及时采取措施，提高水体水质，使之朝着有益于人类的方向发展。二、水体污染与水体污染源（一）水体污染的概念当前对水体污染的概念有几种，一种意见是水体受人类活动或自然因素的影响，使水的感官性状、物理化学性能、化学成分、生物组成以及底质情况等方面产生了恶化，称为“水污染”。第二种意见是：排入水体的工业废水、生活污水及农业径流等的污染物质，超过了该水体的自净能力，引起的水质恶化称为“水污染”。第三种意见是：污染物质大量进入水体，使水体原有的用途遭到破坏谓之水污染。以上几种意见各有长处，但都不够全面或不够确切。从天然水的性质可知，各种水体中的水均为一种成分复杂的溶液，其中含有各类溶解物质，而并非纯的H2O。因此，对水污染的定义，不能仅从其含有什么物质及其含量来界定。其次，我们研究水污染的目的是为了保护水源，以便更好地利用水资源，因此，水污染定义又必须与水的使用价值联系起来。这样，水体污染可以定义为：“污染物进入河流、海洋、湖泊或地下水等水体后，使水体的水质和水体沉积物的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象。”这样就同我们的用水要求联系起来了，也使我们保护水体有一定的目的，即不使其失去使用价值。（二）水体污染源1、水体污染源的含义和分类水体污染源是指造成水体污染的污染物的发生源。通常是指向水体排入污染物或对水体产生有害影响的场所、设备和装置。按污染物的来源可分为天然污染源和人为污染源两大类。水体天然污染源是指自然界自行向水体排放有害物质或造成有害影响的场所。诸如岩石和矿物的风化和水解、火山喷发、水流冲蚀地表、大气降尘的降水淋洗、生物(主要是绿色植物)在地球化学循环中释放物质都属于天然污染物的来源。例如，在含有萤石、氟磷灰石等矿区，可能引起地下水或地表水中氟含量增高，造成水体的氟污染。长期饮用此种水可能出现氟中毒。水体人为污染源是指由人类活动形成的污染源，是环境保护研究和水污染防治的主要对象。人为污染源体系很复杂，按人类活动方式可分为工业、农业、交通、生活等污染源；按排放污染物种类不同，可分为有机、无机、热放射性、重金属、病源体等污染源，以及同时排放多种污染物的混合污染源；按排放污染物空间分布方式，可以分为点源和非点源。水污染点源是指以点状形式排放而使水体造成污染的发生源。一般工业污染源和生活污染源产生的工业废水和城市生活污水，经城市污水处理厂或经管渠输送到水体排放口，作为重要污染点源向水体排放。这种点源含污染物多，成分复杂，其变化规律依据工业废水和生活污水的排放规律，即有季节性和随机性。

水污染非点源，在我国多称为水污染面源，是以面积形式分布和排放污染物而造成水体污染的发生源。坡面径流带来的污染物和农田灌溉水是水体污染的重要来源。目前造成湖泊等水体的富营养化，主要是由面源带来的大量氮、磷等所造成。2、几种水体污染源的特点（1）生活污染源是指由人类消费活动产生的污水，城市和人口密集的居住区是主要的生活污染源。人们生活中产生的污水，包括由厨房、浴室、厕所等场所排出的污水和污物。生活污水中的污染物，按其形态可分为：①不溶物质，这部分约占污染物总量的40%，它们或沉积到水底，或悬浮在水中。②胶态物质，约占污染物总量的10%。③溶解质，约占污染物总量的50%。这些物质多为无毒的含无机盐类氯化物、硫酸盐、磷酸和钠、钾、钙、镁等重碳酸盐。有机物质有纤维素、淀粉、糖类、脂肪、蛋白质和尿素等。此外，还含有各种微量金属（如Zn、Cu、Cr、Mn、Ni、Pb等）和各种洗涤剂、多种微生物。一般家庭生活污水相当浑浊，其中有机物约占60%，pH值多大于7，BOD5为100-700mg/L。（2）工业污染源工业污水是目前造成水体污染的主要来源和环境保护的主要防治对象。在工业生产过程中排出的废水、污水、废液等统称工业废水。废水主要指工业用冷却水；污水是指与产品直接接触、受污染较严重的排水；废液是指在生产工艺中流出的废液。工业废水由于受产品、原料、药剂、工艺流程、设备构造、操作条件等多种因素的综合影响，所含的污染物质成分极为复杂，而且，在不同时间里水质也会有很大差异。工业污染源如按工业的行业来分，则有冶金工业废水、电镀废水、造纸废水、无机化工废水、有机合成化工废水、炼焦煤气废水、金属酸洗废水、石油炼制废水、石油化工废水、化学肥料废水、制药废水、炸药废水、纺织印染废水、染料废水、制革废水、农药废水、制糖废水、食品加工废水、电站废水等。各类废水都有其独特的特点。（3）农业污染源是指由于农业生产而产生的水污染源，如降水所形成的径流和渗流把土壤中的氮、磷和农药带入水体；由牧场、养殖场、农副产品加工厂的有机废物排入水体，它们都可使水体水质恶化，造成河流、水库、湖泊等水体污染甚至富营养化。农业污染源的特点是：面广、分散、难于治理。三、水体污染物造成水体的水质、底质、生物质等的质量恶化或形成水体污染的各种物质或能量均可能成为水体污染物。从环境保护角度出发，可以认为任何物质若以不恰当的数量、浓度、速率、排放方式排入水体，均可造成水体污染，因而就可能成为水体污染物。所以水体污染物包括的范围非常广泛。另一方面，在自然物质和人工合成物质中，都有一些对人体或生物体有毒、有害的物质，如Hg、Cr、As、Cd和酚、氰化物等，均为已确认的水体污染物。从环境保护的角度，根据污染物的物理、化学、生物学性质及其污染特性，可将水体污染物分为以下几种类型。（一）无机无毒物质无机无毒物质主要指排入水体中的酸、碱及一般的无机盐类。酸主要来源于矿山排水及许多工业废水，如化肥、农药、粘胶纤维、酸法造纸等工业的废水。碱性废水主要来自碱法造纸、化学纤维制造、制碱、制革等工业的废水。酸性废水和碱性废水可相互中和产生各种盐类；酸性、碱性废水亦可与地表物质相互作用，也生成无机盐类。所以，酸性或碱性污水造成的水体污染必然伴随着无机盐的污染。酸性和碱性废水的污染，破坏了水体的自然缓冲作用，抑制着细菌及微生物的生长，妨碍着水体自净，腐蚀着管道、水工建筑物和船舶。同时，还因其改变了水体的pH值，增加了水中的一般无机盐类和水的硬度等。（二）无机有毒物质√

这类物质具有强烈的生物毒性，它们排入天然水体，常会影响水中生物，并可通过食物链危害人体健康。这类污染物都具有明显的累积性，可使污染影响持久和扩大。最典型的无机有毒物质是重金属，但也包括As、Se等非金属元素，它们都有程度不同的毒性。密度在5g/cm3以上的金属统称为重金属，从环境污染方面所说的重金属，主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属，也指具有一定毒性的一般重金属如锌、铜、钴、镍、锡等。目前最引起人们注意的是汞、镉、铬等。重金属随废水排出时，即使浓度很小，也可能造成危害。由重金属造成的环境污染称为重金属污染。重金属污染的特点表现在以下几方面：√（1）水体中的某些重金属可在微生物作用下转化为毒性更强的金属化合物，如汞的甲基化作用就是其中典型例子；（2）生物从环境中摄取重金属可以经过食物链的生物放大作用，在较高级生物体内成千万倍地富集起来，然后通过食物进入人体，在人体的某些器官中积蓄起来造成慢性中毒，危害人体健康；（3）在天然水体中只要有微量重金属即可产生毒性效应，一般重金属产生毒性的范围大约在1—10mg/L之间，毒性较强的金属如汞、镉等，产生毒性的质量浓度范围在0.0l—0.001mg/L之间。重金属的污染有时会造成很大的危害。例如，日本发生的水俣病（汞污染）和骨痛病（镉污染）等公害病，都是由重金属污染引起的。1．汞[Hg（Ⅱ

）]汞的毒性很强，而有机汞化合物的毒性又超过无机汞。无机汞化合物如HgCl2、HgO等不易溶解，因而不易进入生物组织；有机汞化合物如烷基汞（CH3Hg一、C2H5Hg一）、苯基汞（C6H5Hg一）等，有很强的脂溶性，易进入生物组织，并有很高的蓄积作用。无机汞在水体中易沉积于底层沉积物中，在微生物作用下可转化为有机汞而进入生物体内，再通过食物链作用逐渐浓集，最后影响到人体。汞在无脊椎动物体中的富集可达10万倍，日本的水俣病就是人长期吃富集甲基汞的鱼而造成的。2、镉[Cd（Ⅱ

）]镉的化合物毒性很大，蓄积性也很强，动物吸收的镉很少能排出体外。受镉污染的河水用作灌溉农田，可引起土壤镉污染，进而污染农作物，最后影响到人体。日本的痛痛病就是吃了被含镉污水生产的稻米所致。镉进入人体后，主要贮存在肝、肾组织中不易排出。镉的慢性毒性主要使肾脏吸收能力不全，降低机体免疫能力及导致骨质疏松、软化，如骨痛病所出现的骨萎缩、变形、骨折等。3、铬[Cr（Ⅵ

）]无机化合物有二价、三价、六价三种，六价铬化合物毒性最大。六价铬具强氧化性，对皮肤、粘膜有强烈腐蚀性。在慢性影响上，六价铬有致畸、致突变与致癌等作用。4、砷（As）砷是传统的剧毒物，As2O3即砒霜，对人体有很大毒性。长期饮用含砷的水会慢性中毒，主要表现是神经衰弱、腹痛、呕吐、肝痛、肝大等消化系统障碍。并常伴有皮肤癌、肝癌、肾癌、肺癌等发病率增高现象。

5、氰化物无机氰化物主要来源于游离的氢氰酸（HCN），CN-在酸性溶液中就可生成HCN而挥发出来。各种氰化物分离出CN-及HCN的难易程度不同，因而毒性也不相同。氰的毒性主要表现在破坏血液，影响运送氧和氢的机能而致死亡。（三）有机无毒物有机无毒物主要指耗氧有机物。天然水中的有机物一般是水中生物生命活动产物。人类排放的生活污水和大部分工业废水中都含有大量有机物质，其中主要是耗氧有机物如碳水化合物、蛋白质、脂肪等。这些物质的共同特点是，没有毒性，进入水体后，在微生物的作用下，最终分解为简单的无机物质，并在生物氧化分解过程中消耗水中的溶解氧。因此，这些物质过多地进入水体，会造成水体中溶解氧严重不足甚至耗尽，从而恶化水质，并对水中生物的生存产生影响和危害。耗氧有机物种类繁多，组成复杂，因而难以分别对其进行定量、定性分析。因此，一般不对它们进行单项定量测定，而是利用其共性，如它们比较易于氧化，故可用某种指标间接地反映其总量或分类含量。氧化方式有化学氧化、生物氧化和燃烧氧化等，都是以有机物在氧化过程中所消耗的氧或氧化剂的数量来代表有机物的数量。在实际工作中，常用下列指标来表示水中有机物的含量，即化学需氧量（COD）、生物化学需氧量（即生化需氧量BOD）、总有机碳量（TOC）、总需氧量（TOD）等。1、化学需氧量（COD）指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量，以每升水消耗氧的毫克数表示（mg/L）。COD值越高，表示水中有机污染物污染越重。目前常用的氧化剂主要是高锰酸钾和重铬酸钾。高锰酸钾法（简记CODMn

），适用于测定一般地表水，如海水。重铬酸钾法（简记CODCr

）对有机物反应较完全，适用于分析污染较严重的水样。目前，国际标准化组织（ISO）规定，化学需氧量指CODCr，而CODMn为高锰酸盐指数。2、生化需氧量（BOD）在人工控制的条件下、使水样中的有机物在微生物作用下进行生物氧化，在一定时间内所消耗的溶解氧的数量，可以间接地反映出有机物的含量，这种水质指标称为生物化学需氧量。以每升水消耗氧的毫克数表示（mg/L）。生化需氧量越高，表示水中耗氧有机污染越重。

由于微生物分解有机物是一个缓慢的过程，通常微生物将耗氧有机物全部分解需20天以上，并与环境温度有关。生化需氧量的测定常采用经验方法，目前国内外普遍采用在20℃条件下培养5天的生物化学过程需要氧的量为指标，记为BOD5。有机污染物的生物化学氧化作用分为两个阶段完成：第一阶段：主要是有机物转化为无机物的二氧化碳、水和氨等，反应式：RCH（NH2）COOH+O2=RCOOH+CO2+NH3第二阶段：主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐，反应式：2NH3+3O2=2HNO3+2H2O2HNO2+O2=2HNO3因氨已是无机物，它的进一步氧化对水体污染的影响较小，所以废水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物生物化学氧化所需的氧量。生物氧化不如化学氧化进行得彻底，而五日生物化学氧化又只是一部分生化需氧量，它大约只占最终生化需氧量的65%—80%。所以BOD5比COD值要低得多，只能相对反映可氧化有机物的含量。3、总有机碳量（TOC）这是近年来发展起来的一种快速测定方法，它包含了水体中所有有机物的含碳量。测定方法是在特殊的燃烧器中，以铂为催化剂，在900℃温度下，使水样气化燃烧，燃后测定气体中CO2含量，从而确定水样中的碳元素总量。在此总量中减去无机碳元素含量，即可得总有机碳量。是评价水体需氧有机物的一个综合指标。TOC虽可以总有机碳元素量来反映有机物总量，但因排除了其他元素，仍不能直接反映有机物的真正浓度。3、总需氧量（TOD）水中有机物中除含有机碳外，尚含有H、N、S等元素。当有机物全部被氧化时，C被氧化为CO2

，而H、N、S则被氧化为H2O、NO和SO2等。此时氧化所需的氧量称为总需氧量。在水质状况基本相同的情况下，BOD5和TOC或TOD之间存在一定的相关关系。特别是TOC和TOD与BOD之间，通过实验建立相关，则可快速测定出TOC，从而推算出其他有机物污染指标。（四）有机有毒物质有机有毒污染物质的种类很多，且这类物质的污染影响、作用也不同。现仅举几种略作介绍：1、酚类化合物酚是芳香族碳氧化合物，苯酚是其中最简单的一种。酚类化合物是有机合成的重要原料之一，具有广泛的用途。酚作为—种原生质毒物，可使蛋白质凝固，主要作用于神经系统。水体受酚污染后，会严重影响各种水生生物的生长和繁殖，使水产品产量和质量降低。

2、有机农药包括杀虫剂、杀菌剂和除草剂等。从化学结构上，有机农药可分为有机氯、有机磷和有机汞三大类。有机氯农药的特点是水溶性低而脂溶性高，易在动物体内累积，对动物和人体造成危害。

3、聚氯联苯（PCB）

PCB是一种化学性能极为稳定的化合物。它进入人体主要蓄积在脂肪组织及各种脏器内。日本的米糠油事件，就是人食用被PCB污染了的米糠油而导致中毒的。

4、多环芳烃类多环芳烃是指多环结构的碳氢化合物，其种类很多，如苯并芘、二苯并芘、苯并蒽、二苯并蒽等。其中以苯并（α）芘（简记BαP）最受关注，3，4-苯并（α）芘已被证实是强致癌物质之一。在地表水中，已知的多环芳烃类有20多种，其中有七八种具有致癌作用，如苯并蒽、苯并芘等。（五）放射性物质天然的放射性同位素238铀、226镏、232钍等一般放射性都很微弱，对生物没有什么危害。人工的放射性污染主要来源于铀矿开采和精炼、原子能工业、放射性同位素的使用等。放射性污染物，如238铀、226镏、90锶、137铯、60钴等，通过水体可影响生物，灌溉农作物亦可受到污染，最后可由食物链进入人体。放射性污染物放出的α、β、γ

等射线可损害人体组织，并可蓄积在人体内造成长期危害，促成贫血、白血球增生、恶性肿瘤等各种放射性病症。（六）生物污染物质主要来自生活污水、医院污水和屠宰肉类加工、制革等工业废水。主要通过动物和人排泄的粪便中含有的细菌、病毒及寄生虫类等污染水体，引起各种疾病传播。四、水体污染类型与危害由于排入水体中的污染物种类繁杂，所以它们对水体的污染作用也是千差万别的。因此，在水体污染研究和水污染防治上，都需对水体污染进行分类，以便确定各种污染类型的特点与危害。（一）感官性状污染1．色泽变化天然水是无色透明的。水体受污染后可使水色发生变化，从而影响感官。如印染废水污染往往使水色变红，炼油废水污染可使水色黑褐等等。水色变化，不仅影响感官，破坏风景，有时还很难处理。2．浊度变化水体中含有泥沙、有机质、微生物以及无机物质的悬浮物和胶体物，产生混浊现象，以致降低水的透明度，而影响感官甚至影响水生生物的生活。3．泡状物许多污染物排入水中会产生泡沫，如洗涤剂等。漂浮于水面的泡沫，不仅影响观感，还可在其孔隙中栖存细菌，并造成生活用水污染。4．臭味水体发生臭味是一种常见的污染现象。水体恶臭多属有机质在嫌气状态腐败发臭，属综合性恶臭，有明显的阴沟臭。恶臭的危害是使人憋气、恶心、水产品无法食用、水体失去旅游功能等。（二）有机污染主要指由城市污水、食品工业和造纸工业等排放含有大量有机物的废水所造成的污染。这些污染物在水中进行生物氧化分解过程中，需消耗大量溶解氧，一旦水体中氧气供应不足，则使氧化作用停止，并引起有机物的厌氧发酵，分解出CH4、H2S、NH3等气体，散发出恶臭，污染环境，毒害水生生物。（三）无机污染酸、碱和无机盐类对水体的污染，首先是使水的pH值发生变化，破坏其自然缓冲作用，抑制微生物生长，阻碍水体自净作用。同时，还会增大水中无机盐类和水的硬度，给工业和生活用水带来不利影响。酸碱污染来源工业生产。碱性废水主要来自造纸、制革、炼油、化纤、制碱和金属加工等工业；酸性废水来自硫酸和硝酸制造及矿山排水。酸雨是水体酸化的重要原因。（四）有毒物质污染各类有毒物质，如酚类、氰化物、Hg、Cd、As、有机农药等，进入水体后，在高浓度时，会杀死水中生物；在低浓度时，可在生物体内富集，并通过食物链逐级浓缩，最后影响到人体。水中有机毒物，主要有酚类、多氯联苯（PCB）和农药等有机物。水中酚主要来自焦化厂、煤气厂和某些化工厂。多氯联苯（PCB）是一种全球性污染物，广泛用作防燃添加剂、介电液体和液压流体等。PCB为难降解污染物，可以在水体中长期保留，故又称持久性污染物。重金属可通过食物链逐级富集起来。重金属进入人体后往往蓄积在某些器官中，造成慢性累积中毒。水中的重金属主要来自金属矿开采、冶金、电镀等工业排放的废水和废渣。非金属无机毒物，主要有氰化物、氟化物等。水体中氰化物来自电镀、矿石浮选、化工、炼焦及高炉煤气等工业排放的生产废水。各类有毒物质、如酚类、氰化物、Hg、As、有机农药等．进入水体后，在高浓度时．会杀死水中生物；在低浓度时，可在生物体内富集，并通过食物链逐级浓缩，最后影响到人体。（五）富营养化污染含植物营养物质的废水进入水体后，会造成水体富营养化，使藻类大量繁殖，并大量消耗水中的溶解氧，从而导致鱼类等窒息和死亡。其次，水中大量的NO3-、NO2-若经食物链进入人体，将危害人体健康，或有致癌作用。

（六）油污染沿海及河口石油的开发、油轮运输、炼油工业废水的排放等，会使水体受到油污染。油的污染不仅不利于水的利用，而且当油在水面形成油膜后，影响氧气进入水体，对生物造成危害。此外，油污染还破坏海滩休养地、风景区的景观与鸟类的生存。（七）热污染热电厂等的冷却水是热污染的主要来源。这种废水直接排入天然水体，可引起水温升高，造成水中溶解氧减少，还会使水中某些毒物的毒性升高。水温升高对鱼类的影响最大，可引起鱼类的种群改变与死亡。（八）病原微生物污染生活污水、医院污水以及屠宰肉类加工等污水，含有各类病毒、细菌、寄生虫等病原微生物，流入水体会传播各种疾病。水中污染物对人体的危害污染物对人体健康的影响汞使用被污染的水产品，产生甲基汞中毒，头晕，肢体末梢麻木，记忆力减退，神经错乱，甚至死亡，还影响孕妇的胎儿畸形铅使用含铅食物，会影响酶及正铁血红素合成，影响神经系统，铅在骨骼及肾脏中积累，有潜在的长期影响镉进入骨骼造成骨疼病，骨骼软化萎缩,已发生病理性骨折，最后饮食不进，于疼痛中死亡砷影响细胞新陈代谢，造成神经系统病变铬铬进入体内，分布于肝、肾中，出现肝炎氰化物饮用含氟水后，引起中毒，导致神经衰弱，头痛，头晕、乏力、耳鸣、震颤、呼吸困难，甚至死亡多环芳烃长期处于高浓度的多环芳烃环境中，会致癌酚类引起头痛，头晕、耳鸣、严重时口唇发紫、皮肤湿冷、提问下降、肌肉痉挛、尿量减少、呼吸衰竭可分解有机物这类污染物为病菌提供了生存条件，进而影响人体健康、致病菌引起传染病，如霍乱、痢疾、肝炎、细菌性食物中毒硝酸盐、亚硝酸盐引起婴儿血液系统疾病等氟化物超过1毫克/升，发生齿斑、骨骼变形放射性物质经常与放射性物质接触会引起疾病，甚至会遗传多氯联苯损伤皮肤，破坏肝脏油类使水体失去饮用价值第四章水环境与污染第二节水体污染2004年中国环境状况公报淡水环境

2004年七大水系的412个水质监测断面中，Ⅰ～Ⅲ类、Ⅳ～Ⅴ类和劣Ⅴ类水质的断面比例分别为：41.8％、30.3％和27.9％，七大水系总体水质与去年基本持平，珠江、长江水质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河水质差。主要污染指标为氨氮、五日生化需氧量、高锰酸盐指数和石油类。湖泊水库水质

2004年监测的27个重点湖库中，满足Ⅱ类水质的湖库2个，占7.5％；Ⅲ类水质的湖库5个，占18.5％；Ⅳ类水质的湖库4个，占14.8％；Ⅴ类水质湖库6个，占22.2％；劣Ⅴ类水质湖库10个，占37.0％。其中“三湖”（太湖、巢湖、滇池）水质均为劣Ⅴ类。主要污染指标是总氮和总磷。项目废水排放量（亿吨）COD排放量（万吨）氨氮排放量(万吨)年度合计工业生活合计工业生活合计工业生活2000415.2194.2220.91445704.5740.5

2001432.9202.6230.31404.8607.5797.3125.241.383.92002439.5207.2232.31366.9584782.9128.842.186.72003460212.4247.61333.6511.9821.7129.740.489.32004482.4221.1261.31339.2509.7829.513342.290.8年度增减率（%）4.845.50.4-0.40.92.54.51.72004年，四大海域比较，黄海和南海水质总体上较好，一、二类海水比例较高，分别达到83.4%、77.8%。与上年相比，黄海一、二类海水比例上升14.7个百分点，南海上升19.8个百分点。渤海一、二类海水比例为40.4%，与上年比较减少了9.6个百分点；四类和劣四类海水占45.3%，增加了12.0个百分点。主要污染因子为无机氮、活性磷酸盐、石油类。东海无一类海水，二类海水比例为17.2%，与上年比较下降了13.2个百分点；四类和劣四类海水占61.3%，上升了6.9个百分点。渤海和东海污染有加重趋势。赤潮2004年全海域共发现赤潮96次，较上年减少23次。赤潮累计发生面积26630平方公里，较上年增加83.0%，其中大面积赤潮集中在东海。全海域共发生100平方公里以上的赤潮34次，其中500平方公里以上的赤潮16次，接近或超过500平方公里的赤潮10次，均比上年增加。有毒赤潮生物引发的赤潮20余次，面积约7000平方公里，主要有毒赤潮生物为米氏凯伦藻、棕囊藻等。2004年，全国共发生渔业污染事故1020起，造成直接经济损失10.8亿元。其中，海洋渔业污染事故79起，污染面积约2.8万公顷，造成直接经济损失约8.9亿元，其中特大渔业污染事故（经济损失在1000万元以上）7起；内陆水域渔业污染事故941起，污染面积约21.1万公顷，造成直接经济损失1.9亿元。经济损失在1000万元以上的特大渔业污染事故3起，经济损失超过100万元的重大渔业污染事故14起。2004年，因环境污染造成可测算天然渔业资源经济损失36.5亿元，其中内陆水域天然渔业资源经济损失8.6亿元，海洋天然渔业资源经济损失为27.9亿元。五、水体的自净作用（一）自净作用的概念所谓水体的自净作用，是指受污染的各种水体在物理、化学和生物等作用下，水中污染物浓度自然降低的过程。水体自净作用往往需要一定的时间，一定范围的水域以及适当的水文条件。另一方面，还决定于污染物的性质、浓度以及排放方式等。一般说来，水体自净过程包括稀释、混合、沉淀、挥发、中和、氧化还原、化合分解、吸附凝聚等物理、化学和生物化学过程，其中以物理和生物化学过程为主。因此，按作用机理，水体自净过程可分为物理自净、化学自净和生物自净三个方面，统称为广义的自净作用。√1、物理自净物理自净是指污染物进入水体后，只改变其物理性状、空间位置，而不改变其化学性质、不参与生物作用。如污染物在水体中所发生的混合、稀释、扩散、挥发、沉淀等过程。通过上述过程，可使水中污染物的浓度降低，使水体得到一定的净化。物理自净能力的强弱取决于水体的物理条件如温度、流速、流量等，以及污染物自身的物理性质如密度、形态、粒度等。物理自净对海洋和容量大的河段等水体的自净起着重要作用。2、化学自净化学自净是指污染物在水体中以简单或复杂的离子或分子状态迁移，并发生了化学性质或形态、价态上的转化，使水质亦发生了化学性质的变化，但未参与生物作用。如酸、碱中和、氧化—还原、分解—化合、吸附—解吸、胶溶—凝聚等过程。这些过程能改变污染物在水体中的迁移能力和毒性大小，亦能改变水环境化学反应条件。影响化学自净的环境条件：酸碱度、氧化还原电势、温度、化学组分等，污染物自身的形态和化学性质对化学自净也有很大影响。

3、生物自净生物自净是指水体中的污染物经生物吸收、降解作用而发生消失或浓度降低的过程。如污染物的生物分解、生物转化和生物富集等作用。水体生物自净作用也被称为狭义的自净作用。主要指悬浮和溶解于水体中的有机污染物在微生物作用下，发生氧化分解的过程。在水体自净中，生物化学过程占主要地位。生物自净与生物的种类、环境的水热条件和供氧状况等因素有关。（二）有机物的生物降解过程有机污染物在水体中的降解过程是通过化学氧化、光化学氧化和生物化学氧化来实现的，其中生物氧化在有机物降解中起着主要的作用。耗氧有机物进入水体后，在微生物作用下发生生物化学氧化分解。在好气（有氧）条件下，好气性微生物利用水中的溶解氧使有机物发生好气分解，这是水体中有机物生物氧化的主要途径；在厌气（无氧）条件下，厌气性细菌利用有机物分子内的氧，使有机物发生厌气氧化分解。1、好气环境下有机物的分解在好气环境下，耗氧有机物被生物氧化分解。例如，碳水化合物被微生物在细胞膜外水解，由多糖转化为二糖并透入细胞膜内；在细胞外部或内部，二糖再水解为单糖，单糖首先转化为丙酮酸而最终氧化为水和二氧化碳。L0ttc10（a）耗氧有机物的分解特性图a为耗氧有机物在水温20℃时的累积耗氧曲线，在这条曲线的中部出现变化，这是由于有机物中含碳化合物先发生氧化分解，而后含氮化合物发生分解所致。曲线前半部称为第一阶段BOD，或称碳化阶段；曲线后半部称为第二阶段BOD，或称氮化阶段或硝化阶段。通常测定的BOD5，往往只是反映一阶BOD，因为从第一阶段反应结束到第二阶段反应开始约需10—14天。当延长图a的第一阶段反应曲线，其趋于一定值。该值被称为第一阶段最终BOD，或称最终生化耗氧量（UOD）。当把图a作一变换画成图b，UOD即为Lo，它随着时间的推移而降低，其与河流中所测的BOD衰减过程是一致的。（备注：大部分污染物在水体中迁移和转化的同时发生衰减变化。水中污染物经转化、衰减而降低，同时水体恢复清净，由此构成水体的自净过程。）在去除有机物的反应上，它们基本上符合一级动力学反应，即有机物浓度降低的速度同某一时间剩余有机物的浓度成正比：可推得：在有机物生化降解的硝化阶段，是有机物中含氮化合物通过一系列的转化完成的。这个阶段所消耗的氧称为氮化需氧量。在硝化阶段中，氨氮与氧反应的定量关系如下：对有机物分解的硝化阶段，其反应也基本上符合一级动力学反应，因此亦可写出硝化反应动力学方程：6-106-11当t时（t＞tc）碳化加硝化的总耗氧量为：t'时的硝化耗氧量为6-126-132．厌气环境下有机物的分解在缺氧环境中，有机物在嫌气性细菌作用下发生厌气分解，该过程如下图所示在厌气分解过程中，复杂有机物在产酸细菌作用下分解为有机酸；若条件适宜，有机酸可进一步发生甲烷发酵，生成最终产物CH4和CO2。复杂有机物质（碳水化合物、脂肪、蛋白质等）产酸细菌有机酸产甲烷细菌CH4+CO2有机物的厌气分解过程（三）有机物降解与水体氧平衡1．溶解氧平衡耗氧有机物对水体造成的危害，主要表现在其降解过程中需消耗水中的溶解氧，此后，它的降解产物如N、P等又可引起水体富营养化，以致又破坏水体的氧平衡。河流溶解氧下垂曲线（氧垂曲线）:（1）耗氧、复氧、亏氧对有机污染的河流来讲，溶解氧下垂曲线是河流中存在的耗氧作用和复氧作用的综合反映，它对评价河流污染及控制污染有十分重要的意义。河流中的耗氧作用主要是耗氧有机物降解时耗氧，此外还包括水生生物的呼吸、底泥厌气分解产生的有机酸和还原性气体释放到水中以及废水中还原性物质等引起水体耗氧。河流的复氧作用主要是大气复氧，其次是水生植物(藻类)的光合作用产氧。亏氧（dissolved

oxygen

deficit）亦称“缺氧量”。水体中饱和溶解氧和现存溶解氧的差。单位是mg/L。耗氧愈多，亏氧量愈大，同时由大气补充水中的氧量也愈多。（2）氧垂曲线√有机物排入河流后，经微生物降解而大量消耗水中的溶解氧，使河水亏氧；另一方面，空气中的氧通过河流水面不断地溶入水中，使溶解氧逐步得到恢复。所以耗氧与复氧是同时存在的，污水排入后，DO曲线呈悬索状态下垂，故称为氧垂曲线。√当污水未进入河流前，河水中的大气复氧量与水中生物的耗氧量近似相等，溶解氧处于饱和状态。c：临界点a：DO最大亏缺溶解氧下垂曲线示意图当河流接纳了耗氧有机物后，微生物对其氧化分解需消耗大量的氧，使得大气复氧来不及补充，水中溶解氧含量下降，这时水中的耗氧速度大于复氧速度；随着水中有机物减少，耗氧量减少，水中复氧量相应增加，此时水中耗氧速度等于复氧速度，氧垂曲线出现最低点，称该点为临界点；C点处，DO量最小，亏氧量最大。其后，因有机物大为减少，耗氧速度小于复氧速度，氧垂曲线逐渐上升。√复氧曲线下垂曲线耗氧曲线时间DO饱和百分数ca溶解氧下垂曲线示意图a：DO最大亏缺c：临界点2、氧平衡模式描述河流水质的第一个模型是由斯特里特（H.Streeter）和菲尔普斯（E.Phelps）在1925年提出的，简称S-P模型，S-P模型迄今仍得到广泛的应用，它也是各种修正和复杂模型的先导和基础。S-P模型用于描述一维稳态河流中的BOD—DO的变化规律。该模型对研究氧垂曲线，临界点溶解氧含量以及到达临界点的时间或距离，对河流水质控制与规划等都有重要的应用价值。下面仅对S—P模型及其解作简单介绍。Streeter—Phelps认为，稳态条件下，一维均匀河流水质模型的基本方程为：其中：L—污染物质的浓度x—河段距离D—弥散系数S—源漏项U—河段平均流速他们从以下两个方面的假设推导出BOD—DO模型：（1）对式6-14中的S，只考虑好氧微生物参加的BOD衰减反应，并认为该反应为一级动力学反应。因此，S=-k1L（2）对河水中的DO而言，认为耗氧的原因只是由BOD衰减反应所引起，且BOD衰减速率等于DO减少速率。同时认为，河水中DO恢复的速率与水中的氧亏成正比，并只考虑大气复氧作用。因此，在DO方程中S项就成为：S=

-k1L+k2（CS-C）（3）反应速度是恒定的。根据以上假定，一维稳态河流水质模型可以用BOD和DO两组方程来表达：ss226-15给定边界条件L（0）=L0，C（0）=C0，式（6-15）和式（6-16）的解析解分别为：考虑弥散作用时：忽略弥散作用时：由S-P模型可以推求河流污染断面起始浓度为L0和C0时，沿河下游各点的溶解氧浓度值以及临界点处的DO浓度和距离。即可由dc/dx=0，求得临界溶解氧浓度Cc和临界距离Xc，其公式为：（6-19）（6-20）第五章生物圈与生态环境第一节生物圈与生物多样性

一、生物圈最早提出生物圈这一概念的时间是在1875年，由奥地利地质学家休斯(E.Suess)提出的，生物圈是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体。生物圈从本质上看，就是指有生物生存的范围，因此包括地球上的全部生物及其生存环境。这一概念将生命活动与生存环境融为一体，充分反映了生物与环境共存不可分割的一面。关于生物圈的说明：1、地球上凡是有生物分布的区域都属于生物圈范围。2、生物圈是由生物与非生物环境组成的具有一定结构和功能的统一整体，是高度复杂而有序的系统，不是松散无序的集合体3、生物圈是地球上最大的多层次生态系统，结构和功能不断变化，并不断趋于相对稳定状态。生物圈是一个复杂开放的系统，从空间上来看，地面以上23km的高空，下至12km的深处，都有生命的踪迹，但绝大部分生物通常生存在陆地之上，海洋表面之下各约100m厚的范围内；从时间上来看，生物圈是一个逐渐演替、逐渐进化、逐渐完善的系统，是生物圈内各要素长期相互作用的过程；从生物圈的活力来看，生物圈主要由生命物质、生物生成性物质和生物惰性物质所组成。生命物质，又称活质，是所有生物体的总和。据估计，生物的生命物质约1.8×1012t，这样大的物质量与地球的大小相比较，只不过像地球表面一层薄膜，这些生物体的生活必需品是类似的，即参与细胞结构及维持能量代谢的营养物质。生物生成性物质则是由生命物质所产生的有机—矿化作用和有机作用的生成物，如煤、石油、泥炭、土壤有机质等。生物惰性物质是指大气低层的气体、沉积岩、粘土矿物和水；从生物圈的环境结构来分，生物圈的环境由大气圈、水圈、土壤岩石圈所构成。所以说，生物圈是一个复杂的、全球性的开放系统，是一个生命物质与非生命物质的自我调节系统。它的形成是生物界与水圈、大气圈及岩石圈（土圈）长期相互作用的结果。二、生物圈的特征生物圈内的大气圈、岩石圈、水圈之间通过气流、辐射、蒸发、降水等过程，不断进行能量交换、物质循环。生物的生命活动促进了能量流动及物质循环，并使生物的生命活动产生种种变化，环境因生命活动发生变化，又推动生物适应环境。在生命与环境不断作用的生物圈中，生命与环境是其两大要素，相互依存，环境为生物提供能量、水分、温度及各种营养元素。生物在利用这些条件生存、发展的同时，也回归于环境。生物圈不同层次间可有一定程度的补偿和调节，从而形成了生物圈的相对稳定和可塑性。生物圈的功能与多种生物集团参与能量交换、物质循环有关，是各个生态系统之间相互作用的结果，也是生物圈的物质体现。而生物及生物多样性，则是生物圈最普遍的特征之一。第二节生态系统一、生态系统生物圈中有多种类型的生态系统，典型的如森林、灌丛、草原、湿地和海洋等。各种类型的生态系统为不同的动物、植物和微生物提供着独特的生存和繁衍的条件。

完整的生态系统中有四大角色：√1)

生产者，如植物和光合细菌。它们在有阳光和水的自然条件下，能自行将来自土壤和空气中的简单化合物合成为复杂有机物；

2)

消费者，如草食动物和肉食动物。它们依赖食用植物或动物而生长、繁衍。它们直接或间接地将生产者产生的有机物变成了自己的身体，把自己的粪便和尸体排向大自然；

3)

分解者，如细菌和真菌类微生物。它们能将消费者的粪便和尸体分解成简单化合物，使物质流动在大自然中形成循环；

4)

无生命物质，如空气、水、阳光、简单化合物。它们是生产者能持续合成有机物的必要条件。二、生物多样性√

生物多样性是一个描述自然界多样性程度的概念，它涉及到生态系统、物种及某一特定群体的基因的数量和频率，是生物在长期的环境适应过程中逐渐形成的一种生存策略。

1992年《生物多样性公约》把生物多样性定义为：所有来源的形形色色的生物体（其来源包括陆地、海洋及其他水生生态系统）及其构成的生态综合体。换言之，生物多样性是一个地区所有生物体及环境的丰富性和变异性，是一个地区内遗传（基因）、物种和生态系统多样性的总和。

包括遗传（基因）多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性4个层次。√（1）遗传多样性(geneticdiversity)

遗传多样性是生物多样性的重要组成部分。广义的遗传多样性是指地球上生物所携带的各种遗传信息的总和。这些遗传信息储存在生物个体的基因之中。因此，遗传多样性也就是生物的遗传基因的多样性。任何一个物种或一个生物个体都保存着大量的遗传基因，因此，可被看作是一个基因库（Genepool）。一个物种所包含的基因越丰富，它对环境的适应能力越强。基因的多样性是生命进化和物种分化的基础。狭义的遗传多样性主要是指生物种内基因的变化，包括种内显著不同的种群之间以及同一种群内的遗传变异（世界资源研究所，1992）。此外，遗传多样性可以表现在多个层次上，如分子、细胞、个体等。在自然界中，对于绝大多数有性生殖的物种而言，种群内的个体之间往往没有完全一致的基因型，而种群就是由这些具有不同遗传结构的多个个体组成的。

（2）物种多样性(speciesdiversity)

指地球上一定时空范围内生物物种的丰富性及其形成、发展、演化、时空分布格局和生态分化与适应机制等的多样化。它是生物多样性在物种水平上的各种表现形式。研究某一地区的物种多样性时，不仅要计算其物种数量即物种丰富度，更重要地还要估算生物分类群多样性。此外，对某一个地区单独的、古老孑遗的生物分类群和特有现象—特有科、特有属和特有种等亦应给以较高的评价和充分的注意（陈灵芝，2001）。物种多样性是衡量一定地区生物资源丰富程度的一个客观指标。在阐述一个国家或地区生物多样性丰富程度时，最常用的指标是区域物种多样性。区域物种多样性的测量有以下三个指标：①物种总数，即特定区域内所拥有的特定类群的物种数目；②物种密度，指单位面积内的特定类群的物种数目；③特有种比例，指在一定区域内某个特定类群特有种占该地区物种总数的比例。（3）生态系统多样性（ecosystemdiversity）

生态系统的多样性主要是指地球上生态系统组成、功能的多样性以及各种生态过程的多样性，包括生境的多样性、生物群落和生态过程的多样化等多个方面。其中，生境的多样性是生态系统多样性形成的基础，生物群落的多样化可以反映生态系统类型的多样性。

（4）景观多样性

是指一定时空范围内景观生态系统类型的丰富性及各景观生态系统中不同类型的景观要素在空间结构、功能机制、时间动态方面的多样化和复杂性。景观多样性是较生态系统多样性更高一层次的多样性。景观多样性主要包括斑块多样性、类型多样性和格局多样性三种类型。斑块多样性是指景观中斑块的数量、大小、形状的多样性和复杂性；类型多样性是指景观中不同的景观类型（如农田、森林、草地等）的丰富度和复杂度；格局多样性是指景观类型空间分布的多样性及各类型之间以及斑块与斑块之间的空间关系和功能联系的多样性。简单地说：生物多样性表现的是地球上千千万万种生物和它们生存的环境。生物多样性具有很高的价值，最为宝贵的是：它是大自然造就的基因资源库。每一个物种都有一套自己独特的基因，这是物种在漫长的进化过程中既顺应了自然，又保留下了自己物种特性的基因组合，极为珍贵，而且不可再生。对于人类的使用价值来说，许多植物成分是人类治疗疾病所离不开的药物成分。人类在日常生活中使用的各类纤维、油脂、芳香油、去污剂、胶和建筑材料等，就能来自大自然中多种不同的生物资源。所以说，充满了生物多样性的地方是一座巨大的、可再生的资源宝库。

在地球的陆地生态系统中，生物多样性最为丰富的区域是热带雨林。那里生活着世界上50%的物种。但由于森林砍伐、滥捕乱猎和环境污染，全世界的物种在以每天几十种的速度消失。这是地球资源的巨大损失，因为一个物种灭绝之后，永不再生，而消失的物种还会通过生物链引起其它物种的消失。所以，保护生物多样性是当今保护地球环境的重大课题之一。三、生物链生物链指的是：由动物、植物和微生物互相提供食物而形成的相互依存的链条关系。这种关系在大自然中很容易看到。比如：有树的地方常有鸟，有花草的地方常有昆虫。植物、昆虫、鸟和其它生物靠生物链而联系在一起，相互依赖而共存亡。生物链的例子常常就在我们身边，而且使人类受益非浅。比如：植物长出的叶和果为昆虫提供了食物，昆虫成为鸟的食物源，有了鸟，才会有鹰和蛇，有了鹰和蛇，鼠类才不会成灾……。当动物的粪便和尸体回归土壤后，土壤中的微生物会把它们分解成简单化合物，为植物提供养分，使其长出新的叶和果。就这样，生物链建立了自然界物质的健康循环。生物链也可以理解为自然界中的食物链，它形成了大自然中“一物降一物”的现象，维系着物种间天然的数量平衡。

人类与大自然也通过食物链而连接着。人的食物主要来自植物和动物。而动植物是从自然环境中得到营养才生长而成的。如果这些动植物含有了来自环境污染的成分，人吃了就有危险。拿水产鱼类来说，如果自然界有了汞的污染，而土壤中的有些微生物可以把汞转变成有机汞，鱼类吃了这样的微生物就会把有机汞储存在身体中，而人吃了这样的鱼，汞就会进入人的神经细胞中，人就会得可怕的水俣病。水俣病是人类污染环境，而污染物最终通过食物链进入人体并严重伤害人的健康的最典型的例子。四、生态平衡生态平衡指的是生态系统中，通过生物链和其它自然因素来维系的一种平衡状态，它包括两方面的稳定：

1）生物种类的组成和数量比例相对稳定；

2）非生物环境条件（如：空气、阳光、水、土壤等）相对稳定。生态平衡是一种动态平衡。比如，一个生物种群中的个体会不断死亡和新生，但从总体上看，整个种群数量没有剧烈变化，因此系统保持相对稳定。

生态系统一旦失去平衡，会发生非常严重的连锁性后果。例如，五十年代，我国曾发起把麻雀作为四害来消灭的运动。然而，在麻雀被大量捕杀之后的几年里，却出现了严重的虫灾，使农业生产受到巨大的损失。后来科学家们发现：麻雀在大自然中要吃大量的虫子。麻雀被消灭了，天敌没有了，虫子就大量繁殖起来。结果出现虫灾爆发，引起农田绝收的惨痛后果。生态平衡是大自然经过了很长时间才建立起来的动态平衡。一旦受到破坏，有些平衡就无法重建了，带来的恶果可能是靠人的努力而无法弥补的。因此人类要尊重生态平衡，帮助维护这个平衡，绝不要轻易去干预大自然，引起这个平衡被打破。

第三节生物入侵一、生物入侵的概念一种生物以任何自然或人为作用的方式传入其原产地以外的国家或地区，并在那里繁殖，建立自然种群，这种生物被称为外来种。如果外来种在当地适宜气候、丰富的食物供应和缺少天敌抑制的条件下，得以迅速增殖，并形成对本地物种的生存危胁，就称为生物入侵。二、生物入侵的危害

1、对本地生物多样性的影响。外来生物在新的生境中或是没有天敌的抑制而迅速增殖，或是通过与本地物种争夺生存空间、捕食本地物种等方式，破坏原有生态系统的平衡，影响本地物种多样性。

2、外来种在其侵入区内，除了直接的生存竞争对当地生物多样性进行干扰外，还通过改变植物初级生产力、土壤营养和水分、群落的结构、动态以及稳定性等方式对当地生态系统产生影响。

3、对当地社会经济的危害。外来种对社会经济的影响首先表现在增加农业病虫害防治费用或直接造成水产和林业资源的破坏，导致巨额的经济损失。三、生物入侵的主要途径

1、人为有意识地引进物种。

2、进出口贸易和入境旅游。

3、船舶压载水的携带传播。这方面的典型例子有：欧洲斑马贝被引进北美五大湖，造成贝类的疯长，布满当地水下建筑和下水道，为控制污染和清除这些贝类，花费了几十亿美元；美国栉水母被压载水引进到黑海和亚速海，导致了当地鯷鱼几近灭绝和当地渔业的萧条等。

4、边境农副产品走私。边境农副产品走私，尤其是水果和种苗走私，是危害经济和生态安全的一大毒瘤。不仅偷逃国家巨额关税，还为外来有害生物大开方便之门，大大削弱了国家检疫机构的把关作用。由于水果是地中海实蝇的重要寄主，我国早于1981年11月就禁止从受地中海实蝇之害的78个国家和地区进口水果。但据有关部门的调查发现，有十几个地中海实蝇疫区国家的二十多种走私水果长期占据着我国的水果市场，给我国的水果生产构成了严重危胁。

水葫芦，亦称“凤眼莲”，是一种水生飘浮植物，原产于南美洲，50年前被引进中国，曾被用作猪饲料，但因其“近乎疯狂”的繁殖速度而泛滥成灾，造成水质污染，降低水产品产量，因而被列为“世界十大害草”之一。云南昆明为治理滇池里的水葫芦，近年已花费40多亿元。每年夏秋之间，江河里的水葫芦大肆泛滥。食人鱼又名食人鲳，原产于亚马逊河，外表妖艳，性情残暴，能够在短时间内将大于自己体积几倍，甚至几十倍的动物吃掉。专家认为，食人鱼若流入我国江河，会造成一场生态灾难。小龙虾原名克氏原螯虾，它们的原产地是中、南美洲，20世纪30-40年代我国从日本引进，而日本则是更早从美国引进。克氏原螯虾的适应性强、食性广、幼体成活率高，擅长在堤坝上打洞。目前世界各地都有养殖，并在野外形成数量巨大的种群，在我国长江中下游以及华南分布很广。非洲蜗牛，学名褐云玛瑙螺，也就是人们常说和常食用的东风螺、菜螺、花螺、法国螺。非洲大蜗牛是一种繁殖很快的大型陆生贝类，它们危害农作物、蔬菜，危害生态系统，而且还是许多人畜寄生虫和病原菌的中间宿主。危险的牛蛙原产美洲的牛蛙，由于大量养殖和逃逸，目前在我国已经有相当数量的野外种群。它们的适应性和繁殖力也都很强，由于没有相关的研究，我们现在还不知道牛蛙对中国土著的两栖类有多大的威胁，很可能有些已经造成的生态损失将是无法挽回的。“如果有一天我们在野外见到巴西龟，那中国的龟就危险了！”国家林业局濒危野生动植物进出口管理办公室的范志勇先生这样预言。因为适应性和繁殖力都很强的巴西龟会对中国本土的野生龟构成很大威胁，我国目前已经停止了所有被甲小于10厘米龟类的进口。如果您家养了巴西龟，千万不要随便把它们放生野外！美国白蛾严重危害林木、果树和农作物，近年来被国家林业局列为6大工程治理害虫之一。据了解，美国白蛾本来是在美国以及北美地区，由于美国的生态环境保持了一定的均衡，加之当地白蛾的天敌就有不下百种，因此没有形成大规模的危害。然而，第二次世界大战开始后，随着美军的征战，军用物资的包装箱、木材等物品跨国运输，也把美国白蛾带到了世界各地，但白蛾的天敌却没有跟随美军出征。白蛾摆脱了天敌的控制，便在新的地域里疯狂作恶，使受害国几乎谈“白”色变。我国发现美国白蛾是在上个世纪的70年代末期，先是辽宁的丹东、营口一带，然后在其他一些地区相继发现。现在中国很多个城市，包括沈阳、唐山、秦皇岛、烟台、上海等一些城市都有白蛾的踪迹。美国白蛾是严重危害植物的罪魁祸首。薇甘菊学名假泽兰，是一种攀援植物，繁殖能力极强。发生危害的种属原产于南美洲，60年代被引入印尼植物园用于橡胶园的地面覆盖，借助于当地温暖潮湿的泥土，很快在印尼、马来西亚、菲律宾、泰国等地蔓延开来，给种植香蕉、茶叶、可可、水稻等经济作物的农民造成了重大损失。薇甘菊所“到”之处，像被子一样包裹树木，覆盖花草，受其侵害的植物或者被绞杀、重压致死，或者因缺少阳