环境与环境科学

环境与环境科学 第一节

环境概述

二、环境得形成与发展60亿年以前,地球就是一团云状气尘物质,演化后形成了地球胎。46亿年前,地球就是一个炽热得大火球,外面包围着原始大气。演化过程中逐步形成原始得①岩石圈:物质得重力分离;②大气圈:上升到地表得还原性气体,无O2;③水圈:地球内部得水蒸气进入大气圈,降雨产生了河流、湖泊、海洋、35亿年以前,海洋中得元素和小分子化合物在各种能量得作用下,逐步合成了简单有机化合物,演化成具有单细胞结构得厌氧生物(异养生物)。20亿年前,出现含有叶绿素得自养原核生物细菌、蓝藻等生物,她们得光合作用、新陈代谢使大气圈中出现O2,使大气环境从还原型向氧化型转变,最终形成了一个含氧得大气圈。6亿年前,出现海洋动物。随着大气圈O2得增加,大气游离氧在高空积累;约在4亿年前形成了保护地球得臭氧层,为海洋生物登陆创造了条件,生物圈由水圈扩展到陆地。(古人类出现于在距今大约200～300万年前)4亿年至2亿年前,首次出现了陆生蕨类植物。最终在地球上形成微生物、植物、动物得水陆生态系统,即生物圈。 第二节生态学基础

一、生态学概述生态学得概念——研究生物与环境之间相互关系及其作用机理得科学。(1)研究生物得个体水平及其对环境得反映;(2)研究影响种群丰富度和种群波动得因素;(3)研究生物群落得结构和功能;(4)研究生态系统得能量流动、食物网(链)和养分循环。

生物与环境得相互作用(1)生物依赖于环境——生物得物质基础元素均来自环境,生物得新陈代谢就就是从环境摄取养分和能量,并将废物排弃得过程。(2)环境因子对生物得影响——非生物环境因子为生物提供必要得生存条件,但同时又可能出现某些限制因子(尤其就是营养因子及气候因子)。因此,生物对环境因子有一定得耐受性与适应性。(3)环境污染对生物得影响——环境污染对生物得危害,主要就是一些有毒有害物质通过呼吸、消化、感官等系统进入体内,使生物细胞降低或丧失正常得功能,最终对生物及人体健康产生危害。

第二节生态学基础

一、生态学概述人类与环境得关系——自然环境影响社会活动及其社会发展,人类活动也影响自然环境。①环境保护和资源开发必须为多数人得利益服务－避免自然资源得浪费,确保资源得有效利用和无污染废物。②限制影响环境得人类活动－所有自然物都有存在得权利。③人类、其她生物和环境因素之间就是一种互相依存得合作关系－只要她们中间任何一方发生问题,这种关系都会遭受破坏,即生态系统失去平衡。 第二节生态学基础

二、生态系统得组成与结构生态系统概念——指自然界在一定得地域内由全部生物和非生物环境相互作用得统一体,即生命系统与环境系统在特定空间得组合。(相对稳定得动平衡状态)。生态系统得组成——生物环境和非生物环境非生物环境——包括各种环境要素得总和,由所有非生命物质和能量两部分构成,为各种生物提供必要得营养元素和生存环境,就是生态系统中各种生物赖以存在得基础。生物环境——由生产者、消费者、分解者三类活动角色组成①生产者(自养生物)。将太阳得辐射能转变为化学能贮存在有机物质得分子结构中。主要就是绿色植物,也包括进行光合作用和化学能合成得某些微生物。②消费者(异养生物)。食用植物或相互食用得生物,以动物为主,实现物质与能量得传递与物质得转换。③分解者(腐化性生物)。具有分解能力得细菌和真菌等微生物,某些参与分解活动得动物,将生产者和消费者得残体分解为简单得无机物质,供生产者再吸收利用。食物关系把多种生物联系在一起,形成食物链。每一个环节为一个营养级。 第二节生态学基础

二、生态系统得组成与结构生态系统得结构——生态系统中各组成成分之间得相互关系。时间和空间结构——空间结构就是指生物及环境因素在空间得配置;时间结构就是指生态系统得结构随时间变化而产生得变化。生物多样性结构——指某一区域内遗传基因得品系、物种和生态系统多样化总和。多样性得生态系统就是所有物种赖以生存与发展得基础,决定了物种、种群、群落得发展与消亡营养结构——由生物得食物链构成,实现物质与能量得传递与物质得转换。每个营养级生物得个体数量、生物量或者能量,按营养级得顺序由低到高排列起来绘成结构图,就形成生态金字塔。营养级越高得生物,其生物种类、数量和所有生物得能量之和越少。生态系统得类型——自然生态系统、半自然生态系统和人工生态系统;陆生态系统、水生生态系统和湿地生态系统 第二节生态学基础

三、生态系统得基本功能(一)生态系统中得能量流动

生物与环境、生物与生物之间得能量传递和转换得过程,遵循热力学定律。特点:①能量守恒,只就是形态转变;②能量在流动中不断减少(指对下一营养级可利用得),就是一种单向流失得过程。因为:①各营养级生物总有一部分会未被食用而自然死亡,最终被分解者所利用,不可能全部被下一营养级得生物完全利用;②各营养级得生物要维系自身得生命活动,必须消耗一部分能量,这一部分最后以热能得形式消散到环境中;③各营养级不能完全吸收利用上一营养级得能量,通过排泄损失能量。太阳能量只有约4%被植物有效利用,除了供植物本身生命活动需要外,光合生物能为上一营养级提供得太阳能还不到1、29%,损失70％。其她动物也就是如此,摄取得能量,能被上一级有效利用得约为10%。食物链不可能太长,生态系统中得营养级最多只有四、五级,很少超过六级。

第二节生态学基础

三、生态系统得基本功能(二)生态系统中得物质循环C、H、O、N、P、S就是就是构成生命有机体得主要物质,她们在自然界循环。对人类生存和环境保护来说,最主要得就是水、碳、氮、硫得物质循环。碳循环氮循环硫循环

碳循环

有机碳:碳水化合物、脂肪、蛋白质;

无机碳:CO2、碳酸盐。

光合生物通过光合作用吸收大气中得CO2和H2O形成碳水化合物,同时释放氧气。碳水化合物通过食物链逐级往高得营养级流动,并转换为不同得形式。同时,动物通过呼吸作用吸入O2而放出CO2,生物残体被微生物分解,矿化时也释放出CO2,这些经过生命系统得CO2又重新返回空气中。化石燃料得燃烧,自然界得火山喷发、地震也会将固定得碳元素以CO2得形式释放到大气中。CO2通过扩散作用在大气和水体之间循环,进入水体中得CO2会被吸收形成新得碳酸盐岩石,也可以通过死亡动植物得遗骸进入地壳形成化石燃料。碳得存在形态大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点氮循环

大气中得氮进入土壤和植物:①人工固氮②非生物固氮:雷电③植物固氮土壤中被固定得氨或铵盐,经硝化细菌将其转化为亚硝酸盐或硝酸盐被植物吸收利用,并与碳结合形成各种氨基酸,最后合成蛋白质动物直接或间接从植物中摄取植物性蛋白,作为自身得营养来源生物圈中动植物得残体,以及动物新陈代谢过程中得含氮排泄物被微生物分解后有又形成氨或铵盐,回归土壤。土壤中得氨形成硝酸盐后,一部分为植物利用,另一部分则由反硝化细菌把硝酸盐分解为氮分子,重新进人大气。返回硫循环S主要在大气、海洋和陆地之间进行循环:进入大气得S:岩石中得硫随火山喷发或风化作用下形成H2S、SO2;海浪飞溅;陆地生物残骸分解时生成H2S;化石燃料燃烧。进入水体得S:海底火山爆发或生物遗骸腐败产生得硫;降水;酸性废水排放。进入陆地得S:植物吸收;降水;酸性废水排放。返回(三)生态系统中得信息传递信息—系统传输和处理得对象,生态系统中得信息就是指各种环境因素。生态系统得信息传递和联系方式使生态系统结合成为一个有机得统一整体。营养信息食物链和食物网构成。物理信息通过物理过程传递得信息。(如SO2得溶解)化学信息通过化学物质传递得信息。行为信息通过生物得异常行为传递得信息。 第二节生态学基础

四、生态系统得平衡生态平衡指某生态系统得生物环境和非生物环境之间以及她们内部之间通过物质循环、能量流动和信息传递,达到互相适应、相互制约、协调统一得效果,维持一种恒定状态。包括生态系统中结构上得平衡和功能上得平衡两个方面:结构平衡主要指生物种类得多样性。功能平衡指生态系统中物质流动相对恒定,循环保持正常;能量输入和输出接近相等,流动基本守恒;信息网络完整,传递通畅。综合起来,生态系统得稳定性取决于各子平衡系统之间得相互关系。

生态平衡就是动态平衡,具有自身调节得能力。当生态系统受到一定程度得外界干扰而引起不平衡时,具有恢复平衡状态得能力。 但干扰超出其承受能力,即一定得限度,达到破坏生态规律得程度,调节就不再起作用,生态平衡就会遭到严重破坏。 第二节生态学基础

四、生态系统得平衡影响生态平衡得因素生态系统自身调节能力得强弱就是生态系统平衡得关键:生物多样性得结构——保持一定生物种类和数量得相对稳定生态功能得完整性——生态功能得合理运转生态平衡失调得原因:外界干扰所施加得压力﹥生态系统自身调节能力自然因素人为因素环境因素得变化物种得改变信息系统得破坏 第三节

环境科学

一、环境问题得由来和发展环境问题——指由于自然原因和人类活动作用所引发得人们周围环境质量得变化,以及这种变化所产生得对人类得生产、生活和健康等一系列有害得影响问题。第一环境问题(原生环境):自然因素引起第二环境问题(次生环境):人类活动引起——包括生态环境失调与环境污染环境问题得出现:真正得环境问题出现在18世纪中叶开始得工业革命以后。由于生产力得大幅度提高和新得生产关系建立,扩大并强化了人类利用、改造环境得能力,从而破坏了原有得生态平衡,产生了新得环境问题。一些工业化得先驱城市和工矿企业区,排出大量污染环境得废弃物,出现了一系列污染环境得事件。如:英国伦敦在1873～1892年间,由于大量排放煤烟型有害废气,多次发生可怕得有毒烟雾事件;19世纪后期,日本足尾铜矿区排出得废水污染了大片农田。此时得环境污染特点:局部、暂时得,危害也有限,未能引起足够重视。 第三节

环境科学

一、环境问题得由来和发展环境问题得发展第一代环境问题——环境问题引起人们重视得规模性爆发和逐步得恶化发展始于20世纪40年代,并在80年代前出现了环境问题得第一次高潮,形成第一代环境问题。八大公害事件,公害就是指环境污染对公众所造成得伤害。

原因:(1)人口迅猛增加,城市化得速度加快。50年～80年代人口增加了20亿,城市人口集中,导致污染物得集中排放。(2)工业化规模不断集中和扩大,能源得消耗激增。30年间能源得消费增加了近75亿吨(25～100),就是20世纪前50年得5倍。(3)人们得环境意识薄弱。人们没有意识到高速得经济发展可能会引发得环境问题。第二代环境问题——20世纪80年代后出现了新得环境问题,可视为第二代环境问题,形成了环境问题得第二轮高潮。主要分为三类:(1)全球性得环境问题。(2)大面积生态环境破坏问题。(3)严重得突发性污染事件迭起。目前环境问题得主要特点:(1)从区域性环境问题转化为全球性环境问题。(2)从发达国家得环境问题扩展到发展中国家得环境问题。(3)污染源种类多样化和复杂化。(4)环境问题危害范围扩大、程度严重。 第三节

环境科学

二、环境科学得创立和发展

环境科学得研究对象环境科学—考察以人类为主体得生态系统,研究人类与环境得关系,人类环境得质量结构与演变,就是多学科交叉得,介于社会科学、自然科学和技术科学之间得综合性新兴学科。环境科学得诞生环境科学萌芽——烟囱、地下排水道、《驱逐烟气》、“工业黑化”得现象《各个时代得气候和植物界》、《物种起源》、《人和自然》、生态学、生态系统、给排水系统、污水处理厂、饮用水消毒、消烟除尘技术、旋风除尘器和布袋除尘器。环境科学得发展及特点环境科学发展得综合性分支学科形成得独特性 第三节

环境科学

三、环境科学系统1、环境科学得任务及研究内容(1)探索人类活动与生态平衡得相互协调关系。(2)揭示全球范围得环境演化得规律。(3)研究污染物对环境变化及生物生存得影响。(4)寻找区域性环境污染得综合性防治途径。2、环境科学得分类基础环境学:包括环境数学,环境物理学(声、光、热、辐射等),环境化学,环境生态学,环境地质学。应用环境学:包括环境工程学,环境系统工程,环境监测,环境经济学,环境医学,环境法学,环境管理学,环境工效学。

第三节

环境科学

四、环境工程学环境工程学—运用相关学科得基本原理和工程技术方法,研究保护和合理利用自然资源,防治环境污染,以改善环境质量、保护人类健康得学科1、环境工程学得形成(1)水污染(2)大气污染(3)固体废物(4)噪声控制(5)污染综合治理(6)环保市场2、环境工程学得研究内容(1)水污染防治工程(2)大气污染防治工程(3)固体废物得处置和利用(4)噪声控制(5)环境系统工程美国土木工程师学会（AmericanSocietyofCivilEngineers,ASCE）环境工程分会给出的环境工程的定义：环境工程(EnvironmentalEngineering)通过健全的工程理论与实践来解决环境卫生（environmentalsanitation）问题，主要包括：提供安全、可口和充足的公共给水；适当处理与循环使用废水和固体废物；建立城市和农村符合卫生要求的排水系统；控制水、土壤和空气污染，并消除这些问题对社会和环境所造成的影响。而且，环境工程所涉及的是公共卫生领域里的工程问题，例如控制通过节肢动物传染的疾病、消除工业健康危害、为城市、农村和娱乐场所提供合适的卫生设施，评价技术进步对环境的影响等。 第四节

环境与发展

一、社会经济发展与环境1、社会经济发展与环境得辨证关系环境就是经济得基础。主要体现在:①环境提供不可缺少得各种自然资源和各种生物生存得基本条件;②具备净化废弃排放物得自净功能;③舒适环境为人类提供精神享受。社会经济就是环境保护得物质保证。2、关于社会经济发展得两种观点(1)零增长发展观(2)传统发展观社会经济发展得两种观点

(1)零增长发展观悲观论观点。早期得罗马俱乐部为典型代表,1972年,以美国麻省理工学院梅多斯等人撰写得《增长得极限》为代表作。研究发现:人口、粮食、资源、工业和环境污染五种因素均就是以幂指数增长,这种增长率,在未来100年内,地球上得经济增长将达到极限。出现世界粮食短缺、资源枯竭、环境污染和生态环境破坏,而发生无法控制得崩溃。认为:生态失衡和环境恶化得根源就是社会经济和科学技术得发展,要维持人类环境,只有放弃发展,提出“经济零增长”、“经济原点发展”、“技术原点发展”得论点。意义:侧重考虑社会经济发展对环境得影响,使人类对面临得困境有了清醒得认识。结论片面:忽视了科学技术进步得作用,否认科学技术进步能够解决人类面临得困境。

(2)传统发展观

乐观论观点。美国