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1、一、环境及类型1.环境的概念（1）概念环境是指与体系有关的周围客观事物的总和，体系是指被研究的对象，即中心事物。生态学中的环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。环境科学中所研究的环境是指以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体，包括自然环境和人工环境。（2）自然环境和人工环境的关系自然环境是人类生存与发展的物质基础，人工环境是人类自然属性和社会属性共同作用的结果。自然环境和人工环境之间存在着物质、能量和信息流动，见图I-1.图1-1人与环境关系图环境的类型（见图1-2）环境类型按环境空间分I生产蚱域IJ如环境
2、I I文化环境I3.环境的特性（见表1-1）图1-2环境类型图表1“环境的特性特性具体内容整体性环境中各部分联系紧密、相互制约，各个要素相互依存、相互影响区域性不同时空尺度下区生态环境特征变化很大，不同国家和地区的文化、经济和社会具有明显的差异性相对稳定性环境系统具有一定抗干扰的自我调节能力，只要干扰强度不超过环境所能承受的界限，环境系统表现出动态的平衡性和相对的稳定性环境变化滞后性引发的影响不能很快反映出来，问题本质具有不确定和难预测特性环境的脆弱性太阳耀斑和外来星球撞击的影响，地球承载力和人口之间产生的矛盾二、环境科学及其发展1.环境科学的形成与发展阶段（见表12）表1-2环境科学的形成与
3、发展阶段阶段内容环境科学分化发展阶段环境问题的提出。20世纪50年代，环境质量恶化，环境功能退化，公害事件频发，严重影响了人类的生存和生活，环境问题得到了人们的广泛关注。在这个阶段，近代环境科学思想产生，其标志是蕾切尔卡逊的寂静的春天。“环境科学”的诞生。在卡逊思想的指引下，研究环境问题，在各个原有学科基础上创立了分支学科，如环境生物学、环境化学、环境地学、环境物理学、环境工程学等。多学科发展。环境科学的诞生时期由于各学科还是处于分散研究的阶段，所以环境科学也只是一个多学科的集合概念，还没有形成一个较完整的统一体系环境科学交叉与整合阶段环境科学的研究在与自然科学交叉和分化之后，开始扩展到了社会
4、科学、经济科学和人文科学等领域，并确立了走“可持续发展道路从环境问题全以2009年哥本哈根世界气候变化大会为标志。21球化与定量环境模型构建阶段世纪，环境科学大学科的特征日渐明显，各分支学科形成独特的学科特点和思维模式，并与其他学科交叉渗透，进入定量环境模型构建阶段2.环境科学研究对象（见表1-3）表13环境科学研究对象要点具体内容对象环境科学以“人类一环境”这一矛盾体为其特定的研究对象，研究“人类一环境”之间的对立统一关系目的探讨人类社会持续发展对环境的影响及环境质量的变化规律，从而通过调整人类自身的行为来保护和改善环境，为社会、经济、环境的可持续发展提供科学依据3.环境科学的任务探讨人类社
5、会持续发展对环境的影响及其环境质量的变化规律，了解全球环境变化的历史、演化机理、环境结构及基本特性等，从而为改善环境和创造新环境提供科学依据。揭示人类活动同自然环境之间的关系，探索环境变化对人类生存和地球环境安全的影响。探索和发现环境污染物在环境中的迁移、转化、作用机理及对人体的影响，探索污染物对人体健康危害的机理及环境规律，从而为人类健康的生活提供服务和指导。帮助人类树立正确的科学发展观，研究和探讨环境污染控制技术和管理手段,寻求解决区域环境问题的最佳方案，为制定区域环境管理体制与政策提供理论指导，推进可持续发展战略的实施。4.分支学科按环境科学性质及作用分为基础环境学、应用环境学和社会环境
6、学，每一学科分支又包括许多更细的分支学科（见图1-3）。社会科7作地科Q然科!环境学-C1.tlll!g9Y犍1.l济Z / (环境法学)环境IBI学)耳1.llllal31.l犍控Iwl出gw1.al 生制环境超 3 水环境？) *对 8w :品学)统IR术)入环城空气动力学)VC)环境污染化学)图1-3环境科学及其分支学科三、环境科学思想与方法论（见表14）表1一4环境科学思想与方法论要点内容整体性环境科学的特点是强调研究对象的整体性，把人类与环境系统看作是具有特定结构和功能的有机整体系统性环境科学所研窕的环境是一个复杂的、有时、空、量、序变化的动态系统和开放系统综合性环境科学的研究范围涉
7、及人类经济活动和社会行为的各个领域，包括管理、经济、科技、军事等部门及文化教育等人类社会的各个方面。生态系统的破坏是在多种环境问题综合作用下产生的，环境问题都是多种因素综合作用的结果复杂性环境的各组成成分除了本身的特征外，各成分之间都有相互作用，系统越复杂，彼此的调节能力越强。另外，环境问题的人为性、隐蔽性、不确定性与加速性、动态发展性与可变性加大了环境问题及环境科学理论与实践的复杂性四、学习目标与要求1.学习目标环境科学研究的主要内容及其分支学科，现代环境科学的特点和任务。现代环境科学发展趋势、学科前沿和环境热点问题、基本理论和方法。通过学习培养与环境友好的价值观和伦理观，环境科学思维与研究
8、技巧，建立全球和局部环境的时空概念，树立从我做起和从现在做起的环境行为准则。为下一步专业课程的选择和专业方向的确定提供必要的参考信息和导引。2.学习要求环境信息收集、分析和合作能力的培养；科学思维的培养；科学研究基本素质和能力的培养。第2章自然环境一、地球表层系统I.地球表层系统概述距地面1540km处有一个臭氧层，保护地球不受高能紫外线的伤害；适量CO?的存在，使地球保持着有利于生物生长的温度；地球土壤圈为植物提供了营养和生长的基地；厚度适中的地壳将岩浆覆盖于地下足够的深度，但又能维持一定的构造运动和火山活动，从而实现地壳深部和浅部一定的物质交换。2.大地女神假说Gaia是地球自我调节理论的
9、简称，中心思想是生命活动创造了今天地球的环境。Gaia假说的主要论点是：地球上的所有生物都在不断地、主动积极地对地球环境起着调节作用。上述调节作用使地球生态系统保持稳定性，而此稳定性的实现是基于Gaia系统内部生物的各个部分相互有序、协调地合作。只有把生物和环境看成一个整体才能真正了解地球。在地球进化系统中包括地球上所有的生物和物质环境，即强调生物对地球进化的作用和影响，气候和化学组成的调节是该进化系统的自发应变特性，进化本身是渐进和间断地结合。二、自然环境的圈层结构I.大气圈(1)大气圈的组成和精细平衡大气圈的组成大气是由多种气体、水汽、液体颗粒和悬浮固体杂质组成的混合物。a.稳定组分包括氮
10、（体积分数约为78%）、氧（约为21%）、氧（0.9%）、氮、氟、京、氢、甲烷等。这些组分之间的比例，从地表到90km的高度范围内都是稳定的。b.不稳定组分包括二氧化碳、二氧化硫、臭氧和水汽等；还有一些固态和液态杂质，主要是火山、地震、岩石风化、森林火灾和人为活动产生的烟尘、硫化物和氮氧化物等。大气圈精细平衡地球各圈层，尤其是生物圈各组分与大气圈进行着活跃的物质和能量交换，使大气各组分之间保持着极其精细的平衡。大气圈各组分之间的精细平衡是地质历史过程的结果，破坏这种平衡也就是破坏了人类和各种生物赖以生存的基础。（2）大气的垂直结构（见表2-1）表2-1大气的垂直分层及各层特点名称厚度温度变化主
11、要特点对流层平均12km随高度增加而下降最活跃；存在对流和水平运动、雨雪云雾等天气现象；大气污染多在此层平流层约1250km随高度增加而上升存在近似等温层，又称同温层，此层以上氧和臭氧吸收太阳辐射，温度随高度增加而上升：大气多水平运动，匕机飞行在此层中间层约5080km随高度增加而下降最冷；大气对流运动，出现夜光云，有流星；约6080km处为均质层向非均质层的过渡层；无线电波在此层热成层8080Okm随高度增加而上升温度上升极快；射线作用空气分子大都发生电离，成为原子、离子和自由电子，又称电离层；火箭、激光、多数流星在此层逸散层800km随高度增加而上升又称外大气层，大气稀薄，地心引力小，运动
12、速度快的质点可完全摆脱地球引力场逸散入宇宙空间2 .水圈（1）水圈概念和结构水圈是指由大气圈、海洋、陆地水体（河流、湖泊、冰川）、土壤和岩石孔隙以及生物体中的气、液、固各态水组成的连续圈层。水圈组成如表2-2所示。表2-2总水圈大气圈中的水雨直、雪、霰水蒸气岩石圈中的水地下水岩浆水水合水生物圈中的水体液（细胞外液）细胞液（细胞内液）生物聚合水化物（键合水）狭义水圈陆地水泉水、沼泽水塘水、湖水河水、河口区水冰川、冰盖与雪盖海洋水浅海水大洋水海洋沉积物孔隙水（1）水的重要性（见表23）表2-3水的重要性质性质内容物理性质水具有高比热容与高蒸发热的特性；水在4C时密度最大，冰的密度要比液态水小，这样
13、气温急剧下降时，较重水层向水底沉降，与下部水形成循环，实现溶解氧和其他营养物的均匀分布；水无色透明，太阳光中的可见光和波长较长的紫外线可透过并到达一定深度，为水生植物光合作用提供条件，而对生物体有害的短波紫外线被阻挡在外化学性质水是极好的溶剂，生命过程中的营养物和废物溶解其中，有利于营养物和废物的输送：在所有液体中，水有最高的相对介电常数，有利于营养物的吸收和生物体内的生化反应（2）人类对水圈的利用和影响人类对水圈的利用图2/地球上水的分布目前，世界上的水资源约70%用于农业，余下多用于城市用水和生活用水。农业中不科学的灌溉、不进行水的回收利用；生活中缺乏节约意识；工业废水直接排入江河等一系列
14、行为都对水资源造成了大量的浪费和污染。人类对水圈的影响（见表2-4）表2-4人类对水圈的影响影响内容直接影响a大量开采利用地下水。直接导致地下水位大幅度下降甚至地下含水层枯竭，间接导致地面沉降。b.不合理开发利用地表水。引起湖泊消失、河流断流和河口等湿地退化间接影响a.修建大型水库。易触发地震，淹没大量农田，影响渔业发展，改变河流入海口生态环境，使原有的生态系统平衡被打破，还有修库带来的库区移民问题等。b.河流渠道化。改变了河流原有的物理性状，改变了整个水生生态系统乃至生存的环境，将给水生生态系统带来灾难性的影响.C.水体过度利用。超过水生生态系统的负荷，破坏原有的生态系统结构和功能，超强度和
15、频度持续地利用各类水体开展养殖、生产和旅游等开发活动，严重影响水生生态系统的健康与可持续发展3 .岩石圈（1）岩石圈的概念岩石圈作为地球内部圈层的最外层，人类生存环境的底层，分为地壳和上地幔顶部。地壳是由硅铝层和硅镁层组成。（2）人类对岩石圈的影响人类开发利用岩石圈，必然要改变原有的地质地貌环境，破坏岩石圈的原貌；从中获取自己所需之后又要排出废物，岩石圈与其他圈层都紧密相连，不断地进行着物质和能量的交换，故人类对岩石圈的影响必将间接影响到其他圈层。4 .土壤圈（1） 土壤圈基本组成（见图2-2）H矿物质1点的粗成W95、左右，疝体积的38%左右I（囱相物质），、_（机质:占固相-量5%左右.&
16、-积的12%左右Jr一相：部分由大迸/C主要近分兔Q、一等.II另一部分是由土填隔#生的.主要是、水汽等（土编）.C粒间物质-）-一-、1一液相:粒间水分及溶解在其中的多种溶解性物质I-冬类昆虫、线虫、节肢动物I（赢厂AJ_（土壤微生物，Ig士.中可达10亿个左后图2-2土壤组成图这些组分决定了土壤具有吸附性、缓冲性、氧化还原性以及自净功能，对于土壤自身的稳定与修起到了重要的作用。（2） 土壤圈与其他圈层的关系土壤圈覆盖在岩石圈上，对岩石圈有保护作用。土壤圈通过气体与污染物的吸收、交换、释放与大气圈相作用，从而影响大气变化。土壤圈中的物质要迁移运动，依赖于水；土壤圈反过来又影响降水的重新分配及
17、水圈的化学组成。土壤圈的分布对生物圈的分布起到了决定性的作用。5.生物圈生物圈是地球上所有生物及其生存环境的总称。从海平面以下IOkm到海平面以上9km,生物圈作为地球上最大的生态系统，使地球各圈层相互联系，对其他圈层的影响也是最大的。三、自然环境中物质循环、能量流动与信息传递1.物质循环（1）物质循环的特点物质在生态系统中作循环式运动，这表明任何种物质或元素都可以重复利用。物质循环是一个复杂的过程，这主要是由于：a环境介质多样，物质在陆地生态系统和水域生态系统中的循环明显不同；涉及的元素众多，形态各异。b.循环过程中存在多种化学作用。物质在循环中被氧化、还原、分解等。C.环境污染物，特别是难
18、降解的污染物，在物质循环过程中很难消除，还会通过食物网进行迁移和生物富集。（2）物质循环的类型水循环水循环是物质循环的核心，是物质循环的驱动力，主要表现在：a水循环是陆地生态系统与水域生态系统连接的桥梁。在水循环中，物质的主要贮存库是海洋，见图2-3。图2-3水循环b.水循环可以在循环过程中携带大量的物质，将物质从一个生态系统搬运到另一个生态系统。气体型循环该循环具有明显的全球性，物质的主要贮存库是大气和海洋，它是三大物质循环中循环性能最为完善的。a.碳循环（见图24）。图2-4碳循环b.氮循环。氮循环过程包括生态系统中生物和非生物之间氮的循环（见图2-5）。图2-5氮循环沉积型循环沉积型循环
19、主要是矿质元素的循环，如磷、硫、钾等，它们主要是通过岩石风化及人类活动等作用释放出来，又通过沉积进入地壳。有毒有害物质循环对有机体有毒有害的物质，如汞、镉、碑、铭、铜等重金属以及各种有毒有机物，进入生态系统，通过食物链富集或分解。2 .能量流动（1）能量流动基本过程能量的固定过程。主要通过绿色植物进行，把太阳能转化为生物化学能。分解还原过程。主要通过分解者完成，把有机物还原为水、二氧化碳等无机物。贮存与矿化过程。有一部分生物体埋入地下进入矿化过程。（2）生态系统中能量流动的特点（见表2-5）表2-5能量流动的特点特点具体内容单向性太阳能以光能的形式输入生态系统以后，不再以光能的形式返回；自养生
20、物被异养生物摄食后，能量就由自养生物流到异养生物体内，也不能再返回给自养生物；从总的能量流动途径而言，能量只是一次性流经生态系统，是不可逆的递减性经过各个营养级的能量逐级递减，根据通过各营养级的能量流量，从低到高就构成了一个能量锥体或能量金字塔（见图2-6）能量的质量逐渐提高从太阳能固定到生态系统后，能量流动的过程实际上就是一个低质量能向高质量能转化的过程变动性生态系统的能量是不断变化的，它取决于输入端和输出端消化率与新生物量的产生速率等因素，处于动态变化之中图2-6能量金字塔（1）能量转化效率生态效率是指各能量参数在各营养级之间及内部传递与转化的效率。一般用摄取量（I）、同化量（A）、呼吸量
21、（R）、生产量（P）这四个参数来计算生态系统中能量流动的生态效率。摄取量（I）。生物所摄取的能量。同化量（A）。生物在所摄取的食物中吸收的食物能量，对植物来说是光合作用所固定的能量，对动物来说是消化管中吸收的食物能量，对分解者来说是细胞外产物的吸收。呼吸量（R）。生物在新陈代谢等各种活动中所消耗的全部能量。生产量（P）。生物呼吸消耗后所净剩的同化能量。对植物来说，就是净初级生产量（NP）,对动物来说，是同化量减去呼吸量后剩下的能量。3 .信息传递（1）信息传递的特点信息传递往往是双向的，有信息的输入，也有信息的反馈。生态系统中的生物种类繁多，所包含的信息也是复杂多样的。信息量大。(2)生态系统
22、中的信息种类(见图2-7)四、自然环境的地带性规律1.陆地生态系统分布规律(1)水平地带性由于热量沿纬度变化，生态系统也随之发生有规律地更替，从赤道向北极依次出现了热带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、北方针叶林与苔原。由于水分沿经度变化，生态系统也发生了经度更替，如北美大陆和欧亚大陆由沿海湿润区的森林，经半干旱的草原到干旱区的荒漠。(2)垂直地带性垂直带分布(见图2-8)山地亚热带常绿网叶林带0j海拔高度/m图2-8垂直带分布图垂直带与水平带的关系（见图2-9）图2-9垂直带与水平带关系图1 .水生生态系统的分布特征水生生态系统在不同的水域深度具有不同的生物群落分布，与陆地生态系统相似，仍然表现
23、出一定的水平和垂直分布特征。第3章人工环境一、人工环境类型及特点2 .人工环境的类型（见表3”）表3-1人工环境的类型分类依据类型空间特征点状环境以人类聚集地为中心，可以分为城市环境、乡镇环境、城郊过渡带和农村面状环境农业和林业等大面积的人工工程，可以分为农田环境、人工森林环境和水利环境线状环境公路和铁路环境等交通线路人类控制的程度高低完全人工环境，不完全人工环境3 .人工环境的特点人类作为主导因子，环境人工化明显；人工环境的多样化；人工环境的脆弱性；环境污染严重。二、城市环境4 .城市（1）城市的概念城市是指以人为中心的，以一定的环境条件为背景、以经济为基础的社会、经济、自然综合体，是人类占
24、绝对优势的自然一经济一社会复合生态系统。（2）城市环境城市人口的数量和密度较大。城市环境组成独特、结构复杂、功能多样。城市环境限制因子多，人与自然、城市与周边地区矛盾集中。形成特殊的城市景观。（3）城市环境空间特征（见表3-2）表3-2城市环境与环境问题的空间特征城市环境空间范圉家庭/办公室社区城区地区大幅/地球主要基础设施和服务围境储水室内卫生设篦位圾储藏火炉烟囱自来水污水垃圾收集排水街/车道工业区道路集中处理厂排水填埋高速公路水源发电厂特征问题低水准住房条件缺水没有卫生设施病落媒介室内空气污染排泄物水/油垃圾倾倒洪水噪声/精神压力自然灾害交通拥挤意外事件环境空气污染有毒废物水污染生态区损失
25、酸雨全球温室效应臭就层衰竭5 .城市化（1）城市化的特点工业化导致城市人口的迅速增加；单个城市地域的扩大及城市关系圈的形成和变化；形成城市特有的生活方式、组织结构和文化；拥有现代市政服务与管理系统；具有一定量的流动人口。（2）中国城市化发展趋势中国内地建制市（暂未包括台湾、香港、澳门）达到668个，2（X）8年城镇人口6.0667亿人，占总人口45.7%。中国城市化发展趋势为国际化、连绵化、郊区化。6 .城郊过渡带（1）城郊过渡带环境特征城市系统与乡村系统的交错地带城市人口和乡村人口混杂，常住人口和暂住人口混居，工商业区及居住区交错；社会服务水平落后；处于一种低效运行状态。环境污染严重的地区大
26、量垃圾、废物随意堆放在城郊过渡带，使这一带成了天然的垃圾堆放场，严重影响当地居民的健康。基础设施和生态环境建设的薄弱地区土地利用规划与管理不严格，造成无计划扩张。基础设施建设不完善，由自然或农业景观变为半城市地区。（2）城郊过渡带的发展城郊过渡带的发展有两个可以选择的前景，盲目扩张和严格控制和管理。三、乡镇与农村环境1 .乡村环境（见表3-3）表3.3乡村环境特征类型环境特征乡镇处于城市和乡村的过渡带，景观多样性和丰富度增加；乡镇规划中存在规划不合理、布局混乱的现象：产业结构的不合理和工艺的落后，资源过度消耗；资金、技术、执法力度等因素综合限制了乡镇基本设施的建设，严重的环境污染使综合控制的难
27、度加大农村土地、草原和林地退化现象普遍，水土流失面积、侵蚀强度和危害程度在部分地区呈加剧趋势；原始和落后的生产观念和生活方式与现代生产方式和技术之间的冲突，加剧了农村环境的恶化；系统间交流不平衡，自然资源和生产、生活资料源源不断地流向城市，而各种环境污染和废物却不断地向乡镇和农村转移；环境问题使得农村贫困化问题的解决更为复杂2 .乡镇企业乡镇企业的污染问题严重。原材料和初级产品加工业污染占很大比重，如造纸、纺织、煤炭采选、金属矿物制品、化工、食品加工等。中西部地区技术水平和管理水平不如东部地区，产量低、污染重。3 .人工种植和养殖基地（见表34）表3-4人工种植和养殖基地环境特征类型环境特征人工种植环境环境及人工组分呈现多样化；环境污染的点、面结合，污染的程度加重；大气污染、土壤污染、水污染中的各种污染物和各种废物通过各种物质作为媒介，把污染富集在所种植的各种农副产品中，间接危害人类的健康，并对生态环境产生负面的影响
