1、1绪论第一节 环境及环境的分类一、环境的基本内涵环境是一个相对的概念，对环境科学来说，环境相对的中心事物是人类。环境就是人类赖以生存、生活和生产的宇宙空间。人类环境可分为 自然环境 和 社会环境。环境概念的三个层次：1. 哲学定义（P1）2. 科学定义（P1）3. 工作定义（P2）二、环境的功能和基本特征环境系统是一个动态系统和开放系统。环境平衡就是保持系统的有序性。保持开放的环境系统有序性的能力就是环境系统的稳定性。系统的组成和结构越复杂，的稳定性越大，越容易保持平衡，这是因为系统中和成分之间的相互作用的反馈机制，它使系统具有自我调节的能力。而且，环境系统的网络结构使环境具有整体功能，形成集
2、体效应和协同效应。环境背景值：环境在不受或未受污染影响的情况下，各要素的化学元素的正常含量和环境中能量的分布的正常值。环境容量：在人类生存好自然环境不至受害的情况下，环境所能容纳污染物的最大负荷量。环境自净：污染物或污染因素进入环境后，将引起一系列物理、化学、生物的作用，环境自身能逐步清除污染物，达到自然净化的目的的作用。环境自净按机理可分为物理净化、化学净化和生物净化三类。环境污染：人类活动产生的污染物或污染因素进入环境的量超过环境容量或自净能力，导致环境质量恶化的现象。环境的基本特征：（P3 ）1. 整体性2. 不可逆性3. 有限性4. 隐显性5. 灾害放大性三、环境的分类1. 按主体分：
3、人类环境和生物环境2. 按范围分：特定空间环境、劳动环境、生活区环境、城市环境、区域环境、全球环境和星际环境3. 按环境要素分：自然环境和社会环境（图 1-1，P4 ）四、人与自然人类在自然环境中的地位与作用一方面，人类在自己的发展中不断地征服自然，不断地改造周围的自然环境；另一方面，人类在征服和改造自然地过程中又始终受到周围自然环境的影响和制约。第二节 环境科学及其研究内容和任务一、 环境科学的产生及发展二、 环境科学的特点21、 综合性2、 人类所处地位的特殊性3、 学科形成的特殊性三、 环境科学的研究内容研究对象人类与环境的矛盾研究内容环境质量的变化和发展四、 环境科学的研究任务及研究方
4、法1、 研究任务（1） 探索全球范围内自然环境演化的规律（2） 探索全球范围内人与自然的相互依存关系（3） 协调人类生产、消费活动与生态要求之间的关系（4） 探索区域污染综合防治的途径2、 研究方法（1） 研究理论基础系统论（2） “人类环境”系统分析与综合（3） “人类环境”系统工程与管理五、 环境科学的分支学科及其与相邻学科的联系（图 1-2，P13 ）六、 未来展望第二章城市生态系统和城市生态环境基础第一节 生态系统及其层次 地球表面有生命的地带被称为“生物圈” 。它包括地球上一切生命有机体（植物、动物和微生物）及其赖以生存和发展的环境（空气、水、岩石、土壤等） 。生物群落与环境之间以及
5、生物群落内部通过能量流动和物质循环形成一个统一整体，即生态系统。 生态系统中存在着自然的层次即等级性。一、种群（population）种群：是在一定空间范围内同时生活着的同种个体的集群。它是生态学研究的最小生态单位。生态龛包括物种在环境中所处的地位以及食物、行为等细节。因此，有多少物种就会有多少生态龛，这就是说生物界里没有两种生物的生态龛完全相同，尽管有一些可能非常相似。 种群代表由个体水平进入群体水平的第一个层次。种群的基本特征 数量特征（最基本特征）：出生率、死亡率、迁入率和迁出率； 空间特征：聚群分布、随机分布和均匀分布； 遗传特征 : 种群具有一定的遗传组成，是一个基因库，但不同的地理
6、种群存在着基因差异； 系统特征：自组织、自调节系统。二、群落群落：具有直接或间接关系的多种生物种群的有规律的组合，具有复杂的种间关系。3群落的基本特征：具有一定的外貌和结构具有一定的物种组成不同物种之间的相互影响具有形成群落环境的功能一定的动态特征一定的分布范围 边界特征第二节 生态系统的概念和生态系统的功能一、生态系统的组成和类型生态系统（ecosystem）是指在一定的空间内生物成分和非生物成分通过物质循环和能量流动相互作用、相互依存而构成的一个生态学功能单位。生态系统的特性 生态系统是生态学上的一个主要结构和功能单位，属于生态学研究的最高层次； 生态系统内部具有自我调节能力； 能量流动、
7、物质循环是生态系统的两大功能； 生态系统营养级的数目一般不超过 56 个； 生态系统是一个动态系统，要经历从简单到复杂、从不成熟到成熟的发育过程。生态系统的组成（P18 ，图 2-1） 非生物环境（驱动能量、气候因子、生长基质和媒介、生物生长代谢的材料） 生产者 消费者 分解者 生态系统的类型 自然生态系统、半自然生态系统和人工生态系统 陆地生态系统、水生生态系统和湿地生态系统二、食物链与食物网食物链是指生物群落中动植物由于食物关系而形成的一种联系，是能量流动和物质循环的主要渠道。食物链也是连接生态系统中生产和消费的桥梁。各食物链不是彼此孤立的，而是相互联系、相互交叉，形成一个纵横交错的网络，
8、即食物网。三、生态系统的功能四大基本功能：生物生产生物能量流动物质循环信息传递生物生产4第一性生产（初级生产）第二性生产（次级生产） 次级生产是以初级生产水平为基础的；初级生产是将无机物转化为有机物，太阳辐射能转化为化学能的过程。次级生产主要是对有机物与化学能再加工转化的过程。 次级生产过程的转化环节较多。能量流动（单向递减）物质循环（P2223）碳循环氮循环硫循环信息传递物理信息（光信息、声信息、电信息、磁信息）化学信息（动植物间、动物间、植物间）行为信息营养信息（“十一定律” ）第三节 生态平衡与生态系统的稳定性一、生态平衡生态平衡是指生物种类的组成和数量比例持久地没有明显变动，在外来干扰
9、下，能通过自我调节恢复到原初的稳定状态。生态平衡的基本特征能量学特征（P/R 比率）食物网特征营养物质循环上的特征群落结构的特征量的生产以及质的生产和反馈机制稳定成熟期的生态系统的表现二、生态平衡的基础生物多样性的结构生态功能的完整性三、生态平衡失调的特征及引起生态平衡失调的因素生态平衡失调的特征（结构缺损、能量流受阻或物质循环中断）引起生态平衡失调的因素（自然灾害、人为干扰）5四、生态平衡的调节机理反馈机制（正反馈、负反馈）抵抗力恢复力（生态平衡阈值）第四节 城市生态系统一、城市的含义和特征城市 是指具有 10 万以上人口，建筑物占 50% 以上面积，具有较为发达的交通线网和车辆来往频繁的人
10、类聚居区域。 特征非农业人口集中区域；是一定区域的政治、经济或文化中心是由多种建筑物组成的物质设施综合体。二、城市发展及其特征生产高度集中，商业贸易飞速发展，城市基础设施完备，城市功能多样化三、城市生态系统城市环境系统（人工环境）城市生态系统及其特征以人为主体；不独立和不完全的生态系统；人工生态系统多层次的复杂系统城市生态系统的功能（物质流、能流、信息流）全球性环境问题 第一节 概述全球性环境问题的衡量标准环境破坏是否具有跨国性的影响解决环境破坏的过程中是否涉及跨国因素全球性环境问题的特征跨国性灾难性第二节 气候变化1.全球变暖现象在有记载的 140 年当中，最热的十个年份依次是1998、 1
11、997、 1995、1990、1999、2000、1991、1994、1983、1988 年。它们都是在 1980年以后的 20 多年中，前 8 个都在 20 世纪 90 年代及以后。所以说 20 世纪 80 年代以来，出现了全球变暖的趋势，这种趋势还在继续。 6第二节 气候变化2.温室效应大约在 1800 年，法国数学家、物理学家傅立叶（J.Fourier）提出地球的大气与温室的玻璃功能相似，他的比喻沿用至今，叫温室效应。过了约 60 年，英格兰的丁达尔（J.Tyndall）用实验演示了 H2O（气态）和 CO2 吸收热辐射，又向各个方向放出红外辐射。二者在大气中把部分辐射能还给地球，所以地
12、表实际损失辐射能减少，全球温度不是-18，而是 15。 第二节 气候变化3.温室气体产生温室效应的温室气体并非大气主要成分 N2 和 O2，而是一些“痕量气体” 。一般地，温室气体分子至少有三个原子，即多原子分子（如 H2O（气态） 、CO 2、CH 4、N 2O 等） ，当其原子间呈不对称振动时，分子的偶极矩改变，同时吸收红外辐射。关键温室气体情况 温室气体 CO2 CFC11/CFC12 CH4 N2O体积分数/10 -6 (1750 年) 280 0 0.7 0.275(1994 年) 358 0.00076 1.72 0.312平均年增长速率（19841994） 0.4 0 0.6 0
13、.25对全球变暖的贡献（19801990） 55 17 15 6第二节 气候变化4.全球变暖的危害 自然的温室效应并非坏事，它让大气像毛毯一样给地球保温，以适合人类的居住。然而，大规模的人类活动时温室效应增强，即发生了“全球变暖” 。在过去的 100 年中，全球平均地表气温大约上升了 0.30.6，我国东北和华北地区近十年来平均温度甚至上升了23。 第二节 气候变化全球变暖会使海水热膨胀，高山冰川、两极冰盖融化，百年来全球海平面上升1020cm，低洼的滨海地区和一些岛屿会被淹没。著名的“洼地之国” 荷兰有 1/3 的国土在海拔 1m 以下，荷兰西部有 40以上的土地低于或等于现在的还平面。面临
14、威胁的城市还有上海、曼谷、和威尼斯等。 第二节 气候变化7全球变暖还导致了干旱、洪涝、台风、火灾等自然灾害的频繁发生，仅 1997 年2000 年间，就造成全球近 10 万人死亡，3 亿人被迫离开家园或无家可归。全球变暖还导致生物“疯长”第三节 臭氧层破坏 1. 大气臭氧层的耗损1985 年，英国的法曼等人发表了自 1957 年以来南极哈雷湾考察站上空臭氧总量的数据，并首先提出了“臭氧空洞” 的概念。美国航空航天局（ NASA）从卫星上用臭氧总量扫描光谱仪测定南极上空的臭氧总量，发现南极臭氧空洞春初出现，春末闭合。空洞的面积在 1984 年相当于 1 个美国的大小，1996 年相当于 2 个欧
15、洲，2000 年达到历史最大值：2830 万平方公里，相当于三个中国那么大。1988 年，美国科学家提出地球的北极也出现了臭氧空洞，但比南极的小。1998 年，我国学者发现，我国青藏高原上空也出现了臭氧空洞。1994 年，国际臭氧委员会宣布，自 1969 年以来，全球臭氧层总量减少 10，南极上空下降 70。 第三节 臭氧层破坏位于平流层的臭氧层对紫外辐射有显著的吸收作用。这也是我们如此重视臭氧空洞的主要原因。紫外辐射分为三个波段：100295nm 的 UVC 对生物危害最大，但可被臭氧层完全吸收；295320nm 的 UVB 对生物有一定的维护，可被臭氧层吸收大部分；320400nm 的 U
16、VA 对生物基本无害，可以全部通过臭氧层。UVB 会伤害脱氧核糖核酸（DNA） 。据联合国环境署（ UNEP）报告：臭氧层每减少 10，皮肤癌的发病率将增加 26，白内障患者将增加 160175 万人。UVB 还会影响人体的免疫功能，使包括艾滋病毒在内的多种病毒活力增强。UVB 会破坏植物光和作用，使农作物减产；破坏浮游生物的染色体和色素，影响水生食物链，减少水产资源；加速橡胶、塑料的老化。 第三节 臭氧层破坏2.人类拯救臭氧层的行动 1985 年，一些国家签订了保护臭氧层维也纳公约 ，中国于 1989 年加入。 1987 年 9 月，中国在内的 43 个国家签订了关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔
17、议定书 ，对 5 种 CFC 和 3 种哈龙提出控制时间表。中国于 1990 年加入。 1999 年 11 月， 中国逐步淘汰消耗臭氧层物质国家方案（修订稿） 对中国目前主要生产、消费的 4 类 10 种受控的 ODS 提出逐步淘汰方案。它们是： 6 种 CFC，2 种哈龙，CCl4 和 CH3CCl3。 截止到 2000 年 5 月，共有 176 个国家批准了1985 年维也纳公约 ；175 个国家批准了 1987年蒙特利尔议定书 。到 1998 年底，在工业化国家利最初受控的氯氟烃类（CFC）产量已经下降了 95。最初受控的哈龙产量已经下降了 99.8。 8第三节 臭氧层破坏 科学家预计，
18、臭氧层将稳步地恢复到工业化以前的强度。但是臭氧层的恢复速度将比其受损害的速度慢得多。今后 1020 年很可能看到臭氧层维持在低水平上，但到 21世纪中叶，就可能见到臭氧层的完全恢复。第四节 酸沉降1872 年英国化学家史密斯（R.A.Smith）在空气和降雨：化学气候学的开端一书中首先使用了“酸雨（ acid rain） ”这一术语。20 世纪 60 年代，瑞典土壤学家奥登（S.Oden ）发现酸性降雨是欧洲一种大范围现象。1982 年在瑞典召开了国际环境酸化会议。酸雨已经成为当代区域性环境污染问题之一。 第四节 酸沉降 1.概念 并非 pH7 的降雨皆为酸雨。一般来说，天然降水都偏酸性，这主
19、要是因为其中溶解二氧化碳。微弱的酸性有利于土壤中养分的溶解，对生物和人有益。如果降水的 pH5.6，则是大气受到污染的表现，就被称为酸雨了。 其实“酸雨” 是新闻媒体和政治家常用的术语，问题不仅来自于雨，范围较广的描述是“酸性降水（ acid precipitation） ”，包括所有 pH5.6 的从空中降落到地表的液体和固态水，通常把近地层中水汽直接凝结而成的露和霜也包括在内。学术界常用的全面描述为“酸沉降（acid deposition） ”，它不仅包括上述各种酸性的湿沉降，而且包括酸性的干沉降，比如酸性气体被地表吸收和发生反应，酸性颗粒物通过重力沉降、碰撞和扩散沉降于地表。 第四节 酸
20、沉降第四节 酸沉降2. 酸沉降区的分布世界上有三大酸沉降区，按出现时间的先后为：欧洲、北美和中国。我国长江以南、青藏高原以东的广大地区及四川盆地，华中、华南、西南及华东地区仍是酸沉降污染严重的区域；北方只有局部地区出现酸沉降。2000 年我国 61.8的城市出现过酸沉降。 第四节 酸沉降 3.酸沉降中主要的酸 酸沉降中的酸主要是 H2SO4 和 HNO3，它们占总酸量的 90以上。至于这两种酸的比例如何，则取决于燃料的构成。由于我国的一次能源中煤占 75，因此我国酸雨属于煤烟型的酸雨，其中 H2SO4 占绝大多数， H2SO4 与 HNO3 的比值一般在 510 之间。酸雨中的这两种酸主要是二
21、次污染物，它们由一次污染物转化而来。H 2SO4 的前体物是 SO2，HNO 3 的前体物是 NOx。第四节 酸沉降第四节 酸沉降5. 酸雨的危害(1) 由于酸雨的侵蚀，世界上很多著名的大理石和石灰石雕像和建筑物遭到破坏。如我国的罗马大帝雕像、我国的乐山大佛、英国的牛津大学，印度的泰姬陵等等。9(2) 酸雨造成某些地区湖泊河流逐渐酸化，不仅可使岸边或底泥中的有害金属（铅、镉、汞等）溶于水中，还会使鱼类减少，当 pH4.8 时，水中不会再有鱼类出现。在挪威和瑞典南部，有 1/5 的湖里没有鱼，加拿大有 14000 个湖泊成为死湖。 第四节 酸沉降(3) 强酸度的降水、雾和高浓度的 SO2 等可直
22、接危害森林和农作物。一方面，酸雨会造成土壤酸化，不仅可使钙、镁、钾等营养元素流失，还会抑制有机物的降解和固氮作用，让土壤贫瘠化。另一方面，酸雨使铝等有害元素活化，进入土壤溶液，被植物根部吸收后转化为氢氧化铝的絮状物，堵塞根部的传输管道。在重庆市郊的南山，马尾松林就因酸雨成片死亡。(4) H2SO4 和 HNO3 雾能直接危害人体的呼吸系统、眼睛和皮肤。第五节 生物多样性减少生物多样性及其价值概念：一般来说是生命有机体及其赖以生存的生态综合体的多样化和变异性。 遗传多样性，即基因多样性 物种多样性，多样的生物类型及种类 生态系统多样性和景观多样性潜在价值难以估量，为人类提供了适应区域和全球环境变
23、化的各种机会。生物多样性变化受威胁物种的现状植被破坏 传统的森林砍伐还不特别危险，而贫困和绝望却会导致不顾一切后果将其滥伐殆尽。经过几次好收获之后，土地将会变得贫瘠，只能生长一些灌木丛。 如今这种破坏过程发展得如此迅猛，以致热带雨林正面临着在几十年内完全消失的危险。当森林死亡的时候，死亡的不仅仅是树木，而是一个生态系统。失去绿色的土地，无疑会面临接踵而至的生态灾难和许多物种因而灭绝。 因此, 保护植被是我们刻不容缓的任务。 针对日益严重的植被破坏现象，我国政府采取了一系列的措施，制定了全国造林绿化规划纲要 ，并取得了一些成果。例如，到1995 年，70%以上的耕地得到了有效的保护，综合治理沙漠
24、 375.9 万公顷，全国森林面积达 1.34 亿公顷。特别值得一提的是“三北”防护林体系。 “三北” 是我国东北、华北和西北的简称。这里是中华民族的发源地之一。但由于特定的自然地理演化，现在的三北地区有 2/3 以上属于干旱和半干旱地区；再加上长期的人口压力，导致大面积的森林和草原遭到破坏。从黑龙江到新疆，一共有 1.13 亿公顷的沙漠和戈壁，其中 500 多万公顷是近百年来沙漠化的农田、草原和森林。为了加强黄河中游地区的国土治理，我国政府决定修筑一条北方“绿色长城” ，既可挡住来自北方的风沙又能增加当地的森林覆盖率，这就是举世闻名的“三北” 防护林体系。（1） 砍伐森林 10 对世界植物和
25、动物的最大威胁是生态环境的破坏。大部分生物很难离开它已适应了的环境。世界上物种最丰富的地方之一是热带雨林区，但是现在它正在遭受到越来越快的破坏。实际上，世界上所有的天然森林都受到严重威胁。程度最轻的是雨林被单一的经济林所代替，情况最严重的地方已因侵蚀而被破坏成了贫瘠的灌丛地。 据测算，进入 90 年代以来，每年有约 1315 万平方千米的热带雨林变成荒地，非洲的热带雨林只剩下原先的三分之一。据世界自然保护基金会估计，全球的森林正以每年 2%的速度消失，按照这个速度，50 年后人们将看不到天然森林了。2.开垦草原 北美的许多草原已经或多或少地消失了。在非洲，由于要解决日益增加的人口的粮食问题，人
26、们正在大量焚毁有丰富动物资源的热带草原。在干旱地区采用传统农业方法既不可靠又危险。3.排干湿地沼泽湿地不仅是生物的生活环境，而且在水文循环中起着重要的作用。它可调节河流的流速，改善地下水的补给。但是为了发展工业和建筑住房，许多湿地不是被排干就是蓄满了水。试图把湿地转变为耕地，结果常常是土贫产低。4.城市化发展 城镇发展于良好的农业区，而都市化常常意味着为建设住宅、街道和停车场而牺牲耕地。这样耕地就变成了不能出产生物的废地。从自然或经济的角度来看，这样的土地很难再恢复成农田。动物灭绝 世界上野生动物的种类正在迅速减少。怎样才能阻止它们的灭绝呢？有些动物，如加利福尼亚的秃鹰和爪哇的犀牛等，现存的数
27、量极少，拯救它们的希望已经很渺茫。如果某种动物仍有一定数目，可以人工饲养，助其繁殖，原产于中国的麋鹿和原产蒙古的普氏野马就是这样保存下来的。 首先，捕捉一群这样的动物，让它们在动物园里繁殖，待数量增加后，将一部分送到其它的动物园，如果野外环境适当，还可让它们重返自然。 政府还可以建立自然保护区，并且派警卫巡逻，阻止牧民、农民、伐木工人和偷猎者进入。目前，最大的自然保护区是加拿大的伍德布法罗国家公园。另外，蓝鲸需要多国合作，共同禁止捕杀，才能得以保护。 在冰期结束时，北美草原有很多动物种类，包括大地树獭（右图） 。大约在人类到达这个地方后，这个大型动物区系突然灭绝了。许多科学家怀疑是人把它们消灭了。像树獭这种行动缓慢，反应迟钝的动物面对超级肉食者-人类，很少有幸存的可能。 渡渡鸟是一种栖息在印度洋毛里求斯岛上类似火鸟的不会飞的鸟类。当欧洲水手们抵达该地后，开始捕食渡渡鸟。最后一只渡渡鸟死于 1680 年左右。渡渡鸟唯有的遗体是保存在哥本哈根的一只头和保存在伦敦的一只脚。 物种灭绝的原因第五节 生物多样性减少
