课题621环境学导论Word下载.docx
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环境要素又称环境基质，是指构成人类环境整体的各个独立的、性质不同的而又服从整体演化规律的基本物质组分。
分自然环境要素与社会环境要素。
自然环境要素通常包括：
水、大气、生物、阳光、岩石、土壤等。
（注：
自然环境要素与环境要素不相同，如阳光）
环境要素组成环境结构单元，环境结构单元又组成环境整体或环境系统。
例如：
由水组成水体．全部水体总称为水圈；
由大气组成大气层，整个大气层总称为大气圈；
由生物体组成生物群落，全部生物群落构成生物圈等等。
2、环境要素的属性（特点）
最差（小）限制律：
整体环境的质量，不能由环境诸要素的平均状态决定，而是受环境诸要素中那个与最优状态差距最大的要素所控制。
等值性：
是指各个环境要素，无论它们本身在规模上或数量上如何的不相同，但只要是一个独立的要素，那么对于环境质量的限制作用并无质的差别。
整体性大于个体之和：
是指环境诸要素互相联系、互相作用产生的集体效应，是个体效应基础上质的飞跃。
出现先后，互相联系，互相依赖：
是指环境诸要素在地球演化史上的出现，具有先后之别，但它们又是相互联系，相互依赖的。
3、环境质量
环境质量是指在一个具体的环境内，环境的总体或环境的某些要素，对人群的生存和繁衍以及社会经济发展的适宜程度，是反映人群的具体要求而形成的对环境评定的一种概念。
✓环境质量是对环境状况的一种描述；
✓环境状况的形成有来自自然的原因，也有来自人为的原因，而且从某种意义来说，人为原因是更重要的原因；
人群的文化状态也影响着环境质量。
四、环境的功能特性
环境系统是一个复杂的、有时、空、量、序变化的动态系统和开放系统。
由于存在连续不断的、巨大的和高速的物质、能量和信息的流动，表现出对人类活动的干扰和压力，具有不容忽视的特性。
环境有以下特性：
（1）整体性：
人与地球环境是一个整体，地球的任一部分或任一个系统，都是人类环境的组成部分。
（2）有限性：
意味着人类环境的稳定性有限，资源有限，容纳污染物质的能力有限，或对污染物的自净能力有限。
（3）不可逆性：
人类的环境系统在其运转过程中，存在两个过程：
能量流动和物质循环。
（4）隐显性：
日常的环境污染与环境破坏对人们的影响，其后果的显现，要有一个过程，经过一段时间。
（5）持续反应性：
环境污染不但影响当代人的健康，而且还会造成世世代代的遗传隐患。
（6）灾害放大性：
某方面不引人注目的环境污染与破坏，经过环境的作用以后，其危害性或灾害性，无论从深度和广度，都会明显放大。
第二节环境问题
一、环境问题及其与社会经济发展的关系
1、什么是环境问题？
广义：
由自然力或人力引起生态平衡破坏，最后直接或间接影响人类的生存和发展的一切客观存在的问题。
狭义：
由于人类的生产和生活活动，使自然生态系统失去平衡，反过来影响人类生存和发展的一切问题。
2、环境问题的分类
根据环境属性划分，可分为自然环境问题和社会环境问题。
a、自然环境问题
①由自然力引起的为原生环境问题，又称第一环境问题，它主要是指地震、洪捞、干旱、滑坡等自然灾害问题；
②由人类活动引起的为次生环境问题，也叫第二环境问题，它又分为环境污染和生态环境破坏两类。
其中，环境污染又可分为环境污染（如水污染、大气污染、土壤污染等）和环境干扰（噪声干扰、热干扰和电磁干扰等）。
b.社会环境问题：
它是指由人口增长、城市化、工业化等引起的社会结构与社会生活方面的变换。
按环境范围划分，可分为区域环境问题和全球环境问题
a.区域环境问题：
是指在一定的区域范围内所出现的环境问题。
b.全球环境问题：
是指在全球范围内出现的环境质量问题，这些问题是超越国界的国际性生态环境问题。
环境污染：
由于人为的因素，环境的化学组成或物理状态发生了变化，与原来的情况相比，环境质量恶化，扰乱和破坏了生态系统和人们的正常生产和生活条件，就叫“环境污染”。
（环境污染指又有害的物质，主要是工业“三废”对大气、水体、土壤和生物的污染。
例如:
大气污染、水体污染、土壤污染、生物污染、噪音污染、放射污染等等。
）
生态环境破坏：
严重的环境污染或主要是对生物体的危害叫做“环境生态破坏”。
环境生态破坏则是由人类活动直接作用于自然界引起的，比如乱砍乱伐、过度放牧等。
3、环境问题的发生和发展
根据环境问题发生的先后和轻重程度，可大致分为三个阶段：
（1）环境问题的产生与生态环境早期破坏。
包括人类出现以后直至产业革命的漫长时期，又称早期环境问题。
（2）城市环境问题突出和“公害”加剧。
从产业革命到1984年发现南极臭氧空洞止，又称近代城市环境问题阶段。
（3）全球性大气环境问题，即当代环境问题阶段。
它始于1984年英国科学家发现，1985年美国科学家证实南极上空出现“臭氧空洞”。
这一阶段的核心是“全球变暖”、“臭氧层破坏”和“酸沉降”三大全球性大气环境问题。
三阶段的核心问题：
1.“第一次浪潮”的环境问题：
土地
人口的大量增加；
原始植被的大量破坏
2.“第二次浪潮”的环境问题：
环境污染
五十年代前后出现的“八大公害事件”（马斯河谷烟雾事件、多诺拉烟雾事件、伦敦烟雾事件、洛杉矶光化学烟雾事件、水俣事件、富山事件、四日事件、米糠油事件）
近年来六大公害事件（意大利塞维索化学厂二恶英扩散事件、美国三里岛核电厂泄漏事件、墨西哥城液化气罐爆炸事件、印度博帕市农药厂化学品泄漏、苏联切尔诺贝利核电站泄漏、瑞士巴塞士桑多斯化学公司火灾）
3.“第三次浪潮”的环境问题：
转移为全球环境问题
第二次与第一次的不同点：
1、人们关心的重点不同；
2、影响的范围与性质不同；
3、重视环境问题的国家不同；
4、解决问题的难易程度不同
二、全球环境问题
1、全球环境问题
是指对全球产生直接影响的，或具有普遍性、随后又发展为对全球造成危害的环境问题，也就是引起全球范围内生态环境退化的问题。
主要包括人口问题、城市化问题、淡水资源缺乏问题、植被破坏-物种灭绝（即生物多样性）问题、海洋污染问题、危险废弃物越境转移问题、以及全球变暖、臭氧层破坏、酸沉降等全球性大气环境问题。
第三节环境保护
一、环境保护的发展历程
1、限制阶段（20世纪60年代以前）（无控制）
在此阶段人们主要是通过法律、行政手段限制污染物的排放，但还没有环境保护的概念。
2、“三废”治理阶段（20世纪50年代末至70年代初）（末端控制）
此阶段发达国家环境问题日益突出，环境保护成了举世瞩目的国际性大问题。
那时，人们对环境保护有了初步认识，对“三废”进行处理和利用，目的是消除公害，使人体健康不受损害。
3、综合防治阶段（20世纪70年代末至80年代初）（全程控制）
在此阶段通过了《人类环境宣言》，出版了《只有一个地球》一书，提出“环境保护从某种意义上说，是对人类总资源进行最佳利用的管理工作”。
环境保护不仅是治理污染的技术问题，保护人群健康的福利问题，更重要的是经济问题和政治问题。
4、规划管理阶段（20世纪80年代以后）（超前控制）
此阶段由于发达国家经济萧条与能源危机，各国都急需协调发展、就业与环境之间的关系，并寻求解决的方法与途径。
即要求促进经济发展，又要求保护环境。
二、环境保护的任务、目的和内容
1、环境保护的概念
采取行政的、法律的、经济的、科学技术的多方面措施，合理地利用自然资源、防止环境污染和破坏，以求保持和发展生态平衡，扩大有用自然资源的再生产，保障人类社会的发展称为环境保护
2、任务：
运用现代环境科学的理论和方法，在合理开发利用自然资源的同时，深入认识并掌握污染和破坏环境的根源与危害，有计划地保护环境，预防环境质量的恶化；
控制环境污染破坏，保护人体健康，促进经济与环境的协调发展，造福人民，贻惠于子孙后代。
3、目的：
随着社会生产力的进步，在人类征服自然的能力与活动不断增加的同时，运用先进的科学技术，研究破坏生态平衡的原因，寻求避免和减轻破坏环境的途径与方法。
4、内容：
一是保护和改善环境质量，保护人民的身心健康，防治机体在环境污染影响下产生遗传变异和退化；
二是合理开发利用自然资源，减少或消除有害物质进入环境，以及保护自然资源、加强生物多样性保护，维护生物资源的生产能力，使之得以恢复和扩大再生产。
《中华人民共和国环境保护法》明确提出环境保护的基本任务：
“保护和改善生活环境与生态环境，防治污染和其他公害，保障人体健康，促进社会主义现代化建设的发展”。
具体任务如下:
大气污染防治、水污染防治、土壤污染防治、固体废物污染与防治、食品污染与防治、噪声及其他污染与防治、自然资源的开发利用与保护。
第二章生态学基础
生态学最早是有德国生物学家黑格尔（Haeckel）提出的。
一、生态学的含义及其发展
1、含义
生态学是一门研究生物与其生活环境相互关系的科学，是生物学的主要分支之一。
生态学是一门多学科性的自然科学，它研究生命系统与环境系统之间的相互作用及其规律。
（我国科学家马世骏于1979年提出的）
2.生态学的发展
国外生态学思想萌芽于公元前370——285年之间，当时亚里斯多德的学生提奥夫拉斯塔随亚历山大远征，记录了从欧洲到印度洋沿途看到的各地的植物和气候土壤关系。
我国生态学观点始于春秋时代。
《淮南子》“草木未落，斧斤不入山林”；
贾思勰《齐民要术》“顺天时，量地利，则用少力而成功多，任性返道，劳而无获。
”
3.生态学发展的特点：
①从描述、实验到定量研究②从研究个体到群落直至生态系统③协同进化论的发展
④各学科相互渗透⑤生态学研究的国际协作⑥宏观和微观相结合
二、生态系统的概念与组成
1、生态系统
（1）生态系统的概念
种群（Population）：
一个生物物种在一定范围内所有个体的总和。
群落（Community）：
在一定的自然区域中许多不同种的生物的总和。
生态系统（Ecosystem）就是在一定时间和空间内，生物和非生物的成分之间，通过不断的物质循环和能量流动而互相作用，互相依存的统一整体，构成一个生态学的功能单位。
二、组成
①生产者：
生产者属于自养生物，主要指绿色植物，包括单细胞的藻类，也包括一些光合细菌。
②消费者：
消费者属于异养生物，由动物组成，它们自己不能产生食物，只以其他生物或者有机物为食，即利用植物所制造的现成有机物质，从中得到能量。
草食动物（第一级消费者）：
直接以植物为食的动物，又称为初级消费者（牛、羊、马等）。
肉食动物:
一级肉食动物以草食动物为食物的动物（鸟、蝙蝠），二级肉食动物以第一级肉食动物为食物的动物，又称为顶部肉食动物（老虎、狮子）。
寄生动物：
是特殊的消费者。
腐食动物：
以腐烂的动植物残体为食的动物。
（蛆、秃鹰等等）
杂食动物：
介于草食动物和肉食动物之间。
（熊、麻雀、鲤鱼等）
③分解者：
又称还原者，属于异养生物，是指各种具有分解能力的微生物。
④非生物成分：
各种环境要素
三、生态系统的类型与特征
v1.按生态系统的环境性质和形态特征来划分，可把生态系统划分为水生生态系统和陆生生态系统。
v①水生生态系统：
淡水生态系统（江、河流动水生态系统和湖泊、水库等静水生态系统）、海洋生态系统（滨海生态系统和大洋生态系统）。
v②陆生生态系统：
荒漠生态系统、草原生态系统、稀树干生态系统、森林生态系统等。
v2.按生态系统形成的原动力和影响力来划分，又可分为自然生态系统、半自然生态系统和人工生态系统。
v①自然生态系统：
指没有或基本没有受到人为干预的生态系统。
（原始森林、未经放牧的草原等）
v②半自然生态系统：
指受到人为干预，但其环境仍保持一定自然状态的生态系统。
（人工抚育过的森林、养殖湖泊、农田等）
v③人工生态系统：
指完全按照人类的意愿有目的、有计划地建立起来的生态系统。
（城市、工厂、矿山、潜艇等）
四、生态系统的结构
构成生态系统的各组成部分，各种生物的种类、数量和空间配置，在一定时期内均处于相对稳定的状态，使生态系统能够各自保持一个相对稳定的结构。
主要有形态结构和营养结构。
（a）形态结构：
生物的种类、种群数量、种的空间配置（水平分布、垂直分布）、种的时间变化。
（b）营养结构：
生态系统各组成部分之间建立起来的营养关系。
是生态系统能量流动和物质循环的基础。
五、生态系统的功能
v生态系统的功能主要表现在生态系统具有一定的能量流动、物质循环和信息传递。
食物链（网）和营养级是实现这些功能的保证。
1.食物链（网）和营养级
v①食物链和食物网
v所谓食物链，就是一种生物以另一种生物为食，彼此形成一个以食物连接起来的链锁关系。
v在一个生态系统中，食物关系往往很复杂，各种食物链互相交错，形成食物网。
能量的流动、物质的迁移和转化都是通过食物链和食物网进行的。
va.捕食性食物链：
是以生产者为基础，其构成形式是植物→食草动物→食肉动物。
v青草→野兔→狐狸→狼
vb.腐食性食物链：
以动植物遗体为基础，由微生物或某些动物，对其进行腐殖质化和矿化。
v植物遗体→蚯蚓→线虫类→节肢动物
vC.碎食性食物链：
是由高等植物的碎片经细菌和真菌的作用，以及微小的藻类构成。
v树叶碎片→虾→鱼→食鱼的鸟
vd.寄生性食物链：
以活的动植物有机体为基础，在寄生以寄生生物，前者为后者的寄主。
v牧草→黄鼠→跳蚤→鼠疫病菌。
v②.营养级
营养级：
食物链的各个环节。
生产者为第一营养级，依次是第二、第三、第四营养级，一般不超过七级。
低位营养级的能量仅有10％被上一个营养级利用。
在数量上，第一营养级就必须大大超过第二营养级，逐渐递减，就造成了生物数目金字塔、生物量金字塔、生产率金字塔。
注意：
•营养级之间的能量转化效率约为1／10，只是针对湖泊等水域生态系统的经验性法则；
•不同生态系统的能量转化效率差别很大；
•森林约为5％、草地是25％左右，浮游生物占优势的群落可达50％。
2.生态系统中的能量流动
•能量流动：
通过食物链之间的相互关系，能量从一个营养级转向下一个营养级，使能量在生物间发生转移的过程，即能量从非生物环境经有机体，再到外界环境所进行的一系列转换过程，称为能量流动。
•生态系统中的全部生命活动所需要的能量最初均来自太阳。
太阳能被生物利用，是通过绿色植物的光合作用实现的。
•能量流动的特点：
•①生产者即绿色植物对太阳能的利用率很低，只有1.2％；
•②能量只朝单一方向流动，符合热力学第一定律和第二定律；
•③流动中能量逐渐减少，每经过一个营养级都有能量以热的形式散失掉；
•④各级消费者之间能量的利用率也不高，在4.5％～17％之间，平均起来约为10％；
•⑤只有当生态系统生产的能量与消耗的能量相平衡时，生态系统的结构和功能，才能保持动态的平衡。
能量流动的途径：
①由绿色植物将太阳能转化为化学能，然后由一级消费者草食动物取食消化，叫做二级生产，二级生产又由二级消费者肉食动物所取食和消化，叫三级生产，还可以有四级生产等。
在这个过程中能量逐级损失，最终能量全部消散归于环境，这就是能量流动的第一条途径。
②第二条途径是腐化过程，死亡的生物有机体，排泄物和遗弃不能利用的部分，由腐解食物链进行分解，最后将有机物还原为二氧化碳、水和无机物质，能量随之消散。
③能量流动的第三条途径是贮存过程和矿化过程。
由初级生产者转化过来的生物物质和能量，在以上两条途径中，只能消耗一部分，还保留着大部分物质和能量转入贮存过程和矿化过程。
3.生态系统中的物质循环
物质循环就是生物地球化学循环，与能量流动系单方向进行的方式不同，它是循环的，各种无机物从环境中被生产者吸收，再进入消费者，各种有机物质最终经过分解成为无机物返回环境中，无机物被生产者重新吸收又变成有机物，周而复始，无穷无尽地再循环。
根据循环的属性，可以分为三种重要的循环类型，一是液态循环，二是气态循环，三是沉积型循环。
（1）水循环
在太阳能和地球表面热能的作用下，地球上的水不断被蒸发成水蒸气，进入大气，水蒸气遇冷又凝聚成水，在重力作用下，以降水的形式落到地面，这个周而复始的过程称为水循环。
水循环的主要途径，是地面与大气通过降雨与蒸发之间的相互变化。
水的循环是稳定状态，因为总降雨量与总蒸发量相互平衡，但在陆地上降雨量大于蒸发量，在海洋上蒸发量大于降雨量，最终，陆地上的径流量弥补了海洋的蒸发量。
（2）碳循环
①研究碳循环的重要意义：
a.碳是构成生物有机体的最重要元素；
b.b.人类活动通过化石燃料的大规模使用，从而造成对于碳循环的重大影响，可能是当代气候变化的重要原因
自然界碳循环的途径：
①植物的光合作用②动植物死后的遗体分解③火山爆发、森林火灾、矿物的燃烧
海洋碳循环的途径：
空气中的二氧化碳→碳酸盐沉积海底→形成新岩石或通过水生生物的贝壳和骨骼移到陆地→碳酸盐吸收空气中的二氧化碳转化为碳酸氢盐→归于海洋。
（3）氮循环
氮循环的四种途径
①生物固氮②工业固氮③岩浆固氮④大气固氮
（4）磷循环
磷循环有内循环和全球性地质循环（外循环）两种途径。
内循环：
含磷的有机物经腐烂分解，成为可被植物直接吸收的磷，并再组合成为有机物质，最后通过食物链，再由细菌分解，这种循环基本上是闭合的。
外循环：
磷的外循环与其他循环不同，磷不能形成挥发性化合物。
因此，它不能从海洋达到大气，然后返回陆地。
一旦流放海中，一种是经过海鸟的食物链获得磷；
另外一种就是从海洋中捕捞鱼类、贝类。
（5）硫循环
硫循环是一个复杂的元素循环，既属沉积型，也属于气体型。
硫循环中二氧化硫、硫化氢是循环中的重要组成部分属于气态型；
硫酸盐长期的沉积相，即束缚在有机和无机沉积中的硫，通过风化和分解而释放，以盐溶液的形式进入陆地和水体生态系统。
硫从陆地进入大气的四条途径：
①火山爆发释放；
②化石燃料释放；
③森林火灾和湿地等生态系统释放；
④大气中的硫大部分以干沉降和降水形式返回陆地。
4.生态系统中的信息传递
生态系统中的信息形式主要有营养信息、化学信息、物理信息和行为信息。
a.营养信息：
通过营养交换的形式，把信息从一个种群传递给另一个种群，或从一个个体传递给另一个个体，即为营养信息。
b.化学信息：
生物在某些特定的条件下，或某个生长发育阶段，分泌出某些特殊的化学物质，这分泌物对生物不是提供营养，而是在生物的个体或种群之间起着某种信息的传递作用。
c.物理信息：
通过声音、颜色和光等物理现象传递的信息，称为物理信息。
d.行为信息：
动物可以通过自己的各种行为向同伴们发出识别、威吓、求偶和挑战等信息。
小结
①生态系统是一个主要的生态学单位，它包括生物与非生物成分；
并且在土壤、水、营养物质、生产者、消费者和还原者之间具有某种结构上的相互关系，以适应能量和营养物质在生物和非生物成分之间进行物质循环和能量流动。
②生态系统的功能与通过生态系统各结构成分的物质循环和能量流动相关。
这种功能的单位是种群。
③流经一个自然生态系统的总能量，取决于植物或生产者所固定的能量。
当能量在营养级间逐一传递时，有相当大的一部分作为呼吸热而损失掉。
这种情况限制了每一营养级所能维持的有机体的数量和质量。
④生态系统有趋于成熟的倾向，在这过程中，生态系统由简单的状态变为较复杂的状态，这种定向性的变化称为演替。
⑤在任何一个生态系统中，环境和能量都是有限的，当一个种群达到生态系统所给于的限制时，种群数量趋于稳定；
或出于疾病、竞争、饥饿、低繁殖率等等原因，引起种群数量下降。
⑥环境的改变和波动（如环境的开发和种间竞争），表现为对种群的选择压力，有机体必须调整以适应这种选择压力，不能适应的有机体便会消失，这可能在一定时间内降低生态系统的成熟性。
⑦生态系统有其历史的状况，现在与过去有关，而未来与现在也有关。
第二节生态平衡
1、生态平衡的含义
（1）概念
任何一个正常的生态系统中，能量流动和物质循环总是不断地进行着，但在一定时期内，生产者、消费者和还原者之间都保持着一种动态的平衡，这种平衡状态就叫生态平衡。
在自然生态系统中，平衡还表现为生物种类和数量的相对稳定，系统的物质循环和能量流动在较长时间里保持稳定。
（2）生态平衡的原因
①生态系统的平衡是动态的平衡，不是静止的平衡。
所谓动态的平衡是指可以在平均数周围一定范围内波动，而不要求绝对等于某一数值，这个变化的范围，有一界限，称为阈值，变化超过了阈值，就会改变、伤害以致破坏生态平衡。
②生态平衡内部具有自动调节的能力。
这种调节能力有赖于成分的多样性和能量流动、物质循环途径的复杂性。
在成分多样、能量流动和物质循环途径复杂的生态系统中，较易保持稳定，因为系统的一部分发生技能障碍，可以被不同部分的调节所补偿。
③阈值的大小决定于生态系统的成熟性。
系统越成熟，表示它的种类组成越多，营养结构越复杂，因而稳定性越大，对外界的压力或冲击力的抵抗也越大，即阈值越高；
相反，一个简单的系统，则阈值低。
2、破坏生态平衡的因素
（1）自然原因
主要是指自然界发生的异常变化或自然界本来就存在的对人类和生物的有害因素。
如火山爆发、山崩海啸、水旱灾害、地震、台风、流行病等自然灾害。
（2）人为因素
主要指人类对自然资源的不合理利用、工农业发展带来的环境污染等。
主要有三种：
物种变化引起平衡的破坏；
环境因素改变引起平衡破坏；
信息系统的破坏，引起平衡破坏。
a.物种改变引起的生态破坏。
人类有意或无意地使生态系统中某一种生物消失或引进某一种生物，都可能对整个生态系统造成影响。
b.环境因素改变引起生态破
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