环境科学概论提纲

第一章绪论

1、环境的概念

广义的概念：

环境总是相对于某一中心事物而言，作为某一中心事物的对立面而存在。它因中心事物的不同而不同，随中心事物的变化而变化。与某一中心事物有关的周围事物，就是这个中心事物的环境。

狭义的概念：

中心事物是人类，以人类为主体的外部世界，即人类生存、繁衍所必须的相适应的环境，或物质条件的综合体。

2、环境质量与要素

1环境要素

Ø环境要素:构成人类环境整体的各个独立的、性质不同而又服从于整体演化规律的基本物质组分称环境要素，也称环境基质。

——包括水、大气、阳光、岩石、土壤等非生物环境要素以及动物、植物、微生物等生物环境要素。

——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……

2环境质量

Ø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。

ü环境质量是对环境状况的一种描述；

ü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；

ü人群的文化状态也影响着环境质量。

3、环境的分类

人类环境是由若干规模大小不同、复杂程度有别、等级高低有序、彼此交错重叠、彼此互相转化变换的子系统所组成，是一个具有程序性和层次结构的网络。

如按照人类环境的范围来分：

4、环境的功能

人类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。

环境有以下特性：

（1）整体性、（2）有限性、（3）不可逆性、

（4）隐显性、（5）持续反应性、（6）灾害放大性。

5、环境问题及其分类

环境问题的定义

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。

根据环境问题的来源，可分为两类：

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）。

第二章全球环境问题

1、全球环境问题

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。包括两层含义：

其一，有些环境问题在地球上普遍存在，不同国家和地区的环境问题在性质上具有普遍性和共同性；

其二，虽然是某些国家和地区的环境问题，但其影响具有跨国或跨区域的结果

2、全球环境问题的特点

全球环境问题的共同特点

•人为性——人类与环境关系密切，人类是环境的产物

•隐蔽性——许多重大的环境问题都是缓慢积累性灾害现象，通过食物链的转移，其危害具有缓慢性和长期性的特点，在形成过程中难以被发现。

•危害性——严重威胁全人类的生存安全与发展。

•移动性——许多重大环境问题具有跨区域特征。

•加速性——重大环境问题的种类和强度是一个动态过程，其危害有增加的趋势。

•可变性——全球各重大环境问题具有成因相关性。

3、全球环境问题的分布特点

全球环境问题的分布特点

²——区域差异：各地区由于经济结构、产业政策和环境政策不同，环境问题也有所不同。因此环境问题具有地域性特征。

1)城市和农村的比较

2)发展中国家与发展中国家比较

发展中国家比发达国家环境问题更为严重

（1）环境承受经济发展和人口快速增长的双重压力

（2）经济、技术水平落后，没有足够的能力进行环境保护

（3）发达国家污染将严重的工业转移到发展中国家

²——区域集中性：

全球集中分布——人类主要集中在陆地，因此陆地环境问题远重于海洋……全球80%的人口集中在北半球……

国家内部集中分布——大城镇、工矿区是人类对环境改造最深刻和影响程度最大的区域。

4、主要全球环境问题及其危害

1全球气候变暖

•大气中的水汽、臭氧、二氧化碳等气体，可以透过太阳短波辐射，使地球表面升温；但阻挡地球表面向宇宙空间发射长波辐射，从而使大气增温。

•工业革命以来，二氧化碳等温室气体大量排放，温室效应加剧。

全球气候变化危害

•海平面上升

•加剧洪涝、干旱及其他气象灾害

•影响农业和自然生态系统

•影响人类健康

2臭氧层破坏

•臭氧层能够吸收99％以上来自太阳的，对生物具有极强的杀伤力的紫外辐射，从而保护了地球上各种生命的存在、繁衍和发展，维持着地球上的生态平衡。

•科学家观察证实，近40年来，大气中臭氧层的破坏和损耗越来越严重，臭氧层空洞发生的持续期间和面积不断延长和扩大。

•人类排放的许多物质能引起臭氧层破坏的元凶。这些物质主要有氟氯烃(CFCs)、哈龙、氮氧化物、四氯化碳以及甲烷等，其中破坏作用最大的为哈龙与氟氯烃类物质。

臭氧破坏的危害

•使皮肤癌和白内障患者增加，损坏人的免疫力，使传染病的发病率增加；

•破坏生态系统

•引起新的环境问题

3酸雨

•自然或人为产生的硫氧化物（SO

x ）和氮氧化物（NO

x

），在大气中

经过复杂的化学反应，形成硫酸和硝酸气溶胶，或为云、雨雪、雾捕捉吸收，降到地面成为pH值低于5.6的酸雨。

•工业化后，燃料大量使用，燃烧过程中产生CO、 HC、SO

2、NO

X

及

悬浮固体物，排放到大气使酸雨加剧。

酸雨的危害

•对人类健康的影响：酸雨直接或间接的影响到人类的健康。

•对建筑物的影响：酸性粒子也会沉积在建筑物和雕像上，造成侵蚀。这些侵蚀累积起来会导致各种安全事故，或造成文化资产的破坏。

•对森林的影响：酸雨造成最严重的影响之一是在森林和土壤，使土壤中的养分流失，树木枯死。

•对农作物的影响：酸雨会影响农作物稻子的叶子，同时土壤中的金属元素因被酸雨溶解，造成矿物质大量流失，植物无法获得充足的养分，将枯萎、死亡。

•对水生生态系统的影响：通过食物链系统会连锁导致各种水生生物难以存活。

•跨区域传输：酸雨传输性扩大了其危害性，加急了跨区域污染。

4水资源状况恶化

•全球淡水资源相对短缺；随着人口膨胀和工农业生产规模的扩大，用水量迅速增长；人类活动大规模污染水体，导致水质恶化。

•水资源状况恶化直接导致人类赖以生存的淡水资源匮乏，污染也会导致水生生物灭绝，减少生物多样性，破坏生态平衡。

5土壤资源退化

•土壤资源退化的最主要方式是土壤侵蚀、盐碱化和荒漠化。

•土壤资源退化会导致植被减少，农作物减产，引发沙尘暴等地质灾害。

6生物多样性减少（物种灭绝）

•生物多样性锐减使全球普遍关注的重大生态环境问题。

•生物多样性减少破坏生态平衡，间接威胁人类自身的生存。

7森林植被破坏

•森林是陆地生态的主体，在维持全球生态平衡、调节气候、保持水土、保持生物多样性、减少洪涝灾害等自然灾害方面，均发挥了重要的作用。

•砍伐树木、开垦林地以及酸雨等空气污染导致全球，尤其是许多发展中国家面临森林植被破坏的严重问题。

森林减少的危害

•产生气候异常

的排放

•增加CO

2

•物种灭绝和生物多样性减少

•加剧水土流失

•减少水源涵养，加剧洪涝灾害

第三章生态学基础

1、生态学及其研究内容

Ø定义：生态学是研究生物和环境之间相互关系以及生物与生物之间相互关系及其作用机理的一门科学。

Ø生态学的研究内容

• 以自然生态系统为对象：探索环境对生物的作用，以及生物对环境的反作用，及其相互关系的规律。

• 以人工生态系统或半自然生态系统为对象：研究不同区域系统的组成、结构、功能，是当前研究的主要内容。纯粹自然生态系统已很少，大多为受干扰的（disturbed）生态系统。

• 以社会生态系统为对象：生态学与社会经济的结合。

2、种群数量变动规律

Ø种群

•种群（Population）：某特定时间，栖居在某个自然区域内的同种有机体的组合（一定空间里某种个体的组合）。

•种群大小: 指一个种的个体数目多少。可以用以下指标来衡量–种群数量：一定面积或容积中某个种的个体总数。

–种群密度：单位面积或单位容积内的个体数目。

Ø种群数量变动规律

•时间 t 之末的种群数 N

t ＝N

＋(b-d）

（N

为起始种群数，b为出生数，d为死亡数。）•种群在单位时间内或某一瞬间增长率（r）

r（％）＝（N

t -N

）/N

×100

dN/dt = rN （设环境资源不受限制，增长率r为一恒值）

•其指数式为 N

t = N

e rt ( e为自然对数的底），表示种群在这种环境状况下

呈指数式增长。

当r>0时，种群按指数曲线形式无限制地增长，呈“J”字型指数生长曲线；当

r=0时，则N

t =N

；当r<0时，种群衰退。

Ø逻辑斯谛增长方程（Logistic growth equation）曲线

•环境负荷量：实际上，在一定的空间时间下，环境条件（包括资源、食物、生活空间等）是有限的，它所能支持的种群最大数量也是有限的，其极限值，即环境负荷量，用K表示。

• Verhulst(1839)及Pearl和Reed(1920)最早提出描述公式，即逻辑斯谛增长方程： dN/dt=rN(K-N)/K ; K为环境负荷量

当K－N>0,种群增长；当K－N<0,种群个体数目减少；当K－N=0,种群大小基本处于稳定的平衡状态；

上式积分得： N＝K/(1+e a-rt) ; 式中a=r/K

•此方程画出的曲线开始时呈指数增长趋势，后来增长趋势逐渐缓慢，最后（在接近环境负荷量K时）达到比较稳定的停滞水平，呈现“S”形。

3、群落的演替与环境因子的关系

•演替是指群落经过一定历史发展的时期，由一种类型变为另一种类型的顺序进程。

•演替的动力

–内因动态演替

–外因动态演替

•演替的基本类型

–原生演替（primary succession ）——在原生裸地上发生的演替系列。

–次生演替（secondary succession）——原来的植物群落由于火灾、洪水、崖崩、火山爆发,风灾、人类活动等原因大部消失后所发生的演替。

•演替顶级就是这样的一个群落，它们的种类在综合彼此之间发展起来的环境中很好地互相适合；它们能够在群落内繁殖而且能排除新的种类，特别是可能成为优势种的种类在群落内的定居。也就是说，演替顶级是群落演替的最终阶段。

4、生态系统

•生态系统实际上就是指一定地域内生存的所有生物和环境相互作用的、具有能量转换、物质循环代谢和信息传递功能的统一体。生态系统的范围可大可小，大至整个生物圈、整个海洋……。它在大小和空间范围上往往依据人们所研究的对象、研究内容和研究目的或地理条件等因素而确定。

5、生态系统的组成

•生态系统的组成成分，使之系统内所包括的若干类相互联系的各种要素。

•生态系统由两大部分、四个基本成分组成。两大部分就是生物和非生物环境；四个基本成分是指生产者、消费者、还原者和非生物环境。

6、生态系统的主要功能

生态系统的主要功能

Ø生物生产

•生物生产力: 绿色植物通过光合作用，把太阳能转变成贮存在化学键中的化学能的过程叫做生态系统的初级生产过程。单位时间，单位面积内的初级

生产称为初级生产力，用 gC/m2表示。总初级生产力P

g ，净初级生产力P

n

P

g =P

n

+R 或 P

n

=P

g

-R (R为呼吸的消耗)

•次级生产：除了初级生产者以外，其它有机体的生产称为次级生产，次级生产者利用初级生产量进行生长、发育、繁殖以及营养物质的贮存和积蓄。

Ø生态系统中的能量流动

n 生态系统中的能流是单向的，即单向流动。

n 流动过程中的各营养级层层递减（十分之一定律）。

n 能量流动是以物质的形式为主要传递形式。

Ø生态系统中的物质循环

• 生物地化循环矿物元素在生态系统之间的输入和输出，它们在大气圈、水圈、岩圈之间以及生物间的流动和交换称生物地(球)化(学)循环，即物质循环。

• 水循环——生态系统中物质和能量交换的基础

• 碳循环——碳是构成生物体的主要元素

• 氮循环——氮是构成生物体有机物质的重要元素

• 硫循环、磷循环——硫、磷是维持生命所必需的重要元素

Ø有毒物质的迁移和转化

n 迁移：是重要的物理过程,包括分散、混合、稀释和沉降等；

n 转化：主要是通过氧化、还原、分解和组合等作用，会发生物理的化学的和生物化学的变化。

Ø生态系统的信息传递——生态系统中各生命成分之间与环境之间的信息交流与反馈过程。

•物理信息：生态系统中的光、声、温度、湿度、磁力等通过物理过程传递的信息。

•化学信息：生物产生一些可以传递信息的化学物质，如植物的生物碱、有机酸、性外激素等。

•行为信息：动物的特殊行为，向同种或异种生物传递特定的信息,即生物的行为特征可以体现为行为信息。

7、生态系统的物质循环（见上题）

8、生态系统的平衡

Ø生态系统中的能量流动、物质循环与信息交流总是不断地进行着，在一定时间内，生态系统内的生物种类与数量相对稳定，它们之间及它们与环境之间的能量流动、物质循环与信息交流也保持稳定，达到统一协调的状态，这种平衡状态就叫生态平衡。

Ø生态平衡是动态的和相对的平衡，其主要特征包括：

（1）生物的种类和数量保持相对稳定；

（2）物质与能量的输入和输出保持相对稳定；

（3）物质与能量的循环与流动保持合理的比例与速度；

（4）生态系统具有良好的自我调节能力。