环境科学的理论与方法

2008年环境科学的理论与方法一、自然生态系统：是在一定时间和空间范围内，依靠自然调节能力维持的相对稳定的生态系统。如原始森林、海洋等。由于人类的强大作用，绝对未受人类干扰的生态系统已经没有了。自然生态系统可以分为：水生生态系统：以水为基质的生态系统；陆生生态系统：以陆地土壤或母质等为基质的生态系统。城市生态系统：按人类的意愿创建的一种典型的人工生态系统。其主要的特征是：以人为核心，对外部的强烈依赖性和密集的人流、物流、能流、信息流、资金流等。科学的城市生态规划与设计能使城市生态系统保持良性循环，呈现城市建设、经济建设和环境建设协调发展的格局。 城市生态系统是城市居民与其环境相互作用而形成的统一整体，也是人类对自然环境的适应、加工、改造而建设起来的特殊的人工生态系统。自然生态系统与城市生态系统的不同之处：组成：从组成上看，自然生态系统有四个基本组成部分，即非生物环境、生产者、消费者、分解者；而城市生态系统主要有两大部分，即由生物物质与无生命物质两部分组成，生物物质主体是消费者人，而不是动植物。城市生态系统是人类起主导作用的生态系统。城市中的一切设施都是人制造的，人类活动对城市生态系统的发展起着重要的支配作用。与自然生态系统相比，城市生态系统的生产者绿色植物的量很少；消费者主要是人类，而不是野生动物；分解者微生物的活动受到抑制，分解功能不强。营养结构：从营养结构上看，我们知道，食物链和食物网是生态系统的营养结构，生态系统的物质和能量就是顺着这种渠道流动的。自然生态系统内能量的流动是靠各种有机体来转化和传递的，能量在顺着营养级序列传递时，大部分于呼吸，只有10%左右输送给上一级。这样便形成了逐级地、急剧地、梯级般的递减图形，即能量金字塔。城市生态系统中生产者与消费者的关系，则成倒金字塔，即生产者所占比例很小，消费者所占比例大。维持城市居民生活和城市正常生产的物质与能量，必须从环境中或外界输入，并同时向环境排泄废物，因此，城市生态系统是开放式的。系统功能：城市生态系统的功能是指系统及其内部各子系统或各组成成分能为人类社会提供的各种类型优的服务。自然生态系统的功能主要是物质流、能量流和信息流；城市生态系统的功能，除了上面3个流以外，还有人口流和价值流在发括重要作用城市生态系统的功能表现为系统内外的物质、能量、信息、货币及人力资源的输入、转换和输出。生物生产功能1生物的初级生产：植物的光合作用过程2生物的次级生产：非生物生产功能1物质生产：是指满足人们的物质生活所需的各类有形产品及服务。包括，各类生态产品；生态建设的设备产品；服务性产品2非物质生产：是指满足人们的精神生活所需的各种文化艺术产品及相关的服务城市起到了保存与保护人类文明与文化进步的作用。城市又始终是文化知识的“生产基地”，是文化知识发挥作用的“市场”，同时城市又是文化知识产品的消费空间。城市非物质生产功能的加强，有利于提高城市的品味和层次，有利于提高城市人类及整个人类的精神素养。能量流通：城市生态系统的能力流通具有高流动性的特点，而在能量使用上，自然生态系统和城市生态系统的的能量显著不同之处是：前者的能力流动类型主要集中于系统内各生物物种间所进行的生态过程，反映在生物的新陈代谢过程之中；而后者在人力制造的各种机械设备的运行过程中。并且随着城市的发展，它的能量，物资供应地区范围越来越广，从城市所在的临近地区到整个国家，直到世界各地；在传递方式上，城市生态系统的能量流动方式要比自然生态系统多。自然生态系统主要通过食物网传递能量，而城市生态系统可通过农业部门，采掘部门，能源生产部门，运输部门等传递能量；在能量流运行机制上，自然生态系统能量流动是自为的，天然的，而在城市生态系统能量流动以人为主，如一次能源转换成二次能源，有用能源等皆依靠人工；在能量生产和消费活动过程中，有一部分能量以三废形式排入环境，使城市遭到污染。调控机制：从生态平衡上看，自然生态系统的成分相对多样化，营养结构相对复杂，自动调节能力就较大，易维持生态平衡，因此，自然生态系统总是在不平衡平衡不平衡的发展过程中进行着物质与能量的交换，推动着自身的变化和发展。城市生态系统中，生产者不足，CO2含量多，环境容量小净化能力弱，随着城市人口的数量增长，工业的发展，城市生态系统的功能也日趋复杂，所以城市生态平衡最易遭到破坏，从而出现许多严重的环境问题。城市生态系统中自然系统的自动调节能力弱，容易出现环境污染等问题。城市生态系统的营养结构简单，对环境污染的自动净化能力远远不如自然生态系统。城市的环境污染包括大气污染、水污染、固体废弃物污染和噪声污染等。二、三、四、酸雨的概念 在正常情况下，由于大气中含有一定的二氧化碳，降雨时二氧化碳溶解在水中，形成酸性很弱的碳酸，因此正常的雨水呈微酸性，PH值约为5.65.7。在 1982年6月的国际环境会议上，国际上第一次统一将PH值小于5.6的降水（包括雨、雪、霜、雾、雹、霰等）正式定为酸雨。酸雨中的酸绝大部分是硫酸和硝酸，主要来源于工业生产和民用生活中燃烧煤炭排放的硫氧化物、燃烧石油及汽车尾气释放的氮氧化物等酸性物质。（界定酸雨的概念）酸雨的成因大气中的二氧化硫和氧化氮是形成酸雨的主要物质。美国测定的酸雨成分中，硫酸占60%，硝酸占32%，盐酸占6%，其余是碳酸和少量有机酸。大气中的二氧化硫和氧化氮主要来源于煤和石油天然气的燃烧，它们在空气中缓慢氧化，分别形成硫酸和硝酸。酸雨的成因是一种复杂的大气化学和大气物理的现象。酸雨中含有多种无机酸和有机酸，绝大部分是硫酸和硝酸。工业生产、民用生活燃烧煤炭排放出来的二氧化硫，燃烧石油以及汽车尾气排放出来的氮氧化物，经过“云内成雨过程”，即水气凝结在硫酸根、硝酸根等凝结核上，发生液相氧化反应，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；又经过“云下冲刷过程”，即含酸雨滴在下降过程中不断合并吸附、冲刷其他含酸雨滴和含酸气体，形成较大雨滴，最后降落在地面上，形成了酸雨。我国的酸雨是硫酸型酸雨。酸雨的危害由于酸雨对河湖、植物、土壤等均有影响，破坏了自然生态，势必危及野生动物的生存，乃至整个生态系统的平衡。酸雨的危害直接危害植物植物对酸雨反应最敏感的器官是叶片，叶片受损后光合作用降低，抗病虫害能力减弱，林木生长缓慢或死亡，农作物减产。破坏水环境当PH值降至5.0以下，鱼卵多不能正常孵化，即使孵化，骨骼也常是畸形的；加之河底淤泥中的有毒金属遇酸溶解，更加速了水生生物的死亡。如在瑞典的9万个湖泊中，已有2万多个遭到酸雨危害，4000多个成为无鱼湖。美国和加拿大许多湖泊成为死水，鱼类、浮游生物、甚至水草和藻类均一扫而光。使土壤酸化影响和破坏土壤微生物的数量和群落结构，抑制了土壤中有机物的分解和氮的固定，使土壤贫瘠化，导致生长在这里的植物逐步退化。对文物古迹、建筑物、工业设备和通讯电缆等酸雨主要成分硫酸对金属（钢铁等）大理石的腐蚀：H2SO4+FeFeSO4+H2H2SO4+CaCO3CaSO4+CO2+H20具有2000多年历史的雅典古城的大理石建筑和雕塑已千疮百孔，层层剥落。重庆嘉陵江大桥，其腐蚀速度为每年0.16毫米，用于钢结构的维护费每年达20万元以上。北京的汉白玉石雕近30年来其受侵蚀的厚度已超过1厘米，比在自然状态下快几十倍。危及人体健康酸雨中含有的甲醛、丙烯酸等对人的眼睛有强烈的刺激作