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第二章环境科学理论 2016年9月20日 1 环境的基本概念 第一节环境的基本概念 一 环境的概念所谓环境 environment 一般总是相对于某项中心事物而言的 总是作为某项中心事物的对立面而存在的 即是相对于中心事物而说的背景 在环境科学中 环境指的是以人类为主体的外部世界 主要是地球表面与人类发生相互作用的自然要素及其总体 环境是人类生存发展的基础 也是人类开发利用的对象 作为中心事物人的环境 它是围绕着人群的空间及其中可以直接 间接影响人类生活和发展的各种自然因素 工程因素和社会因素的总体 第一节环境的基本概念 中华人民共和国环境保护法 明确指出 本法所称环境是指 大气 水 土地 矿藏 森林 草原 野生动物 野生植物 水生生物 名胜古迹 风景游览区 温泉 疗养区 自然保护区 生活居住区等 这里所指的是作用于人类这一客体的所有外界事物 是人类的生存环境 所以 人类的生存环境不同于生物的生存环境 也不同于所谓的自然环境 自然环境 指的是一切可以直接或间接影响到人类生活 生产的自然界中的物质和能量的总体 自然环境 比较 自然环境 是环绕人们周围的各种自然因素的总和 如大气 水 植物 动物 土壤 岩石矿物 太阳辐射等 这些是人类赖以生存的物质基础 通常把这些因素划分为大气圈 水圈 生物圈 土壤圈 岩石圈等五个自然圈 人类是自然的产物 而人类的活动又影响着自然环境 环境 是指人类赖以生存发展的地球表层 包括自然环境和人文环境 是自然环境和人文环境的总和 人类的原始环境是自然环境 人类的祖先是在地表自然界发展到一定阶段 具备了一定条件后通过自己同环境作斗争的辛勤劳动 才作为一个新物种从其他动物中分化出来的 人类劳动学会了更有效地利用环境 改造环境 从而给自然环境打上人类社会活动的烙印 并相应地产生了一个智能圈 noosphere 或技术圈 technosphere 社会经济圈 socio economicsphere 人类赖以生存的环境 就是这样由简单到复杂 由低级到高级发展起来的 自然环境 智能圈 第一节环境的基本概念 二 环境的分类人类生存环境是庞大而复杂的多级大系统 它是由自然环境 工程环境和社会环境组成的 1 自然环境 是人类发生和发展的物质基础 它是由生物及其生存环境组成的 自然环境的结构单元由自然环境要素组成 自然环境要素包括大气 土地 岩石以及生物以各种不同组分和耦合方式组成多种多样的生存环境 自然环境结构单元由低级结构单元再组成高级结构单元 以至组成整体自然环境 所以自然环境实际上是一个由两级阶梯组成的多级谱系 2 工程环境 是在自然环境基础上 由人类的工业 农业 建筑 交通 通信等工程所构成的人工环境 它们构成一个整体技术圈 它表示由人类社会建造的有一定社会结构和物质文明的世界 包括地球上使用技术手段的一切领域或地球表层由技术引起全部变化的总和 如工业系统 农业系统 交通系统 通信系统 城市系统和乡村居住系统等等 工程环境的形成 表明技术因素对自然界的作用 它一方面表明人类的本质力量 人类技术因素对自然的作用 另一方面也离不开自然界的状况 第一节环境的基本概念 3 社会环境 是人类在长期生存发展的社会劳动中所形成的 是人与人之间各种社会联系和联系方式的总和 包括经济关系 道德观念 文化风俗 意识形态 法律关系等 社会环境是在自然环境基础上由人类通过长期有意识的社会劳动加工和改造了的自然物质 改造的物质生产体系 积累的物质文化等构成的总和 第一节环境的基本概念 人类的环境在时间上随着人类社会的发展而发展 在空间上随着人类活动领域的扩张而扩张 人类的生存环境由近及远 由小到大可分为 人类的生存环境是一个极其庞大的 复杂的多极大谱系 1 聚落环境 是人类群居生活的场所 是人类利用和改造自然而创造出来的与人类关系最密切 最直接的生存环境 按其性质 功能和规模大小可分为居室环境 院落环境 村落环境 城市环境等 聚落环境为人类创造了方便 舒适 安全 健康的工作生活环境 是人口密集 生产发达和生活活动频繁的场所 所以聚落环境一直作为防治环境污染的重点 2 区域环境 是指包括人工环境在内的占有一定地域空间的自然环境 区域范围可大可小 区域内环境结构 特点 功能亦千差万别 以自然环境为主体的区域环境有森林 草原 沙漠 冰川 海洋 湖泊 河流 山地 平原等多种类型 以人工环境为主体的区域环境有城市 农村 工业区 旅游区 开发区等多种类型 它们分别构成一个个独特的人类生态系统 在现实社会中 区域环境往往兼具二者特点 是一种结构复杂 功能多样的环境 3 全球环境 又称地球环境 其范围包括大气圈中的对流层和平流层的下部 水圈 土壤岩石圈和生物圈 它是人类生活和生物栖息繁衍的场所 是向人类提供各种资源的场所 也是不断受到人类活动改造和冲击的空间 4 星际 宇宙 环境 指的是大气层以外的环境 它是人类生存环境的最外圈部分 即大气层以外的宇宙空间 这是在人类活动进入大气层以外空间和地球邻近天体的过程中提出的概念 也称空间环境 第一节环境的基本概念 三环境要素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 性质不同而又相互联系的基本物质成分 包括自然环境要素和人工环境要素 自然环境要素通常是指水 大气 生物 阳光 岩石 土壤等 人工环境要素包括综合生产力 技术进步 人工产品和能量 政治体制 社会行为 宗教信仰等 环境与环境要素之间的关系 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 第一节环境的基本概念 环境要素具有以下属性 第一节环境的基本概念 环境要素具有以下属性 第一节环境的基本概念 环境质量环境质量是衡量环境对人类生存和发展的适宜程度的一种指标 环境质量还可以用于表示环境遭受污染和破坏的程度 按环境要素分 土壤环境质量 第一节环境的基本概念 环境质量环境质量是衡量环境对人类生存和发展的适宜程度的一种指标 环境质量还可以用于表示环境遭受污染和破坏的程度 按工作对象分 居住环境质量 生产环境质量 另外 为方便考察环境对人类的生存和发展的影响及评定环境污染的程度 需要制定一些可比的量化指标 这些指标以生态平衡和人体健康为基准 用环境中允许存在的某些物质的最大浓度来表示 称为环境质量标准 污染物浓度超过这些标准 环境质量就被认为不适于或危害人类的生存和发展 第一节环境的基本概念 五环境的功能 1 环境的资源功能 根据环境概念的界定 各类环境要素都是人类生产生活所需要的资源 因此环境的功能首先是为人类生存和繁衍提供必需的资源 2 环境的调节功能 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 系统内外存在着物质和能量的变化和交换 系统对外部的各种物质和能量通过外部作用进入系统内部 这种过程称之为输入 系统内部也对外界发生一定的作用 通过系统内部作用一些物质和能量排放到系统外部 这个过程称之为输出 环境在自然状态下通过调节作用使系统输入等于输出 这时候就出现一种平衡 叫做环境平衡或者生态平衡 环境在自然状态下通过调节作用使系统输入等于输出 这时候就出现一种平衡 叫做环境平衡或者生态平衡 第一节环境的基本概念 五环境的功能 3 环境的服务功能 实际上 自然资源和自然生态环境的具体表现形式是各类生态系统 它们都是生命的支撑系统 4 环境的文化功能 优美的自然环境使人类在精神上和人格上得到发展和升华 不同的自然环境可塑造不同的民族性格 习俗和民族文化 优美的自然环境又是艺术家们创作和美学倾向的源泉 第一节环境的基本概念 六 环境的特性上面阐述的人类环境的4个基本功能是其特性的反映 其基本特征有环境的整体性和区域性 环境的变动性和稳定性 环境的资源性和价值性 1 环境的整体性和区域性环境的整体性 是指人与地球环境是一个整体 地球的任一部分或任一系统都是人类环境的组成部分 各部分之间存在着紧密的相互联系和相互制约的关系 环境的区域性 是指环境特性的区域差异 具体来说 就是环境因地理位置不同或空间范围差异会有不同的特性 第一节环境的基本概念 六 环境的特性上面阐述的人类环境的4个基本功能是其特性的反映 其基本特征有环境的整体性和区域性 环境的变动性和稳定性 环境的资源性和价值性 2 环境的变动性和稳定性环境的变动性 指的是在自然或人类社会行为的作用下 环境的内部结构和外在状态始终处于不断变化之中 环境的稳定性 是相对于变动性而言的 所谓稳定性 是指环境系统具有一定的自我调节特性 也就是说 环境的结构和状态在自然的和人类社会行为的作用下所发生的变化不超过一定限度时 环境可以借助自身的调节功能减轻这些变化影响 通常 环境的变动性和稳定性是相辅相成的 变动是绝对的 稳定是相对的 第一节环境的基本概念 六 环境的特性上面阐述的人类环境的4个基本功能是其特性的反映 其基本特征有环境的整体性和区域性 环境的变动性和稳定性 环境的资源性和价值性 3 环境的资源性和价值性环境的资源性 是指环境就是一种资源 这是因为人类的生存和发展 社会进步都离不开环境 既然环境是一种资源 所以环境的价值性也就显而易见了 最初 人们对环境价值的认识是有误区的 事实证明 这种错误的认识导致了人类大肆攫取自然资源 并由此引发了严重的环境污染和生态破坏 第二节环境问题 一 环境问题的基本概念环境问题全球环境或区域环境中出现了不利于人类生存和发展的现象 均称之为环境问题 环境问题的形成是多方面的 但这里所指的环境问题主要是由于人类利用环境不当 导致人类社会发展与环境不相协调所致 环境问题涉及的内容极为广泛 如环境污染 生态破坏 人口急剧增加和资源的破坏与枯竭等等 环境是人类生存和发展的物质基础 环境问题的出现和日益严重 引起了人们的重视 从而促进了环境科学研究工作的发展 二 环境问题的产生与发展 发展过程 七环境问题的产生与发展 发展过程 七环境问题的产生与发展 发展过程 人口在继续增加 经济在继续增长 全球粮食和农产品供应不充裕 能源消耗的增长率可下降 注意节能 水的问题加大 表现在供应和污染两方面 环境压力增大 第二节环境问题 三 全球环境问题 第三节环境科学 环境经济学 环境管理学 环境法学 这一系列自然科学 社会科学和技术科学的新分支学科的出现和汇聚标志着环境科学的诞生 这一阶段的特点是直观地确定对象 直接针对环境污染和生态破坏现象进行研究 在此基础上发展起来的具有独立意义的理论 主要是环境质量学说 因此 这一阶段出现了环境科学的第一个定义一环境科学是关于环境质量及其保护与改善的科学 第三节环境科学 第三节环境科学 第三节环境科学 第三节环境科学 第三节环境科学 第三节环境科学 人生活于环境之中 人类的一切活动无不受环境影响 环境问题涉及各行各业 关系每一个人的工作 生活和健康 因此 环境科学的研究内容丰富多彩 涉及自然科学 社会科学和技术科学的各个领域 环境科学的具体研究内容包括 1 人类社会经济行为引起的环境污染和生态破坏 2 环境系统在人类活动影响下的变化规律 3 确定当前环境 结构和状态 恶化的程度及其与人类社会经济活动的关系 4 寻求人类社会经济发展与环境协调持续发展的途径和方法 以争取人类社会与自然界的和谐 第三节环境科学 人类环境是一个整体 它由自然和社会综合形成 环境下的各种因素相互依存 相互影响 环境遭受破坏和污染 常常不是一个因素而是多种因素相互影响的结果 所以对环境的整体研究是环境科学的主要特点 目前 从世界各国来看 环境问题的整体研究注重人类活动与环境的相互作用 开展人口 资源 环境与发展之间的整体战略研究 环境科学的显著特点是整体性和综合性 第三节环境科学 环境是一个有机的整体 涉及面非常广泛 几乎关系每一个自然因素和社会因素 解决某一个环境问题 必须组织多学科综合研究 无论是环境破坏问题还是环境污染问题 都要与自然科学 工程技术科学 社会经济科学密切联系 共同攻关 才能协调解决问题 所以 环境科学是一门综合性很强的科学 环境科学的显著特点是整体性和综合性 第三节环境科学 第三节环境科学 一 生态学的方法生态学方法中比较常用的是生态模拟 生态学研究是在野外调查和实验获得有关数据和资料的基础上 通过建立模型问题进行概括 为研究工作提供了极为有用的手段 可以进行许多不同的模拟实验 模拟实物是现代环境科学研究的一种强有力的手段 实际实验往往需要较长的时间与较多的实验经费 特别是在污染生态学的研究中 许多实际试验会带来严重的后果 如污染染的发生 流行病的传播 虫害的暴发等 因此进行实际实验是不行的 也是不可能的 第三节环境科学 二 系统论的方法系统论可以在对一个系统的信息并末彻底弄清楚的情况下研究这个系统 并预测该系统在某些参数变化时所进行的变化 它是用数学的概念与方法 概括事物结构的整休 舍弃其特定的性质与用途 深入研究其结构和因果关系上的共性 得到具有普遍意义的结果 其核心问题是可预测性 可观察性 可控制性 稳定性和最佳方案设计等 第三节环境科学 三 模型法用模型法模拟实际环境状态 是研究环境科学的方法之一 通过建立模型能够把复杂的环境系统中各因素之间数量关系和动态机理较为消晰地表现出来 使人们能把握环境问题的主要方面和内在规律 第三节环境科学 随着人类在控制环境污染方面所取得的进展 环境科学这一新兴学科也日趋成熟 并形成自己的基础理论和研究方法 它将从分门别类研究环境和环境问题逐步发展到从整体上进行综合研究 环境科学的方法论也在发展 例如在环境质量评价中 逐步建立起一个将环境的历史研究同现状研究结合起来 将微观研究同宏观研究结合起来 将静态研究同动