第1讲环境修复与生态系统健康.ppt

教学目标,了解环境问题及其产生的根源掌握环境污染物的概念，了解不同类型污染物对生态健康的危害了解污染环境修复的基本概念、技术手段及其应用现状及前景了解土壤、水体、大气和固体废弃物污染的现状，危害及其治理途径和策略对目前存在的主要环境污染问题，能发表相关看法并针对性的提出1-2条合理化治理建议。,第一讲绪论,第一节、环境修复与生态健康的意义第二节、环境修复与生态系统健康概念第三节、环境污染对人体健康的影响第四节、环境修复与生态健康研究任务,第一节研究意义,环境问题全球主要的环境问题及其产生根源环境污染生态系统退化(生态病理学),环境,环境：可以影响人类生存与发展的各种自然因素与社会因素的总和。自然环境：是人类生活和生产所必需的自然条件和自然资源的总称，即阳光、温度、气候、地磁、空气、水、岩石、土壤、动植物、微生物以及地壳的稳定性等自然因素的总和。社会环境:是人类在自然环境的基础上，为不断提高物质和精神生活水平，通过长期有计划、有目的地发展，逐步创造和建立起来的人工环境。,环境问题,环境问题：由于人类活动或自然因素引起环境质量下降、对人类及其他生物的正常生存和发展所造成种种影响和破坏的问题。环境问题包括生态环境破坏与环境污染。原生环境问题：地震、海啸、火山活动、崩塌、滑坡、泥石流洪涝、干旱、台风、虫灾等次生环境问题城市化、工农业对环境的污染：污染(大气、水体、土壤、生物、放射等)、干扰(噪声、震动、热、电磁辐射干扰等)不合理开发利用自然资源，生态环境破坏：森林破坏、草原退化、水热平衡失调、沙漠化、盐渍化、潜育化、水土流失、物种灭绝、自然景观破坏等,健康环境,健康环境只是相对的，特指存在于其中的各种物质或能量都低于有关环境质量标准。健康环境体现了人类的价值取向。,全球十大环境问题,全球气候变暖臭氧层的耗损与破坏酸雨蔓延生物多样性减少森林锐减土地荒漠化大气污染水体污染资源短缺固体废弃物成灾,温室效应,温室效应,温室效应（Greenhouseeffect）导致全球气候变暖，导致气候变化、海平面上升(70-140cm/1.54.5)、生态环境变化。,温室气体：二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、一氧化二氮（N2O）、氯氟碳化合物（CFC）、四氯化碳（CCl4）、一氧化碳（CO）等。低碳经济、低碳生活,臭氧层的耗损与破坏,臭氧层:离地球表面1050千米的大气平流层中集中了地球上90%的臭氧气体，在离地面25千米处臭氧浓度最大，形成了厚度约为3毫米的臭氧集中层，称为臭氧层。危害：大量紫外线直接辐射地面，导致人类皮肤癌、白内障发病率增高，抑制人体免疫系统功能；农作物受害减产，影响粮食生产和食品供应；破坏海洋生态系统食物链，导致生态平衡破坏。,酸雨蔓延,酸雨蔓延,酸雨是pH值小于5.6的从空中云雾降落到地面的液态水(雨)和固态水(雪、霰、雹)。对人类、建筑、农作物、树木、水体均有影响.,二氧化硫和氮氧化物等气体主要是在能源使用过程中排放出来的。全世界有三大著名的酸雨区：北美的五大湖地区，北欧，华南。,SO2+OHHOSO2,HOSO2+O2HO2+SO3,SO3(g)+H2O(l)H2SO4(aq),NO2+OHHNO3,生物多样性减少,生物多样性减少,生物多样性是指某一区域内遗传基因的品系、物种和生态系统多样性的总和。濒临灭绝:1/8的植物；l/4的哺乳动物；l/9的鸟类；l/5的爬行动物；l/4的两栖动物；l/3的鱼类。,森林锐减,1980-1990年之间全球平均每年损失森林995万hm2。,土地荒漠化,过度放牧、采矿、修路等人类活动，破坏了地表植被，大面积草地退化，使绿色原野逐步变成类似沙漠的景观.目前，中国的荒漠化土地面积为262多万km2，相当于l0个广东省，而且每年还以3000多km2的速度在扩大沙漠化的结果是产生沙漠化的土地。,资源短缺,能源、森林资源、水资源、矿产资源短缺。目前全球有约13的人口已受到缺水的威胁，2000年缺水人口增加到12以上。我国人均水资源占有量仅为世界人均占有量的14，加上水资源在时间和空间上分布的不均匀性，水资源短缺的矛盾十分突出。,水体污染,我国七大水系的水源只有不到30能满足饮用水水源的水质标准。,空气污染,光化学烟雾污染是指汽车、工厂等污染源排入空气的碳氢化合物和氮氧化物等一次污染物在阳光作用下会发生光化学反应生成二次污染物，由一次和二次污染物的混合物所形成的烟雾污染现象，称为光化学污染。空气中的主要污染物有悬浮颗粒物、一氧化碳、臭氧、二氧化硫、氮氧化物、铅等。,固体废弃物成灾,矿业固体废弃物，工业固体废弃物，城市垃圾、农业废弃物和放射性固体废物,浙江省固废污染,浙江省是我国农村现代化进展较快、农村环境问题较为突出的省份。我省已有近400个养殖区、5700个大型养殖场、3万多个规模养殖基地；农村每年生活垃圾1000多万吨，畜禽粪便产出量为1600万多吨，农作物秸秆产量在1200万吨以上，生活污水等高达4000多万吨，污泥产出量大、处理率低。,我国的环境质量状况,七大重点流域地表水均受到不同程度的污染，加剧了水资源的供需矛盾。一些湖泊富养化严重，城市近海海域污染严重，赤潮频繁发生，其面积不断扩大。城市环境质量下降，空气污染严重，酸雨面积占国土面积的30，是世界三大酸雨区之一。城市普遍存在噪声扰民现象，在开展区域环境噪声监测的176个城市中，一半以上的城市属于中度或较重污染城市。城市生活垃圾和固体废弃物污染日益严重，城市生活垃圾仅有少量经过无害化处理，全国上百座城市出现垃圾围城现象，二次污染、“白色污染”问题十分突出。土地退化严重，荒漠化、盐碱化面积不断扩大。扬尘、浮尘和沙尘暴等自然灾害频繁发生。,环境复合循环污染,区域环境质量恶化,区域社会经济可持续发展,经济发展,投资环境,社会稳定,出口贸易,旅游创汇,投资经商,人体健康,食物安全,生态安全,造成环境问题原因分析,过度收获(Overharvesting)人为的改造(PhysicalRestructuring)引入外来物种(IntroductionofExoticSpecies)修正自然混乱(ModificationofNaturalPerturbations),1、过度收获(Overharvesting),对于陆地生态系统，过度放牧会造成半干旱草原生态系统退化为沙漠对森林的的过度砍伐会造成全球森林面积的减少，而这也是造成局部地区物种灭绝的主要原因对海洋和淡水水产的过度捕捞会显著减少鱼的种类以及产量。如在黄河流域，过度捕捞已经造成鱼类资源从180,000吨减少为10,000吨。由于过度捕捞，加拿大五大湖的某些珍稀鱼类已经灭绝。,Breureetal.,2003.ABiologicalIndicatorforSoilQuality.OECD,TheNetherlands,2、人为的改造(PhysicalRestructuring),一种类型是彻底地将一种类型的生态系统改造成另外一种类型，例如把森林改造成农田，或者将农田改造成郊区。另一种类型是对已有的生态系统进行适度的调整，尽管这种干预通常会导致生态系统局部的紊乱与退化。,位于北美格兰德河工程：河流-漫滩-最大效率的利用了洪水灌溉-经济价值的作物增产-当地的经济问题得到缓和-生态系统功能的减少和对人类健康造成新危险为代价的。中国三峡大坝工程：这个河道现在由防洪堤阻隔-灌溉发电等经济效益-生态系统功能的减少和对人类健康造成新危险为代价的。中国城市化侵占农田或森林：生态系统功能的减少和对人类健康造成新危险-城市病,第一种类型案例,第二种类型案例,水利发电：通常不会完全改变一个生态系统，而是增强生态系统网络的功能，然而某些未知的结果有可能严重的扰乱自然系统的功能。建造码头：给自然环境造成破坏，减少了有价值的湿地，更改了水文，对鱼群落带来危害。大范围的走廊和管道铺设：给环境带来了压力，特别是在北部，这样的改造破坏了北美驯鹿的迁徙。这些例子仅仅是人为改造带来的负面影响的一小部分。,3、引入外来物种(IntroductionofExoticSpecies),有目的性的或者无意地引入非本地的动物或植物经常会造成生态系统中本地物种的灭绝或退化。例如，墨西哥和亚利桑那州的半干旱草地侵蚀严重，将拉赫曼画眉草引入这一地区虽然成功减少了腐蚀，但同时这一耐干旱品种淘汰了本土的物种，导致当地生物多样性破坏。在加拿大五大湖，通过韦兰运河意外地引入七鳃鳗对河流的经济鱼类资源造成了极大的危害，例如七鳃鳗大量捕食湖鲑造成湖鲑数量骤减。,4、修正自然混乱(ModificationofNaturalPerturbations),消除生态系统中的波动也被认为是环境压力，会造成严重的生态系统退化如扑灭森林和草原的火灾，调整河流以及控制自然界的昆虫爆发在过去被认为是对生态系统有积极作用的措施。此类用于控制生态系统的措施会产生反作用，因为阻碍自然波动，不可避免地减弱生态系统的自我平衡能力，而最终导致生态系统退化。,火灾扑灭和放牧造成美国西南部Ponderosa松树林结构和功能改变。,二、环境污染,环境污染：指人类活动产生并排入环境的污染物或污染因素超过了环境容量和环境自净能力，使环境的组成或状态发生了改变，环境质量恶化，从而影响和破坏了人类正常生产和生活。,环境污染的来源,工农业生产活动产生的污染工业生产过程中排出的废水、废气、废渣、粉尘以及产生的噪声、恶臭、振动、辐射等。农业生产使用的化肥、农药、除草剂、农膜等。突发性生产事故引起的污染。生活活动产生的污染：如燃煤、污水、废弃物开发建设活动产生的污染：房地产开发其他：如战争、拍戏,化肥使用,仅占全球9%的耕地面积上消费了32%的化肥,单位面积化肥用量达全球平均水平的3.7倍,中国全球第一化肥消费大国,化肥与农业发展,化肥的发展对保障我国粮食安全发挥了巨大的作用,未来大幅度提高粮食产量的需要将使化肥的施用量保持快速增长,农机13%,其它10%,肥料32%,灌溉28%,种子17%,粮食增产诸因素的贡献率,过量施用化肥现象,小麦季氮肥施用量：280450kg/ha玉米季氮肥施用量：200350kg/ha,每公斤养分增产的粮食不到全球平均的1/2,发达国家：氮肥当季利用率约为50，磷肥当季利用率约为30。中国：氮肥当季利用率为30-35，磷肥当季利用率为10-25。,中国,世界,化肥使用,肥料用量大肥料利用率低施肥效益低环境风险大,环境污染,香格里拉圣湖美景遭遇无极“劫色”之痛,影片无极中那片令人惊艳的高山杜鹃花海，取景于云南省迪庆藏族自治州香格里拉县深山里的“圣湖”碧沽天池。当剧组把美景定格到银屏上的同时，却给世外仙境般的碧沽天池留下了难以抚平的伤痛.,破旧的断桥横在水面,留在碧沽天池边的“海棠金舍”残体,新版三国演义电视剧剧组在浙江永康杨溪水库拍外景，在拍摄期间，杨溪水库周围除了堆积如山的塑料饭盒、酒瓶甚至粪便等生活垃圾外，由于拍摄交战的夜戏，现场还弥漫着浓重的柴油味，水中也有小部分黑色漂浮物，可能会影响到永康当地近30万人的饮水水源。永康杨溪水库管理部门紧急叫停。,新版三国演义剧组污染水源被要求撤离,污染源,污染源指向环境排放有毒有害物质或对环境产生有毒有害影响的场所、设备和装置。控制污染源，是改善环境质量的根本。污染源管理的原则是：预防为主，防治结合；污染者承担治理责任，开发者承担补偿责任和不断强化监督管理，以管促治。,污染物分类,按照污染物的性质分：化学污染：有毒的无机物和有机物物理污染：噪声、振动、热、光、辐射及放射性生物污染：微生物、寄生虫等按照污染介质分：大气污染物水体污染物土壤污染物固体废弃物,化学性污染物,饮水、装修、取暖、烹调、化妆、染发、洗涤、消毒、杀虫、食品等,造成环境污染的化学物质（化学品），包括有机物与无机物。,物理性污染物,造成环境污染的物理因素，包括光、热、噪声、电磁波等等方面。,可见光（车灯、电焊、玻璃幕墙）、红外线、紫外线等,生物性污染物,对人和生物有害的微生物、寄生虫等病原体和变应原等污染水、气、土壤和食品，影响生物产量，危害人类健康，这种污染称为生物污染。,生活污水、医院污水、屠宰、食品加工厂污水、未经无害化处理的垃圾和人畜粪便，以及大气中的飘浮物和气溶胶。,Ebola病毒,三、生态系统退化（生态病理学）,各种人类活动，各种压力的协同作用已经超过了生态系统的自我恢复功能，导致生态系统的退化。退化的生态系统失去正常的功能，好象一个有病的“人”，结构生态系统退化过程的科学叫生态病理学。,生态系统破坏带来的损失是很大的，例如森林资源、水产资源、草地资源、农田、饮用水资源的减少。这些同时会造成经济损失、人类健康威胁和由于环境恶化，乡村人口大批量迁移带来的社会混乱。仔细监控生态系统健康的标志并集中针对出现退化危险的生态系统，这样也许可以将公众的目光转向退化生态系统的保护，让公众认识到哪些活动会对生态病理造成威胁。,三、生态系统退化（生态病理学）,生态系统健康,生态系统健康是一门综合性的学科，将社会学、自然学和健康学的理论综合起来，认识生态系统功能紊乱、诊断造成紊乱的原因以及分析可能矫正环境退化的方法和可行的降低生态病理的保护措施。人类健康和生态健康是紧密联系在一起的,第2节环境修复与生态健康概念,污染环境的修复,三条防线防治环境污染：更新技术、改进工艺，减少污染物产生的总量，即清洁生产的方法；对从工厂、矿山、农场和居民区排出废水和污水进行集中处理，然后再排放；对已经进入环境中的分散污染物进行处理，即修复技术。,修复(Remediation)：指借助外界作用力使某个受损的特定对象部分或全部恢复到原初状态的过程。包括恢复(restoration)、重建(reconstruction)、改建(renewal)三个方面。环境修复：对被污染的环境采取物理、化学与生物学技术措施，使存在于环境中的污染物质浓度减少或毒性或完全无害化。,一、环境修复概念,环境污染与环境修复净化的对立统一关系,环境污染,环境修复净化,超过环境净化能力,在环境承载力范围内,环境净化强调的是环境中内源因子对污染物质或能量的清除过程，是一种自然的、被动的过程；环境修复则强调人类有意识的外源活动对污染物质或能量的清除过程，是一种人为的、主动的过程。,修复技术的发展,物理方法：萃取、热去除化学方法：施用改良剂、氧化还原剂、冲洗物理化学方法：空气吹脱法、原位玻璃法、射频加热法等等生物方法：生物修复,二、生态系统健康概念,1、生态系统概念：生态系统（Ecosystem）定义：是指在一定时间和空间内，由生物群落与其环境组成的一个整体，组成要素间藉助物种流动、能量流动、物质循环、信息传递和价值流动，而相互联系、相互制约，并形成具有自调节功能的复合体。,生态系统定义的基本含义：生态系统是客观存在的实体，有时空概念的功能单元；由生态和非生物成分组成，以生物为主体；各要素间有机地组织在一起，具有整体的功能；生态是人类生存和发展的基础。生态系统范围可大可小，通常是根据研究的目的和具体的对象而定。最大是生物圈(Biosphere)，可看作是全生态系统，它包括了地球一切的生物及其生存条件。小的如一块草地，一个池塘都可看作一个生态系统。,2、生态系统健康评价,评价：生态系统健康可以从“活力、恢复力和结构”三个方面来评价，或者以生态系统输出的物质和能量来衡量。恢复力是指生态系统在压力作用下维持其结构和行为格局的能力。结构是指组成部分的多样性和它们相互依存的程度及互作方式。研究内容：生态系统退化（功能紊乱）过程机理（病理），生态系统健康的评价、诊断及预警方法；生态系统持续健康管理方法以及调控技术。环境修复是一种维持生态系统健康的调控技术。,健康、整体和可持续发展的区别,可持续发展概念包含的原则是：发展必须符合既满足当代人的需求又不损害子孙后代满足其自身需求的能力。生态系统完整性包含的概念是生态系统进化代表了世界上最好的东西，而且进化增强了生态系统多样性和复杂性。这个自然“完整性”是值得维护、珍视的目标。生态系统健康的概念强调表征生命系统生存能力和可持续性特征的恢复力、生产力和活力。,生态系统健康：医学的最后领域,健康的概念一直是医学实践中的主导力量，不管我们谈论的是“东方”或“西方的医学”或者是“原住民医学”。它是与长寿有关系的，但与长寿不同义。将健康应用于生态群落或生态系统是一种延伸。从个人的角度来看，环境条件直接影响个人健康。从社会的角度来看，社会目标的实现依赖于保持生命系统的生存能力。人类健康与环境之间的联系表明，导致人类疾病的原因通常与环境转变有关。最终，人类医学和人类健康服务的方法必须寻找根本原因就是，环境转变造成了许多个人与公众的健康问题。如划算的治疗霍乱的方法可能会从治疗霍乱病人转向管理造成病原体繁殖扩散的废弃物。,3、生态系统健康特征,生态系统健康隐喻不赞同传统生物医学模型。传统的生物医学模型通常是非常的简单，仅仅将疾病与最近的原因联系在一起，而忽视很多对疾病有贡献和相关的因素。这种简化对于医学和生态学都是不合理的。生态系统健康隐喻不赞同主流的医学方法，主流的方法通常首先考虑利益而不是健康。医学方法强调治疗而非预防。吸烟是导致肺癌的主要原因，但目前解决这个问题的方法是怎样治疗癌症而不是研究改变生活方法和预防。人类健康的许多问题都是采用这种方法，只有当问题出现了才去解决，而不是减少发生问题的可能性,生态系统健康隐喻不赞同普通的医学方法，这种方法对于健康检查和治疗的职责几乎完全依靠医学的专业人员。在生态系统健康的决策中，需要将整个团体当作一个整体。科学家和资源管理者应该是中立的律师，这样才能做出有用的决策作为团体的管理者应该是作最后决定的人。生态系统健康作为一个社会目标世界上主要的生态系统在数量和质量上都出现了明显的退化，因此我们要把生态系统健康当作未来努力的一个重要目标。在生态系统不健康的情况下，社会基础和经济系统就会破坏。生态系统的持续退化将会威胁到整个人类社会的未来。生态系统健康是一个跨学科的科学跨学科的动机在于发展新颖的思路和有效地解决问题的方法。,第3节、环境污染对人体健康的影响,环境污染物进入人体的途径环境污染物在人体中的分布和代谢环境有害因素对机体作用的特征环境毒物对人体的毒害作用,一、环境污染物进入人体的途径,环境污染物进入人体的主要途径有饮食、呼吸和皮肤三个途径消化道吸收：化学污染物随饮食进入人体，先后经过口腔、咽喉、食管、胃、小肠、大肠等部位。消化道任何部位都有吸收作用，但主要是小肠。呼吸道吸收：各种污染物(呈气体、蒸气或颗粒物形态的非生物物质或微生物)随空气进入人体，先后经过鼻、咽、喉、气管、支气管及肺等部位。从鼻腔到肺泡整个呼吸道各部分结构不同，对污染物的吸收情况不同。皮肤吸收：液态的醇类、酚类或某些有机磷杀虫剂较易渗入皮肤，而水溶性盐类等化合物较难渗入。皮肤还能吸收氧气、二氧化碳和水蒸气等，所以它具有一定的呼吸功能。至于固体物质，必须先行溶解于皮肤上的汗水，转咸水溶液后方可渗入皮肤。,二、环境污染物在人体中的分布和代谢,1头发As、Hg；2脑Hg、Pb、CO；3鼻Cr、Cu；4齿F、Pb；5甲状腺、CO；6呼吸道、肺SOx、NOx、Hg、Pb、Cd、CN-（氰化物）、IP（Inhalableparticles,PM10,可吸入颗粒物)；7肝Hg、Cu、Pb、多种有机物;8肠胃Ag、Mn、Pb、Hg、Zn；9肾Al、Cd、Pb、Hg、Cu、Br10骨Pb、Cd、Mn、Zn、Re、F、P；11皮肤Zn、Ag、Cu、Hg、CN-。,三、环境有害因素对机体作用的特征,(一）剂量一效应(反应)关系；剂量一效应关系:随着环境有害因素剂量增加，它在机体内所产生的有害生物学效应会相应增强，这主要是针对个体而言。它表示进入机体的环境有害因素剂量与某个机体所呈现出的生物效应强度间的关系。2剂量反应关系:剂量反应关系是指随着环境有害因素剂量增加，产生某种特定生物学效应的个体数会相应增加。通常以出现特定生物学效应的个体占总测试个体数的百分比来表示。这是环境有害因素作用于人群后，机体反应的一般表示方法。,(二)作用时间与蓄积效应,环境有害因素(特别是化学性污染物)长时间接触人体，可能在人体内贮存和蓄积，逐渐达到可能对靶器官和靶组织产生病理性损害的剂量或浓度，从而出现有害的生物学效应。化学性污染物在机体内的蓄积称为物质蓄积。有些环境有害因素进入机体后，能较快地被分解并以多种形态迅速排到体外，不在机体内蓄积。但该物质在靶组织或靶器官上产生的功能改变可逐渐累积，从而导致机体对该物质的反应性增强，功能或生化代谢改变加重，最终造成器官或组织的损害，称之为功能蓄积。,(三)健康效应谱与敏感人群,1.健康效应谱：环境因素作用于机体后的健康效应谱，是一个连续的多个阶段的过程。可引起机体感觉不适、生化功能障碍、组织和器官发生生理功能和病理改变，进而出现临床症状，甚至个别出现死亡。多数环境有害因素引起的机体效应是非特异性的生理病理和生化功能受损。,图人群对环境异常变化的健康效应谱,2.敏感人群：当某一强度的环境因素作用于人群时，大多数人可能呈现出轻度的生理负荷增加或代偿性功能状态。然而由于易感性的差异，有少数人可能出现病理改变甚至死亡，这类易受环境损伤的人群被称为敏感人群。（影响因子：生理状态，基因多态性等）3.高危险人群：在同一环境因素变化条件下，少部分人反应强烈，出现患病甚至死亡，大部分人反应不大。易受环境因素损害的那部分敏感人群称为高危险人群，在同一污染环境中，高危险人群比正常人出现健康危害早而且程度也严重。,四、环境毒物对人体的毒害作用,1急性中毒：毒物的急性毒性主要源于其本身特定的化学结构，其毒作用的强度又与其进入机体的量之间呈正相关。2慢性中毒：慢性中毒的特点是毒性显示与其在体内的代谢过程有关。毒物在人或动物全生命期的大部分时间内或整个生命期内持续作用于机体所引起的损害作用就是慢性中毒作用。这种毒性的特点是小剂量，多次摄入，作用的持续时间长，引起的损害缓慢细微，易呈现耐受性，并有可能通过遗传贻害后代。3远期中毒：三致性毒物是指那些进入人体后能致癌、致畸和致突变的毒物。这些毒物的致病、致残、致死的效应是远期性的，但对人类生存的威胁很大。,1）环境污染与致癌危害：最早发现空气污染与肺癌发生关系的英国外科医生R.Pott在1775年发现，煤焦油可能致癌（阴囊癌和皮肤癌）；环境化学物的致癌作用是指化学物引起正常细胞发生恶性转化并发展成肿瘤的过程。8090的人类癌症与环境因素有关。2）环境污染与致畸危害：许多化学污染物具有类似激素的作用，能干扰生物体的内分泌功能，对机体、后代或亚群引起有害效应。这些化学污染物称为环境内分泌干扰物，又称为环境荷尔蒙或环境激素。目前，已确认的环境内分泌干扰物有70多种，主要为农药、合成洗涤剂、防腐剂、涂料、塑料制品和石油制品等。它们影响体内激素的合成、分泌、传递、结合、启动以及消除等环节，从而对个体的生殖、发育以及行为产生多方面的影响。,第4节环境修复与生态健康研究任务,主要