环境微生物学复习题-环境科学与管理

环境微生物学复习题-环境科学与管理

环境科学原理第一篇

弟一扁

第三篇

第四篇

第五篇

第六篇

第七篇

地球环境与生态系统当代资源与环境问题可持续发

展战略环境伦理观环境保护的主要途径清洁生产环境

与健康

环境伦理观一一可持续发展的基石

胡善风

环境和环境问题，已成为当今世界最热门的话题。任何

事物的生存

和发展都离不开环境，科学技术发展到了今天，人类与

其生存发展环境

的关系越来越密切，因此，对环境问题的研究也引起了

各学科的关注。

“工业文明”给人类带来了现代化的生活方式，但也造

成了各种各样的

环境问题，严重威胁着人类的生存和发展。在这种情况

下，人类不得不

进行反思，总结经验教训，寻找新的出路。上世纪40

年代英国环境学家

A.莱奥伯在《大地伦理学》一书中提出了要重新确定人

在自然中的位置，

指出人类应自觉地把自己当作大自然中平等的成员。

1972年6月，联合

国第一次人类环境会议上发表了《人类环境宣言》，确

定6月5日为“世

界环境日”，强调了保护和改善人类环境的重要性。人

类即能开发利用大

自然，就应当设法保护、治理大自然，与自然界和谐发

展，共同繁荣，

走可持续发展的道路。

可持续发展理论是人类智慧的结晶，可持续发展观念的

产生是人类认

识史上的又一次重大飞跃，它标志着人类对客观事物的

认识走上了一个

新的阶段。人类必须重新认识自然的价值和其存在的意

义，不再以人的

需要取向为判别各种事物价值和效用的依据，而应以整

个自然生态环境

的需要为判别依据。这就进一步要求人们在思想道德层

面上进行变革。

随着工业化带来的环境问题的出现和逐渐加重，关于环

境伦理问题的

研究也逐渐引起学者的关注。传统的伦理道德是用以调

整人与人、人与

社会之间相互关系的，但环境伦理学的产生，将伦理道

德的视野扩展到

了自然，是对传统伦理道德的补充和升华。传统伦理道

德只注意到了人

对社会的依赖，而环境伦理则考虑到了人对自然的依

赖，是对人类生存

的社会性和对自然的依赖性的双重关照。实现可持续发

展，不仅需要制

度、政策上的改变，需要法律的约束，而更重要、更深

入持久的是要运

用环境道德的约束力，依靠扎根于人们内心的信念，运

用环境道德的规

范和原则来调节人们的行为，以人类发自于内心的自觉

行为来保证人与

环境的协调发展。

环境伦理学对人与自然、人与社会及社会与自然之间三

层关系的认识

和研究不是孤立进行的，而是把它们作为一个整体或系

统进行认识和研

究的，最终着眼于三者的有机综合。环境伦理学既要研

究人类个体行为

与自然环境之间的伦理关系，又要研究人类个体行为与

外化了的人类群

体一一社会环境之间的伦理关系，同时还要研究社会环

境与自然环境之

间的伦理关系。一般来说，人类个体的生存利益和社会

利益在宏观上应

该是一致的，但在微观具体行动上往往存在矛盾，因此

而产生了人类个

体为了一己私利而采取的不道德行为。协调这种道德关

系，正是环境伦

理学研究的内容之一。自然环境作为构成环境伦理道德

的一方，它的内

部运动规律服从于更加宏观的宇宙演化规律。在人类尚

未完全认识和掌

握这个规律之前，自然对人类作用于自己的种种不道德

行为的报复往往

是表现为盲目和随机的。在未能自觉到这种盲目随机行

为之前，人们主

要是从调控人类个体和群体对自然环境的道德行为着

手，以获得与自然

环境的和谐共存，这是环境伦理学研究的又一方面。环

境伦理学既要研

究作为道德行为主体的环境、环境道德观念、环境道德

情感、环境道德

信念、环境道德原则、环境道德规范等一系列人类主观

内省性的环境伦

理问题，又要研究作为人类环境伦理是非标准的环境道

德评价、环境道

德教育及环境道德行为的计量值控制指标体系一一环

境政策、法规等。

可持续发展环境伦理学的建构是以促进人与人之间以

及人与自然之间

的和谐，使人在进行自己的行为时，会发自内心地自觉

考虑和顾及自己

的行为对他人、社会、后人和生态环境的影响，从而实

现这几者的和谐

互惠共生。环境伦理观的产生将伦理学的视野从人与人

之间扩展到了人

与自然之间，不仅丰富了伦理学的基本思想，而且扩大

了人的责任范围，

为人类重新认识自身的价值和意义提供了一种全新的

尺度。人的一举一

动被放到了人一一社会一一自然这一大的坐标系之中，

使得人能够逐渐

对人与自然的关系进行多面整体的认识和把握，对人类

行为可能给自然

界造成的多种结果进行全面的认识和把握，以及对人类

所应承担的对自

然的责任和义务的整体认识和把握，为可持续发展奠定

了坚实的思想基

础；使人们有一种全新的环境道德观，以此来约束人们

的一言一行，一

举一动，协调人与自然环境的和谐关系。

当前人们对环境伦理学概念及其理论体系的理解还有

待进一步深化。

环境伦理学虽然是一种全新的、多层次的伦理觉醒，但

其建构还处于前

期理论的探讨和研究阶段。当务之急是要加强环境伦理

的启蒙意识一一

环境意识的宣传普及工作，认真研究如何将环境伦理思

想逐步地融入到

人们的日常生活与日常行为中去，使我们的环境伦理观

在一个新的高度

上更加接近客观世界的运行规律。

环境对健康影响的基本原理

单位：

摘要：本章的内容包括：人群健康效应谱与高危险人

群、剂量一效应关系和剂量一反应关系、作用时间和反应关

系、环境因

素联合作用、多途径暴露、健康影响的类型、发病规律、

如何识别环境污染对人群健康的影响以及环境疾病的防治。

'关键词：剂量关系

一、人群健康效应谱与高危险人群

环境因素作用于人群，严重时可以引起居民患病率（特

异的或非特异的疾病）增加或死亡率增加，但人群中不是所

有的人反应程度都一样，而是呈现金字塔形分布。

从上述模式可见，大多数人是表现为污染物人体负荷增

加，不引起生理变化；有些人稍有生理变化，但属正常调节

范围；有些人处于生理代偿状态，此时如果停止接触有害因

素，机体就向着健康方向恢复，代偿失调而患病的人在总居

民人数中只是少数，而死亡的人数比患病人数更要少。由此

可见，在环境有害因素作用下产生的人群健康效应，由人体

负荷增加到患病、死亡这样一个金字塔形的人群健康效应谱

所组成。

在同一环境因素变化条件下，有的人反应强烈，出现患

病甚至死亡，有的人反应不大，这是因为个人条件（年龄、

性别、健康状况、遗传因素等）不同构成的。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。

在任何居民集团中都有高危险人群，而且所有的健康

人，在其一生的不同年龄段，不同环境条件下，都有某一时

间处于高危险状态的可能。人群健康效应谱的概念，把全体

居民作为对象，深刻地揭示出受害程度不同的人群的广泛

性，患病和死亡的人数不过是“露出水面”的“冰山一角二

应当注意保护高危险人群，在制订环境质量标准时应考虑

老、幼、病、弱，如制订大气中co的标准时应考虑对co敏

感的冠心病患者的影响。

二、剂量一效应关系和剂量一反应关系

1.剂量一效应关系：暴露剂量不同，导致机体效应的严

重程度可能不同，例如一氧化碳可引起机体缺氧，随着一氧

化碳浓度的增加，可引起呼吸困难、昏迷、甚至死亡。这种

随暴露剂量增加引起机体效应严重程度不同的规律称剂量

一效应关系。

2.剂量一反应关系：人群中某种健康效应的发生率随暴

露因素的剂量增加而呈规律的变化，这种关系称剂量一反应

关系。例如人群受碑污染的危害，引起慢性神中毒，随着神

浓度的增加，慢性碑中毒患病率也相应增加。

研究环境中各种因素对机体有利和有害的剂量一效应

关系和剂量一反应关系规律是研究环境与健康的重要理论

基础，也是制订环境质量标准的理论基础。

三、作用时间和反应关系

在研究环境危害因素对人群作用规律时，还必须考虑时

间这一重要因素，特别是很多具有蓄积性的环境污染物，环

境污染物在体内的浓度随时间而变化，可用此公式表示：

y=(I/K)(l-e-kt)o式中y—污染物在体内蓄积量，I—

吸收量(1=摄入量X吸收率)，t：作用时间(天)，K：排泄率。

根据上式计算可得出理论蓄积曲线。根据上述公式也可

算出生物半减期，即污染物在生物体内浓度减低一半所需要

的时间。

作用时间和蓄积量关系：在5个生物半减期内，随着时

间的延长，体内蓄积量迅速增加，可达到蓄积量的97%,以

后渐渐趋向于摄入和排出接近平衡状态。因此，有些环境污

染物质对机体的危害并不是立即就显露出来，往往需要几年

甚至几十年的时间，有毒物质蓄积到一定程度就会引起一种

严重公害病。

另外，环境污染物对人群长期作用，造成机能损伤蓄积,

日积月累逐渐显露出来，如大气S02污染对人群健康关系，

随着S02暴露时间延长，对人群健康机能性损伤逐渐加重,

这里充分体现了暴露时间的重要作用。

四、环境因素联合作用

人们在生产或生活中所遇到的环境因素常不是单一的，

多种有害因素常同时作用于人体而产生联合毒性作用，如化

学物与化学物的共同作用，化学因素与物理因素或生物因素

间的共同作用。止匕外，各种有害因素还可通过不同的接触途

径作用于机体发生联合作用。其中比较普遍存在和危害较大

的是化学物质之间的联合作用。

化学污染物对人体的联合作用，按其量效关系的变化大

致有以下几种类型。

1.相加作用：是指混合化学物质产生联合作用时的毒性

为各单项化学物质毒性的总和。能够产生相加作用的化学物

质，其理化性质往往比较相似或属同系化合物，同时它们在

体内作用受体、作用时间、以及吸收、排除时间基本一致。

如一氧化碳和氟利昂都能导致缺氧，丙烯和乙月青都能导

致组织窒息，因此它们的联合作用特征就表现为相加作用。

2.独立作用：由于不同的作用方式、途径，每个同时存

在的有害因素各产生不同的影响。独立作用主要由于两种毒

物的作用部位和机理不同所致，动物由于某单一毒物的作用

引起中毒（或死亡），而不是由于两种毒物累加的影响，但是

混合物的毒性仍比单种毒物的毒性大，因为一种毒物常可降

低机体对另一毒物的抵抗力。

3.协同作用：当两种化学物同时进入机体产生联合作用

时，其中某一化学物质可使另一化学物的毒性增强，且其毒

性作用超过两者之和。产生协同作用的机理一般认为是一个

化合物对另一个化合物的解毒酶产生了抑制所致，如有机磷

化合物通过对胆碱脂酶的抑制而增加了另外毒物的毒性，氨

类化合物通过对联氨氧化酶的抑制而产生增毒作用。同样，

煌类化合物都是由于对微粒体酶的抑制而发生增毒作用。

4.拮抗作用：一种化学物能使另一种化学物的毒性作用

减弱，即混合物的毒性作用低于两种化学物的任何一种分别

单独毒性作用。拮抗作用的机制被认为是在体内对共同受体

产生竞争作用所致。

对化学物质联合作用性质的判别，目前被普遍采用有三

种方法：以回归法为基础的Finney的统计分类模型，Q值

指数法和等效线图法，其中等效线图法的最大优点在于直

观、简便，它省去了计算过程，根据单项和混合物LD50实

验结果就可判别联合作用性质，因而应用十分广泛。

五、多途径暴露

下图说明从一个污染源排放的气源性、水源性污染物的

多途径暴露举例。

六、健康影响的类型

1.直接暴露引起的疾病:

即环境中的毒物（污染物）经呼吸道、消化道或皮肤进入

机体可能引起多种疾病：

（1）急性中毒：大剂量、一次或短时间内暴露于毒物，

引起全身性病理改变。如急性铅中毒、急性一氧化碳中毒，

寺寺O

（2）慢性中毒：小剂量、多次或长期暴露于毒物，引起

全身性病理改变，如慢性铅中毒、慢性碑中毒、水俣病（甲

基汞中毒）、痛痛病（镉中毒），等等。

2.致敏性：如S02可引起哮喘，石棉可引起胸膜炎，某

些农药引起接触性皮炎和哮喘，某些化妆品引起光敏性皮

炎，等等。

3.致癌：如碑引起皮肤癌和内脏癌，大气污染和香烟烟

雾中主要的致癌物BaP引起肺癌、膀胱癌等。

七、发病规律

1.潜伏期：

急性化学毒物中毒的潜伏期很短，几分钟至几小时就可

表现明显的疾病，生物性因子引起的疾病，例如食物中毒、

军团菌病等，潜伏期可能要长些。慢性化学毒物中毒潜伏期

可能更长。致癌因子进入人体至临床出现癌症，可能要经过

几年至十几年、甚至几十年。

2.时间、剂量与效应、反应的关系：

健康受损的程度、潜伏期的长短以及在人群中的发生率

与暴露的剂量、暴露的时间有密切关系，即剂量（或时间）-

效应关系和剂量（或时间）-反应关系。应注意的是，有阈的

毒物一般符合这些规律，但是无阈的毒物（例如有些致癌物）

可能就没有这些规律。

3.易感性：

同一人群中有人得某病，有人不得，或表现轻，原因很

复杂，跟个体的易感性有关，包括年龄、性别、营养状况、

情绪、基因易感性等。

4.细胞对暴露的反应：

（1）细胞应激反应：

我们早已知道当温度突然升高时，会使各种细胞（从最

简单的细菌到最复杂的神经细胞）生产的某种物质的产量增

加，以缓解有害作用。多年前第一次发现这种现象时，给它

命名为热休克反应。但后来发现在各种不同的环境刺激后各

种细胞都发生此类反应。因为这么多不同的刺激引起细胞

的相同的防御反应，现在人们一般称其为应激反应，称

表达的分子为应激蛋白。诱导应激蛋白表达的因素有热休

克、重金属、有毒代谢物、病毒感染、氧化剂损伤、缺血、

炎症等。应激蛋白参与很多基本的细胞功能，包括细胞蛋白

合成、安装途径以及细胞生长、分化的调节。细胞内的蛋白

折叠和扩增的一些通路也由应激蛋白管理。有证据表明，在

细胞从代谢损伤中恢复，应激蛋白起了重要作用。受有毒化

学品损伤的细胞中，应激蛋白含量增加可能起了分子伴随作

用，促进新的修复蛋白的合成和安装。产生大量的应激蛋白

的细胞可能更易修复缺血损伤，应激蛋白对某些免疫反应可

能也有影响。

有报道说应激蛋白与二嗯英引起的损伤有干连，环燃类

化合物（Ah）的受体（在很多组织和器官能测到）能与很多环

境污染物结合，例如多环芳煌、杂环胺、芳香多氯化合物（包

括二嗯英、二苯块喃类、联苯类），应激蛋白在这些因子的

致癌作用中起了中介作用。Ah受体的成分是一种可溶性蛋白

复合物，它包括一个配体结合的90kD单位和95kD单位亚

群，是应激诱导蛋白。

（2）细胞应激蛋白和毒性：

细胞应激蛋白反应在确定化学品毒性中有一定的用处。

例如，用重组DNA技术已经发明出了培养细胞的生产线，可

用来生产应激受体细胞，而应激受体细胞可能作为一种筛选

工具用于筛选生物学危险物。在这些细胞中，控制应激蛋白

基因的DNA序列与为某种酶（例如b-半乳糖贰酶）编码的受

体基因相连，当这些细胞经历过环境应激而产生更多应激蛋

白的同时，它们也产生了受体酶。这些酶在一般实验室都能

分析。研究人员用受体细胞能很容易地确定由特定的化学因

子引起的应激反应的程度，也可能用这个方法作生物监测。

例如，遗传育种已经提供了基因杂交的蠕虫，其b-半乳糖或

酶受体基因是在基因蛋白启动因子的控制下的，当这些蠕虫

暴露在各种污染物中，它们表答出受体酶，并变成兰色，这

些现象也说明，人们可以利用基因受体改变了的蠕虫，监测

各种环境污染物。

八、如何识别环境污染对人群健康的影响

人群暴露危险物的识别方法包括暴露的实际测量、数学

模型的利用、环境暴露数据库、先兆事件的提示、利用地理

信息系统、生物标志物监测。

1.暴露的实际测量：这是唯一的准确测量暴露的方法。

包括环境采样分析（如空气S02、颗粒物等）、个体采样分析

（如一定时间内空气铅浓度）、生物样品测定（如血铅）等。

2.使用数学模型估计：可以用小样本估计总体；有时在

不能进行采样测定的情况下，用便于得到的数据，通过计算

估计总体数据。

3.利用环境暴露数据库：利用全国的或地方的环境保

护、卫生部门的监测数据，如国土资源数据、环境污染监测

数据、人口数据、疾病统计数据，等等。

4.先兆事件的提示：环境污染对健康的影响在人群中总

会有所表现，如果出现原因不明的疾病，可能预示有特殊的

病因，例如日本的水俣病，最早是临床医生发现一些“怪病”,

经研究证实为甲基汞中毒，其原因是化工厂排放的含汞废水

污染了水俣湾，通过食物链引起人中毒，这就是轰动世界的

日本公害病水俣病。在某些特殊人群出现罕见的疾病，如在

核废料堆放场周围地区发现儿童骨瘤病例，可能预示核辐射

污染。某个地区疾病统计规律发生变化，例如癌症发病率增

加、出生缺陷增加，等等，应考虑可能是化学污染引起。动

物疾病也可能提示人群暴露的危险性，例如湖北恩施地区曾

发现一种怪病，当地人叫脱发脱甲病，家畜也有类似的疾病,

提示人和家畜患病可能有共同的原因，经研究证实，这是一

种地球化学性疾病-地方性硒中毒。

5.利用地理信息系统：例如地方病分布地图、肿瘤分布

地图、水系污染地图、大气污染分布地图，等等。

6.生物标志物监测：生物标志物可分为三类：暴露标志

物，如血铅；易感性标志物，如某些抗体、易感性基因等；

效应标志物，如染色体、DNA、基因、神经递质，等等。

九、环境疾病的防治

环境污染对人类产生的危害，政府应该从立法、经济政

策、环境和卫生政策等大的方面，总体考虑防治策略。对某

个具体的污染物，则需

要更细致的对策。环境卫生指标框架图是从某个污染物

的产生、危害、控制方法以及与社会经济政策的关系等各个

方面，概括了应采取的对策，表1

是以铅为例解释这个框架，可作为参考。

环境科学概论整理环境科学概论

环境科学概论是环境科学、环境工程专业、生态学、地

理学及资源环境与城乡规划等专业的一门专业基础课，通

过该课程的讲授，目标是培养以上专业学生的环境科学基础

理论和基础知识，了解环境问题的复杂性及环境科学的总体

轮廓，包括环境科学的研究对象、任务、分科、发展与特点。

特别是重点了解大气环境、水环境和土壤环境的特点，

了解人类活动引起的以上环境要素的污染特征，包括主要污

染源和污染物，掌握污染物在各环境要素中的转化规律及污

染物扩散模式。同时了解全球当前主要的热点环境问题，初

步掌握环境质量评价的基本内容。

第一章绪论

第一节环境、环境问题和环境科学的产生

1.环境

什么是环境

环境，就词义而言，是指周围的事物，环境总是相对于

某一个主体而言，从这一角度上讲，环境是一个相对的概

念，它会随着“主体”的变化而改变。

“环境”一词，作为一个专门术语，同样会随着学科

的不同而具有不同的含义。例如，对于生态学，由生态学的

经典定义：“研究生物之间及其生物和环境之间相互关系的

科学”，不难看出生态学中的环境是相对于生物这一主体而

言的外部世界，它包括光照、水分、土壤，温度、地形地貌

等。

什么是环境科学中的环境？

对于伴随着20世纪50年代前后“环境问题”，更确切

地说是“环境污染问题”的第一次高潮的出现而逐渐发展起

来，并逐渐扩大其研究内容的环境科学来说，其主体是人类。

环境科学中的“环境”的定义应该是以人为主体的外部

世界的全部。这里的外部世界包括人类已经认识到的，直接

或间接影响人类生存与发展的周围事物。

它包括非生物环境，也包括生物环境。

与环境密切相关的概念

(1)生态

生态学的定义颇多，从最初的1866年德国博物学家E.

Haeckel在其所著《普通生物形态学》》中给生态学下的最经

典的定义：“研究生物之间及其生物和环境之间相互关系的

科学”，到1972年现代著名生态学家在其出版的教科书《生

态学基础》中的定义：“生态学为研究自然界的构造和功能

的科学”。

当前，生态一词也越来越多地被作为一个修饰词而广泛

应用，这时它更多地强调的是：生物系统与环境系统之间

的一种和谐关系。

生态保护、生态平衡、生态运动、生态经济、生态工业、

生态文明等。

如：生态工业强调的是工业这种人类的行为应与环境相

协调，而应该不向环境排入过量的污染物。

(2)自然资源

自然资源的定义人们引用较多的是联合国环境规划署

UNEP(UnitedNationsEnvironmentalProgramme)给出的

定义：在一定时间、地点条件下能够发生经济价值，以提高

人类当前和未来福利的自然环境因素和条件。

自然资源和自然环境的区别：自然资源是自然环境的一

个子集，自然资源只是自然环境中对人类生活和生存有用的

部分。被污染的环境、火山环境应该不能说是自然资源。自

然资源的分类

按照能否被耗尽分为：可耗竭资源和不可耗竭资源。如

石油和阳光。

根据再生能力分为：可再生资源和不可再生资源。

可再生资源：指可借助生长、繁殖或自然循环而不断地

更新的自然资源，包括生物资源、水资源和土壤资源。

不可再生资源：指在对人类有意义的时间尺度内不能在

再生，其形成过程远远大于被人类消耗的过程。主要包括化

石能源、金属和非金属。

2.环境问题与环境科学

所谓环境问题是指由于人类活动作用于人们周围的环

境所引起的环境质量变化，这种变化反过来对人类的生产、

生活和健康产生不利的影响。

环境问题：污染性环境问题和非污染性环境问题

环境问题的两次高潮

1、环境问题的第一次高潮：特点是局部环境问题

20世纪中叶前后，震惊世界的环境污染事件接连发生，

其标志是发生在这一段时间内的“八大公害事件”，标志着

环境问题第一次高潮的出现。

“八大公害”事件

伦敦烟雾事件

洛杉矶光化学烟雾事件

马斯河谷烟雾事件

多诺拉烟雾事件

四日事件

水俣甲基汞事件

富山镉污染骨痛事件

米糠油多氯联苯事件

几大重大事件

、1962年，美国海洋科学家R.Carson《SilentSpring》

《寂静的春天》。

、1972年6月5日-16日在瑞典斯德哥尔摩举行了第一

次人类环境会议。会议通过了划时代的历史性文献《人类环

境宣言》，即斯德哥尔摩宣言。如果将今天的的时代称为“具

有强烈环境意识的时代”，第一次人类环境会议便是这个时

代的里程碑。

、《LimittoGrowth》《增长的极限》

罗马俱乐部于1972年发表了其年度研究报告《增长的

极限》。该研究了世界发展的几种主要趋势：加速的工业化

过程、人口的快速增长、不可再生资源的急剧耗竭及环境的

不断恶化等，探讨了它们之间的相互关系，预测了将来的发

展结果。

如果人口和环境污染程度仍按照指数增长，在地球有限

的自然资源和环境容量的限制下，世界将面临一场灾难性崩

溃。其预测的结果并没有发生。但该报告一针见血地指出环

境所面临的危机和人类社会在自身发展中面临的困境，使得

人类不得不对发展中的人类与环境的关系重新进行思考。

2、环境问题的第二次高潮

进入20世纪80年代中期，环境问题除了以前人们所主

要关注的局部或叫地区性环境污染以外，又有了新的变化。

、发达国家已基本解决了其本土范围内的地区性局部环

境污染问题与生态破坏问题，而广大的发展中国家正面临着

逐渐严重的区域性局部环境污染和生态破坏问题；

举例：日本的大气、海湾环境的完全好转。

美国的“黑沙尘暴”问题的解决。

中国的城市大气，湖泊水污染的日益严重。

全球性和区域性环境问题开始受到重视

1、全球性大气环境污染问题：温室效应加剧与全

球变暖、臭氧层耗损、酸沉降。

2、非污染性环境问题：森林面积锐减、生物多样

性减少、土地荒漠化。

3、突发性、灾难性环境污染事件

1984年12月印度博帕尔农药泄露事件；

1986年4月26日前苏联的乌克兰切尔诺贝利核电站泄

露。

4、化学品的污染及越境转移

联合国环境与发展大会

1992年6月3日至4日，联合国在巴西里约热内卢举行

“联合国环境与发展大会”。183个国家的代表团的代表出席

了会议，102位国家元首或政府首脑亲自与会。

与1972年旨在唤醒人们环境意识的斯德哥尔摩人类环

境会议相比，这次会议不但提高了对环境问题认识的广度和

深度，而且把环境问题与经济、社会发展结合起来，树立了

环境与发展相互协调的观点，提出了未来发展的正确道路，

被普遍接受的

人们称地球为“生物圈1号"。1984年，在美国亚利桑

那州沙漠出现了一座用钢架玻璃结构的密封建筑，占地1万

多平方米，里面有林草、耕地、牧场和“人工海洋”以及3

800种生物，人们称其为“生物圈2号”。

8名科学家在里面一边耕作养殖，一边科学研究，同时,

要努力维持建筑中的模拟生态系统的平衡，以检验人类能否

在同地球隔绝的模拟的“生物圈2号”环境中长期生活。但

是，一年多以后，氧气含量从21%下降到了14%,而二氧

化碳和一氧化氮的浓度却在不断增加。所种下的粮食歉收。

除藤本植物以外，所有靠花粉传播的植物都灭绝了，昆虫中

除白蚁和蝗虫外，基本死亡。在这种情况下，不得不提前撤

出。

对该项试验的总结认为：人类无法模拟可供人类生存

的地球生态环境。人类只有一个地球，人类要保护地球！

几个重要文件

1、环境与发展方面国家和国际行动的指导性文件《里

约环境与发展宣言》。

2、21世纪在环境问题上战略行动的文件《二H^一世纪

议程》。

3、旨防止全球气温变暖的《气候变化框架公约》。

4、推动保护生物多样性的《生物多样性公约》

20世纪全人类共同保护地球环境的三大宣言

一、1972年，《人类环境宣言》

二、1982年，《内罗毕宣言》

为了纪念联合国人类环境会议10周年，促使世界环境

的好转，国际社会成员国于1982年5月10日至18日在内

罗毕召开了人类环境特别会议，并通过了《内罗毕宣言》。

在充分肯定了《斯德哥尔摩人类环境宣言》的基础上，针对

世界环境出现的新问题，提出了一些各国应共同遵守的新的

原则。

三、1992年，《里约环境与发展宣言》

世界首次

两次高潮的比较

一、影响的空间范围不同

第一次高潮主要在西方国家、局部性的小范围的环境问

题

第二次全球性的大范围的乃至全球性的环境问题和资

源耗竭，发达和发展中国家都受到影响。

二、关注影响对象的不同

第一次对人体健康状况的影响；

第二次不只以上，更关注对社会经济发展的影响

第2节环境科学内容、分科和发展

环境科学的形成、发展与分科

环境科学，或叫环境研究是一个新兴的、以人类-环境

系统为研究对象的学科领域或研究领域，现阶段其学科体系

尚不定型。这里以环境科学的发展为线索，介绍环境科学的

形成和分科。

1、第一阶段或叫第一类环境学科分支

从已有的传统学科中分化出来，以专门研究环境问题的

某一个侧面为目的的学科分支。20世纪50年代，许多西方

发达国家遭受到了严重的环境污染问题，因而明确提出了

environmentalpollution和环境公害的新概念，用以

概括和反映人类与环境关系的失调，并将其作为专门的研究

领域加以研究，以试图解决环境污染问题。首先出现的必然

是在已有的传统学科中，分别从本学科的角度出发，运用本

学科的知识和方法，从不同的侧面去研究不同的环境问题或

同一环境问题的不同侧面。

环境化学

定义：环境化学是一门研究有害物质在环境介质中的存

在、化学特征、行为、效应及其控制的化学原理和方法的科

学。它既是环境科学的核心组成部分，也是化学的一个新的

重要分支。研究内容：有害有毒物质在环境介质中存在的

浓度水平和形态；潜在有害物质的来源。他们在某一环境介

质中和不同介质间的环境化学行为，有害物质造成的影响的

缓解以及防止危害产生的途径。

特点：从微观的原子和分子水平研究宏观的环境现象与

变化的环境机制及其污染的防止途径，其核心是环境污染物

质在环境中的环境转化和效应。

环境化学可以进一步分为环境分析化学、各圈层的环境

化学和环境工程化学。

环境地理学

定义：环境地理学正是一门新兴的地理学与环境科学交

叉的边缘科学，它的核心内容是研究地球各圈层的环境变化

以及与人类活动之间的相互关系。

研究内容：环境地理学着重研究人类活动与地理环境间

的相互作用和影响、环境质量的区域差异、环境的历史发展

与演化、人类活动影响下地理环境各圈层中所发生的结构、

功能的变化、环境污染物在地球各圈层中的行为和效应。

环境生物学

定义：环境生物学是一门研究生物与受人类干扰的环境

之间的相互作用的规律及其机理的科学。

研究内容：环境污染的生物效应，即污染物在环境-生

物体之间的迁移、转化和积累的规律及对生物体的影响和危

害；环境污染的生物净化，包括研究生物对环境污染净化的

基本原理和方法；保护生物学，包括自然保护生物学和恢复

生态学。

环境物理学

定义：环境物理学是一门研究物理环境与人类系统相互

作用的科学。

研究内容：主要研究声、光、热、震动、电磁场和射线

对于人类的影响及其评价，以及消除

这些影响的技术途径和控制措施。

环境工程学

定义：环境工程学是一门研究运用工程技术和有关学科

的理论与方法，保护自然环境，防治环境污染和改善环境质

量的学科。

研究内容：大气污染防治工程、水污染防治工程、固体

废物防治及环境噪声防治。环境医学

定义：环境医学是一门研究环境污染对人群健康的有害

影响及其预防措施的学科。

研究内容：污染物在人体内的迁移和致病机理，环境致

病因素和条件，污染物对人群健康损害的早期和长期效应，

环境卫生标准的制定，危害的预防措施的提出等。

环境经济学

定义：环境经济学是一门研究环境系统与经济系统相互

作用而形成的复杂系统的各种规律的科学。

研究内容：环境与经济的相互作用；环境价值、费用效

益的经济评估；环境管理的经济学手段，包括排污收费、

排污权交易等；国际环境与经济问题。

环境法学

定义：环境法学是一门专门研究环境法律体系的学科。

研究内容：环境法的产生与发展、环境标准、环境法律

体系、环境执法、环境法与国际关系等。

例子：排污权交易概念的产生

污染权市场起源于如下的认识：政府或有关管理机构作

为社会及环境资源的管理者，可把总量控制下的污染物排放

权利分配发放给排污者，排污者以此进行污染物的排放，或

在持有污染权的排污者之间进行这种权利的有偿交换与转

让。

以上观点在20世纪70年代逐渐引申出一个概念，即可

转让的排放许可。可转让的排放许可证概念的提出实质就是

将环境资源的使用作为一种商品，并纳入到市场机制中加以

运做，其本质为一种环境管理的经济学手段。

美国学者和环境管理部门在排物交易权和可转让的排

放许可证制度的理论框架和方法应用方面作出了很大的贡

献，美国也成为实践排污交易权理论最为成功的国家。

排污权交易的基本政策

美国排污交易权的实施是建立在排放削减信用基础上

的排污权交易，并通过以下相关政策和措施的提出及颁布。

具体方法包括：

补偿政策

气泡政策

排污银行和容量节余政策

气泡政策

应用于一个拥有多个工厂设施的系统或区域，将这一系

统或区域想象为是一个气泡，分析其现有污染源的排污量，

并分析如何满足这一气泡整体的排污量在最大的允许排放

总量范围内，而不强求气泡内的每个污染源的排污量的大

小，只希望达到气泡整体污染物排放治理控制费用的最优

化。

2、第二阶段或叫第二类环境学科分支

以整个“人类一环境系统”为研究对象，强调综合，形

成了不属于旧的传统学科，仅为环境科学、环境研究所特有

的学科研究领域。

这些新的研究领域虽然也同样应用了传统学科的一些

手段和方法，但是，它们已明显不同于以上那些直接从传统

学科中分化出来的学科分支，而是以解决某一环境问题，以

评价、规划

和管理人类一环境系统的最佳方案为目的发展起来的。

例如环境质量评价学、环境系统分析、环境规划管理等。它

们已不再属于某一传统学科，而具有很强的综合性。

环境管理学

定义：环境管理学是环境科学的一个分支学科，它是指

对损害人类自然环境质量的人类活动，通过行政的、法律

的、经济的、技术的和教育的手段进行管理。

研究内容：环境管理既是环境科学的一个新兴学科，也

是环境保护实践中的一个环境保护主要手段和工作内容。环

境管理既可以对各环境要素，如水资源、土壤、大气质量进

行管理，又可以对废物和噪声进行管理，也可以对生态系统

进行管理，如对城市生态系统、农业生态系统进行管理。

环境管理的技术支持和实施手段包括环境监测、环境规划、

环境预测、环境决策、环境审计、环境影响评价、环境风险

分析、成本一效益分析、环境管理信息系统、环境遥感与地

理信息技术、经济措施和环境立法等。

环境质量评价

定义：环境质量评价是环境科学的一个分支学科，是关

于环境质量评价的理论、方法和应用的科学。

研究内容：环境质量评价包括环境质量回顾评价、环境

现状评价和环境影响评价。它通过一定的评价标准和评价方

法对一定区域内的环境质量进行说明、预测和评定。

环境监测

定义：环境监测是环境科学的一个分支学科，主要是对

影响环境质量的的污染因子及反映环境质量的环境因子，通

过化学的、物理的、生物和遥感的监测技术进行长期的跟踪

测定。研究内容：环境监测点的布置、样品的前处理、监

测技术的完善和扩展，包括化学分析；以物理和物理化学为

基础的仪器分析；生物毒理学分析、生物分子和细胞水平分

析、群落学分析；遥感监测与分析。

环境规划实例介绍

结合GIS和RS技术以及数学规划开展农业面源污染防

治规划

面源污染防治在水环境污染控制规划中显得日益重要，

据估计，许多湖泊超过50%以上的污染物来自难以控制的面

源污染。面源产生的污染物主要是氮和磷，富含氮和磷的污

染物进入水体后往往会引起水体的富营养化。对于面源负荷

的估算是湖泊水体富营养化污染控制规划中重要的一步。在

各种污染面源中，农业面源是重要的一类，其污染负荷主要

与地面覆盖的农作物类型、土壤类型以及暴雨后可能形成的

地表径流量有关。

建立农业污染面源负荷最优化模型的基本步骤

第一步：首先需要将研究水体周围的农业区域，根据他

们的地理位置和自然条件划分为若干个子区

第二步：利用适宜空间分辨率的遥感数据，结合地面土

地利用类型和土壤调查调查，绘制出各个子区的土地利用现

状图和土壤类型图，并在GIS支持下，计算出每个子区内

的各土地利用类型的面积和土壤类型的面积

第三步：数字化适宜比例尺的研究区的地形图，在GIS

支持下，生成研究区的坡度图，并计算每个坡地的坡长

第四步：绘制研究区范围的降雨强度图

第五步：根据地表径流量计算模型，在GIS环境中，对

于每一个土地利用地块，利用其属性表中的属性值，如降雨

量、坡度及植被类型等，计算出其地表径流量。

地表径流量计算模型：

A=R-K・L・S・C・P

式中：R：降雨量；K：土壤类型；L：坡长；S：坡度;

C：植被类型；P：管理水平

第六步：实测各土地利用小区一定水土流失量中的固态

及溶解态的N,P含量，这样便可以分别计算得出各个小区

内每一土地利用类型单位面积的固态及溶解态N,P流失量,

单位是:kg/km2•y

第七步：根据规划水体希望达到的水质标准，利用湖泊

水质模型，估算出所研究湖泊的最大允许N,P排放量，减

去由湖泊周边点源排放出的N,P量，便可得到面源所允许

的N,P排放量。

湖泊水质箱式模型

I=CP・（丫+S）・V

式中：I：湖泊某种营养物质的总负荷；CP：湖泊某一

营养物质的平衡浓度；Y：冲刷常数；S：沉积速度常数；V：

湖泊的体积

第八步：根据以上所得到的数据，结合数学规划中的线

性规划模型，便可以确定既达到湖泊水质标准要求，又实现

了希望的经济目标时的各小区的N,P允许排放量以及相对

应的各土地利用类型面积组合。

环境科学的特点

A.综合性和交叉性

综合性和交叉性是环境科学的最大特征。

涉及到自然科学、社会科学和工程科学，是一个由多学

科到跨学科的庞大科学体系。它的建立是从传统学科中经过

分化、重组、综合和创新的过程形成的，具有很强的综合性。

B.学科的新兴性和不定型性

一般认为环境科学从诞生至今也就是50年的历史，因

此，对于环境科学的学科体系给以明确的回答还有一定的困

难，环境科学还属于一个年轻、蓬勃发展的学科和研究领域。

环境科学虽然是一个新兴学科，但正在逐渐得到主流学科的

认可。重要事件是1995年的Nobel化学奖授予3位环境化

学科学科学家。

环境科学的任务

环境科学的任务在于揭示人类与环境相互作用的基本

规律。人类与环境构成了一对矛盾，环科的任务就是揭示这

对矛盾的实质，研究二者之间的辨证关系，掌握其发展规律,

调控二者之间物质、能量与信息的交换过程，寻求解决矛盾

的途径和方法，以求人类-环境系统的协调和可持续发展。

环境科学概论课程的主要内容

介绍大气环境、水环境和土壤环境的特点；重点介绍人

类活动引起的以上环境要素的污染特征，包括主要污染源和

污染物，掌握污染物在各环境要素中的转化规律及污染物扩

散模式；最后全球当前主要的热点环境问题。

第二章大气环境污染

第一节大气的结构和组成

大气垂直结构

根据大气在垂直方向上温度和化学成分的变化，可将大

气圈分五层：（第14页，图2-L）

1.对流层：是大气的最低层，其厚度随纬度和季节而

变化，该层的特点：

A.温度随高度升高而递减，大约每上升100米，温度

降低度。

B.由于近地面空气受地面辐射的影响而增温膨胀上

升，上层冷空气下降，所以在垂直方向上形成强烈对流；

C.密度大，占大气总质量的3/4；

D.主要的天气现象均发生在该层。

在对流层中，因受地表的影响不同，又可分为两层。

摩擦层或边界层：『2km以下，受地表机械、热力作用

强烈。排入大气的污染物绝大部分活动在该层。因此是环境

科学重点研究的气层。

自由大气层：在l-2km以上，受地表影响变小，主要的

天气过程如雨、雪的形成均出现在此层。

对流层是与人类关系最为密切的大气气层。

2.平流层

对流层顶到约50km的大气层。

同温层：在平流层下层，30-35km以下，，温度随高度

降低变化较小，气温趋于稳定。

—

臭氧层：在3035km以上，温度随IWJ度升IWJ而升IWJ。

这是因为在该范围内，有厚约20公里的臭氧。臭氧吸收太

阳紫外线，使该层温度升高。

平流层特点：

(1)大气平流运动显著；

(2)空气比下层稀薄，水气、尘埃少，大气透明度好。

3.中间层

平流层顶到80km高度。温度随高度增加而下降。该层

有强烈的垂直对流运动，又称高空对流层。

4.热层

80km到800km。温度随高度升高而迅速上升。

5.逃逸层

热层以上的大气层。由于空气受地心引力极小，气体及

微粒可以从这层飞出地球重力场而进入太空逸散。

大气的组成

准永久性气体02N2惰性气体

停留时间104106107

可变化组分C02CH4H2N2003

停留时间5~15~86〜8>100~2

强可变组分H20CONOXNH3S02H2S

停留时间〜1073~1858〜10~5~210~30

第2节大气污染和污染物

大气污染

指由于自然或人为的过程，使得大气中的一些物质的含

量达到有害的程度，以至影响到生态系统的平衡，严重威胁

着人类健康和经济发展，这种现象称为大气污染。

大气污染物的来源

天然污染源

排放火山灰、二氧化硫、硫化氢等的活火山，自然溢出

煤气和天然气的煤田和油田，放出有害气体的腐烂的动植

物、森林火灾、沙尘暴等。

人为污染源

燃料的燃烧、向大气释放出污染物的工业生产过程、交

通运输过程和农业活动。人为污染源分类

1）按污染源特性：

A固定源：位置固定，如化工厂；

B流动源：位置不断移动，如汽车。

2）按污染源排放方式：

A点源：集中于一■点：如工厂的烟囱源；

B线源：集中在一条线上，如城市交通主干线

C面源：低矮成片燃煤居民区，湖泊周围大量施化肥的

农田

大气污染物

大气污染物的定义

由于人类活动或自然过程排入大气，并对人体、生物或

环境产生有害影响的物质。按其存在状态可概括为两大类:

气溶胶状态污染物

气体状态污染物。

按照污染物形成的过程分为：

一次污染物、

二次污染物

一次污染物

直接从污染源排放出来的污染物质，如二氧化硫、一氧

化碳、一氧化氮、颗粒物等。二次污染物

一次污染物在大气中相互作用，经化学反应或光化学反

应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大

气污染物，其毒性比一次污染物更强。常见的有：硫酸及硫

酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶、臭氧等。

主要大气污染物

1、气溶胶状态污染物

在大气污染研究中，气溶胶指悬浮在大气中的固体粒子

和液体粒子，种类组成复杂，对人体影响较大。其粒径为：

~100微米。大气环境学研究的重点。

常见的气溶胶污染物及监测指标

总悬浮颗粒：指悬浮于大气中，粒径小于100pm的所

有固体颗粒物，包括飘尘和降尘。它是悬浮在大气中的各种

粒子的总称，也是大气污染监测和评价中的一个重要指标。

可吸入粒子：粒径5111n的粒子。国际标准化组织ISO

(Internationalstandardorganization)将IP定为粒

径W10Pm的粒子。

飘尘：指大气中粒径小于10um的固体颗粒物，能长

期漂浮在大气中，可被人吸收，可扩散较远距离，有时也称

浮游粒子或可吸入颗粒物。

降尘：指大气中粒径大于30um的固体颗粒物，因重力

作用，在短时间内可因自身重力沉降到地面。

粉尖：指悬浮于气体介质中的小固体颗粒，受重力作用

可发生沉降，但在一定的时间内能保持悬浮状态。其直径一

般为0011nl左右。粉尘种类很多，如石英粉尘、煤粉及

各种金属粉尘等。

2、气体状态污染物

气体状态污染物是指以分子状态存在的气体污染物，简

称气态污染物。气态污染物很多，主要有5类:

含硫化合物

含碳化合物

含氮化合物

碳氢化合物

卤素化合物

气态污染物还可以分为一次污染物和二次污染物。

硫氧化合物

二氧化硫是主要的硫氧化物，是大气中数量较大，影响

范围较广的一种气态污染物。二氧化硫的污染主要表现在它

在大气中易被氧化成三氧化硫，再与水分子结合生成硫酸分

子，进而形成酸雨。大气中二氧化硫主要来自含硫燃料的燃

烧过程，如采暖、发电；冶炼厂和石油精练厂也排放大量的

二氧化硫。

煤的含硫量：%,石油的含硫量：％,含硫量低的煤称环

保煤。

含碳化合物

CO、C02是各种大气污染物中发生量最大的一类污染物。

C02是大气中的正常组分，但随着浓度的不断增加，会造成

温室效益的加剧。CO燃料非充分燃烧时。CO的天然污染源

包括：

甲烷的转化，生命有机体分解产生的甲烷经羟基的氧化

可形成COo

海水中co的挥发

森林火灾

氮氧化物

氮氧化物种类很多，造成大气污染的主要是NO和N02,

NO进入大气后可缓慢氧化成N02o在大气中存在03等强氧

化剂或催化剂的作用下，其氧化速度加快。N02的毒性约是

N0的5倍。N02参与光化学反应形成光化学烟雾后，毒性更

大。

氮氧化物的主要人为源是机动车、煤和天然气的燃烧以

及化肥厂和炸药厂。

氮氧化物的天然源包括生物机体腐烂形成硝酸盐，经细

菌分解产生N0等途径。碳氢化合物

大气中的碳氢化物主要指CPC8可挥发的所有碳氢化合

物，又称烧类。甲烷CH4是大气中含量最大的HC,甲烷本

身是一种无害烧，但因它是一种温室气体，目前倍受关注。

甲烷主要是由于土壤中厌氧细菌使土壤中的有机物底质分

解而形成，因此，水稻田和各种天然湿地是目前甲烷的产生

源。

止匕外，还有大量的非甲烷烧，多数对人和其他生物有毒

有害，有的甚至致畸、致癌，碳氢化合物还是形成光化

学烟雾的重要成分。

甲烷的产生

CH4是在土壤中有机物在厌氧分解的过程中产生的，醋

酸和C02/H2是甲烷产生的最后底物来源。

CH4生成过程是由产甲烷菌完成

直接利用C02作为电子受体而生成；

利用低分子量的有机化合物生成甲烷：

C6H1206+2H20=2CH3C00H+2C02+4H2

CH3C00H+4H2=2CH4+2H20

C02+4H2=CH4+2H20

卤素化合物

大气中以气态存在的卤素化合物大致有三类：（1）卤代

煌、（2）氟化物、（3）其他含氯化合物。

主要关注的是卤代烽中的氟氯煌类CFCs和含澳的卤代

烷烽。

它们既是破坏臭氧层物质，也是温室气体

氟氯煌类或称氟利昂类化合物

其中最重要的是一氟三氯甲烷和二氟二氯甲烷。

氟氯煌类的命名

CFC-011,第一个数字表示，第二个数字表示，第三个

数字表示氟原子数，则CFC-011就是分子中含有1个C,0

个H和1个氟，因此，CFC-011分子中有1个氟，3个CL

当然还含1个C,所以，称为一氟三氯甲烷。

含澳的卤代烷烽，商业名称为Halon,特种消防灭火剂,

为破坏臭氧层物质。CFCs和含漠的卤代烷烧的来源:

无自然源，都是人为源，主要是用于致冷剂、气溶胶喷

雾剂、电子工业的溶剂、制造塑料的泡沫发生剂和消防灭火

剂等。

大气污染的类型

还原型氧化型

指汽车、工厂等污染源排入大气的煌类化合物和氮氧化

物等一次污染物，在阳光的作用下发生光化学反应，生成臭

氧、醛、酮、过氧乙酰硝酸酯等二次污染物，这些二次污染

物具有强的氧化性，对人体的刺激十分强烈。洛杉矶光化学

烟雾就是典型的氧化型污染。

第三节大气环境中污染物的化学转化

大气污染的化学转化：当污染物进入大气环境，在扩散、

输送过程中，在一些条件的影响下，污染物之间以及污染物

与空气原有组分之间进行化学反应，形成新的二次污染物，

这一过程称为大气污染物的化学转化。包括光化学反应过程

和热化学反应过程。当前较关注的是氮氧化物和气态硫化

物转化的过程。

发生的化学反应是：

光化学反应

生成硫酸盐气溶胶的反应

光化学反应特征

大气中存在的吸光物质的原子、分子、自由基或离子,

它们吸收光子所引发的反应，称为光化学反应。

光化学反应过程包括初级过程和次级过程。

初级过程是指吸光物质吸收光量子，形成激发态物质：

A+hv-*A*

A*为的A激发态

次级过程：受激活物质进一步发生的反应。

氮氧化物在大气中的化学转化

NO和N02在大气环境的化学反应过程，在大气污染中作

用较大。N02的光分解和所生成的03在光化学烟雾的形成过

程中十分重要。

N02的光分解化学反应：

N02+hv(290-430nm)NO+0*

0*+0203

该反应是03在大气中的唯一化学反应源。

但生成的03会与N0再反应又生成N02形成一个循环化

学反应。

03+NON02+02

光化学烟雾及其形成

1、光化学烟雾的定义

含有氮氧化物和煌类化合物的大气，在阳光中紫外线的

照射下发生光化学反应所生成的臭氧、醛、酮、过氧乙酰硝

酸酯等二次污染物的混合物被称为光化学烟雾。特征是烟雾

呈兰色，具有强氧化性，刺激人的眼睛，伤害植物的叶子，

能使树木开裂，使大气能见度降低。

首次光化学烟雾事件于1940年发生在美国的洛杉矶。

中国兰州西固地区。。

2、两个实验

3、光化学烟雾的形成机制

大气中的煌类化合物和NOx在光照条件下形成光化学烟

雾，其机理是非常复杂的。煌类化合物和氮氧化物的相互作

用主要包括以下2个关键步骤过程：

第一步：N02的光化学分解是光化学烟雾形成的起始反

应

低层大气中的其它气态化合物都不吸收紫外线发生光

化学分解，但当大气中出现N02污染物，在光化学作用下，

直接光解生成03,但生成的03会与N0再反应又生成N02,

进而形成了N0和N02与03之间的化学循环，这时还不能生

成光化学烟雾。

第二步：碳氢化合物的加入是产生光化学烟雾的关键

N02和03与N0之间的化学循环，要使03能在大气中不

断积累，必须存在着能使N0向N02转化，从而使N02浓度

不断提高，N0浓度不断减少的因素。实验证明，当大气中又

出现碳氢化合物时，以上的N02和03与N0之间的化学循环

和均衡即被打破，许多过氧自由基使的大气中的NO快速向

N02转化，03的浓度大大增加，并随同生成一系列的中间和

最终产物，如臭氧、醛、酮、过氧乙酰硝酸酯等二次污染物,

从而导致光化学烟雾的生成。

光化学烟雾的形成概括总结

一、12个反应方程式

光化学烟雾的形成的简化机制可用12个反应概括：

引发反应

基反应

终止反应

(PAN)RC(0)02N02RC(0)02N02

RC(0)02N02RC(0)02N02

二、概括总结

由上述反应式可以看出，光化学烟雾的形成过程是由一

系列复杂的链式反应组成的，是以N02光解生成0*的反应为

引发，导致了臭氧的生成。由于碳氢化合物的存在，促使N0

向N02的快速转化，在此转化中自由基(特别是H0基)起了

重要的作用，致使不需要消耗臭氧，就能使大气中的N0转

化成N02,N02又继续光解产生臭氧，同时转化过程中产生

的自由基又继续与碳氢化合物反应生成更多的自由基，如此

继续不断地进行链式反应，直到N0或碳氢化合物消失为止。

所产生的醛类、03,PAN等二次污染物是最终产物。

4、形成的环境条件

光化学烟雾发生的地理条件

对于纬度高的地区，由于光线通过大气层的路径加长，

受到大气颗粒散射而损失的光线多，致使小于430钠米光很

难到达地面，所以不易发生光化学烟雾。

另外，一般夏季发生光化学烟雾的可能性比冬季大。一

般发生在大气相对湿度较低，有逆温层存在，污染高峰出现

在中午或稍后。

光化学烟雾发生的污染源条件

光化学烟雾的形成是因为人类活动向大气中排入大量

的NOx和碳氢化合物，因此，以石油为原料的工厂排气和汽

车尾气等污染源的存在是形成光化学烟雾的前提。

酸雨的形成

酸雨指pH小于的酸性大气降水，包括雨、雪、冰雹、

露、霜和雾等。广义的酸沉降包括干沉降和湿沉降，干沉降

主要是酸性颗粒物的直接降落，湿沉降即通常所说的酸雨。

酸雨是目前国际上十分重视的一个区域性环境问题，在欧洲

大陆和北美大陆较为明显。

形成机理：形成酸雨的主要污染物是S02和NOx等，二

者在大气环境中分别转化为硫酸和硝酸，并随雨水降落在地

球表面。

酸沉降的危害

第一对陆地生态系统的不利影响，主要表现在以下两

个方面：⑴直接损害植物的叶面，特别是树木和农作物的

叶面，⑵对土壤化学结构产生影响，增加了土壤中一些离

子的溶解度，洗提土壤的养分并产生如铝离子这样的有毒离

子，通过迳流很可能影响到饮用水。第二对水生生态系

统的影响，降低江河湖泊水体的pH值，导致水生生物的受

损害，其次，还可对材料与人体健康造成不利影响。

硫氧化物在大气中的化学转化

主要是二氧化硫在大气中的光化学氧化和催化氧化。

S02一S03-H2S04

二氧化硫是燃料燃烧排放的主要大气污染物之一。在通

气条件好和光照较弱的情况下，一般对人类无危害，但当浓

度大且在较强光照情况下，会被氧化成硫酸或硫酸盐气溶

胶，并多以湿沉降的形式降落到地球表面，危害人类健康和

生态系统安全。二氧化硫在大气中的氧化作用主要通过2

种途径：光化学氧化和催化氧化。

催化氧化：清洁大气中S02氧化的速度很慢，但在含有

金属盐的气溶胶雾滴中发生催化氧化反应，速度将大大提

高。

2H2S042S022H2002

光化学氧化：S02可在太阳光下发生光化学氧化反应，

加快氧化过程,并由S03进一步生成硫酸。

二氧化硫的直接光化学氧化

S02+h(290nm"340nm)1S02单重态3

SO+h(340nm"400nm)S02213SO+

MS02+M2

3S0+0SOSO+02243

3224SOHOHSO

二氧化硫的间接光化学氧化

二氧化硫在光化学反应活跃的大气中可与一些强氧化

自由基反应而被氧化，生成三氧化硫。

M

22

M

2223

3224

NOx氧化

NOx的氧化过程与S02催化氧化相同，NOx在空气湿度

大并存在金属杂质和NH3的条件下，生成硝酸和硝酸盐，并

最终形成气溶胶，进入降雨中形成酸雨。

国外酸雨中硫酸和硝酸之比约为2:1,我国硝酸含量不

到硫酸的l/10o说明我国的能源结构以煤炭为主。

雨水中除含有酸性物质之外，还有从空气中洗涤下来的

碱性物质，其中主要有土壤粒子、氨等。酸、碱物质会发生

中和反应，酸度是酸、碱物质相平衡的结果。

第4节影响大气污染的气象条件和地理因素

温度层结

气温垂直递减率：气温随高度的升高而下降的数值，通

常以气温垂直递减率r来表示。干绝热递减率：干空气块

或未饱和的湿空气块在绝热条件下每升高单位高度所造成

的温度下降数值称为rd,一般为/100m.

在对流层中，气温垂直变化的总趋势是随着高度的增加

气温逐渐降低：

地面是近地面大气的主要和直接的热源

水汽和固体杂质的分布从低空向高空减少，水汽和固体

杂质吸收地面辐射的能力很强，从而使近地面温度高于上

层。

温度层结：大气中气温在垂直方向上的分布称为温度

层结O

大气中温度层结有四种类型：

气温随高度增加而递减，即r>0,称为正常分布层结

或递减层结；

气温垂直递减率等于或近似等于干绝热递减率，即r=

rd,称为中性层结；

气温不随高度变化，即r=0,称为等温层结；0H

S0H0S0H0+S0H0S0+0

HSOSO+HO

ag气温随高度增加而增加，即r当r-rd>0

时，a>0,大气不稳定（正常温度层结）

当r-rd当r=rd时，a=0,大气是中

性

一般来说，r越大，大气越不稳定，反之，大气越稳定。

逆温层