环境生物学绪论ppt课件

绪论 第一节环境科学概述,一、环境科学与环境问题 1、环境科学：是以“人类与环境”这对矛盾为对象，而研究其对立统一关系的发生与发展、调节与控制，以及利用与改造的科学。 1）、“人类-环境”系统是以人类为中心的生态系统。环境科学也就是以这个系统为对象，研究其发生与发展、调节与控制，以及利用与改造的科学。 2）、环境科学是一门综合性学科，涉及到自然科学、人文社会科学和工程技术等广泛领域。,1,2、环境问题的由来与发展,1）、萌芽阶段（工业革命以前，即18世纪60年代以前） 人类诞生时，作为天然食物的采集者和捕食者，人类对环境的影响不大。 随后，人类学会了培育、驯化植物和动物，开始了农业和畜牧业，这在生产发展史上是一次大革命。 而随着农业和畜牧业的发展，人类改造环境的作用也越来越明显地显示出来，但与此同时也发生了相应的环境问题，如大量砍伐森林、破坏草原、刀耕火种、盲目开荒，往往引起严重水土流失，水旱灾害频繁和沙漠化。,2,2）、环境问题的发展恶化阶段 （工业革命至20世纪50年代前） 在十八世纪60年代至十九世纪中叶，生产发展史上出现了又一次伟大的革命工业革命。 工业革命使建立在个人才能、技术和经验之上的小生产被建立在科学技术成果之上的大生产所代替，大幅度地提高了劳动生产率，增强了人类利用和改造环境的能力。 工业革命大规模地改变了环境的组成和结构，从而也改变了环境中的物质循环系统，扩大了人类的活动领域，同时也带来了新的环境问题。,3,这期间工业发达的城市和工矿区排出大量废弃物，污染事件不断发生。如： 1873-1892，英国伦敦多次发生可怕的有毒烟雾事件； 十九世纪后期，日本足尾铜矿区排出的废水污染了大片农田； 1930年12月，比利时吗斯河谷工业区由于工厂排出的有害气体，在逆温条件下造成了严重的大气污染事件。 总之，由于蒸汽机的发明和广泛使用以后，大工业日益发展，生产力有了很大的提高，环境问题也随之发展且逐步恶化。,4,3)、环境问题的第三阶段 （二十世纪50年代至70年代） 震惊世界的公害事件接连不断： 1952年12月的伦敦烟雾事件； 1953-1956年日本的水俣病事件； 1961年的四日市哮喘病事件； 1955-1972年的痛痛病事件。,5,形成环境问题第三阶段的主要原因： 人口迅猛增加。1900年世界人口为16亿，1950年为25亿，经过50年人口约增加了9亿。 都市化的速度加快。1900年拥有70万以上人口的城市，全世界有299座；到1951年迅速增到879座。 工业不断集中和扩大，能源的消耗大增。1900年世界能源消费量还不到10亿吨煤当量，至1950年就猛增至25亿吨煤当量。,6,4）、环境问题的第四阶段（1980年以后） 第四阶段是伴随环境污染和大范围生态破坏。人们共同关心的影响范围和危害严重的环境问题主要是全球性的大气，如“温室效应”、臭氧层破坏和酸雨；大面积生态破坏，如大面积森林被毁、草场退化、土壤侵蚀和沙漠化。二十世纪八十年代突发性的严重污染事件迭起。如： 1984年12月印度博帕尔农药泄漏事件； 1986年4月苏联切尔诺贝利核电站泄漏事故； 1986年11月莱因河污染事故。,7,环境问题第三阶段和第四阶段有很大的不同： 影响范围不同。 危害程度不同。 污染源不同。,印度博帕尔农药泄漏事件,莱茵河,8,危害程度不同 第三阶段环境污染虽然对经济造成损害，但问题还不突出。 第四阶段不但明显损害人群健康，每分钟因水污染和环境污染而死亡的人数全世界平均达到28人；而且全球性的环境污染和生态破坏已威胁到全人类的生存与发展，阻碍经济的持续发展。,9,污染源不同 第三阶段的污染来源尚不太复杂，较易通过污染源调查弄清产生环境问题的来龙去脉，如水俣病是汞中毒。 第四阶段的污染源众多，不但分布广、而且来源复杂，如赤潮。,10,补充（一）全球性的环境问题,1. 全球变暖的危机温室气体排放 人类的生存和文明的繁荣与气候条件密切相关，气候条件发生的微小变化，都可能会给人类带来严重的灾难性影响。 近30年来，地球上的气候发生了异常的变化，全球变暖的步伐突然加快，北美出现了历史上少有的热浪，非洲长达7年的干旱等等。 这些气候异常现象及其给人类带来的严重影响，引起了人们的广泛关注。 问题：温室效应的机理是什么？,11,100年来地球表面温度已上升了0.3-0.6，地表温度的升高也将导致冰川融化，海平面上升。 地表温度的升高，使得某些地区在短时间内发生急剧的气候变化，诸如高温天气、飓风、暴雨之类的极端天气的频率增多。 全球气候变化可能导致一些脆弱的生态系统如珊瑚礁正处于海温升高的危险之中。 由于气候条件的不利变化，将对生物物种、农业生产等产生影响。如一些候鸟的种群已经有所减少。 此外，气候变化很可能通过各种机制对人类健康和生存产生影响。例如，它会对淡水的利用率和粮食产量产生不利影响，对疟疾、登革热和血吸虫病等传染病的分布和季节传播起到促进作用。,全球变暖的危机温室气体排放,12,温室效应增强是导致全球变暖的一个重要原因。由于化石燃料的燃烧和农业生产活动，人类向大气中排放大量温室气体，其所产生的温室效应直接影响到地球的辐射收支，导致地球表面温度升高。 几种温室气体所引起的温室效应增强的作用分别为：二氧化碳55%，氯氟烃24%，甲烷15%，一氧化二氮6%。 如果要把大气中的温室气体浓度稳定在目前水平，就必须立即大幅度减少二氧化碳的排放量。,全球变暖的危机温室气体排放,13,2. 臭氧层的破坏与耗竭臭氧损耗物质的恶果 20世纪70年代后半期以来，科学家发现在南极上空12-23 km的大气平流层内，臭氧含量开始逐渐减少，尤其在秋季（9-11月）大幅度减少。 1985年10月，英国科学家法尔曼等人在南极南纬60哈雷湾观测站发现：在过去10-15年间，每到春天，南极上空的臭氧浓度就会减少约30%，近95%的臭氧被破坏。 从地面上观测，高空的臭氧层已极其稀薄，称为臭氧空洞，直径达上千公里。美国“云雨7号”卫星观测表明，此洞呈椭圆形，大小与美国国土面积相似。 日本环境厅发表的一项报告称，1998年南极上空臭氧空洞面积已达到历史最高记录，为2720万平方公里，比南极大陆还大约1倍。,14,臭氧层遭到破坏，其吸收紫外线辐射的能力将大大减弱，导致到达地球表面的紫外线强度明显增强。 紫外线辐射的增强，会使人体免疫功能下降，皮肤癌、白内障和呼吸病患者增加；同时会导致海洋浮游生物、虾蟹幼体大量死亡，小麦、水稻等农作物减产，气温上升，给人类健康和生态环境带来严重危害。,臭氧层的破坏与耗竭臭氧损耗物质的恶果,15,臭氧层的破坏主要是由于制冷剂、发泡剂、推进剂、洗净剂和膨胀剂中所含人工合成的卤碳化合物的大量排放，这些物质被称为臭氧损耗物质（ODS），在对流层中十分稳定，寿命可长达几十年甚至上百年。 ODS化合物随大气团运动上升到平流层后，在强烈的紫外线照射下分解出含氯的自由基。这些自由基与臭氧分子发生反应，使臭氧分子成为普通氧分子，从而导致臭氧层的破坏。,臭氧层的破坏与耗竭臭氧损耗物质的恶果,16,绪论第二节 一（二）,3. 生态系统服务功能的丧失生物多样性锐减 生物多样性是指所有来源的形形色色的生物体，这些来源包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所构成的生态综合体，它包括物种内部（遗传多样性）、物种之间（物种多样性）和生态系统的多样性。 现存的生物能提供多种环境服务，如调节大气中的气体组成、保护海岸带、调节水循环和气候、形成并保护肥沃土壤、分散和分解废弃物、吸收污染物等。 生物多样性也为食物和农业提供遗传资源，构成了世界食物安全的生物基础并维持人类的生计。 然而，生物所提供的环境服务多数既不为人所知，也没有得到适当的经济评价。生物多样性对于人类社会经济的发展具有历史的、现实的和未来的价值。,17,全球生物多样性正在以空前的速率发生改变。这种改变的主要驱动力，是土地植被覆盖的变化、气候改变、环境污染、对自然资源的掠夺性获取以及外来物种的侵入。 在过去30年间，物种多样性的减少凸现为主要的环境问题。引起物种减少的最重要因素是栖息地的减少和退化。例如，森林和草地开垦为耕地可导致当地动植物物种的灭绝。 在过去30年里，全世界约有120万平方公里的陆地被开垦为耕地。在最近的全球调查中发现，栖息地的减少是影响83%的濒危哺乳动物和85%的濒危鸟类的主要因素。,18,生物多样性的减少将威胁到人类的食物供应，木材、医药和能源的来源，娱乐与旅游的机会，并且干扰了生态的基本作用，如调整水流量、水土保持、消纳污染物、净化水质以及碳和营养物的循环等。,19,绪论第二节 一（二）,4. 河流与海洋污染的威胁污水废水排放 世界主要河流半数以上已经遭到严重的耗竭和污染，河流周围的生态系统受到破坏，威胁着人们的健康和生计。 城市的发展伴随着严重的水污染问题，如不完备的污水处理系统或未经处理的城市污水给水体带入大量营养物质、金属和有机污染物。 工业生产过程中排放的各种污染物，工业跑冒滴漏或工业和运输发生的事故性污染也会造成水污染。 现代农业大量使用农用化学物，有很多途径可以使农用化学物质，如农药、化肥等转移到水体中。,20,海洋污染是一种全球性污染现象。 南极企鹅体内脂肪中已检出DDT，说明污染影响范围之广。 造成海洋污染最主要的原因，是石油勘探开发和船舶的海损事故，如油轮搁浅、触礁、船舶碰撞、石油井喷、石油管道破裂等。 大批港口、城市的兴起和扩建，大量有害有毒物质倾泻于近海，超过了近海自身的净化能力，使优美纯净的海洋环境及海洋资源受到严重污染。 海洋石油污染给海洋生态带来了一系列的有害影响，其中包括：使海洋产氧量减少，影响海洋生物的生长与繁殖，从而对整个海洋生态系统产生影响；降低海洋生产力，从而对人类产生影响等。,河流与海洋污染的威胁污水废水排放,21,补充：（二）我国环境问题严峻,1. 沙尘暴 我国沙漠化及沙尘暴危害日趋严重。沙漠化面积从二十世纪50、60年代的每年1560多平方公里，70、80年代的2100平方公里，发展到90年代的2460平方公里，2005年已发展到3436平方公里。 每年沙漠化吞噬的土地相当于一个中等面积的县，造成的直接经济损失达500多亿元，更为严重的是，沙漠化所引发的沙尘暴也日益频繁。 不仅北京地区的沙尘暴较为严重，西安、沈阳等绝大多数北方城市都在遭受沙尘暴的袭击。沙尘暴已经波及到了南京、上海等地。 过去，沙尘暴主要发生在春季，而现在即便是冬天也出现扬沙和沙尘暴天气，2005年冬一些地区出现的“黄雪”便是一例。,22,沙尘暴,荒漠化与沙尘暴的成因有两个方面，一是自然因素，如拉尼娜（反厄尔尼诺）天气现象。二是人类不合理地经济社会活动，如滥垦、滥牧、滥采、滥伐、滥用水资源是导致。 “厄尔尼诺”现象是指南美赤道附近, 约北纬4度至南纬4度，西经150度至90度之间, 幅度数千公里的海水带的异常增温现象。 可能是太平洋底火山爆发或地壳断裂喷涌出来的熔岩的加热作用造成洋流变暖，进而导致信风转弱和逆转。 另有人则推断，也许是因为地球自转的年际速度不均造成的。每当地球自转的年际速度由加速变为减速之后，便会发生厄尔尼诺现象。,23,2. 森林、草原的生态功能急剧衰退 中国森林面积覆盖率仅为13.92； 人工林树种单一，病虫害严重； 土地退化严重,已占国土面积的16; 水土流失面积约占国土面积的38； 全国约有1.7亿人口受到荒漠化危害; 盐碱化土地面积占国土面积的8.5; 优质耕地面积逐年减少，近10年来，每年减少36万hm2； 草地退化面积约占可利用草场的1/3，目前仍以2万km2的速度增长。,24,3. 水体生态平衡严重失调，自然灾害日趋频繁 河流断流日益加重，尤以黄河最为突出； 洞庭湖面积已减少了38； 全国缺水城市达300多个，日缺水量1 600万t； 湿地面积不断缩小，东北三江平原500多万km2自然湿地目前仅剩200多万km2，且濒临消失的危险。 河流区域性污染严重，广大水系中38的河段达到或好于地表水3类标准, 1/3以上河段的水体丧失了使用功能。 酸雨问题仍然突出，酸雨覆盖面积约占国土面积的30.,25,4. 生物多样性锐减 全国有1520的动植物种类受到威胁，高于世界平均水平。 大熊猫、金丝猴、东北虎、华南虎等20个珍稀物种分布区域缩小，种群数量骤减。 在联合国国际濒危物种贸易公约中列出的640种濒危物种中，中国占了1/4。,26,5. 能源结构性污染突出，工业污染排放量仍高 大气污染归因于以煤炭为主的能源结构和过低的治理水平。 1998年我国万元国内生产总值SO2排放量26kg，远高于发达国家的水平。2000年全国SO2排放总量1995万t，居世界第一。 烟尘排放总量1 165万t；工业粉尘排放量1 092万t。 水环境质量继续恶化，工业城市废水中的化学需氧量COD为1 389万t，在全球均处于高位。 几大水系中，淮河、海河、辽河的水质污染状况已明显制约了这些流域地区的经济发展。,27,6. 城市污染严重 在空气污染方面，1999年对335个城市进行了综合分析，在335个城市中，40.5的城市超过空气质量三级标准，处于中度或严重污染状态。 大城市的汽车尾气污染日益突出，占空气NO2污染负荷的50。 1999年全球空气污染最严重的10个城市中，我国占7个，全国600多座城市的大气环境没有几个达到世界卫生组织规定的标准。 在水污染方面， 2000年全国年排污水总量达415.1亿t，相当部分未经处理直接排入水域。 全国城市河段水质为5类或劣5类占52。 在噪声污染方面，多数城市的噪声污染处于中等水平，重点城市的区域噪声处于轻度或中度污染水平。 在垃圾污染方面，城市年产量约为1.4亿t。垃圾无害化处理率仅为10左右，垃圾粪便处理率61.8，废弃塑料的“白色污染”问题越来越突出。,28,7. 农村环境问题日趋突出 由于传统的粗放型生产方式，导致农业环境质量下降。 牲畜养殖污染物排放数量大，浓度高，每头猪的废物排放量是人的67倍，牛则达到20倍。 农田污水灌溉面积比20世纪80年代增加了1.6倍。 农药化肥的过量使用，土壤污染成为潜在的环境问题。 生活污水直接排放到河流或地下水中，导致水体污染。,29,第二节、环境生物学概述,一、环境生物学定义 环境生物学（Environmental Biology）是研究生物与受人类干扰的环境之间相互作用规律及其机理的科学，是环境科学的一个分支学科。 1、干扰：人类对生态系统的污染、影响、破坏 2、研究对象:生物与受人类干扰的环境 3；目地：应用生物学理论与方法来控制治理环境污染，监测和评价环境质量，维护生态平衡和实现可持续发展 二、环境生物学的研究内容与任务,30,阐明环境污染的生物学或生态学效应：探索从分子到生态系统各级生物水平上环境污染的效应及其作用机理，研究并发展环境质量的生物学监测与评价的方法，这是认识环境问题的过程，可为进行有效的环境管理，以及解决环境问题提供科学依据。 探索生物对环境污染的净化原理，提高生物对污染净化的效率：随着时间的推移，环境污染状况日趋严重，仅仅靠天然自净能力已无法及时地或充分地净化环境中的污染物。因此，环境生物学就要研究如何利用生物技术和生态学方法进一步提高生物对污染的净化能力。 探讨自然保护生物学和恢复生态学的原理与方法：了解在人类利用和改造自然的过程中，对自然资源更新能力的影响或危害程度，探索合理利用自然资源的途径。,31,三、环境生物学的研究方法,野外调查和试验： 对人为干扰的环境进行现场调查和试验，通过对环境因素的确定和对生物各个层次效应的研究，探索环境中物理、化学或生物因素对生物或生态系统影响的基本规律。这种试验可以以自然环境为试验对象，也可根据研究目的的需要人工设计，以利于控制。,32,2、实验室试验：通过实验室的试验手段，可以进行环境污染的生物效应和生物净化过程及其机理的研究。这种研究的优点是条件控制比较严格，试验过程可以多次重复，对结果分析比较可靠。但其最大的弱点，或者说，研究者必须尽量注意的是实验室的条件与野外自然状态的区别，用实验室的结果去解释自然环境的情况必须十分小心。,33,3、模拟研究：在系统分析原理的基础上，利用计算机和近代数学的方法，在输入有关生物与环境相互关系规律的作用参数后，根据一些经验公式或模型，进行运算，得到抽象的结果，研究者根据具体的专业知识，对其发展趋势进行预测，以达到进一步优化和控制的目的。,34,四、环境生物学的发展趋势,1. 生态毒理学研究发展 生态毒理学（Ecotoxicology）是研究环境压力对生态系统内的种群和群落的生态学和毒理学效应，以及物质或因素的迁移途径和与环境相互作用规律。生态毒理学是边缘学科，是由化学、生态学和毒理学等学科交叉而发展起来。,35,2. 环境污染的生物净化研究趋势 目前废水生物处理技术发展趋势主要表现在： 发展各种对水量、水质和毒物等冲击负荷耐受能力强的工艺，提高出水水质的稳定性； 开发各种具有高生物相浓度、高传质速度的反应器，以及高负荷下的运转方式； 好氧与厌氧过程结合的各种工艺； 微生物的悬浮生长与附着生长相结合，以维持微生态系统中的生物多样性； 物理和化学方法结合，使生物处理的适用性极大提高，改善生物处理的微生态系统； 研究开发对高浓度有机废水、生物难降解物质、氮磷营养物质等能有效去除的新工艺和新方法。,36,3. 环境生物技术的发展 环境质量的生物监测与评价技术的发展： 生物监测指标的完善； 建立各种生物监测手段，其中生物传感器技术应用具有广阔的前途。 污染净化和受损环境修复的生物技术： 大量人工合成化合物进入自然环境，其中许多人工合成物质的结构是原来环境中所没有的，难于被天然微生物迅速降解转化。 这就需要通过改变生物的遗传特性，使生物能够适应，并以这些污染物作为营养物质，同时将其分解转化。这就需要生物工程技术和生物治理技术的发展。,37,保 护 生 态 学,研究生物多样性的保护； 自然保护技术； 自然保护区的建设； 协调人类与环境的关系。,保 护 生 物 学,恢 复 生 态 学,研究生态系统的退化机理； 研究群落结构和生态系统功能； 制定退化生态系统的恢复方案； 发展受损环境修复技术。,4. 保护生态学发展趋势,38,