環(huán)境生物學緒論ppt課件

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緒論 第一節(jié)環(huán)境科學概述,一、環(huán)境科學與環(huán)境問題 1、環(huán)境科學：是以“人類與環(huán)境”這對矛盾為對象，而研究其對立統(tǒng)一關系的發(fā)生與發(fā)展、調節(jié)與控制，以及利用與改造的科學。 1）、“人類--環(huán)境”系統(tǒng)是以人類為中心的生態(tài)系統(tǒng)。環(huán)境科學也就是以這個系統(tǒng)為對象，研究其發(fā)生與發(fā)展、調節(jié)與控制，以及利用與改造的科學。 2）、環(huán)境科學是一門綜合性學科，涉及到自然科學、人文社會科學和工程技術等廣泛領域。,1,2、環(huán)境問題的由來與發(fā)展,1）、萌芽階段（工業(yè)革命以前，即18世紀60年代以前） 人類誕生時，作為天然食物的采集者和捕食者，人類對環(huán)境的影響不大。 隨后，人類學會了培育、馴化植物和動物，開始了農業(yè)和畜牧業(yè)，這在生產發(fā)展史上是一次大革命。 而隨著農業(yè)和畜牧業(yè)的發(fā)展，人類改造環(huán)境的作用也越來越明顯地顯示出來，但與此同時也發(fā)生了相應的環(huán)境問題，如大量砍伐森林、破壞草原、刀耕火種、盲目開荒，往往引起嚴重水土流失，水旱災害頻繁和沙漠化。,2,2）、環(huán)境問題的發(fā)展惡化階段 （工業(yè)革命至20世紀50年代前） 在十八世紀60年代至十九世紀中葉，生產發(fā)展史上出現(xiàn)了又一次偉大的革命——工業(yè)革命。 工業(yè)革命使建立在個人才能、技術和經驗之上的小生產被建立在科學技術成果之上的大生產所代替，大幅度地提高了勞動生產率，增強了人類利用和改造環(huán)境的能力。 工業(yè)革命大規(guī)模地改變了環(huán)境的組成和結構，從而也改變了環(huán)境中的物質循環(huán)系統(tǒng)，擴大了人類的活動領域，同時也帶來了新的環(huán)境問題。,3,這期間工業(yè)發(fā)達的城市和工礦區(qū)排出大量廢棄物，污染事件不斷發(fā)生。如： 1873-1892，英國倫敦多次發(fā)生可怕的有毒煙霧事件； 十九世紀后期，日本足尾銅礦區(qū)排出的廢水污染了大片農田； 1930年12月，比利時嗎斯河谷工業(yè)區(qū)由于工廠排出的有害氣體，在逆溫條件下造成了嚴重的大氣污染事件。 總之，由于蒸汽機的發(fā)明和廣泛使用以后，大工業(yè)日益發(fā)展，生產力有了很大的提高，環(huán)境問題也隨之發(fā)展且逐步惡化。,4,3)、環(huán)境問題的第三階段 （二十世紀50年代至70年代） 震驚世界的公害事件接連不斷： 1952年12月的倫敦煙霧事件； 1953-1956年日本的水俁病事件； 1961年的四日市哮喘病事件； 1955-1972年的痛痛病事件。,5,形成環(huán)境問題第三階段的主要原因： 人口迅猛增加。1900年世界人口為16億，1950年為25億，經過50年人口約增加了9億。 都市化的速度加快。1900年擁有70萬以上人口的城市，全世界有299座；到1951年迅速增到879座。 工業(yè)不斷集中和擴大，能源的消耗大增。1900年世界能源消費量還不到10億噸煤當量，至1950年就猛增至25億噸煤當量。,6,4）、環(huán)境問題的第四階段（1980年以后） 第四階段是伴隨環(huán)境污染和大范圍生態(tài)破壞。人們共同關心的影響范圍和危害嚴重的環(huán)境問題主要是全球性的大氣，如“溫室效應”、臭氧層破壞和酸雨；大面積生態(tài)破壞，如大面積森林被毀、草場退化、土壤侵蝕和沙漠化。二十世紀八十年代突發(fā)性的嚴重污染事件迭起。如： 1984年12月印度博帕爾農藥泄漏事件； 1986年4月蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站泄漏事故； 1986年11月萊因河污染事故。,7,環(huán)境問題第三階段和第四階段有很大的不同： 影響范圍不同。 危害程度不同。 污染源不同。,印度博帕爾農藥泄漏事件,萊茵河,8,危害程度不同 第三階段環(huán)境污染雖然對經濟造成損害，但問題還不突出。 第四階段不但明顯損害人群健康，每分鐘因水污染和環(huán)境污染而死亡的人數(shù)全世界平均達到28人；而且全球性的環(huán)境污染和生態(tài)破壞已威脅到全人類的生存與發(fā)展，阻礙經濟的持續(xù)發(fā)展。,9,污染源不同 第三階段的污染來源尚不太復雜，較易通過污染源調查弄清產生環(huán)境問題的來龍去脈，如水俁病是汞中毒。 第四階段的污染源眾多，不但分布廣、而且來源復雜，如赤潮。,10,補充（一）全球性的環(huán)境問題,1. 全球變暖的危機——溫室氣體排放 人類的生存和文明的繁榮與氣候條件密切相關，氣候條件發(fā)生的微小變化，都可能會給人類帶來嚴重的災難性影響。 近30年來，地球上的氣候發(fā)生了異常的變化，全球變暖的步伐突然加快，北美出現(xiàn)了歷史上少有的熱浪，非洲長達7年的干旱等等。 這些氣候異?，F(xiàn)象及其給人類帶來的嚴重影響，引起了人們的廣泛關注。 問題：溫室效應的機理是什么？,11,100年來地球表面溫度已上升了0.3-0.6℃，地表溫度的升高也將導致冰川融化，海平面上升。 地表溫度的升高，使得某些地區(qū)在短時間內發(fā)生急劇的氣候變化，諸如高溫天氣、颶風、暴雨之類的極端天氣的頻率增多。 全球氣候變化可能導致一些脆弱的生態(tài)系統(tǒng)如珊瑚礁正處于海溫升高的危險之中。 由于氣候條件的不利變化，將對生物物種、農業(yè)生產等產生影響。如一些候鳥的種群已經有所減少。 此外，氣候變化很可能通過各種機制對人類健康和生存產生影響。例如，它會對淡水的利用率和糧食產量產生不利影響，對瘧疾、登革熱和血吸蟲病等傳染病的分布和季節(jié)傳播起到促進作用。,全球變暖的危機——溫室氣體排放,12,溫室效應增強是導致全球變暖的一個重要原因。由于化石燃料的燃燒和農業(yè)生產活動，人類向大氣中排放大量溫室氣體，其所產生的溫室效應直接影響到地球的輻射收支，導致地球表面溫度升高。 幾種溫室氣體所引起的溫室效應增強的作用分別為：二氧化碳55%，氯氟烴24%，甲烷15%，一氧化二氮6%。 如果要把大氣中的溫室氣體濃度穩(wěn)定在目前水平，就必須立即大幅度減少二氧化碳的排放量。,全球變暖的危機——溫室氣體排放,13,,2. 臭氧層的破壞與耗竭——臭氧損耗物質的惡果 20世紀70年代后半期以來，科學家發(fā)現(xiàn)在南極上空12-23 km的大氣平流層內，臭氧含量開始逐漸減少，尤其在秋季（9-11月）大幅度減少。 1985年10月，英國科學家法爾曼等人在南極南緯60°哈雷灣觀測站發(fā)現(xiàn)：在過去10-15年間，每到春天，南極上空的臭氧濃度就會減少約30%，近95%的臭氧被破壞。 從地面上觀測，高空的臭氧層已極其稀薄，稱為臭氧空洞，直徑達上千公里。美國“云雨7號”衛(wèi)星觀測表明，此洞呈橢圓形，大小與美國國土面積相似。 日本環(huán)境廳發(fā)表的一項報告稱，1998年南極上空臭氧空洞面積已達到歷史最高記錄，為2720萬平方公里，比南極大陸還大約1倍。,14,臭氧層遭到破壞，其吸收紫外線輻射的能力將大大減弱，導致到達地球表面的紫外線強度明顯增強。 紫外線輻射的增強，會使人體免疫功能下降，皮膚癌、白內障和呼吸病患者增加；同時會導致海洋浮游生物、蝦蟹幼體大量死亡，小麥、水稻等農作物減產，氣溫上升，給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來嚴重危害。,臭氧層的破壞與耗竭——臭氧損耗物質的惡果,15,臭氧層的破壞主要是由于制冷劑、發(fā)泡劑、推進劑、洗凈劑和膨脹劑中所含人工合成的鹵碳化合物的大量排放，這些物質被稱為臭氧損耗物質（ODS），在對流層中十分穩(wěn)定，壽命可長達幾十年甚至上百年。 ODS化合物隨大氣團運動上升到平流層后，在強烈的紫外線照射下分解出含氯的自由基。這些自由基與臭氧分子發(fā)生反應，使臭氧分子成為普通氧分子，從而導致臭氧層的破壞。,臭氧層的破壞與耗竭——臭氧損耗物質的惡果,16,緒論第二節(jié) 一（二）,3. 生態(tài)系統(tǒng)服務功能的喪失——生物多樣性銳減 生物多樣性是指所有來源的形形色色的生物體，這些來源包括陸地、海洋和其他水生生態(tài)系統(tǒng)及其所構成的生態(tài)綜合體，它包括物種內部（遺傳多樣性）、物種之間（物種多樣性）和生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。 現(xiàn)存的生物能提供多種環(huán)境服務，如調節(jié)大氣中的氣體組成、保護海岸帶、調節(jié)水循環(huán)和氣候、形成并保護肥沃土壤、分散和分解廢棄物、吸收污染物等。 生物多樣性也為食物和農業(yè)提供遺傳資源，構成了世界食物安全的生物基礎并維持人類的生計。 然而，生物所提供的環(huán)境服務多數(shù)既不為人所知，也沒有得到適當?shù)慕洕u價。生物多樣性對于人類社會經濟的發(fā)展具有歷史的、現(xiàn)實的和未來的價值。,17,全球生物多樣性正在以空前的速率發(fā)生改變。這種改變的主要驅動力，是土地植被覆蓋的變化、氣候改變、環(huán)境污染、對自然資源的掠奪性獲取以及外來物種的侵入。 在過去30年間，物種多樣性的減少凸現(xiàn)為主要的環(huán)境問題。引起物種減少的最重要因素是棲息地的減少和退化。例如，森林和草地開墾為耕地可導致當?shù)貏又参镂锓N的滅絕。 在過去30年里，全世界約有120萬平方公里的陸地被開墾為耕地。在最近的全球調查中發(fā)現(xiàn)，棲息地的減少是影響83%的瀕危哺乳動物和85%的瀕危鳥類的主要因素。,,18,生物多樣性的減少將威脅到人類的食物供應，木材、醫(yī)藥和能源的來源，娛樂與旅游的機會，并且干擾了生態(tài)的基本作用，如調整水流量、水土保持、消納污染物、凈化水質以及碳和營養(yǎng)物的循環(huán)等。,,19,緒論第二節(jié) 一（二）,4. 河流與海洋污染的威脅——污水廢水排放 世界主要河流半數(shù)以上已經遭到嚴重的耗竭和污染，河流周圍的生態(tài)系統(tǒng)受到破壞，威脅著人們的健康和生計。 城市的發(fā)展伴隨著嚴重的水污染問題，如不完備的污水處理系統(tǒng)或未經處理的城市污水給水體帶入大量營養(yǎng)物質、金屬和有機污染物。 工業(yè)生產過程中排放的各種污染物，工業(yè)跑冒滴漏或工業(yè)和運輸發(fā)生的事故性污染也會造成水污染。 現(xiàn)代農業(yè)大量使用農用化學物，有很多途徑可以使農用化學物質，如農藥、化肥等轉移到水體中。,20,海洋污染是一種全球性污染現(xiàn)象。 南極企鵝體內脂肪中已檢出DDT，說明污染影響范圍之廣。 造成海洋污染最主要的原因，是石油勘探開發(fā)和船舶的海損事故，如油輪擱淺、觸礁、船舶碰撞、石油井噴、石油管道破裂等。 大批港口、城市的興起和擴建，大量有害有毒物質傾瀉于近海，超過了近海自身的凈化能力，使優(yōu)美純凈的海洋環(huán)境及海洋資源受到嚴重污染。 海洋石油污染給海洋生態(tài)帶來了一系列的有害影響，其中包括：使海洋產氧量減少，影響海洋生物的生長與繁殖，從而對整個海洋生態(tài)系統(tǒng)產生影響；降低海洋生產力，從而對人類產生影響等。,河流與海洋污染的威脅——污水廢水排放,21,補充：（二）我國環(huán)境問題嚴峻,,1. 沙塵暴 我國沙漠化及沙塵暴危害日趨嚴重。沙漠化面積從二十世紀50、60年代的每年1560多平方公里，70、80年代的2100平方公里，發(fā)展到90年代的2460平方公里，2005年已發(fā)展到3436平方公里。 每年沙漠化吞噬的土地相當于一個中等面積的縣，造成的直接經濟損失達500多億元，更為嚴重的是，沙漠化所引發(fā)的沙塵暴也日益頻繁。 不僅北京地區(qū)的沙塵暴較為嚴重，西安、沈陽等絕大多數(shù)北方城市都在遭受沙塵暴的襲擊。沙塵暴已經波及到了南京、上海等地。 過去，沙塵暴主要發(fā)生在春季，而現(xiàn)在即便是冬天也出現(xiàn)揚沙和沙塵暴天氣，2005年冬一些地區(qū)出現(xiàn)的“黃雪”便是一例。,22,沙塵暴,荒漠化與沙塵暴的成因有兩個方面，一是自然因素，如拉尼娜（反厄爾尼諾）天氣現(xiàn)象。二是人類不合理地經濟社會活動，如濫墾、濫牧、濫采、濫伐、濫用水資源是導致。 “厄爾尼諾”現(xiàn)象是指南美赤道附近, 約北緯4度至南緯4度，西經150度至90度之間, 幅度數(shù)千公里的海水帶的異常增溫現(xiàn)象。 可能是太平洋底火山爆發(fā)或地殼斷裂噴涌出來的熔巖的加熱作用造成洋流變暖，進而導致信風轉弱和逆轉。 另有人則推斷，也許是因為地球自轉的年際速度不均造成的。每當?shù)厍蜃赞D的年際速度由加速變?yōu)闇p速之后，便會發(fā)生厄爾尼諾現(xiàn)象。,23,2. 森林、草原的生態(tài)功能急劇衰退 中國森林面積覆蓋率僅為13.92％； 人工林樹種單一，病蟲害嚴重； 土地退化嚴重,已占國土面積的16％; 水土流失面積約占國土面積的38％； 全國約有1.7億人口受到荒漠化危害; 鹽堿化土地面積占國土面積的8.5％; 優(yōu)質耕地面積逐年減少，近10年來，每年減少36萬hm2； 草地退化面積約占可利用草場的1/3，目前仍以2萬km2的速度增長。,24,3. 水體生態(tài)平衡嚴重失調，自然災害日趨頻繁 河流斷流日益加重，尤以黃河最為突出； 洞庭湖面積已減少了38％； 全國缺水城市達300多個，日缺水量1 600萬t； 濕地面積不斷縮小，東北三江平原500多萬km2自然濕地目前僅剩200多萬km2，且瀕臨消失的危險。 河流區(qū)域性污染嚴重，廣大水系中38％的河段達到或好于地表水3類標準, 1/3以上河段的水體喪失了使用功能。 酸雨問題仍然突出，酸雨覆蓋面積約占國土面積的30％.,25,4. 生物多樣性銳減 全國有15％～20％的動植物種類受到威脅，高于世界平均水平。 大熊貓、金絲猴、東北虎、華南虎等20個珍稀物種分布區(qū)域縮小，種群數(shù)量驟減。 在聯(lián)合國《國際瀕危物種貿易公約中》列出的640種瀕危物種中，中國占了1/4。,26,5. 能源結構性污染突出，工業(yè)污染排放量仍高 大氣污染歸因于以煤炭為主的能源結構和過低的治理水平。 1998年我國萬元國內生產總值SO2排放量26kg，遠高于發(fā)達國家的水平。2000年全國SO2排放總量1995萬t，居世界第一。 煙塵排放總量1 165萬t；工業(yè)粉塵排放量1 092萬t。 水環(huán)境質量繼續(xù)惡化，工業(yè)城市廢水中的化學需氧量COD為1 389萬t，在全球均處于高位。 幾大水系中，淮河、海河、遼河的水質污染狀況已明顯制約了這些流域地區(qū)的經濟發(fā)展。,27,6. 城市污染嚴重 在空氣污染方面，1999年對335個城市進行了綜合分析，在335個城市中，40.5％的城市超過空氣質量三級標準，處于中度或嚴重污染狀態(tài)。 大城市的汽車尾氣污染日益突出，占空氣NO2污染負荷的50％。 1999年全球空氣污染最嚴重的10個城市中，我國占7個，全國600多座城市的大氣環(huán)境沒有幾個達到世界衛(wèi)生組織規(guī)定的標準。 在水污染方面， 2000年全國年排污水總量達415.1億t，相當部分未經處理直接排入水域。 全國城市河段水質為5類或劣5類占52％。 在噪聲污染方面，多數(shù)城市的噪聲污染處于中等水平，重點城市的區(qū)域噪聲處于輕度或中度污染水平。 在垃圾污染方面，城市年產量約為1.4億t。垃圾無害化處理率僅為10％左右，垃圾糞便處理率61.8％，廢棄塑料的“白色污染”問題越來越突出。,28,,7. 農村環(huán)境問題日趨突出 由于傳統(tǒng)的粗放型生產方式，導致農業(yè)環(huán)境質量下降。 牲畜養(yǎng)殖污染物排放數(shù)量大，濃度高，每頭豬的廢物排放量是人的6～7倍，牛則達到20倍。 農田污水灌溉面積比20世紀80年代增加了1.6倍。 農藥化肥的過量使用，土壤污染成為潛在的環(huán)境問題。 生活污水直接排放到河流或地下水中，導致水體污染。,29,第二節(jié)、環(huán)境生物學概述,一、環(huán)境生物學定義 環(huán)境生物學（Environmental Biology）是研究生物與受人類干擾的環(huán)境之間相互作用規(guī)律及其機理的科學，是環(huán)境科學的一個分支學科。 1、干擾：人類對生態(tài)系統(tǒng)的污染、影響、破壞 2、研究對象:生物與受人類干擾的環(huán)境 3；目地：應用生物學理論與方法來控制治理環(huán)境污染，監(jiān)測和評價環(huán)境質量，維護生態(tài)平衡和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展 二、環(huán)境生物學的研究內容與任務,30,闡明環(huán)境污染的生物學或生態(tài)學效應：探索從分子到生態(tài)系統(tǒng)各級生物水平上環(huán)境污染的效應及其作用機理，研究并發(fā)展環(huán)境質量的生物學監(jiān)測與評價的方法，這是認識環(huán)境問題的過程，可為進行有效的環(huán)境管理，以及解決環(huán)境問題提供科學依據。 探索生物對環(huán)境污染的凈化原理，提高生物對污染凈化的效率：隨著時間的推移，環(huán)境污染狀況日趨嚴重，僅僅靠天然自凈能力已無法及時地或充分地凈化環(huán)境中的污染物。因此，環(huán)境生物學就要研究如何利用生物技術和生態(tài)學方法進一步提高生物對污染的凈化能力。 探討自然保護生物學和恢復生態(tài)學的原理與方法：了解在人類利用和改造自然的過程中，對自然資源更新能力的影響或危害程度，探索合理利用自然資源的途徑。,,31,三、環(huán)境生物學的研究方法,野外調查和試驗： 對人為干擾的環(huán)境進行現(xiàn)場調查和試驗，通過對環(huán)境因素的確定和對生物各個層次效應的研究，探索環(huán)境中物理、化學或生物因素對生物或生態(tài)系統(tǒng)影響的基本規(guī)律。這種試驗可以以自然環(huán)境為試驗對象，也可根據研究目的的需要人工設計，以利于控制。,,32,2、實驗室試驗：通過實驗室的試驗手段，可以進行環(huán)境污染的生物效應和生物凈化過程及其機理的研究。這種研究的優(yōu)點是條件控制比較嚴格，試驗過程可以多次重復，對結果分析比較可靠。但其最大的弱點，或者說，研究者必須盡量注意的是實驗室的條件與野外自然狀態(tài)的區(qū)別，用實驗室的結果去解釋自然環(huán)境的情況必須十分小心。,33,3、模擬研究：在系統(tǒng)分析原理的基礎上，利用計算機和近代數(shù)學的方法，在輸入有關生物與環(huán)境相互關系規(guī)律的作用參數(shù)后，根據一些經驗公式或模型，進行運算，得到抽象的結果，研究者根據具體的專業(yè)知識，對其發(fā)展趨勢進行預測，以達到進一步優(yōu)化和控制的目的。,34,四、環(huán)境生物學的發(fā)展趨勢,1. 生態(tài)毒理學研究發(fā)展 生態(tài)毒理學（Ecotoxicology）是研究環(huán)境壓力對生態(tài)系統(tǒng)內的種群和群落的生態(tài)學和毒理學效應，以及物質或因素的遷移途徑和與環(huán)境相互作用規(guī)律。生態(tài)毒理學是邊緣學科，是由化學、生態(tài)學和毒理學等學科交叉而發(fā)展起來。,,35,2. 環(huán)境污染的生物凈化研究趨勢 目前廢水生物處理技術發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在： 發(fā)展各種對水量、水質和毒物等沖擊負荷耐受能力強的工藝，提高出水水質的穩(wěn)定性； 開發(fā)各種具有高生物相濃度、高傳質速度的反應器，以及高負荷下的運轉方式； 好氧與厭氧過程結合的各種工藝； 微生物的懸浮生長與附著生長相結合，以維持微生態(tài)系統(tǒng)中的生物多樣性； 物理和化學方法結合，使生物處理的適用性極大提高，改善生物處理的微生態(tài)系統(tǒng)； 研究開發(fā)對高濃度有機廢水、生物難降解物質、氮磷營養(yǎng)物質等能有效去除的新工藝和新方法。,,36,3. 環(huán)境生物技術的發(fā)展 環(huán)境質量的生物監(jiān)測與評價技術的發(fā)展： 生物監(jiān)測指標的完善； 建立各種生物監(jiān)測手段，其中生物傳感器技術應用具有廣闊的前途。 污染凈化和受損環(huán)境修復的生物技術： 大量人工合成化合物進入自然環(huán)境，其中許多人工合成物質的結構是原來環(huán)境中所沒有的，難于被天然微生物迅速降解轉化。 這就需要通過改變生物的遺傳特性，使生物能夠適應，并以這些污染物作為營養(yǎng)物質，同時將其分解轉化。這就需要生物工程技術和生物治理技術的發(fā)展。,,37,保 護 生 態(tài) 學,研究生物多樣性的保護； 自然保護技術； 自然保護區(qū)的建設； 協(xié)調人類與環(huán)境的關系。,,保 護 生 物 學,恢 復 生 態(tài) 學,,,研究生態(tài)系統(tǒng)的退化機理； 研究群落結構和生態(tài)系統(tǒng)功能； 制定退化生態(tài)系統(tǒng)的恢復方案； 發(fā)展受損環(huán)境修復技術。,4. 保護生態(tài)學發(fā)展趨勢,,{,{,,{,{,38,