環(huán)境生物學 選用教材 環(huán)境生物學 孔繁翔主編高教出版社2000參考書目 環(huán)境生物學 朱半民主編黃河水利出版社2003 環(huán)境生物學 蔣志學 鄧士謹主編中國環(huán)境科學出版社1989 環(huán)境生物學 林昌善中國環(huán)境科學出版社1986 環(huán)境微生物工程 馬文漪 楊柳燕南京大學出版社1998 環(huán)境生物學 段昌群科學出版社2004教學時數(shù) 32 考試形式 提交相關(guān)論文 章節(jié)介紹 緒論第一篇環(huán)境污染的生物效應(yīng)1環(huán)境污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的行為2污染物對生物的影響3污染物的生物效應(yīng)4環(huán)境質(zhì)量的生物監(jiān)測與生物評價第二篇環(huán)境污染的生物凈化5環(huán)境污染生物凈化的原理6環(huán)境污染物的生物凈化方法7現(xiàn)代生物技術(shù)與環(huán)境污染治理8污染環(huán)境的生物修復 緒論 本章主要討論以下三方面的內(nèi)容 環(huán)境與環(huán)境問題環(huán)境科學概述環(huán)境生物學概述 1環(huán)境與環(huán)境問題 環(huán)境 Environment 的概念 請思考以下三個問題 這里環(huán)境真優(yōu)美 中的 環(huán)境 指的是什么 作為環(huán)境科學術(shù)語的 環(huán)境 指的是什么 生態(tài)學中 環(huán)境 的概念又是什么 一般工具書中定義的 環(huán)境 概念是指人以外的客觀事物 將環(huán)境作為一種人以外的客觀存在來加以定義 如新華字典中定義為 周圍的一切事物 作為環(huán)境科學術(shù)語的 環(huán)境 概念環(huán)境科學所研究的中心事物是 人 則環(huán)境是以人類為主體的外部世界 是 人類生存的環(huán)境 在此基礎(chǔ)上定義 影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總和 生態(tài)學中 環(huán)境 的概念生態(tài)學研究的中心事物是 生物 則環(huán)境是以整個生物界的生命為主體 是 生物生存的環(huán)境 可定義 直接或間接影響生物生存和發(fā)展的各種因素的總和 這時 人類往往作為其中一個因素 成為其研究環(huán)境成分的一個內(nèi)容 小結(jié) 環(huán)境 具有相對性 在不同的學科中含義不同 主體的改變往往導致環(huán)境概念含義的不同 人類是環(huán)境發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物 環(huán)境是人類生存的物質(zhì)基礎(chǔ) 環(huán)境在影響人類生產(chǎn) 生活的同時 人類也在不斷地利用和改造自然環(huán)境 故人類和環(huán)境密切聯(lián)系 相互作用 環(huán)境問題 受損環(huán)境 環(huán)境問題的概念指由于人類活動作用于人們周圍的環(huán)境所引起的環(huán)境質(zhì)量變化 以及這種變化反過來對人類生產(chǎn) 生活和健康的影響問題 其產(chǎn)生是人類社會發(fā)展到一定階段人類與環(huán)境矛盾激化的產(chǎn)物 其實質(zhì)是由于人類活動超出了環(huán)境的承受能力 對其所賴以生存的自然生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生了破壞作用 導致人與其生存環(huán)境的不協(xié)調(diào) 受損環(huán)境 指在人為或自然干擾下形成的偏離了自然狀態(tài)的環(huán)境 在該環(huán)境中 環(huán)境要素成分不完整或比例失調(diào) 物質(zhì)循環(huán)難以進行 能量流動不暢 系統(tǒng)功能顯著下降 脅迫環(huán)境 是在自然條件下生物的各生物因子發(fā)生變化 超越生物生存的正常環(huán)境而形成的 環(huán)境問題的分類環(huán)境污染 是指人類活動向自然環(huán)境中投入的廢棄物超過自然生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力 并在環(huán)境中擴散 遷移 轉(zhuǎn)化 使環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化 對人類和其他生物的正常生存和發(fā)展產(chǎn)生不利影響的現(xiàn)象 生態(tài)破壞 環(huán)境系統(tǒng)中的生物成分和非生物成分作為人類經(jīng)濟社會發(fā)展的資源受到過度利用或人為破壞而引起生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的改變 并對人類生存和發(fā)展的環(huán)境條件和資源狀況產(chǎn)生不良影響的現(xiàn)象 其后果是環(huán)境惡化和生態(tài)退化 例如 水土流失 土地退化 生物多樣性喪失等 重大的環(huán)境問題溫室效應(yīng)和氣候變暖臭氧層的破壞酸雨有毒物質(zhì)污染 20世紀著名的八大公害事件 表緒 120世紀著名的八大公害事件 溫室效應(yīng)與全球變暖 溫室效應(yīng)大氣對地表熱輻射能遮擋保溫的屬性類似溫室中玻璃具有的作用 故被稱為溫室效應(yīng) 即大氣能使太陽短波輻射到達地面 但地表向外放出的長波熱輻射線卻被大氣吸收 由于大氣吸收熱量多 喪失少 這樣就使地表與低層大氣溫度增高溫室氣體大氣中能強烈吸收地面輻射產(chǎn)生溫室效應(yīng)的氣體 包括 二氧化碳 水汽 甲烷 氧化亞氮 臭氧等 全球變暖問題主要指人為活動造成的溫室氣體增加 溫室效應(yīng)增強帶來的氣候變化 人類活動對氣候變暖的影響主要表現(xiàn)為由于工業(yè)生產(chǎn)需要的化石燃料使用量大增 人口激增城市化發(fā)展等引起人為排放的二氧化碳等溫室氣體不斷增加 熱帶森林和溫帶植被破壞嚴重 光合作用吸收二氧化碳的能力減弱 資料表明1860年以來 全球地表年平均氣溫升高了0 3 0 6 根據(jù)跨政府氣候變化委員會預(yù)測 從1990到2100年 全球陸面氣溫將增加2 氣候變暖的直接結(jié)果是世界各地冰川的溶化 后退 引起海平面的上升 海平面升高的后果是嚴重的 將直接威脅世界沿海城市及30多個島嶼的生存和發(fā)展 美國環(huán)保專家預(yù)測 再過50 70年 東京 大阪 曼谷 威尼斯 圣彼得堡 阿姆斯特丹以及中國等一些沿海城市會被完全和局部淹沒 氣候變暖的間接結(jié)果是災(zāi)害性氣候 厄爾尼諾現(xiàn)象 厄爾尼諾可以引起全球大范圍的干旱 也可使某些地區(qū)暴雨成災(zāi) 例如 1997年3月開始的第14次厄爾尼諾 中國 長江 松花江 嫩江全流域大洪水 直接損失幾千億元 98年1月10日張北地區(qū)6 2級地震 11月19日云南寧蒗又生生6 2級地震 臭氧層破壞 臭氧 O3臭氧大部分集中在10 30km的平流層 平流層中臭氧的存在對于地球生命物質(zhì)至關(guān)重要 通過吸收太陽輻射維護地球的能量平衡和生態(tài)平衡 因為 它阻擋了UV B段紫外輻射到達地面 研究表明UV B能破壞生物蛋白質(zhì)和基因物質(zhì) 造成細胞死亡 使人類皮膚癌發(fā)病率增高 傷害眼睛導致白內(nèi)障而使眼睛失明 抑制植物如大豆 瓜類 蔬菜等的生長 并穿透10m深的水層 殺死浮游植物和微生物 從而危及水中生物的食物鏈和自由氧的來源 影響生態(tài)平衡和水體的自凈能力 因此 臭氧層實際上已成為地球生命系統(tǒng)的保護層 南極臭氧層空洞 OzoneHole80年代觀測發(fā)現(xiàn) 自每年9月份下旬開始 南極洲上空的臭氧總量迅速減少一半左右 極地上空臭氧層的中心地帶 近90 臭氧被破壞 若從地面向上觀測 高空臭氧層已極其稀薄 與周圍相比象是形成了一個直徑上千公里的洞 稱為 臭氧洞 酸雨 一般將pH小于5 6的降雨稱為酸雨 酸雨的成因 酸雨的危害 被嚴重腐蝕的建筑物 有毒物質(zhì)污染 有毒物質(zhì)污染是指對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康有毒害作用的物質(zhì)排放到環(huán)境中而引起的危害 這些物質(zhì)都是生產(chǎn)和生活過程中的產(chǎn)物 如廢水 廢氣和固體廢棄物 農(nóng)藥 化肥和放射性物質(zhì)等 生態(tài)環(huán)境破壞 生態(tài)環(huán)境破壞是由于對自然資源的不合理開發(fā)和利用而引起的 例如 中國科學院發(fā)布的一份國情報告 中國在90年代的沙漠化速度是每年2100km2 相當于兩個半香港 或30個北京城 而2000年已達2460km2 2003年已超過3000km2 遙感普查數(shù)字表明 中國水土流失面積已達367萬km2 約占國土面積的38 總量達每年50億噸 相當于全國的耕地每年被剝?nèi)?cm的肥土層 損失N P K肥4000多萬噸 相當于全國1年生產(chǎn)化肥的總和 地球土層的平均厚度18cm 在溫帶地區(qū)的自然條件下 每形成1cm的表土需100 400年 即使管理極好 也需20年 此外 黃河斷流 塔里木河斷流 羅布泊消失 長江危機 長江每年表土流失24億噸 5億噸流入東海 還有 濫用化肥和農(nóng)藥 造成土壤退化 我國中低產(chǎn)田已由原來的60 上升到80 小結(jié)解決環(huán)境問題的根本途徑是調(diào)節(jié)人類社會活動與環(huán)境的關(guān)系 要真正實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)必須具備下列條件 掌握自然生態(tài)規(guī)律 通曉環(huán)境變化過程 能預(yù)測人類活動引起的環(huán)境影響 運用規(guī)律去利用自然資源 改造自然 2環(huán)境科學概述2 1環(huán)境科學的研究對象和任務(wù) 環(huán)境科學的研究對象環(huán)境科學是是以 人類 環(huán)境 系統(tǒng)為其特定的研究對象 它是研究 人類 環(huán)境 系統(tǒng)的發(fā)生 發(fā)展 調(diào)節(jié)和控制以及改造和利用的科學 環(huán)境科學的任務(wù)環(huán)境科學的任務(wù)是揭示人類 環(huán)境矛盾的實質(zhì) 研究兩者之間的辨證關(guān)系 掌握其發(fā)展規(guī)律 調(diào)控人類 環(huán)境之間的物質(zhì)和能量交換過程 尋求解決矛盾的途徑和方法 以改善環(huán)境 促進人類社會的向前發(fā)展 2 2環(huán)境科學的發(fā)展史相關(guān)學科的探索 19世紀末期 地學 生物學 化學 物理學 醫(yī)學和一些工程技術(shù)學科的學者分別從本學科的角度開始對環(huán)境問題進行探索和研究 環(huán)境科學的孕育 20世紀50年代 在地學 生物學 化學 物理學 醫(yī)學和一些工程技術(shù)學科的基礎(chǔ)上 逐漸形成了一些新的邊緣學科 如環(huán)境生物學 環(huán)境化學 環(huán)境物理學 環(huán)境醫(yī)學 環(huán)境工程學 環(huán)境經(jīng)濟學 環(huán)境管理學等等 在這些分支學科的基礎(chǔ)上 孕育著環(huán)境科學 環(huán)境科學的形成 1972年 英國經(jīng)濟學家B 沃德 美國微生物學家R 杜德斯主編出版了 只有一個地球 一書 該書被認為是環(huán)境科學的一部緒論性質(zhì)的著作 從此形成了環(huán)境科學相對獨立的研究體系 環(huán)境科學的新境界 1992年 在里約熱內(nèi)盧會議上提出了 可持續(xù)發(fā)展 的新概念 在這一新發(fā)展觀的指導下 環(huán)境科學又進入了一個更高的境界 將從此發(fā)展成為一門嶄新的 獨立的科學 3環(huán)境生物學概述3 1環(huán)境生物學的定義 研究對象和目的 什么是環(huán)境生物學 環(huán)境生物學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 環(huán)境生物學的研究對象環(huán)境生物學的研究對象是生物與受人類干擾的環(huán)境之間相互關(guān)系環(huán)境生物學的研究目的環(huán)境生物學的研究目的 在于為人類維護生態(tài)健康 保護和改善環(huán)境 為合理利用自然和自然資源提供科學基礎(chǔ) 促進環(huán)境和生物的相互關(guān)系以有利于人類的生存和社會的可持續(xù)發(fā)展 環(huán)境生物學的形成和發(fā)展 3 2環(huán)境生物學的任務(wù)與研究內(nèi)容 3 4環(huán)境生物學的研究方法 野外調(diào)查和試驗實驗室試驗?zāi)M研究 3 5環(huán)境生物學的發(fā)展趨勢 目前發(fā)展的趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個方面 生態(tài)毒理學研究生態(tài)毒理學 Ecotoxicology 是研究環(huán)境壓力對生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的種群和群落的生態(tài)學和毒理學效應(yīng) 以及物質(zhì)或因素的遷移途徑和與環(huán)境相互作用規(guī)律 環(huán)境生物學正向宏觀和微觀兩極方向深入發(fā)展 宏觀領(lǐng)域內(nèi) 研究對象已由個體 種群 群落轉(zhuǎn)移到生態(tài)系統(tǒng)和景觀生態(tài) 向在生態(tài)系統(tǒng)水平上評價生態(tài)效應(yīng)的方法和模型發(fā)展 在微觀領(lǐng)域 采用分子生物學 遺傳學等生物學方法和技術(shù) 研究污染物及其代謝物與生物大分子及細胞的相互作用等 環(huán)境污染的生物凈化研究開發(fā)對高濃度有機廢水 生物難降解物質(zhì) 氮磷營養(yǎng)物質(zhì)等能有效去除的新工藝和新方法 環(huán)境生物技術(shù)環(huán)境質(zhì)量的生物監(jiān)測與評價技術(shù)的發(fā)展污染凈化和受損環(huán)境修復的生物技術(shù)保護生態(tài)學自然保護生態(tài)學恢復生態(tài)學 3 6環(huán)境生物學與相關(guān)學科的關(guān)系 與生態(tài)學學科的關(guān)系生態(tài)學的研究重點在生態(tài)系統(tǒng)和生物圈各組成成分之間的相互關(guān)系 環(huán)境生物學是以生態(tài)學的基本原理作為其理論基礎(chǔ)的 但其研究的環(huán)境是以人類為主體的環(huán)境 從研究的切入點和研究層次上兩者是不同的 與毒理學學科的關(guān)系毒理學是研究外來化合物對生物體毒性作用的一門學科 環(huán)境生物學在毒理學的基礎(chǔ)上 進一步應(yīng)用生態(tài)學 分子生物學 生物化學及生物物理學等基礎(chǔ)學科對環(huán)境污染物的毒作用機理 影響其毒性作用的各種因素和控制規(guī)律等眾多內(nèi)容進行深入研究 本課程的重點內(nèi)容和學習要求 環(huán)境污染的生物效應(yīng)要求 理解污染物在環(huán)境中的遷移 轉(zhuǎn)化和積累的生物學規(guī)律以及在各個水平上對生物的影響和危害 在此基礎(chǔ)上 掌握環(huán)境污染的生物監(jiān)測與生物評價的基本理論和方法 環(huán)境污染的生物凈化 要求 理解環(huán)境污染生物凈化的基本原理和方法 理解生物降解的規(guī)律 原理和途徑 了解現(xiàn)代生物技術(shù)在污染物生物凈化中的應(yīng)用 在學習了本章內(nèi)容之后 請思考以下問題 環(huán)境生物學在環(huán)境科學研究中有哪些作用 應(yīng)如何開展環(huán)境生物學的研究