環(huán)境生物學(xué)主講：李亞寧

1、環(huán)境生物學(xué)主講：李亞寧選用教材： 環(huán)境生物學(xué)孔繁翔主編 高教出版社 2000參考書(shū)目：環(huán)境生物學(xué) 熊治迂 主編 武漢大學(xué)出版社 2000環(huán)境生物學(xué) 蔣志學(xué)、鄧士謹(jǐn)主編 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社 1989 環(huán)境生物學(xué) 林昌善 中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社 1986 環(huán)境工程微生物學(xué)周群英、高廷耀 主編 高教出版社 2000 考試形式：閉卷，平時(shí)40%；卷面60%緒 論 環(huán)境與環(huán)境問(wèn)題 ?環(huán)境科學(xué) ?環(huán)境生物學(xué) ?1 環(huán)境與環(huán)境問(wèn)題環(huán)境（Environment）的概念： 請(qǐng)思考以下三個(gè)問(wèn)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(xué)術(shù)語(yǔ)的“環(huán)境”指的是什么？ 生態(tài)學(xué)中“環(huán)境”的概念又是什么？一般

2、工具書(shū)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(lái)加以定義，如新華字典中定義為：周?chē)囊磺惺挛?。作為環(huán)境科學(xué)術(shù)語(yǔ)的“環(huán)境”概念環(huán)境科學(xué)所研究的中心事物是“人”，則環(huán)境是以人類(lèi)為主體的外部世界，是“人類(lèi)生存的環(huán)境”，在此基礎(chǔ)上定義：影響人類(lèi)生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過(guò)人工改造的自然因素的總和。 生態(tài)學(xué)中“環(huán)境”的概念生態(tài)學(xué)研究的中心事物是“生物”，則環(huán)境是以整個(gè)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。小結(jié)： “環(huán)境”具有相對(duì)性，在不同的學(xué)科中含義不同，主體的改變往往導(dǎo)致環(huán)境概念含義的不同。人類(lèi)是環(huán)境發(fā)展到一定階

3、段的產(chǎn)物，環(huán)境是人類(lèi)生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，環(huán)境在影響人類(lèi)生產(chǎn)、生活的同時(shí)，人類(lèi)也在不斷地利用和改造自然環(huán)境。故人類(lèi)和環(huán)境密切聯(lián)系，相互作用。環(huán)境問(wèn)題環(huán)境問(wèn)題的概念指由于人類(lèi)活動(dòng)作用于人們周?chē)沫h(huán)境所引起的環(huán)境質(zhì)量變化，以及這種變化反過(guò)來(lái)對(duì)人類(lèi)生產(chǎn)、生活和健康的影響問(wèn)題。其產(chǎn)生是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展到一定階段人類(lèi)與環(huán)境矛盾激化的產(chǎn)物。其實(shí)質(zhì)是由于人類(lèi)活動(dòng)超出了環(huán)境的承受能力，對(duì)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(dǎo)致人與其生存環(huán)境的不協(xié)調(diào)。環(huán)境問(wèn)題的分類(lèi)環(huán)境污染生態(tài)破壞重大的環(huán)境問(wèn)題溫室效應(yīng)和氣候變暖臭氧層的破壞酸雨有毒物質(zhì)污染生態(tài)破壞20世紀(jì)著名的八大公害事件公害事件名稱(chēng)地 點(diǎn)時(shí) 間危害情

4、況1.馬斯河谷煙霧事件比利時(shí)1930.12幾千人發(fā)病，60人死亡2.多諾拉煙霧事件美國(guó)1948.106000人患病，17人死亡3.倫敦?zé)熿F事件英國(guó)1952.125天內(nèi)4000人死亡4.洛杉磯光化學(xué)煙霧美國(guó)40年代引起眼病，喉頭炎,頭痛5.水俁事件日本1953始癡呆，神經(jīng)失常，死亡6.富山事件日本1931始關(guān)節(jié)痛,骨骼軟化萎縮,痛死7.四日事件日本1970年哮喘，肺氣腫，10多人死亡8.米糠油事件日本1968年患者5千多人，死亡16人表緒1 20世紀(jì)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(duì)地表熱輻射能遮擋保溫的屬性類(lèi)似溫室中玻璃具有的作用，故被稱(chēng)為溫室效應(yīng)。溫室氣體大氣中能強(qiáng)烈吸收地面

5、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(wèn)題主要指人為活動(dòng)造成的溫室氣體增加，溫室效應(yīng)增強(qiáng)帶來(lái)的氣候變化。人類(lèi)活動(dòng)對(duì)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(yán)重，光合作用吸收二氧化碳的能力減弱。資料表明1860年以來(lái)，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(huì)預(yù)測(cè)，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(yán)重的，將直接威脅世界沿海城市及30多

6、個(gè)島嶼的生存和發(fā)展。美國(guó)環(huán)保專(zhuān)家預(yù)測(cè)，再過(guò)5070年，東京、大阪、曼谷、威尼斯、圣彼得堡、阿姆斯特丹以及中國(guó)等一些沿海城市會(huì)被完全和局部淹沒(méi)。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(kāi)始的第14次厄爾尼諾：中國(guó)：長(zhǎng)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)62級(jí)地震。11月19日云南寧蒗又生生62級(jí)地震。臭氧層破壞臭氧O3臭氧大部分集中在1030km的平流層。平流層中臭氧的存在對(duì)于地球生命物質(zhì)至關(guān)重要，通過(guò)吸收太陽(yáng)輻射維護(hù)地球的能量平衡和生態(tài)平衡。因?yàn)?，它阻擋了UV-B段紫外輻射到

7、達(dá)地面。研究表明UVB能破壞生物蛋白質(zhì)和基因物質(zhì)，造成細(xì)胞死亡；使八類(lèi)皮膚癌發(fā)病率增高；傷害眼睛導(dǎo)致白內(nèi)障而使眼睛失明；抑制植物如大豆、瓜類(lèi)、蔬菜等的生長(zhǎng)；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(lái)源，影響生態(tài)平衡和水體的自凈能力。因此，臭氧層實(shí)際上已成為地球生命系統(tǒng)的保護(hù)層。南極臭氧層空洞Ozone Hole80年代觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，自每年9月份下旬開(kāi)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(cè)，高空臭氧層已極其稀薄，與周?chē)啾认笫切纬闪艘粋€(gè)直徑上千公里的洞，稱(chēng)為“臭氧洞”。酸雨一般將pH小于5.6的降雨

8、稱(chēng)為酸雨。酸雨的成因？酸雨的危害？被嚴(yán)重腐蝕的建筑物有毒物質(zhì)污染有毒物質(zhì)污染是指對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)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(guò)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(duì)自然資源的不合理開(kāi)發(fā)和利用而引起的。例如：中國(guó)科學(xué)院發(fā)布的一份國(guó)情報(bào)告： 中國(guó)在90年代的沙漠化速度是每年2100km2，相當(dāng)于兩個(gè)半香港，或30個(gè)北京城。而2000年已達(dá)2460 km2，2003年已超過(guò)3000 km2。遙感普查數(shù)字表明： 中國(guó)水土流失面積已達(dá)367萬(wàn)km2，約占國(guó)土面積的38，總量達(dá)每年50億噸，相當(dāng)于全國(guó)的耕地每

9、年被剝?nèi)?cm的肥土層，損失N.P.K肥4000多萬(wàn)噸，相當(dāng)于全國(guó)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100400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(zhǎng)江危機(jī)，長(zhǎng)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(guó)中低產(chǎn)田已由原來(lái)的60上升到80。 小結(jié) 解決環(huán)境問(wèn)題的根本途徑是調(diào)節(jié)人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)與環(huán)境的關(guān)系。要真正實(shí)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(guò)程，能預(yù)測(cè)人類(lèi)活動(dòng)引起的環(huán)境影響，運(yùn)用規(guī)律去利用自然資源、改造自然。2 環(huán)境科學(xué)概述 2.1環(huán)境科學(xué)的

10、研究對(duì)象和任務(wù)環(huán)境科學(xué)的研究對(duì)象環(huán)境科學(xué)是是以“人類(lèi)環(huán)境”系統(tǒng)為其特定的研究對(duì)象，它是研究“人類(lèi)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(xué)。環(huán)境科學(xué)的任務(wù)環(huán)境科學(xué)的任務(wù)是揭示人類(lèi)環(huán)境矛盾的實(shí)質(zhì)，研究?jī)烧咧g的辨證關(guān)系，掌握其發(fā)展規(guī)律，調(diào)控人類(lèi)環(huán)境之間的物質(zhì)和能量交換過(guò)程，尋求解決矛盾的途徑和方法，以改善環(huán)境，促進(jìn)人類(lèi)社會(huì)的向前發(fā)展。2.2 環(huán)境科學(xué)的發(fā)展史相關(guān)學(xué)科的探索：19世紀(jì)末期，地學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)和一些工程技術(shù)學(xué)科的學(xué)者分別從本學(xué)科的角度開(kāi)始對(duì)環(huán)境問(wèn)題進(jìn)行探索和研究。環(huán)境科學(xué)的孕育：20世紀(jì)50年代，在地學(xué)、生物學(xué)、化學(xué)、物理學(xué)、醫(yī)學(xué)和一些工程技術(shù)學(xué)科的基礎(chǔ)上，

11、逐漸形成了一些新的邊緣學(xué)科，如環(huán)境生物學(xué)、環(huán)境化學(xué)、環(huán)境物理學(xué)、環(huán)境醫(yī)學(xué)、環(huán)境工程學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境管理學(xué)等等，在這些分支學(xué)科的基礎(chǔ)上，孕育著環(huán)境科學(xué)。環(huán)境科學(xué)的形成：1972年，英國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家B.沃德、美國(guó)微生物學(xué)家R.杜德斯主編出版了只有一個(gè)地球一書(shū)，該書(shū)被認(rèn)為是環(huán)境科學(xué)的一部緒論性質(zhì)的著作，從此形成了環(huán)境科學(xué)相對(duì)獨(dú)立的研究體系。環(huán)境科學(xué)的新境界：1992年，在里約熱內(nèi)盧會(huì)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(dǎo)下，環(huán)境科學(xué)又進(jìn)入了一個(gè)更高的境界，將從此發(fā)展成為一門(mén)嶄新的、獨(dú)立的科學(xué)。2.3 環(huán)境科學(xué)的內(nèi)容探索全球范圍內(nèi)環(huán)境演化的規(guī)律 揭示人類(lèi)活動(dòng)同自然生態(tài)之間的關(guān)系 探索環(huán)

12、境變化對(duì)人類(lèi)生存的影響 研究區(qū)域環(huán)境污染綜合防治的技術(shù)措施和管理措施 3 環(huán)境生物學(xué)概述3.1環(huán)境生物學(xué)的定義、研究對(duì)象和目的什么是環(huán)境生物學(xué)？環(huán)境生物學(xué)是研究生物與受人類(lèi)干擾的環(huán)境之間相互作用規(guī)律及其機(jī)理的科學(xué)。環(huán)境生物學(xué)的研究對(duì)象 受人為干擾（脅迫）的生物系統(tǒng)。研究在自然條件下生物沒(méi)有或少見(jiàn)的現(xiàn)象，并遵循某些特殊的生物學(xué)規(guī)律。 對(duì)生物個(gè)體的研究是基礎(chǔ) 微觀：細(xì)胞、基因（分子） 機(jī)理探討宏觀：種群、群落、系統(tǒng) 生態(tài)效應(yīng) 環(huán)境生物學(xué)的研究目的環(huán)境生物學(xué)的研究目的：在于為人類(lèi)維護(hù)生態(tài)健康，保護(hù)和改善環(huán)境，為合理利用自然和自然資源提供科學(xué)基礎(chǔ)，促進(jìn)環(huán)境和生物的相互關(guān)系以有利于人類(lèi)的生存和社會(huì)的可持

13、續(xù)發(fā)展。3.2 環(huán)境生物學(xué)的任務(wù)與研究?jī)?nèi)容任務(wù)闡明環(huán)境污染的生物學(xué)或生態(tài)學(xué)效應(yīng)探索生物對(duì)環(huán)境污染的凈化原理探討自然保護(hù)生物學(xué)和恢復(fù)生態(tài)學(xué)、 保護(hù)生態(tài)學(xué)的原理與方法研究?jī)?nèi)容環(huán)境污染的生物效應(yīng)環(huán)境污染的生物凈化保護(hù)生態(tài)學(xué)3.3 環(huán)境生物學(xué)的形成與發(fā)展1908/09：提出污水生物系統(tǒng)； 1924：對(duì)曼徹斯特樺尺蠖（蛾）黑化的研究； 1962：寂靜的春天，環(huán)境生物學(xué)新紀(jì)元的開(kāi)端。之后，毒理學(xué)、生態(tài)毒理學(xué)研究成為環(huán)境生物學(xué)研究的主流。20世紀(jì)60年代：生物監(jiān)測(cè)70年代：生物凈化、處理80年代：生物多樣性保護(hù)90年代：環(huán)境激素研究3.4 環(huán)境生物學(xué)的研究方法野外調(diào)查和試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)?zāi)M研究3.5 環(huán)境生物

14、學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)目前發(fā)展的趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：生態(tài)毒理學(xué)研究生態(tài)毒理學(xué)（Ecotoxicology）是研究環(huán)境壓力對(duì)生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的種群和群落的生態(tài)學(xué)和毒理學(xué)效應(yīng)，以及物質(zhì)或因素的遷移途徑和與環(huán)境相互主要規(guī)律。環(huán)境生物學(xué)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(duì)象已由個(gè)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(píng)價(jià)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(xué)、遺傳學(xué)等生物學(xué)方法和技術(shù)，研究污染物及其代謝物與生物大分子及細(xì)胞的相互作用等。環(huán)境污染的生物凈化研究開(kāi)發(fā)對(duì)高濃度有機(jī)廢水、生物難降解物質(zhì)、氮磷營(yíng)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(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展污染凈化和受損環(huán)境修復(fù)的生物技術(shù)保護(hù)生態(tài)學(xué)自然保護(hù)生態(tài)學(xué)恢復(fù)生態(tài)學(xué)3.6 環(huán)境生物學(xué)與相關(guān)學(xué)科的關(guān)系與生態(tài)學(xué)學(xué)科的關(guān)系生態(tài)學(xué)的研究重點(diǎn)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(xué)是以生態(tài)學(xué)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(lèi)為主體的環(huán)境，從研究的切入點(diǎn)和研究層次上兩者是不同的。與毒理學(xué)學(xué)科的關(guān)系毒理學(xué)是研究外來(lái)化合物對(duì)生物體毒性作用的一門(mén)學(xué)科。環(huán)境生物學(xué)在毒理學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步應(yīng)用生態(tài)學(xué)、分子生物學(xué)、生物化學(xué)及生物物理學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科對(duì)環(huán)境污染物的毒作用機(jī)理、影響其毒性作用的各種因素和