环境学基本原理.ppt

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1、环境学,前言,一门新兴的综合学科对环境科学理论进行了探索性研究认为制约人类生存和发展的规律有无类：自然，社会，经济，技术和环境规律。环境科学的任务在于揭示环境规律，环境学的任务在于揭示环境基本规律。四个基本原理：环境多样性原理，人和环境和谐原理，规则与规律原理，五律协同原理。五律协同原理是宏观环境调控的基本原理，也是可持续发展的必要条件和最终归宿。,环境规律具有独立性，他不从属于自然规律，环境问题的出现并不违背自然规律，人和自然和谐是一个不完整的理念，它只是人与环境和谐的一个组成部分。环境规律与生态规律的本质区别在于主体的不同，生态规律的主体是生物，环境规律的主体是智慧人，从与环境相互作用的角

2、度来看，生物人服从生态规律，智慧人遵循环境规律。建议将环境科学的学科结构概括为1+4+X。1为环境学，4为环境自然，社会，经济和技术科学，X为建立在1+4基础上的环境科学的其他分支学科,目录,本书共有十章第一章环境学基本原理，共五节第二章人口与环境，共三节从第三章开始主要讲述了大气，水，土壤，物理，生物，人居和景观环境问题第十章主要谈了可持续发展的问题。,第一章 环境学基本原理,作为一门独立的学科，环境科学从兴起到形成只有三四十年的历史。20世纪60年代进行了一些零星、分散的工作，到70年代初才初步汇集成一门具有广泛领域和丰富内容的学科。环境科学是研究人与环境相互作用的科学，目的在于揭示人与环

3、境的相互作用中存在的规律。环境学是环境科学的核心，阐述环境科学体系中最基本的问题，揭示人与环境相互作用中的基本规律。它的基本原理包括环境多样性原理、人与环境和谐原理、五律协同原理以及规则规律原理。,背景材料宇宙与人,科教片宇宙与人及其同名的科普读物，从宇宙的物质结构和演化动力，星系的产生、演化和死亡，核能原理和应用前景，太阳系的构造，地球生命产生、演化直到人类诞生等方面，从宏观到微观多角度、多视野客观地描述了宇宙和人类的起源、发展、进化以及宇宙与人的相互关系，并将宇宙大爆炸、生物进化、原子核能、核聚变、大陆漂移、日心说等理论有机地贯穿其中。,第一节 环 境,神奇的宇宙孕育了万物，创造了生命，进

4、而逐渐演化产生了人类。人类在发展的过程中受制于环境，同时也不断地改造并逐渐创造着人类自己的环境。,一、人类环境,环境是相对于一定中心事物而言的，与某一中心事物相关的周围事物的集合就称为这一中心事物的环境。,中心事物是环境最主要的属性，代表了环境服务的对象和重点，是环境的主体。与中心事物相关的周围事物就是环境客体，这些客体可以是物质的，也可以是非物质的。环境范围的大小取决于主体的影响力，存在着与“辐射半径”相当的有效影响半径。主体的不同是各个学科所研究的环境之间最根本的差别；客体的不同则是各子环境之间的差别。在生态学中，研究主体是生物，其环境就是生物周围相关事物的集合。,湿地系统（植被，饵料，水

5、面和其他生物）；周边农田，迁徙路线上的落脚点等。,环境科学所研究的环境，是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的各种因素的综合体。也就是说，环境科学研究的环境，其主体是人类，客体是人类周边的相关事物，其涉及的范围之广泛是其它学科所研究的环境所无法相比的。,在相当长的一段时期内，人们误将人类环境等同于自然环境，没有能够准确地抓住环境科学研究的客体，也就难以揭示环境问题、环境现象背后存在的规律。人类环境和自然环境最主要的差别在于主体的不同：人类环境的主体是具有复杂精神世界和智力活动的人；自然环境的主体是自然界的事物（包括人的生物属性在内），不存在复杂的智力活动和精神世界。自然环境中的主体和

6、客体在纯粹自然规律的作用下，自组织地运动变化着。,人类环境则不一样，除了人类生存的自然环境以外，主体人类可以“有意识”地规范自身的行为、“有意识”地改造客体世界，通过智力活动创造出人工物品、人工环境以及其它自然界本身不能自发形成的事物。所以，人类环境的范围要大得多，除自然环境以外，还包括人类通过劳动创造的人工环境（如城市、住房、工厂、火车、潜艇、航天飞机、社会、文化、经济、伦理等等）。,图1-1 人类的环境,二、自然环境,自然环境是一切直接或间接影响人类的自然形成的物质、能量和现象的总体。自然环境是人类出现之前就存在着，是人类赖以生存和发展所必需的自然条件和自然资源的总称，即地球的空间环境、阳

7、光、地磁、空气、气候、水、土壤、岩石、动植物、微生物以及地壳的稳定性等自然因素的总和。,人类是地球自然环境发展到一定阶段的产物，自然环境是人类产生、生存和发展的物质基础。太阳、月亮以及地球上的大气、水、土壤、岩石、生物等，不但为人类提供了生存、发展的空间，提供了生命的支持系统，还为人类的生活和生产活动提供了食物、矿产、木材、能源等原材料和物质资源，因此人类的一切活动都和自然环境密不可分。人类活动主要发生在生物圈的范围内，随着科学技术水平的进步，人类活动的影响范围越来越大，深至岩石圈内部，远及外太空。这样一来，人类自然环境就几乎包含了以太阳、地球和月球为主要内容的自然界的一切事物。,三、人工环境

8、,人工环境是在自然物质的基础上，通过人类长期有意识的社会劳动，加工和改造了的自然物质，创造的物质生产体系，积累的物质文化等所形成的环境体系。从远古至今，人类为了满足自身的需求，创造了丰富多彩、堪比自然界鬼斧神工的人工事物。人工环境就是在自然的基础上经过人类的带有目的的创造性的劳动所形成的，是人类精神文明和物质文明发展的标志，随着人类文明的演进而不断地丰富和发展。由于带有人类智力劳动和创造的痕迹，与自然形成的环境在形成、发展、变化以及结构、功能等方面存在本质的差别。从地表以下的矿井，深海航行的潜艇，水面的船只、舰艇，地面上的城市、乡村，空中的飞行器，乃至太空舱等，都是典型的人工环境，各自具有独特

9、的结构和功能，以满足人类多样化的需求。从地壳内部、大洋深处到地球表面、九天苍穹，都有人类活动的痕迹。,第二节 环境多样性,环境多样性是环境的基本属性之一，是人类与环境相互作用中的基础规律，是具有普遍意义的客观存在。环境多样性包括自然环境多样性、人类需求与创造多样性以及人类与环境相互作用多样性。其中自然环境中的生命物质和非生命物质、环境过程、环境形态以及环境功能都具有多样性；人类的需求和创造产生于人类的智力活动，具有无穷尽的深度，因此具有更广泛的多样性；人类与环境的相互作用，在作用方式、作用过程、作用效应等方面都具有多样性。上述各类环境多样性及其内在联系的总和统称为环境多样性。,一、自然环境多样

10、性,自然环境的多样性是经历了非常漫长的年代，逐渐积累、演化而来的，其内涵极为丰富。物质多样性，环境过程，形态，功能多样性。生物多样性：生命有机体及其赖以生存的生态综合体之间的多样性和变异性。一般来说是指地球上各种生命形式的资源，包括数百万种生物、各物种所拥有的基因及由生物与其环境相互作用形成的生态系统和生态过程。包括：遗传多样性，物种多样性，生态系统多样性和生物景观多样性。,500万-3000万种（200万-1亿种），定名约140万种（约170万种）,（二）环境过程多样性,多种多样的自然物质，有着丰富多彩的运动变化过程。参与物质的不同、时间尺度的差别以及变化过程本身性质的不同，共同组成了环境过

11、程的多样性。从时间尺度上来讲，有些变化是瞬时过程，如闪电、一些化学变化，位移等；有些变化需要的时间可以用秒、分、小时或者天来计算，如完成一段位移、加热、蒸发、天气现象；有些变化的时间需要用月、年来计算，如生物的成长、进化，种群、群落、生态系统的演化，陆地形态的变化，河流水文的变化等；有些变化的时间相对于人类的历史则是极为漫长的，如矿产资源（煤炭、石油等）的形成、地球的演化、气候演化、大气层的演化、地质演化，甚至宇宙的演化和各种物质（元素、原子、物质等）的形成等等，类似这样的时间尺度通常用“地质年代”这样的概念来描述（通常以数十万年，数千万年甚至数亿年记）。,从变化本身的性质而言，有物理过程（蒸

12、发、分割、组合、衰变、大气运动、水流、扩散迁移等），化学过程（成岩、分解、合成、降解等），生物过程（生物的生、老、病、死、进化等）生态过程（能量流动、物质循环、信息传递等）等。更多的变化是多种过程交织在一起形成的，如自然界的水、碳、氮等物质循环，生态系统的演化、地质演化等等。,（三）环境形态多样性,形态是物质外在表现形式和状态。自然环境形态多样性包括地形地貌多样性、气象形态多样性、物质形态多样性、生物形态多样性、景观多样性等。以水为例，在自然条件下，水可以以固态、液态和气态三种形式存在，固态的有各种冰川、积雪、冰、冰晶和冻土水等；气态的水在空气中逐渐凝结，会形成云、霜、雾、雪、雹等各种降水，其

13、中云的形态尤为变幻莫测（中国民间有“七月看云”的说法）；液态的水在地球上分布极为广泛，从高空的液滴（云），陆地表面的泉、溪、河、江、湖、海、洋，到地面以下的土壤水、地下水（潜水和承压水等），每一眼泉、每条河流、每个湖泊都会有自己的特点，就是在同样一个大洋里面，水的形态和状态还是有差别的（颜色、水温、盐度、波浪、流场等）。各种水的存在形态、各种水体，与千姿百态的水生生物、周边的陆地、动植物以及气候等条件相互交织，形成了各种各样宜人的景观，“欲将西湖比西子，淡妆浓抹总相宜。”,（四）环境功能多样性,自然系统中，各种事物之间存在着非常复杂、或多或少的联系，而这些联系本身就在一定程度上体现着事物的功能

14、。以水为例。水是生命之源。原始的海洋孕育了最早的生命，而且，就目前人们所知，水也是维持生命最基本的物质之一。,二、人类需求与人类创造多样性,人类的需求是多种多样的，并且随着人类社会的不断发展而不断变化着，其内容日趋丰富。当自然界提供的物品不足以满足人们的需求时，人类就利用自身的智慧所产生的巨大创造力，改造自然事物或者创造新事物来满足其越来越多、越来越高的需求。人类创造具有的多样性，堪与大自然相媲美。人类创造多样性和需求多样性一样，主要是源于人类智力活动的多样性，物质需求多样性，精神需求多样性，创造多样性,三、人类与环境相互作用多样性,人类与环境相互作用多样性主要表现在作用界面、作用方式、作用过

15、程和作用效果等方面。作用界面多样性 人类与环境相互作用的界面分布在人类活动的各个方面 作用方式多样性 在如此诸多界面上发生的相互作用，也有多种多样的作用方式。作用过程多样性 人类与环境相互作用的过程，大致可分为物理过程、化学过程、生物过程和生态过程，每一类过程都包含非常丰富的内容，即各自具有多样性。作用效果多样性 有如此许多人类与环境相互作用的界面、方式和过程，相互作用的效果就更是数不胜数了，其多样性更加丰富。,第三节 人与环境的和谐,人与环境的和谐是人类与环境相互作用中最本质的内在联系，是人类与环境相互作用中的核心规律。人与环境的和谐程度大致可以包括适应生存、环境安全、环境健康、环境舒适和环

16、境欣赏五个方面的内容。人与环境的和谐，既包括人与自然的和谐，也包括人与人工环境的和谐以及人工环境与自然环境的和谐。,一、人类与环境相互作用的历程,所有生物的生存与发展都依赖于其周围的环境，利用资源并适应他们的生存环境。,人类文明的演变：,400万年前原始农业与工具革新,1万年前传统农业与农业革命,6000年前近现代工业和工业革命,现在后现代社会信息技术,18世纪70年代第一次技术革命炼焦炼铁纺织机器,19世纪40年代第二次产业革命蒸汽机，铁路网炼钢技术,19世纪末20世纪初第三次产业革命电子技术化学合成内燃机汽车,二、环境问题,环境问题指的是任何不利于人类生存和发展的环境结构和状态的变化，其产

17、生原因包括人为方面和自然方面的因素。自然灾害、生态破坏、资源耗竭、环境污染、人口剧增五类。自然灾害是自然环境自身变化所引起的，主要受自然力的操控，在人类失去控制能力的情况下，使人类生存和发展的环境受到一定的损害，一般也叫原生环境问题或第一环境问题。生态破坏是人类社会活动引起的生态退化及由此衍生的环境效应，导致了环境结构和功能的变化，对人类生存发展以及环境本身发展产生不利影响的现象。,全球资源匮乏的主要表现在：可利用土地资源紧缺、森林资源不断减少、淡水资源严重不足、生物多样性资源严重减少、某些重要矿产资源（包括能源）濒临枯竭等等。环境污染是指由于人为的或自然的因素，使得有害物质或者因子进入环境，

18、破坏了环境系统正常的结构和功能，降低了环境质量，对人类或者环境系统本身产生不利影响的现象。地球上的人口在1999年已经突破了60亿，据世界卫生组织估计到2050年世界人口将达到80亿，人口的急剧增长可以说是当前环境的首要问题。人口增加在带来许多的社会、经济问题的同时，也使得自然灾害、生态破坏、资源短缺和环境污染的问题更加严重。,三、人与环境的和谐,人与环境的和谐就是在人类与环境相互作用中取得的一种相互协调、相互平衡的状态。适应生存是一切生命存在的基本条件，也是人类与环境和谐的最低层次。环境安全是人与环境和谐程度的另一种量度，是建立在适应生存的基础上的。环境健康是指在人类与环境相互作用的过程中，

19、环境系统功能正常，环境质量良好，人类身心健康，生命质量有保障。环境舒适代表着更高的人类与环境之间的和谐程度，需要比较高的社会、经济发展水平、良好的环境和生态作为基础。环境欣赏的和谐程度下，人类物质需求已经得到相当充分的满足，精神需求成为人类生产和生活中的主要内容。,通常采用“环境承载力”和“人口容量”两个指标量度适应生存的能力。“环境承载力”（Environmental Bearing Capacity）是在一定时期、范围和环境条件下，维持人-环境系统不发生引起环境功能破坏的质的改变，即维系人与环境和谐的前提下，人-环境系统所能承受的人类活动的阈值。通过环境承载力来度量人与环境和谐程度主要有自

20、然资源供给指标、社会支持条件指标、污染承受能力指标等三大类指标。“人口容量”（Population Carrying Capacity）又称人口承载力或者人口承载量，是适应生存能力的重要量度。在特定时空条件下，资源、生态、环境在保障人类基本生理需求的前提下，所能够供养的最大人口数。对人口容量的量化方法归纳起来主要有资源平衡分析法、数学规划法、系统动力学方法三类。,第四节 环境规律,环境规律是指人类与环境相互作用的规律。环境多样性是人类与环境相互作用的基础规律，人与环境和谐是人类与环境相互作用的核心规律。制约人类发展的规律有五类自然规律、社会规律、经济规律、技术规律和环境规律，人类要实现重大的战

21、略目标，其行为必须同时遵循五类规律，即五律协同。,生态规律是指生物与生物以及生物与环境相互作用的规律。它与环境规律的联系和区别在于：它们都涉及与环境的相互作用，但两者的主体不同生态规律的主体是生物，而环境规律的主体是智慧人。智慧人拥有人类社会、人类经济、人类技术，它们对人类环境有着重要影响，而这些正是生物所不具备的，这就决定了两类规律本质上的不同。,规律的作用可以表现为三种状态：规律的作用方向与目标一致者称为协同，规律作用方向与目标相反者称为拮抗，规律作用方向偏离预期目标者简称偏离（如图1-2）。,图1-2 相关规律作用示意图,规律作用的状态与人类实现预定目标所选择的途径有关，不同的途径，各类

22、规律作用的状态是不同的。在多种规律联合作用的情况下，为了实现既定目标，显然需要找到这样的途径，使得各种相关规律的作用都成为协同者（见图1-3）。出发点目标协同拮抗偏离,图1-3 规律联合作用示意图,图1-4 规律协同示意图,1、一律作用域2、二律协同域3、三律协同域4、四律协同域5、五律协同域,自然,社会,经济,技术,环境,四、环境调控,环境调控就是采取适宜的措施调整人类的行为，以实现社会、经济和环境的协调发展。环境调控的常用手段可以分为技术手段、法律手段、行政手段、经济手段和教育手段。技术手段包括:污染源头控制、末端治理、环境净化、环境建设和环境监测等；法律手段:主要包括环境立法和环境司法；

23、行政手段主要包括制定环境战略、环境方针、环境政策、环境管理制度和环境规划，颁布环境标准，确定环境管理体制，依法进行环境管理；,经济手段主要包括采用收费、罚款、税收、押金、补偿、补贴、信贷和价格政策等经济措施，限制损害环境的社会经济活动，促进社会经济向有利于社会、经济和环境协调方向发展；教育手段主要是通过教育和宣传，培养环境保护专门人才，普及环境科学知识，使公众了解环境保护的重要意义和内涵，提高全民环境意识，扩大和增强公众参与。,环境调控手段也可以分为宏观手段和微观手段。宏观环境调控适用于区域、国家乃至全球，其手段主要有环境战略、环境管理体制、重大环境政策、环境规划等。环境战略泛指对全局性、高层

24、次的重大环境问题的筹划与指导；环境政策是国家为实现一定历史时期环境目标而规定的行动准则；环境体制是国家机关、企事业单位在环境保护机构设置、领导隶属关系和环境管理权限划分等方面的体系、制度、方法、形式等的总称；环境规划是全面的、长期的环境保护计划。微观环境调控适用于企业和家庭，其任务是将宏观调控手段逐一落实到环境保护的具体事务上。,环境调控通常需要制定一系列环境规则，如环境伦理、环境法规、环境管理制度、环境标准、和环境规划，以及与环境相关的国家能源战略、生态保护战略、资源战略等.环境伦理是指人对环境的伦理，它涉及人类在处理与环境之间的关系时，何者为正当、合理的行为，以及人类对于自然界负有什么样的

25、义务等问题。环境管理是运用行政、法律、经济、技术和教育等手段协调社会经济发展同环境保护之间的关系，处理国民经济各部门、社会各集团和个人涉及环境的相互关系；尽量避免社会经济活动对环境产生不良影响；修复和改善被破坏的环境；合理利用资源、创造更适于人类生存和发展的环境。,我国的主要环境管理制度有：环境影响评价制度、“三同时”制度、排污收费制度、限期治理制度、污染物集中控制制度、排污申报登记和排污许可证制度、环境保护目标责任制、城市环境综合整治定量考核制度等。“三同时”制度要求一切企业、事业单位在进行新建、改建和扩建工程时，防治污染和其他公害的设施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产。环境法律是

26、由国家制定或认可，并由国家强制保证执行的关于保护环境和自然资源、防治污染和其它公害的法律规范的总称，包括宪法、环境保护基本法和环境保护单行法。环境标准包括环境质量标准、污染物排放标准等。,环境质量标准是国家为保护人群健康和生存环境对污染物（或者有害因子）容许含量（或要求）所作的规定，体现国家的环境保护政策和要求，是衡量环境是否受到污染的尺度，是环境规划、环境管理和制定污染物排放标准的依据。我国的已颁布的环境质量标准有地面水环境质量标准、地下水质量标准、海水水质标准、生活饮用水源水质标准、生活饮用水卫生标准、环境空气质量标准、土壤环境质量标准、城市区域环境噪声标准等。,第五节 环境科学,环境科学的任务在于揭示环境规律，包括环境基本规律以及它与自然规律、社会规律、经济规律、技术规律的联合作用。环境科学的学科结构可概括为“1+4+X”，“1”指环境学，“4”指环境自然科学、环境社会科学、环境经济科学和环境技术科学；“X”指建立在“1+4”之上的环境规划学等，以及其它正在发展中的环境科学分支学科。,