環(huán)境科學(xué)的理論與方法

34/342008年環(huán)境科學(xué)的理論與方法一、自然生態(tài)系統(tǒng)：是在一定時(shí)刻和空間范圍內(nèi)，依靠自然調(diào)節(jié)能力維持的相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)。如原始森林、海洋等。由于人類的強(qiáng)大作用，絕對(duì)未受人類干擾的生態(tài)系統(tǒng)差不多沒有了。自然生態(tài)系統(tǒng)能夠分為：①水生生態(tài)系統(tǒng)：以水為基質(zhì)的生態(tài)系統(tǒng)；②陸生生態(tài)系統(tǒng)：以陸地土壤或母質(zhì)等為基質(zhì)的生態(tài)系統(tǒng)。都市生態(tài)系統(tǒng)：按人類的意愿創(chuàng)建的一種典型的人工生態(tài)系統(tǒng)。其要緊的特征是：以人為核心，對(duì)外部的強(qiáng)烈依靠性和密集的人流、物流、能流、信息流、資金流等?？茖W(xué)的都市生態(tài)規(guī)劃與設(shè)計(jì)能使都市生態(tài)系統(tǒng)保持良性循環(huán)，呈現(xiàn)都市建設(shè)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)和環(huán)境建設(shè)協(xié)調(diào)進(jìn)展的格局。都市生態(tài)系統(tǒng)是都市居民與其環(huán)境相互作用而形成的統(tǒng)一整體，也是人類對(duì)自然環(huán)境的適應(yīng)、加工、改造而建設(shè)起來(lái)的專門的人工生態(tài)系統(tǒng)。自然生態(tài)系統(tǒng)與都市生態(tài)系統(tǒng)的不同之處：

組成：從組成上看，自然生態(tài)系統(tǒng)有四個(gè)差不多組成部分，即非生物環(huán)境、生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者；而都市生態(tài)系統(tǒng)要緊有兩大部分，即由生物物質(zhì)與無(wú)生命物質(zhì)兩部分組成，生物物質(zhì)主體是消費(fèi)者——人，而不是動(dòng)植物。都市生態(tài)系統(tǒng)是人類起主導(dǎo)作用的生態(tài)系統(tǒng)。都市中的一切設(shè)施差不多上人制造的，人類活動(dòng)對(duì)都市生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)展起著重要的支配作用。與自然生態(tài)系統(tǒng)相比，都市生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)者綠色植物的量專門少；消費(fèi)者要緊是人類，而不是野生動(dòng)物；分解者微生物的活動(dòng)受到抑制，分解功能不強(qiáng)。

營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)：

從營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)上看，我們明白，食物鏈和食物網(wǎng)是生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)，生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)和能量確實(shí)是順著這種渠道流淌的。自然生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)能量的流淌是靠各種有機(jī)體來(lái)轉(zhuǎn)化和傳遞的，能量在順著營(yíng)養(yǎng)級(jí)序列傳遞時(shí)，大部分于呼吸，只有10%左右輸送給上一級(jí)。如此便形成了逐級(jí)地、急劇地、梯級(jí)般的遞減圖形，即能量金字塔。都市生態(tài)系統(tǒng)中生產(chǎn)者與消費(fèi)者的關(guān)系，則成倒金字塔，即生產(chǎn)者所占比例專門小，消費(fèi)者所占比例大。維持都市居民生活和都市正常生產(chǎn)的物質(zhì)與能量，必須從環(huán)境中或外界輸入，并同時(shí)向環(huán)境排泄廢物，因此，都市生態(tài)系統(tǒng)是開放式的。

系統(tǒng)功能：都市生態(tài)系統(tǒng)的功能是指系統(tǒng)及其內(nèi)部各子系統(tǒng)或各組成成分能為人類社會(huì)提供的各種類型優(yōu)的服務(wù)。自然生態(tài)系統(tǒng)的功能要緊是物質(zhì)流、能量流和信息流；都市生態(tài)系統(tǒng)的功能，除了上面3個(gè)流以外，還有人口流和價(jià)值流在發(fā)括重要作用都市生態(tài)系統(tǒng)的功能表現(xiàn)為系統(tǒng)內(nèi)外的物質(zhì)、能量、貨幣及人力資源的輸入、轉(zhuǎn)換和輸出。

生物生產(chǎn)功能

1

生物的初級(jí)生產(chǎn)：植物的光合作用過(guò)程

2

生物的次級(jí)生產(chǎn)：非生物生產(chǎn)功能1

物質(zhì)生產(chǎn)：是指滿足人們的物質(zhì)生活所需的各類有形產(chǎn)品及服務(wù)。包括，各類生態(tài)產(chǎn)品；生態(tài)建設(shè)的設(shè)備產(chǎn)品；服務(wù)性產(chǎn)品

2

非物質(zhì)生產(chǎn)：是指滿足人們的精神生活所需的各種文化藝術(shù)產(chǎn)品及相關(guān)的服務(wù)都市起到了保存與愛護(hù)人類文明與文化進(jìn)步的作用。都市又始終是文化知識(shí)的“生產(chǎn)基地”，是文化知識(shí)發(fā)揮作用的“市場(chǎng)”，同時(shí)都市又是文化知識(shí)產(chǎn)品的消費(fèi)空間。都市非物質(zhì)生產(chǎn)功能的加強(qiáng)，有利于提高都市的品味和層次，有利于提高都市人類及整個(gè)人類的精神素養(yǎng)。能量流通

：都市生態(tài)系統(tǒng)的能力流通具有高流淌性的特點(diǎn)，而在能量使用上，自然生態(tài)系統(tǒng)和都市生態(tài)系統(tǒng)的的能量顯著不同之處是：前者的能力流淌類型要緊集中于系統(tǒng)內(nèi)各生物物種間所進(jìn)行的生態(tài)過(guò)程，反映在生物的新陳代謝過(guò)程之中；而后者在人力制造的各種機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中。同時(shí)隨著都市的進(jìn)展，它的能量，物資供應(yīng)地區(qū)范圍越來(lái)越廣，從都市所在的臨近地區(qū)到整個(gè)國(guó)家，直到世界各地；在傳遞方式上，都市生態(tài)系統(tǒng)的能量流淌方式要比自然生態(tài)系統(tǒng)多。自然生態(tài)系統(tǒng)要緊通過(guò)食物網(wǎng)傳遞能量，而都市生態(tài)系統(tǒng)可通過(guò)農(nóng)業(yè)部門，采掘部門，能源生產(chǎn)部門，運(yùn)輸部門等傳遞能量；在能量流運(yùn)行機(jī)制上，自然生態(tài)系統(tǒng)能量流淌是自為的，天然的，而在都市生態(tài)系統(tǒng)能量流淌以人為主，如一次能源轉(zhuǎn)換成二次能源，有用能源等皆依靠人工；在能量生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)過(guò)程中，有一部分能量以三廢形式排入環(huán)境，使都市遭到污染。

調(diào)控機(jī)制：從生態(tài)平衡上看，自然生態(tài)系統(tǒng)的成分相對(duì)多樣化，自動(dòng)調(diào)節(jié)能力就較大，易維持生態(tài)平衡，因此，自然生態(tài)系統(tǒng)總是在不平衡——平衡——不平衡的進(jìn)展過(guò)程中進(jìn)行著物質(zhì)與能量的交換，推動(dòng)著自身的變化和進(jìn)展。都市生態(tài)系統(tǒng)中，生產(chǎn)者不足，含量多，環(huán)境容量小凈化能力弱，隨著都市人口的數(shù)量增長(zhǎng)，工業(yè)的進(jìn)展，都市生態(tài)系統(tǒng)的功能也日趨復(fù)雜，因此都市生態(tài)平衡最易遭到破壞，從而出現(xiàn)許多嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題。都市生態(tài)系統(tǒng)中自然系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力弱，容易出現(xiàn)環(huán)境污染等問(wèn)題。都市生態(tài)系統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境污染的自動(dòng)凈化能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如自然生態(tài)系統(tǒng)。都市的環(huán)境污染包括大氣污染、水污染、固體廢棄物污染和噪聲污染等。二、三、四、酸雨的概念在正常情況下，由于大氣中含有一定的二氧化碳，降雨時(shí)二氧化碳溶解在水中，形成酸性專門弱的碳酸，因此正常的雨水呈微酸性，PH值約為5.6～5.7。在1982年6月的國(guó)際環(huán)境會(huì)議上，國(guó)際上第一次統(tǒng)一將PH值小于5.6的降水（包括雨、雪、霜、霧、雹、霰等）正式定為酸雨。酸雨中的酸絕大部分是硫酸和硝酸，要緊來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn)和民用生活中燃燒煤炭排放的硫氧化物、燃燒石油及汽車尾氣釋放的氮氧化物等酸性物質(zhì)。（界定酸雨的概念）酸雨的成因大氣中的二氧化硫和氧化氮是形成酸雨的要緊物質(zhì)。美國(guó)測(cè)定的酸雨成分中，硫酸占60%，硝酸占32%，鹽酸占6%，其余是碳酸和少量有機(jī)酸。大氣中的二氧化硫和氧化氮要緊來(lái)源于煤和石油天然氣的燃燒，它們?cè)诳諝庵芯徛趸?，分不形成硫酸和硝酸。酸雨的成因是一種復(fù)雜的大氣化學(xué)和大氣物理的現(xiàn)象。酸雨中含有多種無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸，絕大部分是硫酸和硝酸。工業(yè)生產(chǎn)、民用生活燃燒煤炭排放出來(lái)的二氧化硫，燃燒石油以及汽車尾氣排放出來(lái)的氮氧化物，通過(guò)“云內(nèi)成雨過(guò)程”，即水氣凝聚在硫酸根、硝酸根等凝聚核上，發(fā)生液相氧化反應(yīng)，形成硫酸雨滴和硝酸雨滴；又通過(guò)“云下沖刷過(guò)程”，即含酸雨滴在下降過(guò)程中不斷合并吸附、沖刷其他含酸雨滴和含酸氣體，形成較大雨滴，最后降落在地面上，形成了酸雨。我國(guó)的酸雨是硫酸型酸雨。酸雨的危害由于酸雨對(duì)河湖、植物、土壤等均有阻礙，破壞了自然生態(tài)，勢(shì)必危及野生動(dòng)物的生存，乃至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的平衡。酸雨的危害

直接危害植物

植物對(duì)酸雨反應(yīng)最敏感的器官是葉片，葉片受損后光合作用降低，抗病蟲害能力減弱，林木生長(zhǎng)緩慢或死亡，農(nóng)作物減產(chǎn)。

破壞水環(huán)境

當(dāng)PH值降至5.0以下，魚卵多不能正常孵化，即使孵化，骨骼也常是畸形的；加之河底淤泥中的有毒金屬遇酸溶解，更加速了水生生物的死亡。

如在瑞典的9萬(wàn)個(gè)湖泊中，已有2萬(wàn)多個(gè)遭到酸雨危害，4000多個(gè)成為無(wú)魚湖。美國(guó)和加拿大許多湖泊成為死水，魚類、浮游生物、甚至水草和藻類均一掃而光。使土壤酸化阻礙和破壞土壤微生物的數(shù)量和群落結(jié)構(gòu)，抑制了土壤中有機(jī)物的分解和氮的固定，使土壤貧瘠化，導(dǎo)致生長(zhǎng)在那個(gè)地點(diǎn)的植物逐步退化。對(duì)文物古跡、建筑物、工業(yè)設(shè)備和通訊電纜等

酸雨要緊成分硫酸對(duì)金屬（鋼鐵等）大理石的腐蝕：H2SO4+Fe→FeSO4+H2↑H2SO4+CaCO3→CaSO4+CO2↑+H20

具有2000多年歷史的雅典古城的大理石建筑和雕塑已千瘡百孔，層層剝落。重慶嘉陵江大橋，其腐蝕速度為每年0.16毫米，用于鋼結(jié)構(gòu)的維護(hù)費(fèi)每年達(dá)20萬(wàn)元以上。北京的漢白玉石雕近30年來(lái)其受侵蝕的厚度已超過(guò)1厘米，比在自然狀態(tài)下快幾十倍。危及人體健康

酸雨中含有的甲醛、丙烯酸