環(huán)境生物學-緒論

環(huán)境生物學主講：李世剛電話E—mail:lishigang.1@163.com學習目標與要求1.掌握環(huán)境生物學的概念、研究內容與任務；2.認識環(huán)境科學與環(huán)境問題，環(huán)境科學的發(fā)展歷史。3.了解環(huán)境生物學與相關學科的關系，環(huán)境生物學的發(fā)展趨勢。環(huán)境的概念環(huán)境是人類生存的環(huán)境，是人類進行生產(chǎn)和生活活動的場所以及人類生存與發(fā)展的物質基礎，它包括了自然環(huán)境和社會環(huán)境，即人類賴以生存和發(fā)展的基本條件的綜合體。到現(xiàn)在人類已形成了一個復雜強大的多層次、多單元的環(huán)境系統(tǒng)根據(jù)人類是否干預分為：天然的環(huán)境、經(jīng)人工改造的環(huán)境；根據(jù)性質可分為：物理環(huán)境、化學環(huán)境、生物環(huán)境；根據(jù)要素可分為：大氣環(huán)境、土壤環(huán)境和水環(huán)境等。討論：“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基礎，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。

1一般工具書中定義的“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。2作為環(huán)境科學術語的“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。3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”，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。環(huán)境問題環(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)的結構和功能產(chǎn)生了破壞作用，導致人與其生存環(huán)境的不協(xié)調。環(huán)境問題的分類環(huán)境污染生態(tài)破壞重大的環(huán)境問題溫室效應和氣候變暖臭氧層的破壞酸雨有毒物質污染環(huán)境問題環(huán)境問題是指人類為了其自身的生存和發(fā)展等需要，在利用自然環(huán)境和改造自然的過程中所引起的環(huán)境質量變化以及這種變化反過來對人類生產(chǎn)、生活和健康的負面影響。主要包含兩類問題生態(tài)破壞問題環(huán)境污染問題環(huán)境問題的產(chǎn)生和發(fā)展在新石器時期，原始農(nóng)業(yè)開始出現(xiàn)，人類進入“刀耕火種”時代，開始大面積火燒和砍伐森林以開墾田地。18世紀后半葉，生產(chǎn)力得到空前發(fā)展，環(huán)境污染嚴重，以英國倫敦的煤煙污染典型例子。19世紀30年代以后，1952年倫敦煙霧事件、1953年—1956年日本氺俁病事件20世紀80年代，全球性的污染和大面積破壞當今全球主要環(huán)境問題溫室效應臭氧層破壞酸雨生物多樣性減少土壤荒漠化淡水資源危機海洋環(huán)境污染固體廢棄物污染有毒難降解化學品污染我國當今所面臨的環(huán)境問題水資源緊缺并污染嚴重農(nóng)業(yè)環(huán)境形勢嚴峻生態(tài)環(huán)境狀況惡化城市環(huán)境污染嚴重20世紀著名的八大公害事件公害事件名稱地點時間危害情況1.馬斯河谷煙霧事件比利時1930.12幾千人發(fā)病，60人死亡2.多諾拉煙霧事件美國1948.10 6000人患病，17人死亡3.倫敦煙霧事件英國1952.125天內4000人死亡4.洛杉磯光化學煙霧美國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------生態(tài)破壞例1濫伐樹木→森林面積的銳減→水土流失→風塵暴、沙漠化例2生物多樣性受破壞例3臭氧層破壞（3）與環(huán)境有關的紀念日3月22日世界水日6月5日世界環(huán)境日3月23日世界氣象日6月17日世界防治荒漠化和干旱日4月22日世界地球日6月25日中國土地日5月31日世界無煙日6月26國際禁毒日 7月11日世界人口日9月16國際保護臭氧層日10月16日

世界糧食日

12月29日國際生物多樣性日

溫室效應與全球變暖溫室效應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。溫室氣體大氣中能強烈吸收地面輻射產(chǎn)生溫室效應的氣體。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測，從1990到2100年，全球陸面氣溫將增加2℃；氣候變暖的直接結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。氣候變暖的間接結果是災害性氣候：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。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。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？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至關重要，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能破壞生物蛋白質和基因物質，造成細胞死亡；使八類皮膚癌發(fā)病率增高；傷害眼睛導致白內障而使眼睛失明；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”。一、環(huán)境科學概述環(huán)境科學是研究人類活動影響下環(huán)境質量變化規(guī)律以及這種變化和人類相互影響，相互作用的關系。環(huán)境科學是以人類——環(huán)境這一系統(tǒng)為研究對象，研究其發(fā)生、發(fā)展、調節(jié)、控制以及優(yōu)化改造的科學環(huán)境空氣動力學環(huán)境醫(yī)學環(huán)境生物學環(huán)境地學環(huán)境化學環(huán)境物理學環(huán)境數(shù)學

環(huán)境學

基礎環(huán)境學

應用環(huán)境學

環(huán)境科學一、環(huán)境科學概述環(huán)境經(jīng)濟學環(huán)境質量評價環(huán)境監(jiān)測環(huán)境規(guī)劃環(huán)境管理學環(huán)境工程環(huán)境行為環(huán)境法學二、環(huán)境生物學概述1、環(huán)境生物學環(huán)境生物學（EnvironmentalBiology）是研究受人類活動干擾的環(huán)境與生物之間相互作用規(guī)律及機理。并應用生物學理論和方法來控制和治理環(huán)境污染，監(jiān)測和評價環(huán)境質量，維護生態(tài)系統(tǒng)平衡，實現(xiàn)人類環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的一門科學，是環(huán)境科學與生物學相互結合、相互滲透所形成的交叉學科。2、環(huán)境生物學的形成與發(fā)展19世紀中葉工業(yè)革命后，開始研究各種污染對生物的影響（水污染生物監(jiān)測、大氣污染對植物、動物的影響“黑化現(xiàn)象”）工業(yè)化前英國鄉(xiāng)村有很多白色蛾子停在布滿淡色苔蘚的樹皮上，不易被鳥發(fā)現(xiàn)。工業(yè)化后黑色蛾子逐漸取而代之，因為黑煙污染了環(huán)境，黑色蛾子更易藏身。2、環(huán)境生物學的形成與發(fā)展1902年Kolkwitz和Marssond提出了污水生物系統(tǒng)，河流自上游往下游因自凈過程而形成一系列污染程度逐漸減輕的連續(xù)帶。1917年，活性污泥法處理城市生活污水，開始在英國羅徹斯特和美國休斯頓得到應用。50年代至60年代，著力于研究污染物在生態(tài)系統(tǒng)的遷移、轉化和歸宿的規(guī)律，污染生態(tài)學應運而生。70年代，在水、氣污染的生物監(jiān)測和生物凈化、遺傳毒理學、土壤污染和土地處理系統(tǒng)以及自然保護等領域開展了大量科學研究工作。3、環(huán)境生物學的研究內容具體研究內容：環(huán)境污染的生物效應和生態(tài)效應機理利用生物對環(huán)境進行監(jiān)測和評價的原理和方法生物或生態(tài)系統(tǒng)對污染的控制與凈化的原理與應用自然保護生物學和恢復生態(tài)學及生物修復技術生物對環(huán)境污染的適應及其抗性機理。環(huán)境污染物的生物效應污染物在環(huán)境中的遷移、轉化和積累的生物學規(guī)律污染物對生物的影響和危害，這種效應包括從分子水平、細胞水平、組織水平、器官水平、個體水平、種群水平到生態(tài)系統(tǒng)等各級生物層次探索污染效應的機理研究環(huán)境污染的生物監(jiān)測與生物評價的理論和方法環(huán)境污染的生物凈化生物對環(huán)境污染凈化與去除的基本原理、方法以及影響因素通過生物學或生態(tài)學的技術與方法進一步強化生物在環(huán)境污染凈化中的作用，包括具體高效凈化能力的生物種類及菌株的篩選以及基因工程菌的構建，降解和去除污染物的機理及其降解動力學反應模型等。生態(tài)工程中生物群落的結構和演替，不同類型物種間相互關系對環(huán)境污染凈化過程中的調空作用。4、環(huán)境生物學的任務闡明環(huán)境污染的生物學或生態(tài)學效應（各系統(tǒng)水平）

生物學監(jiān)測與評價探索生物對環(huán)境污染的凈化原理（環(huán)境有一定的環(huán)境容量）

提高生物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（自然資源的更新能力）

合理利用自然資源5、環(huán)境生物學發(fā)展趨勢環(huán)境生物學目前的發(fā)展趨勢：進一步認識環(huán)境問題的實質，提高解決環(huán)境問題、有效控制環(huán)境污染的能力；在配合其他技術途樣，對傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)工藝進行改造，以“清潔生產(chǎn)”逐步取代當前占主要地位的“末端治理”5、環(huán)境生物學發(fā)展趨勢目前的發(fā)展趨勢具體體現(xiàn)在：污染生態(tài)學生態(tài)毒理學保護生態(tài)學環(huán)境生物技術污染生態(tài)學污染生態(tài)學是研究生物體與污染環(huán)境之間相互作用的化學機理與化學過程及其調控的科學目前研究重點從注重污染物的危害后果到重視與加強污染動態(tài)過程的研究，包括：污染物在生物體內和生態(tài)系統(tǒng)各組分之間的遷移、轉化和分布生物體和生態(tài)系統(tǒng)對污染物的吸收、富集、降解和凈化作用。生態(tài)毒理學宏觀：由于過去根據(jù)室內單一污染物對單物種的影響，向

在生態(tài)系統(tǒng)水平上評價生態(tài)效應的方法和模型發(fā)展。微觀：采用分子生物學、細胞學、遺傳學、生理學等生物學方法與技術，研究污染物及其代謝產(chǎn)物與生物大分子及細胞的相互作用、遺傳與代謝的關系。保護生態(tài)學自然保護生物學：由研究珍稀瀕臨滅絕的物種及其棲息地保護發(fā)展到生物多樣性的保護，在自然保護技術和措施方面，已由自然保護區(qū)的建立發(fā)展到生物圈保護區(qū)。恢復生態(tài)學：研究生態(tài)系統(tǒng)的退化機制、物種進入和生長及群落聚集過程的限制因子、群落結構與生態(tài)系統(tǒng)功能特征。環(huán)境生物技術認識和解決環(huán)境問題過程的生物技術，主要涉及環(huán)境質量的監(jiān)測、評價、控制以及廢棄物處理過程中的生物學方法和技術的發(fā)展與應用。環(huán)境生物技術是利用生物體、生物的代謝反應過程和生物合成產(chǎn)物對污染或被破壞生態(tài)環(huán)境進行治理和修復以及監(jiān)測和評價的一種單一的或復合的工藝技術系統(tǒng)環(huán)境生物技術環(huán)境生物技術污染物生物控制和消除技術：人工合成化學污染物和大分子物質的降解性研究，綠色生產(chǎn)技術，有機廢棄物的轉化和再利用，生物修復，生物反應器技術，組建具有特殊功能的基因工程菌。生物監(jiān)測與評價：繼續(xù)探索更準確、快速方便和更有效的各種生物監(jiān)測方法和手段，建立統(tǒng)一標準化、規(guī)范化的監(jiān)測評價體系，建立全球性的監(jiān)測評價信息網(wǎng)絡系統(tǒng)。生物傳感器生物傳感器就是將生物學、化學和物理學融為一體的一種新裝置，目前向著高性能化、微型化、智能化和專業(yè)化的方向發(fā)展。污染生物的酶、亞細胞器以及細胞或組織轉換裝置電信號放大系統(tǒng)計算機處理系統(tǒng)是否污染6、環(huán)境生物學的研究方法不是孤立地研究生物，而是著重于生物與受干擾環(huán)境相互作用關系的研究6、環(huán)境生物學的研究方法室外調查和實驗方法實驗室試驗研究模擬研究方法自然條件下的試驗研究方法室外調查和試驗方法對人為干擾的環(huán)境進行現(xiàn)場實地調查和試驗各種環(huán)境因素的測定、調查和研究生物各層次效應的研究探索環(huán)境中各因素對生物或生態(tài)系統(tǒng)影響的基本規(guī)