環境科學基礎知識

長沙環境保護職業技術學院李倦生

2004年3月

環境科學基礎知識1環境問題歸要到底是因人類的生產和生活方式不當而引起的。研究環境問題離不開人類主體。馬克思和恩格斯在《德意志意識形態》一文中說：“人既是主體也是客體。人創造環境，環境也創造人。”在本講座進入專業之前，讓我們先了解“人”的有關問題。“人是一切社會關系的總和”。生產是人區別動物的標志，而“物質資料的生產是人區別于動物的根本標志。”生產力、資金和社會交往形式的總和是人的本質的現實基礎。“物質生活資料的生產是人的第一活動，是一切歷史的基本條件”。人的本質應從社會性和自然性兩方面看：人是自然界的一部分。環境問題歸要到底是因人類的生產和生活方式不當而引起的。研究環2人的社會活動四個方面是：物質生活的生產新需要的產生家庭社會關系“共產主義歸根到底是以生產力的普遍發展和與此相聯系的交往為前提的”。人的社會活動四個方面是：物質生活的生產3第一部分環境基礎知識

一、

1、環境定義：環境是指影響人類生存和發展的各種天然的和經過人改造的自然因素的總體。包括大氣、水、海洋、土地、礦藏、森林、草原、野生生物、自然遺跡、人文遺跡、自然保護區、風景各勝區、城市和鄉村等。

2、環境的基本內涵

相對于某一類生命主體（群體或個體）周圍的外部條件的總和，包括主體的存在空間、維持生命活動的能量和物質以及對其產生影響的各種直接或間接因素。

第一部分環境基礎知識

一、

1、環境定義：環境是指影響人4環境科學基礎知識_課件54、人與環境：馬克思主義認為：可以認為人本身的自然和外部自然以及物質資料的生產方式構成人類社會的物質生活條件。包括人類在內的生命有機體能夠影響整個地球的狀況。地球表面的化學組成決定了生命起源的環境條件。生命的組成與宇宙的組成顯著地相似（人體成分與地球化學元素成分及并豐度相一致）元素在水中的溶解度，是決定產生生命的地質化學界中元素相對豐度的最終約束。從這個意義上講：人是自然界的一部分。人類是地球環境與地球生命長期相互作用，相互依存，協調發展的產物。人類仍然只能依賴和依托環境而生產、生活和生存。4、人與環境：6環境科學基礎知識_課件7環境科學基礎知識_課件8環境科學基礎知識_課件93、環境問題與人類社會發展（見表1-1）

馬克思主義認為：生產力和發展決定分工的發展。分工發展的不同階段就是所有制的不同形式。一切歷史沖突都根源于生產力和交往形式（生產關系）之間的矛盾。生產方式不僅是人的肉體存在的再生產方式，而且是人的活動方式和生活方式。

因此：有什么樣的生產力，就有什么樣的生產關系，相應的就產生什么類型的環境問題。在不同的生產力發展階段，人們對環境干擾的方式、程度、內容和范圍都有不同。這是環境問題具有階段性的根源。

“生產力是一種客觀的物質力量。”“作為一種既得力量的生產力，是人們全部歷史的基礎。”這是環境問題具有相對穩定性的原因。

由此也可以理解為：解決環境問題也具有歷史階段性。3、環境問題與人類社會發展（見表1-1）

馬克思主義認為：生10環境科學基礎知識_課件11環境科學基礎知識_課件12四、環境科學環境科學是一門新興的學科，它是以人類為主體，研究人類生存、繁衍與所需有關條件之間相互關系的科學。（科學研究的任務：認識、發現和利用）環境科學研究的對象十分廣泛。其研究內容是指人類為其自身生存和發展，在利用和改造自然界過程中，對自然環境造成的破壞和污染，以及由此產生的危害人類生存和社會發展的各種不利效應。四、環境科學13環境科學基礎知識_課件14環境科學基礎知識_課件15環境科學基礎知識_課件16環境科學基礎知識_課件17總之，樹立正確的社會發展觀，提高全民族的環境意識，推進可持續戰略的實施，是當代環境科學研究的重要任務。到此，我想用馬克思在《資本論》中的一段話作一小結：“一個社會即使探索到了本身運動的自然規律……，它還是既不能跳過也不能用法令取消自然的發展階段。但是它能縮短和減輕分娩的痛苦。”總之，樹立正確的社會發展觀，提高全民族的環境意識，推進可持續18第二部分大氣環境化學一、基礎知識1、大氣環境化學的內容、范圍和特點研究內容：主要研究大氣中對環境有影響的重要組分在大氣中的來源、存在形式、遷移過程中的化學轉化、歸宿以及對大氣質量的影響。研究范圍：對人類有直接、間接影響的地球大氣。大氣環境化學的特點：①大氣是氧化性介質（化學反應：低氧化態→高氧化態）②光化學反應占有重要位置③主要考慮反應速度④氣象因素的影響第二部分大氣環境化學一、基礎知識19環境科學基礎知識_課件20環境科學基礎知識_課件21環境科學基礎知識_課件22環境科學基礎知識_課件237、大氣氣體的組成及循環a、恒定組分：Ar、Ne、Kr、Xe（無循環）

O2、N2（生物和微生物）b、可變組分：CH4、CO2、CO、H2、N2O

人類活動、生物活動及化學過程c、不定組分：SO2、NH3、NO+NO2、O3、HNO2、H2O、He、CFCs人類活動，化學過程、物理化學過程d、在地球大氣中，已鑒定出幾百種痕量氣體。

7、大氣氣體的組成及循環24二、大氣污染問題大氣污染：指一定范圍內的大氣中，某些成分異常增多或出現新的成分，從而對人類、生態、材料或其它環境要素（如大氣性質、水體水質、氣候等）產生不良效應時，就構成大氣污染。1、大氣污染物分為：

a、一次污染物（直接從污染源排放的物質）（SO2、H2S、NO、NH3、CH化合物、CO、CO2、HF、HCl）b、二次污染物：排入環境中的化合物，經物理、化學或生物作用或與其它物質發生反應而形成新的化合物（SO3、H2SO4、MSO4、NO2、HNO3、MNO3、醛、酮、臭氧（O3）、過氧乙酰硝酸酯）二、大氣污染問題25大氣中重要污染物：①含硫化合物（SO3、H2S、（CH3）2S和H2SO4……）②含氮化合物（NO、NO2、NH3、HNO3和N2O……）③CO、CO2④CnHx烴類、醛、酮……⑤光化學氧化劑（O3、PAN、H2O2……）⑥含鹵素化合物（HF、HCl和CFCs……）⑦顆粒物（H2SO4、SO4-2、NO3-多環芳烴及重金屬等⑧放射性物質大氣中重要污染物：26環境科學基礎知識_課件274、大氣污染物的去除過程：干沉降（干去除） 濕沉降（濕去除） 化學反應去除 向平流層輸送三、幾種典型大氣污染現象1、光化學煙霧引發反應：NO2+hv→NO+OO+O2+M→O3+MNO+O3→NO2+4、大氣污染物的去除過程：干沉降（干去除）28基傳遞反應：RH+OH→RC(O)O2+H2ORCHO+OH→RC(O)O2+H2ORCHO+hv→RO2+H2O+COHO2+NO→NO2+OHRO2+ON→NO2+RCHO+H2ORC(O)O2+NO→NO2+RO2+CO2OH+NO2→HNO3終止反應：RC(O)O2+NO2→RC(O)O2NO2RC(O)O2NO2→RC(O)O2+NO2基傳遞反應：RH+OH→RC(O)O2+H2O29環境科學基礎知識_課件303、平流層的O3變化平流層中臭氧的存在對于生命物質至關重要，因為它阻擋了高能量的紫外線（200-300nm）到達地球表面，從而保護了生物（UV-B能破壞生物蛋白質和脫氧核糖酸（DNA）造成細胞殘廢）。平流層中的含氫、氮、氯的各種化學物質，通過許多光化學反應控制了平流層大氣中的臭氧分布。重要的源分子有：CH4、N2O、鹵代烴類（CFC-11、CFC-12、CFC-13、CH3Cl……）3、平流層的O3變化31活性基有：HOx(OH、HO2)NOx(NO、NO2)和ClOx(Cl、ClO)儲庫分子：HNO3、HCl、ClONO2、N2……臭氧生成反應：O2+hv≦240nm→2O(3P)2O(3P)+2O2+M→2O3+2M

總反應：3O2+hv→2O3催化反應：Y+O3→YO+O2（損耗臭氧O3）YO+O→Y+O2

總反應：O3+O→2O2催化性物種：NO2、HOx、ClOx活性基有：HOx(OH、HO2)NOx(NO、NO2)和C32環境科學基礎知識_課件33②CO2來源及去除人為源天然源去除：光合作用：6CO2+6H2O→C6H12O6+6O2↑

與其它物質反應。CO2的濃度變化：工業化前240-290ppm→工業化360ppm→現在378ppm約以0.5-1.5ppm的增加速度連續增加。甲烷：重要溫室氣體，效應為CO2的20倍年排放量600×106t/a，CH4占其中的80-85%。全球稻田CH4年排放量130±30×106t/a，中國為29±6×106t/a②CO2來源及去除34四、主要的空氣污染問題：細顆粒物和二氧化硫濃度高室內空氣污染酸雨現象頻繁ODS削減難度大大氣污染控制管理戰略：——減少城市地區的環境空氣污染——降低室內空氣污染——減輕酸沉降的影響——解決全球環境問題（溫室效應、酸雨、O3耗損、氣候異常）

關鍵行動：能源結構調整（使用清潔能源）能源利用效率提高四、主要的空氣污染問題：細顆粒物和二氧化硫濃度高35環境科學基礎知識_課件36環境科學基礎知識_課件372、水資源特點水是所有所機體普遍的內部介質，生命物質的90%以上由水組成（每人用水3kg/人.d）。又是所有水生生物的外部介質，能夠起資源、條件和棲息地的作用。主要特點為：a、維護生態平衡和環境的基本要素b、利用上的多重性c、經濟上的兩重性（水利、水害）d、補給上的循環性e、時空分布上的可變性2、水資源特點383、水污染

指水體因某種物質的介入，而導致其化學、物理、生物或者放射性等方面特性的改變，從而影響水的有效利用，危害人體健康或者破壞生態環境，造成水質惡化的現象。（污染物：指能導致水污染的物質）3、水污染39環境科學基礎知識_課件40環境科學基礎知識_課件414、污染物在水環境中的遷移、轉化指污染物在水環境中空間位置的變動、存在形態的轉化，以及由此引起的分散或富集過程。（“一切運動都是和某種位置變動相聯系的”恩格斯）遷移方式：機械遷移物理化學遷移生物遷移機械遷移：水、氣的機械遷移，重力的機械遷移4、污染物在水環境中的遷移、轉化42物理化學遷移：溶解-沉淀作用、氧化還原作用、水解作用、絡合-螯合作用、吸附-解吸作用生物遷移：通過生物體的吸收、代謝、生長、死亡等過程實現遷移、選擇吸收與積累作用、積累放大作用物理化學遷移：溶解-沉淀作用、氧化還原作用、水解作用、絡合-43環境科學基礎知識_課件44環境科學基礎知識_課件45環境科學基礎知識_課件46分解有機物的主要是細菌。主要作用。有機物降解：有氧條件下：最終產物→CO2、H2O、NO3、SO2

缺氧條件下：最終產生→NH3、H2S、CH4、有機酸、醇、CO2、H2O等。分解有機物的主要是細菌。主要作用。47環境科學基礎知識_課件48而我國農業用水灌溉系數為0.4，約為國外的1/2，工業用水為100M3/萬元GDP。2003年，工業、生活廢水排放總量453億t；生活污水占53%。國際上河流用水警戒線為30%。我國北方已普遍超過這一界限。國際上缺水標準為1000M3/人.年。我國面臨水資源緊缺和水質污染兩大問題。而我國農業用水灌溉系數為0.4，約為國外的1/2，工業用水為49環境科學基礎知識_課件50環境科學基礎知識_課件51環境科學基礎知識_課件523、土壤功能與特性土壤為自然要素中物質和能量遷移轉化最復雜而又最頻繁場所。功能：植物的營養源接納廢棄物和死亡生物保持水分、調節溫度維持養分的再循環提供資源、同化各種外來物質3、土壤功能與特性534、土壤污染土壤污染是由于人類活動所產生的污染物質，通過各種途徑進入土壤，其數量超過了土壤的容納和同化能力，使土壤的性質、組成及性狀發生了變化，并導致土壤的自然功能失調，土壤質量惡化，從而影響植物的正常生長和發育，使作物產量和質量下降，甚至影響人類健康。土壤污染類型：水體型污染大氣型污染農業污染型生物污染型固體廢棄物污染型4、土壤污染545、土壤污染特點：多源性持久性隱蔽性轉移性6、土壤污染的凈化主要是生物和化學的共同降解作用。關于環境污染就不再一一涉及。總之，人類活動正不斷地對全球環境產生日益深刻的影響。馬克思在140多年前就說過“文明如果是自發的發展而不是自覺地發展，則留給自己的是荒漠。”這是我們應當不要忘記的。5、土壤污染特點：55環境科學基礎知識_課件56環境科學基礎知識_課件57環境科學基礎知識_課件58二、地球表面主要生態系統類型水域生態系統（淡水、咸水）陸地生態系統（荒漠、熱荒漠……農田）自然生態系統人工生態系統城市生態系統農田生態系統三、生態系統的功能能量流動物質循環生物生產（全球每年生產有機物1500×108t/a）信息傳遞二、地球表面主要生態系統類型59四、生態平衡在一定時間內，生態系統各組分通過相互制約、轉化、補償與反饋等作用使結構與功能的協調達到最優化、信息傳遞流暢，具有較高的生產力和穩定性，能量與物質的輸入與輸出基本相等的狀態。特征：結構平衡功能平衡收支平衡四、生態平衡60五、生態系統服務（包括生態系統提供的商品及服務）指生態系統與生態過程所形成的及所維持的人類賴以生存的自然環境與效用。生態系統服務包括：氣體調節、氣候調節、干擾調節、水調節、水供應、控制侵蝕和保存沉積物、土壤形成、養分循環、廢物處理、傳粉、生物防治、避難所、食物生產、原材料、基因資源、休閑娛樂、文化等。五、生態系統服務（包括生態系統提供的商品及服務）61六、生態系統服務的價值評估全球生態系統服務的價值：氣體調節13000億$干擾調節18000億$廢棄物處理23000億$養分循環170000億$

中國生態系統服務的價值總價值：77834.48億元/a，其中：陸地56098.46億元/a，海洋21736.02億元/a。六、生態系統服務的價值評估62七、生態安全指自然生物系統（個體、種群、群落及生態系統）或人類社會生態系統（個人、集體、地區、國家甚至全球）在生存和發展方面的風險大小，包括環境安全、生物安全、個體安全和社會生態系統安全等。七、生態安全63八、生物多樣性生物多樣性是一個描述自然界多樣性程度的概念。定義：所有來源的形形色色的生物體（其來源包括陸地、海洋及其它水生生態系統）及其構成的生態綜合體。主要內涵包括：遺傳多樣性物種多樣性生態系統多樣性景觀多樣性生物多樣性的價值表現：生態價值：維持生物圈的功能科研價值：信息豐富直接利用價值：供人類消費的價值 美學價值：環境功能八、生物多樣性64環境科學基礎知識_課件65環境科學基礎知識_課件66環境科學基礎知識_課件67環境科學基礎知識_課件68五、可持續發展的實施關鍵環節人口、居民消費、社會服務、消除貧困、衛生與健康、人居、防災減災。其實施應具備如下條件：自然觀的轉變與環境理念的形成樹立正確的環境倫理觀變革生活方式五、可持續發展的實施關鍵環節69六、新千年的環境戰略1、經濟教訓：a、環境機構僅依靠自身不可能管理所有問題。b、必須改變中國的整個發展模式。2、在三個領域采取行動：處理環境問題的體制安排實現環境目標所用的手段實現環境目標所需的投資六、新千年的環境戰略70環境科學基礎知識_課件71環境科學基礎知識_課件722、環境管理的任務與目的基本任務：轉變人類社會的一系列觀念和調整人類社會的行為。目的：創建新的生產方式、消費方式、社會行為規則、發展方式3、我國環境保護的戰略方針：（三同步方針）經濟建設、城鄉建設和環境建設同步規劃、同步實施、同步發展，做到經濟效益、社會效益和環境效益的統一。2、環境管理的任務與目的734、三大環境保護政策：預防為主的政策誰污染誰付費的政策強化環境管理的政策5、環境管理的基本原理：生態學原理系統論原理經濟學原理4、三大環境保護政策：預防為主的政策74二、關于環境價值和綠色GDP核算1、環境是有價值的①勞動價值論：環境沒有凝聚人類勞動，不具有價值。但保護環境有耗費勞動力，環境具有價值。②效用價值論：價值由生產費用和邊際效用兩部分組成。環境不具備價值。③生產補償價值論：考慮資源耗竭成本和環境損害成本。就是環境有價值的體現。二、關于環境價值和綠色GDP核算75④基于哲學價值論：客體的屬性功能能滿足主體需要的一種功效或效用就是價值。環境價值的產生來自于兩個方面：一是天然生成，二是人類創造。根據勞動價值論和效用價值結合起來，確定環境價值的觀念、理論及方法：結論：環境的價值，首先決定于它對人類的有用性價值大小：稀缺性和開發利用條件決定④基于哲學價值論：客體的屬性功能能滿足主體需要的一種功效或效76環境科學基礎知識_課件77環境科學基礎知識_課件78結束語本人試圖提綱挈領地介紹環境科學知識體系的梗概，限于學識，難免掛一漏萬，不全面不當之處，懇望指正。“科學技術是第一生產力”，不但發展經濟如此，在保護環境中亦然。科學技術是解決環境問題的重要知識源泉和手段。大力發展科學技術，以與環境友善的方式進行經濟建設和社會發展，改善人類與自然界的關系，是科學技術的責任和使命，也是本講座的目的所在。結束語799、春去