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1、公共任选课环境保护与可持续发展红河学院 生命科学与技术学院郭亚力,环境保护与可持续发展 教材：环境保护与可持续发展 钱易主编，高等教育出版社 2002.3 参考书：1环境保护概论 林肇信等编，高等教育出版社 2001.5 2环境保护 刘天齐主编，化学工业出版社 2000.4,主要内容,第一章 生态与环境基础知识 第二章 人类对生态环境的认识 第三章 人口与可持续发展 第四章 自然资源的可持续利用 第五章 环境污染与控制 第六章 可持续发展与环境 专题讨论及音像教学,教学要求与安排,第一章 生态与环境基础知识,第一节 环境与生态系统 第二节 生态平衡与人类生存,第一节 环境与生态系统,一、人类环
2、境与生态环境 二、生态系统与生态循环,一、人类环境与生态环境,1、人类环境基本概念 2、 环境要素和环境质量 3、生态环境,1、人类环境基本概念,环境的概念:,以人类社会为主体的外部世界的总体。 按照这一定义，环境包括了已经为人类所认识的，直接或间接影响人类生存和发展的物理世界的所有事物。它既包括未经人类改造过的众多自然要素，如阳光、空气、陆地、天然水体、天然森林和草原、野生生物等等；也包括经过人类改造过和创造出的事物，如水库、农田、园林、村落、城市、工厂、港口、公路、铁路等等。它既包括这些物理要素，也包括由这些要素构成的系统及其所呈现的状态和相互关系。,环境变化的意义: 物理要素的简单组合
3、； 要素间的相互作用； 环境因素及其次生影响。,2. 环境要素和环境质量,(1) 环境要素 构成环境整体的各个独立的、性质各异而又服从总体演化规律的基本物质组分称为环境要素，也叫环境基质。 最差限制律 环境整体大于诸要素之和 相互依赖性,2. 环境要素和环境质量,(2) 环境质量 环境质量 环境指标,所谓环境质量，一般是指，一处具体环境的总体或某些要素，对于人群的生存和繁衍以及社会发展的适宜程度，是反映人群对环境要求的，对环境状况的一种描述。 环境质量通常要通过选择一定的指标（环境指标）并对其量化来表达。自然灾害、资源利用、废物排放以及人群的规模和文化状态都会改变或影响一个区域的环境质量。,3
4、、生态环境,生态环境的定义： 指由生物群落及非生物自然因素组成的各种生态系统所构成的整体。,二、生态系统与生态循环,1、生态系统 2、生态系统的结构 3、 生态系统的物质循环,1、生态系统,生态系统的含义：,生物群落连同其所在的物理环境共同构成生态系统（ecosystem）。,例如： 森林、草原、河流、湖泊、山脉或其一部分都是生态系统；农田、水库、城市则是人工生态系统。生态系统具有等级结构，即较小的生态系统组成较大的生态系 统，简单的生态系统组成复杂的生态系统，最大的生态系统是生物圈。,一个物种在一定空间范围内的所有个体的总和，在生态学里称为种群（population），所有不同种的生物的总和
5、为群落（community）。,生态系统分类：,2、生态系统的结构,生态系统都由生物群落和物理环境两大部分组成。,物理环境的意义：,阳光、氧气、二氧化碳、水、植物营养素（无机盐）是物理环境的最主要要素，生物残体（如落叶、秸杆、动物和微生物尸体）及其分解产生的有机质也物理环境的重要要素。 物理环境除了给活的生物提供能量和养分之外，还为生物提供其生命活动需要的媒质，如水、空气和土壤。,生物群落的意义：,活的生物群落是构成生态系统精密有序结构和使其充满活力的关键因素，各种生物在生态系统的生命舞台上各有角色。,生态系统的三个主要角色,生态系统的生命角色有三种，即生产者、消费者和分解者，分别由不同种类的
6、生物充当。 生产者的主体是绿色植物，以及一些能够进行光合作用的菌类。由于这些生物能够直接吸收太阳能和利用无机营养成分合成构成自身有机体的各种有机物，我们称它们是自养生物。 消费者是直接或间接地利用生产者所制造的有机物作为食物和能源，而不能直接利用太阳能和无机态的营养元素的生物，包括草食动物、肉食动物、寄生生物和腐食动物。 分解者是指所有能够把有机物分解为简单无机物的生物，它们主要是各种细菌和部分真菌。,生态系统的物质循环与能量流,生态系统的物质循环,3、 生态系统的物质循环, 碳循环 氮循环 磷循环,在生态系统中，物质从物理环境开始，经生产者、消费者和分解者，又回到物理环境，完成一个由简单无机
7、物到各种高能有机化合物，最终又还原为简单无机物的生态循环。 通过该循环，生物得以生存和繁衍，物理环境得到更新并变得越来越适合生物生存的需要。 在这个物质的生态循环过程中，太阳能以化学能的形式被固定在有机物中，供食物链上的各级生物利用。,碳循环示意图,氮循环示意图,磷的转移示意图,磷的转移示意图,4、生态系统的能量流,生物系统能量产量及利用示意图,自然生态系统金字塔,第二节 生态平衡与人类生存,一、生态平衡二、生物圈与生物多样性三、生物的多样性与人类生存的关系,一、生态平衡,1、生态平衡 2、人类对生物圈的破坏性影响主要表现,1、生态平衡,生态平衡,生态系统中的能量流和物质循环在通常情况下（没有
8、受到外力的剧烈干扰）总是平稳地进行着，与此同时生态系统的结构也保持相对的稳定状态，这叫做生态平衡。,生态平衡的特征,生态平衡的调节能力,生态平衡的最明显表现就是系统中的物种数量和种群规模相对平稳。当然，生态平衡是一种动态平衡，即它的各项指标，如生产量、生物的种类和数量，都不是固定在某一水平，而是在某个范围内来回变化,生态系统具有自我调节和维持平衡状态的能力。 生态系统的结构越复杂，能量流和物质循环的途径越多，其调节能力，或者抵抗外力影响的能力，就越强。,2、人类对生物圈的破坏性影响主要表现,一是大规模地把自然生态系统转变为人工生态系统 二是大量取用生物圈中的各种资源 三是向生物圈中超量输入人类
9、活动所产生的产品和废物,二、生物圈与生物多样性,1、 生物圈 2、大气圈 3、岩石圈与土壤圈 4、水圈 5、生物多样性,1、生物圈,生物圈的概念是由奥地利地质学家休斯（E.Suess)在1875年首次提出的，是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体。它在地面以上达到大致23km的高度，在地面以下延伸至12km的深处，其包括流层的下层、整个对流层以及沉积岩圈和水圈。但绝大多数生物通常生存于地球陆地之上和海洋表面之下各约100m厚的范围内。 生物圈主要由生命物质、生物生成性物质和生物惰性物质三部分组成。 生命物质又称活质，是生物有机体的总和；生物生成性物质是由生命物质所组成的有机-矿质作用和有
10、机作用的生成物，如煤。石油、泥炭和土壤腐殖质等；生物惰性物质是指大气低层的气体、沉积岩、粘土矿物和水。,生物圈构成示意图,生物圈中的子系统,2、大气圈,大气的组成,大气包括恒定的、可变的和不定的三部分组分。 恒定的组分氮占78.09，氧占20.95，氩占0.93，三者约占空气总量的99.97，还有微量元素氖、氦、氪、氙以及臭氧等，这些气体的含量几乎是不变的； 可变的组分有二氧化碳、水蒸汽等，在正常状态下，水蒸汽的含量为04，二氧化碳的含量近年来已达到0.035。其含量受地区、季节、气候以及人们生活、生产活动、科学研究等因素的影响而发生变化。 不定组分有尘埃、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物等，主要由
11、人为因素造成。,大气层结构,3、岩石圈与土壤圈,a岩石圈,岩石圈是指地球表面3040km厚的坚硬地壳层，是大气圈、水圈、土壤圈以及生物圈存在的牢固基础，也是土壤形成的物质基础，地壳层的质量只是地球总质量的0.714%，但它直接影响着生命的存在和繁衍，组成原生质的元素来源于此。,岩石圈中富含各种化学物质，为植物生长所需要的矿“物质营养外：还贮藏着丰富的地下资源，为人们提供了大量丰富的生产资料。由于岩石的厚度及其组分的不同，其风化过程也不同。 岩石的风化是坚硬的岩石由大块变成细小颗粒的过程，也是岩石的成分和性质发生变化的过程。风化一般要经过物理的破碎和化学的变化。,3、岩石圈与土壤圈,b土壤圈,土
12、壤是自然环境中介于生物界与非生物界之间的一个复杂的独立的开放性物质体系，具有独特的组分、结构和功能，是环境中物质循环和能量转化的重要环节，是岩石圈、生物圈、大气圈和水圈之间的过渡地带。 土壤主要由矿物质、有机质、水分和空气四部分构成。其中矿物质是土壤的主体，是生物摇篮的骨架，一般占土壤固体部分的95。土壤矿物质是由岩石经过亿万年的日晒风蚀和微生物的作用风化、分解形成的。 土壤的矿物质可分为两大类，一类是原生矿物，一类是次生矿物。原生矿物基本上保持了岩石中的原始成分。在风化过程中，部分岩石只遭到破碎而没有改变成分与结构，即成为土壤中的原生矿物。次生矿物是岩石风化过程中形成的新矿物。,b土壤圈,土
13、壤的特征一是具有肥力，能为植物、微生物、土壤动物生长提供营养和栖息场所；二是具有同化和代谢外界输入的物质的能力。土壤中生活着各种微生物和土壤动物能对外来的各种物质进行分解、转化和改造，故土壤又被人们看成是一个自然的净化系统。 土壤的这两种特性是相辅相成的。在合理的经营管理下，其肥力不仅不会因利用而损耗，反而会增加，它是人类的基本生产资料和劳动对象。 当土壤被污染超过土壤自净能力，就会破坏土壤自然动态平衡，引起土壤系统成分、结构和功能的变化，并导致土壤正常功能的失调，土壤质量下降；土壤污染向环境输出转化，又使大气、水体等进一步污染；土壤污染对生态系统影响非常严重，应该予以重视。,土壤圈构成示意图
14、,4、水圈,水圈是地球表面各种形态的水的总称。 水是人类与其他生物生存必不可少的、最重要的物质，在地球上分布最广，地球上的热量输送和气候调节要靠水的作用，水是自然环境中最活跃的因素，也是参与地表物质能量转化的重要因素。,水圈由海洋、河流、湖泊、地下水、大气水、冰共同构成，其中海洋是水圈的主体，约占全球面积的79。水量最多的是海洋咸水，占97以上，淡水占2.53，其中3/4在南北极的冰盖和冰川中；江河、湖泊等地面水约占地球总水量的110000；地表土壤和地下岩层中含有多层淡水。人类能够利用的淡水约占全部淡水的20，其中只有05的淡水能直接取用于河湖，可见淡水资源是非常有限的。,水圈及其构成示意图
15、,水循环与水量平衡,地球上的水并不是处于静止状态的。水以大气环流、海洋和河流排水等形式在地球上流动和再分配，通过蒸发、降雨、渗透等进行水分循环、不断往复，永无止境，使地球水量恒定不变，维持水分平衡。 由于水分循环，不仅调节气候，而且净化了大气。 水中含有各种化学物质、各种溶盐的矿质营养、有机营养等，可提供生物的需要，由于各地区水质的不同，构成了生物环境的生态差异。,水体污染与自净,微生物自净作用垂直分布图,水体富营养化,海洋赤潮,5、 生物多样性,生物圈的另一个显著特征是生物多样性。 通俗地讲，生物多样性就是一个区域内生命形态的丰富程度，它包括遗传（基因）多样性、物种多样性和生态系统多样性三个
16、层次。 生物多样性是生命在其形成和发展过程中跟多种环境要素相作用的结果，也就是生态系统进化的结果。 值得注意的是，生物圈或其部分区域中的某个物种过于强大时，会造成其他物种数量的减少甚至灭绝，从而损害生物多样性。目前这种情况正由于人类的过于强大而发生着。因此，生物多样性还意味着生物种群在个体数量上的均衡分布。,三、生物的多样性与人类生存的关系,1、生物多样性的重要意义 2、生物多样性的主要功能,1、生物多样性的重要意义,美国“生物圈2”号实验 东南亚“水稻黄矮病事件” 袁隆平与杂交水稻 美国“玉米枯萎病事件”,生物多样性对于人类的生存与发展具有极其重要的意义，因为人类只是地球生物圈众多生物中的一
17、种，其正常的生存仍然必须依赖于地球的生物体系。科学家们早已经意识到地球生态环境一旦遭到破坏后对于人类生存的严重影响，因而早已在进行这方面的研究与探索。,美国“生物圈2”号实验,美国80年代末，在亚利桑那州投资2亿美元来建造一个完全封闭的人工生态系统生物圈2号。 “生物圈2号”于1991年5月建成，有8名科学家进入该系统。然而，该实验进行了仅仅两年就不得不中止。 “生物圈2号”的被迫暂时中止，说明了地球生物圈并不象当初科学家们现象的那样简单，普通人更是不能了解其中的复杂性。 地球生物圈是一个经过了45亿年艰难进化的结果，然而人们至今仍未真正了解地球、了解地球生物圈。在人们尚未了解一个事物时轻易的
18、去改变它，自然要遭受到失败的结局。,生物圈号图片和结论,数名科学家得出结论：在现有技术条件下，人类还无法模拟出一个类似地球一样的、可供人类生存的生态环境。,实验向世人昭示了：迄今为止，地球仍是人类惟一的家园，人类应当努力保护它。,东南亚“水稻黄矮病事件”,70年代，为了追求水稻的高产，亚太地区广泛种植高产的水稻，造成水稻品种单一。70年代末，在东南亚地区许多国家突然发生了大面积的水稻黄矮病，造成水稻大面积减产。 科学家们经过研究证明：产生该病的原因是水稻缺乏抵抗该病毒的基因。必须找到具有该抗病基因的水稻品种进行种质改良。 广东省某县1965年水稻黄矮病的大流行就减产50多万千克。,袁隆平与杂交
19、水稻,水稻是世界许多国家的主要 粮食农作物，为寻找和培育高产 的水稻新品系，水稻的育种需进 行杂交繁育。然而水稻是自花授 粉作物，因此，必须找到一种具 有雄性不育特征的品种作为育种基础。 我国水稻专家袁隆平和其同事在长期的寻找中，在海南一湿地找到一片野生稻，并在其中发现几株雄性不育异化种。袁隆平在此基础上终于培育出较普通稻增产10以上的杂交稻品种。该杂交稻品系经不断改良推广，到目前据统计已经2千4百多亿公斤。如按照每人400公斤/年计算，足够1亿人口吃6年。 中国近年开始大面积推广第一期超级杂交水稻。袁隆平对第二期超级杂交水稻的大面积推广充满信心：“第二期超级杂交水稻可在年大面积推广，亩产达公
20、斤。按照年种植亿亩、每亩增产公斤计算，每年可增产亿公斤粮食，能多养活多万人口。”,美国“玉米枯萎病事件”,1942年美国引进抗坚黑穗、散黑穗、秆锈病以及抗冠锈菌的燕麦品种维多利亚（Victoria）以及它的衍生品种，1945年此品种占美国燕麦种植面积的97，由于抗冠锈和杆锈的基因与感叶枯的基因是连锁的，1946年叶枯病大流行。 人为地造成品种单一化，为病害流行创造了条件，对这次教训，美国并没有吸取，24年后，1970年，T型雄性不孕系细胞质杂交玉米占玉米栽培面积地70。因为该T型细胞质对T小种毒素敏感，又造成玉米小斑病大流行，结果减产330亿斤（10亿美金），占玉米总产量的15。从而使农场主损
21、失超过20亿美元。 后来由在墨西哥的遗传基因库中发现一种抗病遗传物质而解决。,2、生物多样性的主要功能,传播功能 食物功能 药物功能 材料功能 能源功能 环保功能 生态平衡功能,a、生物多样性的传媒功能,食物链 生态系统中的食物网 动植物的共生与互生,b、食物功能,动物（昆虫、鸟类等）植物的花粉传授植物正常结果人类食物，（花的特征结构特定种类的昆虫传粉植物繁衍进化动物食物）。,水生生物的生态系统的食物链示意图,草原食物网示意图,c、药物功能,重要的药物资源 生物药物的经济价值 未来的药物来源,特定植物、动物特定生物化学成分人类药物 野生植物及动物可以用于药物，这对于中国人来说是很正常的事，因为
22、中药就是建立在这些物质基础上的。没有野生动植物，也就没有中药。 事实上几乎所有药物的一半是来源于野生生物。现在，在美国每年由野生生物制成的药品或药材的商业价值约140亿美元。在全世界，包括无配方的野生生物药材及中成药的商业总价值，估计每年超过400亿美元。,d、材料功能,传统建材、生产原料、高技术材料、微生物浸矿,树木木材建筑材料、造纸原料、橡胶、生漆、染料、油漆涂料 除了石油及矿产品及其加工产品外，大量的用于农业、石油、化工、轻工业、建筑业，以及有关与人们生产生活的各种领域中。 现代高技术产业中的生物工程、新型计算机元器件、新材料（医用材料）等行业中也必须使用生物材料。,高技术材料,石油开采
23、材料 微生物石油污染处理 新型计算机存储器 高分子可擦写光盘 生物计算机芯片,生物处理铜矿工艺流程图,地下生物浸矿示意图,e、能源功能,生物量 “高光效植物” 含石油植物 清洁燃料,生物新能源： 植物发酵醇、烃绿色可再生能源，在现代开发的各种新能源中，目前真正具有绿色环保功能的除了太阳能外，就是新型生物能源。,美国爱达荷工程及环境国家实验室的科学家，将已经用来生产薯条的植物油废物利用，转变成生物柴油。,秸秆气化原理示意图,秸秆气化工厂设备示意图,f、环保功能,森林的生态环保作用,（1）涵养水源，保持水土 （2）调节气候，增加雨量 （3）防风固沙，保护农田 （4）净化空气，防治污染 （5）降低噪
24、音，美化大地,水生生物的环保功能,防风林带的保护作用示意图,g、基因库功能,生物基因保存人类改造自然的基础物质新物种研究开发人类生存。 野生生物的基因的重要意义在前面已经部分地讨论过了，在此只举几个例子来说明。 例如： 美国电影侏罗纪公元叙述的就是一个最典型的利用生物基因的故事。 野生物种也可用于制造橡胶、油、树脂、杀虫剂以及纤维、洗涤剂等。在秘鲁亚马逊西部的Fevillea属雨林藤具有很高的含油量，原始森林中的一公顷这种雨林藤生产出的油，要比种植一公顷商业性棕榈树还要多。,例如： 据世界环境与发展委员会提供的资料说，1978年，一个原始玉米种在墨西哥中南部山林中被发现。这种野生植物是已知现代
25、玉米属中最原始的，它残存在只有4公顷面积大小的3块土地上，而且这个地区已经受到农民和采伐者破坏的威胁。 这个野生种是多年生植物，而所有其它玉米品种都是一年生的。因为它的这种年年长出的特性，如果用它与现在已经商品化的其它玉米品种交叉繁育，将为农民节省每年耕地和播种的费用，它的这种遗传优点每年将为农业生产创造几十亿美元的价值。,h、生态平衡功能,生态平衡实际是处于一种动平衡状态，它与生物系统的物种及结构的多样性、复杂性呈正相关。 生态系统的结构愈多样，则其抗干扰的能力愈强，因而也就易于保持动态平衡的稳定状态。 这是由于在结构复杂的生态系统中某一环节发生异常变化，造成能量、物质流动的障碍时，可以由其
26、它物种群间的代偿作用加以克服。即使是受到较严重的干扰，也总会自发地通过发挥群落演替，恢复原先的稳定状态，重建失去的平衡。,例： 微生物对土壤的作用和影响: （1）促进了成土作用 （2）改善土壤的物理性能 （3）提高了土壤质量,森林的生态作用: （1）涵养水源，保持水土。 （2）调节气候，增加雨量。 （3）防风固沙，保护农田。 （4）净化空气，防治污染 （5）降低噪音，美化大地。 （6）提供燃料，增加肥源,淡水生物的生态作用,浮游植物吸收水中各种矿质养分，保持水土一定的洁净程度； 增加水体的溶氧量，对水质理化特性的变化起主导作用；形成水域生态系统的初级生产力。 多种鱼类的生态影响: 促进浮游生物
27、繁殖；鱼提供饵料；保护水质。 各种水生生物之间以及水主主泅习环境之间就联接成了一个合理的、具有良胜循环的生态系统，既具有较好的生产性能，又具有较强的自净能力。,草原、草山生物的生态效应： 草原、草山上的主要生物，是各种天然牧草和人工牧草，以及多种放牧的草食牲畜。还有多种其它动物、植物和土壤微生物，多种啮齿类野生动物；草原蝗虫、粘虫等害虫，分解牲畜粪便的甲虫和分散生长的树木。,农田生物的生态效应:,（1）对土壤肥力的影响（2）对水土保持的影响（3）对农田小气候的影响,在农田生物中，能直接由人工种植或放养的，主要是多种粮食作物和经济作物，其次是多种养地作物，以及人工放养的鱼类、蛙类和天敌昆虫等，还有多种自然界的昆虫、病原菌、土壤微生物、兽类等。农田所有生物组成一个复杂的农田生物系统，对无机环境产生影响。,生物多样性的经济价值,