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 第一节环境 神奇的宇宙孕育了万物,创造了生命,进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 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。建议读者观看此片或者阅读同名的科普读物 (参考资料:《宇宙与人〉解说词》,撰稿:忻迎一,《宇宙与人》编导, 中国御虎国防科技知识普及网,htp/www.yuhoo.com.n/kpsy20015-31hm) 、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 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。例如,在丹 顶鹤行为硏究中,丹顶鹤是环境的主体,它的环境是湿地生态系统,包括湿地植被、饵料
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。 第一节 环 境 神奇的宇宙孕育了万物，创造了生命，进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。 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。建议读者观看此片或者阅读同名的科普读物。 （参考资料：《〈宇宙与人〉解说词》，撰稿：忻迎一，《宇宙与人》编导， 中国御虎国防科技知识普及网，http://www.yuhoo.com.cn/kpsy/2001/5/5-31.htm） 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。例如，在丹 顶鹤行为研究中，丹顶鹤是环境的主体，它的环境是湿地生态系统，包括湿地植被、饵料
水面以及其它生物等:周边农田,迁徙路线上的落脚点等相关事物也会对丹顶鹤的行为和活 动造成直接或间接的影响,也是丹顶鹤生存环境的重要组成部分。而那些距离丹顶鹤的活动 范围相当远,对丹顶鹤的活动几乎没有影响的事物,就可以不看作它的环境 同样,在其它科学研究领域,环境也有着不同的主体、客体以及范围。例如,地球的时 空环境、动植物环境、建筑物环境、小区环境、办公环境、科硏环境、投资环境、创业环境、 生产环境等等,都有着各自特定的主体。同时因为主体不同,环境的构成和范围存在明显差 别 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 科学硏究的客体,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 样,除了人类生存的自然环境以外,主体一一人类可以“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)。 人 然 工 人 环 环 境 图1-1人类的环境 在环境科学硏究中,不同的环境在功能和特征上存在着很大的差异。通常,根据环境特 征和功能的差别,将人类环境划分为自然环境和人工环境
水面以及其它生物等；周边农田，迁徙路线上的落脚点等相关事物也会对丹顶鹤的行为和活 动造成直接或间接的影响，也是丹顶鹤生存环境的重要组成部分。而那些距离丹顶鹤的活动 范围相当远，对丹顶鹤的活动几乎没有影响的事物，就可以不看作它的环境。 同样，在其它科学研究领域，环境也有着不同的主体、客体以及范围。例如，地球的时 空环境、动植物环境、建筑物环境、小区环境、办公环境、科研环境、投资环境、创业环境、 生产环境等等，都有着各自特定的主体。同时因为主体不同，环境的构成和范围存在明显差 别。 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 在环境科学研究中，不同的环境在功能和特征上存在着很大的差异。通常，根据环境特 征和功能的差别，将人类环境划分为自然环境和人工环境。 人 自 然 环 境 人 工 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 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,各自具有独特的结构和功能,以 满足人类多样化的需求。 相对于漫长的自然演化历史而言,人工环境出现的时间非常短,但是在这很短的时间内 它的内容得到了非常迅速的发展和极大的丰富,并且正在以更快的速度发展着。随着人类驾 驭客观规律能力的提髙,人类影响环境的力度不断増强,范围逐渐扩大。如今,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
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 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，各自具有独特的结构和功能，以 满足人类多样化的需求。 相对于漫长的自然演化历史而言，人工环境出现的时间非常短，但是在这很短的时间内， 它的内容得到了非常迅速的发展和极大的丰富，并且正在以更快的速度发展着。随着人类驾 驭客观规律能力的提高，人类影响环境的力度不断增强，范围逐渐扩大。如今，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。 认识和解读环境多样性、揭示环境多样性的内在规律是全面系统认识人类一环境相互关 系的基础,它是人类长期面临的一项基础性研究课题,是环境科学研究的重要内容。 一、自然环境多样性 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。 本书仅从物质的多样性、环境形态的多样性以及环境功能的多样性方面给予初次描述和剖 析,以展示自然环境多样性和多样性内在的规律性 (一)物质多样性通常物质可以分为生命物质和非生命物质两大类,都具有极为丰富 的多样性。 阅读材料生物多样性等 原始生命经过了漫长的年代逐渐演化、形成现在地球上极其丰富多彩的生物世界。目前 地球上的生物大约有500万到3000万种(也有数据称约200万至1亿种),即使是目前已 经定名或描述的物种数目,大约也有约140万种(另有估计约170万种,数目不确定的原 因就在于生物物种的多样性,有些难以界定种类),其中昆虫75万种,脊椎动物4.1万种, 高等植物25万种,另外还有许多生物是人们目前还不知道的,而且生物多样性的积累和变 化相对于非生命物质而言要快得多。 生物多样性,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。美国技术评估局 (OTA,1987)给出的生物多样性定义是“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"; Conservation Biology( Fieldler and jain,1992)给出的定义为“生命有机 体、生命有机群体以及它们生存的生态综合体之内和之间的多样性和变异性的总和"。生物 多样性包含四个层次: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。 生物学家根据各类生物的基本结构特点用生物进化的观点对多种多样的生物进行了科 学的分类。随着科学的发展,生物的分类系统也在不断地发生新的变化,表明人类对于生物
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。 认识和解读环境多样性、揭示环境多样性的内在规律是全面系统认识人类—环境相互关 系的基础，它是人类长期面临的一项基础性研究课题，是环境科学研究的重要内容。 一、自然环境多样性 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。 本书仅从物质的多样性、环境形态的多样性以及环境功能的多样性方面给予初次描述和剖 析，以展示自然环境多样性和多样性内在的规律性。 （一）物质多样性 通常物质可以分为生命物质和非生命物质两大类,都具有极为丰富 的多样性。 阅读材料——生物多样性等 原始生命经过了漫长的年代逐渐演化、形成现在地球上极其丰富多彩的生物世界。目前， 地球上的生物大约有 500 万到 3000 万种（也有数据称约 200 万至 1 亿种），即使是目前已 经定名或描述的物种数目，大约也有约 140 万种（另有估计约 170 万种，数目不确定的原 因就在于生物物种的多样性，有些难以界定种类），其中昆虫 75 万种，脊椎动物 4.1 万种， 高等植物 25 万种，另外还有许多生物是人们目前还不知道的，而且生物多样性的积累和变 化相对于非生命物质而言要快得多。 生物多样性，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。美国技术评估局 （OTA,1987）给出的生物多样性定义是“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”； Conservation Biology（Fieldler and Jain, 1992）给出的定义为“生命有机 体、生命有机群体以及它们生存的生态综合体之内和之间的多样性和变异性的总和”。生物 多样性包含四个层次：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。 生物学家根据各类生物的基本结构特点，用生物进化的观点对多种多样的生物进行了科 学的分类。随着科学的发展，生物的分类系统也在不断地发生新的变化，表明人类对于生物
多样性及其内在规律的认识在不断深化。按照从简单到复杂的顺序,生物可以分为病毒、原 核生物、真核原生生物、真菌、植物、动物六大界;或者按照人们通常的认识,可以将生物 分为动物、植物和微生物(包括病毒和细菌、真菌等)三大类。动物又可以分为脊椎动物和 无脊椎动物两大类,植物可以分为藻类、苔藓类、蕨类和种孑植物四大类,种子植物则包括 裸子植物和被子植物。这不但体现了生物的多样性,同时也体现了生物多样性背后存在着形 态学上的规律性 除此之外,所有生命形式都取决于其遗传物质——DNA和RNA,而这两种遗传物质 都是由核糖和碱基构成的。干变万化的生物界,从遗传上来讲,磷酸、核糖核酸、脱氧核糖 核酸加上腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶五种碱基构成了生物界所有的基因和 遗传物质。 非生命物质是包括生命物质在内的世界存在和发展的基础其多样性的积累经历了极为 漫长的年代。虽然自然形成的纯净物(单质和化合物)是有限的(无机的单质和化合物数万 种,有机物上干万种),但是这些物质相互组合形成的混合物就数不胜数了,构成了地球上 各不相同的山水、土壤、岩石、空气以及其它物质,而且这些物质还处于不断的变化当中, 多样性也在不断的演化当中逐步积累。其中有些物质已经被人类所认识和利用,还有许多则 是有待发现、有待认识的 无论是生物还是非生物,就目前人类所知,组成所有这些物质(几万种无机物,数干万 种有机物)的是共约112种元素(元素周期律),300多种原子,这些原子又可以继续划分 下去:质子、中子、电子等等。目前科学家研究认为,组成原子的基本粒子主要有六味夸克 和一些轻子。这表明,自然界的物质多种多样,但是并不是杂乱无章的,多样性的背后存在 着规律性 (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
多样性及其内在规律的认识在不断深化。按照从简单到复杂的顺序，生物可以分为病毒、原 核生物、真核原生生物、真菌、植物、动物六大界；或者按照人们通常的认识，可以将生物 分为动物、植物和微生物（包括病毒和细菌、真菌等）三大类。动物又可以分为脊椎动物和 无脊椎动物两大类，植物可以分为藻类、苔藓类、蕨类和种子植物四大类，种子植物则包括 裸子植物和被子植物。这不但体现了生物的多样性，同时也体现了生物多样性背后存在着形 态学上的规律性。 除此之外，所有生命形式都取决于其遗传物质——DNA 和 RNA，而这两种遗传物质 都是由核糖和碱基构成的。千变万化的生物界，从遗传上来讲，磷酸、核糖核酸、脱氧核糖 核酸加上腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶五种碱基构成了生物界所有的基因和 遗传物质。 非生命物质是包括生命物质在内的世界存在和发展的基础，其多样性的积累经历了极为 漫长的年代。虽然自然形成的纯净物（单质和化合物）是有限的（无机的单质和化合物数万 种，有机物上千万种），但是这些物质相互组合形成的混合物就数不胜数了，构成了地球上 各不相同的山水、土壤、岩石、空气以及其它物质，而且这些物质还处于不断的变化当中， 多样性也在不断的演化当中逐步积累。其中有些物质已经被人类所认识和利用，还有许多则 是有待发现、有待认识的。 无论是生物还是非生物，就目前人类所知，组成所有这些物质（几万种无机物，数千万 种有机物）的是共约 112 种元素（元素周期律），300 多种原子，这些原子又可以继续划分 下去：质子、中子、电子等等。目前科学家研究认为，组成原子的基本粒子主要有六味夸克 和一些轻子。这表明，自然界的物质多种多样，但是并不是杂乱无章的，多样性的背后存在 着规律性。 （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