第一章 环境与环境科学,第一节 环境概述,一、环境的概念,环境,是指与某一体系有关的周围客观事物的总和,体系,人为划定的一定范围内的研究对象，即中心事物环境即为,与,某一中心事物有关的周围事物不同的中心事物具有不同的环境，即,环境随着中心事物的变化而变化中华人民共和国环境保护法,称“,本法所称,环境，是指,影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体,，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹,;,人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等”,包括以下两个方面：,自然环境,是指人类赖以生存、生活和生产所必需的物质基础,社会环境,是指人类活动而形成的各种事物,人们生活的社会经济制度和上层建筑的环境条件,第一节 环境概述二、环境的组成与分类,环境的组成如下：,自然环境,：,物质,：空气、土壤、水、岩石、动物、植物、微生物等；,能量,：阳光、地热、气温、引力和地磁力等；,自然现象,：太阳的稳定性、地壳稳定性（地质构造、地震、火山活动、海啸）、全球水循环、大气流动、水土演变等社会环境,：,综合生产力、科学技术、人工建筑物、人工产品和能量、政治体制、社会活动、法律制度、宗教信仰、文化艺术等。
环境的分类如下：,环境分类依据：空间范围的大小、环境要素的差异、环境的性质等,.,按照人类生存环境的,空间范围,可分为,：,聚落环境,:,聚落是指人类聚居的中心，活动的场所聚落环境是人类有目的、有计划地利用和改造自然环境而创造出来的生存环境，是与人类的生产和生活关系最密切、最直接的工作和生活环境地理环境,地理学上所指的地理环境位于地球表层，处于岩石圈、水圈、大气圈、土壤圈和生物圈相互制约、相互渗透、相互转化的交融带上,地质环境,主要指地表以下的坚硬地壳层，也就是岩石圈部分,宇宙环境,是指地球大气圈以外的宇宙空间环境，由广漠的空间、各种天体、弥漫物质、以及各类飞行器组成第一节 环境概述三、环境的形成与发展,60,亿年以前,，地球是一团的云状气尘物质，演化后形成了,地球胎,46,亿年前,，地球是一个,炽热的大火球,，外面包围着原始大气演化过程中逐步形成原始的,岩石圈：物质的重力分离；,大气圈：上升到地表的还原性气体，无,O,2,；,水圈：地球内部的水蒸气进入大气圈，降雨产生了河流、湖泊、海洋,.,35,亿年以前,，海洋中的元素和小分子化合物在各种能量的作用下，逐步合成了简单有机化合物，演化成,具有单细胞结构的厌氧生物,（异养 生物）。
20,亿年前,，,出现含有叶绿素的自养原核生物细菌、蓝藻等生物,，它们的光合作用、新陈代谢使大气圈中出现,O,2,，使大气环境从还原型向氧化型转变，最终形成了一个,含氧的大气圈,6,亿年前,，出现,海洋动物,随着大气圈,O,2,的增加，大气游离氧在高空积累,;,约在,4,亿年前,形成了保护地球的臭氧层，为,海洋生物登陆,创造了条件，生物圈由水圈扩展到陆地古人类出现于在距今大约,200,300,万年前),4,亿年至,2,亿年前,，首次出现了,陆生蕨类植物,最终,在地球上形成微生物、植物、动物的水陆生态系统，即生物圈第一节 环境概述四、环境要素和环境效应,环境要素,指构成人类环境整体的、各个独立的、性质不同的而又服从整体演化规律的,基本物质组分,，又称,环境基质,分为自然环境要素与社会环境,要素,，习惯上指自然环境要素特点如下：,（,1,）最小限制律,:,整个环境的质量受到环境诸要素中那个与最优状态差距最大的要素所制约，即,环境诸要素中处于最劣状态的那个环境要素控制环境质量的高低,.,人们在改善整个环境质量时，首先应改造最劣的要素,.,（,2,）等值性,:,等值性说明环境要素对环境质量的作用。
各个环境要素无论在规模上或数量上存在什么差异，,只要它们是处于最劣状态，那么对于环境质量的限制作用没有本质的区别,，就具有等值性,3,）环境整体性大于环境诸要素的个体之和,:,环境整体性质能够体现环境诸要素的某些特征，但未必反映出各要素的全部特点，,而是各要素综合作用后更为复杂的性质,4,）环境诸要素相互依赖、相互作用与相互制约环境效应,指在自然过程和人类活动的综合影响下，,物质之间通过物理、化学和生物作用所产生的环境效果,，引起环境系统和功能的变化1,）环境化学效应,（,2,）环境物理效应,（,3,）环境生物效应,第二节 生态学基础一、生态学概述,(1/2),生态学的概念,研究生物与环境之间,相互关系及其作用机理,的科学1,）研究生物的,个体,水平及其对环境的反映；,（,2,）研究影响,种群,丰富度和种群波动的因素；,（,3,）研究,生物群落,的结构和功能；,（,4,）研究,生态系统,的能量流动、食物网（链）和养分循环,生物与环境的相互作用,（,1,）,生物依赖于环境,生物的,物质,基础,元素均来自环境,，生物的新陈代谢就是从环境摄取养分和能量，并将废物排弃的过程2,）,环境因子对生物的影响,非生物环境因子为生物提供必要的生存条件，但同时又可能出现某些,限制因子,（尤其是营养因子及气候因子）。
因此，生物对环境因子有一定的,耐受,性与适应性,3,）,环境污染对生物的影响,环境污染对生物的危害，主要是一些有毒有害物质通过呼吸、消化、感官等系统进入体内，使生物细胞降低或丧失正常的功能，最终对生物及人体健康产生危害第二节 生态学基础一、生态学概述,(2/2),人类与环境的关系,自然环境影响社会活动及其社会发展，人类活动也影响自然环境,环境保护和资源开发必须,为多数人的利益服务,避免自然资源的浪费，确保资源的有效利用和无污染废物限制影响环境的人类活动,所有自然物都有存在的权利人类、其他生物和环境因素之间是一种,互相依存的合作关系,只要他们中间任何一方发生问题，这种关系都会遭受破坏，即生态系统失去平衡第二节 生态学基础二、生态系统的组成与结构,(1/2),生态系统概念,指,自然界在一定的地域内,由全部生物和非生物环境相互作用的统一体,，即,生命系统,与,环境系统,在特定空间的组合相对稳定的,动平衡状态,）生态系统的组成,生物环境,和,非生物环境,非生物环境,包括各种环境要素的总和，由所有,非生命物质和能量,两部分构成，为各种生物提供必要的营养元素和,生存环境,，是生态系统中各种生物赖以存在的基础。
生物环境,由生产者、消费者、分解者,三类活动角色组成,生产者,（自养生物）将太阳的辐射能转变为化学能贮存在有机物质的分子结构中主要是绿色植物,，也包括进行光合作用和化学能合成的某些微生物消费者,（异养生物）食用植物或相互食用的生物，,以动物为主,，实现物质与能量的传递与物质的转换分解者,（腐化性生物）具有分解能力的,细菌和真菌等微生物,，某些参与分解活动的动物，将生产者和消费者的残体分解为简单的无机物质，供生产者再吸收利用食物关系把多种生物联系在一起，形成,食物链,每一个环节为一个,营养级,第二节 生态学基础二、生态系统的组成与结构,(2/2),生态系统的结构,生态系统中各组成成分之间的相互关系时间和空间结构,空间结构是指生物及环境因素在,空间的配置,；时间结构是指生态系统的结构,随时间,变化而,产生的变化生物多样性结构,指某一区域内,遗传基因的品系,、,物种,和,生态系统,多样化总和多样性的生态系统是所有物种赖以生存与发展的基础,，决定了物种、种群、群落的发展与消亡,营养结构,由生物的食物链构成,，,实现物质与能量的传递与物质的转换,每个营养级生物的个体数量、生物量或者能量，按营养级的顺序由低到高排列起来绘成结构图，就形成,生态金字塔,。
营养级,越高的生物,，其生物,种类、数量和所有生物的能量之和越少生态系统的类型,自然生态系统、半自然生态系统和人工生态系统；陆生态系统、水生生态系统和湿地生态系统,第二节 生态学基础三、生态系统的基本功能,(1/2),（一）,生态系统中的能量流动,生物与环境、生物与生物之间的能量传递和转换的过程,，遵循热力学定律特点：,能量守恒，只是形态转变；,能量在流动中不断减少（指对下一营养级可利用的），是一种单向流失的过程因为：,各营养级生物总有一部分会,未被食用而自然死亡,，最终被分解者所利用，不可能全部被下一营养级的生物完全利用；,各营养级的生物要维系自身的生命活动，必须,消耗一部分能量,，这一部分最后以热能的形式消散到环境中；,各营养级,不能完全吸收利用上一营养级的能量,，通过排泄损失能量太阳能量只有约,4%,被植物有效利用,，除了供植物本身生命活动需要外，光合生物能为,上一营养级提供的太阳能还不到,1.29%,，损失,70,其它动物也是如此，摄取的能量，,能被上一级有效利用的约为,10%,食物链不可能太长，生态系统中的营养级最多只有四、五级，很少超过六级第二节 生态学基础三、生态系统的基本功能,(2/2),（二）,生态系统中的物质循环,C,、,H,、,O,、,N,、,P,、,S,是是构成生命有机体的主要物质,，它们在自然界循环。
对人类生存和环境保护来说，,最主要的是水、碳、氮、硫的物质循环碳循环,氮循环,硫循环,碳 循 环,有机碳,：碳水化合物、脂肪、蛋白质；,无机碳,：,CO,2,、碳酸盐碳的存在形态,光合生物通过,光合作用,吸收大气中的,CO,2,和,H,2,O,形成碳水化合物，同时释放氧气碳水化合物,通过食物链逐级往高的营养级流动，,并转换为不同的形式同时，动物通过,呼吸作用吸入,O,2,而放出,CO,2,，生物残体被微生物分解，矿化时也释放出,CO,2,，这些经过生命系统的,CO,2,又重新返回空气中化石燃料的,燃烧,，自然界的火山喷发、地震也会将固定的碳元素以,CO,2,的形式释放到大气中CO,2,通过扩散作用在大气和水体之间循环,，进入水体中的,CO,2,会被吸收形成新的碳酸盐岩石，也可以通过死亡动植物的遗骸进入地壳形成化石燃料氮 循 环,返回,大气中的氮进入土壤和植物,：人工固氮非生物固氮,:,雷电植物固氮,土壤中被固定的氨或铵盐，,经硝化细菌将其转化为亚硝酸盐或硝酸盐被植物吸收利用,，并与碳结合形成各种氨基酸，最后合成蛋白质,动物直接或间接,从植物中摄取植物性蛋白,，作为自身的营养来源,生物圈中动植物的残体，以及动物新陈代谢过程中的含氮排泄物被,微生物分解后有又形成氨或铵盐,，回归土壤。
土壤中的氨形成硝酸盐后，一部分为植物利用，另一部分则由反硝化细菌把硝酸盐分解为氮分子，重新进人大气硫 循 环,S,主要在大气、海洋和陆地之间进行循环：,进入大气的,S,：,岩石中的硫随火山喷发或风化作用下形成,H,2,S,、,SO,2,；海浪飞溅；陆地生物残骸分解时生成,H,2,S,；,化石燃料燃烧,进入水体的,S,：,海底火山爆发或生物遗骸腐败产生的硫；降水；,酸性废水排放,进入陆地的,S,：,植物吸收；降水；,酸性废水排放,返回,（三）,生态系统中的信息传递,信息,系统传输和处理的对象,，生态系统中的,信息,是,指各种,环境因素,生态系统的信息传递和联系方式使生态系统结合成为一个有机的统一整体营养信息,食物链和食物网构成物理信息,通过物理过程传递的信息如,SO2,的溶解）,化学信息,通过化学物质传递的信息行为信息,通过生物的异常行为传递的信息第二节 生态学基础四、生态系统的平衡,(1/2),生态平衡,指,某生态系统的,生物环境和非生物环境,之间以及它们内部之间,通过物质循环、能量流动和信息传递,，达到互相适应、相互制约、协调统一的效果，维持一种,恒定状态,包括,生态系统中,结构上的平衡,和,功能上的平衡,两个方面：,结构平衡,主要指生物种类的多样性。
功能平衡,指生态系统中,物质流动相对恒定,，循环保持正常；能量,。
