第1章绪论

1.1环境

1.1.1环境的概念

环境是一个极其广泛的概念，它不能孤立地存在，是相对某一中心事物而言的，不同的中心事物有不同的环境范畴?对于环境科学而言，中心事物是人，环境的含义是以人为中心的客观存在，这个客观存在主要是指:人类已经认识到的，直接或间接影响人类生存与发展的周围事物?它既包括未经人类改造过的自然界众多要素，如阳光?空气?陆地(山地?平原等)?土壤?水体(河流?湖泊?海洋等)?天然森林和草原?野生生物等;又包括经过人类社会加工改造过的自然界，如城市?村落?水库?港口?公路?铁路?空港?园林等?它既包括这些物质性的要素，又包括由这些物质性要素所构成的系统及其所呈现出的状态?

目前，还有一种为适应某些方面工作的需要，而给"环境"下的定义，它们大多出现在世界各国颁布的环境保护法规中?例如，《中华人民共和国环境保护法》对环境作了如下规定:"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?湿地?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?"可以认为，我国环境法规对环境的定义相当广泛，包括前述的自然环境和人工环境?环境保护法是一种把环境中应当保护的要素或对象界定为环境的一种工作定义，其目的是从实际工作的需要出发，对环境一词的法律适用对象或适用范围做出规定，以保障法律的实施?

1.1.2环境要素及其属性

1. 环境要素

构成环境整体的各个独立的?性质不同而又服从总体演化规律的基本物质组分称为环境要素，又称环境基质，主要包括水?大气?生物?土壤?岩石和阳光等?环境要素组成环境的结构单元，环境的结构单元又组成环境整体或环境系统?例如，空气?水蒸气等组成大气圈;河流?湖泊?海洋等地球上各种形态的水体组成水圈;土壤组成农田?草地和林地等;岩石和土壤构成岩石圈或称岩石-土壤圈;动物?植物?微生物组成生物群落，全部生物群落构成生物圈;阳光则提供辐射能并为上述要素所吸收?大气圈?水圈?岩石-土壤圈和生物圈4个圈层则构成了人类的生存环境——地球环境系统?

2. 环境要素的属性

环境要素具有非常重要的属性，这些属性决定了各个环境要素间的联系和作用的性质，是人类认识环境?改造环境?保护环境的基本依据?在这些属性中，最重要的是:

(1) 环境整体大于诸要素之和?环境诸要素之间相互联系?相互作用形成环境的总体效应，这种总体效应是在个体效应基础上的质的飞跃?某处环境所表现出的性质，不等于组成该环境的各个要素性质之和，而要比这种"和"丰富得多，复杂得多?

(2) 环境要素的相互依赖性?环境诸要素是相互联系?相互作用的?环境诸要素间的相互作用和制约，一方面通过能量流，即通过能量在各要素之间的传递，或以能量形式在各要素之间的转换来实现的;另一方面通过物质循环，即物质在环境要素之间的传递和转化，使环境要素相互联系在一起?

(3) 环境质量的最差限制律?环境质量的一个重要特征是最差限制律，即整体环境的质量不是由环境诸要素的平均状态决定的，而是受环境诸要素中"最差状态"的要素控制的，且不由其他要素处于良好状态得到补偿?因此，环境诸要素之间是不能相互替代的?例如，一个区域的空气质量优良，声环境质量较好，但水体污染严重，则该区域的总体环境质量就由水环境质量所决定?要改善该区域的整体环境质量，就要首先改善该区域的水环境质量?

(4) 环境要素的等值性?任何一个环境要素，对于环境质量的限制，只有当它们处于最差状态时，才具有等值性?也就是说，各个环境要素，无论它们本身在规模或数量上如何不同，但只要是一个独立的要素，那么它们对环境质量的限制作用并无质的差别?如前所述，对一个区域来说，属于环境范畴的空气?水体?土地等均是独立的环境要素，无论哪个要素处于最差状态，都制约着环境质量，使总体环境质量变差?

(5) 环境要素变化之间的连锁反应?每个环境要素在发展变化的过程中，既受到其他要素的影响，同时也影响其他要素，形成连锁反应?例如，由温室效应引起的大气升温，将导致干旱?洪涝?沙尘暴?飓风?泥石流?土地荒漠化?水土流失等一系列自然灾害?这些自然现象互相之间一环扣一环，只要其中的一环发生改变，就可能引起一系列连锁反应?

1.1.3地球环境的构成

1. 大气圈

大气圈是指受地球引力作用而围绕地球的大气层，又称大气环境，是自然环境的组成要素之一，也是一切生物赖以生存的物质基础?大气圈垂直距离的温度分布和大气的组成有明显的变化，根据这种变化通常可将大气划分为五层，如图1-1所示?

图1-1大气圈的分层

(1) 大气圈的结构?

①对流层?对流层位于大气圈的最底层，是空气密度较大的一层，直接与岩石圈?水圈和生物圈相接触?对流层厚度随地球纬度不同而有些差异，在赤道附近高15~20km，在两极区高8~10km?空气总质量的95%和绝大多数的水蒸气?尘埃都集中在这一层;各种天气现象如云?雾?雷?电?雨和雪等都发生在这一层;大气污染也主要发生在这一层，尤其是在近地面1~2km范围内更为明显?在对流层里，气温随高度增加而下降，平均递减率为6.5℃/km，空气由上而下进行剧烈的对流，使大气能充分混合，各处空气成分比例相同，称为均质层?

②平流层? 位于对流层顶，上界高度为50~55km?在这一层内，臭氧集中，太阳辐射的紫外线(λ

③中间层?位于平流层顶，上界高度为80~90km，温度再次随高度增加而下降，中间层顶低温度可达-100℃，是大气温度低的区域?其原因是这一层几乎没有臭氧，而能被N2和O2等气体吸收的波长更短的太阳辐射，大部分已被上层大气吸收?

④暖层?从中间层顶至800km高度，空气分子密度是海平面上的五百万分之一?强烈的紫外线辐射使N2和O2分子发生电离，成为带电离子或分子，使此层处于特殊的带电状态，所以又称电离层?在这一层里，气温随高度增加而迅速上升，这是因为所有波长小于0.2μm的紫外辐射都被大气中的N2和O2分子吸收，在300km高度处，气温可达1000℃以上?电离层能使无线电波反射回地面，这对远距离通信极为重要?

⑤逸散层?高度800km以上的大气层，统称为逸散层?气温随高度增加而升高，大气部分处于电离状态，质子的含量大大超过氢原子的含量?由于大气极其稀薄，地球引力场的束缚也大大减弱，大气物质不断向星际空间逸散，极稀薄的大气层一直延伸到离地面2200km高空，在此以外是宇宙空间?暖层和逸散层又称非均质层?

在大气圈的这五个层次中，与人类关系最密切的是对流层，其次是平流层?离地面1km以下部分为大气边界层，该层受地表影响较大，是人类活动的空间，大气污染主要发生在这一层?

(2) 大气圈的组成?

大气是由多种气体?水汽?液体颗粒和悬浮固体杂质组成的混合物?大气中，除去液体颗粒和悬浮固体杂质的混合气体，称为干洁空气?

干洁空气:N2(体积约占78%)?O2(约占21%)?氩(0.9%)，此外还有少量的其他成分，如CO2?氖?氦?氪?氙?氢?O3等，这些气体体积约占空气总体积的0.1%?

水汽:大气中的水汽含量比氮?氧等主要成分含量所占的比例要低得多，且随着时间?地域?气象条件的不同变化很大?在干燥地区可低至0.02%，在湿润地区可高达6%?大气中的水汽含量虽然不大，但对天气变化起着重要的作用，可形成云?雨?雪等天气现象?

大气颗粒物:指悬浮在大气中由于粒径较小导致沉降速率很小的固体?液体微粒?无论其含量?种类，还是化学成分都是变化的?

2. 水圈

天然水是海洋?江河?湖泊?沼泽?冰川等地表水?大气水和地下水的综合?由地球上的各种天然水与其中各种有生命和无生命物质构成的综合水体，称为水圈?水圈中水的总量约为1.41018m3，其中海洋水约占97.2%，余下不足3%的淡水分布在冰川?地下水和江?河?湖泊等?这部分水量虽少，但与人类生产与生活活动关系最为密切?

水资源通常指淡水资源，而且是较易被人类利用，可以逐年恢复的淡水资源?因此，海水?冰川?深层地下水(>1000m)等目前还不能算作水资源?显然，地球上的水资源是非常有限的?在水圈中，99.99%的水是以液态和固态形式在地面上聚集，构成各种水体，如海洋?河流?湖泊?水库?冰川等?通常情况下，一个水体就是一个完整的生态系统，包括其中的水?悬浮物?溶解物?底质和水生生物等，此时我们又称其为水环境?它们在各种形态之间和各种水体之间不断地转化和循环，形成水的大循环和相对稳定的分配?

3. 岩石-土壤圈

地球是由地壳?地幔和地核三个同心圈层组成，平均半径约6371km?距地表以下几千米到70km的一层，称为岩石圈?岩石圈的厚度很不均匀，大陆的地壳比较厚，平均35km，我国青藏高原的地壳厚度达65km以上?海洋的地壳厚度比较薄，为5~8km?大陆地壳的表层为风化层，它是地表中多种硅酸盐矿与丰富的水?空气长期作用的结果，为陆地植物的生长提供了基础?另外，经过植物根部作用，动植物尸体及排泄物的分解产物及微生物的作用，进一步风化形成现在的土壤，土壤是地球陆地表面生长植物的疏松层，通常称为土壤圈?

4. 生物圈

生物圈是指生活在大气圈?水圈和岩石圈中的生物与其生存环境的总体?生物圈的范围包括从海平面以下深约11km(太平洋最深处的马里亚纳海沟)到地平面上约9km(陆地较高山峰珠穆朗玛峰)的地球表面和空间，通常只有在这一空间范围内才能有生命存在?因此，我们也可以把有生命存在的整个地球表面和空间称为生物圈?在生物圈里，有阳光?空气?水?土壤?岩石和生物等各种基本的环境要素，为人类提供了赖以生存的基本条件?

1.1.4环境的功能

对人类而言，环境功能是环境要素及由其构成的环境状态对人类生产和生活所承担的职能和作用，其功能非常广泛?

1. 为人类提供生存的基本要素

人类?生物都是地球演化到一定阶段的产物，生命活动的基本特征是生命体与外界环境的物质交换和能量转换?空气?水和食物是人体获得物质和能量的主要来源?因此，清洁的空气?洁净的水?无污染的土壤和食物是人类健康和世代繁衍的基本环境要素?

2. 为人类提供从事生产的资源基础

环境是人类从事生产与社会经济发展的资源基础?自然资源可以分为可耗竭资源(不可再生资源)和可再生资源两大类?

可耗竭资源是指资源蕴藏量不再增加的资源?它的持续开采过程也就是资源的耗竭过程，当资源的蕴藏量为零时，就达到了耗竭状态?可耗竭资源主要是指煤炭?石油?天然气等能源资源和金属等矿产资源?

可再生资源是指能够通过自然力以某一增长率保持?恢复或增加蕴藏量的自然资源，如太阳能?大气?森林?农作物以及各种野生动植物等?许多可再生资源的可持续性受人类利用方式的影响?在合理开发利用的情况下，资源可以恢复?更新?再生，甚至不断增长?而不合理的开发利用，会导致可再生过程受阻，使蕴藏量不断减少，以致枯竭?例如，水土流失或盐碱化导致土壤肥力下降，农作物减产;过度捕捞使渔业资源枯竭，由此降低鱼群的自然增长率?有些可再生资源不受人类活动影响，当代人消费的数量不会使后代人消费的数量减少，如太阳能?风力等?

3. 对废物具有消化和同化能力(环境自净能力)

人类在进行物质生产或消费的过程中，会产生一些废物并排放到环境中?环境通过各种各样的物理(稀释?扩散?挥发?沉降等)?化学(氧化和还原?化合和分解等)?生物降解等途径来消化?转化这些废物?只要这些污染物在环境中的含量不超出环境的自净能力，环境质量就不会受到损害?如果环境不具备这种自净能力，地球上的废物就会很快积累到危害环境和人体健康的水平?

环境自净能力(环境容量)与环境空间的大小?各环境要素的特性?污染物本身的物理和化学性质有关?环境空间越大，环境对污染物的自净能力就越大，