环境学原理复习内容

《环境学原理》复习内容整理人：熊曼迪第一章环境科学与基本原理•概念1、环境（广义）环境是相对于中心事物而言的，与某一中心事物有关的事物，就是这个事物的环境。环境科学研究的环境，是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体。（狭义）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称，包括大气、水、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。2、环境问题由于自然因素或人类活动而使环境发生的不利于人类的变化。一般是指由于人类活动作用于环境而引起的环境质量变化（破坏和污染），以及这种变化反过来对人类生存和社会发展的各种不利影响的问题。第一环境问题（原生环境问题）；天灾由于自然因素引起的环境问题,地震、洪涝、干旱、滑坡等自然灾害。第二环境问题（次生环境问题）；人祸由于人为因素造成的环境污染或破坏而引起的环境问题。3、环境科学•环境科学是“一门研究人类社会发展活动与环境演化规律的相互作用关系，寻求人类社会与环境协同演化、持续发展途径与方法的科学”。是研究人类活动与环境相互关系的科学。•从广义上来说，它是对人类生活的自然环境进行综合研究的科学；•从狭义上来说，它是研究由人类活动所引起的环境质量的变化，以及保护和改进环境质量的科学，它所研究的只限于次生环境问题。4、水体富营养化•水体富营养化是大量氮、磷等营养物质进入水体，引起蓝细菌、微小藻类及其他浮游生物恶性增殖，最终导致水质急剧下降的一种污染现象。这种现象在海水中称作赤潮（redtide），在淡水中称作水华（waterbloom）。•知识点1.环境科学的研究对象与任务•环境科学的研究对象是“人类——环境”系统，这一对矛盾的统一体。•环境科学的任务就是揭示“人类和环境”这一对矛盾的实质，研究二者之间的辩证关系，掌握其发展规律，调控二者之间物质、能量与信息的交换过程，寻求解决矛盾的途径和方法，以求人类—环境系统的协调和持续发展。2.环境科学的两个研究层次宏观：研究人和环境相互作用的规律，揭示社会、经济和环境协调发展的基本规律。微观：研究环境中的物质，尤其是人类活动产生的污染物，及其在环境中的产生、迁移、转变、积累、回归等环境行为与生态效应。3.中国环境问题的现状（严峻环境形势）主要污染物排放强度大、总量大、远远超过环境自净能力；水和大气环境受到不同程度污染，有些地区相当严重。由工业化、城市化带来的水的有机污染、富营养化和大气二氧化硫及颗粒物污染等老环境问题还远没有解决，诸如危险废物、微量有机污染物、持久性有机污染物、土壤污染、汽车尾气污染、外来物种入侵等新的环境问题已经出现，环境污染呈现区域性、复合性、长期性特点。4.中国环境问题产生的原因①人口增长及其对自然资源的需求对中国的环境产生巨大压力；②经济高速增长，粗放型经济增长方式和传统污染型工业依然在发展，结构调整、技术改造和主要污染物的削减还需较长时间；③城市化发展速度快，城市基础设施和环保设施建设远不能满足城市发展的需求；④长期对环境保护资金投入严重不足；⑤环境管理制度、体系和法规不完善，监督管理手段薄弱；⑥对环境保护的长期性、艰巨性认识不够，公众（特别是各级干部）的环境意识仍需提高。5.环境学基本原理质量与能量转化原理：输入量－输出量＋转化量=积累量环境化学原理：化学平衡、有机化学、物理化学增长的数学统计法：指数增长、罗氏指数增长、生态系统原理：物质循环（水循环、磷循环、碳循环），能量流动（Lindeman效应），生态系统演替•环保记事1962年：美国女科学家雷切尔·卡逊出书《寂静的春天》，警告化学杀虫剂对环境造成的污染。1972年：“联合国人类环境会议”在斯德哥耳摩举行，通过了《人类环境宣言》及《人类计划》，通过了将每年6月5日作为“世界环境日”的建议，成立了联合国环境规划署UNEP。1987年：联合国世界与环境发展委员会WCED通过了《东京宣言》，并公布《我们共同的未来》报告书，提出了许多以“可持续发展”为中心思想的建议。1992年：里约环境与发展宣言输入速率－输出速率＋转化速率=积累速率12rddmmmmqqqt质量衡算的一般方程转化速率或反应速率——单位时间因生物反应或化学反应而转化的质量。组分为生成物时为正值，质量增加单位时间：(2.2.4)质量衡算的基本概念当系统中流速、压力、密度等物理量只是位置的函数，不随时间变化，称为稳态系统；当上述物理量不仅随位置变化，而且随时间变化，称为非稳态系统。稳态系统与非稳态系统rmqkV(2.2.8)mrq污染物的生物降解经常被视为一级反应，即污染物的降解速率与其浓度成正比。假设体积V中可降解物质的浓度均匀分布，则反应速率常数，s-1或d-1物质质量浓度负号表示污染物随时间的增加而减少体积反应速率1Vq2VqVmq【例题】一个湖泊的容积为10.0×106m3。有一流量为5.0m3/s、污染物浓度为10.0mg/L的受污染支流流入该湖泊.同时，还有一污水排放口将污水排入湖泊，污水流量为0.5m3/s，质量浓度为100mg/L。污染物的降解速率常数为0.20d-1。假设污染物质在湖泊中完全混合，且湖水不因蒸发等原因增加或者减少。求稳态情况下流出水中污染物的质量浓度。解：假设完全混合意味着湖泊中的污染物质量浓度等于流出水中的污染物质量浓度120mmqqkVm稳态反应系统1Vq2VqVmq解：假设完全混合意味着湖泊中的污染物质量浓度等于流出水中的污染物质量浓度11122mVVqqq输入速率输出速率2mm12()mVVVqqqq降解速率mrmqkV5331.0105.51023.11001VqVmq2Vq12mmqq12ddmmmrmqqqt【例题】一条河流的上游流量为10.0m3/s，氯化物的质量浓度为20.0mg/L，有一条支流汇入，流量为5.0m3/s，其氯化物质量浓度为40.0mg/L。视氯化物为不可降解物质，系统处于稳定状态，计算汇合点下游河水中的氯化物质量浓度，假设在该点流体完全混合。解：首先划定衡算系统，绘制质量平衡图(三)稳态非反应系统1VqVmq2Vq氯化物的输出速率为氯化物的输入速率为1122mmVVVqqq11122mVVqqq2mmmVqqm12VVVqqq1122m12VVVVqqqq在一个大小为500m3的会议室里面有50个吸烟者，每人每小时吸两支香烟。每支香烟散发1.4mg的甲醛。甲醛转化为二氧化碳的反应速率常数为k＝0.40h-1。新鲜空气进入会议室的流量为1000m3/h，同时室内的原有空气以相同的流量流出。假设混合完全，估计在25℃、101.3KPa的条件下，甲醛的稳态质量浓度。并与造成眼刺激的起始体积分数0.05×10-6相比较。思考题输入速率输出速率降解速率102mrqkV＝50×2×1.4＝140mg/h1mq＝1000×ρ＝1000ρmg/h2mq120mmqqkVρ＝0.12mg/m3第二章环境生态基础•概念1.内禀增长能力（生物潜力）具有稳定年龄结构的种群,当环境是无限制的情况，如空间、食物和其他生物都没有限制影响时，该种群在该气候条件下的瞬时增长率。它是恒定的、最大的。2.种群在一定的空间和时间内的同种生物个体的总和。3.种群密度--单位空间内某种群的个体数量。种群密度＝种群的个体数量÷空间大小（面积或体积）4.生物群落生活在一定的自然区域内，相互之间具有直接或间接关系的各种生物种群的总和。5.群落结构--群落中各种生物在空间上的配置状况，包括垂直结构和水平结构等。①垂直结构：在垂直方向上的明显的分层现象——即不同生物占据不同高度。②水平结构：在水平方向上由于地形的起伏、光照的明暗、湿度的高低等环境因素影响，不同生物分布于不同地段的现象。6.生态系统在自然界中，各种生物和非生物环境因素之间通过物质循环和能量流动与信息传递发生相互作用，构成一个不可分割的、稳定的自然系统，称为生态系统。7.生态平衡在一定时期内，系统内生产者、消费者和分解者之间保持着一种动态平衡，系统内的能量传递和物质平衡在较长时间内保持稳定，这种状态就是生态平衡，又称自然平衡。注：生态平衡是一种相对平衡和动态平衡；生态平衡是靠一系列反馈机制维持的；影响生态平衡的因素既有自然的，也有人为的。平衡标志：系统结构优化与稳定；能流、物流收支平衡；系统保持自我修复、自我调节功能。8.生物入侵指某种生物从外地自然传入或人为引入后成为野生状态，并对本地生态系统造成一定危害的现象。知识点1.生态系统的结构生态系统的结构包括物种结构、营养结构和空间结构。生态系统是一个功能单位，物质和能量循环非常重要，所以结构主要是从营养功能上划分，所谓的营养结构就是指食物网及其相互关系。2.生态系统的三大功能—能量流动、物质循环、信息传递3.林德曼(Linderman)定律由美国学者林德曼于1942年提出，林德曼定律，即十分之一定律，又叫百分之十定律。指在一个生态系统中，从绿色植物开始的能量流动过程中，后一营养级获得的能量约为前一营养级能量的10%，其余90%的能量因呼吸作用或分解作用而以热能的形式散失，还有小部分未被利用。能量：单向流动物质：循环流动•能量金字塔例：美国佛罗里达州银泉地区生态系能量流动图（千卡/平方米﹒年）生产者总生产量20810草食动物总生产量3368初级肉食总生产量383顶级肉食总生产量21太阳能总量170000011977189031613自身呼吸5465109546净生产量8•光合作用是固定太阳能的唯一途径，能被植物利用的太阳能只占1%；能传递给下一个营养级的只有1/10。（1/10定律林德曼(Linderman)定律）食物链很少有超过四级的原因粮食问题的解决办法例：在某土著民族生活的地方有植物、草食性动物、小型肉食动物。如果人的食物70%来自植物，20%来自草食动物，10%来自肉食动物。假设能量流动效率为10%～20%。那么人获取的能量至少占生产者固定总能量的比例为多少？解：首先确定能量传递效率。人获取的能量占生产者固定总能量的比例要想最小，那么，人在获取相同数量的能量时就要消耗最多的生产者。所以应按照10%的传递率来计算。设人固定的总能量为A。由植物提供0.7A，需植物固定；由草食动物提供0.2A，需植物固定，由肉食动物提供0.1A，需植物固定。共需植物固定100A。共需植物固定。所以，人获取的能量至少占生产者固定总能量的比例为1/127。生态系统中的信息传递生态系统的环境与生物之间、生物与生物之间，存在着丰富的信息联系，这些信息对调节生态系统各种生物组分的功能有着重要的作用。对生物而言，生态系统的信息有：●物理信息●化学信息●行为信息●营养信息4.生物多样性生物多样性包括生物遗传多样性、物种多样性和生态系统多样性。生态系统是维持系统内生物生存与演替的前提条件，所以生态系统多样性是物种多样性和遗传多样性的前提和基础。一、遗传多样性是生物多样性的重要组成部分。广义的遗传多样性是指地球上生物所携带的各种遗传信息的总和。这些遗传信息储存在生物个体的基因之中。因此，遗传多样性也就是生物的遗传基因的多样性。二、生态多样性:生态系统的多样性主要是指地球上生态系统组成、功能的多样性以及各种生态过程的多样性，包括生境的多样性、生物群落和生态过程的多样化等多个方面。其中，生境的多样性是生态系统多样性形成的基础，生物群落的多样化可以反映生态系统类型的多样性。三、物种多样性是指地球上动物、植物、微生物等生物种类的丰富程度。物种多样性包括两个方面，其一是指一定区域内的物种丰富程度，可称为区域物种多样性；其二是指生态学方面的物种分布的均匀程度，可称为生态多样性或群落物种多样性•某一群落的物种多样性指群落中现存物种的数目（即物种的丰度）和物种的相对多度（即均匀度）。生态学上常用辛普森多样性指数及香农—威弗指数来表示物种多样性。S:物种数Pi：第i种重要性比例物种甲物种乙群落A10