环境监测与保护(第一、二章)

环境生物学•第一章绪论•第二章环境污染与生物•第三章环境污染的生物监测与评价•第四章环境污染的生物治理一什么叫环境问题•如果从引起环境问题的根源考虑，可将环境问题分为两类。由自然力引起的为原生环境问题，以称第一环境问题，它主要是指火山、海啸、地震、洪涝、干旱等自然灾害问题。对于这类环境问题，目前人类的抵御能力还很薄弱。由人类活动引起的为次生环境问题，也叫第二环境问题，它又可分为环境污染和生态环境破坏两类。第一章绪论•什么是环境污染？是指有害物质或因子进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，使环境系统结构与功能发生变化，对人类以及其他生物的生存和发展产生不利影响的现象。•具体来说，环境污染是指有害的物质，主要是工业的“三废”对大气、水体、土壤和生物的污染。赤潮•生态环境破坏则是人类对自然资源的不合理开发利用而引起的生态系统破坏。•例如乱砍滥伐引起的森林破坏；过度放牧引起的草原退化；大面积开垦草原引起的沙漠化；滥采滥捕使珍稀物种灭绝，危及地球物种多样性的特点，植被破坏引起的水土流失等等。第一章绪论二、环境问题的发生和发展•（一）早期环境问题•人类再现以后直到工业革命的漫长时期。•（二）近代城市环境问题•从工业革命到1984年发现南极臭氧空洞止(八大公害）•（三）全球性大气环境问题•它始于1984年由英国科学家发现，1985年美国科学家证实在南极上空出现“臭氧空洞”。•农业文明：自然的奴隶；工业文明：战胜自然；绿色文明：与自然为友，天人合一。第一章绪论三环境保护与可持续发展•1、环保意识的形成•《寂静的春天》、“罗马俱乐部”的《增长的极限》。•2、环境保护与可持续发展•1972年在瑞典斯德哥尔摩召开联合国环境大会，发表了《人类环境宣言》。只谈环境污染问题，没能与经济和社会发展联系起来，未能找到解决问题的根本出路。•拉斯·奥尔夫·彼昂院士第一章绪论•1987年,以挪威首相布伦特兰夫人为首的22人国际委员会,在受联合国秘书长(1983)的委托4年后,正式提交《我们共同的未来》报告,全面分析了全球面临的人口、资源、粮食和环境等方面的挑战,正式提出应接受“可持续的发展”的概念,即“不以破坏子孙后代的资源为代价的发展”并在此指导下提出了一系列可行的解决危机的对策。•1992在巴西里约热内卢召开了联合国环境与发展大会，通过了《里约环境与发展宣言》，提出了可持续发展。•可持续发展，既要满足当代人的基本需求，又不能危害子孙后代的生存和发展。包括经济持续、生态持续和社会持续。•（1）必须提高环境意识•①树立新的环境道德观：天人合一•②确立正确的环境价值观：除了经济价值外，还具有生态、社会、科学、教育、娱乐和美学价值。孙院士。生态系统生产总值（GrossEcosystemProduction，简称GEP）建立一套与国内生产总值（GrossDomesticProduct，简称GDP)相对应的、能够衡量生态良好的统计与核算体系。谁开发，谁保护；谁破坏，谁恢复；谁利用，谁补偿。生态环境补偿费•（2）实施一系列持续发展政策•清洁生产：改变先发展后治理、末端治理的思维，实施零排放•生态农业中国的环境保护与可持续发展•中国的森林破坏、围湖造田•98年洪水、退田还湖、退耕还林•环境保护法：环境保护是基本国策•2002.10.28，环境影响评价法•科学发展观，全面、协调，可持续发展。•绿色GTP：单位GDP所消耗的能源中国是日本的6倍，资源是有限的，日本搞煤碳贮备。•节能减排第一章绪论广州环境保护与持续发展•调整优化产业结构，以产业的生态转型为核心，改变高投入、高消耗、高污染的经济增长方式，建立可持续的发展模式。到2010年、2020年将单位GDP物耗能耗降低到现状的1/2、1/4，单位GDP污染物排放指标降低到现状的1/3和1/6。•1、推广生态农业：•2、发展生态工业：•3、促进可持续消费•（1）推广清洁能源；（2）发展绿色交通•广州市发展战略第一章绪论四环境生物学(environmentalbiology)•本世纪60年代初才从生物学中派生出来，70年代才初具雏型，以后才慢慢成为较活跃的研究领域。环境生物学是研究生物与受人为干预的环境之间相互作用的规律及其机理的科学。•研究生物与环境关系实际上是一个生态学的范畴，但生态学主要研究生态系统的结构、功能和生产力等。而环境生物学是以生态学的基本原理为基础，着重研究生物与受人为干预污染环境之间的相互关系。因此，有人把环境生物学称为“污染生物学”或“生物污染学”。第一章绪论第二章环境污染与生物•一污染物在生物体内的浓缩和放大•二大气污染与生物•三水体污染与生物•四土壤污染与生物一污染物的生物浓缩与生物放大•1生物浓缩(生物富集)•生物机体或处于同一营养级的各个生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中浓度的现象，称为生物浓缩(biologicalconcentration)，也称生物富集。•2生物放大•生物放大(biologicalmagnification)是指环境中某种元素或化合物，在同一食物链上的各种生物体内的浓度，随营养级的增高而不断增大的现象。第二章环境污染与生物二大气污染与生物•（一）大气的结构•1大气的结构•（1）对流层•对流层是地球大气中最低的一层，其底界是地面。由于对流层和地面接触，它从地面得到热能，使得大气温度随高度的增加而降低。•（2）平流层•对流层顶之上是平流层，其高度大约至50一55公里左右止。温度则随高度的上升而增加。第二章环境污染与生物•（3）中间层•在平流层顶之上是温度逐渐随着高度上升而下降的中间层，在这层内又出现有较强的垂直对流运动。•（4）热成层•中间层之上为热成层，上界达800公里，由于原子吸收了太阳紫外光的能量，使该层的温度随高度上升而迅速升高。•（5）逸散层•这是大气圈的最外层，高度达800公里以上。第二章环境污染与生物（二）大气污染物及大气污染类型•1一次污染物•指直接从各种排放源进人大气中的各种气体、蒸气和颗粒物，最主要的一次污染物是二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、颗粒物、碳氢化物等物质。•2二次污染物•指进入大气的一次污染物在大气中互相作用，或与大气中正常组分发生化学反应，以及在太阳辐射的参与下引起光化学反应而产生的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物。最常见的二次污染物有硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶、臭氧、过氧乙酸硝酸酯，以及许多活性中间物（又称自由基）。第二章环境污染与生物3主要大气污染物•（1）颗粒物质•除气体之外的所有包含在大气中的物质，包括所有各种各样的固体或液体气溶胶。其中有固体的灰尘、烟尘、烟雾，以及液体的云雾和雾滴。•1）降尘：一般指粒径大于10微米的粉尘。•2）飘尘(可吸入颗粒PM10)：一般指粒径小于10微米的粉尘。•3）PM2.5：直径小于或等于2.5微米的颗粒物，也称可入肺颗粒物。•4）总悬浮微粒（TSP）：大气中粒径小于100微米的所有颗粒。•（2）SOx•由污染源排放的最主要的硫氧化物是二氧化硫。第二章环境污染与生物（3）碳的氧化物•主要包括二氧化碳和一氧化碳。•（4）氮氧化物（NOx）•NO、NO2主要来源于矿物燃料的燃烧过程。NO对人体无害，NO2有害，是形成光化学烟雾的主要因素之一。•（5）碳氢化合物（HC）•碳氢化合物的自然源大部分是生物活动产生的，其中甲烷占的比重较高，有些植物产生挥发性的萜烯和异戊二烯，它们都是复杂的环烃。已发现碳氢化合物是形成光化学烟雾的主要成分。第二章环境污染与生物（6）臭氧（O3）•臭氧在平流层吸收紫外光，起到保护人类与环境的重要作用。但是，在对流层大气中如果臭氧浓度增高，就会造成一系列的不利于人体健康的影响。因为臭氧是一反应性极高的气体，也是一个强氧化剂。当臭氧被吸入呼吸道时，就会与呼吸道中的细胞反应。第二章环境污染与生物（四）光化学烟雾•光化学烟雾（photochemicalsmong）指太阳光、氮氧化物、碳氢化合物存在的体系在特定的气象条件下（低风速、强光照），经过一系列复杂的化学反应，产生氧化性很强的产物如臭氧（O3）和其它氧化剂（PAN、RCHO）等的过程。第二章环境污染与生物（五）大气污染的危害•1大气污染对全球气候的影响•（1）温室效应(greenhouseeffect)及其防治对策•1）太阳的短波辐射和地球的长波辐射•任何物体只要其温度在绝对零度（0k=-273oC）以上，就会有热辐射而散失热量；同时，不同温度的物体辐射波长是不同的，温度越高，辐射波长越短。太阳表面温度约为6000K，辐射的最强波段为可见光部分，地球表面温度为288K，地表辐射最强波段为红外部分。一般将前者称为太阳波辐射或短波辐射，后者称为红外辐射或长波辐射。•2）温室气体及温室效应•大气层可以让大部分太阳短波辐射穿过，致使地面温度升高；而大气中的温室气体（CO2）却能强烈地吸收地面发出的长波辐射，只有少部分辐射散失到宇宙空间，就像玻璃温室或塑料薄膜温室一样，阳光的能量多进少出，造成地球的温度上升，所以把这种现象称为温室效应。随着温室气体CO2浓度的不断上升，温室效应越来越显著。Miller认为如果没有温室气体存在，地球的平均气温将是-18℃而不是现在的15℃。•3）温室气体的种类及其对温室效应的分担率•大气中含量最高、温室效应最强的气体成分是水汽。水汽在大气中浓度介于千分之一到百分之几，存在一个巨大的自然源—占地表70%的海洋，所以，大气水汽的变化对人为影响很不敏感。增温潜势(GWP)-GlobalWarmingPotentials，以CO2的GWP为1来表示相同质量的不同温室气体对温室效应增强的相对辐射效应。•A、CO2•在所有温室效应气体中，二氧化碳对温室效应的贡献最大，占56%，而且在大气中含量最高。•B、CH4•分为人为源和自然源。人为源包括天然气泄漏、石油煤矿开采及其他生产活动，城市垃圾处理场、稻田等。自然源包括天然沼泽、湿地、海洋等。CH4对温室效应的分担率约为为18%(GWP：21)。•C、N2O•N2O用作麻醉剂并被叫作笑气，大气N2O均来源于地面排放，分担率约为6%(GWP：290)。•O3和CFCs(chlorofluorocarbons,氯氟烃)也是温室气体，CFCs的分担率约为13%（GWP：103～104），O3分担率约为7%。4）影响•A、冰川融化，海平面上升。•B、病虫害加剧，对人体、动植物产生影响。•C、气候带移动。包括温度带和降水带的移动。森林生态系统将发生变化。•D、CO2浓度升高对植物的影响。5)形成原因及防治对策•原因•矿物质的使用和森林的破坏。•对策•减少矿物质使用，开发新能源，恢复森林。•固封二氧化碳•①二氧化碳埋海底：电站不再将二氧化碳排放到大气中，而是通过液化技术，经由一条输油管，重新泵回油田。•②掩埋温室效应气体：把排放的二氧化碳注入地下(海底）。•③向海洋施铁：增加海洋的含铁量能导致浮游植物繁荣生长，从而达到阻止全球变暖。•京都议定书•2012年中国成为CO2最大排放国•生物能源化石能源是一种碳氢化合物或其衍生物。它由古代生物的化石沉积而来，属于不再生能源。化石能源所包含的天然资源有煤炭、石油和天然气。生物能源是指从生物质得到的能源，属于可再生能源。生物能源是从太阳能转化而来的。其转化的过程是通过绿色植物的光合作用将二氧化碳和水合成生物质，生物能的使用过程又生成二氧化碳和水，形成一个物质的循环，理论上二氧化碳的净排放为零。当前生物能源的主要形式有四种：沼气、生物柴油、燃料乙醇和生物制氢。生物柴油提炼自动植物油。它是指以油料作物如大豆、油菜、棉、棕榈等，野生油料植物和工程微藻等水生植物油脂油以及动物油脂、餐饮垃圾油等为原料油通过酯交换工艺制成的可代替石化柴油的再生性柴油燃料。生物能源（2）臭氧层破坏•1）大气臭氧层•臭氧空洞的发现：在1985年，美国的“雨云-7”号气象卫星测到了这个臭氧洞，其面积与美国领土相等，深度相当于珠穆朗玛峰的高度。•臭氧的分布：臭氧在平流层浓度最高，90%O3在平流层，10%在对流层