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1、全球污染扩散与生态效应,全球变化之,全球变化研究是基于地球这个整体，将地球大气圈、水圈、岩石圈、生物圈看作为一个有机联系的地球系统，高度整合地球科学、生物学和环境科学的综合学 全球变化包括2个相互联系、但各自互有侧重的方面：全球气候变化及其效应和全球污染扩散及其效应,全球气候变化研究,主要强调人类活动对气候的影响及其效应 重要成果： 全球变化的国家评估 厄尔尼诺一南方涛动预测 全球温度记录分析 过去1 000 a最温暖时期研究 北美碳汇研究， 温室气体增加研究 海洋分析 全球环境变化的信息服务,全球污染扩散及其效应研究,主要强调污染物的扩散及其对生物的毒害效应 主要研究内容： 臭氧层变薄及其短
2、波紫外辐射(UVB)的生物学效应 环境污染的全球生态及生物学效应,污染全球扩散的主要途径,1、大气环流,污染物在大气环境中长距离迁移的主要方式,“蚱蜢跳效应” ( Grasshopper Effect ),2、大洋环流,第八大陆？,“垃圾大陆”,140万平方公里的海域，聚集了超过700万吨的垃圾。,“塑料汤”,打捞上来的垃圾,垃圾大陆里的海洋生物,危害人类健康：塑胶垃圾海洋进入动物体内我们的餐桌上,3、跨境转移,全世界每年产生的危险废弃物约有3亿吨，其中90产生于发达国家。 控制危险废料越境转移及其处置巴塞尔公约简称巴塞尔公约（Basel Convention），1989年3月22日在联合国环
3、境规划署于瑞士巴塞尔召开的世界环境保护会议上通过，1992年5月正式生效。,中国成为洋垃圾倾销地,2004年开始，欧洲大陆出口到中国的塑料垃圾达20万吨，废纸和硬纸板达50万吨 2005年3月，在荷兰鹿特丹港截获的一艘前往中国的英国货船上，54个集装箱内装满了食品垃圾、塑料废品、饮料罐、旧衣服、废电池以及废旧手提袋等生活垃圾。 全球每年产生2000万至5000万吨电子垃圾，80%被运至亚洲，其中90%流入中国,广东贵屿电子垃圾村,贵屿镇有5,500多个电子垃圾处理商，每年都要拆卸150万磅（约680.4吨）的废弃电脑、手机和其它电子设备。,小作坊里的大部分垃圾，尤其是烧尽后的煤灰都被倒河流和沟
4、渠里,贵屿镇相当数量儿童都患有铅中毒 因二恶英而致癌、流产率全球最高,4、迁移性生物,候鸟的粪便是挪威巴伦支海熊岛湖泊中主要的持久性毒性物质的来源之一,在偏远地区可能是传输污染的关键途径之一,全球性环境污染物,大气污染物二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物 重金属汞、镉、铅、砷、铜；有机金属 有机污染物 多环芳烃 Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) 多氯联苯Polychlorinated Biphenyls (PCBs) 多溴联苯醚PBDEs (Polybrominated diphenyl ethers) 二恶英Dioxins （PCDD/PCDFs) 农
5、药（有机氯、有机磷） 持久性有机污染物,“空中死神” 酸雨及其生态效应,一、认识酸雨,在 1982年6月的国际环境会议上，国际上第一次统一将pH值小于5.6的降水（包括雨、雪、霜、雾、雹、霰等）正式定为酸雨。美国采用pH值小于5。,认识酸雨的过程,酸雨的出现在18世纪中期，以英国为中心的烧碱工业蓬勃兴起 1872年罗伯特.史密斯在大气与雨-化学气象学的开端一书中，首先使用了“酸雨”这个名称 “严重时，1加伦(约4.5升)雨水中含有2-3格令(1格令等于0.065克的酸)。因此植物和白铁皮全都很快地烂掉了，连石头和砖瓦也变得疏松起来”。,认识酸雨的过程,1952年12月4-9日，伦敦烟雾事件。这
6、次烟雾事件共死亡了4000多人，因而被称为“杀人烟雾”。9日烟雾散开后，酸雨酸雾开始横行，雨水的pH值低到1.4-1.9。 1956年开始英国实施了“大气净化法”。 1972年瑞典政府向联合国人类会议提交跨越国界的大气污染大气中硫和降水对环境的影响的报告,酸雨的形成,一般酸雨化学组成中，较重要的离子包括H+、Cl-、NO3-、SO42-、NH4+、K+、Na+、Ca2+及Mg2+等九种。一般而言NO3-、SO42-为主要的致酸物质。,酸雨区的标准,世界三大酸雨区欧洲、北美、东亚,我国的酸雨状况,在1982年的全国酸雨普查中,除吉林、甘肃和宁夏外,其他各省市自治区均有酸雨出现，酸雨污染已覆盖国土
7、面积的40%,成为具有普遍性的环境问题。 我国酸雨发展的两个阶段: 急剧发展期从20世纪80年代到90年代中期 相对稳定期90年代中后期到20世纪初(截止2002年) 2000年以后酸雨的频度和强度连年上升,我国酸雨的特点,我国酸雨的酸度主要由SO42-、Ca2+、NH4+ 3种成分决定。 我国的酸雨污染以硫酸型（硫酸和硝酸的比例约为10：1）为主，但是氮氧化物对我国酸雨的贡献率呈逐年上升的趋势。 酸雨的分布有明显的区域性,1、西南酸雨区 2、华中酸雨区 3、华东沿海酸雨区。,酸雨的危害,二、酸雨对水生生态系统的影响,酸雨对水环境的影响表现为河流和湖泊的酸化。 美国东北部和加拿大东南部是西半球
8、工业最发达的地区，每年向大气中排放二氧化硫2500多万吨。二十世纪七十年代开始，这些地区出现了大面积酸雨区。1930年只有4的湖无鱼，1975年近50的湖泊无鱼，其中200个是死湖。 酸雨对水环境的影响，不仅降低pH，同时也使水体可溶性金属水平提高。,1、酸雨对微生物和藻类的影响,酸化后的水体中霉菌占优势，真菌在沉积物中数量增加，即细菌通常被真菌取代。 影响藻类的生长繁殖，表现为藻类生长潜力减弱。 藻类的群落结构、细胞密度、生理状态发生变化 最终导致水体中初级生产力降低，食物链受破坏。,2、酸雨对浮游动物和软体动物的影响,浮游动物对水体酸化的反应非常明显，其存活率、呼吸、心率、生长、繁殖都受到
9、影响。种类和密度逐渐减少。pH低于5.5时影响更甚 湖泊酸化导致软体动物消失。原因：影响贝壳形成；酸化导致初级生产力下降，饵料不足；产卵量的变化比螺壳的变化更加敏感,3、酸雨对鱼类的影响,鱼类的化学感受器是低pH毒性的靶器官 酸化破坏鳃的结构和功能，导致鱼体呼吸困难 水体的pH值降到50以下时鱼的繁殖和发育会受到严重影响 pH值降到40以下鱼类直接死亡,the skinny lake trout in the upper photo was captured in an acidified ela lake at ph 5.1. it was slowly starving because m
10、ost of its food had disappeared from the lake.,三、酸雨对陆地生态系统的影响,（一）土壤,导致土壤酸化。酸雨可使土壤中H+浓度的提高，加速土壤矿物的风化、释放,使植物营养元素特别是K、Na、Ca、Mg等产生淋失。,酸雨还可以使土壤中的有毒有害元素活化,特别是富铝化土壤,在酸雨作用下会释放出大量的活性铝,造成植物铝中毒 导致土壤有机质含量下降，酸雨会对土壤中 P 的有效性产生较大的影响,（二）植物,1、破坏植物形态结构 酸雨影响叶片的结构和正常的生理生化过程，进而间接影响到植物生长发育。 酸雨可导致植物气孔不同程度的永久性开放和表皮细胞瓦解；改变植物
11、叶片表面蜡被层和角质层的物理、化学特性。 低pH值的酸沉降作用下，在短期内就能对叶片造成可见伤害。,2、影响生理代谢 1）植物营养状况 主要表现在叶片营养元素的流失和对 N、S 及 Al 的富集。 降水的H+和NH4+ 可以将Ca2+、Mg2+、K+等营养元素从树叶中置换出来。 酸沉降富硫化物和硝酸化合物，在酸沉降高的地区，植物通过根系和树冠进行吸附和吸收，引起体内N、S 元素的富集；而土壤的酸化又引起土壤中Al的活化。,2）光合作用 酸雨中的H+浓度达到一定值时，可阻碍叶绿素的合成。主要原因是酸雨导致叶片中的Ca2+、Mg2+和K+被置换，尤其是Mg2+，它是合成叶绿素的必需元素。镁的缺失造
12、成叶绿素总量的减少，以及叶绿素a与叶绿素b比率的变化。 在一定的范围内，酸沉降可以促进植物光合速率的增加。而超过一定限度时，光合速率开始下降。,3）呼吸作用 在酸雨胁迫状态下，植物的呼吸作用提高的现象比较普遍。呼吸作用增加使植物消耗增多，植物的物质和能量的积累相对减少。这可能是酸雨抑制植物生长的一个重要的方面。,3、植物生长及生产力,酸沉降引起森林生产力的下降已成为无可争辩的事实。但在一定的时空范围内，一定的酸度条件下，酸沉降的确也在一定程度上提高了树木的生长或群落的增长。,在急性或长期酸沉降作用下，导致森林植物生长力下降是必然的。 急性酸沉降能够抑制光合作用，增加呼吸作用，从而增加能耗，最终
13、导致植物饥饿死亡。 长期的慢性酸沉降则主要是通过营养元素的流失和Al以及重金属的毒害作用，导致植物发育不良，植物衰退或死亡。,（三）微生物 受酸雨的影响,土壤中微生物总量明显减少,其中细菌数量减少最显著,放线菌数量略有下降,而真菌数量则明显增加(主要是喜酸性的青霉、木霉)。 特别是固氮菌、芽孢杆菌等参与土壤氮素转化和循环的微生物减少,使硝化作用和固氮作用强度下降,其中固氮作用强度降低80%,氨化作用强度减弱30% 50%,从而使土壤中氮元素的转化与平衡遭到一定的破坏。,四、酸雨对人体健康的危害,酸雨眼角膜和呼吸道粘膜有明显刺激作用，导致红眼病和支气管炎，可引起肺炎、肺水肿，慢性咽炎、支气管哮喘
14、发病率增加。 长期生活在含酸沉降物的环境中，导致动脉硬化、心梗等疾病概率增加。 土壤酸化使本来固定在土壤矿化物中的有害重金属如汞、镉、铅、铝等溶出,继而为粮食，蔬菜吸收和富集,人类摄取后,中毒得病。,五、酸雨对建筑物的腐蚀,使非金属建筑材料（混凝土、砂浆和灰砂砖）表面硬化水泥溶解，出现空洞和裂缝，导致强度降低，从而损坏建筑物。 “黑壳”效应 腐蚀名胜古迹及雕塑,乐山大佛遭酸雨侵蚀表面多处剥落,持久性有机污染物 （Persistent organic pollutants, POPs）,一、POPs的定义 持久性有机污染物是一类具有毒性,易于在生物体内富集,在环境中能够持久存在,且能通过大气运动
15、在环境中进行长距离迁移,对人类健康和环境造成严重影响的有机化学污染物质。,斯德哥尔摩公约中禁止的12种POPs,2001年5月23日,包括中国在内的127个国家和地区在瑞典签署了关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约(Stockholm Convention on Persistent Organic Pollutants),决定禁止或限制使用12种持久性有机污染物。至今已有151个国家签署,首批被斯德哥尔摩公约中列入全球控制的12种（类）POPs被称为“肮脏的一打（Dirty Dozen）”，它们可以分为三类： （1）有机氯农药 （2）工业化学品 （3）非故意排放副产品,有机氯农药 （1）艾氏
16、剂（Aldrin）：用于防治地下害虫和大田、饲料、蔬菜、果实作物害虫，是一种极为有效的触杀和胃毒剂。 （2）狄氏剂（Dieldrin）：用于控制白蚊、纺织品类害虫、森林、棉花和地下害虫，以及防治热带蚊蝇传播疾病。 （3）异狄氏剂（Endrin）：用于喷洒棉花和谷物等大田作物叶片的特效杀虫剂。,有机氯农药 （4）滴滴涕（DDT）：用于防治棉田后期害虫、果树和蔬菜害虫，具有触杀、胃毒作用。目前用于防治蚊蝇传播的疾病。 （5）六氯苯（HCB）：用于种子杀菌、防治麦类黑穗病和土壤消毒。同时，某些化工生产中的中间体或副产品。 （6）七氯（Heptachlor）：用于防治地下害虫、棉花后期害虫及禾本科作物及牧草害虫，具有杀灭白蚊、火蚊、蝗虫的功效。,有机氯农药 （7）氯丹（Chlordane） ：用于防治高梁、玉米、小麦、大豆及林业苗圃等地下害虫，是一种具有触杀、胃毒及熏蒸作用的广谱杀虫剂。同时因具有杀灭白蚁、火蚁的功效，也用于建筑基础防腐。 （8）灭蚊灵（Mirex）：具有胃毒作用，广泛用于防治白蚊、火蚊等多种蚊虫。 （9）毒杀芬（Toxaphene）：
