环境生态工程

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1、污染生态与环境生态工程1u8.1 环境污染问题u8.2 污染生态过程效应评价u8.3 污染生态效应与毒性u8.4 污染生态诊断与毒理u8.5 污染控制与环境生态工程 第8章 污染生态与环境生态工程28.1 环境污染问题8.1.1 环境污染问题及其发展 8.1.2 在生态系统中的迁移与转化 8.1.3生物在污染生态过程中的作用3u环境科学中，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，包括自然环境和社会环境。l自然环境是直接或间接影响到人类的一切自 然形成的物质及其能量的总体。l社会环境是人类在自然环境的基础上，通过 长期有意识的社会劳动所创造的人工环境。8.1.1

2、 环境污染问题及其发展48.1.1环境污染问题及其发展u环境具有多层次、多结构的特性。环境 科学把环境作为一个整体进行综合研究。u环境污染产生的原因，大都是资源的浪 费和不合理使用，使有用的资源变为废物 进入环境而造成的。5u环境问题主要是由于人类活动所引起的 环境质量下降，对人类及其他生物的正常 生长和发育产生危害的现象。包括： l是因工、农业生产和人类生活向环境排放 过量污染物质而造成环境污染；l是由于人们不合理地开发利用资源、而产 生的环境破坏。u人类面临的环境问题主要有3类：l全球性的大气环境变化；l大面积的生态破坏；l突发性的严重污染事件。8.1.1 环境污染问题及其发展68.1.1

3、 环境污染问题及其发展1.环境污染物及其来源l环境污染物是指人们在生产生活过程中，排入大气 、水、土壤中并引起环境污染或导致环境破坏的物质。 （1）生产性污染物 工业生产所形成的“三废” 。农业生产中长期使用的 农药。 （2）生活性污染物 粪便、垃圾、污水等生活废弃物。 （3）放射性污染物l核能工业排放的放射性废弃物，医用及工农业用放 射源，以及核武器生产及试验所排放出来的废弃物和飘 尘。72.环境污染的类型与特征（1）环境污染的类型l按环境要素可分为大气污染、水体污染和土壤 污染等；l按污染物的性质可分为生物污染、化学污染和 物理污染等；l按污染物的形态可分为废气污染、废水污染和 固体废物污

4、染，以及噪声污染、辐射污染等；l按污染产生的原因可分为生产污染和生活污染 ；l按污染物的分布范围又可分为全球性污染、区 域性污染和局部性污染等。8.1.1 环境污染问题及其发展8（2）环境污染的特征l影响范围广 l作用时间长 l污染情况复杂 l污染清除难8.1.1 环境污染问题及其发展98.1.2 污染物在生态系统中的迁移与转化1. 污染物在环境中的迁移 （1）机械迁移 水的机械迁移作用； 大气的机械迁移作用； 重力的机械迁移作用。 （2）物理-化学迁移 污染物在环境中迁移的最重要的形式，这类 迁移的结果决定了污染物在环境中的存在形式 、富集状况和潜在危害程度。101. 污染物在环境中的迁移（

5、3）生物迁移 污染物通过生物的吸收、代谢、生长、死 亡等过程所实现的迁移。选择吸收和积累作 用，降解作用，放大累积作用。11u以光化学氧化、催化氧化反应为主。u大气中的碳氢化合物和氮氧化物等，在阳光（ 紫外线）作用下发生光化学氧化反应产生臭氧（ O3）、过氧乙酰硝酸酯（PAN）等物质。一次污 染物和二次污染物的混合物所形成的烟雾称为光 化学烟雾。u二氧化硫，经光化学氧化作用和金属氧化物催 化氧化后转化为三氧化硫，与溶于大气中的水形 成硫酸或硫酸盐，在空气中形成硫酸雾，是形成 酸雨的重要物质之一。2. 污染物在大气中的转化123. 污染物在水体中的转化（1）氧化-还原作用l天然水体含有许多无机及

6、有机氧化剂和还原 剂，这些物质对污染物的转化起重要作用。 （2）络合作用l天然水体中存在许多无机配位体和有机配位 体，水体中各种配位体可以与污染物，特别是 重金属污染物进行络合反应，影响污染物在水 体中的发生、迁移、反应和生物效应等。13（3）生物降解作用l水体中的微生物，特别是底泥中的厌氧微 生物，可使一些污染物发生转化。3. 污染物在水体中的转化144. 污染物在土壤中的转化与残留u污染物在土壤中的转化及其行为，取决 于污染物和土壤的理化性质。u土壤是自然环境中微生物最活跃的场所 ，生物降解在这里起重要的作用。u土壤的pH、温度、湿度、通气和微生物 种群等，是污染物转化的重要条件。u金属的

7、转化受土壤pH的影响：pH小于7 时，金属溶于水呈离子状态；pH大于7时， 金属易与碱性物质化合呈不溶性盐类。155. 污染物在生物体内的富集与残留u不易分解、脂溶性较强、与蛋白质或酶有较高亲 和力的物质，如DDT、有机氯化合物和一些重金属 ，在生物体内不易被降解。u生物个体或处于同一营养级的许多生物种群，从 周围环境中吸收并积累某种元素或难分解的化合物 ，导致生物体内该物质的浓度超过环境中浓度的现 象，叫做生物富集。l生物积累是指同一生物个体在生长发育的不同 阶段生物富集系数不断增加的现象；l生物放大是指在同一食物链上，生物富集系数 从低位营养级到高位营养级逐级增大的现象。16u影响生物富集

8、的因素：l生物的特性；l污染物的性质；l浓度；l作用时间；l环境特点。5. 污染物在生物体内的富集与残留178.1.3 生物在污染生态过程中的作用1. 植物对污染物的吸收与迁移（1）植物对污染物的吸收l对气态污染物的粘附和吸收 主要决定于植 物表面积的大小和粗糙程度。l对水溶态污染物的吸收 水溶态的污染物到 达根表面，主要通过扩散和质体流途径（即污 染物随蒸腾拉力，在植物吸收水分时一起到达 植物根部）。18（2）污染物在植物体内的迁移l从根吸收的污染物，能进入导管，随蒸腾拉力向地上部移动。通过叶片吸收的污染物，可从地上部向根部运输。l环境中重金属元素浓度低时，以有机络合物的形态迁移；浓度高时，

9、以游离的离子态形式存在。8.1.3 生物在污染生态过程中的作用192. 动物对污染物的吸收与迁移 （1）动物对污染物的吸收l呼吸吸收 部分污染物能穿过肺泡；部分污 染物能在肺部长期停留，使肺部致敏纤维化或 致癌；部分污染物运至支气管，刺激气管壁产 生反应性咳嗽而排出。l消化道吸收 消化道是动物吸收污染物的主 要途径，肠道粘膜是吸收污染物的主要部位之 一。l皮肤及其他途径吸收8.1.3 生物在污染生态过程中的作用20（2）污染物在动物体内的迁移和 排出l动物主要以粪便和尿的形式直接将 污染物排出，或通过胆汁、乳汁、呼气 、毛发等将污染物排出。8.1.3 生物在污染生态过程中的作用213. 微生物

10、对污染物的吸收与迁移l微生物对污染物有着很强的吸收和分解能力 。大多数微生物的细胞壁都具有能结合和固定 污染物的能力。l细胞的能量转移系统在物质转运过程中，不 能区分电荷相同的物质是否为代谢所需物质， 所以，一些污染物可能随代谢必需物进入微生 物细胞。8.1.3 生物在污染生态过程中的作用228. 2 污染生态效应及其评价23u当污染物进入生态系统，参与生态系统 的物质循环，对生态系统的组分、结构和 功能产生某些影响，在生态系统中由污染 物引起的响应即为污染生态效应。l1）生物个体污染效应 指环境污染对生物的 影响表现在生物个体层次上的反应。l2）生物群落污染效应 指环境污染在生物种 群以上层

11、次上的反应。l3）生态系统污染效应 指环境污染对生态系 统结构与功能的影响。8.2.1 污染的生态效应241. 环境污染的生态响应u种群内对污染适应程度不同的个体，在 种群中的比率发生调整，伴随抗性个体比 例的升高，种群的遗传结构发生变化，这 种遗传变化在世代间的不断积累，将提高 种群对污染的适应水平。u在进化过程中，长期处于单一环境的生 物，很难适应这种环境的变迁，有的分布 区退缩到偏僻的地带，有的则会消失。25u污染的选择力大于“自然”环境的选择 力，大多数生物因此改变了进化方向， 以前主要是对“自然”环境的适应，现在 转而对人类改变的污染环境的适应。1. 环境污染的生态响应262. 环境

12、污染的短期效应（1）污染物对生物的毒害作用l1）污染物对植物的影响 首先能影响植物根 系对营养元素的吸收，其次能抑制植物根系的 呼吸作用，再者对植物细胞的超微结构、种子 生活力以及植物生长、发育、生理生化诸方面 的影响。l2）对动物和人体的影响 如重金属对鱼类的 影响：首先重金属能粘附在鱼鳃的表面，造成 鳃上皮和粘液细胞的营养失调，影响对氧的吸 收，降低血液输送氧的能力；其次重金属还能 降低血液中呼吸色素的浓度，使红细胞减少。27（2）生物对污染物的抗性l生物对各种不良环境具有一定的适应性和抵 抗力，称为生物的耐性或抗性。l生物对污染物的抗性机制是外部排斥（通过 形态学机制、生理生化机制、生态

13、学机制等将 污染物阻挡于体外）和内部忍耐（通过结合固 定、代谢解毒等过程，将污染物在体内富集、 解毒）的综合结果。解毒是抗性的基础，但不 是抗性的全部。2. 环境污染的短期效应28l生物抗性可概括为：拒绝吸收、结合钝化 、代谢转化、排出体外、改变代谢途径等。l对于生物本身来说，抗性是它们在逆境中 得以生存和延续的保证，是污染环境中生物 多样性得以保持的基础。2. 环境污染的短期效应29u环境污染的长期效应，是生物多样性的 丧失和遗传多样性的丧失。环境污染引起 的物种丧失程度，并不亚于生态破坏。l（1）遗传多样性的丧失 包括已有的遗传基 因库的减少和新的遗传变异来源的降低。l（2）物种多样性的丧

14、失 在过去的400多年 间，地球上约有2% 的哺乳动物、1.2% 的鸟类 已经灭绝；l（3）生态系统结构的简单化、食物网简化 、食物链不完整、物质循环路径减少或不畅通 、能量供给渠道减少、供给程度降低、信息传 递受阻等。3. 环境污染的长期效应308.2.2 污染生态效应评价的 原则与指标体系1. 污染生态效应评价的指导思想l生物体与地球环境化学组成的同一性、污染 物质在生物组织中分布的选择性、以及生物体 对化学物质的必需性，是污染生态效应评价的 指导思想。l评价污染物在生态系统中的污染程度以及所 引起的生态系统质量变异，应以生态环境条件 及其组成成分变化为基础，以污染物质对人体 、动物、植物

15、以及微生物的个体、种群的健康 效应及相关效应为依据。312. 污染生态效应评价的基本原则（1）污染生态效应的多样性l直接与间接；线性关系与非线性关系，时滞 效应、反馈效应、复合污染生态效应等。（2）污染生态效应分析的全面性l污染物质的产生和释放机理，污染物质在不 同环境条件下的存在形态与转化规律，污染物 质在不同环境介质中的迁移规律及污染物质作 用于生物体的毒害机理等。32（3）污染生态效应的综合性l即复合污染生态效应，包括协同作用、拮 抗作用、加和作用、独立作用等。 （4）生态系统抗冲击能力的有限性l当污染物浓度或者数量的变化，超出生态 系统或者生命个体的适应能力的上、下限时 ，才可能产生污

16、染生态效应。2. 污染生态效应评价的基本原则333. 污染生态效应评价指标体系的建立（1）生物个体指标l个体形态指标 ；l生理生化指标 。（2）生物种群指标 l种群密度和大小；l种群结构；l种群数量 34（3）生物群落指标l群落的结构；l群落的生态 ；l群落的动态；l群落的分布 。 （4）生物群落结构指标l物种多样性指数；l个体数量变化指标 。 3. 污染生态效应评价指标体系的建立35u（5）生态系统生态效应指标l 生态系统结构变化；l生态系统稳定性；l系统中的生产者、消费者和分解者与非 生物环境的关系3. 污染生态效应评价指标体系的建立368.2.3 污染生态效应评价的类型与方法1. 污染生态效应评价的主要类型 （1）短期效应评价l指污染物对生物个体毒害作用的评价，包括 生物生理、生化过程受阻，生长发育停滞，最 后可能导致死亡。 （2）长期效应评价l指污染物对群落和生态系统影响的评价，包 括遗传多样性的丧失、物种多样性的丧失、生 态系统结构的简单化等。372. 污染生态效应评价的基本方