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1、关于城市生态地球化学研究的思考,1、相关概念-城市化-城市、环境-城市环境，生态-城市生态，地球化学-环境地球化学生态（环境）地球化学城市生态地球化学 2、城市环境问题 3、（污染）重金属元素的环境地球化学 4、污染物在环境中的迁移一）多介质环境理论，二）重金属污染的生物效应 5、环境质量（重金属污染）的评价方法及运用实例 6、重金属污染的机理及实例,提纲,1 概念 城市化 不同学科对城市化的定义不同。 地理学对城市化的定义是：由于社会生产力的发展而引起的农业人口向城市人口、农村居民点形式向城镇居民点形式转化的全过程。包括城镇人口比重和城镇数量的增加,城镇用地的扩展，以及城镇居民生活状况的实质
2、性改变等。 人口学对城市化的定义：农业人口向非农业人口转化并在城市集中的过程。社会学对城市化的定义是：农村社区向城市社区转化的过程。城市规划学科对城市化的定义是：城市化是由第一产业为主的农业人口向第二产业、第三产业为主的城市人口转化，由分散的乡村居住地向城市集中，以及随之而来的居民生活方式不断变化的客观过程。（引自戴天兴，2002）,城市化水平一般用城市人口占总人口数的比重来表示。目前，发达国家的城市化水平为75，发展中国家平均为37。而发展中国家的城市化发展很不平衡，最高的中南美洲为65，东亚为33，非洲为32。表52为世界部分主要国家的城市化水平比较。,注：1中国为1995年资料； 2其他
3、国家资料来源于国家统计局,1996。,城市 城市是人类社会发展的产物，是人类进步的象征。人们从不同的研究角度出发，对城市作出了不同的定义。地理学家定义：城市是地球表层物质流大量集中的地域，是以空间和环境资源利用为基础的区域，是人类生产、生活集聚的地理空间；经济学家定义：城市是集约经济的地域，是区域的经济中心；政治家定义：城市是集约人口、集约经济、集约科技文化的中心。学家定义：城市是一个复杂的生态系统，是以人为主体，人口、活动、设施、物质、科技、文化高度集中，并不断高速运的开放性有机综合体。（引自杨士宏等，2003）,环境城市环境，生态-城市生态 环境：从生物学角度看是生物存在的周围空间称为环境
4、。从环境地学的角度定义为：环境是人类赖以生存和发展的空间，是由各种性质不同、运动状态不一的物质所组成的有机统一体，是经过从无机环境到生物系统与智能社会三个发展阶段，有土壤、水圈、大气圈、生物圈及技术经济圈所组成的复杂体系。 城市环境：城市的空气、水体、土地、生物、建筑物、道路、设施及社会秩序和风气，包括了进行物质能量流动的因素（自然的、社会的），就是城市居民生活和活动的环境。,生态学的定义：研究有机体与环境之间相互关系的科学。（Hacekel，1869）。 或是研究生命系统与环境系统之间相互作用规律及机理的科学。（马世骏，1980） 现代对生态学的简明表述：研究生物之间、生物与环境之间相互关系
5、的科学。 在城市中，城市居民与城市环境的复杂关系谓之“城市生态”。城市生态学是以生态学的概念、理论和方法研究城市结构、功能和动态调控的一门学科。现在一般把城市生态学定义为研究城市人类活动与城市环境之间关系的一门学科。城市生态学的研究对象是城市生态系统，重点研究城市居民与城市环境之间的关系。研究的内容可归纳为城市生态系统的组成形态与功能、城市人口、生态环境、城市灾害及防范、城市景观生态、城市与区域持续发展和城市生态学原理的社会应用等七个方面。 城市生态系统是一个开放系统，具有物质流动、能量流动、信息流动和人口流动。,根据研究的对象和内容的不同，城市生态学可分为城市自然生态学(urban natu
6、ralecology)、城市景观生态学(urban landscapeecology)、城市经济生态学(urban economic ecology)和城市社会生态学(urban sccio-ecology)等四个分支学科。城市自然生态学着重研究城市的人类活动对所在地域自然生态系统的积极和消极影响，以及地域自然要素对人类活动的影响，即人的城市活动与地域的自然生态系统要素 之间的相互关系。城市景观生态学着重从景观尺度研究城市不同生态系统之间代谢过程的物流、能流和信息流的转化、利用效率等问题。城市经济生态学着重从经济学角度重点研究城市代 谢过程的物流、能流和信息流的转化、利用效率等问题。,城市生态
7、环境组成,地球化学-环境地球化学-生态（环境）地球化学 地球化学：是研究在地球形成和演化过程中地球（包括部分天体）的化学组成、化学作用和化学演化的学科。 环境地球化学：是研究与人类的生存和发展密切相关的元素在地球外部圈层环境中的含量、分布、形态以及迁移和循环规律的科学。（引自戎秋涛，1990，环境地球化学） 或者是研究化学元素和微量物质在人类赖以生存的周围环境中的含量、分布和迁移过程中与人类健康关系的科学。（引自杨忠芳等，1990，现代环境地球化学） 或者是研究环境中化学物质（天然的和人为释放的）的迁移转化规律及其与环境质量和人类健康关系的学科，包括三方面内容：1）人类环境的地球化学性质，2）
8、污染物质在环境中的迁移转化规律，3）环境中与生命有关的化学物质对生物体和人体健康的影响。（张辉，马东升，2000）。,生态环境地球化学：是环境地球化学的延伸和拓展，主要研究地质环境（岩、矿石、土壤、 水系统）与生物（微生物、动植物、人类）、生物群落之间的关系，相互馈应机理；重点研究各类地质体（岩石、矿体、地热水、石油、天然气等）、环境变化（包括污染）对生物生理、生态的影响及其毒理学效应；重金属元素对土壤环境破坏（水土流失）、农作物、人体健康的危害；生物活动（主要为人类活动）对地质环境（矿山生态环境、土壤生态环境、大气生态环境、水生生态环境）的影响；地质生态环境恶化机理及其防治对策。（王徽，20
9、01） 生态地球化学是研究地球表层与人类生存密切相关的生态系统的化学组成、化学作用及化学演化及其对人类生存影响的新兴学科。,生态地球化学可以用以下不同的方式表述。（引自奚小环，2004）(1)研究非生物环境(无机)与生物(有机)之间元素地球化学迁移、转化特征和影响机理。(2)研究生态系统中化学组成、化学作用与化学演化及其对环境产生的影响。(3)研究地球系统中(岩石圈、土壤圈、水圈、大气圈和生物圈之间)元素地球化学循环演化过程、条件及其对环境产生的影响。(4)研究元素区域地球化学分布、分配特征及在地球系统中(岩石圈、土壤圈、水圈、大气圈和生物圈之间)循环过程和迁移转化条件、机理及其生态效应。 结
10、合城市生态学和生态地球化学的内容，城市生态地球化学就是研究城市生态系统中化学组成、化学作用与化学演化及其对环境产生的影响。具体研究城市环境（大气、水体、土壤、植物、动物）中元素的分布、分配，循环转化的条件、机理及其生态效应。,2 城市生态环境问题 城市是工业化和经济社会发展的产物，人类社会进步的标志。然而城市又是环境问题最突出最集中的地方。城市环境污染问题正在成为制约城市发展的一个重要障碍。 从环境科学讲，城市是人类同自然环境相互作用最为强烈的地方，城市环境是人类利用、改造自然环境的产物。城市环境受自然因素与社会因素的双重作用，有着自身的发展规律。这就是所谓的城市环境问题。,一、城市大气污染物
11、及其危害(一)颗粒状污染物及其危害1颗粒状污染物的类型和特性 颗粒状污染物指粉尘之类。粉尘分降尘和飘尘两类。降尘颗粒较大，粒径在10m以上，能很快降落至地面，多属于燃烧不完全的小碳粒，即人们所看到的黑烟。飘尘颗粒较小，粒径在10m以下，其中相当大一部分比细菌还小，可长时间在空气中飘浮。粒径小于100m 的所有颗粒物称总悬浮微粒。其中粒径在l10m间的粒子，能进入呼吸道系统，由于惯性力作用被鼻毛与呼吸道黏液排出；小于05m的粒子由于气体扩散的作用被黏附在上呼吸道表面而随痰排出；而055m的飘尘可以直接到达肺细胞而沉积，并可能进入血液送往全身，在身体各部位累积，引起疾病。,城市环境污染,2颗粒状污
12、染物的来源 粉尘主要来自燃料燃烧和工业生产过程中产生的废弃物。,(二)气态污染物及其危害 1主要气态污染物及危害 (1)二氧化硫 以气体分子状态存在的污染物称气态污染物。气态污染物种类很多，大部分为无机气体，如表7-2所示。其中二氧化硫是城市大气中分布较广、影响较大的气态污染物。它是一种具有刺激性和窒息性气味的五色气体，易溶于水。二氧化硫很少单独存在于大气中，它往往与飘尘结合在一起进入人体，并大部分在上呼吸道与水生成亚硫酸和硫酸，对黏膜直接产生强烈的刺激作用，长期接触二氧化硫者可引起慢性结膜炎、鼻炎、咽炎及气管炎等，能引起支气管哮喘的发作。,(2)氮氧化物 氮的氧化物中有亚硝酸、硝酸、一氧化二
13、氮、一氧化氮、二氧化氮等多种氧化物，但对大气造成污染的，主要是一氧化氮和二氧化氮。浓厚的氧化氮气体呈黄褐色。长期接触二氧化氮，可发生慢性支气管炎、神经衰弱症等，有的可导致肺部纤维化。二氧化氮还会使中枢神经受损，引起痉挛和麻痹，高浓度的二氧化氮会损害肺功能。近年发现，二氧化氮还具有助癌和致癌性。并通过光化学作用生成二次污染物。高浓度的二氧化氮会使街道、工厂区绿化植物受害，在低浓度的二氧化氮长期影响下，则能使绿化植物生长明显受到抑制。(3)一氧化碳 随着对煤和石油等化石燃料的大量消耗，一氧化碳对城市大气的污染日益严重。,(4)氟及其化合物 氟及其化合物的气体、蒸气或粉尘可由呼吸道进入人体，也可因饮
14、食含氟量高的水或被氟污染的食物，经消化道进入人体。还可直接经皮肤吸收。(5)氯 氯为黄绿色具有异臭强烈刺激性气体，易溶于水生成盐酸和次氯酸。次氯酸又可分解成盐酸及新生态氧，能刺激眼黏膜，使上呼吸道发炎肿胀、充血，严重时引起呼吸道损伤而发生支气管炎、肺炎及肺水肿。 (6)光化学烟雾 由汽车和工厂烟囱排出的氮氧化物和碳化氢，经太阳光紫外线照射而生成一种毒性很大的不同于一般煤尘废气的浅蓝色烟雾，称光化学烟雾。其主要成分为臭氧、醛类、过氧乙酰硝酸酯、烷基硝酸盐、酮等，其中臭氧占90左右。,2、城市气态污染物浓度分布城市污染物平均浓度的分布为城市高于农村（图7-1）。城市中大气污染源分布十分复杂，城市内
15、部污染物分布不均，局部性的差异很大。,据19832001年资料统计分析，我国城市大气污染仍然以粉尘、二氧化硫为主要污染物的煤烟型污染，其分布规律是：北方城市的污染程度重于南方城市，尤以冬季最为明显；大城市发展趋势有所减缓，中小城市增长快于大城市；污染程度与人口、经济、能源密度及交通密度呈正相关。大气污染有冬季重于夏季、早晚重于中午的时间变化规律。 3气态污染物的主要来源气态污染物主要来自燃料燃烧。20世纪40年代以来，世界各地出现的严重大气污染事件主要发生在城市。,二、城市水体污染及其危害(一)有机污染物工业废水、生活污水中，含有大量碳氢化合物、蛋白质、脂肪、纤维素等有机物质，排入水体后，即成
16、为微生物的营养源，使有机物被微生物分解消化。污染一般用溶解氧(DO)、化学耗氧量(COD)、生物化学耗氧量(BOD)、氨氮(NH3)、亚硝酸盐氮(N02)、硝酸盐氮(N03)等表示。有机氮在水中经微生物作用，可以硝化分解成硝酸盐，再经还原成亚硝酸盐，它在人体中可与仲胺作用生成具有强烈致癌作用的亚硝胺。 （二）无机污染物 无机物包括酸、碱和无机盐类。污染水体的酸主要来源于矿山排水和多种工业废水。(三)有毒污染物质水体中的有毒物质如氰化物、砷、酚类，以及汞、镉和铜等重金属离子，当含量较多时就会具有毒害生物的作用，可将水体中的细菌和动植物杀死。 (四)其他污染物主要是油的污染、热的污染、色臭味污染、病原微生物污染等。,三、城市土壤污染物及其危害 (一)城市土壤污染的主要污染物质1重金属元素土壤本身含有一定量的重金属元素，其中很多是作物生长很需要的微量营养元素。只有当进入土壤中重金属元素积累的浓度超过卫生标准，才被认为土壤被重金属污染。污染土壤的重金属主要是汞、砷、镉、铜和锌等。土壤污染中重金属比较突出。重金属不仅不能为土壤微生物所分解，而且还为生物所富集。土壤一旦遭受重金属污染是较难彻底消除的，因此构成对人类潜在的较大威胁。,
