南京大学：环境学：环境学课本

第一章 环境学基本原理作为一门独立的学科，环境科学从兴起到形成只有三四十年的历史。20世纪60年代进行了一些零星、分散的工作，到70年代初才初步汇集成一门具有广泛领域和丰富内容的学科。环境科学是研究人与环境相互作用的科学，目的在于揭示人与环境的相互作用中存在的规律。环境学是环境科学的核心，阐述环境科学体系中最基本的问题，揭示人与环境相互作用中的基本规律。
第一节 环 境神奇的宇宙孕育了万物，创造了生命，进而逐渐演化产生了人类。人类在发展的过程中受制于环境，同时也不断地改造并逐渐创造着人类自己的环境。
背景材料——《宇宙与人》
科教片《宇宙与人》及其同名的科普读物，从宇宙的物质结构和演化动力，星系的产生、演化和死亡，核能原理和应用前景，太阳系的构造，地球生命产生、演化直到人类诞生等方面，从宏观到微观多角度、多视野客观地描述了宇宙和人类的起源、发展、进化以及宇宙与人的相互关系，并将宇宙大爆炸、生物进化、原子核能、核聚变、大陆漂移、日心说等理论有机地贯穿其中。建议读者观看此片或者阅读同名的科普读物。
（参考资料：《〈宇宙与人〉解说词》，撰稿：忻迎一，《宇宙与人》编导,
中国御虎国防科技知识普及网，http://www.yuhoo.com.cn/kpsy/2001/5/5-31.htm）
一、人类环境环境是相对于一定中心事物而言的，与某一中心事物相关的周围事物的集合就称为这一中心事物的环境。
中心事物是环境最主要的属性，代表了环境服务的对象和重点，是环境的主体。与中心事物相关的周围事物就是环境客体，这些客体可以是物质的，也可以是非物质的。环境范围的大小取决于主体的影响力，存在着与“辐射半径”相当的有效影响半径。
主体的不同是各个学科所研究的环境之间最根本的差别；客体的不同则是各子环境之间的差别。在生态学中，研究主体是生物，其环境就是生物周围相关事物的集合。例如，在丹顶鹤行为研究中，丹顶鹤是环境的主体，它的环境是湿地生态系统，包括湿地植被、饵料、水面以及其它生物等；周边农田，迁徙路线上的落脚点等相关事物也会对丹顶鹤的行为和活动造成直接或间接的影响，也是丹顶鹤生存环境的重要组成部分。而那些距离丹顶鹤的活动范围相当远，对丹顶鹤的活动几乎没有影响的事物，就可以不看作它的环境。
同样，在其它科学研究领域，环境也有着不同的主体、客体以及范围。例如，地球的时空环境、动植物环境、建筑物环境、小区环境、办公环境、科研环境、投资环境、创业环境、生产环境等等，都有着各自特定的主体。同时因为主体不同，环境的构成和范围存在明显差别。
环境科学所研究的环境，是以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的各种因素的综合体。也就是说，环境科学研究的环境，其主体是人类，客体是人类周边的相关事物，其涉及的范围之广泛是其它学科所研究的环境所无法相比的。
在相当长的一段时期内，人们误将人类环境等同于自然环境，没有能够准确地抓住环境科学研究的客体，也就难以揭示环境问题、环境现象背后存在的规律。人类环境和自然环境最主要的差别在于主体的不同：人类环境的主体是具有复杂精神世界和智力活动的人；自然环境的主体是自然界的事物（包括人的生物属性在内），不存在复杂的智力活动和精神世界。自然环境中的主体和客体在纯粹自然规律的作用下，自组织地运动变化着。人类环境则不一样，除了人类生存的自然环境以外，主体——人类可以“有意识”地规范自身的行为、“有意识”地改造客体世界，通过智力活动创造出人工物品、人工环境以及其它自然界本身不能自发形成的事物。所以，人类环境的范围要大得多，除自然环境以外，还包括人类通过劳动创造的人工环境（如城市、住房、工厂、火车、潜艇、航天飞机、社会、文化、经济、伦理等等）。
图1-1 人类的环境
在环境科学研究中，不同的环境在功能和特征上存在着很大的差异。通常，根据环境特征和功能的差别，将人类环境划分为自然环境和人工环境。
二、自然环境自然环境是一切直接或间接影响人类的自然形成的物质、能量和现象的总体。
自然环境是人类出现之前就存在着，是人类赖以生存和发展所必需的自然条件和自然资源的总称，即地球的空间环境、阳光、地磁、空气、气候、水、土壤、岩石、动植物、微生物以及地壳的稳定性等自然因素的总和。
人类是地球自然环境发展到一定阶段的产物，自然环境是人类产生、生存和发展的物质基础。太阳、月亮以及地球上的大气、水、土壤、岩石、生物等，不但为人类提供了生存、发展的空间，提供了生命的支持系统，还为人类的生活和生产活动提供了食物、矿产、木材、能源等原材料和物质资源，因此人类的一切活动都和自然环境密不可分。人类活动主要发生在生物圈的范围内，随着科学技术水平的进步，人类活动的影响范围越来越大，深至岩石圈内部，远及外太空。这样一来，人类自然环境就几乎包含了以太阳、地球和月球为主要内容的自然界的一切事物。
三、人工环境人工环境是在自然物质的基础上，通过人类长期有意识的社会劳动，加工和改造了的自然物质，创造的物质生产体系，积累的物质文化等所形成的环境体系。
从远古至今，人类为了满足自身的需求，创造了丰富多彩、堪比自然界鬼斧神工的人工事物。人工环境就是在自然的基础上经过人类的带有目的的创造性的劳动所形成的，是人类精神文明和物质文明发展的标志，随着人类文明的演进而不断地丰富和发展。由于带有人类智力劳动和创造的痕迹，与自然形成的环境在形成、发展、变化以及结构、功能等方面存在本质的差别。从地表以下的矿井，深海航行的潜艇，水面的船只、舰艇，地面上的城市、乡村，空中的飞行器，乃至太空舱等，都是典型的人工环境，各自具有独特的结构和功能，以满足人类多样化的需求。
相对于漫长的自然演化历史而言，人工环境出现的时间非常短，但是在这很短的时间内，它的内容得到了非常迅速的发展和极大的丰富，并且正在以更快的速度发展着。随着人类驾驭客观规律能力的提高，人类影响环境的力度不断增强，范围逐渐扩大。如今，从地壳内部、大洋深处到地球表面、九天苍穹，都有人类活动的痕迹。
第二节 环境多样性环境多样性是环境的基本属性之一，是人类与环境相互作用中的基础规律，是具有普遍意义的客观存在。环境多样性包括自然环境多样性、人类需求与创造多样性以及人类与环境相互作用多样性。其中自然环境中的生命物质和非生命物质、环境过程、环境形态以及环境功能都具有多样性；人类的需求和创造产生于人类的智力活动，具有无穷尽的深度，因此具有更广泛的多样性；人类与环境的相互作用，在作用方式、作用过程、作用效应等方面都具有多样性。上述各类环境多样性及其内在联系的总和统称为环境多样性。
认识和解读环境多样性、揭示环境多样性的内在规律是全面系统认识人类—环境相互关系的基础，它是人类长期面临的一项基础性研究课题，是环境科学研究的重要内容。
一、自然环境多样性自然环境的多样性是经历了非常漫长的年代，逐渐积累、演化而来的，其内涵极为丰富。本书仅从物质的多样性、环境形态的多样性以及环境功能的多样性方面给予初次描述和剖析，以展示自然环境多样性和多样性内在的规律性。
（一）物质多样性 通常物质可以分为生命物质和非生命物质两大类,都具有极为丰富的多样性。
阅读材料——生物多样性等原始生命经过了漫长的年代逐渐演化、形成现在地球上极其丰富多彩的生物世界。目前，地球上的生物大约有500万到3000万种（也有数据称约200万至1亿种），即使是目前已经定名或描述的物种数目，大约也有约140万种（另有估计约170万种，数目不确定的原因就在于生物物种的多样性，有些难以界定种类），其中昆虫75 万种，脊椎动物4.1万种，高等植物25万种，另外还有许多生物是人们目前还不知道的，而且生物多样性的积累和变化相对于非生命物质而言要快得多。
生物多样性，一般来说是指地球上各种生命形式的资源，包括数百万种生物、各物种所拥有的基因及由生物与其环境相互作用形成的生态系统和生态过程。美国技术评估局（OTA,1987）给出的生物多样性定义是“生命有机体及其赖以生存的生态综合体之间的多样性和变异性”； Conservation Biology（Fieldler and Jain,1992）给出的定义为“生命有机体、生命有机群体以及它们生存的生态综合体之内和之间的多样性和变异性的总和”。生物多样性包含四个层次：遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和生物景观多样性。
生物学家根据各类生物的基本结构特点，用生物进化的观点对多种多样的生物进行了科学的分类。随着科学的发展，生物的分类系统也在不断地发生新的变化，表明人类对于生物多样性及其内在规律的认识在不断深化。按照从简单到复杂的顺序，生物可以分为病毒、原核生物、真核原生生物、真菌、植物、动物六大界；或者按照人们通常的认识，可以将生物分为动物、植物和微生物（包括病毒和细菌、真菌等）三大类。动物又可以分为脊椎动物和无脊椎动物两大类，植物可以分为藻类、苔藓类、蕨类和种子植物四大类，种子植物则包括裸子植物和被子植物。这不但体现了生物的多样性，同时也体现了生物多样性背后存在着形态学上的规律性。
除此之外，所有生命形式都取决于其遗传物质——DNA和RNA，而这两种遗传物质都是由核糖和碱基构成的。千变万化的生物界，从遗传上来讲，磷酸、核糖核酸、脱氧核糖核酸加上腺嘌呤、鸟嘌呤、胞嘧啶、尿嘧啶、胸腺嘧啶五种碱基构成了生物界所有的基因和遗传物质。
非生命物质是包括生命物质在内的世界存在和发展的基础，其多样性的积累经历了极为漫长的年代。虽然自然形成的纯净物（单质和化合物）是有限的（无机的单质和化合物数万种，有机物上千万种），但是这些物质相互组合形成的混合物就数不胜数了，构成了地球上各不相同的山水、土壤、岩石、空气以及其它物质，而且这些物质还处于不断的变化当中，多样性也在不断的演化当中逐步积累。其中有些物质已经被人类所认识和利用，还有许多则是有待发现、有待认识的。
无论是生物还是非生物，就目前人类所知，组成所有这些物质（几万种无机物，数千万种有机物）的是共约112种元素（元素周期律），300多种原子，这些原子又可以继续划分下去：质子、中子、电子等等。目前科学家研究认为，组成原子的基本粒子主要有六味夸克和一些轻子。这表明，自然界的物质多种多样，但是并不是杂乱无章的，多样性的背后存在着规律性。
（二）环境过程多样性 多种多样的自然物质，有着丰富多彩的运动变化过程。参与物质的不同、时间尺度的差别以及变化过程本身性质的不同，共同组成了环境过程的多样性。
从时间尺度上来讲，有些变化是瞬时过程，如闪电、一些化学变化，位移等；有些变化需要的时间可以用秒、分、小时或者天来计算，如完成一段位移、加热、蒸发、天气现象、一些有机化学反应、一些生理过程（消化、疾病的形成和治疗等）等；有些变化的时间需要用月、年来计算，如生物的成长、进化，种群、群落、生态系统的演化，陆地形态的变化，河流水文的变化等；有些变化的时间相对于人类的历史则是极为漫长的，如矿产资源（煤炭、石油等）的形成、地球的演化、气候演化、大气层的演化、地质演化，甚至宇宙的演化和各种物质（元素、原子、物质等）的形成等等，类似这样的时间尺度通常用“地质年代”这样的概念来描述（通常以数十万年，数千万年甚至数亿年记）。
从变化本身的性质而言，有物理过程（蒸发、分割、组合、衰变、大气运动、水流、扩散迁移等），化学过程（成岩、分解、合成、降解等），生物过程（生物的生、老、病、死、进化等）以及生态过程（能量流动、物质循环、信息传递等）等。更多的变化是多种过程交织在一起形成的，如自然界的水、碳、氮等物质循环，生态系统的演化、地质演化等等。
自然过程虽然多种多样，但也不是无迹可寻，总是遵循着相应的自然规律进行的，有显著的规律性。通过对各种自然过程的研究，人类不断地丰富着在自然科学方面的知识，并用这些知识来指导人们的实践。
（三）环境形态多样性 形态是物质外在表现形式和状态。自然环境形态多样性包括地形地貌多样性、气象形态多样性、物质形态多样性、生物形态多样性、景观多样性等。
以水为例，在自然条件下，水可以以固态、液态和气态三种形式存在，固态的有各种冰川、积雪、冰、冰晶和冻土水等；气态的水在空气中逐渐凝结，会形成云、霜、雾、雪、雹等各种降水，其中云的形态尤为变幻莫测（中国民间有“七月看云”的说法）；液态的水在地球上分布极为广泛，从高空的液滴（云），陆地表面的泉、溪、河、江、湖、海、洋，到地面以下的土壤水、地下水（潜水和承压水等），每一眼泉、每条河流、每个湖泊都会有自己的特点，就是在同样一个大洋里面，水的形态和状态还是有差别的（颜色、水温、盐度、波浪、流场等）。各种水的存在形态、各种水体，与千姿百态的水生生物、周边的陆地、动植物以及气候等条件相互交织，形成了各种各样宜人的景观，“欲将西湖比西子，淡妆浓抹总相宜。”
（四）环境功能多样性自然系统中，各种事物之间存在着非常复杂、或多或少的联系，而这些联系本身就在一定程度上体现着事物的功能。同样的事物在不同尺度、不同范围的物质系统和自然过程中可能会表现不同的功能；相应地，在同一系统中不同的事物或者事物的组合（系统）表达的功能也会存在着或多或少的差别，很多时候这些功能甚至重叠在一起。在物质多样、系统多样和自然环境过程多样性的基础上，环境功能的多样性就大大增加了。
以水为例。水是生命之源。原始的海洋孕育了最早的生命，而且，就目前人们所知，水也是维持生命最基本的物质之一。在自然界，水不但维持着所有生物基本的生理需求，通过水的运动改变着地表形态，同时也搬运着物质，为河流下游地区带来了丰富的营养物质，并充当着地球上物质循环的重要一环。对于人类而言，水不但维持着生命的基本需求，保障着人类的生活，而且还是人们进行工农业生产、从事社会服务必需的重要资源，有时存在于生产过程中（如农业用水、工业冷却水、洗涤用水等），有时还是产品的重要组成成分（如各种饮料）。按照水对于人类社会的功用，还可以将水资源分为生活用水、生产用水和生态用水等。
二、人类需求与人类创造多样性人类具有的智慧赋予了人类无穷的力量，给整个自然界带来了巨大的影响，进而也影响了人类本身。人类对环境的影响，其内在的驱动力是人类的需求。人类的需求是多种多样的，并且随着人类社会的不断发展而不断变化着，其内容日趋丰富。当自然界提供的物品不足以满足人们的需求时，人类就利用自身的智慧所产生的巨大创造力，改造自然事物或者创造新事物来满足其越来越多、越来越高的需求。
人类创造具有的多样性，堪与大自然相媲美。人类为了能够保证食物的稳定供应而驯化了稻谷、玉米等粮食作物，驯化了鸡、鸭、鹅、猪、牛、马等家禽家畜；为了保暖、蔽体、美观等发明了纺织术、印染术，制造了品种繁多的布匹和服装；为了居住建造了各种各样的住房；为了健康发明发展了医药技术；为了实现人类飞翔的梦想创造了各种飞行器；为了满足对神秘太空的探索创造了各种天文望远镜、航天飞机和太空站，实现了登月的梦想……。如今人类的能力已经在各种各样技术的帮助下变得日益强大，每年人类创造的、自然界原先所没有的物质就达上万种之多，而且还能够通过人为控制的过程产生自然界中还没有找到的元素，甚至人类已经可以控制生命的产生过程。
人类创造多样性和需求多样性一样，主要是源于人类智力活动的多样性。首先，创造的主体——人是具有多样性的，一个人的文化背景、人生观、教育程度和方式等等都会影响人作为创造主体的思维方式等特征的差别。其次，作为创造行为主要动力来源的需求具有多样性。在创造行为发生的客观条件、创造目的以及众多的偶然因素、创造灵感等使得创造过程也具有多样性。在这许多条件的共同作用下，创造结果必然也具有多样性的特征。所有的这些综合起来，也就形成了创造本身的多样性。
物质需求多样性 物质需求是人最基本的需求。人类为了维持正常的生理活动，摄取营养以维持生命、生长发育，需要从外界获取食物、饮水；为了蔽体、御寒以及美观，人们需要服装；为了健康需要治疗疾病的药物；为了安全和舒适，人们需要居住的场所——住房；为了出行方便、快捷、舒适，人们需要交通工具和建设交通网络；为了生活更加舒适惬意、为了提高效率……，人们需要各种各样的用品……。此外，人与人之间爱好、经历、生活氛围等等的差别，使人们对于物质和其他事物的需求偏好存在着或大或小的差别，有时候这样的差别仅仅存在于非常微妙的细节当中。这些差别使得人类需求的多样性变得更为丰富。
精神需求多样性 除去物质的需求以外，人们在精神生活中也有大量的、丰富的需求。精神需求完全来自于人们精神领域的活动。它的多样性更多地与人的偏好多样性，特别是人的文化背景、教育、经历、人生观、价值观等多样性相关，相对于物质需求，精神需求具有更强的社会性。一般来讲，精神需求是在人们基本的物质需求获得了满足的基础上出现的。当人们不需要为解决基本生存而奔波劳碌的时候，精神需求就会逐渐成为人们最渴望的追求。文化、教育、休闲、旅游等等都是人们精神需求的主要方面，在这些需求的促进下，人类社会发展了相关的第三产业，而且在知识创新的大背景下，以服务于精神需求为主体的产业得以迅速发展，成为经济发展中极具活力的新兴行业。
创造多样性 人类文明的成就都来源于人类创造的多样性,人工环境是人类精神文明和物质文明发展的标志，是人类智慧的结晶，随着人类文明的演进而不断地丰富和发展着。
建筑是人工环境的典型代表。在懂得建造最早的茅草屋以后，人们就告别了风餐露宿的岁月，告别了藏身的洞穴，开始了人类历史的新篇章。从最原始的茅草屋，简陋的土房，到坚固而壮观的大厦，建筑在不断的发展中，其功能也在发展着，不再是仅仅供人们居住，而是成了人类众多社会活动的场所。埃及的金字塔、神庙、灯塔，中国的长城、故宫，古罗马的斗兽场、万神庙，雅典卫城，玛雅文化的大金塔，古巴比伦的空中花园等为人类留下了丰富的文化遗产。当今风格各异的广场、道路、绿地、大楼等则充分展示了现代人类更加丰富多彩的创造多样性。在历史的进程中，人类还创造了一些非物质的精神产品，这些精神领域的成就与物质成果一同构建了人类社会的人工环境，推动人类社会的进步。伦理、道德、习俗、法律等规范着人们的日常行为，甚至影响着整个国家和民族的发展历程。诗词歌赋、戏曲小说、雕刻美术、电影电视、音乐以及文化的传统等都极大地丰富了人们的生活，美化了人们的心灵，极大地促进了人类文明的进步和社会的发展。人类创造着种类繁多的技术：农业、水利、纺织、医学、采掘、冶金、机械、化工、电子、计算机、自动控制、土木工程、航空航天、海洋开发、环境保护、城市规划、社会管理等等，每一类技术里面都包含着极为丰富的内容。所有的这一切都表征着人类文明的进步。
人类需求的多样性诱发了创造的多样性，人类需求多样性和创造多样性的结合，大大地丰富了我们这个多姿多彩的世界。
三、人类与环境相互作用多样性人类与环境相互作用多样性主要表现在作用界面、作用方式、作用过程和作用效果等方面。
作用界面多样性 人类与环境相互作用的界面分布在人类活动的各个方面。在生产活动中，工厂、矿藏、农田、牧场、森林、渔场等都是人类与环境相互作用的界面；在生活中，住房、家具、电器、水、食物、市场、服务设施、交通工具等也是重要的界面；在生物领域，从分子、组织、器官、系统到个体、种群、群落甚至生态系统，也都会成为人类与环境相互作用的界面；而在科研领域内，甚至大到整个宇宙、小到基本粒子的几乎所有客观事物都会成为研究对象而成为人类与环境相互作用的界面。同样，人类与环境的相互作用可以发生在城市，可以发生在乡村，也可以发生在地面上、大气层内、水中或者太空等，甚至可以发生在人类所未知的荒郊野外、宇宙深处。在现代科技和现代机械的支持下，人类与客观环境之间的相互作用越来越复杂，界面的多样性也日益增加。
作用方式多样性 在如此诸多界面上发生的相互作用，也有多种多样的作用方式。人类对环境作用的方式主要是对资源的开发利用、工农业生产、物品使用、废弃物排放、城市建设、乡村建设、道路建设、科学研究等，有些时候是直接作用，有些时候是间接作用。例如，不同的资源有不同的开发利用方式，不同的产品其生产的方式也有所差别，不同物品的多样性使用、不同城市风格各异的建设等等。因而，人类对环境的作用方式是多种多样的。相应地，环境对于人的作用方式也是多种多样的：可以直接作用于个体的人，可以作用于人群，可以作用于人类赖以生存的环境、生命支持系统，进而间接影响人类；可以通过人体接触、呼吸道、饮食作用于人的身体，也可以作用于资源-经济体系，亦可作用于人类的社会关系、道德伦理等等。总而言之，人类与环境之间相互作用的方式具有非常宽广的多样性。
作用过程多样性 人类与环境相互作用的过程，大致可分为物理过程、化学过程、生物过程和生态过程，每一类过程都包含非常丰富的内容，即各自具有多样性。在复杂的现实世界中，很多过程通常是许多子过程有机组合而成的，这些子过程常常属于不同的门类。例如，在全球碳元素的循环和平衡中，有煤炭、石油、天然气的开采（物理过程为主）、在生产和生活中的使用（化学、物理、生物）、二氧化碳的大气迁移、归趋（物理、化学）、植被的光合作用和呼吸（生物、生态）、粮食的生产加工（物理、化学、生物、生态）、消费者和分解者（包括草食动物、肉食动物、杂食动物以及人类）的分解作用放出二氧化碳（物理的、化学的、生物的以及生态的过程），加上煤炭、石油等形成的地质过程等等，其多样和复杂程度可见一斑。在人类与环境的相互作用中，这样的过程随处可见。由此可见，人类与环境相互作用的过程也是具有多样性的。
作用效果多样性 有如此许多人类与环境相互作用的界面、方式和过程，相互作用的效果就更是数不胜数了，其多样性更加丰富。从效应的特征来讲，有些是物质的（资源开发、消耗、废物排放等），有些是能量的（二次能源的生产、能源的利用、废能的排放等）；从时间尺度来讲有些是瞬时的、急性的，有些是不太长的一段时间内就可以看出来的，有些则是需要经过比较长的时间，在中、长期的时段内才能够观察到的；有些结果的是显著的，有些则具有很强的隐蔽性；有些作用的效果促进了人类与环境的协同发展，有些则破坏了人类发展的可持续性（环境污染、生态破坏、人为灾害、环境流行病等）。
第三节 人与环境的和谐人与环境的和谐是人类与环境相互作用中最本质的内在联系，是人类与环境相互作用中的核心规律。人类认识自然、改造自然、建设环境的主要目的在于提高人与环境的和谐程度，与此同时，维系已经取得的人—环境的和谐关系而不致受到损伤或者破坏又是人类利用和改造客观环境的限度。人类面临的所有环境问题，如环境污染、生态破坏、自然灾害、资源耗竭、人口过量等等，都有一个共同点：损伤或者破坏了人与环境的和谐。人类正是遭受到环境问题的困扰之后才体验到人与环境和谐关系的存在，才认识到它的重要性。纵观人类历史，人与环境的和谐程度大致可以包括适应生存、环境安全、环境健康、环境舒适和环境欣赏五个方面的内容，在和谐程度上，是逐级递增的。这不仅是人类与环境相互作用历史进程的总结，也是当今世界不同国家、不同地区人与环境之间不同和谐程度的真实写照。人与环境的和谐，既包括人与自然的和谐，也包括人与人工环境的和谐以及人工环境与自然环境的和谐。由于环境多样性的存在，人与环境和谐程度的度量指标、度量方法也具有多样性。
一、人类与环境相互作用的历程所有生物的生存与发展都依赖于其周围的环境，利用资源并适应他们的生存环境。当代人类对其生存环境的改变之大前所未有。人类社会的发展使我们享有空前的文明，但与此同时，人类自身正在成为环境的最大威胁。我们能否从人类与环境相互作用的历程中获得有益的启示，在提高我们的生活水平的同时，保护我们共同依存的人类环境呢？
阅读材料——人类文明的演进原始农业与工具革新大约在四百万年前，类人猿从猿中分化出来；大约200,000年前，智慧人可能首先出现于非洲大陆。这些原始人靠狩猎和采集维持生存，与其他动物相比，显得力量薄弱，然而，先祖们独有的思维、语言和使用工具的能力，使人类得以生存并发展壮大。
人类首先使用的技术可能是制造工具（木具、石器等）和取火。这些原始技术革新使人类与动物相比之下由相对弱小变得相对强大。在漫长的十几万年间，人类一直过着采集和游猎为主的生活，通过与大自然的密切接触，一代代积累了关于人类环境的丰富经验。社会与宗教传统中体现了原始人类对自然的崇拜，人口与资源保持平衡的要求。人类的原始活动主要是为了满足个体或部落延续的需要，由于人口少、人类活动范围小和能力上的相对弱小，对环境的干扰基本上处在自然系统能自发调节的范围之内。
然而原始人类的活动并不是完全与其环境和谐的。我们知道一些狩猎者将整群的动物赶下山崖，另一些则烧光草地和森林，力求获得最大的收获，有时却带来诸如物种灭绝、森林大火等灾难性的恶果。与此同时，人类的生存状况也极为恶劣，时刻面对疾病、饥饿和死亡的威胁，处于简单地适应环境的境地，与动物生存状态的差别远不如现代人那样显著。
传统农业与农业革命大约在1万年前，农业革命开始了，生活于现今叙利亚和土耳其区域的人们开始驯养动物，种植庄稼，耕作和牧业生产成为人们获取食物的主要手段。
由于各种技术发展，物质相对丰富，语言文字发达，人类从约6000年前起，开始脱离原始文化，进入农业文明阶段。传统农业（耕作业和牧业）比原始渔猎的生产率高出大约10—100倍，在8000—4000年前农业技术在中东地区得到迅速传播。大约5000年前，中国和印度也进入了农业文明时代，使得东亚成为世界最古老、最早的人类文化发祥地。
农业的发展需要人们定居在永久性的村落中，不再和从前一样过着漂泊不定的游猎生活。定居生活的人们在一起耕作，防范洪水，交流种植和生活经验，发展了文字、政治、宗教、技术等文明。农牧业生活增强了人们对赖以生存的土地、庄稼、牲畜的责任心，人们悉心照料土地、庄稼和牲畜以获得丰足的衣食。
人口的增长，铁器的广泛使用，以及耕作范围的扩张、耕作技术的提高，使人们改造自然的能力大大增强了，人们的温饱逐渐得到了保障，安全也有了一定的保证，开始追求更高的目标。人们追求更加丰富的生活，就要开垦更多的土地，进而引起了长期的水土流失、森林破坏和沙漠化。古代的两河流域即美索不达米亚平原是世界四大文明发祥地之一，公元前19世纪曾建立了强大的巴比伦王国，社会经济相当发达。但为了扩大农业生产，人们盲目地开垦草原，滥伐森林，生态环境恶化，肥美的草原退化为荒漠，以至于这一古文明最终消逝了。
近现代工业与工业革命从约6000年前进入农耕文明后，人类技术几千年间几乎没有什么太大的变化。直到约600年前，西欧社会渐渐吸收东方文明，并发展为自己的文化（文艺复兴），科学技术出现了根本性的变异，促成了伟大的技术革命，其结果产生了近代工业和近代文明。虽然几千年来人们一直在使用一些机械工具，但近二、三百年来发生了急剧变化，各种机械已成为生活、工作必需的辅助工具，大大地提高了生产力，也提高了人们的生活水平和生存质量。工业革命使人们更有能力了解和改造整个世界。很多人认为，机械化带来的迅速变化是我们当前面临危机的直接原因。的确，现代工业给人们制造了大量的环境问题，但它也为人们带来了巨大的好处。针对这一困境，人们会做出什么样的选择呢？
想一想，我们现在的生活和19世纪的人们有哪些不同？19世纪大部分人的生活和2000年前没有根本的差别。绝大部分家庭没有供暖、空调、自来水，夜里只有用蜡烛或灯笼照明。运输和通讯要慢得多，难得多。医疗卫生条件差得多，很多疾病难以治愈。你希望过19世纪那样的生活吗？我们很难放弃当今舒适便利的生活条件，而现代优越的生活方式使我们付出巨大的环境和社会代价。全球性的生态恶化、环境污染、资源耗竭，已成为人类发展历程中的环境危机；工业化也使国家、民族、个人之间的贫富差距拉大，造成严重的社会危机。到20世纪50-60年代，严重的环境污染与环境运动让人们从工业化的陶醉中清醒过来，环境意识逐渐成为一种越来越普遍的社会意识。人们需要工业，但是也需要健康的环境。如何才能实现人们的双重愿望呢？科学技术提供了实现人们愿望的一种选择。
后现代社会与信息技术物质时代的结束和电子时代的开始标志着人类跨入了后现代社会。今天，信息资源成为最有价值的资源。我们可以将图文资料瞬间传到我们的祖辈根本没有听说过的地方。金融数据、新闻、娱乐、科学技术知识通过全球信息网络以光速传输。
和以往相比，今天所做的许多事情仅需要很少的物质资源。例如，新材料和新技术使得制造一辆汽车的金属消耗只有几十年前的一半。过去生产1000个软饮料罐消耗50千克钢铁，而今只需要6千克多一点的铝。20世纪70年代人们曾担心战略物资的短缺。例如，用于生产电线、电话电缆、电动机的铜材供应不足，美国开始储备此类基本物资。但是，光纤通讯电缆、微波转播系统、卫星通讯网络的发明，又使铜供大于求。
同样，技术革新在许多重要方面减少了燃料消耗。人们不再需要为各种会议、商务活动而各地奔波，浪费时间，消耗油料，而是打个电话、发份传真或上网来处理类似事务。工人也不必拥进市区的公司大楼去工作，而可以在家里通过电子网络与世界各地的合作伙伴、顾客、图书馆、数据库以及商业活动保持联系。人们利用太阳能、风能、水能等可更新能源，可以生活在乡间而享有大城市的通讯便利。
随着传统工业的技术改造、清洁技术的应用和信息技术的发达，以及人们对人与环境相互作用规律的把握，人类能否建设一个和谐、高效、可持续的人类环境呢？近40年来，人们的环境意识逐渐增强，环境科学、技术迅速发展，人们努力实施综合调控手段，追求自然、社会、经济、技术、环境的协调发展。
参考资料产业革命与资源、环境
近现代产业革命伴随着三次技术革命迅速推进，使人类的物质生产极大丰富。第一次技术革命始于18世纪70年代，以煤焦炼铁和纺织机器的发明为标志；第二次技术革命始于19世纪40年代，以蒸汽机的广泛利用、铁路网的建设和近代炼钢技术的形成为标志；第三次技术革命始于19世纪末20世纪初，以电子技术、化学合成燃料、内燃机和汽车制造技术为标志。
每项新技术的发明和广泛应用以及新产业规模的扩大，都使得自然资源的开发强度加大，开发的新品种亦日益增多。尤其是许多不可更新资源的大力开发使资源趋于枯竭，并造成严重的污染。第一次技术革命使煤炭和铁矿资源得到大规模开发和应用。第二次技术革命使纺织业和交通得以机械化，出现了大规模的纺织厂、火车、汽船。第三次技术革命使石油、水电和火电得到极大开发，成为我们今天消耗的主要能源。电气、石油化工、汽车制造等产业在当今的产业结构中仍然占了相当的份额。与此同时，大量的城市出现并迅速扩大。生活在电气和石油、汽车、城市之中的现代人，一面享受科技提供的丰富物质生活，一面在高楼林立的水泥墙中怀念着阳光灿烂的原野生活，无数工厂的烟囱高耸入云，煤烟、汽车尾气弥漫了天空，城市、工厂的污水、垃圾污染了河流，人们为此遗憾，为此叹息。
对于近现代的产业革命和技术发明所造成的环境影响，美国一位叫万斯·哈特克的参议员这样说：“迅速发展的技术，它的规律就是利润，许多年来一直毒化着我们的空气，腐蚀着我们的土壤，剥夺着我们的森林，并且毁坏着我们的水资源。”那么，我们不禁要问：人们为什么没有一开始就发明有利于环境的技术呢？
二、环境问题环境问题指的是任何不利于人类生存和发展的环境结构和状态的变化，其产生原因包括人为方面和自然方面的因素。
目前，危及人类生存和发展的环境问题可以概括为自然灾害、生态破坏、资源耗竭、环境污染、人口剧增五类。这些问题主要是在人类与环境相互作用的过程中产生的，也有一些是自然环境原生的（如自然灾害），但是在人类与环境相互作用的过程中其效应被放大了。
（一）自然灾害自然灾害是自然环境自身变化所引起的，主要受自然力的操控，在人类失去控制能力的情况下，使人类生存和发展的环境受到一定的损害，一般也叫原生环境问题或第一环境问题。但是，今天一些大型工程的建设、大型武器试验等也会引发类似的灾害，例如，在一些地方因为水库的建设而引发的水库地震，水库、河流等堤坝损毁造成的洪涝灾害，核试验引发的地震等等。
陨石等天体撞击事件（通古斯大爆炸）、太阳异常、电磁风暴、宇宙射线等天文灾害；火山、地震、岩崩、滑坡等地质灾害；水灾、泥石流、旱灾、风暴、冰雹、雪灾、热浪、寒潮等气象水文灾害；病虫害、蝗灾、森林火灾、物种灭绝（自然因素）等生物灾害，都是自然灾害的典型形式。
虽然人类很难避免自然灾害的发生，但是可以采取一些措施来减少灾害带来的损失，如灾害预报，建设堤坝等防灾设施，提高建筑物抗灾能力，灾害中的紧急救助以及灾后疾病控制和灾区重建等；也可以运用已经掌握的规律，避开在灾害多发地区进行建设，或者避免人为地制造或强化自然灾害。在科学技术日益发达的今天，人们已经能够在一定范围内控制一些诸如蝗灾、病虫害以及泥石流等灾害的发生，也许将来人们还可以控制更多的灾害。
（二）生态破坏生态破坏是人类社会活动引起的生态退化及由此衍生的环境效应，导致了环境结构和功能的变化，对人类生存发展以及环境本身发展产生不利影响的现象。生态环境破坏主要包括：水土流失、沙漠化、荒漠化、森林锐减、土地退化、生物多样性的减少，此外还有湖泊的富营养化、地下水漏斗、地面下沉等。
土地退化是当代最严重的生态环境问题之一，它正在削弱人类赖以生存和发展的基础。由于人口增长，大规模、高强度的农业开发以及人为对植被的破坏，导致了水土流失、沙漠化、荒漠化、草场退化、土地贫瘠化和盐碱化。全世界水土流失面积约2500万平方公里，年均流失的土壤超过257亿吨，主要分布在干旱和半干旱地区。沙漠化是非沙漠地区出现的风沙活动、沙丘起伏为主要标志的沙漠景观的环境退化过程，全球目前约有36亿公顷干旱土地受到沙漠化的直接威胁。在人为干扰下，生物物种濒危和灭绝的速度比自然状态下大大加速了，从公元前8000年到1975年，哺乳动物和鸟类的平均灭绝速率大约增加了1000倍。
生态环境的恢复是比较困难的，而物种灭绝等则是不可恢复的，所以，人们应注重生态环境的保护，强化生态建设，维护和提高生态环境的质量。
（三）资源耗竭自然资源是人类生存发展不可缺少的物质依托和条件，也是实现可持续发展首先要解决的问题之一。随着全球人口的增加和社会经济的发展，对资源的需求与日俱增，然而人类正面临着某些重要资源严重短缺或者即将耗竭的威胁。全球资源匮乏的主要表现在：可利用土地资源紧缺、森林资源不断减少、淡水资源严重不足、生物多样性资源严重减少、某些重要矿产资源（包括能源）濒临枯竭等等。
土地资源的问题在于全球可供开发的后备土地资源已很少，随着人口的增加，人均占有耕地面积正逐步下降，土地退化和城镇、道路建设占用着越来越多的土地，使得原本紧张的土地资源更加紧张。近几十年来，人们大量开采热带森林，使之正以前所未有的速率减少，1981-1990年间每年损失森林平均达到1690万公顷，再造森林约1054万公顷。森林的减少同时还引发了许多其它环境问题，物种灭绝、生物基因减少加快，水土流失加剧，土地退化、洪涝灾害、旱灾增加等等。
水资源短缺是当今人类发展面临的一大重要威胁。约占陆地面积60%的地区缺水，约20亿人用水紧张、10亿人得不到良好的饮用水，由于污染引起的水质性缺水以及对水资源需求的持续增加更加重了全球的水资源短缺。
煤炭、石油、天然气等化石能源以及铁、铜等矿产资源都是不可再生的，其中许多还是人类发展中极为重要的战略资源，而目前石油等资源正面临枯竭的境地。
为了解决资源短缺问题，人类应开发利用新的生产技术，以减少社会经济发展对一次矿产资源的依赖，提高资源的利用效率和回收利用比率；开发替代技术和替代产品，特别是要开发可更新的替代能源，以保障整个人类发展的稳定性。
（四）环境污染环境污染是指由于人为的或自然的因素，使得有害物质或者因子进入环境，破坏了环境系统正常的结构和功能，降低了环境质量，对人类或者环境系统本身产生不利影响的现象。其中，引起环境污染的物质或者因子称为环境污染物或者污染因子，简称污染物或者污染因子。它们可以是人类活动的结果，也可以是自然变化的结果，或者是两者共同作用的结果。
按照污染因子的性质可以将污染分为：化学污染（有机污染、重金属污染等）、生物污染（细菌、病毒、真菌等）和物理污染（噪声、振动、噪光、热污染、电磁辐射、核辐射等）；按照环境要素可以分为大气污染、水污染、土壤污染、生物污染、物理环境污染；按照污染产生的原因还可以分为工业污染、农业污染、交通污染、生活污染等。目前比较重要的全球性环境污染问题主要有：温室气体过量排放造成的气候变化、广泛的大气污染和酸沉降、臭氧层破坏、有毒有害化学品污染及其越境转移以及海洋污染等。
环境污染除了本身对人类以及环境造成危害以外，还降低了水、生物和土地等资源中可利用部分的比例，使得资源短缺的局面更加严峻；加重了生态破坏，加快了植被的破坏和物种的灭绝；直接导致一些生态灾难和环境灾难（石油污染、污染公害、污染事故等），环境污染还被怀疑是如厄尔尼诺、拉尼娜等新的“自然灾害”产生的原因。
（五）人口剧增地球上的人口在1999年已经突破了60亿，据世界卫生组织估计到2050年世界人口将达到80亿，人口的急剧增长可以说是当前环境的首要问题。人既是生产者也是消费者，但是无论是生产或者消费，都需要消耗和占用资源，都会产生一些废物。随着人口的急剧增加，对土地资源的占用，对水、生物、能源、矿产等可更新和不可更新资源的消耗，都会大大增加，产生的废物也会相应的增加，在加重有限资源供给压力的同时，也在增加环境容纳、消解废物的压力。人口数量增加，人口密度必然也会提高，相应的经济密度也会有所增加，同样的自然灾害所造成人们生命和财产的损失也就必然大大提高。
所以，人口增加在带来许多的社会、经济问题的同时，也使得自然灾害、生态破坏、资源短缺和环境污染的问题更加严重。一旦人口超过了区域环境（自然生态环境以及人工环境）的承载能力（资源、生态、经济、基础设施等的承载能力），就会引发生态破坏、环境严重恶化等问题，甚至会出现人类文明的崩溃（如古巴比伦等）。
无论是从逐渐改善人类的生存质量来讲，还是从合理保护和利用环境以实现人类和环境的可持续发展角度来讲，控制人口规模都是必要的。
三、人与环境的和谐和谐是一个属于美学概念的词，是审美创造的重要原则之一。在环境科学研究中，“和谐”取义于其本义中的平衡、协调的含义。人与环境的和谐就是在人类与环境相互作用中取得的一种相互协调、相互平衡的状态。和谐原理提供了判别环境问题的基本准则：无论是自然原因还是人为原因，无论其表现形式如何地多种多样，只要损伤或破坏了人与环境的和谐，就出现了环境问题。纵观人类历史，人与环境的和谐程度大致可以包括适应生存、环境安全、环境健康、环境舒适和环境欣赏五个方面的内容，在和谐程度上，是逐级递增的。这不仅是人类与环境相互作用历史进程的总结，也是当今世界不同国家、不同地区人与环境之间不同和谐程度的真实写照，代表着世界60亿人口的生存现状。由于环境多样性的存在，人与环境和谐程度的度量指标、度量方法也具有多样性。
（一）适应生存适应生存是一切生命存在的基本条件，也是人类与环境和谐的最低层次。适应生存的条件下，人们仅能够勉强维持基本的生理需求，需要时刻提防危险动物的攻击以及一些危及生命的灾难的降临，生存状况基本上和其它动物没有太大的差别。在这样的和谐背景下，人类只能够使多数人维持基本的生命需求而生存下来，人口的死亡率很高，人口增长和人类发展都很缓慢；人类向环境索取，受制于环境，也无力建设环境，人与环境之间主要处于适应生存的状态。
目前，世界上大多数国家早就解决了适应生存的问题，中国也在20世纪80年代以后解决了12亿人口的温饱问题。但是，这并不意味着人类已经彻底解决了适应生存的问题，除了一些国家和地区还挣扎在基本温饱的边缘，资源耗竭、生态环境破坏，特别是人口剧增等问题，使人类仍然面临难以适应生存的困境。
阅读材料——适应生存的量度通常采用“环境承载力”和“人口容量”两个指标量度适应生存的能力。
“环境承载力”（Environmental Bearing Capacity）是在一定时期、范围和环境条件下，维持人-环境系统不发生引起环境功能破坏的质的改变，即维系人与环境和谐的前提下，人-环境系统所能承受的人类活动的阈值。通过环境承载力来度量人与环境和谐程度主要有自然资源供给指标、社会支持条件指标、污染承受能力指标等三大类指标。
“人口容量”（Population Carrying Capacity）又称人口承载力或者人口承载量，是适应生存能力的重要量度。“适度人口”这一概念可以追溯到早期西方人口论中的《适度人口论》。在不同的研究领域内，对人口容量概念的定义也不尽相同。从适应生存的角度讲，人口容量可定义为：在特定时空条件下，资源、生态、环境在保障人类基本生理需求的前提下，所能够供养的最大人口数。对人口容量的量化方法归纳起来主要有资源平衡分析法、数学规划法、系统动力学方法三类。
（二）环境安全环境安全是人与环境和谐程度的另一种量度，是建立在适应生存的基础上的。人类与威胁环境安全的灾害之间的斗争，基本上伴随着人类发展的全过程。过去人类主要面对的是天文、地质、气象水文、土壤生物等自然因素形成的灾害。目前，人类发展过程中产生的人为灾害，正严重威胁着环境安全。环境公害、战争、核威胁、生物安全等问题已经成为或正在成为人类最终实现环境安全的巨大障碍，这些安全问题对人类的威胁不亚于自然灾害。人类是否会被自己发展起来的文明所毁灭？人类如何避免自己灭亡自己，已成为当今人们需要思索和回答的一个重大课题。
（三）环境健康环境健康是指在人类与环境相互作用的过程中，环境系统功能正常，环境质量良好，人类身心健康，生命质量有保障。度量环境健康的主要指标是环境质量。环境质量一般是指在一个具体的环境内，环境的总体或环境的某些要素，对人群的生存和繁衍以及社会经济发展的适宜程度，是反映人类的具体需求而形成的对环境评定的一种概念。
环境污染是对环境健康的直接威胁，严重影响着环境质量和人类健康。原生性环境污染的主要表现是各种地方病，如地方性甲状腺肿、地方性氟病、克山病、大骨节病等。人为造成的污染是目前环境污染的主要形式。环境污染造成环境质量下降、环境系统功能削弱和丧失，严重危及人类身体健康，破坏和损伤人与环境之间的和谐。
（四）环境舒适环境舒适代表着更高的人类与环境之间的和谐程度，需要比较高的社会、经济发展水平、良好的环境和生态作为基础。以城市环境为例，舒适的城市环境意味着适宜的人口密度、完善的基础设施、充足的绿地广场、便捷的城市交通、良好的环境质量、宽敞的住宅、丰富的休闲娱乐场所、方便的服务系统、快捷的信息通讯服务和良好的周边生态环境以及具有活力的社会经济体系等。总而言之，就是要有舒适的人居环境和良好的发展空间。目前，世界发达国家和部分发展中国家的少数城市，人类与环境之间的和谐程度已经达到这样的水平，但对于世界大多数人而言，还只是奋斗的目标。
（五）环境欣赏环境欣赏的和谐程度下，人类物质需求已经得到相当充分的满足，精神需求成为人类生产和生活中的主要内容。人们欣赏自然景观中（天象、气象、山水、生物）包含的形象美、色彩美、动静美、朦胧美、气息美和寓意美，欣赏人文景观中（文化遗产、城市建筑、园林绿化、工艺美术等）包含的和谐美、色彩美、特色美和人文美等，从而获得精神上的极大愉悦。当人类大多数有条件尽情欣赏环境美，从中获得精神满足的时候，可以认为，人类与环境的和谐程度总体上达到了环境欣赏的高度。
值得指出，人与环境的和谐既包括人与自然环境的和谐，也包括人与人工环境的和谐，以及人工环境与自然环境的和谐。人与自然环境和谐与目前广为流行的“人与自然和谐”，两者含义是一致的。
第四节 环境规律环境规律是指人类与环境相互作用的规律。环境多样性是人类与环境相互作用的基础规律，人与环境和谐是人类与环境相互作用的核心规律。制约人类发展的规律有五类——自然规律、社会规律、经济规律、技术规律和环境规律，人类要实现重大的战略目标，其行为必须同时遵循五类规律，即五律协同。规则是人为规定的、规范人类行为的伦理道德、规章制度、法律条例、标准规范等的总和。偏离规律的规则往往会成为事物发展的离心力，背离规律的规则成为发展的阻力，只有顺应规律的规则才能成为发展的动力。宏观环境调控的基本原理是五律协同。
一、环境规律环境规律是指人类与环境相互作用的规律。
规律是事物发展中本质的、必然的、稳定的联系，体现事物发展的基本趋势、基本秩序，也是同一类现象的本质关系或本质之间的稳定联系，是千变万化的现象世界相对静止的内容。规律具有客观、隐蔽、普遍、稳定、强制和适应等特性。规律具有客观性，它是客观事物本身所固有的，既不能人为创造，也不能人为消灭。规律具有隐蔽性，通常隐藏于事物内部，不能为人的感官所直接认识，只有当感性认识上升到理性认识时才能够把握。规律具有普遍性，它反映同类事物共同的本质，只要这一类事物存在，就存在着该类事物的规律。规律具有稳定性，虽然事物的现象是不断变化的，但规律却是稳定的，只要该事物及其过程不消逝，其规律就存在。规律具有可重复性，只要具备某种规律发生作用的适宜条件，这种规律就可以反复起作用。规律具有严肃性和强制性，是事物发展的必然趋势，人类行为和自然过程都不可能违反它。规律具有适应性，适应特定规律起作用的条件也是特定的，当特定条件发生变化，规律也可能发生改变。根据上述规律的特性，可以确认环境多样性和人与环境和谐都具有普适规律的典型特征。事实上，它们构成了环境规律的基本内容，环境多样性是人类与环境相互作用的基础规律，人与环境和谐是人类与环境相互作用的核心规律。
纵观历史，制约人类生存和发展的规律可以概括为五类：自然规律、社会规律、经济规律、技术规律和环境规律。这五类规律以人类智力行为为界可以分成两组：自然界的（包括人的生物属性在内）行为规律是自然规律，属于非智力行为规律；人类智力行为规律包括社会规律、经济规律、技术规律以及环境规律，它们依次是人类社会行为、经济行为、技术行为规律，以及人类与环境相互作用的规律。
自从环境问题引起人类重视以来，人们一直认为“环境问题的出现是人类活动违背自然规律的结果”，人类在这一问题上的共识不亚于人类历史上的另外一个共识“力是物体运动的原因”。事实上，人类活动会改变环境的自然状况，这种状况的改变往往又破坏了人与环境的和谐，但自然状态的改变并不违背自然规律。例如，氮、磷负荷排入湖泊导致藻类疯长，造成水质下降，而营养物质增加会促进藻类生长是符合自然规律的。又如，人类砍伐森林破坏地表植被，它损害了人与环境的和谐，而森林被砍伐之后势必出现水土流失正是自然规律作用的结果。再如，人类向大气排放氟里昂，诱发臭氧空洞，使地球失去了阻挡紫外线的天然屏障，而氟里昂自进入大气之后直至臭氧层的破坏所经历的一切复杂过程都不违背自然规律。
近几十年来，人们经常提到生态规律。生态规律是指生物与生物以及生物与环境相互作用的规律。它与环境规律的联系和区别在于：它们都涉及与环境的相互作用，但两者的主体不同——生态规律的主体是生物，而环境规律的主体是智慧人。智慧人拥有人类社会、人类经济、人类技术，它们对人类环境有着重要影响，而这些正是生物所不具备的，这就决定了两类规律本质上的不同。一般而言，生态规律属于自然规律，而环境规律属于人类智力行为规律，不同于非智力行为的自然规律。人有两重性：生物人和智慧人。生物人与环境相互作用的规律属于生态规律，智慧人与环境相互作用的规律属于环境规律。
二、五律协同人类的目标具有多样性，对于特定目标而言，实现目标的途径也具有多样性。一般而言，人类在实现重大目标的过程中，往往要受到多种规律的作用，规律的作用可以表现为三种状态：规律的作用方向与目标一致者称为协同，规律作用方向与目标相反者称为拮抗，规律作用方向偏离预期目标者简称偏离（如图1-2）。显然，协同者是实现目标的动力，拮抗者是实现目标的阻力，偏离者是实现目标的离心力。
值得指出的是，规律作用的状态与人类实现预定目标所选择的途径有关，不同的途径，各类规律作用的状态是不同的。在多种规律联合作用的情况下，为了实现既定目标，显然需要找到这样的途径，使得各种相关规律的作用都成为协同者（见图1-3）。
图1-2 相关规律作用示意图

图1-3 规律联合作用示意图
人类实现重大战略目标，往往同时受到五类规律的作用，因此必须探索这样的途径，使五类规律的作用都成为协同者，从而使五类规律都成为实现目标的动力，这种状态称为“五律协同”。
人类行为领域非常宽广，一般而言可以将人类行为与规律间的相互关系概化为图1-4。如图所示，每一个圈代表一类规律，圈内是符合该类规律的人类行为的集合，五类规律概化为五个圈。人类的行为大致可以分成五个大类，1、2、3、4、5分别指一律作用域、二律协同域、三律协同域、四律协同域和五律协同域，其中五律协同域中人类行为同时遵循五类规律，显然这样的行为是我们期望的、可以实现预定目标的行为。
三、规则与规律规则是人为规定的、规范人类行为的伦理道德、规章制度、法律条例、标准规范等的总和。按照所规范的人类行为特征的不同，规则可以分为社会规则、经济规则、技术规则和环境规则四类。社会规则是调节和规范人们的社会关系和社会行为，使人类社会活动有序化的规则的总和，主要由风俗、习惯、时尚、道德、纪律、法律、规章制度、宗教教义等组成。经济规则是规范人们经济关系和经济行为，使人类经济关系和经济活动有序化的规则的总和，主要由生产关系、市场规范等组成。技术规则是规范人类技术行为的规则，主要有行业技术标准、产品质量标准、工艺规范等；规范人类环境行为的规则统称环境规则。自然规律也叫自然法则，是一种由大自然“制定”，物质世界非智力行为的规则，它与社会、经济、技术、环境等规则一起组成与五类规律相对应的五类规则。
规则与规律都制约着人类的行为，彼此之间既有联系又有区别。人类实践已反复证明，偏离规律的规则往往是事物发展的离心力，背离规律的规则常常是发展的阻力，只有顺应规律的规则才是发展的动力。例如，市场是配置资源的有效手段，计划经济体制偏离了这一基本规律，制约了经济发展；而市场经济体制顺应这一规律，将促进经济发展。我国近50年来先后实行计划经济和市场经济两种不同经济体制的实践，充分证明了上述论断。


图1-4 规律协同示意图

四、环境调控环境调控就是采取适宜的措施调整人类的行为，以实现社会、经济和环境的协调发展。
环境调控的常用手段可以分为技术手段、法律手段、行政手段、经济手段和教育手段。技术手段包括污染源头控制、末端治理、环境净化、环境建设和环境监测等；法律手段主要包括环境立法和环境司法；行政手段主要包括制定环境战略、环境方针、环境政策、环境管理制度和环境规划，颁布环境标准，确定环境管理体制，依法进行环境管理；经济手段主要包括采用收费、罚款、税收、押金、补偿、补贴、信贷和价格政策等经济措施，限制损害环境的社会经济活动，促进社会经济向有利于社会、经济和环境协调方向发展；教育手段主要是通过教育和宣传，培养环境保护专门人才，普及环境科学知识，使公众了解环境保护的重要意义和内涵，提高全民环境意识，扩大和增强公众参与。
环境调控手段也可以分为宏观手段和微观手段。宏观环境调控适用于区域、国家乃至全球，其手段主要有环境战略、环境管理体制、重大环境政策、环境规划等。环境战略泛指对全局性、高层次的重大环境问题的筹划与指导；环境政策是国家为实现一定历史时期环境目标而规定的行动准则；环境体制是国家机关、企事业单位在环境保护机构设置、领导隶属关系和环境管理权限划分等方面的体系、制度、方法、形式等的总称；环境规划是全面的、长期的环境保护计划。微观环境调控适用于企业和家庭，其任务是将宏观调控手段逐一落实到环境保护的具体事务上。
环境调控通常需要制定一系列环境规则，如环境伦理、环境法规、环境管理制度、环境标准、和环境规划，以及与环境相关的国家能源战略、生态保护战略、资源战略等。环境伦理是指人对环境的伦理，它涉及人类在处理与环境之间的关系时，何者为正当、合理的行为，以及人类对于自然界负有什么样的义务等问题。环境管理是运用行政、法律、经济、技术和教育等手段协调社会经济发展同环境保护之间的关系，处理国民经济各部门、社会各集团和个人涉及环境的相互关系；尽量避免社会经济活动对环境产生不良影响；修复和改善被破坏的环境；合理利用资源、创造更适于人类生存和发展的环境。我国的主要环境管理制度有：环境影响评价制度、“三同时”制度注、排污收费制度、限期治理制度、污染物集中控制制度、排污申报登记和排污许可证制度、环境保护目标责任制、城市环境综合整治定量考核制度等。环境法律是由国家制定或认可，并由国家强制保证执行的关于保护环境和自然资源、防治污染和其它公害的法律规范的总称，包括宪法、环境保护基本法和环境保护单行法。环境标准包括环境质量标准、污染物排放标准等。其中，环境质量标准是国家为保护人群健康和生存环境对污染物（或者有害因子）容许含量（或要求）所作的规定，体现国家的环境保护政策和要求，是衡量环境是否受到污染的尺度，是环境规划、环境管理和制定污染物排放标准的依据。我国的已颁布的环境质量标准有地面水环境质量标准、地下水质量标准、海水水质标准、生活饮用水源水质标准、生活饮用水卫生标准、环境空气质量标准、土壤环境质量标准、城市区域环境噪声标准等。
人类行为调控包括社会调控、经济调控和环境调控等。社会调控成功的关键在于准确认识和把握社会规律，经济调控成功的关键在于准确认识和把握经济规律，与此相应地，环境调控成功的关键在于准确认识和把握环境规律。环境规律的显著特点是它的综合性，相应地环境调控的显著特点也在于它的综合性。人类实践已反复证明，宏观环境调控成功与否的关键在于能否实现五律协同。诸如区域酸雨控制、流域污染整治、城市环境建设、区域生态修复和可持续发展等，都属于宏观环境调控的范畴，其目标的实现取决于调控行为的五律协同程度。
注：“三同时”制度要求一切企业、事业单位在进行新建、改建和扩建工程时，防治污染和其他公害的设施必须与主体工程同时设计、同时施工、同时投产。
第五节 环境科学环境学的任务在于揭示人类与环境相互作用的基本规律，它的基本原理包括环境多样性原理、人与环境和谐原理、五律协同原理以及规则规律原理。科学的任务在于揭示客观规律，环境科学的任务在于揭示环境规律，包括环境基本规律以及它与自然规律、社会规律、经济规律、技术规律的联合作用。环境科学的学科结构可概括为“1+4+X”，“1”指环境学，“4”指环境自然科学、环境社会科学、环境经济科学和环境技术科学；“X”指建立在“1+4”之上的环境规划学等，以及其它正在发展中的环境科学分支学科。
一、环境学科学的任务在于揭示客观规律，环境学的任务在于揭示人类与环境相互作用的基本规律。人类与环境相互作用的基本规律与环境学之间存在着对应关系，前者是后者的立学之本和探索之源。综合本章以上各节的内容，可以将人类与环境相互作用的基本规律概括为环境多样性、人与环境和谐、规则与规律以及五律协同。相应地，可以从这四个基本规律中抽提出环境学的四个基本原理，即环境多样性原理、人与环境和谐原理、五律协同原理以及规则规律原理。
长期以来，人们认为生态学理论是环境科学唯一的理论基础。本书认为，环境科学的基础理论是环境学。生态学的任务在于揭示生态规律，环境学的任务在于揭示环境规律，环境学与生态学的联系和区别，正如生态规律与环境规律的联系和区别。
本书吸纳了近几十年来各方面的研究成果，以揭示人类与环境相互作用的基本规律为主线，构筑环境学的理论框架，并分别从人口与环境、大气环境、水环境、土壤环境、物理环境、生物环境、人居环境、景观环境以及可持续发展等方面阐述人与环境的相互作用，将环境学四个基本原理隐含地贯穿于其中。
第一章环境学基本原理，通过对人类与环境相互作用基本规律的认识，构筑环境学基本理论，提出环境多样性原理、人与环境和谐原理、五律协同原理和规则规律原理等四个环境学基本原理。第二章人口与环境，从人口变迁的历程出发，分析了人口剧增对环境资源的压力和影响，综合分析了影响人口总量和人口分布的自然、社会、经济、技术和环境因素，定性分析了中国将来的人口变化趋势。第三章大气环境，简要介绍了大气的成分、分层和大气边界层的特点，通过分析主要的大气污染源和污染物、几种典型的大气污染及其危害，从大气污染综合防治的角度提出了清洁能源、绿色交通、末端治理和环境自净等四个基本战略，并简述了具有全球影响的全球变暖、臭氧层破坏等大气环境问题。第四章水环境，简要介绍了地球上水的形成、分布和循环，从水资源、水灾害和水污染三个方面分析了人与水的关系，并综合分析了影响水污染的各种主要因素，将水污染控制概括为“三级控制”模式。第五章土壤环境，讲述土壤的组成、结构、形成、分类与分布，土壤环境的基本性质，在分析土壤污染物类型、污染物在土壤中的迁移和转化规律以及土壤的自净能力的基础上，介绍了几种主要的土壤污染防治方法，并介绍了污水土地处理系统。第六章物理环境，综合介绍了噪声污染、电磁污染、放射性污染、光污染和热污染的来源、危害以及控制，其中重点介绍了噪声污染控制方面的研究成果，并从人类与环境相互作用系统出发，提出了综合的污染防治措施。第七章生物环境，讲述生物多样性资源，以及人类对生物多样性的破坏和保护，重点分析了食品安全、转基因技术等新出现的生物安全问题，以及前几章所提到的各种主要污染对生物个体、种群和生态系统的影响。第八章人居环境，从人居环境的发展历程和理想人居环境的探索出发，探讨人居环境的类型和差别，重点分析了城市人居环境，并尝试探讨人居环境舒适度的评价问题。第九章景观环境，介绍了景观环境的概念及其分类，分别从景观的构成、分类以及景观美的欣赏等方面剖析了自然景观、人文景观和城市景观。第十章可持续发展，回顾了可持续发展概念的由来，综述近几十年的研究成果，阐述了可持续发展的概念、内涵和实现途径，探讨了可持续发展的理论基础——五律协同，以江苏水系污染控制为例提出了“清污两制、控源导流”的科学构想。
二、环境科学环境科学是为了解决人类面临的环境问题，为了创造更适宜、更美好的环境而逐渐发展起来的，是一门年轻而具有活力的学科。它的兴起和发展，标志着人类对环境的认识、利用和改造进入了一个新的阶段。
古代人类在生产和生活中，逐渐积累的防治污染、保护自然的技术和知识，是环境科学最早的形态。中国大约在公元前5000年，在烧制陶器的柴窑中，已经知道热烟上升的道理而用烟囱排烟。在公元前2000多年就知道用陶土管修建地下排水道。古代罗马大约在公元前6世纪修建地下排水道。公元前3世纪中国的荀子在《王制》中“草木荣华滋硕之时，则斧斤不入山林，不夭其生，不绝其长也”，体现了保护自然生物的思想。
19 世纪中叶以后，随着社会经济的发展，环境问题逐渐受到人们的重视，地学、生物学、物理学、医学和一些工程技术学科的学者分别从本学科研究的角度开始对环境问题进行探索和研究。如德国植物学家C.N.弗拉斯在1847年出版的《各个时代的气候和植物界》中，论述了人类活动影响到植物界和气候的变化；美国学者G.P.马什在1864的出版的《人的自然》，从全球观点出发论述人类活动对地理环境的影响，特别是对森林、水、土壤和野生动植物的影响，并呼吁开展对它们的保护运动。英国生物学家C.R.达尔文在1859年出版的《物种起源》中，论证了生物进化同环境的变化有很大关系，生物只有适应环境才能生存。公共卫生学从20世纪20年代开始注意环境污染对人群健康的危害，如在1775年英国医生认为扫烟囱工人阴囊癌与接触煤烟有关，1915年日本学者极胜三郎用试验证明煤焦油可诱发皮肤癌，从此环境因素致癌成为公共卫生学的重要研究课题之一。1850年人们开始用化学消毒法杀灭饮水中的病菌，1897年英国建立了污水处理厂，消烟除尘技术在19 世纪末期已有所发展，20 世纪初开始采用布袋除尘器和旋风除尘器。这些基础科学和应用技术的进展为环境问题的解决做出了最初的尝试。
20 世纪50年代环境质量逐渐恶化，环境公害事件频频发生，环境问题得到了社会各界的广泛关注，环境科学开始出现并迅速发展起来。包括地学、化学、物理、生物、医学、工程学、社会学、经济学、法学等学科的科学家，分别在各自原有学科的基础上，运用原有学科的理论和方法，研究环境问题。通过研究产生了广泛分布于其它学科中的环境科学分支学科，如环境地学、环境化学、环境物理学、环境生物学、环境毒理学、环境流行病学、环境医学、环境工程学、环境伦理学、环境管理学、环境经济学、环境法学等，形成了以环境问题为中心，探讨环境问题产生、演化和解决机制，几乎无所不包的环境科学学科群，在此基础上孕育产生了环境科学。最早提出“环境科学”这一名词的是美国学者，当时环境科学主要研究宇宙飞船中人工环境。1968年国际科学联合会理事会设立了环境问题科学委员会，20 世纪70年代出现了以环境科学为书名的综合性专著。在20世纪50年代到60年代，环境科学侧重于自然科学和工程技术方面，后来逐渐扩展到社会科学、经济科学等方面。与环境科学发展同步，20世纪工业发达国家防治污染经历了几个阶段：50年代主要是治理污染源（末端治理）；60年代转向区域性污染的综合治理；70年代侧重预防，强调区域规划和合理布局； 90年代可持续发展、清洁生产等逐渐成为人类共同的选择，推动了环境科学向更加综合的方向发展。
本书认为，科学对应于规律，与制约人类生存发展的五类规律——自然规律、社会规律、经济规律、技术规律和环境规律相对应，人类发展了五类科学——自然科学、社会科学、经济科学、技术科学和环境科学。环境科学的任务在于揭示环境规律，即人类与环境相互作用的规律。本书主张以揭示环境规律为主线——包括环境基本规律及其分别与自然规律、社会规律、经济规律、技术规律的联合作用，构建环境科学的学科体系，据此可以将环境科学的学科结构概括为“1+4+X”。“1”指环境学，“4”指环境自然科学、环境社会科学、环境经济科学和环境技术科学，“X”指建立在“1+4”基础上的环境规划学等以及正在发展中的环境科学分支学科。环境自然科学、环境社会科学、环境经济科学和环境技术科学，这四个学科可以有两种理解，其一，它们的研究领域是两类规律联合作用的领域，揭示联合作用领域内的客观规律；其二，它们都是两类科学交叉渗透的结果，属于交叉学科。由于科学与规律的内在一致性，这两种理解的内涵是一致的。
环境自然科学环境自然科学的研究对象是自然规律和环境规律的联合作用领域，它是自然科学和环境科学相互渗透形成的交叉学科，其研究重点是，在人类活动作用下自然环境和人工环境中的演化规律，以及环境演化对人体的生理影响和毒理效应等。按照自然科学的学科体系，可以将环境自然科学分为环境地学、环境化学、环境物理学、环境生物学、环境毒理学、环境数学等。按照环境要素分类，环境自然科学可以分为水环境学、大气环境学、土壤环境学、生物环境学和物理环境学等。
环境社会科学环境社会科学的研究对象是社会规律和环境规律的联合作用领域，它是社会科学和环境科学相互渗透形成的交叉学科，主要是运用社会科学研究的方法，研究人与环境之间的关系以及人类环境行为的调控等。环境社会科学的主要内容，包括环境伦理学、环境法学和环境管理学等。
环境经济科学环境经济科学的研究对象是经济规律与环境规律的联合作用领域，它是经济科学和环境科学相互渗透形成的交叉学科，主要是利用经济学和环境学原理，研究经济和环境之间的相互作用，探索将环境资源纳入主流经济轨道的理论与途径。研究内容包括环境资源的市场配置、环境消费与环境生产、外部性的内在化、经济发展与环境生产力、国际贸易与环境全球化、经济与环境的宏观调控以及可持续发展经济等。
环境技术科学环境技术科学的研究对象是技术规律和环境规律的联合作用领域，它是技术科学与环境科学相互渗透形成的交叉学科，主要研究环境规律作用下的技术创新。环境技术科学主要包括工业生态学、环境监测学、环境工程学等。
第二章 人口与环境人类正面临着自身造成的重大挑战——人口增长和环境破坏。据统计，在中国，每过1.8秒就有一个孩子出生；在全球，人口正以日增25万人的速度飞速膨胀，动植物却以日减160种的速度不断消失。如何协调人口、环境、经济的关系成为当今人类面临的重大课题。
世界人口的进一步激增导致了人口与环境的矛盾日益尖锐，并引发了南北问题、资源耗竭、能源危机、生态失衡、环境恶化、精神贫困等一系列全球性问题。它们以前所未有的严重性和复杂性对人类文明提出了挑战。过去，人们常常把人口问题同环境问题区分开来，将它们看作不太相关的两种危机。而事实上，这两者是紧密联系的：人口的过度增长或萎缩将导致人口、环境与经济发展之间深层次的矛盾；而环境问题的日益严峻与妥善解决也将会影响人口的总量、素质与分布。
第一节 人口变迁
人类从出现到现在只有二、三百万年的历史，在这二、三百万年漫长的人类历史长河中，人口增长之路并不平坦，在绝大部分时期内（占了人类历史的90%以上），人类的生命繁衍受大自然的约束，整个地球人口稀少。人口的大发展主要发生在第二次世界大战后，如图2.1曲线所示，主要原因在于二战后全球的生产力有了极大的提高，社会稳定，经济繁荣。


图2-1 自公元前40000年开始的世界人口发展的估计
回望过去，展望未来，人类的文明演进大致经历了四个阶段：渔猎文明、农业文明、工业文明、绿色文明。图2-1表明，随着历史的更迭、文明的变迁，人口总量呈现阶梯式发展。
一、渔猎文明阶段渔猎文明（公元前200万年至公元前1万年）是人类由猿转变为人以后的第一个阶段。在此阶段，生存完全依赖于自然力初级转化的人类处在人—环境和谐关系的最低阶段——“适应生存”。饥饿、疾病、猛兽是该文明阶段中限制人口增长的主要因素。整个渔猎时期，全球人口没有超过1000万，该文明最后的二万年中也没有表现出任何稳定的人口增长迹象（见图2.1）。
根据19世纪收集到的资料，通过渔猎来获取食物，供养一个人平均需要约2平方公里的土地。因此一个40人的部落就需要100平方公里土地作为自己的领土（不同质量的土地，土地生产力不同，能供养的人口数也不同）。但是由于此时的社会形态是以原始工具、手工劳动、简单合作为特征的初级形态的生产力和以部落、家庭或社区交往为表征的简单的生产关系构成，人类的生存完全依赖于自然界所提供的食物资源的丰度和广度，人口总数很少且活动范围有限，因此人类对环境的改善与破坏作用都很小。
作为渔猎文明时期的人类，没有剩余产品，没有恒定的成功机会，人口总量很小，人类在很大程度上依赖于环境资源提供的恩赐，而其本身对环境的作用却微乎其微。
二、农业文明阶段人口开始出现较大的增长是在人类掌握了农业技术，进入农业文明阶段（公元前1万年至公元18世纪）以后。随着文明的不断演进，此时的人类已经能够利用自身的力量去影响和改变局部地区的生存环境：建屋造田，纺纱织布，饲养家畜，以马代步,荒芜之地渐渐变成了繁荣市井。在这一漫长的历史阶段，人类营造了灿烂的古代文化，推动了科学技术的进步，促进了社会生产力的发展，在无意识中达到了更高层次上的人与环境的和谐——“环境安全”段。进入农业文明后，人类依靠自然力的恩赐和生物资源的直接开发利用，逐渐摆脱了饥饿的束缚，医学开始萌芽，聚居地也渐渐远离野兽经常出没的地区，因此，人口得到了缓慢增长的机会。
由于农业社会中人类对自然规律认知上的局限和利用上的盲目，无度地向自然界索取就成了必然，于是也就不可避免地产生了一些环境问题。例如，发源于底格里斯河和幼发拉底河平原的古巴比伦文明的湮没，正是由于人类滥用自然，不合理地种植、灌溉造成了土壤彻底的破坏。所幸此时人类的绝对生存空间广博，原始的自然资源丰富，生态环境的自我调节能力较强，所以人类的生产活动虽曾在局部地域造成自然循环失衡以及人与自然和谐关系的松驰，但总体上并未构成生态环境危机。但是，局部生态破坏、自然灾害等影响造成了粮食产量降低，而人口又在不断地增长，因此导致了大饥荒，社会进入动荡时期，增长中的人口开始急剧下降；当人口总量跌入低谷后，由于人口的减少，对环境的破坏降低，农业生产开始恢复，社会逐渐稳定，人口开始逐渐上升，开始新的一轮人口增长的循环。因此，在整个农业文明时期，人口总量呈波浪式向前发展。
尽管农业文明时期，人口增长呈现波折，人口总的趋势却是不断增长的。在渔猎文明时期，“生产的手段”特别需要空间，平均每人需要2平方公里土地。而整个农业文明时期，供养一个人所需要的土地面积却在持续下降。中国改进农业效率的工作一直进行到20世纪初，一万年内，土地的生产能力增加了2万倍，这是人口能够不断上升的根本原因。在中国历史上，在秦汉至北宋期间，中国人口一直处于“增减循环”之中，人口总数始终在3000-5000多万之间起伏。到北宋，由于食物新品种的引进，也由于农具技术的改进，生产力水平有较大提高，才开始摆脱先前那种循环状态。但是，这并不意味着人地矛盾的消失，相反，人地矛盾始终存在，只不过由于生产力水平的提高，循环周期拉长了，并使得人口总量增加到一个新的高度。据估计，北宋时中国人口最多时可能已突破1亿大关。但是，由人地矛盾最终引发的改朝换代仍然不可避免，尽管周期更长了。这种情况持续到明清时代，由于生产力水平的再次提高，土地生产能力的提高，反映在人地关系上是人地比率的不断下降。中国历史上的人地比率变化如表2-1所示。
表2-1 中国历史上的人地比率变化：公元2-1893年年 份
2
105
146
961
1109
1393
1592
1680
1776
1893
人地比率（人/亩）
9.15
10.09
10.70
7.96
5.50
5.69
4.16
5.70
3.70
3.23

阅读材料：中国历史上的人口变迁中国历史人口的变化态势，与中国传统社会的历史变化态势相对应，那就是，人口的循环波动反映了社会的循环波动，社会循环波动的最重要表征，是朝代的更迭，即所谓“治乱循环”。每当一个新王朝开始时，社会趋于稳定，是为“治世”，人口依其稳定人口机制，以每年5‰-10‰的增长率持续增加；当人口增长到一定程度时，王朝衰败，社会动荡，开始进入“乱世”，“乱世”的极端表现就是改朝换代的大规模战争，持续数年的战争大规模消灭人口，使人口绝对数减少，进入低谷时期，直到又一个新王朝建立，开始新的一轮循环。所以，尽管就人口再生产机制而言，属于稳定人口范畴，但在不同社会条件下便出现了不同的人口变化态势，即“治世”人口增加，“乱世”人口减少，亦即“治乱循环”导致了“人口循环”。
那么，明清（或北宋）前后为什么呈现不同的循环态势呢？这与“治乱循环”的周期有关。明清（或北宋）以前，“治乱循环”频繁，“乱世”多于“治世”，往往人口尚未增长到一个新的历史高度就出现了使人口减少的“乱世”；而明清（或北宋）以后，“治乱循环”周期相对拉长，使“治世”多于“乱世”，在稳定人口机制下，人口增长不断达到新的历史高度，因而使人口总量直线持续攀升。
更进一步地，为什么明清（北宋）以前“治乱循环”周期短，而明清（或北宋）以后周期长呢？究其原因，当然与具体的历史条件相联系，然而，它是否也与人口增长本身有关呢？回答应当是肯定的。


图2-2 中国历史人口总量变化示意图
中国的传统社会是超稳定的农业社会，这种超稳定的农业社会是靠农业经济维持的，农业经济的增长主要依赖于两大要素，一是耕地，另一是劳动力。由于中国在秦汉时期即已形成精耕细作的生产方式，所以，农业经济的发展主要依靠不断地扩大耕地面积和不断地追加劳动力。稳定人口机制下的人口增长，一方面不断地提高对农业经济的食物需求；另一方面也不断地以新增的劳动力满足农业经济的需要。问题在于，在一定技术条件下，能够开垦利用的土地资源总是有限的，因而扩大耕地面积的努力是有限制的。所以，一方面是人口稳定增长产生持续扩大的食物需求；另一方面是受限制的耕地面积所能生产的食物愈益难以满足需求。这种由人地矛盾引发的食物供求矛盾日益激化，便引发了一系列的社会经济矛盾，如果社会无法克服这种矛盾，便爆发动乱而转为“乱世”。应当指出，对于中国传统社会来说，社会经济矛盾往往并非直接由人地矛盾引发，更多地与不公平的土地分配制度相联系，从历史考察中可知，土地兼并往往是各种社会经济矛盾的导火索，而人地矛盾则加剧了社会经济矛盾，并促使其爆发。相反地，“乱世”过后，人口减少，人地矛盾缓和了，各种社会经济矛盾也得到缓和，其结果，既形成了“治世”，也为人口的稳定增长创造了条件。只是，当人口增长到一定程度时，同样的矛盾仍将再次爆发，并构成“治乱循环”。明清（或北宋）以前正是这样反复循环的。
明清（或北宋）以后，循环周期之所以拉长，是因为“治世”时间延长了，而“治世”时间之所以能够延长，在很大程度上并非王朝的治世方略有什么不同，而主要在于农业经济发展了。农业经济所以得到发展，一方面是农业经济技术得到了进步，诸如引进农业技术、改良品种等，使单位产量提高了；另一方面扩大耕地面积的技术也进步了，使扩大耕地面积成为可能。这两方面因素的结合，使人地矛盾得以缓和，因而，人口也得以不断增加到新的历史高度。只是，由于没能控制人口增长，人地矛盾危机始终存在，并且仍然会在一定时期内爆发而使人口减少。其结果是，人口总量线在上升的同时也伴随着波动。
正是因为这样，中国历史人口在经历了上千年的水平总量线波动之后开始了沿上斜线攀升波动，使人口总量不断增加。这种增加的实质并没变化，即稳定人口机制下的人口增长，但总量扩大了，并且不断攀越“亿人线”，日显“膨胀”态势。因而，虽然这种增加不能称为真正意义上的“人口膨胀”，但可以看作稳定人口条件下的“人口膨胀”。相对地，对于现代以后的“人口膨胀”，可称之为“过度膨胀”。
资料来源：朱国宏，通向可持续发展的道路，复旦大学出版社出版，90-93页
阅读材料：中国历年人口总数表2-2 中国历年人口总数公元纪年
人口数（万人）
公元前5000年出现原始农业
493
公元前340年战国初期
3000
公元前221年秦朝初期
2000
公元前202年西汉初期
1300
公元2年西汉平帝元始二年
6300
公元157年东汉桓帝永寿三年
7200
公元265年三国末期
2500
公元300年晋惠帝永康元年
3379
公元368~407年十六国东晋中后期
3128
公元520年南北朝中期
5240
公元581年南北朝末期
4430
公元609年隋炀帝大业五年
5542
公元624年唐高祖武德元年
2274
公元755年唐玄宗天宝十四年
8775
公元860年唐懿宗咸通元年
6700
公元960年五代十国末期
3979
公元1110年宋徽宗大观四年
11946
公元1207~1223年南宋金章宗泰和七年—南宋宁嘉宗十六年
12540
公元1351年元惠宗至正十一年
9730
公元1566年明世宗嘉靖四十五年
16480
公元1661年清世祖顺治十八年
8490
公元1691年清圣祖康熙三十年
11023
公元1751年清高宗乾隆十六年
20560
公元1805年清仁宗嘉庆十年
33218
公元1851年清文宗咸丰元年
43216
公元1874年清穆宗同治十三年
35890
1912年中华民国元年
44294
1949年
54545
1950年
55196
1960年
66207
1970年
81235
1980年
98705
1990年
114333
2000年
129533

三、工业文明阶段
1768年，英国人詹姆斯·瓦特改良了蒸汽机，使之成为重要的生产工具，标志着人类文明进入一个崭新的阶段——工业文明阶段（公元18世纪至今）,人口的发展相应地进入了高速增长期。工业革命兴起到20世纪中后叶，人力资本迅速积聚，生产资本的功能极大拓展，人类的物质生活水平空前提高，人类对自然资源的利用强度和利用能力极大增强，人口的体质和素质得到了较大的改善，对自然灾害和社会风险的抵御能力有了较大的提高。工业文明给人类带来了充裕的物质和精神财富，与此同时，由于工业文明建立在对自然的粗放性、功利性、掠夺性和征服性的关系基础上，人们过分强调资本的发展，没有认识到人类与环境之间存在着协同发展的客观规律，导致人口过度增长，进而给土地资源、森林资源、能源、生存环境、工业生产和气候造成了日趋严重的压力，这不仅严重地制约了社会经济的进一步发展，而且还对人类的自身生存和延续构成了严惩威胁，例如二十世纪五十年代前后出现的马斯河谷烟雾等“八大公害”事件、以及当今的资源耗竭、生态失衡、环境恶化等全球问题。从此，人类与环境的关系进入了“环境健康”阶段。
在工业文明之前，人口过少对人类的生存产生巨大的压力，那时生产效率极其低下，人类只有将人口大量投入到粮食生产中去才能维持自身的生存。工业文明之后，化石能源取代了畜力，机器延伸了人的器官，社会化大生产替代了手工生产，人类的足迹几乎涉及地球生物圈的每一部位并开始干涉整个地球的生物化学循环，改变能量流动与物质循环，我们再也勿需花费与农业文明同样多的时间去获取食物。在科学技术文明领先的国家中，农林业的工作量仅占总量的5-10%，美国、英国和比利时等国家仅为2-3%。同时，食品的个人消费比重持续下降，在许多国家中它仅占总收入的1/4左右。于是，大量的人口转向其它产业，尤其以工业为主，从事农业生产的人口在总人口中的比重大大下降。人口过少而引起的生存危机，对于处于工业文明的人们来说，几乎不存在了，真正感到的压力反而来自人口的过快增长。
据有关资料分析，公元前8000年世界人口为500万，当时人口增加一倍约需1700年。公元0-1500年，世界人口经历1500年才由2.5亿增加到4.5亿。欧洲工业革命后，人口增加一倍的时间只需150年。公元1800年，世界人口首次达到10亿。130年后，1930年达到20亿。第二次世界大战后，人口增长更为迅速，1950-1980年世界人口年平均增长率达到19‰，从而使世界人口每增加10亿所需的时间大大缩短（见表2-3）。现在，全世界人口10年内就会增加两个欧洲，每14个月增加一个英国，每月增加一个瑞典或两个新西兰，每4天增加一个伯明翰，每秒钟增加3人。如果世界人口按照这个速度继续增加，到2330年，整个地球的表面，包括南极、北极、沙漠、海洋，每平方米就有一个人。到3545年，世界人口的总重量将等于地球的重量。显然，这种发展模式是不可持续的。
表2-3 每增加10亿人口的时间比较世界人口数（亿）
大致达到年份
每增加10亿所需时间（年）
10
1800
近300万
20
1930
约130
30
1960
约30
40
1975
约15
50
1987
约12
60
1999
约12

阅读资料：世界人口里程碑
表2-4 世界人口里程碑世界人口达到
年份
世界人口可能达到
年份
10亿
1804
70亿
2013
20亿
1927
80亿
2028
30亿
1960
90亿
2054
40亿
1974
100亿
2183
50亿
1987

60亿
1999
资料来源：联合国人口司
四、绿色文明阶段
20世纪六十年代，有识之士开始反思人类的发展模式，1987年，世界环境与发展委员会（WECD）在《我们共同的未来》（Our Common Future）中正式提出了可持续发展的理论模式。这一理论呼唤人类走进以善待自然，寻求人与自然的和谐及人与人的和谐，实现可持续发展为特征的崭新的文明时代——绿色文明。
人与人的和谐、人口与自然的协调发展是绿色文明的主题，绿色文明阶段人—环境和谐程度的标志是“环境安全”、“环境健康”、“环境舒适”和“环境欣赏”。在这一文明阶段，人口的增长将经历增长减缓、零增长、负增长、再到零增长的多个阶段，最终将趋向一个适宜的总量。
第二节 人口爆炸对环境的影响
20世纪50年代后，随着社会经济的迅速发展，各国工业以惊人速度增长，大量农村人口流入城市，特别是发展中国家人口爆炸式增长，城市数目不仅剧增，而且城市规模越来越大，功能也越加复杂，超级城市（人口超过800万的城市）从1950年的2个（纽约1230万人、伦敦870万人）增加到1995年的22个。其中人口排在世界前十位的城市如表2-5所示。
表2-5 1995年世界十个人口最多的城市城市
人口（百万）
1．东京（日本）
26.8
2．圣保罗（巴西）
16.4
3．纽约（美国）
16.3
4．墨西哥城（墨西哥）
15.6
5．孟买（印度）
15.1
6．上海（中国）
15.1
7．洛山矶（美国）
12.4
8．北京（中国）
12.4
9．加尔各答（印度）
11.7
10．汉城（韩国）
11.6
资料来源：联合国人口司
1984年8月墨西哥城召开了世界人口会议，会上专家纷纷就当时的人口问题发表言论，并达成共识：人口的增长速度已超过了自然资源的再生速度，人类将面临自然资源耗竭与环境破坏的威胁。
一、人口爆炸对土地资源的压力人类生存和社会发展都离不开土地。土地对于工商业和交通运输业等非农产业而言，只是地基和空间，充当立足点，但在农业生产中，它不仅是劳动力和其他生产资源的活动基地，而且直接参与产品的形成，是人类不可或缺的、最基本的生产资料和最重要的劳动对象。
由于生产力水平在短时间内提高有限，随着地球人口的剧增，维持人类生存发展将需要更多的土地。根据联合国预测资料，按目前45年的倍增期计算，1990年世界人口为53.2亿，2035年将增至106.4亿，2080年将达到212.8亿……800年后世界人口数将是千万亿的天文数字。若按每人平均占有陆地1.5m2，届时地球上全部土地，包括山脉、沙漠、甚至南极洲都为人们所居住，已经没有可供耕种的土地了。
阅读材料：地球极限人口的估算估算地球的极限人口，关键在于以什么样的生活水平作标准。如果以较低的生活水平为目标，世界耕地可供养的人口数很大。但是，研究未来最大可能开发的耕地可能供养的最高人口数量，只能取高食物消费水平和高生活水平作为推算基础。
如果仅就粮食而言，代表高食物消费水平、高生活水平的指标是人均占有1000公斤粮食。美国总统科学咨询委员会的农业专家认为，历史上人类曾经拥有375亿亩耕地，因此，现有的约200亿亩世界耕地远远低于历史最高水平。他们估算世界耕地还可比现在扩大1倍以上，即可扩大到479亿亩。他们认为，在今后农业科技进步的条件下，每亩耕地最高理论产量可比现在提高约7倍，达到亩产1000公斤的水平。
有了未来最大可能开发的耕地面积和最高粮食单产的数据，根据美国学者奥斯本提出的计算公式，便可估算世界未来可供养的最大人口。
奥斯本公式是：Y=R/P
其中：Y代表生活水平，R代表地球资源，P代表人口数量转换上述公式为:P=R/Y
其中：P代表人口数量，R代表粮食总产量，Y代表人均粮耗这样,按照上面提供的最大耕地面积479亿亩，以及平均每亩的最高粮食产量1000公斤和高生活水平人均年耗1000公斤粮食，便可推算出世界可供养的最高人口数为479亿。
然而，美国有些学者如斯泰林、冯赫姆斯特和勃林赫等人认为，这样的设想没有科学根据，因而，无法实现。按照他们的观点，为了保护环境不受严重污染，以及协调生命系统内部的相互联系，协调生命系统和环境系统之间的关系，即从保护未来的生态平衡出发，世界耕地面积能保持在现在的规模即210亿亩就算不错了。他们认为，地球上的土地确实还可开垦成耕地，而且不致破坏生态平衡，但另一方面，工业化和城市化的进程不会中止，还要占去一部分世界耕地。估计未来耕地新垦数量和占用数量大致可以相抵。至于平均每亩可以达到的最高粮食产量，他们认为，即便考虑到农业科技的进步，要使世界各国的粮食亩产水平达到1000公斤也困难。按他们的推算，世界平均最高亩产只能达到486.5公斤。
根据斯泰林等学者的推算，世界最大耕地面积210亿亩，最大单产486.5公斤，再加上高消费水平人均1000公斤粮食，世界耕地可供养的最高人口数约102亿。
在全球人均土地资源日趋减少的情况下，不合理的开发利用所造成的土壤荒漠化、盐碱化等问题更加重了土地资源的紧缺。
阅读材料：中国土地荒漠化现状分布中国是世界上荒漠化危害范围最广、程度最深的国家之一。其广阔的干旱、半干旱及部分湿润、半湿润地区上存在严重的荒漠化问题，危害着农田、牧场、交通及人民生活，造成土地生产力下降和环境退化。中国土地荒漠化是人口总量超出脆弱环境的承受能力所造成的。
我国荒漠化土地面积已达168.9万平方公里，占国土总面积的17.6％，并且正以每年2460平方公里的速度不断扩展。在地域上主要分布在中国北方，东起黑龙江，西至新疆，断续分布延伸长达5500km，涉及黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、山西、陕西、宁夏、甘肃、青海和新疆等省（区）共212个旗、县。另外，中国南方的部分湿润地区也出现了土地荒漠化的问题。
中国荒漠化土地因所处自然地带的不同，其特征呈现出明显的区域差异性。
湿润及半湿润地带的荒化土地 主要分布在中国的三江平原、嫩江下游、黄淮海平原的中部和北部、江西南昌及鄱阳湖区、近3000km的沿海地带和海南岛西南部等地，约占中国荒漠化土地总面积的3.9%。该区的荒漠化土地仅出现于沙性物质丰富、人类活动强烈的地区，与河流沉积物及海岸沙质沉积物受风力吹扬有关。其特点是分布零散，面积不大，影响范围小，风沙景观一般只出现于干旱多风季节。
半干旱地区的荒漠化土地 主要分布在贺兰山与乌鞘岭一线以东、白城与康平一线以西，长城以北、国境线以南的呼伦贝尔、科尔沁、鄂尔多斯等地，即分布在内蒙古东部与中部、河北北部、山西西北、陕北与宁夏东南部。其都发生在干草原区及荒漠草原区，是中国荒漠化土地比较集中分布的地区，约占中国荒漠化地总面积的65.4%。它是过度的土地利用和干旱多风沙质地表环境相互作用的产物。
干旱荒漠地区的荒漠化土地 主要分布在中国的狼山、贺兰山和乌鞘岭一线以西的广大地区，较集中分布在一些大沙漠边缘（如阿拉善的中部、河西走廊、塔里木盆地等地区），占全国荒漠化土地面积30.7%。其特点是荒漠化的发生和发展主要与河流变迁、水资源利用不合理及绿洲边缘过度樵柴活动有关。
资料来源,http://www.din.net.cn/din1/welcome.htm
二、人口爆炸增长对生物资源的压力
（一）人口爆炸对森林资源的压力森林是保持人类环境质量的重要因素，更是陆地生态系统的重要组成部分。但人口爆炸使得人们对土地以及木材的需求大量增加，越来越多的森林资源正在遭受破坏。在人类文明演进的历史长河中，全球森林面积的减少与人口增长的步伐一直是一致的。据估算，20世纪全球森林面积的减少量占了自渔猎文明至今森林面积减少总量的75%。
阅读材料：森林资源锐减的现状及原因一、现状大约一万年前，地球上曾草木繁盛，森林密布。后来由于毁林开荒、商业采伐及砍柴烧饭取暖，世界的森林面积由50亿公顷减至40亿公顷，减少了20%。其中，温带森林丧失的面积最大，约占总量的32-35%（表2-6）。
表2-6 地球上各带森林丧失的面积百分比类别
温带森林
亚热带森林
原始热带森林
热带常绿林
比例（%）
32-35
24-25
15-20
4-6

从1850-1980年，森林丧失最多的是非洲北部和中东（减少60%）、南亚（减少43%）。毁林速度最高的则是南美，达1.3%，亚洲次之（0.9%）。当前，国际社会最关注的是热带雨林的砍伐速度。根据联合国粮农组织（FAO）的估计，20世纪80年代初热带森林每年砍伐量为1130万公顷，而同期植树面积仅为110公顷，两者比例为10：1。在1991年年底公布的中期报告发现，热带森林砍伐每年几乎达1700万公顷，比前期增加了50%。最新的估计则更为惊人：巴西、哥斯达黎加、印度、缅甸、菲律宾、越南的森林砍伐率高得惊人。仅巴西的亚马逊森林，1987年就被砍伐800万公顷；印度的森林砍伐从每年的14.7万公顷增加到150万公顷，全国森林覆盖率由20世纪70年代初的16.9%下降到80年代初的14.1%;印度尼西亚最新估算出每年被砍伐森林90万公顷，比1980年上升50%；哥斯达黎加年森林砍伐速度高达7.6%。
二、原因世界森林资源的锐减是由多种原因造成的，其中最主要的是：
森林转化为耕地和牧场 人口的增长，不平等的土地分配制度，以及出口农产品的增加，大大减少了用于维持当地人民生存所必需的农田数量，于是迫使许多农民不得不砍掉原始森林种植粮食。据联合国粮农组织估计，迫于生计而把林地转变成耕地的数量占毁损总面积的45%。其中非洲70%的密闭林被砍伐，亚洲与美洲热带地区密闭林的砍伐数量分别达到50%和35%。在发展中国家，一般说来人口密度越高，森林砍伐越严重。如西非九国的人口密度比非洲其它地区高两倍，这里的森林损失占非洲热带地区的80%，每年密闭林减少约4-6%。毁林开荒的事例很多：1951-1976年间，印度森林的损失5%来自森林变农田。在泰国，皇家林业局经过30年的努力也没有能够阻止农民进入北部林区，那里的森林每年损失10万公顷。20世纪80年代的典型大概要算南美洲的巴西和秘鲁，这两个国家潮水般的移民砍光并烧掉大片森林，到1988年，森林砍伐面积已占该州面积的24%。秘鲁立法机关不顾巴西移民的经验教训，也无视世界舆论的反对，到1989年还通过了向亚马逊地区移民的法律。毁林放牧是拉美的特色。在过去的20年间，拉丁美洲有2000多万公顷热带雨林被改作为牧场，占该洲热带雨林面积的3%。这些牧场一半以上在巴西亚马逊地区，其余在墨西哥、哥伦比亚、秘鲁、委内瑞拉和中美诸国。中美洲牧场面积增长的绝对数虽然远远低于巴西，但就其自身而言却相当可观，1961-1978年间，牧场面积增加了一倍多，而相应地森林面积则减少了39%。
污染对森林的威胁 初步研究表明，空气污染和酸雨严重损害着森林。1983年秋季，前联邦德国经普查后向公众宣布，该国森林有34%变黄，树叶脱落，或表现出遭受损害的其他迹象。一年以后，受害森林扩大到50%。前联邦德国的发现促使其他欧洲国家也采取行动来评价本国森林的状况。
来自薪柴与木制产品需求的压力 世界上有1/3的人口把薪柴作为主要炊事燃料，发展中国家的比例更高，依赖薪柴的人达到2/3。随着人口的增加，对薪柴需求的压力日益增长。据联合国粮农组织统计，1980年发展中国家有近12亿人靠砍树来满足其薪柴需求，该组织推测，到2010年前后，缺少薪柴或以滥伐为生的人口数量将达到24亿。毫无疑义，薪柴的短缺势必导致更大规模的毁林。
薪柴不仅是家庭的主要能源，在很多国家也是全部耗能活动的能源保障，如非洲不少国家薪柴在全部能源消费总量中占70%以上，布基那法索高达96%。亚洲的尼泊尔，94%的能源要靠薪柴提供。显然，薪柴与木炭一旦被作为工业能源，只能加剧毁林。
从全球来看，生活水平的提高增加了对建筑木材、家具和其他木制产品的需求。而用以制造它们的树木种类选择性较强，因此在砍伐过程中，往往要毁掉那些非砍伐目标树木。据估算，在典型的伐木作业中，一定面积内砍伐10-20%的树，要以毁掉另外30-50%的树木为代价。
（二）人口爆炸对草场资源的压力草场也叫草地或草原，是地球半干旱地区分布的主要生态系统类型。全世界草场面积约30亿公顷，占全球陆地面积的22%。草场具有巨大的生产力和经济价值，它为人类提供了大量的肉类、乳制品、皮革和动物纤维；而且还具有更重要的生态意义——草场覆盖地区可以防止风沙侵蚀，涵养水源，保护土地，净化大气，美化环境。
人口的急速增长使得人们对草场的利用程度升高，然而，不幸的是几乎世界各地都存在对牧场管理不善的现象。不合理开垦，过度放牧，重用轻养，使草原生态系统造成严重的破坏，致使生产能力下降，产草减少和质量衰退。如北非、西亚等地区的牧场发生退化，造成了沙漠扩大；许多热带、亚热带地区草场的退化，造成了严重的水土流失。
就中国而论，目前全国已有退化草原面积8700公顷。草原生态建设投资大，周期长，见效慢，而工农业的发展又将占用草地3300公顷，所以草原退化与减少的状况近期还难以发生根本性改变。另外，草原生产力明显受气候因素影响，特别是近年来由于全球气候异常，中国北方草原地区降雨量减少，例如内蒙古东部地区，20世纪80年代与60年代相比，年均降雨量由400-500mm下降到250-350mm，严重影响草原产草的质量。广大边远地区的农牧民，为解决生活燃料的短缺，不得不砍伐和采挖疏林和灌丛，更增加了中国草原植被恢复的难度，进而影响到中国畜牧业的发展。
三、人口爆炸对水资源的压力水是生命的摇篮。随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对水的需求量也在急剧增长。公元前，一个人一天耗水12L，到了中世纪增加到20-40L，18世纪增加到60L，当前欧美一些大城市每人每天耗水达500L，全年人均耗水量超过104m3。世界粮农组织对全球用水量预测结果表明，随着人口的增加，2010年左右世界人均占有水量相对减少24%。
虽然目前世界水资源总量尚可满足人类用水需要，但因水资源分布的地区性差异，许多地区人均可利用水资源量不足，而人口爆炸又加重了饮用、卫生、生产、灌溉等方面的用水负担；同时人口的增长使得污水量也相应增长，从而进一步减少了清洁的水资源，更加剧了水资源短缺问题。
四、人口爆炸对气候资源影响人口急速增长以及人民生活水平的提高，使得生活和工业生产的污染物质（二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物）及废热增加，从而导致了酸雨、光化学烟雾等区域大气环境问题的严重化以及温室效应、臭氧层破坏等全球性问题的出现，同时，对降水的时间及空间分布规律也产生了一定的影响。
五、人口爆炸对矿产资源的压力矿产资源是人类赖以生存和发展的物质基础。人类的文明程度，人类社会的进步程度，很大程度上决定于矿产资源的开发利用水平，它在国民经济与社会发展中占有极其重要的地位。随着人口的增长，人类对矿产资源利用的深度与广度较过去大得多，由此带来了两个方面的危机。
（一）矿产资源的耗竭绝大多数矿产资源是不可再生的，而且即使能被高效率地重复使用还会存在净损失。因此，增加开采量来满足新增长人口对矿产资源需求的方式已不可避免。
当前世界各国对矿产资源消耗存在着巨大的差异（表2-7）。占世界人口30%的发达国家对各种矿物的消耗量大约占世界总消耗量的90%，其中美国主要矿物的消耗量是世界其他发达国家平均消耗量的2倍，是不发达国家的几十倍之多，假如现在世界各国都按美国的方式来耗用矿产资源，多种矿物将会在未来10年内耗尽。
表2-7 1966-1969年间主要矿物人均年耗用量（单位：公斤/人）
国家
粗钢
铝
锌
精铜
总用量
美国
660
16.9
6.0
9.3
10000
其它发达国家
366
7.3
3.3
4.8
3500
发展中国家
18
0.2
0.17
0.15
330

（二）矿产资源开发对环境的影响第一，在矿产资源的采、选、冶过程中，排放的大量废石、尾矿占用或破坏了不少土地，其中不少为良田或可以改造为良田的土地。第二，在矿产资源的采、选、冶过程中，产生的矿山污水会危及周围环境，破坏生态系统，影响人类正常的生活与工作。当有毒元素或重金属侵入食物链时，会给人类带来潜在的威胁，甚至引发环境公害，20世纪三十年代日本发生的富山事件就是一个典型的事例。第三，露天采矿以及地下开采时的穿孔、爆破以及矿石、废石的装载运输过程中产生的粉尘，废石氧化过程中释放出的大量有害气体，废石风化形成的细粒物质，以及尾矿风化物等，在干燥气候与大风作用下将会产生沙尘暴，对区域空气环境造成污染。第四，大面积开矿甚至乱采滥挖，造成地层悬空，引起地表塌陷。据报道，中国煤炭开采目前造成塌陷面积已达到14万公顷，其中耕地7.3公顷，并还将以每年2万公顷的速度递增。另外，海洋矿产资源不断开发，所带来的海洋环境问题也不容忽视。
第三节 影响人口总量与分布的因素
一、自然因素
（一）对人口总量的影响自然因素是影响人口总量的一个重要因素，尤其在生产力低下的渔猎文明时期与农业文明时期。那时自然条件对粮食生产起决定作用，风调雨顺的年份意味着丰衣足食、国泰民安，人口就会有较大的增长。相反，如果气候反常，旱涝灾害不断，粮食就会减产，如果统治者不能合理调配资源，饥荒就不可避免，人口增长就会减缓，甚至人口总量下降，社会矛盾由此激发，农民起义往往是在此时发生。
（二）对人口分布的影响人口分布受到自然、经济、社会、技术和环境等各种因素的制约，其中自然条件对人口分布的影响极大。因为人类总是选择最适于自己生存的自然环境从事生产与生活。从水平分布来看，人口明显地集中在南北纬20-60度、距海岸200公里以内的范围（见表2-8、表2-9）。从垂直分布来看，人口明显集中在海拔1000m以下的地区，见表2-10。纬度、距海远近和海拔高度的影响，主要取决于气候条件，特别是水热条件的结合状况。北半球温带、暖温带、亚热带地区陆地面积分布连片，资源丰富，经济开发历史悠久，因此人口分布密集。
表2-8 人口纬度分布趋势纬度
北纬600o
以上
北纬60o-40o
北纬40o-20o
北纬20o-0o
南纬
0o-20°
南纬20o-40o
南纬40o以上
人口占世界（%）
0.4
30.0
49.4
10.4
6.1
3.5
0.2

表2-9 距海岸200公里范围内的面积和人口比重（%）
洲别
欧洲
亚洲
非洲
北美洲
南美洲
大洋洲
世界
面积
48.7
26.9
19.4
38.5
26.8
44.2
30.1
1950年人口
54.9
47.3
45.1
51.3
62.8
94.3
50.3

表2-10 人口垂直分布趋势海拔（米）
200以下
200-500
500-1000
1000-1500
1500-2000
2000以上
人口占世界%
56.2
24.0
11.6
4.4
2.3
1.5

人类赖以生存的自然环境对人口的分布有着重大的影响（当然不是决定性的影响）。人类在利用自然时，首先是选择能够获得更多经济效益的地方。自然环境对人口分布的影响大致有这样几方面：
气候 如果我们把世界人口分布图和世界气候图对照起来看，就发现世界人口主要分布于温带（占世界人口总数的47%），其次是热带（30%），再次是干旱及半干旱地带（12%）和寒温带（11%）。当然，各带内人口的地区分布也不均衡，如温带的沿海地区和内陆地区人口密度相差悬殊；热带的撒哈拉沙漠人口密度很小，但其中的某些绿洲地区人口则较稠密一些。目前有许多地区由于气候条件恶劣（如南极大陆内部，海拔5000米以上的高山和干旱沙漠等地），尚不适于人们长期定居。但是，随着生产力的发展，人们一定能逐渐地征服过去认为不适于居住的地区。
地形 一般说来，平原有利于人类的生产活动和对外流通，地势愈高，人口愈少。据统计，世界人口的56.2%集中分布在海拔200m以下的地区。200-500m地区的人口占世界总人口的24%，1500-2000m占11.6%，1000-1500m占4.4%，1500-2000m占2.3%，2000m以上地区占世界总人口的1.5%。某些国家，人口多分布于平原地区，这与该国的历史，过去的社会制度以及生产力发展水平息息相关。如中国和印度几千年来都以农业立国，长期来生产力发展水平较低，便于发展农业的平原地区很早就被人们开发利用，致使大部分人口集中于平原地区。当然人口集中于平原地区是受到自然因素的影响，但决不是自然条件决定的。例如，澳大利亚的人口所以集中于东南低地一带，这与殖民制度以及英国殖民的历史有密切联系。
水资源 水是人类生存必要的物质条件之一。人类不仅自己需用大量的水，而且供人类生活、生产用的农作物和牲畜离开水也不能生存。据统计，现代工业对水的需要量比对各种燃料与原料的需要总量约大5-6倍。因此某些大河流域（如长江，珠江，尼罗河，多瑙河，伏尔加河等），往往是人口密集的地区。但也不尽然，如亚马逊河，刚果河流域人口就较为稀少。而一些水源不足的地区，由于其他因素的影响，也有可能会集中比较多的人口，智利北部的沙漠地区由于硝石的开采而使人口密度逐渐增大，就是一个实例。
土壤 土壤对农业生产有着特别重要的意义。农业发达地区通常人口密度比较大，比如像乌克兰的黑土地带、尼罗河三角洲、中国珠江三角洲和长江三角洲等地区。但是，也不是所有肥沃的土壤都能集中大量人口，例如我国东北大平原土壤很肥沃，但在清统治者入关之前，那里却极为荒凉。
矿产资源 矿产资源对人口分布的影响通常有时间性。智利北部硝石开采之后吸引了大量人口。1851年澳大利亚金矿开采之后，英国掀起了向澳大利亚移民的高潮，使该地区的人口密度迅速增大。但是也有许多地区虽然蕴藏着丰富的矿产资源，却至今仍然没有聚集起很多人口。可见，只有矿产资源被开采，矿区才会吸引大量人口迁入，例如：委内瑞拉的石油区首次集中了大量人口发生在一战后帝国主义对其进行掠夺式开采时。矿产资源吸引人口还有另外一个特点：矿产资源一旦开采完，集中的人口也将随之转移。例如澳大利亚西部金矿区，目前几乎荒无人烟。
二、社会因素
（一）对人口总量的影响社会的安定状况以及相应的人口政策对人口总量影响很大。
正如阅读资料“中国历史上的人口变迁”所述，中国历史上社会的循环波动影响了人口的循环波动。一般来说，社会动荡不安、战乱纷飞的年代，人口的增长缓慢甚至出现人口回落，古代历次改朝换代时期以及我国解放前的战争时期即是如此；而政局稳定，社会安定时，往往会出现稳定的人口增长，如我国于1949年新政府成立后人口数量越来越大。
在我国，政策法规对人口总量的控制有效而直接。自20世纪七十年代，我国政府实行了计划生育政策。最新的统计资料表明，中国自实行计划生育以来，人口过快增长的势头已经得到了有效的控制，30年来中国累计少生了3亿人口，现在人口的自然出生率已降到了9.53‰，对缓解全球人口压力作出了重要贡献。图2-3展示了1950-2050年不同生育率水平下全球的人口总量。


图2-3 1950-2050年不同生育率水平下全球的人口总量（联合国人口司）
（二）对人口分布的影响人口分布受社会历史条件的直接影响。以前尚不适于人居住的某些地区，在生产力得到提高和社会制度更加完善以后，很可能随着条件的改变人口会逐渐增多起来。
生产方式 不同的历史时期，有着不同的生产关系，它制约着生产力的发展，也制约着人口分布。石器时代由于生产力水平低下，人们对自然环境的依赖程度很大，采集和狩猎的活动，既影响人口的数量，也对人口的分布和流动起重要作用。随着社会第一次大分工，农业和畜牧业得到了发展，人类获得的食物和财富也有了增加，人口分布由迁徙不定转向定居。人口集中分布在河流的中下游地区、盆地、丘陵地区。进入阶级社会后，农业生产有了较快发展，为供养更多的人口提供了可能性，人口密度得以增加。封建社会的瓦解，资本主义生产方式的产生，农业生产商品化、专业化、区域化日益明显，农村剩余劳动力大量涌入城市，城市人口急剧增长，城乡人口的比例发生很大的变化。
生产布局 生产布局受生产力和生产关系的制约，在不同的社会经济形态下，生产布局具有各自的特点。18世纪的产业革命，由于采矿业的发展，在矿区出现了城镇和居民点。近代交通运输业的迅速发展也使人口分布发生了巨大影响，人口高度集中在城市及交通枢纽地区，而偏僻、落后地区，由于公路、铁路的修建、生产的发展，也引起了人口的集中。
其他社会文化因素 历史移民、政治、战争、宗教等因素也是影响人口分布的原因。今天的人口分布是历史时期人口分布的延续，因此，古代历史移民、民族大迁徙、近代大规模的国际人口流动、地理大发现、奴隶贸易对新旧大陆人口分布等，其影响都十分明显。政治因素是指国家间的政治关系变动、疆界的重新划定、国家制定的人口政策，这些对人口分布都有影响。战争的因素改变了局部人口分布的现状，大规模的难民外移、流离失所，使战争前后的人口分布状况有了明显的不同。宗教矛盾的冲突，疆域的变化，教徒的重新迁移既改变了领土现状，也使人口分布有了新的调整。此外，文化、教育、科技发展、风俗习惯等社会因素，对人口分布都有一定的影响。
三、经济因素
（一）对人口总量的影响经济水平一直是影响人口总量的重要因素。图2-5是一种理想的人口统计变化的阶段图。它表明了：一般意义上，世界各国的人口发展是如何从高出生率和高死亡率的缓慢增长过度到低出生率和低死亡率的缓慢增长的。从图中可看出，人口的增长经历了如下这样四个阶段：
第I阶段 在此阶段，人口增长的特征是两高一低，即高出生率、高死亡率和人口的低增长率。
第II阶段 在此阶段，较好的营养条件与公共卫生保健的改善造成了死亡率的下降，但却对出生率没什么影响，因而人口数量迅速增加。
第III阶段 在此阶段，婴儿死亡率的降低、城市化的发展以及教育水平的提高，使得人们不想多要孩子，因而造成出生率下降。这一时期的人口仍在增长，但增长速度放缓。其特征是高出生率、低死亡率和高增长率。
第IV阶段 在此阶段，家庭生育控制卓有成效，夫妇双方均外出参加工作，理想的（以及事实上的）每一家庭的小孩数量下降到两个，在经过一段时间之后，人口总量将实现零增长。



图2-4 人口发展变化的各个阶段
阅读材料：中国孩子的经济成本抚育孩子的经济成本由孩子出生前和出生后两大费用支出构成。孩子出生前的有关支出，即从母亲怀孕至孩子出生这段时期与孩子相关的费用估计平均为2771.44元。其中，占孩子出生前总费用比重名列前三名的是怀孕期间增加的营养费（39.69%）、住院接生费（21.41%）和婴儿用品预购费（20.91%）。有趣的是对胎儿的健康发育十分有益的胎教支出，却相当有限，只占3.04%，处于各项支出的倒数第一位，说明用母体食物进补来促进胎儿健康发育的传统方式在中国还很流行，而代表现代意识、更注重胎儿正常心智培养和开发的胎教还没有得到应有的重视。分析结果表明，男孩的妊娠费用（3313元）要比女孩的费用（2057元）高出61.1%，这高出部分主要体现在额外营养费、雇工照顾费和婴儿用品预购费上的男女的差别。生男孩的母亲要比生女孩的母亲多进补331元，高出36.4%;怀女孩的家庭几乎不请人帮忙，比怀男孩的家庭少支付183元的雇工照顾费；婴儿用品预购费的性别差异更大，男孩的预购费比女孩的高出604元，是女孩的3.6倍。这表明父母对男孩的偏爱在妊娠期间就已经有所表现了。
孩子出后，抚养其从0-16周岁的费用为119829.30元，再加上母亲怀孕分娩期间直接与孩子相关的费用2771.44元，1996年中国厦门孩子的平均经济成本或抚养总费用高达122600.74元。如果每个孩子都在母体居留10个月，即“十月怀胎”，那么平均每个孩子每月费用支出为572.90元。
从孩子的抚养费用构成来看，孩子的食品费用支出最多，为49214.75元，占总费用的比例高达41.07%。居第二位的是孩子的教育费用，为17573.21元，占总费用的14.67%。然后依次是家庭生活服务费（11981.93元，占10%）、衣着费用（11938.72元，占9.96%）、零花和压岁钱的支出（9336.03元，占7.79%）、文化娱乐活动的支出（7003.12元，占5.84%）、健康保险费（4543.05元，占3.79%）、日用品支出（4341.41元，占3.62%）和医疗保健费（3897.04元，占3.25%）。和厦门市城市居民家庭生活消费结构（1995年的数据）相比，孩子食品支出、衣着支出和日用品支出分别低出14.03(41.07-55.10%)、2.15(9.96-12.11%)和2.22(3.62-5.84%)百分点；而家庭生活服务费、医疗保健费、教育费用和文化娱乐支出则分别高出9.19(10-0.81%)、1.34(3.25-1.91%)、11.31(14.67-3.36%)和3.90(5.84-1.94%)个百分点。
资料来源：叶文振，1998，《孩子需求论》，复旦大学出版社
（二）对人口分布的影响经济发展水平 一般来说，经济发展水平较高的地区往往是人口稠密的地区。如原苏联人口主要集中于欧洲部分，这主要是由于过去欧洲部分集中了全苏联80%的工业生产和大部分农业生产；美国人口密集于东北部地区，也是因为该地区经济发达的缘故。但是人口分布的密度并不能完全说明一个国家经济发展的水平。如印度的人口密度比美国大，但是其经济发展水平却比美国落后得多。可见，人口分布的疏密，仅可作为判断一个地区经济发展水平的参考，而不是经济发展水平的唯一标志。
经济生产方式 在农业区，棉花、水稻等作物的分布区域人口相对稠密，因为这些作物的种植需要大量劳动力，同时，其单位面积产生的经济效益较大；而玉米，燕麦这些作物的分布区人口则比较稀疏，因为它们容易种植，单位面积的经济效益也相对较小。工业区一般比农业区人口稠密。表2-11是日本地理学家能登志雄等提供的经济活动与人口密度的关系模型，虽不是十分准确，但可以大致看出经济生产方式对人口分布的影响：工业和集约农业地区人口密度较高，原始的狩猎、渔业和畜牧业、林业和集约农业地区人口密度较为稀少。
表2-11 经济活动与人口密度经济活动类型
地域实例
人口密度概数（人/Km2）
原始狩猎、渔业
北部西伯利亚、格陵兰
0—13
畜、林业
澳大利亚、加拿大
3—15
初期农业
印度、缅甸
10—25
粗放农业
阿根廷、东非
25—50
集约农业
日本、中国、印度
50—75
初期工业
中国部分地区，印度部分地区
75—100
农工业混合
荷兰、日本平原地区
100—150
工业
英格兰、鲁尔区
150—300
城市中心地
世界各地
200—400以上

图2-6与2-7表明，工业发达地区正是世界人口最稠密的地区；工业文明和高级农业地区是人口比较稠密的地区；狩猎采集地区、畜牧、低级农业地区是人口密度较稀少的地区。


图2-5 世界经济地域类型


图2-6 世界人口分布
四、技术因素
（一）对人口总量的影响技术的进步及推广可促进社会生产力的发展，提高人们的生活水平并能养活更多的人口。例如农业革命使得世界人口在公元初始时代增加到2亿人，并于1650年增至5亿人。再往后，由于医学发展和工业革命的发生，人口出现了跃迁（如图2-7）。


图2-7 按对数绘制的人口总数增长曲线
但值得注意的是，虽然技术进步可以提高人口容量，但却可能因提高了生产率而导致某些行业劳动力的过剩，比如说机械化种田使得农业劳动人口相对过剩。
阅读材料 索维：技术进步可提高适度人口规模法国人口学家索维认为，技术进步有助于生活水平和最高人口都趋于提高，由于技术进步，人们可以生产更多的产品，加上必要的社会安排，就可以养活更多的人口，以图2-8为例：纵轴OY表示人均产量（或生活水平），横轴OX表示人口数量。曲线Ⅰ表示在初期技术水平下，人均产量随人口增长而变化的趋势。曲线Ⅱ表示在技术进步条件下，人均产量随人口增长而变化的趋势。当曲线Ⅰ达到最高点M0时，其对应的适度人口为N0；当曲线Ⅱ达到最高点M1时，其对应的适度人口为N1，图中可看出N1>N0，说明技术进步使适度人口提高了。


图2-8 技术进步提高适度人口规模
但技术进步的作用并非绝对，因为技术进步可分为四种类型：一是不增不减的技术进步；二是直接增人的技术进步，即通过扩大就业提高适度人口；三是直接减人的技术进步，这种技术间接存在减少人口的可能性；四是纯粹减人的“粗放型”技术进步，它将减少适度人口，如就耕种一块土地来说，工具或生产组织的改进将减少耕种所需的劳动力。
资料来源：杨云彦，人口、资源与环境经济学，中国经济出版社，121-122页
（二）对人口分布的影响渔猎文明时期的人们为了获取食物主要分布于河流与森林地区。
进入农业文明以后，由于农业技术的发展，人口开始在水土资源丰富的冲积平原与三角洲地区密集，如四大文明古国都是发源于河流的冲积平原：中国发源于黄河流域、古埃及发源于尼罗河流域、古巴比伦发源于两河流域（幼发拉底河和底格里斯河）、印度发源于印度河流域，这些河流的冲积平原地区都成为这些国家的人口密集区。
蒸汽机的发明后，工业迅猛发展，至二次大战爆发时，世界已形成了四大工业区：英国的英格兰中部、德国的鲁尔区、美国的五大湖地区、原苏联的顿巴斯—克里沃罗格地区，这些地区正是当前各国的人口稠密区。二战后，由于输送能源的技术及新能源技术的发展（管道输油、输气技术，核电技术），工业区不再落户在能源产地，而主要分布在交通便利、土地资源水资源丰富的地区，如日本的太平洋沿岸的濑户内海、京滨、阪神，这些地区的人口也逐渐增加。
而目前，由于自动化、信息技术的发展，生产率日益提高，工业所需的劳动力日益减少，工业区将不再是主要的人口稠密区，以第三产业为主的城市将富集更多的人口。
五、环境因素
（一）对人口总量的影响环境对人口的承载力是有限的，它是人口发展的约束条件。例如蒙古面积为156.65万平方公里，相当于十五个左右的江苏省，但人口只有200多万，只有江苏省人口的三十五分之一。原因就在于蒙古地处蒙古高原北部，地势高亢，为典型的大陆性高寒气候年降水量约200mm，气候干燥，生态环境极其脆弱。如果其人口总量超过了环境的容纳范围，资源被过度消耗，污染加剧……将导致人-环境关系的和谐度下降，对当地的生态环境产生巨大压力，而此时，人们只能通过迁移或者降低出生率来缓解这种压力。因此，环境规律是从根本上限制人口过度增长的一种规律。
（二）对人口分布的影响目前人口的迁移方向主要受经济因素的影响，一般而言，就业空间越大、平均工资越高的城市越能吸引大量人口迁入。但随着时间从工业文明向绿色文明过渡，城市环境质量的高低将成为影响人口分布主要因素之一。城市的环境质量越高，吸引人才与投资的机会就越大，反之则越小。中国的大连、珠海等城市在城市的环境建设方面走在全国的前列，这些城市将会在未来的城市竞争中占据先机。
六、五律协同看中国人口变化趋势
（一）五律协同看中国人口总量中国人口的出生率、死亡率、增长率自1949年至今经历过以下三个阶段：
1949年-20世纪50年代中期 新中国建立之初，战乱初平，人们在政治上、经济上获得了解放，具备了繁衍后代的较好条件。为了巩固刚刚诞生的人民政权，迅速恢复遭到战争破坏的国民经济，使社会秩序得到安定，人民得以休养生息，建设计划经济，政府在当时制定的人口政策倾向于鼓励多生。因此，这一时期，人口的出生率比较高。但由于当时经济水平的限制，人们的生活水平不高，医学条件有限，人们的平均寿命较短。因此人口发展呈现出高出生率，较高死亡率和较高增长率的特征。
20世纪50年代末-20世纪70年代末 1953年进行的第一次全国人口普查数据表明，当时，包括台湾、港澳、国外华侨和留学生在内的全中国人口总数达到60193万人，其中大陆人口达58060万人。人口基数之大，增长速度之快，引起党、政府和社会有识之士对人口问题的关注。这一时期，许多经济学家、社会学家和医学家纷纷在报刊上发表文章，参加座谈讨论，阐述控制人口增长、实行计划生育的必要性，提出解决中国人口问题、推行避孕节育的途径和建议。其中最具影响的就是著名经济学家马寅初发表的《新人口论》等有关人口问题的文章和讲话。它系统地阐述了作者的人口理论观点，提出了控制人口的主张和建议，受到当时国内外人士的广泛关注。计划生育政策于1953年间首次被提出。但1958年开始的“大跃进”运动导致了人口理论研究和生育宣传活动被迫停顿，计划生育工作自然地被搁置下来，因此，导致了人口出生率还在住高处走。而随着国民经济的发展，我国的医疗条件、医学水平有了明显提高，人口死亡率明显下降，因此呈现出高出生率，低死亡率，高增长率的人口特征。但这段时期，有一个例外：1959-1961年，中国国民经济发生严重困难，人口出生率下降，死亡率上升，人口增长陷于停滞。
20世纪80年代初——现在 1979年的改革开放政策使得我国经济在这一段时期开始腾飞，人们的生活质量越来越高，预期寿命也越来越长，而计划生育政策的实施（1982年，中共十二大报告正式把实行计划生育确定为我国的一项基本国策，自此计划生育工作在我国全面展开）、社会保障体系的日益完善、环境对人口总量的限制以及抚养小孩机会成本的升高使得中国的人口出生率有了明显的降低，目前有些地区已经出现零增长甚至负增长的情况（上海已经连续多年出现人口自然增长率为负的情况）。总的说来，该阶段人口呈低出生率，低死亡率，低增长率特征。
表2-12展示了1994-1999年我国人口和计划生育的主要统计数据。
表2-12 1994-1999年人口和计划生育主要统计数据项目
单位
1994
1995
1996
1997
1998
1999
年末总人口数
万人
119850
121121
122389
123626
124810
125909
出生率
‰
17.70
17.12
16.98
16.57
16.03
15.23
死亡率
‰
6.49
6.57
6.56
6.51
6.50
6.46
自然增长率
‰
11.21
10.55
10.42
10.06
9.53
8.77
出生人数
万人
2104
2063
2067
2038
1991
1909
参考资料：http://www.sfpc.gov.cn/cn/sfpcdata.htm
阅读材料 上海成为全国出生率最低城市上海市统计局日前发布的第五次人口普查信息表明，上海妇女生育水平为全国最低。从1999年11月1日至2000年10月31日，上海市共出生婴儿9.05万人，比1990年少了7.02万人；出生率仅为5.5‰。明显低于发达国家10‰的平均年出生率水平。
普查资料显示，2000年上海市妇女生育状况出现了一些新变化。一是育龄妇女生育率下降。二是育龄妇女比重上升。这是上海市医疗设施不断改善、医疗水平不断提高和优生优育的结果。从普查结果分析，影响该市妇女生育水平的因素，主要是文化程度与职业状况。文化程度越高的生育子女数越少（研究生与大学生的每个育龄妇女生育子女数均为0.33人，远远低于全国平均数）；职业科技含量越少的生育子女数越多（农林牧渔水利生产人员和商业服务人员平均生育子女数分别为1.34人和0.92人，均超过上海市平均水平）。
资料来源：http://www.enviroinfo.org.cn/Population/Family_Planning/d121919.htm
以解放后我国三个人口发展阶段为研究背景，从影响人口发展的五个因素考虑，我国将来人口总量的主要发展趋势为：
城市将是人口的自然负增长区 随着我国社会养老保险制度的完善、小孩从出生到长大成人所需的抚养精力和费用越来越高，城市工作与生活节奏的加快，人们对“养儿防老、无后为大”传统生育观念的态度将会发生巨大的转变。将来即使没有计划生育政策的限制，城市中的年轻夫妇也将更愿意只生一个小孩（甚至选择不生小孩），因此，这将使得城市成为中国人口的自然负增长区。
农村人口的自然增长率也会降低 随着农业产值在我国GDP中所占比重越来越小以及农业现代化的进程加速，需要留在农村务农的人将越来越少，更多的年轻人会离开农村进城打工。伴随着城市化进程的发展，农村将是向城市中二产、三产行业不断输送人口的“人口库”。计划生育的实施、平均受教育年限的增加、务农所需人数的减少等等将使我国农村人口的自然增长率逐年降低。
中国人口低出生率，低死亡率，低增长率的特征将继续加强 中国的人口总量将因其发展惯性而继续增加，但低出生率、低死亡率、低增长率的特征将保持下去并强化。到21世纪中叶，中国人口总量将达到顶峰，之后，可能出现一个人口负增长、人口总量回落过程。表2-13为联合国经济和社会事务部人口司秘书处对1995-2150世界主要地区人口预测的中方案。
我国城市已涌现一批人口结构为“八四二一”的（八个祖父母、四个父母、一对夫妇、一个小孩）的家庭，随着时间的推移以及预期寿命的延长，这种结构的家庭会逐渐增多。因此，在中国人口逐渐转为负增长的时候，人口也将逐渐进入老龄化阶段。人口的老龄化会带来劳动力下降、社会负担过重等棘手的问题，若解决不好，将会影响到中国的可持续发展。所以在人口增长速度逐渐减缓的过程中，政府也制定了一些针对计划生育的补充政策，如夫妻双方都是独生子女则可以生两个小孩等，以保证人口的可持续发展。
阅读资料：2070年全球人口将达90亿 世纪末老龄化问题严重
中国日报网站消息：英国《自然》杂志8月2日刊登的研究报告称，到2070年，世界人口总数将达到最高值90亿，之后就开始下降。这与以前的研究结果恰恰相反。
该报告说，全球人口将在2100年以前停止增长，这个情况发生的可能性为85%。到2100年，全球人口大约为84亿，这个数字比联合国预测的本世纪末人口规模整整少了10亿。届时，60岁以上老人占总人口的比例将从目前的10%猛增到34%。这表明，全球老龄化将会进一步加剧，远比现在西欧的老龄化问题还要严重。
研究者表示，到本世纪末，世界各地的人口特征都是老龄化。到那个时候，就连非洲撒哈拉沙漠以南地区的老龄人口的比例都会高于目前的欧洲。
在谈到中国人口时，科学家们说，目前中国和整个东南亚的人口都在12亿左右。不过3位参加研究的科学家预测，由于实行计划生育政策，到本世纪中叶的时候，中国人口将比整个东南亚少7亿。（许勤）
资料来源：2001年8月2日15:52 中国日报网站
表2-13 1995-2150世界主要地区人口预测（中方案）
年份
总量
非洲

欧洲
拉丁美洲和加勒比地区
北美洲
大洋州
亚洲，不包括中国和印度
中国
印度
人口（百万）
1995
5666
697
728
480
297
28
1282
1221
934
2000
6055
784
729
519
310
30
1391
1278
1014
2025
7824
1298
702
697
364
40
1912
1480
1330
2050
8909
1766
628
809
392
46
2262
1478
1529
2075
9319
2077
549
857
390
48
2423
1386
1589
2100
9459
2215
515
877
388
49
2476
1340
1600
2125
9573
2264
508
894
390
50
2512
1338
1617
2150
9746
2308
517
912
398
51
2558
1361
1642
占世界人口的百分比
1995
100
12
13
8
5
1
23
22
16
2000
100
12
13
8
5
1
23
22
16
2025
100
13
12
9
5
1
23
21
17
2050
100
17
9
9
5
1
24
19
17
2075
100
20
7
9
4
1
25
17
17
2100
100
22
6
9
4
1
26
15
17
2125
100
23
5
9
4
1
26
14
17
2150
100
24
5
9
4
1
26
14
17
资料来源：联合国经济和社会事务部人口司秘书处，“世界人口长期预测：
1998年修正版”（ESA/P/WP.153），1999
阅读资料：老龄化形势相当严峻 百名广州人老人13名本报讯（记者王洪伟、实习生卢海） 据最新统计，目前广州60岁以上的人口达86万多人，占总人口的13％左右，且正以年均3.43％的速度迅速递增。有关专家指出：广州市老龄化形势相当严峻。
1992年，广州市已进入人口老龄型城市行列。据预测，到2030年左右，全市老年人将占总人口的25％。老龄化问题已成为广州市不容忽视的重大社会问题。有关部门预测，广州在2035年前后老龄化将达到高峰，届时，老年人口将突破230万，占总人口的比重将超过25％。
值得注意的是，广州人口老龄化进程比全省要快。我省在1996年进入人口老龄化阶段，比全国早约4年，广州市则更早，而且进程将以比全省更急促的步伐迈进。全省预计在本世纪40年代中期人口老龄化水平达25％，而广州市则预计在30年代中期即达此水平，而且负担更重。
资料来源：http://www.sina.com.cn 2001年12月13日16:13 南方日报
（二）五律协同看中国人口分布未来50年中国的人口分布在五律协同作用下将会出现以下特点。
人口迁移走向 如前所述，农业现代化和农业GDP在GDP总量中的比重持续下降使得更多的年轻人进城打工、外出求学，因此，农村人口向城市迁移是今后50年中国人口迁陟的一种总趋势。我国东部经济发达的城市将吸引越来越多的人口前来就业和居住。
人口迁移方式 众多的农村人口不断进城打工，产生大量的民工流，随着产业升级，城市对低层次劳动力的需求日益减少，将来的民工流将逐渐回落。由于大学扩招政策的推行，学生流将成为今后我国城市化进程中最主要的人口迁移方式。莘莘学子通过求学落户城市，一方面为自己谋得了一个较好的生存空间，另一方面也成为城市的人才储备。随着国内的创业条件日益完善，将会吸引大量的出国留学人员回国创业，也会吸引部分外国高素质的人才进入中国，因此，技术流也将成为我国人口迁移的方式之一。
人口素质 未来50年中国人口的素质是一个不断提高的过程。大学扩招，高学历人口比例的增多，留学人员回国人数的增加……这些将会毫无疑问地提高我国的人口素质。而社会经济的稳定增长、就业空间的不断扩大将为我国高素质人才发挥才干提供保障。
第二章 人口与环境人类正面临着自身造成的重大挑战——人口增长和环境破坏。据统计，在中国，每过1.8秒就有一个孩子出生；在全球，人口正以日增25万人的速度飞速膨胀，动植物却以日减160种的速度不断消失。如何协调人口、环境、经济的关系成为当今人类面临的重大课题。
世界人口的进一步激增导致了人口与环境的矛盾日益尖锐，并引发了南北问题、资源耗竭、能源危机、生态失衡、环境恶化、精神贫困等一系列全球性问题。它们以前所未有的严重性和复杂性对人类文明提出了挑战。过去，人们常常把人口问题同环境问题区分开来，将它们看作不太相关的两种危机。而事实上，这两者是紧密联系的：人口的过度增长或萎缩将导致人口、环境与经济发展之间深层次的矛盾；而环境问题的日益严峻与妥善解决也将会影响人口的总量、素质与分布。
第一节 人口变迁
人类从出现到现在只有二、三百万年的历史，在这二、三百万年漫长的人类历史长河中，人口增长之路并不平坦，在绝大部分时期内（占了人类历史的90%以上），人类的生命繁衍受大自然的约束，整个地球人口稀少。人口的大发展主要发生在第二次世界大战后，如图2.1曲线所示，主要原因在于二战后全球的生产力有了极大的提高，社会稳定，经济繁荣。


图2-1 自公元前40000年开始的世界人口发展的估计
回望过去，展望未来，人类的文明演进大致经历了四个阶段：渔猎文明、农业文明、工业文明、绿色文明。图2-1表明，随着历史的更迭、文明的变迁，人口总量呈现阶梯式发展。
一、渔猎文明阶段渔猎文明（公元前200万年至公元前1万年）是人类由猿转变为人以后的第一个阶段。在此阶段，生存完全依赖于自然力初级转化的人类处在人—环境和谐关系的最低阶段——“适应生存”。饥饿、疾病、猛兽是该文明阶段中限制人口增长的主要因素。整个渔猎时期，全球人口没有超过1000万，该文明最后的二万年中也没有表现出任何稳定的人口增长迹象（见图2.1）。
根据19世纪收集到的资料，通过渔猎来获取食物，供养一个人平均需要约2平方公里的土地。因此一个40人的部落就需要100平方公里土地作为自己的领土（不同质量的土地，土地生产力不同，能供养的人口数也不同）。但是由于此时的社会形态是以原始工具、手工劳动、简单合作为特征的初级形态的生产力和以部落、家庭或社区交往为表征的简单的生产关系构成，人类的生存完全依赖于自然界所提供的食物资源的丰度和广度，人口总数很少且活动范围有限，因此人类对环境的改善与破坏作用都很小。
作为渔猎文明时期的人类，没有剩余产品，没有恒定的成功机会，人口总量很小，人类在很大程度上依赖于环境资源提供的恩赐，而其本身对环境的作用却微乎其微。
二、农业文明阶段人口开始出现较大的增长是在人类掌握了农业技术，进入农业文明阶段（公元前1万年至公元18世纪）以后。随着文明的不断演进，此时的人类已经能够利用自身的力量去影响和改变局部地区的生存环境：建屋造田，纺纱织布，饲养家畜，以马代步,荒芜之地渐渐变成了繁荣市井。在这一漫长的历史阶段，人类营造了灿烂的古代文化，推动了科学技术的进步，促进了社会生产力的发展，在无意识中达到了更高层次上的人与环境的和谐——“环境安全”段。进入农业文明后，人类依靠自然力的恩赐和生物资源的直接开发利用，逐渐摆脱了饥饿的束缚，医学开始萌芽，聚居地也渐渐远离野兽经常出没的地区，因此，人口得到了缓慢增长的机会。
由于农业社会中人类对自然规律认知上的局限和利用上的盲目，无度地向自然界索取就成了必然，于是也就不可避免地产生了一些环境问题。例如，发源于底格里斯河和幼发拉底河平原的古巴比伦文明的湮没，正是由于人类滥用自然，不合理地种植、灌溉造成了土壤彻底的破坏。所幸此时人类的绝对生存空间广博，原始的自然资源丰富，生态环境的自我调节能力较强，所以人类的生产活动虽曾在局部地域造成自然循环失衡以及人与自然和谐关系的松驰，但总体上并未构成生态环境危机。但是，局部生态破坏、自然灾害等影响造成了粮食产量降低，而人口又在不断地增长，因此导致了大饥荒，社会进入动荡时期，增长中的人口开始急剧下降；当人口总量跌入低谷后，由于人口的减少，对环境的破坏降低，农业生产开始恢复，社会逐渐稳定，人口开始逐渐上升，开始新的一轮人口增长的循环。因此，在整个农业文明时期，人口总量呈波浪式向前发展。
尽管农业文明时期，人口增长呈现波折，人口总的趋势却是不断增长的。在渔猎文明时期，“生产的手段”特别需要空间，平均每人需要2平方公里土地。而整个农业文明时期，供养一个人所需要的土地面积却在持续下降。中国改进农业效率的工作一直进行到20世纪初，一万年内，土地的生产能力增加了2万倍，这是人口能够不断上升的根本原因。在中国历史上，在秦汉至北宋期间，中国人口一直处于“增减循环”之中，人口总数始终在3000-5000多万之间起伏。到北宋，由于食物新品种的引进，也由于农具技术的改进，生产力水平有较大提高，才开始摆脱先前那种循环状态。但是，这并不意味着人地矛盾的消失，相反，人地矛盾始终存在，只不过由于生产力水平的提高，循环周期拉长了，并使得人口总量增加到一个新的高度。据估计，北宋时中国人口最多时可能已突破1亿大关。但是，由人地矛盾最终引发的改朝换代仍然不可避免，尽管周期更长了。这种情况持续到明清时代，由于生产力水平的再次提高，土地生产能力的提高，反映在人地关系上是人地比率的不断下降。中国历史上的人地比率变化如表2-1所示。
表2-1 中国历史上的人地比率变化：公元2-1893年年 份
2
105
146
961
1109
1393
1592
1680
1776
1893
人地比率（人/亩）
9.15
10.09
10.70
7.96
5.50
5.69
4.16
5.70
3.70
3.23

阅读材料：中国历史上的人口变迁中国历史人口的变化态势，与中国传统社会的历史变化态势相对应，那就是，人口的循环波动反映了社会的循环波动，社会循环波动的最重要表征，是朝代的更迭，即所谓“治乱循环”。每当一个新王朝开始时，社会趋于稳定，是为“治世”，人口依其稳定人口机制，以每年5‰-10‰的增长率持续增加；当人口增长到一定程度时，王朝衰败，社会动荡，开始进入“乱世”，“乱世”的极端表现就是改朝换代的大规模战争，持续数年的战争大规模消灭人口，使人口绝对数减少，进入低谷时期，直到又一个新王朝建立，开始新的一轮循环。所以，尽管就人口再生产机制而言，属于稳定人口范畴，但在不同社会条件下便出现了不同的人口变化态势，即“治世”人口增加，“乱世”人口减少，亦即“治乱循环”导致了“人口循环”。
那么，明清（或北宋）前后为什么呈现不同的循环态势呢？这与“治乱循环”的周期有关。明清（或北宋）以前，“治乱循环”频繁，“乱世”多于“治世”，往往人口尚未增长到一个新的历史高度就出现了使人口减少的“乱世”；而明清（或北宋）以后，“治乱循环”周期相对拉长，使“治世”多于“乱世”，在稳定人口机制下，人口增长不断达到新的历史高度，因而使人口总量直线持续攀升。
更进一步地，为什么明清（北宋）以前“治乱循环”周期短，而明清（或北宋）以后周期长呢？究其原因，当然与具体的历史条件相联系，然而，它是否也与人口增长本身有关呢？回答应当是肯定的。


图2-2 中国历史人口总量变化示意图
中国的传统社会是超稳定的农业社会，这种超稳定的农业社会是靠农业经济维持的，农业经济的增长主要依赖于两大要素，一是耕地，另一是劳动力。由于中国在秦汉时期即已形成精耕细作的生产方式，所以，农业经济的发展主要依靠不断地扩大耕地面积和不断地追加劳动力。稳定人口机制下的人口增长，一方面不断地提高对农业经济的食物需求；另一方面也不断地以新增的劳动力满足农业经济的需要。问题在于，在一定技术条件下，能够开垦利用的土地资源总是有限的，因而扩大耕地面积的努力是有限制的。所以，一方面是人口稳定增长产生持续扩大的食物需求；另一方面是受限制的耕地面积所能生产的食物愈益难以满足需求。这种由人地矛盾引发的食物供求矛盾日益激化，便引发了一系列的社会经济矛盾，如果社会无法克服这种矛盾，便爆发动乱而转为“乱世”。应当指出，对于中国传统社会来说，社会经济矛盾往往并非直接由人地矛盾引发，更多地与不公平的土地分配制度相联系，从历史考察中可知，土地兼并往往是各种社会经济矛盾的导火索，而人地矛盾则加剧了社会经济矛盾，并促使其爆发。相反地，“乱世”过后，人口减少，人地矛盾缓和了，各种社会经济矛盾也得到缓和，其结果，既形成了“治世”，也为人口的稳定增长创造了条件。只是，当人口增长到一定程度时，同样的矛盾仍将再次爆发，并构成“治乱循环”。明清（或北宋）以前正是这样反复循环的。
明清（或北宋）以后，循环周期之所以拉长，是因为“治世”时间延长了，而“治世”时间之所以能够延长，在很大程度上并非王朝的治世方略有什么不同，而主要在于农业经济发展了。农业经济所以得到发展，一方面是农业经济技术得到了进步，诸如引进农业技术、改良品种等，使单位产量提高了；另一方面扩大耕地面积的技术也进步了，使扩大耕地面积成为可能。这两方面因素的结合，使人地矛盾得以缓和，因而，人口也得以不断增加到新的历史高度。只是，由于没能控制人口增长，人地矛盾危机始终存在，并且仍然会在一定时期内爆发而使人口减少。其结果是，人口总量线在上升的同时也伴随着波动。
正是因为这样，中国历史人口在经历了上千年的水平总量线波动之后开始了沿上斜线攀升波动，使人口总量不断增加。这种增加的实质并没变化，即稳定人口机制下的人口增长，但总量扩大了，并且不断攀越“亿人线”，日显“膨胀”态势。因而，虽然这种增加不能称为真正意义上的“人口膨胀”，但可以看作稳定人口条件下的“人口膨胀”。相对地，对于现代以后的“人口膨胀”，可称之为“过度膨胀”。
资料来源：朱国宏，通向可持续发展的道路，复旦大学出版社出版，90-93页
阅读材料：中国历年人口总数表2-2 中国历年人口总数公元纪年
人口数（万人）
公元前5000年出现原始农业
493
公元前340年战国初期
3000
公元前221年秦朝初期
2000
公元前202年西汉初期
1300
公元2年西汉平帝元始二年
6300
公元157年东汉桓帝永寿三年
7200
公元265年三国末期
2500
公元300年晋惠帝永康元年
3379
公元368~407年十六国东晋中后期
3128
公元520年南北朝中期
5240
公元581年南北朝末期
4430
公元609年隋炀帝大业五年
5542
公元624年唐高祖武德元年
2274
公元755年唐玄宗天宝十四年
8775
公元860年唐懿宗咸通元年
6700
公元960年五代十国末期
3979
公元1110年宋徽宗大观四年
11946
公元1207~1223年南宋金章宗泰和七年—南宋宁嘉宗十六年
12540
公元1351年元惠宗至正十一年
9730
公元1566年明世宗嘉靖四十五年
16480
公元1661年清世祖顺治十八年
8490
公元1691年清圣祖康熙三十年
11023
公元1751年清高宗乾隆十六年
20560
公元1805年清仁宗嘉庆十年
33218
公元1851年清文宗咸丰元年
43216
公元1874年清穆宗同治十三年
35890
1912年中华民国元年
44294
1949年
54545
1950年
55196
1960年
66207
1970年
81235
1980年
98705
1990年
114333
2000年
129533

三、工业文明阶段
1768年，英国人詹姆斯·瓦特改良了蒸汽机，使之成为重要的生产工具，标志着人类文明进入一个崭新的阶段——工业文明阶段（公元18世纪至今）,人口的发展相应地进入了高速增长期。工业革命兴起到20世纪中后叶，人力资本迅速积聚，生产资本的功能极大拓展，人类的物质生活水平空前提高，人类对自然资源的利用强度和利用能力极大增强，人口的体质和素质得到了较大的改善，对自然灾害和社会风险的抵御能力有了较大的提高。工业文明给人类带来了充裕的物质和精神财富，与此同时，由于工业文明建立在对自然的粗放性、功利性、掠夺性和征服性的关系基础上，人们过分强调资本的发展，没有认识到人类与环境之间存在着协同发展的客观规律，导致人口过度增长，进而给土地资源、森林资源、能源、生存环境、工业生产和气候造成了日趋严重的压力，这不仅严重地制约了社会经济的进一步发展，而且还对人类的自身生存和延续构成了严惩威胁，例如二十世纪五十年代前后出现的马斯河谷烟雾等“八大公害”事件、以及当今的资源耗竭、生态失衡、环境恶化等全球问题。从此，人类与环境的关系进入了“环境健康”阶段。
在工业文明之前，人口过少对人类的生存产生巨大的压力，那时生产效率极其低下，人类只有将人口大量投入到粮食生产中去才能维持自身的生存。工业文明之后，化石能源取代了畜力，机器延伸了人的器官，社会化大生产替代了手工生产，人类的足迹几乎涉及地球生物圈的每一部位并开始干涉整个地球的生物化学循环，改变能量流动与物质循环，我们再也勿需花费与农业文明同样多的时间去获取食物。在科学技术文明领先的国家中，农林业的工作量仅占总量的5-10%，美国、英国和比利时等国家仅为2-3%。同时，食品的个人消费比重持续下降，在许多国家中它仅占总收入的1/4左右。于是，大量的人口转向其它产业，尤其以工业为主，从事农业生产的人口在总人口中的比重大大下降。人口过少而引起的生存危机，对于处于工业文明的人们来说，几乎不存在了，真正感到的压力反而来自人口的过快增长。
据有关资料分析，公元前8000年世界人口为500万，当时人口增加一倍约需1700年。公元0-1500年，世界人口经历1500年才由2.5亿增加到4.5亿。欧洲工业革命后，人口增加一倍的时间只需150年。公元1800年，世界人口首次达到10亿。130年后，1930年达到20亿。第二次世界大战后，人口增长更为迅速，1950-1980年世界人口年平均增长率达到19‰，从而使世界人口每增加10亿所需的时间大大缩短（见表2-3）。现在，全世界人口10年内就会增加两个欧洲，每14个月增加一个英国，每月增加一个瑞典或两个新西兰，每4天增加一个伯明翰，每秒钟增加3人。如果世界人口按照这个速度继续增加，到2330年，整个地球的表面，包括南极、北极、沙漠、海洋，每平方米就有一个人。到3545年，世界人口的总重量将等于地球的重量。显然，这种发展模式是不可持续的。
表2-3 每增加10亿人口的时间比较世界人口数（亿）
大致达到年份
每增加10亿所需时间（年）
10
1800
近300万
20
1930
约130
30
1960
约30
40
1975
约15
50
1987
约12
60
1999
约12

阅读资料：世界人口里程碑
表2-4 世界人口里程碑世界人口达到
年份
世界人口可能达到
年份
10亿
1804
70亿
2013
20亿
1927
80亿
2028
30亿
1960
90亿
2054
40亿
1974
100亿
2183
50亿
1987

60亿
1999
资料来源：联合国人口司
四、绿色文明阶段
20世纪六十年代，有识之士开始反思人类的发展模式，1987年，世界环境与发展委员会（WECD）在《我们共同的未来》（Our Common Future）中正式提出了可持续发展的理论模式。这一理论呼唤人类走进以善待自然，寻求人与自然的和谐及人与人的和谐，实现可持续发展为特征的崭新的文明时代——绿色文明。
人与人的和谐、人口与自然的协调发展是绿色文明的主题，绿色文明阶段人—环境和谐程度的标志是“环境安全”、“环境健康”、“环境舒适”和“环境欣赏”。在这一文明阶段，人口的增长将经历增长减缓、零增长、负增长、再到零增长的多个阶段，最终将趋向一个适宜的总量。
第二节 人口爆炸对环境的影响
20世纪50年代后，随着社会经济的迅速发展，各国工业以惊人速度增长，大量农村人口流入城市，特别是发展中国家人口爆炸式增长，城市数目不仅剧增，而且城市规模越来越大，功能也越加复杂，超级城市（人口超过800万的城市）从1950年的2个（纽约1230万人、伦敦870万人）增加到1995年的22个。其中人口排在世界前十位的城市如表2-5所示。
表2-5 1995年世界十个人口最多的城市城市
人口（百万）
1．东京（日本）
26.8
2．圣保罗（巴西）
16.4
3．纽约（美国）
16.3
4．墨西哥城（墨西哥）
15.6
5．孟买（印度）
15.1
6．上海（中国）
15.1
7．洛山矶（美国）
12.4
8．北京（中国）
12.4
9．加尔各答（印度）
11.7
10．汉城（韩国）
11.6
资料来源：联合国人口司
1984年8月墨西哥城召开了世界人口会议，会上专家纷纷就当时的人口问题发表言论，并达成共识：人口的增长速度已超过了自然资源的再生速度，人类将面临自然资源耗竭与环境破坏的威胁。
一、人口爆炸对土地资源的压力人类生存和社会发展都离不开土地。土地对于工商业和交通运输业等非农产业而言，只是地基和空间，充当立足点，但在农业生产中，它不仅是劳动力和其他生产资源的活动基地，而且直接参与产品的形成，是人类不可或缺的、最基本的生产资料和最重要的劳动对象。
由于生产力水平在短时间内提高有限，随着地球人口的剧增，维持人类生存发展将需要更多的土地。根据联合国预测资料，按目前45年的倍增期计算，1990年世界人口为53.2亿，2035年将增至106.4亿，2080年将达到212.8亿……800年后世界人口数将是千万亿的天文数字。若按每人平均占有陆地1.5m2，届时地球上全部土地，包括山脉、沙漠、甚至南极洲都为人们所居住，已经没有可供耕种的土地了。
阅读材料：地球极限人口的估算估算地球的极限人口，关键在于以什么样的生活水平作标准。如果以较低的生活水平为目标，世界耕地可供养的人口数很大。但是，研究未来最大可能开发的耕地可能供养的最高人口数量，只能取高食物消费水平和高生活水平作为推算基础。
如果仅就粮食而言，代表高食物消费水平、高生活水平的指标是人均占有1000公斤粮食。美国总统科学咨询委员会的农业专家认为，历史上人类曾经拥有375亿亩耕地，因此，现有的约200亿亩世界耕地远远低于历史最高水平。他们估算世界耕地还可比现在扩大1倍以上，即可扩大到479亿亩。他们认为，在今后农业科技进步的条件下，每亩耕地最高理论产量可比现在提高约7倍，达到亩产1000公斤的水平。
有了未来最大可能开发的耕地面积和最高粮食单产的数据，根据美国学者奥斯本提出的计算公式，便可估算世界未来可供养的最大人口。
奥斯本公式是：Y=R/P
其中：Y代表生活水平，R代表地球资源，P代表人口数量转换上述公式为:P=R/Y
其中：P代表人口数量，R代表粮食总产量，Y代表人均粮耗这样,按照上面提供的最大耕地面积479亿亩，以及平均每亩的最高粮食产量1000公斤和高生活水平人均年耗1000公斤粮食，便可推算出世界可供养的最高人口数为479亿。
然而，美国有些学者如斯泰林、冯赫姆斯特和勃林赫等人认为，这样的设想没有科学根据，因而，无法实现。按照他们的观点，为了保护环境不受严重污染，以及协调生命系统内部的相互联系，协调生命系统和环境系统之间的关系，即从保护未来的生态平衡出发，世界耕地面积能保持在现在的规模即210亿亩就算不错了。他们认为，地球上的土地确实还可开垦成耕地，而且不致破坏生态平衡，但另一方面，工业化和城市化的进程不会中止，还要占去一部分世界耕地。估计未来耕地新垦数量和占用数量大致可以相抵。至于平均每亩可以达到的最高粮食产量，他们认为，即便考虑到农业科技的进步，要使世界各国的粮食亩产水平达到1000公斤也困难。按他们的推算，世界平均最高亩产只能达到486.5公斤。
根据斯泰林等学者的推算，世界最大耕地面积210亿亩，最大单产486.5公斤，再加上高消费水平人均1000公斤粮食，世界耕地可供养的最高人口数约102亿。
在全球人均土地资源日趋减少的情况下，不合理的开发利用所造成的土壤荒漠化、盐碱化等问题更加重了土地资源的紧缺。
阅读材料：中国土地荒漠化现状分布中国是世界上荒漠化危害范围最广、程度最深的国家之一。其广阔的干旱、半干旱及部分湿润、半湿润地区上存在严重的荒漠化问题，危害着农田、牧场、交通及人民生活，造成土地生产力下降和环境退化。中国土地荒漠化是人口总量超出脆弱环境的承受能力所造成的。
我国荒漠化土地面积已达168.9万平方公里，占国土总面积的17.6％，并且正以每年2460平方公里的速度不断扩展。在地域上主要分布在中国北方，东起黑龙江，西至新疆，断续分布延伸长达5500km，涉及黑龙江、吉林、辽宁、内蒙古、河北、山西、陕西、宁夏、甘肃、青海和新疆等省（区）共212个旗、县。另外，中国南方的部分湿润地区也出现了土地荒漠化的问题。
中国荒漠化土地因所处自然地带的不同，其特征呈现出明显的区域差异性。
湿润及半湿润地带的荒化土地 主要分布在中国的三江平原、嫩江下游、黄淮海平原的中部和北部、江西南昌及鄱阳湖区、近3000km的沿海地带和海南岛西南部等地，约占中国荒漠化土地总面积的3.9%。该区的荒漠化土地仅出现于沙性物质丰富、人类活动强烈的地区，与河流沉积物及海岸沙质沉积物受风力吹扬有关。其特点是分布零散，面积不大，影响范围小，风沙景观一般只出现于干旱多风季节。
半干旱地区的荒漠化土地 主要分布在贺兰山与乌鞘岭一线以东、白城与康平一线以西，长城以北、国境线以南的呼伦贝尔、科尔沁、鄂尔多斯等地，即分布在内蒙古东部与中部、河北北部、山西西北、陕北与宁夏东南部。其都发生在干草原区及荒漠草原区，是中国荒漠化土地比较集中分布的地区，约占中国荒漠化地总面积的65.4%。它是过度的土地利用和干旱多风沙质地表环境相互作用的产物。
干旱荒漠地区的荒漠化土地 主要分布在中国的狼山、贺兰山和乌鞘岭一线以西的广大地区，较集中分布在一些大沙漠边缘（如阿拉善的中部、河西走廊、塔里木盆地等地区），占全国荒漠化土地面积30.7%。其特点是荒漠化的发生和发展主要与河流变迁、水资源利用不合理及绿洲边缘过度樵柴活动有关。
资料来源,http://www.din.net.cn/din1/welcome.htm
二、人口爆炸增长对生物资源的压力
（一）人口爆炸对森林资源的压力森林是保持人类环境质量的重要因素，更是陆地生态系统的重要组成部分。但人口爆炸使得人们对土地以及木材的需求大量增加，越来越多的森林资源正在遭受破坏。在人类文明演进的历史长河中，全球森林面积的减少与人口增长的步伐一直是一致的。据估算，20世纪全球森林面积的减少量占了自渔猎文明至今森林面积减少总量的75%。
阅读材料：森林资源锐减的现状及原因一、现状大约一万年前，地球上曾草木繁盛，森林密布。后来由于毁林开荒、商业采伐及砍柴烧饭取暖，世界的森林面积由50亿公顷减至40亿公顷，减少了20%。其中，温带森林丧失的面积最大，约占总量的32-35%（表2-6）。
表2-6 地球上各带森林丧失的面积百分比类别
温带森林
亚热带森林
原始热带森林
热带常绿林
比例（%）
32-35
24-25
15-20
4-6

从1850-1980年，森林丧失最多的是非洲北部和中东（减少60%）、南亚（减少43%）。毁林速度最高的则是南美，达1.3%，亚洲次之（0.9%）。当前，国际社会最关注的是热带雨林的砍伐速度。根据联合国粮农组织（FAO）的估计，20世纪80年代初热带森林每年砍伐量为1130万公顷，而同期植树面积仅为110公顷，两者比例为10：1。在1991年年底公布的中期报告发现，热带森林砍伐每年几乎达1700万公顷，比前期增加了50%。最新的估计则更为惊人：巴西、哥斯达黎加、印度、缅甸、菲律宾、越南的森林砍伐率高得惊人。仅巴西的亚马逊森林，1987年就被砍伐800万公顷；印度的森林砍伐从每年的14.7万公顷增加到150万公顷，全国森林覆盖率由20世纪70年代初的16.9%下降到80年代初的14.1%;印度尼西亚最新估算出每年被砍伐森林90万公顷，比1980年上升50%；哥斯达黎加年森林砍伐速度高达7.6%。
二、原因世界森林资源的锐减是由多种原因造成的，其中最主要的是：
森林转化为耕地和牧场 人口的增长，不平等的土地分配制度，以及出口农产品的增加，大大减少了用于维持当地人民生存所必需的农田数量，于是迫使许多农民不得不砍掉原始森林种植粮食。据联合国粮农组织估计，迫于生计而把林地转变成耕地的数量占毁损总面积的45%。其中非洲70%的密闭林被砍伐，亚洲与美洲热带地区密闭林的砍伐数量分别达到50%和35%。在发展中国家，一般说来人口密度越高，森林砍伐越严重。如西非九国的人口密度比非洲其它地区高两倍，这里的森林损失占非洲热带地区的80%，每年密闭林减少约4-6%。毁林开荒的事例很多：1951-1976年间，印度森林的损失5%来自森林变农田。在泰国，皇家林业局经过30年的努力也没有能够阻止农民进入北部林区，那里的森林每年损失10万公顷。20世纪80年代的典型大概要算南美洲的巴西和秘鲁，这两个国家潮水般的移民砍光并烧掉大片森林，到1988年，森林砍伐面积已占该州面积的24%。秘鲁立法机关不顾巴西移民的经验教训，也无视世界舆论的反对，到1989年还通过了向亚马逊地区移民的法律。毁林放牧是拉美的特色。在过去的20年间，拉丁美洲有2000多万公顷热带雨林被改作为牧场，占该洲热带雨林面积的3%。这些牧场一半以上在巴西亚马逊地区，其余在墨西哥、哥伦比亚、秘鲁、委内瑞拉和中美诸国。中美洲牧场面积增长的绝对数虽然远远低于巴西，但就其自身而言却相当可观，1961-1978年间，牧场面积增加了一倍多，而相应地森林面积则减少了39%。
污染对森林的威胁 初步研究表明，空气污染和酸雨严重损害着森林。1983年秋季，前联邦德国经普查后向公众宣布，该国森林有34%变黄，树叶脱落，或表现出遭受损害的其他迹象。一年以后，受害森林扩大到50%。前联邦德国的发现促使其他欧洲国家也采取行动来评价本国森林的状况。
来自薪柴与木制产品需求的压力 世界上有1/3的人口把薪柴作为主要炊事燃料，发展中国家的比例更高，依赖薪柴的人达到2/3。随着人口的增加，对薪柴需求的压力日益增长。据联合国粮农组织统计，1980年发展中国家有近12亿人靠砍树来满足其薪柴需求，该组织推测，到2010年前后，缺少薪柴或以滥伐为生的人口数量将达到24亿。毫无疑义，薪柴的短缺势必导致更大规模的毁林。
薪柴不仅是家庭的主要能源，在很多国家也是全部耗能活动的能源保障，如非洲不少国家薪柴在全部能源消费总量中占70%以上，布基那法索高达96%。亚洲的尼泊尔，94%的能源要靠薪柴提供。显然，薪柴与木炭一旦被作为工业能源，只能加剧毁林。
从全球来看，生活水平的提高增加了对建筑木材、家具和其他木制产品的需求。而用以制造它们的树木种类选择性较强，因此在砍伐过程中，往往要毁掉那些非砍伐目标树木。据估算，在典型的伐木作业中，一定面积内砍伐10-20%的树，要以毁掉另外30-50%的树木为代价。
（二）人口爆炸对草场资源的压力草场也叫草地或草原，是地球半干旱地区分布的主要生态系统类型。全世界草场面积约30亿公顷，占全球陆地面积的22%。草场具有巨大的生产力和经济价值，它为人类提供了大量的肉类、乳制品、皮革和动物纤维；而且还具有更重要的生态意义——草场覆盖地区可以防止风沙侵蚀，涵养水源，保护土地，净化大气，美化环境。
人口的急速增长使得人们对草场的利用程度升高，然而，不幸的是几乎世界各地都存在对牧场管理不善的现象。不合理开垦，过度放牧，重用轻养，使草原生态系统造成严重的破坏，致使生产能力下降，产草减少和质量衰退。如北非、西亚等地区的牧场发生退化，造成了沙漠扩大；许多热带、亚热带地区草场的退化，造成了严重的水土流失。
就中国而论，目前全国已有退化草原面积8700公顷。草原生态建设投资大，周期长，见效慢，而工农业的发展又将占用草地3300公顷，所以草原退化与减少的状况近期还难以发生根本性改变。另外，草原生产力明显受气候因素影响，特别是近年来由于全球气候异常，中国北方草原地区降雨量减少，例如内蒙古东部地区，20世纪80年代与60年代相比，年均降雨量由400-500mm下降到250-350mm，严重影响草原产草的质量。广大边远地区的农牧民，为解决生活燃料的短缺，不得不砍伐和采挖疏林和灌丛，更增加了中国草原植被恢复的难度，进而影响到中国畜牧业的发展。
三、人口爆炸对水资源的压力水是生命的摇篮。随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对水的需求量也在急剧增长。公元前，一个人一天耗水12L，到了中世纪增加到20-40L，18世纪增加到60L，当前欧美一些大城市每人每天耗水达500L，全年人均耗水量超过104m3。世界粮农组织对全球用水量预测结果表明，随着人口的增加，2010年左右世界人均占有水量相对减少24%。
虽然目前世界水资源总量尚可满足人类用水需要，但因水资源分布的地区性差异，许多地区人均可利用水资源量不足，而人口爆炸又加重了饮用、卫生、生产、灌溉等方面的用水负担；同时人口的增长使得污水量也相应增长，从而进一步减少了清洁的水资源，更加剧了水资源短缺问题。
四、人口爆炸对气候资源影响人口急速增长以及人民生活水平的提高，使得生活和工业生产的污染物质（二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物）及废热增加，从而导致了酸雨、光化学烟雾等区域大气环境问题的严重化以及温室效应、臭氧层破坏等全球性问题的出现，同时，对降水的时间及空间分布规律也产生了一定的影响。
五、人口爆炸对矿产资源的压力矿产资源是人类赖以生存和发展的物质基础。人类的文明程度，人类社会的进步程度，很大程度上决定于矿产资源的开发利用水平，它在国民经济与社会发展中占有极其重要的地位。随着人口的增长，人类对矿产资源利用的深度与广度较过去大得多，由此带来了两个方面的危机。
（一）矿产资源的耗竭绝大多数矿产资源是不可再生的，而且即使能被高效率地重复使用还会存在净损失。因此，增加开采量来满足新增长人口对矿产资源需求的方式已不可避免。
当前世界各国对矿产资源消耗存在着巨大的差异（表2-7）。占世界人口30%的发达国家对各种矿物的消耗量大约占世界总消耗量的90%，其中美国主要矿物的消耗量是世界其他发达国家平均消耗量的2倍，是不发达国家的几十倍之多，假如现在世界各国都按美国的方式来耗用矿产资源，多种矿物将会在未来10年内耗尽。
表2-7 1966-1969年间主要矿物人均年耗用量（单位：公斤/人）
国家
粗钢
铝
锌
精铜
总用量
美国
660
16.9
6.0
9.3
10000
其它发达国家
366
7.3
3.3
4.8
3500
发展中国家
18
0.2
0.17
0.15
330

（二）矿产资源开发对环境的影响第一，在矿产资源的采、选、冶过程中，排放的大量废石、尾矿占用或破坏了不少土地，其中不少为良田或可以改造为良田的土地。第二，在矿产资源的采、选、冶过程中，产生的矿山污水会危及周围环境，破坏生态系统，影响人类正常的生活与工作。当有毒元素或重金属侵入食物链时，会给人类带来潜在的威胁，甚至引发环境公害，20世纪三十年代日本发生的富山事件就是一个典型的事例。第三，露天采矿以及地下开采时的穿孔、爆破以及矿石、废石的装载运输过程中产生的粉尘，废石氧化过程中释放出的大量有害气体，废石风化形成的细粒物质，以及尾矿风化物等，在干燥气候与大风作用下将会产生沙尘暴，对区域空气环境造成污染。第四，大面积开矿甚至乱采滥挖，造成地层悬空，引起地表塌陷。据报道，中国煤炭开采目前造成塌陷面积已达到14万公顷，其中耕地7.3公顷，并还将以每年2万公顷的速度递增。另外，海洋矿产资源不断开发，所带来的海洋环境问题也不容忽视。
第三节 影响人口总量与分布的因素
一、自然因素
（一）对人口总量的影响自然因素是影响人口总量的一个重要因素，尤其在生产力低下的渔猎文明时期与农业文明时期。那时自然条件对粮食生产起决定作用，风调雨顺的年份意味着丰衣足食、国泰民安，人口就会有较大的增长。相反，如果气候反常，旱涝灾害不断，粮食就会减产，如果统治者不能合理调配资源，饥荒就不可避免，人口增长就会减缓，甚至人口总量下降，社会矛盾由此激发，农民起义往往是在此时发生。
（二）对人口分布的影响人口分布受到自然、经济、社会、技术和环境等各种因素的制约，其中自然条件对人口分布的影响极大。因为人类总是选择最适于自己生存的自然环境从事生产与生活。从水平分布来看，人口明显地集中在南北纬20-60度、距海岸200公里以内的范围（见表2-8、表2-9）。从垂直分布来看，人口明显集中在海拔1000m以下的地区，见表2-10。纬度、距海远近和海拔高度的影响，主要取决于气候条件，特别是水热条件的结合状况。北半球温带、暖温带、亚热带地区陆地面积分布连片，资源丰富，经济开发历史悠久，因此人口分布密集。
表2-8 人口纬度分布趋势纬度
北纬600o
以上
北纬60o-40o
北纬40o-20o
北纬20o-0o
南纬
0o-20°
南纬20o-40o
南纬40o以上
人口占世界（%）
0.4
30.0
49.4
10.4
6.1
3.5
0.2

表2-9 距海岸200公里范围内的面积和人口比重（%）
洲别
欧洲
亚洲
非洲
北美洲
南美洲
大洋洲
世界
面积
48.7
26.9
19.4
38.5
26.8
44.2
30.1
1950年人口
54.9
47.3
45.1
51.3
62.8
94.3
50.3

表2-10 人口垂直分布趋势海拔（米）
200以下
200-500
500-1000
1000-1500
1500-2000
2000以上
人口占世界%
56.2
24.0
11.6
4.4
2.3
1.5

人类赖以生存的自然环境对人口的分布有着重大的影响（当然不是决定性的影响）。人类在利用自然时，首先是选择能够获得更多经济效益的地方。自然环境对人口分布的影响大致有这样几方面：
气候 如果我们把世界人口分布图和世界气候图对照起来看，就发现世界人口主要分布于温带（占世界人口总数的47%），其次是热带（30%），再次是干旱及半干旱地带（12%）和寒温带（11%）。当然，各带内人口的地区分布也不均衡，如温带的沿海地区和内陆地区人口密度相差悬殊；热带的撒哈拉沙漠人口密度很小，但其中的某些绿洲地区人口则较稠密一些。目前有许多地区由于气候条件恶劣（如南极大陆内部，海拔5000米以上的高山和干旱沙漠等地），尚不适于人们长期定居。但是，随着生产力的发展，人们一定能逐渐地征服过去认为不适于居住的地区。
地形 一般说来，平原有利于人类的生产活动和对外流通，地势愈高，人口愈少。据统计，世界人口的56.2%集中分布在海拔200m以下的地区。200-500m地区的人口占世界总人口的24%，1500-2000m占11.6%，1000-1500m占4.4%，1500-2000m占2.3%，2000m以上地区占世界总人口的1.5%。某些国家，人口多分布于平原地区，这与该国的历史，过去的社会制度以及生产力发展水平息息相关。如中国和印度几千年来都以农业立国，长期来生产力发展水平较低，便于发展农业的平原地区很早就被人们开发利用，致使大部分人口集中于平原地区。当然人口集中于平原地区是受到自然因素的影响，但决不是自然条件决定的。例如，澳大利亚的人口所以集中于东南低地一带，这与殖民制度以及英国殖民的历史有密切联系。
水资源 水是人类生存必要的物质条件之一。人类不仅自己需用大量的水，而且供人类生活、生产用的农作物和牲畜离开水也不能生存。据统计，现代工业对水的需要量比对各种燃料与原料的需要总量约大5-6倍。因此某些大河流域（如长江，珠江，尼罗河，多瑙河，伏尔加河等），往往是人口密集的地区。但也不尽然，如亚马逊河，刚果河流域人口就较为稀少。而一些水源不足的地区，由于其他因素的影响，也有可能会集中比较多的人口，智利北部的沙漠地区由于硝石的开采而使人口密度逐渐增大，就是一个实例。
土壤 土壤对农业生产有着特别重要的意义。农业发达地区通常人口密度比较大，比如像乌克兰的黑土地带、尼罗河三角洲、中国珠江三角洲和长江三角洲等地区。但是，也不是所有肥沃的土壤都能集中大量人口，例如我国东北大平原土壤很肥沃，但在清统治者入关之前，那里却极为荒凉。
矿产资源 矿产资源对人口分布的影响通常有时间性。智利北部硝石开采之后吸引了大量人口。1851年澳大利亚金矿开采之后，英国掀起了向澳大利亚移民的高潮，使该地区的人口密度迅速增大。但是也有许多地区虽然蕴藏着丰富的矿产资源，却至今仍然没有聚集起很多人口。可见，只有矿产资源被开采，矿区才会吸引大量人口迁入，例如：委内瑞拉的石油区首次集中了大量人口发生在一战后帝国主义对其进行掠夺式开采时。矿产资源吸引人口还有另外一个特点：矿产资源一旦开采完，集中的人口也将随之转移。例如澳大利亚西部金矿区，目前几乎荒无人烟。
二、社会因素
（一）对人口总量的影响社会的安定状况以及相应的人口政策对人口总量影响很大。
正如阅读资料“中国历史上的人口变迁”所述，中国历史上社会的循环波动影响了人口的循环波动。一般来说，社会动荡不安、战乱纷飞的年代，人口的增长缓慢甚至出现人口回落，古代历次改朝换代时期以及我国解放前的战争时期即是如此；而政局稳定，社会安定时，往往会出现稳定的人口增长，如我国于1949年新政府成立后人口数量越来越大。
在我国，政策法规对人口总量的控制有效而直接。自20世纪七十年代，我国政府实行了计划生育政策。最新的统计资料表明，中国自实行计划生育以来，人口过快增长的势头已经得到了有效的控制，30年来中国累计少生了3亿人口，现在人口的自然出生率已降到了9.53‰，对缓解全球人口压力作出了重要贡献。图2-3展示了1950-2050年不同生育率水平下全球的人口总量。


图2-3 1950-2050年不同生育率水平下全球的人口总量（联合国人口司）
（二）对人口分布的影响人口分布受社会历史条件的直接影响。以前尚不适于人居住的某些地区，在生产力得到提高和社会制度更加完善以后，很可能随着条件的改变人口会逐渐增多起来。
生产方式 不同的历史时期，有着不同的生产关系，它制约着生产力的发展，也制约着人口分布。石器时代由于生产力水平低下，人们对自然环境的依赖程度很大，采集和狩猎的活动，既影响人口的数量，也对人口的分布和流动起重要作用。随着社会第一次大分工，农业和畜牧业得到了发展，人类获得的食物和财富也有了增加，人口分布由迁徙不定转向定居。人口集中分布在河流的中下游地区、盆地、丘陵地区。进入阶级社会后，农业生产有了较快发展，为供养更多的人口提供了可能性，人口密度得以增加。封建社会的瓦解，资本主义生产方式的产生，农业生产商品化、专业化、区域化日益明显，农村剩余劳动力大量涌入城市，城市人口急剧增长，城乡人口的比例发生很大的变化。
生产布局 生产布局受生产力和生产关系的制约，在不同的社会经济形态下，生产布局具有各自的特点。18世纪的产业革命，由于采矿业的发展，在矿区出现了城镇和居民点。近代交通运输业的迅速发展也使人口分布发生了巨大影响，人口高度集中在城市及交通枢纽地区，而偏僻、落后地区，由于公路、铁路的修建、生产的发展，也引起了人口的集中。
其他社会文化因素 历史移民、政治、战争、宗教等因素也是影响人口分布的原因。今天的人口分布是历史时期人口分布的延续，因此，古代历史移民、民族大迁徙、近代大规模的国际人口流动、地理大发现、奴隶贸易对新旧大陆人口分布等，其影响都十分明显。政治因素是指国家间的政治关系变动、疆界的重新划定、国家制定的人口政策，这些对人口分布都有影响。战争的因素改变了局部人口分布的现状，大规模的难民外移、流离失所，使战争前后的人口分布状况有了明显的不同。宗教矛盾的冲突，疆域的变化，教徒的重新迁移既改变了领土现状，也使人口分布有了新的调整。此外，文化、教育、科技发展、风俗习惯等社会因素，对人口分布都有一定的影响。
三、经济因素
（一）对人口总量的影响经济水平一直是影响人口总量的重要因素。图2-5是一种理想的人口统计变化的阶段图。它表明了：一般意义上，世界各国的人口发展是如何从高出生率和高死亡率的缓慢增长过度到低出生率和低死亡率的缓慢增长的。从图中可看出，人口的增长经历了如下这样四个阶段：
第I阶段 在此阶段，人口增长的特征是两高一低，即高出生率、高死亡率和人口的低增长率。
第II阶段 在此阶段，较好的营养条件与公共卫生保健的改善造成了死亡率的下降，但却对出生率没什么影响，因而人口数量迅速增加。
第III阶段 在此阶段，婴儿死亡率的降低、城市化的发展以及教育水平的提高，使得人们不想多要孩子，因而造成出生率下降。这一时期的人口仍在增长，但增长速度放缓。其特征是高出生率、低死亡率和高增长率。
第IV阶段 在此阶段，家庭生育控制卓有成效，夫妇双方均外出参加工作，理想的（以及事实上的）每一家庭的小孩数量下降到两个，在经过一段时间之后，人口总量将实现零增长。



图2-4 人口发展变化的各个阶段
阅读材料：中国孩子的经济成本抚育孩子的经济成本由孩子出生前和出生后两大费用支出构成。孩子出生前的有关支出，即从母亲怀孕至孩子出生这段时期与孩子相关的费用估计平均为2771.44元。其中，占孩子出生前总费用比重名列前三名的是怀孕期间增加的营养费（39.69%）、住院接生费（21.41%）和婴儿用品预购费（20.91%）。有趣的是对胎儿的健康发育十分有益的胎教支出，却相当有限，只占3.04%，处于各项支出的倒数第一位，说明用母体食物进补来促进胎儿健康发育的传统方式在中国还很流行，而代表现代意识、更注重胎儿正常心智培养和开发的胎教还没有得到应有的重视。分析结果表明，男孩的妊娠费用（3313元）要比女孩的费用（2057元）高出61.1%，这高出部分主要体现在额外营养费、雇工照顾费和婴儿用品预购费上的男女的差别。生男孩的母亲要比生女孩的母亲多进补331元，高出36.4%;怀女孩的家庭几乎不请人帮忙，比怀男孩的家庭少支付183元的雇工照顾费；婴儿用品预购费的性别差异更大，男孩的预购费比女孩的高出604元，是女孩的3.6倍。这表明父母对男孩的偏爱在妊娠期间就已经有所表现了。
孩子出后，抚养其从0-16周岁的费用为119829.30元，再加上母亲怀孕分娩期间直接与孩子相关的费用2771.44元，1996年中国厦门孩子的平均经济成本或抚养总费用高达122600.74元。如果每个孩子都在母体居留10个月，即“十月怀胎”，那么平均每个孩子每月费用支出为572.90元。
从孩子的抚养费用构成来看，孩子的食品费用支出最多，为49214.75元，占总费用的比例高达41.07%。居第二位的是孩子的教育费用，为17573.21元，占总费用的14.67%。然后依次是家庭生活服务费（11981.93元，占10%）、衣着费用（11938.72元，占9.96%）、零花和压岁钱的支出（9336.03元，占7.79%）、文化娱乐活动的支出（7003.12元，占5.84%）、健康保险费（4543.05元，占3.79%）、日用品支出（4341.41元，占3.62%）和医疗保健费（3897.04元，占3.25%）。和厦门市城市居民家庭生活消费结构（1995年的数据）相比，孩子食品支出、衣着支出和日用品支出分别低出14.03(41.07-55.10%)、2.15(9.96-12.11%)和2.22(3.62-5.84%)百分点；而家庭生活服务费、医疗保健费、教育费用和文化娱乐支出则分别高出9.19(10-0.81%)、1.34(3.25-1.91%)、11.31(14.67-3.36%)和3.90(5.84-1.94%)个百分点。
资料来源：叶文振，1998，《孩子需求论》，复旦大学出版社
（二）对人口分布的影响经济发展水平 一般来说，经济发展水平较高的地区往往是人口稠密的地区。如原苏联人口主要集中于欧洲部分，这主要是由于过去欧洲部分集中了全苏联80%的工业生产和大部分农业生产；美国人口密集于东北部地区，也是因为该地区经济发达的缘故。但是人口分布的密度并不能完全说明一个国家经济发展的水平。如印度的人口密度比美国大，但是其经济发展水平却比美国落后得多。可见，人口分布的疏密，仅可作为判断一个地区经济发展水平的参考，而不是经济发展水平的唯一标志。
经济生产方式 在农业区，棉花、水稻等作物的分布区域人口相对稠密，因为这些作物的种植需要大量劳动力，同时，其单位面积产生的经济效益较大；而玉米，燕麦这些作物的分布区人口则比较稀疏，因为它们容易种植，单位面积的经济效益也相对较小。工业区一般比农业区人口稠密。表2-11是日本地理学家能登志雄等提供的经济活动与人口密度的关系模型，虽不是十分准确，但可以大致看出经济生产方式对人口分布的影响：工业和集约农业地区人口密度较高，原始的狩猎、渔业和畜牧业、林业和集约农业地区人口密度较为稀少。
表2-11 经济活动与人口密度经济活动类型
地域实例
人口密度概数（人/Km2）
原始狩猎、渔业
北部西伯利亚、格陵兰
0—13
畜、林业
澳大利亚、加拿大
3—15
初期农业
印度、缅甸
10—25
粗放农业
阿根廷、东非
25—50
集约农业
日本、中国、印度
50—75
初期工业
中国部分地区，印度部分地区
75—100
农工业混合
荷兰、日本平原地区
100—150
工业
英格兰、鲁尔区
150—300
城市中心地
世界各地
200—400以上

图2-6与2-7表明，工业发达地区正是世界人口最稠密的地区；工业文明和高级农业地区是人口比较稠密的地区；狩猎采集地区、畜牧、低级农业地区是人口密度较稀少的地区。


图2-5 世界经济地域类型


图2-6 世界人口分布
四、技术因素
（一）对人口总量的影响技术的进步及推广可促进社会生产力的发展，提高人们的生活水平并能养活更多的人口。例如农业革命使得世界人口在公元初始时代增加到2亿人，并于1650年增至5亿人。再往后，由于医学发展和工业革命的发生，人口出现了跃迁（如图2-7）。


图2-7 按对数绘制的人口总数增长曲线
但值得注意的是，虽然技术进步可以提高人口容量，但却可能因提高了生产率而导致某些行业劳动力的过剩，比如说机械化种田使得农业劳动人口相对过剩。
阅读材料 索维：技术进步可提高适度人口规模法国人口学家索维认为，技术进步有助于生活水平和最高人口都趋于提高，由于技术进步，人们可以生产更多的产品，加上必要的社会安排，就可以养活更多的人口，以图2-8为例：纵轴OY表示人均产量（或生活水平），横轴OX表示人口数量。曲线Ⅰ表示在初期技术水平下，人均产量随人口增长而变化的趋势。曲线Ⅱ表示在技术进步条件下，人均产量随人口增长而变化的趋势。当曲线Ⅰ达到最高点M0时，其对应的适度人口为N0；当曲线Ⅱ达到最高点M1时，其对应的适度人口为N1，图中可看出N1>N0，说明技术进步使适度人口提高了。


图2-8 技术进步提高适度人口规模
但技术进步的作用并非绝对，因为技术进步可分为四种类型：一是不增不减的技术进步；二是直接增人的技术进步，即通过扩大就业提高适度人口；三是直接减人的技术进步，这种技术间接存在减少人口的可能性；四是纯粹减人的“粗放型”技术进步，它将减少适度人口，如就耕种一块土地来说，工具或生产组织的改进将减少耕种所需的劳动力。
资料来源：杨云彦，人口、资源与环境经济学，中国经济出版社，121-122页
（二）对人口分布的影响渔猎文明时期的人们为了获取食物主要分布于河流与森林地区。
进入农业文明以后，由于农业技术的发展，人口开始在水土资源丰富的冲积平原与三角洲地区密集，如四大文明古国都是发源于河流的冲积平原：中国发源于黄河流域、古埃及发源于尼罗河流域、古巴比伦发源于两河流域（幼发拉底河和底格里斯河）、印度发源于印度河流域，这些河流的冲积平原地区都成为这些国家的人口密集区。
蒸汽机的发明后，工业迅猛发展，至二次大战爆发时，世界已形成了四大工业区：英国的英格兰中部、德国的鲁尔区、美国的五大湖地区、原苏联的顿巴斯—克里沃罗格地区，这些地区正是当前各国的人口稠密区。二战后，由于输送能源的技术及新能源技术的发展（管道输油、输气技术，核电技术），工业区不再落户在能源产地，而主要分布在交通便利、土地资源水资源丰富的地区，如日本的太平洋沿岸的濑户内海、京滨、阪神，这些地区的人口也逐渐增加。
而目前，由于自动化、信息技术的发展，生产率日益提高，工业所需的劳动力日益减少，工业区将不再是主要的人口稠密区，以第三产业为主的城市将富集更多的人口。
五、环境因素
（一）对人口总量的影响环境对人口的承载力是有限的，它是人口发展的约束条件。例如蒙古面积为156.65万平方公里，相当于十五个左右的江苏省，但人口只有200多万，只有江苏省人口的三十五分之一。原因就在于蒙古地处蒙古高原北部，地势高亢，为典型的大陆性高寒气候年降水量约200mm，气候干燥，生态环境极其脆弱。如果其人口总量超过了环境的容纳范围，资源被过度消耗，污染加剧……将导致人-环境关系的和谐度下降，对当地的生态环境产生巨大压力，而此时，人们只能通过迁移或者降低出生率来缓解这种压力。因此，环境规律是从根本上限制人口过度增长的一种规律。
（二）对人口分布的影响目前人口的迁移方向主要受经济因素的影响，一般而言，就业空间越大、平均工资越高的城市越能吸引大量人口迁入。但随着时间从工业文明向绿色文明过渡，城市环境质量的高低将成为影响人口分布主要因素之一。城市的环境质量越高，吸引人才与投资的机会就越大，反之则越小。中国的大连、珠海等城市在城市的环境建设方面走在全国的前列，这些城市将会在未来的城市竞争中占据先机。
六、五律协同看中国人口变化趋势
（一）五律协同看中国人口总量中国人口的出生率、死亡率、增长率自1949年至今经历过以下三个阶段：
1949年-20世纪50年代中期 新中国建立之初，战乱初平，人们在政治上、经济上获得了解放，具备了繁衍后代的较好条件。为了巩固刚刚诞生的人民政权，迅速恢复遭到战争破坏的国民经济，使社会秩序得到安定，人民得以休养生息，建设计划经济，政府在当时制定的人口政策倾向于鼓励多生。因此，这一时期，人口的出生率比较高。但由于当时经济水平的限制，人们的生活水平不高，医学条件有限，人们的平均寿命较短。因此人口发展呈现出高出生率，较高死亡率和较高增长率的特征。
20世纪50年代末-20世纪70年代末 1953年进行的第一次全国人口普查数据表明，当时，包括台湾、港澳、国外华侨和留学生在内的全中国人口总数达到60193万人，其中大陆人口达58060万人。人口基数之大，增长速度之快，引起党、政府和社会有识之士对人口问题的关注。这一时期，许多经济学家、社会学家和医学家纷纷在报刊上发表文章，参加座谈讨论，阐述控制人口增长、实行计划生育的必要性，提出解决中国人口问题、推行避孕节育的途径和建议。其中最具影响的就是著名经济学家马寅初发表的《新人口论》等有关人口问题的文章和讲话。它系统地阐述了作者的人口理论观点，提出了控制人口的主张和建议，受到当时国内外人士的广泛关注。计划生育政策于1953年间首次被提出。但1958年开始的“大跃进”运动导致了人口理论研究和生育宣传活动被迫停顿，计划生育工作自然地被搁置下来，因此，导致了人口出生率还在住高处走。而随着国民经济的发展，我国的医疗条件、医学水平有了明显提高，人口死亡率明显下降，因此呈现出高出生率，低死亡率，高增长率的人口特征。但这段时期，有一个例外：1959-1961年，中国国民经济发生严重困难，人口出生率下降，死亡率上升，人口增长陷于停滞。
20世纪80年代初——现在 1979年的改革开放政策使得我国经济在这一段时期开始腾飞，人们的生活质量越来越高，预期寿命也越来越长，而计划生育政策的实施（1982年，中共十二大报告正式把实行计划生育确定为我国的一项基本国策，自此计划生育工作在我国全面展开）、社会保障体系的日益完善、环境对人口总量的限制以及抚养小孩机会成本的升高使得中国的人口出生率有了明显的降低，目前有些地区已经出现零增长甚至负增长的情况（上海已经连续多年出现人口自然增长率为负的情况）。总的说来，该阶段人口呈低出生率，低死亡率，低增长率特征。
表2-12展示了1994-1999年我国人口和计划生育的主要统计数据。
表2-12 1994-1999年人口和计划生育主要统计数据项目
单位
1994
1995
1996
1997
1998
1999
年末总人口数
万人
119850
121121
122389
123626
124810
125909
出生率
‰
17.70
17.12
16.98
16.57
16.03
15.23
死亡率
‰
6.49
6.57
6.56
6.51
6.50
6.46
自然增长率
‰
11.21
10.55
10.42
10.06
9.53
8.77
出生人数
万人
2104
2063
2067
2038
1991
1909
参考资料：http://www.sfpc.gov.cn/cn/sfpcdata.htm
阅读材料 上海成为全国出生率最低城市上海市统计局日前发布的第五次人口普查信息表明，上海妇女生育水平为全国最低。从1999年11月1日至2000年10月31日，上海市共出生婴儿9.05万人，比1990年少了7.02万人；出生率仅为5.5‰。明显低于发达国家10‰的平均年出生率水平。
普查资料显示，2000年上海市妇女生育状况出现了一些新变化。一是育龄妇女生育率下降。二是育龄妇女比重上升。这是上海市医疗设施不断改善、医疗水平不断提高和优生优育的结果。从普查结果分析，影响该市妇女生育水平的因素，主要是文化程度与职业状况。文化程度越高的生育子女数越少（研究生与大学生的每个育龄妇女生育子女数均为0.33人，远远低于全国平均数）；职业科技含量越少的生育子女数越多（农林牧渔水利生产人员和商业服务人员平均生育子女数分别为1.34人和0.92人，均超过上海市平均水平）。
资料来源：http://www.enviroinfo.org.cn/Population/Family_Planning/d121919.htm
以解放后我国三个人口发展阶段为研究背景，从影响人口发展的五个因素考虑，我国将来人口总量的主要发展趋势为：
城市将是人口的自然负增长区 随着我国社会养老保险制度的完善、小孩从出生到长大成人所需的抚养精力和费用越来越高，城市工作与生活节奏的加快，人们对“养儿防老、无后为大”传统生育观念的态度将会发生巨大的转变。将来即使没有计划生育政策的限制，城市中的年轻夫妇也将更愿意只生一个小孩（甚至选择不生小孩），因此，这将使得城市成为中国人口的自然负增长区。
农村人口的自然增长率也会降低 随着农业产值在我国GDP中所占比重越来越小以及农业现代化的进程加速，需要留在农村务农的人将越来越少，更多的年轻人会离开农村进城打工。伴随着城市化进程的发展，农村将是向城市中二产、三产行业不断输送人口的“人口库”。计划生育的实施、平均受教育年限的增加、务农所需人数的减少等等将使我国农村人口的自然增长率逐年降低。
中国人口低出生率，低死亡率，低增长率的特征将继续加强 中国的人口总量将因其发展惯性而继续增加，但低出生率、低死亡率、低增长率的特征将保持下去并强化。到21世纪中叶，中国人口总量将达到顶峰，之后，可能出现一个人口负增长、人口总量回落过程。表2-13为联合国经济和社会事务部人口司秘书处对1995-2150世界主要地区人口预测的中方案。
我国城市已涌现一批人口结构为“八四二一”的（八个祖父母、四个父母、一对夫妇、一个小孩）的家庭，随着时间的推移以及预期寿命的延长，这种结构的家庭会逐渐增多。因此，在中国人口逐渐转为负增长的时候，人口也将逐渐进入老龄化阶段。人口的老龄化会带来劳动力下降、社会负担过重等棘手的问题，若解决不好，将会影响到中国的可持续发展。所以在人口增长速度逐渐减缓的过程中，政府也制定了一些针对计划生育的补充政策，如夫妻双方都是独生子女则可以生两个小孩等，以保证人口的可持续发展。
阅读资料：2070年全球人口将达90亿 世纪末老龄化问题严重
中国日报网站消息：英国《自然》杂志8月2日刊登的研究报告称，到2070年，世界人口总数将达到最高值90亿，之后就开始下降。这与以前的研究结果恰恰相反。
该报告说，全球人口将在2100年以前停止增长，这个情况发生的可能性为85%。到2100年，全球人口大约为84亿，这个数字比联合国预测的本世纪末人口规模整整少了10亿。届时，60岁以上老人占总人口的比例将从目前的10%猛增到34%。这表明，全球老龄化将会进一步加剧，远比现在西欧的老龄化问题还要严重。
研究者表示，到本世纪末，世界各地的人口特征都是老龄化。到那个时候，就连非洲撒哈拉沙漠以南地区的老龄人口的比例都会高于目前的欧洲。
在谈到中国人口时，科学家们说，目前中国和整个东南亚的人口都在12亿左右。不过3位参加研究的科学家预测，由于实行计划生育政策，到本世纪中叶的时候，中国人口将比整个东南亚少7亿。（许勤）
资料来源：2001年8月2日15:52 中国日报网站
表2-13 1995-2150世界主要地区人口预测（中方案）
年份
总量
非洲

欧洲
拉丁美洲和加勒比地区
北美洲
大洋州
亚洲，不包括中国和印度
中国
印度
人口（百万）
1995
5666
697
728
480
297
28
1282
1221
934
2000
6055
784
729
519
310
30
1391
1278
1014
2025
7824
1298
702
697
364
40
1912
1480
1330
2050
8909
1766
628
809
392
46
2262
1478
1529
2075
9319
2077
549
857
390
48
2423
1386
1589
2100
9459
2215
515
877
388
49
2476
1340
1600
2125
9573
2264
508
894
390
50
2512
1338
1617
2150
9746
2308
517
912
398
51
2558
1361
1642
占世界人口的百分比
1995
100
12
13
8
5
1
23
22
16
2000
100
12
13
8
5
1
23
22
16
2025
100
13
12
9
5
1
23
21
17
2050
100
17
9
9
5
1
24
19
17
2075
100
20
7
9
4
1
25
17
17
2100
100
22
6
9
4
1
26
15
17
2125
100
23
5
9
4
1
26
14
17
2150
100
24
5
9
4
1
26
14
17
资料来源：联合国经济和社会事务部人口司秘书处，“世界人口长期预测：
1998年修正版”（ESA/P/WP.153），1999
阅读资料：老龄化形势相当严峻 百名广州人老人13名本报讯（记者王洪伟、实习生卢海） 据最新统计，目前广州60岁以上的人口达86万多人，占总人口的13％左右，且正以年均3.43％的速度迅速递增。有关专家指出：广州市老龄化形势相当严峻。
1992年，广州市已进入人口老龄型城市行列。据预测，到2030年左右，全市老年人将占总人口的25％。老龄化问题已成为广州市不容忽视的重大社会问题。有关部门预测，广州在2035年前后老龄化将达到高峰，届时，老年人口将突破230万，占总人口的比重将超过25％。
值得注意的是，广州人口老龄化进程比全省要快。我省在1996年进入人口老龄化阶段，比全国早约4年，广州市则更早，而且进程将以比全省更急促的步伐迈进。全省预计在本世纪40年代中期人口老龄化水平达25％，而广州市则预计在30年代中期即达此水平，而且负担更重。
资料来源：http://www.sina.com.cn 2001年12月13日16:13 南方日报
（二）五律协同看中国人口分布未来50年中国的人口分布在五律协同作用下将会出现以下特点。
人口迁移走向 如前所述，农业现代化和农业GDP在GDP总量中的比重持续下降使得更多的年轻人进城打工、外出求学，因此，农村人口向城市迁移是今后50年中国人口迁陟的一种总趋势。我国东部经济发达的城市将吸引越来越多的人口前来就业和居住。
人口迁移方式 众多的农村人口不断进城打工，产生大量的民工流，随着产业升级，城市对低层次劳动力的需求日益减少，将来的民工流将逐渐回落。由于大学扩招政策的推行，学生流将成为今后我国城市化进程中最主要的人口迁移方式。莘莘学子通过求学落户城市，一方面为自己谋得了一个较好的生存空间，另一方面也成为城市的人才储备。随着国内的创业条件日益完善，将会吸引大量的出国留学人员回国创业，也会吸引部分外国高素质的人才进入中国，因此，技术流也将成为我国人口迁移的方式之一。
人口素质 未来50年中国人口的素质是一个不断提高的过程。大学扩招，高学历人口比例的增多，留学人员回国人数的增加……这些将会毫无疑问地提高我国的人口素质。而社会经济的稳定增长、就业空间的不断扩大将为我国高素质人才发挥才干提供保障。
第三章 大气环境包围地球的空气即为大气。人类生活在地球大气的底部，并且一刻也离不开它，如同鱼生活在水中一样。大气为地球生命的繁衍，人类的发展，提供了理想的环境。
由于大气中存在着十分复杂的物质循环过程，所以，它一直在缓慢地发生着变化，人类的活动与生存也因而不断地受到了影响；同时，人类通过生产和生活实践，也在不断地影响着大气。人与大气环境之间的这种经常的连续不断的物质和能量交换，决定了大气环境在整个环境中的重要地位。
本章由大气概述、大气污染、大气污染控制、全球大气环境问题四部分组成。每一部分都展示了大气环境的多样性，包括人与大气环境相互作用中效应的多样性。
第一节 大气概述一、大气的成分
表3-1 干洁大气的成分成分
容积（%）
分子量
氮（N2）
78.09
28.016
氧（O2）
20.95
32.000
氩（Ar）
0.93
39.944
二氧化碳（CO2）
0.03
44.010
氖（Ne）
0.0018
20.183
氦（He）
0.0005
4.003
氪（Kr）
0.0001
83.700
氢（H2）
0.00005
2.016
氙（Xe）
0.000008
131.300
臭氧（O3）
0.000001
48.000
注：引自高伟生等，1992，环境地学，66页
地球大气圈的总质量约6000万亿吨，只占地球总质量的0.0001%左右，而其成分极为复杂。大气中除了氧、氮等气体外，还悬浮着水滴（如云滴、雾滴）、冰晶和固体微粒（如尘埃、孢子、花粉等）。大气中的悬浮物常称为气溶胶质粒。没有水汽和悬浮物的空气，称干洁空气。在85km以下的低层大气中，干洁空气的成分基本上是不变的（见表3-1）。85km以上，大气的主要成分仍然是氮和氧。但是，由于太阳紫外线的强烈照射，氮和氧产生不同程度的离解。110km以上，原子氧逐渐增加，再向上依次为原子氧层、原子氦层（距地表1000-2400km）和原子氢层（2400km以上）。因而，85km以上大气的主要成分的比例发生了变化。
大气中二氧化碳、臭氧、水汽、悬浮微粒及微量有害气体的含量是不断变化的。
二氧化碳主要来自于生物的呼吸作用，有机体的燃烧与分解。在11-20km以下，二氧化碳的分布比较均匀，相对含量基本不变。由于工业的发展、化石燃料（如：煤、石油、天然气）燃量的增加，森林覆盖面积的减少，二氧化碳在大气中的含量有增加的趋势。例如，1890年二氧化碳的含量为0.0296%（体积比），1978年已增至0.0332%（体积比）。二氧化碳吸收太阳辐射少，但能强烈吸收地面长波辐射，从而影响大气的温度。二氧化碳含量增加对气候变化的影响，已引起广泛的重视。
臭氧，是由氧分子离解为氧原子，氧原子再与另外的氧分子结合而成的一种无色剧臭的气体。自然大气中臭氧的含量很少，而且随高度分布不均匀，近地面臭氧比较少，从10km开始逐渐增加，在20-30km高度达到最大值，形成明显的臭氧层，再向上又逐渐减少，到55-60km的高度就很少了。高空的臭氧主要由O2的光致离解作用形成，低空的臭氧一部分由光化学反应和闪电产生，另一部分从高空输来。其总量的分布随纬度和时间而异。臭氧能大量吸收太阳紫外线，这一方面使地面生物免受过量的紫外辐射，另一方面使平流层大气的温度较快地随高度增加。大气中臭氧的含量与人体健康关系极为密切，据推测臭氧含量减少10%，有可能导致皮肤癌患者的增加。
大气中的水汽主要来自海洋和地面蒸发与植物蒸腾，在大气温度变化的范围内水汽可发生相变，凝结为水珠和冰晶，从而形成云、雾、雨、雪等多种大气现象。大气中水汽的含量随时间、地点变化很大。沙漠或极地上空的水汽极少，热带洋面上的水汽含量可多达4%（体积比）。在铅直方向，水汽含量一般随高度增加而减少。水汽在太阳辐射的近红外和红外区域，特别对地球长波辐射区域，有较强的吸收带。大气中水汽含量对生物的生长和发育有重大影响。
大气中的固体微粒主要来源于火山爆发、沙土飞扬、物质燃烧的颗粒、宇宙物落入大气和海水溅沫、蒸发等散发的烟粒、尘埃、盐粒和冰晶，还有细菌、微生物、植物的孢子花粉等。它们的含量和分布随时间、地点、天气条件而变，其总浓度一般是低空多、高空少、陆地多、海上少，城市多、农村少。液体微粒是指悬浮于大气中的水滴，过冷水滴和冰晶等水汽凝结物。大气中的悬浮微粒增加会影响太阳辐射传输，使能见度变低，有的能起凝结核的作用。
目前认为引起空气污染的物质在自然大气中的含量很少，如CO、NH3、SO2、H2S、Cl2、NO2和甲醛等均在百万分之一（1ppm）以下。但是，随着工业的发展和化石燃料耗量的增多，污染性气体将日渐增多。
二、大气的分层由于受地心引力的作用，大气的主要质量集中在下部，其质量的50%集中在离地面5km以下，75%集中于10km以下，90%集中于30km以下。大气在垂直方向上的物理性质有显著的差异，根据温度、成份、荷电等物理性质的差异，同时考虑大气的垂直运动状况，可将大气分为五层：对流层、平流层、中间层、热成层、散逸层。如图3-1所示。
（一）对流层对流层位于大气圈的最底层。对流层内的温度随着高度的增加而降低，其递减率平均约每100m降低0.65℃。这是由于太阳辐射主要加热地面，地面的热量通过传导、对流、湍流、辐射等方式再传递给大气，因而接近地面的大气温度较高，远离地面的大气温度较低。对流层中湍流、对流作用从不停止，因此云、雾、雪等主要天气现象都出现在这一层。对流层内对流强度因纬度位置而异，一般在低纬度较强、高纬度较弱，因此对流层的厚度也从赤道向两极减小，在低纬度地区为17-18km，中纬度为10-12km，高纬度为8-9km。对流层的上界称为“对流层顶”，是厚约几百米到1-2km的过渡层。对于大气层的厚度来讲，对流层是很薄的，但是总质量却占了整个大气圈的75%。对流层是对人类生产、生活影响最大的一个层，大气污染现象也主要发生在这里，特别是地面以上的1-2km。
（二）平流层从对流层顶至50km高度的大气层为平流层。平流层内，温度随高度的增加而增高，下半部温度随高度增高得少，在30-35km高度保持在-55℃左右，上半部则增高得多，至平流层顶温度已达-3℃。这种温度随高度增加的特征，主要是由于平流层中的臭氧吸收太阳的紫外线后被分解为氧原子和氧分子，当它们重新化合成臭氧时会放出大量的热能。平流层内空气大多作水平运动，对流十分微弱，而且空气干燥，没有对流层中的云、雨等天气现象，尘埃也比较少，大气透明度好，是现代超音速飞机飞行的理想场所。但是大气污染物进入平流层后，能长期存在，如在20km高度上曾发现有硫酸盐层。
（三）中间层从平流层顶至85km左右的大气层为中间层。由于该层的臭氧稀少，而且氮、氧等气体所能直接吸收的太阳短波辐射大部分已被上层大气吸收，因此层内温度类似于对流层的情况，随高度的增加而迅速递减。该处年平均温度约-83℃，有时出现夜光云。
（四）热成层从中间层顶部至250km（太阳宁静期）或500km（太阳活动期）的大气层为热成层。由于该层的原子氧吸收了太阳紫外光的能量，因此温度随高度上升而迅速升高。在太阳宁静期的夜里，温度约为500K左右；在太阳活动期的白天，温度可达2000K左右。由于来自太阳和其它星球的各种射线的作用，该层大部分空气分子发生电离，而具有高密度的带电粒子，故而也成为电离层。电离层能将电磁波反射回地球，对全球的无线电通讯具有重大意义。
（五）散逸层这是大气圈的最外层，距地表500km以上到2000-3000km，大气十分稀薄，气温也随高度而上升。散逸层的大气粒子很少互相碰撞，中性粒子基本上按抛物线轨迹运动，有些速度较大的中性粒子，能克服地球的引力而逸入宇宙空间。


图3-1 大气的层状结构
三、大气边界层主要特征在对流层下部靠近下垫面的1.2─1.5km范围内的薄层大气称为大气边界层，因为贴近地面，空气运动受到地面摩擦作用影响，又称摩擦层。这一层是人类活动的主要场所，进入大气的污染物质绝大部分在此层活动。所以，边界层气象条件与大气污染物的迁移和扩散有着密切的关系。大气边界层的主要特征有以下几点：
（一）湍流运动在大气边界层中，由于地面粗糙度的影响，风速越靠下层变得越小，因而产生了风速的垂直梯度，形成湍流。（湍流是一种具有强烈涡旋性的不规则运动，在边界层大气中，几乎总是存在湍流运动。要给湍流作完善和恰当的定义是十分困难的，故至今尚无严格统一的定义。然而人们已很好地认识到湍流的存在和它的性质，烟囱排出的烟气总是涡旋性地扩展，便是大气湍流的形象表征。）当太阳照射加热地面时，产生的热力对流也会引起湍流。近地层湍流强弱主要与下垫面粗糙度、平均风速和大气稳定度有关，下垫面越粗糙，平均风速越大，大气越不稳定，湍流愈会加强。因为几乎所有场合污染物质的扩散都是在大气边界层中进行的，因此，边界层大气运动的高度湍流性对污染物的扩散稀释起着重要作用。
（二）风在大气边界层中，由于越往高处摩擦力越小，因而风速随高度增加明显变大。
近地层风速日变化的一般型式为：白天风速大、夜间风速小；最大值出现14时左右，最小值出现在清晨日出前。在某一高度以上，正与地面情况相反，风速最大值出现在夜间（20点左右），而中午前后风速却变成最小值。这正是高层风速日变化的一般型式。
风速日变化不同型式的转变高度比较复杂，通常冬季比夏季低，夏季发生在100m左右，冬季大致在50m高的气层内。风速日变化型随高度变化是由湍流日变化直接引起的。日出后，下垫面开始迅速增暖，大气中的对流和湍流发展，逆温遭到破坏，扰动作用就加强，造成了动量向下输送，这种作用于中午前后达到最大强度，日落以后，扰动作用减弱，上下层之间联系也相应减弱，贴地层由于地面摩擦，风速迅速减弱，而高层由于减少了动量下传，风速逐渐回升加大，从而使得风速随高度明显增加。
在大面积水域上，低层风速的日变化与陆地却刚好相反。由渤海观测资料证实，海上最大平均风速发生在夜间，最小则在白天。这种海陆低层大气风速日变化相反的情况，显然是由于下垫面辐射性质不同造成的。
掌握了边界层风的垂直分布和变化规律，对于调配燃料，控制排放，控制污染是十分有益的。
（三）温度的垂直分布边界层中温度随高度的分布受下垫面影响极大，温度场比较复杂。
白天，地面吸收太阳辐射而加热，使邻近地面这一层空气首先增温，然后通过湍流热传导、对流等过程，将热量向上传递，因而造成气温随高度的递减型分布。这种递减型分布以晴天中午最为典型。
夜间，由于地面辐射冷却，近地面空气由下而上逐渐降温，形成了气温随高度的递增型分布（即气温随高度增加）。
日出后，邻近地面的空气随地面的增热很快升温，使低层逆温很快消失，而离地较高处的空气却仍保持着夜间的分布状态，故形成下层递减上层递增的早晨转变型分布。
日落前后，由于地面迅速冷却，邻近气层迅速降温，因而形成下层递增，上层递减的傍晚转变型分布。
温度日变化规律在阴天、风速比较大时不明显，晴天小风情况下比较明显。一般地说，近地面温度的铅直梯度比自由大气要大得多，而且太阳辐射越强，云量越少，风速越小，土壤导热性越差则气温的铅直变化越大。
第二节 大气污染大气污染的定义起源于对有害影响的观察，也就是说，如果大气污染物达到一定浓度，并持续足够的时间，达到对公众健康、动物、植物、材料、大气特性或环境美学因素产生可以测量的影响，这就是大气污染。这种定义方法在很大程度上是基于传统的公害概念，现在又有新的延伸。例如，大量能量（如热能）释放进入大气引起不良影响，人类活动导致大气中某些组分变化产生的危害等也归入了大气污染的范畴。
一、大气污染源及污染物大气污染源可以分为两类：天然源以及人为源。天然源是指自然界自行向大气环境排放污染物的污染源。人为源是指人类的生产活动和生活活动所形成的污染源。
大气污染物是指由于人类活动或自然过程排入大气，并对人和环境产生有害影响的物质。
按其来源，一般可分为一次污染物和二次污染物。一次污染物是指直接由污染源排放的污染物。二次污染物是进入大气的一次污染物之间相互作用或一次污染物与正常大气组分发生化学反应，以及在太阳辐射线的参与下引起光化学反应而产生的新的污染物，它常比一次污染物对环境和人体的危害更为严重。
按其存在状态，大气污染物可分为气溶胶状态污染物（亦称颗粒物）和气体状态污染物（简称气态污染物）。颗粒物常表示为总悬浮微粒物（TSP）、飘尘和降尘。用标准大容量颗粒采样器（流量在1.1~1.7m3/min）在滤膜上所收集到的颗粒物的总质量，通常称为总悬浮颗粒物。其粒径绝大多数在100μm以下，其中多数在10μm以下。它是分散在大气中的各种粒子的总称，也是目前大气质量评价中的一个通用的重要污染指标。飘尘是指可在大气中长期飘浮的悬浮物，它分为PM10（粒径小于10μm的颗粒物）和PM2.5（粒径小于2.5μm的细小颗粒物）。PM10可以通过呼吸道进入人体，从而对人体健康产生危害，PM2.5的危害则更为严重。由于飘尘能在大气中长期飘浮，易将污染物带到很远的地方，使污染范围扩大，同时在大气中还可为化学反应提供反应床，因此，它是大气环境中最引人注目的研究对象之一。降尘是指用降尘罐采集到的大气颗粒物。在总悬浮颗粒物中一般直径大于30μm的粒子，由于其自身的重力作用会很快沉降下来，所以将这部分的微粒称为降尘。单位面积的降尘量可作为评价大气污染程度的指标之一。
一些重要的气态污染物及其人为源如表3-2所示：
表3-2 气态污染物及其人为源类别
一次污染物
二次污染物
人为源
含硫化合物
SO2、H2S
SO3、H2SO4、MSO4①
燃烧含硫的燃料
含氮化合物
NO、NH3
NO2、MNO3①
在高温时N2和O2的化合
含碳化合物
C1—C12化合物
醛类、酮类、酸类
燃料燃烧，精炼石油，使用溶剂
碳的氧化物
CO、CO2
无
燃烧
卤素化合物
HF、HCl
无
冶金作业
注：①MSO4和MNO3分别表示一般的硫酸盐和硝酸盐。
②引自钱易、唐孝炎，2000，环境保护与可持续发展，58页
二、几种典型的大气污染
（一）煤烟型污染这种类型的污染物主要是SO2、NOX、CO和颗粒物，它们遇上低温、高湿的阴天，且风速很小并伴有逆温存在的情况时，一次污染物扩散受阻，易在低空聚积，生成还原型烟雾。20世纪50年代有名的公害事件——伦敦烟雾事件、马斯河谷事件和多诺拉等烟雾事件，便是这种类型的污染所致。
燃煤是煤烟型污染的主要污染源。煤是最重要的固体燃料，它是一种复杂的物质聚集体，其可燃成份主要是由碳、氢及少量氧、氮和硫等一起构成的有机聚合物。煤中也含有多种不可燃的无机成份（统称灰分），其含量因煤的种类和产地不同而有很大差异。燃煤是多种污染物的主要来源。与燃油和燃气相比，相同规模的燃烧设备，燃煤排放的颗粒物和二氧化硫要高得多。虽然燃烧条件也会影响污染物的形成和排放，但煤的品质是最主要的影响因素。图3-2给出了煤燃烧过程生成物的示意图。
对于给定的燃烧设备和燃烧条件，烟气中所含飞灰的初始浓度，主要取决于煤的灰分含量。煤中灰分含量越高，烟气中飞灰的初始浓度也越高。由于我国原煤入洗率低，灰分含量普遍较高，平均达25%。
烟气中SO2和H2S几乎完全来自燃料。经物理、化学和放射化学方法测定的结果证实，煤中含有四种形态的硫：黄铁矿硫（FeS2）、有机硫（CXHYSZ）、元素硫和硫酸盐硫。在燃烧过程中，前三种硫都能燃烧放出热量，并释放出硫氧化物或硫化氢，在一般燃烧条件下，二氧化硫是主要产物。硫酸盐硫主要以钙、铁和锰的硫酸盐形式存在，它比前三种硫分要少得多。


图3-2 煤燃烧过程的生成物
燃烧过程中形成的氮氧化物，一部分由燃料中的固定氮生成，常称为燃氮氧化物；另一部分由空气中氮气在高温下通过原子氧和氮之间的化学反应生成，常称为热氮氧化物。化石燃料的氮含量差别很大。石油的平均含氮量为0.65%（重量计，下同），而大多数煤的含氮量为1%-2%。一些试验结果表明，燃料中20%-80%的氮转化为氮氧化物。高温下由原子氧和氮生成氮氧化物的反应由反应动力学和热力学控制。
不完全燃烧产物主要为CO和挥发性有机化合物。它们排入大气不仅污染了环境，也使能源利用效率降低，导致能源浪费。
燃煤产生的SO2在大气中被氧化生成硫酸雾或硫酸盐气溶胶，是环境酸化的重要前体物，也是大气污染的主要酸性污染物。因此，当一次污染物主要为SO2和煤烟时，二次污染物主要是硫酸雾和硫酸盐气溶胶。在相对湿度比较高、气温比较低、无风或静风的天气条件下，SO2在重金属（如铁、锰）氧化物的催化作用下，易发生氧化作用生成SO3，继而与水蒸气结合形成硫酸雾。硫酸雾是强氧化剂，其毒性比SO2更大。它能使植物组织受到损伤，对人的主要影响是刺激其上呼吸道，附在细微颗粒上时也会影响下呼吸道。一般多发生在冬季，尤以清晨最为严重，有时可连续数日。当大气中SO2浓度为0.21mL/m3，烟尘浓度大于0.3mg/m3时，可使呼吸道疾病发病率增高，慢性病患者的病情迅速恶化，使危害加剧。
中国是燃煤大国，随着燃煤量的增加，SO2的排放量也不断增长，“八五”期间平均每年增加SO2排放量大约1×106t。1995年我国SO2排放量达到2.37×107t。目前，中国的SO2排放量已超过美国，成为世界最大的SO2排放国。
SO2的大量排放使我国城市的空气污染不断加重。“八五”期间，在全国统计的280个城市中，SO2浓度超过国家二级大气环境质量标准的城市已达149个，超标率达到53.2%；超过国家三级大气环境质量标准的城市达到65个，其中某些城市大气污染程度已达到世界上发达国家20世纪50-60年代污染最严重的程度。
（二）交通型污染交通型污染源主要是机动车和机动船。机动车包括汽油车和柴油车。图3-3描述了机动车排放的主要一次污染物，汽车排放的污染物分别来自排气管、曲轴箱以及保有量的增加，汽车排放在人为排放CO、NOX和HC（碳氢化合物）中所占的份额越来越高。据估算，美国交通源排放的CO、NOX和HC已分别占到美国排放总量的62.6%、38.2%和34.3%。


图3-3 汽车排放的污染物
机动车排放的碳氢化合物达100多种，包括杂环和多环芳烃。机动车燃料中并不含有甲烷、乙烷、乙炔、丙炔、甲醛及其他醛类化合物，它们都属未完全燃烧产物。有些有机物的致突变性较强，多以间接致突变性为主。柴油车尾气中颗粒物浓度是汽油车尾气中颗粒物的20-100倍。其中60%-80%颗粒物的粒径小于2μm，90%的颗粒物粒径小于5μm。这些颗粒物成份复杂，有诱导细胞增殖的作用，使细胞长期处于活化状态，易发生恶性转化，具有较强的潜在致癌性。
交通型污染严重的地区有可能会出现一种带刺激性的淡蓝色烟雾——光化学烟雾。光化学烟雾污染是典型的二次污染，一般出现在相对湿度较低的夏季晴天，最易发生在中午和下午，夜间消失，污染区域可达下风向几百到上千公里。
光化学烟雾造成危害的主要原因是由于其中的O3和其他氧化剂直接与人体和动植物相接触，其极高的氧化性能刺激人体的黏膜系统，人体短期暴露其中能引起咳嗽、喉部干燥、胸痛、黏膜分泌增加、疲乏、恶心等症状；长期暴露其中，则会明显损伤肺功能。另外，光化学烟雾中的高浓度O3还会对植物系统造成损害。此外，光化学烟雾对材料（主要是高分子材料，如橡胶、塑料和涂料等）也产生破坏作用，并且严重影响大气能见度，造成城市的大气质量恶化。
光化学烟雾是1940年在美国的洛杉矶地区首先发现的，继洛杉矶之后，日本、英国、德国、澳大利亚和中国先后出现过光化学烟雾污染。
阅读资料：关于光化学烟雾光化学烟雾是在一定的条件下（如强日光、低风速和低湿度等），氮氧化物和碳氢化合物发生化学转化形成的高氧化性的混合气团。从化学的观点，光化学烟雾污染化学实际上就是碳氢化合物在氮氧化合物和日光作用下缓慢的氧化过程，并同时形成一定量的臭氧。光化学烟雾的形成必须具备以下条件：第一，有引起光化学反应的紫外线；第二，有烃类特别是烯烃的存在；第三，有NOX参加。
光化学烟雾整个详细的反应过程十分复杂，通过对光化学烟雾形成的模拟实验，目前已明确在碳氢化合物和氮氧化物的相互作用方面有以下过程。
1、污染空气中NO2的光解是光化学烟雾形成的起始反应。
2、碳氢化合物、OH·、O等自由基和O2氧化，导致醛、酮、醇、酸等产物以及重要的中间产物——RO2·、HO2·、RCO·等自由基的生成。
3、过氧自由基引起NO向NO2转化，并导致O3和PAN生成。
虽然洛杉矶的光化学烟雾和伦敦烟雾均被称为“烟雾”，但这两种烟雾却大不相同。首先，伦敦烟雾化学上是还原性混合物，而洛杉矶烟雾是高浓度氧化剂混合物；其次，伦敦烟雾主要由燃煤引起，洛杉矶烟雾则是由汽车排气引起。不过，目前已发现这两种类型烟雾污染可交替发生，例如广州，夏季是光化学烟雾为主，冬季则是煤烟型烟雾为主。
参考资料：王晓蓉，环境化学，南京大学出版社，1993
（三）酸沉降污染酸沉降是指大气中的酸通过降水（如雨、雾、雪）迁移到地表，或在含酸气团气流的作用下直接迁移到地表。前者为湿沉降，后者即是干沉降。酸沉降的研究始于酸雨研究。酸雨已成为当今世界上最严重的区域性环境问题之一。
直接引起酸沉降的主要物质是人为和天然排放的SOX（SO2和SO3）和NOX（NO和NO2），其天然源一般是全球分布的，而人为排放的SOX和NOX则具有地区性分布的特点。
1,天然源贮存于地壳中的硫，平均含量约为0.1%，通常说来，SOX的天然源包括来自海洋的硫酸盐雾、经细菌分解后的有机化合物、水体和土壤所释放的硫酸盐、火山爆发以及森林失火等。海洋上空大气中硫酸盐浓度的增加一般起因于海水溅泼喷射而形成的气溶胶，其排放总量估计值在4.4×107-1.75×108 t/a。其中仅有约10%沉降到陆地，其余90%又复汇入海洋。火山排放SO2以及少量的H2S、元素S及SO3和SO42-等。从全球范围看，由火山喷发输入大气的硫估计每年为2×106-3×107t。
与SOX相比，大气NOX的天然排放的研究报道较少。估计对流层由闪电释放的NOX-N每年为8×106-4×107t，NO的全球产生量可能为每年2×106-2×107t。虽然每年有约4×107-1.08×108t的NOX-N由陆地源释放出来，但其大多数（约80%）将重新被吸收。然而，来自陆地天然源的NO与NO2以及对流层中雷电形成的NOX-N仍然是构成总NOX本底的主要组成部分，总之，NOX由自然源排放与人为源排放的比率大约在1：1~5：1之间。
2,人为源全球范围释放到大气中的SO2大部分是人为排放的，对特定的高密度工业区域而言，人为排放比率可能高达全部硫排放的100%。化石燃料燃烧是大气中硫含量高的原因，它约占人为硫排放量的85%，矿石冶炼和石油精炼分别占有另外的11%和4%。
NOX的人为排放源集中在北半球各人口聚居区，美洲、欧洲交通运输的排放在很大程度上取决于机动车的排放，如欧共体机动车的NOX排放量约占人为排放量的50%，发电厂占25%-33%。而对于瑞典大量使用硝酸基化肥的国家，人为NOX的排放，30%-40%来源于农业生产。
3,其他来源氯化物 氯化物的天然来源包括海洋雾滴、火山气体及高层大气中的各种反应。人为产生的氯气和氯化物是在各种生产过程中排放出来的，主要出自氯气和氯化氢的制造、运输和液化过程。
NH3 NH3是一种碱性气体，主要是通过有机物质（死亡的植物、动物和人类的排泄物等）的腐烂和分解而排入大气的。NH3的人为排放量很小。NH3能够中和大气中的H2SO4或HNO3，因而会提高雨或雾中的pH值。但是，由于NH3可以溶解而生成铵离子（NH4+），加快大气中SO2转化成H2SO3，并最终转化成H2SO4的速率。通过对NH3和HNO3的研究，NH3和NH4NO3之间存在着平衡关系。在与NOX的大气反应中NH3起着硝酸的中和剂和硝酸先驱促进剂的双重作用。
臭氧、尘埃等 臭氧和其他光化学氧化剂在使SO2和NO2分别转化成硫酸盐和硝酸盐的过程中起着一定的作用。此外，天然与人为的各种尘埃是生成或中和酸雨的另一个因素。大气尘埃的天然源包括风力扬尘、土壤侵蚀、花粉与植物碎屑、火山与宇宙尘埃等。其中多种天然尘埃呈碱性，能与大气中的强酸起反应而起中和作用，因而，降水的pH值是天然与人为因素对酸度作用的综合结果。
阅读资料：酸性物质在大气中的转化、传输和沉降一、SOX在大气中的化学转化
SO2的光化学氧化 参加反应的全部物质都处于气相时发生的均相氧化。SO2在洁净的空气中的直接光氧化是可以忽略的，但在被污染了的空气中，与氧化性强的能团如HO2、HO和CH3O2发生气相碰撞之后，SO2的氧化速率就大大增强，是干洁大气中的光氧化速度的数十倍以上，显然，氧化速率还取决于太阳辐射强度、空气温度和活性污染物的绝对浓度等。在官能团存在时，通常反应有：






硫化碳酰（COS）和CS2的氧化也是从与OH的反应开始的，间接的光化学氧化在SO2的光化学氧化中是主要的。
SO2的多相反应 这里涉及气相与液相或固相的反应，称为多相反应。现已确定的反应机理有：
1、水滴中的过渡金属的催化氧化，其反应式为：






Mn2+和SO2发生的络合反应，当雾滴度很高时氧化作用减慢，会影响SO2溶解度；当湿度大时，SO2催化氧化作用强。
2、SO2被碳粒和其他固态颗粒物吸附发生表面催化氧化。因为Fe2O3、Al2O3、MnO2等金属氧化物和活性碳的比表面积大，易吸附SO2，并且起催化作用使SO2氧化。其总反应是：


3、SO2在液相中被NOX和CXHY光氧化作用生成的O3和H2O2所氧化。如果pH值很低，形成强酸，与H2O2的反应常常是氧化的主要因素，快速反应H2O2迅速消耗。如果pH>4，O3还会影响硫酸盐的形成。
二、NOX在大气中的化学转化大气中含氮化合物有NO、N2O、NO2、NO3ˉ、NH4+及NH3等，其中NO和NO2是主要大气污染物。大气中影响NOX的物理化学过程非常复杂，尚未被充分了解。在所涉及到的各种反应中，只有NO和NO2转化成酸性最终产物的那些过程在酸雨的发展过程中起着重要作用。在复杂的反应过程中，参加反应的NOX在不同的氧化阶段经复杂的转化，最后才生成硝酸盐。
一般说来，NO在气相反应中部分地转化成NO2：


但氧化反应速率主要取决于浓度，而对于NOX的典型环境浓度值来说，这种反应过程非常缓慢。例如，在1×10-7的浓度条件下，其半衰期约为1000h，可是，在暴露于太阳照射下的污染大气中，其反应要快得多，可能在几秒内完成。如此迅速的转化主要是由于不稳定物质与其他活性分子和CO、烃类和醛类之间的反应所致。
当液滴中的NO2存在氧化剂时，则易形成HNO3气溶胶，反应式为：


大气气溶胶中还可能有硫酸存在，它能吸收NO2形成硝基磺酸和HNO3。此外，NO2易被吸收到颗粒物中，所生成的气态HNO3，再通过许多途径生成硝酸盐。其中包括均相反应过程，比如气态NH3直接与气态HNO3反应，结果生成NH4NO3。大气中的微粒及液滴均在形成硝酸盐气溶胶的过程中起着促进作用：


三、大气污染物的传输和沉降酸沉降和污染与受纳体的形成过程是一个复杂的物理化学过程。20世纪70年代初完成了欧洲大气中硫的长距离传输的首次分析，得出结论是硫可被输送到1000km以外，其在大气中停留时间为2-4天。
随着季节的变化，影响因素不同，在冬季，大气中SO2的浓度与风速及雨量显著相关，而夏季的主导因子则是风速和风向。
在北美，冬季普遍盛行西风或西北风，导致了含硫化合物从美国和加拿大中部向东的净输出。而夏季，落基山脉以东各州主要是受南风影响，尤其是美国中部的一些州受其影响最大，所以有可观的SO2从美国南部向北部传输以及由五大湖南部输向安大略魁北克等省。
由美国和加拿大有关的实验室的空气污染模型表明，存在污染物跨越边界的扩散与沉降，如统计轨迹区域性空气污染模型（ASTRAP）对污染物跨越流量的初步估计，美国输送给加拿大的硫为加拿大本身人为排放量的4-5倍。夏季污染物流量比冬季大。此外，根据欧洲区域性空气污染模型（EURMAP-1）估算的季节性迁移状况，美国向加拿大的输送量与加拿大向美国的输送量之比在冬季为1：3，夏季为3：2。
降了模拟研究外，一些学者已开始用大气质量监测和气象资料来分析污染物跨越国界的迁移过程。如加拿大安大略电力公司已建立了一个大范围的SO2监测网，用以分析统计SO2的变化趋势及大气质量和风向的相互关系。世界发生酸沉降的国家，如日本、韩国、中国也进行了污染物长距离输送的研究，如中国三大酸雨区：华南地区酸雨时空分布与华南静止锋、西南地区酸雨与昆明静止锋、华东地区酸雨与东亚季风、梅雨都有密切的关系。
20世纪70年代后各国工业都利用高空排放来降低局地污染物浓度，如美国现有300m以上烟囱超过500座，加拿大最高的烟囱高达381m，为世界烟囱高度之冠，而空气污染物的远程输送正是高烟囱排放的恶果。
参考资料：马光等，环境与可持续发展导论，科学出版社，2000
阅读资料：世界酸雨发展状况与中国酸雨现状酸雨早在19世纪中叶就在英国发生过，然而酸雨真正被作为一种国际性环境问题正式提上议事日程，则是从1972年在斯德哥尔摩召开的联合国人类环境会议开始的。瑞典政府提交给大会的研究报告《跨越国境的空气污染：大气和降水中的硫对环境的影响》标志着政府开始关注酸物质的越境迁移。现在酸沉降已经与臭氧层破坏、全球气候变化一起成为全球性大气环境问题中最为突出的三个热点。
最早欧洲的酸雨多发生在挪威、瑞典等北欧国家，后来扩展到东欧和中欧，直至几乎覆盖整个欧洲。在酸雨最严重的时期，挪威南部约5000个湖泊中有1750个由于pH过低而使鱼虾绝迹；瑞典的9万个湖泊中有1/5已受到酸雨的侵害。据估算，在斯堪的纳维亚半岛，由于酸雨的影响，于20世纪80年代初就已有1万个湖泊完全酸化，另有1万个受到严重威胁。在中欧，被认为是酸雨发生源的德国约有1/3的森林受到酸雨不同程度的危害；在巴伐利亚每4株云杉就有一株死亡；在瑞士，森林受害面积已达50%以上。20世纪80年代初，整个欧洲的降水pH在4.0-5.0之间，雨水中硫酸盐含量明显升高。
酸雨在美国东部和加拿大南部同样是棘手的环境问题。在美国南部的15个州曾达到降水平均pH值在4.2-4.5之间。美国曾报道至少有1200个湖泊已酸化，占可能酸化地区中全部湖泊的4%，在这些湖泊中，生物无法生存；此外，还有5%的湖泊酸度正在上升，虽未完全酸化，但已严重到威胁某些生物生存的程度；酸雨已损伤了东部约35000个历史性建筑物和10000座纪念碑。有人估计美国每年花费在修葺这些文化古迹上的费用就已达50亿美元。加拿大抽样调查的8500个湖泊已全部酸化。
从20世纪80年代以来，中国的酸雨污染呈加速发展趋势。在80年代，中国的酸雨主要发生在以重庆、贵阳和柳州为代表的高硫煤使用地区及部分长江以南地区，酸雨区面积约为1.7×106km2。到90年代中期，酸雨已发展到青藏高原以东及四川盆地的广大地区，酸雨面积扩大了1×105km2。以长沙、赣州、南昌、怀化为代表的华中酸雨区，现在已成为全国酸雨污染最严重的地区，其中心区年均降水pH低于4.0，酸雨频率高于90%，已到了几乎“逢雨必酸”的程度。北起青岛、南至厦门，以南京、上海、杭州、福州为代表的华东沿海地区也成为我国主要的酸雨地区，年均降水pH低于5.6的区域面积已占全国面积的30%左右。
降pH外，酸沉降的另一种表征量为临界负荷。临界负荷是指不会对生态系统的结构和功能产生长期有害影响的酸性物质的最大量。临界负荷的概念被用于欧洲酸雨谈判中。亚洲酸雨模型也采用临界负荷来分析酸雨的影响。研究表明，我国东南部、西南和华北的硫沉降量已经超过临界负荷，几乎占国土面积的1/4。其中长江下游地区、西南重庆一带、中原地区、山东半岛和珠江三角洲的硫沉降超临界负荷更为严重。
我国酸雨的化学特征是pH低、离子浓度高，硫酸根、铵和钙离子浓度远远高于欧美，而硝酸根浓度则低于欧美，属硫酸型酸雨。图3-4给出了全国降水的化学特征，硫酸根与硝酸根浓度之比平均为6.4。


图3-4 我国酸雨的化学特征
酸沉降对水体、森林和土壤具有重要影响，因酸沉降引起的经济损失相当可观。据研究估算，酸沉降对江苏、浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、广东、广西、四川、贵州等11个省、自治区造成的森林生态损失已达510亿元/年左右，造成的农作物经济损失约为43.91亿元/年。酸沉降已成为制约地方经济发展的主要因素之一。削减SO2的排放，控制酸沉降污染的发展，已刻不容缓。为此，国务院已于1998年划定我国的“酸雨污染控制区”和“SO2排放控制区”，国家两控区规划已经编制完成，即将付诸实施。
参考资料：钱易、唐孝炎，环境保护与可持续发展，高等教育出版社，2000
三、大气污染的危害许多证据表明，大气污染影响人类和动物的健康、危害植被、腐蚀材料、影响气候、降低能见度。虽然其中有些影响是明确的并可以定量化，但大多数影响尚难以量化。下面仅简要介绍大气污染对人体健康、植物、材料和气候的影响。
（一）大气污染对人体健康的危害大气污染物侵入人体主要有三条渠道：a、呼吸道吸入；b、随食物和饮水摄入；c、体表接触侵入。由呼吸道吸入大气污染物，对人休造成的影响和危害更为严重。正常人每天要呼吸10-15m3洁净空气。吸入的空气经过鼻腔、咽部、喉头、气管、支气管后进入肺泡。在肺泡内以物理扩散进行气体交换。当血液通过肺泡毛细管时，放出CO2，吸收O2。含氧的血液经动脉到心脏，再经大动脉把氧气输送到人体的各部位，供人体组织和细胞新陈代谢之用。若吸入含污染物的大气，轻者会因上呼吸道受到刺激而有不适感，重者会发生呼吸系统的病变。若突然受到高浓度污染物的作用，可能就会造成急性中毒，甚至死亡。根据现有资料，大气中的细颗粒物、硫的氧化物、一氧化碳、光化学氧化剂和铅等重金属均会对人体健康产生不利影响。污染物对健康的影响随污染物质强度、感染时间以及人体健康状况而异。
1,大气颗粒物大气颗粒物对人体健康的影响取决于：a、沉积于呼吸道中的位置，这取决于颗粒的大小；粒径0.01-1.0μm的细小粒子在肺泡的沉积率最高，粒径大于10μm的颗粒吸入后绝大部分阻留在鼻腔和鼻咽喉部，只有很少部分进入气管和肺内。b、在沉积位置上对组织的影响，这取决于颗粒物的化学组成。在颗粒物表面浓缩和富集有多种化学物质，其中多环芳烃类化合物等随呼吸进入人体内成为肺癌的致病因子；许多重金属（如铁、铍、铝、锰、铅、镉等）的化合物也可对人体健康造成危害。因此，人体长期暴露在飘尘浓度高的环境中，呼吸系统发病率增高，特别是慢性阻塞性呼吸道疾病，如气管炎、支气管炎、支气管哮喘、肺气肿等发病率显著增高，且又可促使这些患者的病情恶化，提早死亡。
除长期影响外，研究表明短期污染事故也会导致死亡率的显著增加。
2,二氧化硫世界上许多城市发生过SO2危害人体健康的事件，使很多人中毒或死亡。关于SO2对人体的影响已发表了不少研究成果，表3-3是其在不同浓度下对人体的影响。
进入血液循环的SO2也会对全身产生不良反应，它能破坏酶的活力，影响碳水化合物及蛋白质的代谢，对肝脏有一定损害，在人和动物体内均使血中蛋白与球蛋白比例降低。动物试验证明，SO2慢性中毒后，机体的免疫机能受到明显抑制。
通常在被污染的大气中SO2与多种污染物共存。吸入含有多种污染物的大气对人体产生的危害是协同效应，这种协同作用比它们各自作用之和要大得多。特别是在SO2与颗粒物气溶胶同时吸入时，对人体产生的危害更为严重。这是因为吸附在颗粒物上的SO2被氧化成SO3，而SO3与水蒸气形成极细（<1μm）的硫酸雾，它能更深地侵入呼吸道，对肺泡有更强的毒性作用。据动物实验，由硫酸雾造成的生理反应比SO2大4-20倍。当SO2浓度为8ppm时，人尚能忍受，而硫酸雾浓度为0.8ppm时，人即不能忍受。
表3-3 二氧化硫对人体的影响
SO2浓度(ppm)
对人体的影响
1.0
对于初接触者或习惯接触者均无反应，稍有胸部压迫感
1.8
吸入10分钟无明显感觉，但呼吸次数有增加
2.0
初接触者28人中有2人，习惯接触者28人中有13人感到有异物感
3.0
28位不习惯者有10人嗅到燃烧硫的臭味，或异物臭味
3-5
能嗅到臭味
4.0
初接触者28人中有14人有燃烧硫的臭味感，32位习惯者有30人感觉到硫燃烧的臭味
5.0
吸入10分钟对某些人有不适感
6.5-11.5
吸入10-15分钟鼻腔有刺激感
10
工业卫生最大允许浓度
10-15
吸入1小时，从咽喉纤毛排出粘液
14-15
吸入30分钟对鼻腔有刺激不适感
20
有明显刺激感，刺激眼睛，引起咳嗽
25
咽喉纤毛运动有60-70%发生障碍
30-37
初接触者吸入15分钟后打喷嚏和咳嗽
100
每日8小时吸入，对支气管和肺有明显刺激症状，引起肺组织障碍
100-200
吸入30分钟就出现喷嚏和眼泪
300
不能吸入
400
呼吸困难
注：引自高伟生等，1992，环境地学，92页
3,一氧化碳
CO是所有大气污染物中散布最广的一种，其全球排放量可能超过所有其他主要大气污染物的总排放量。人为排放的最大来源就是以汽油为燃料的机动车辆，它几乎占了某些城市地区CO的全部排放量。
CO是无色无嗅的有毒气体。CO和血液中血红蛋白的亲和力是氧的210倍左右，它们结合后生成碳氧血红蛋白（HbCO），将严重阻碍血液输氧，引起缺氧，发生中毒。当人体暴露在600-700mL/m3的CO环境中，1小时后出现头痛、耳鸣和呕吐等症状；当人体暴露在1500mL/m3的CO环境中，1小时便有生命危险。长期吸入低浓度CO可发生头痛、头晕、记忆力减退、注意力不集中，对声、光等微小改变的识别力降低，心悸等现象。
4,氮氧化物构成大气污染的氮氧化物，主要是NO和NO2。
NO对人体的影响，用实验方法来确定是比较困难的，因此，它对人的生理影响还不十分清楚。如果动物与高浓度NO相接触，可出现中枢神经病变。NO和血红蛋白亲和力强，比CO大几百倍。对动物对高浓度NO试验，证实有变性血红素和一氧化氮血红蛋白生成。NO污染物对人体的危害，目前已引起人们的重视。
NO2是对呼吸器官有刺激性的气体，NO2的中毒常作职业病来对待，在职业病中有急性高浓度NO2中毒引起的肺水肿，以及由慢性中毒而引起的慢性支气管炎和肺水肿。在某些中毒病例中还见到全身性的作用，其表现为血压降低，血管扩张，血液中生成变性血红素，以及对神经系统有一定的麻醉作用等。
大气中NO2浓度为0.12ppm时，人会感到有臭味。当与二氧化硫共存时，这个嗅阈值要低些。NO2浓度为1.6-2.0ppm作用15分钟，会使慢性支气管炎患者出现呼吸阻力增大。对从事间歇运动的健康人在5ppm作用2小时后，出现呼吸道阻力增大和动脉血液中氧气分压降低。浓度为13ppm作用下眼和鼻会再现刺激感及胸部不适感。浓度为25-75ppm作用1小时以内，就会引起支气管炎和肺炎。浓度为80ppm经3-5分钟，胸部会再现绞痛感 。浓度为300-500ppm经数分钟作用后，会引起支气管炎和肺水肿患者的死亡。
NO2对人体的影响与有无其他污染物有关。NO2与SO2和浮游粒状物共存时，其对人体的影响不仅比单独NO2对人体的影响严重得多，而且也大于各自污染物的影响之和。对人体的实际影响是这些污染物之间的协同作用。吸附NO2的浮游微粒最容易侵入肺部，沉积率很高，可导致呼吸道及肺部病变，出现气管炎、肺气肿及肺癌等症。
5,光化学氧化剂光化学氧化剂对人体的影响类似氮氧化物，但比氮氧化物的影响更强。光化学氧化剂有臭氧和过氧乙酰基硝酸脂等多种物质。臭氧是主要氧化剂之一，下面着重介绍臭氧对人体的影响。
由动物实验证实，上呼吸道对臭氧的摄取率很低，臭氧可直接侵入呼吸道深处。与浓度为1ppm臭氧接触1小时能使肺细胞蛋白质发生变化；接触4小时，在24小时后出现肺水肿；接触时间更长些，可使支气管炎和肺水肿更加恶化。当与浓度为0.25-0.5ppm臭氧接触3小时则呼吸道阻力增大。
在实验室对人曾作过与臭氧短时接触的实验，在臭氧浓度为0.1ppm时接触1小时未见明显症状，在0.5-1ppm时接触1-2小时，引起呼吸道阻力增加，一氧化碳扩散功能和肺活量降低。在运动状态与臭氧接触将影响更加恶化。在生产过程中长期与小于0.2ppm臭氧接触的工人，一般不见有明显的影响，当浓度为0.3ppm时，对鼻子和咽喉等呼吸器官发生刺激作用。浓度在0.5ppm时每周工作6天，每天接触3个小时，连续12周后，已证实肺的换气机能下降。
6,碳氢化合物以碳元素（C）和氢元素（H）形成的化合物总称为碳氢化合物。碳氢化合物种类很多，有挥发性烃及其衍生物和多环芳烃等，挥发性烃是由燃烧不完全（如汽车尾气）或石油裂解等过程产生的。它与氮氧化物同是形成光化学烟雾的主要物质。光化学反应产生的衍生物丙烯醛、甲醛等都对眼睛有刺激作用。多环芳烃中有不少是致癌物质，如苯并（α）芘就是公认的强致癌物，它是有机物燃烧、分解过程中的产物。
7,其他有害物质铅及铅化物 环境污染中Pb主要来源于汽车中的四乙基铅防爆剂，目前大气中的Pb污染已遍及全球。Pb是生物体酶的抑制剂，进入人体中的铅随血液分布到软组织和骨骼中。急性Pb中毒较少见；慢性铅中毒可分为轻度、中度和重度。轻度铅中毒的症状有神经衰弱综合症、消化不良；中度中毒出现腹绞痛、贫血及多发性神经病；重度中毒出现肢体麻痹和中毒性脑病例。儿童铅中毒可推迟大脑发育或感染急性病症。
镉及镉化物 镉及镉化物侵入人体，可蓄积于肝脏、肾脏和肠粘膜上。镉污染的积累性中毒可引起疼痛病。
氟及氟化氢 氟及氟化氢对眼睛及呼吸道有强烈的刺激作用。吸入高浓度的氟及氟化氢气体时，可引起肺水肿和支气管炎。在浓度很低（如0.002-0.004ppm）时对植物也有影响，所以可用植物来监测氟及氟化物对大气的污染。
氯及氯化氢 氯是有毒的气体，在5-10ppm时对上呼吸道发生刺激作用，对眼睛也有刺激作用。在50-100ppm时可引起肺水肿。
（二）大气污染对植物的危害大气污染对植物的危害可归纳为以下几个方面：损害植物酶的功能组织；影响植物新陈代谢的功能；破坏原生质的完整性和细胞膜。此外，还会损害根系生长及其功能；减弱输送作用与导致生物产量减少。
大气污染物对植物的危害程度取决于污染物剂量、污染物组成等因素。例如，环境中的SO2能直接损害植物的叶子，长期阻碍植物生长；氟化物会使某些关键的酶催化作用受到影响；O3可对植物气孔和膜造成损害，导致气孔关闭，也可损害三磷酸腺苷的形成，降低光合作用对根部的营养物的供应，影响根系向植物上部输送水分和养料。
大气是多种气体的混合物，大气污染经常是多种污染物同时存在，对植物产生复合作用。在复合作用中，每种气体的浓度、各种污染物之间浓度的比率、污染物出现的顺序（即它们是同时出现还是间歇出现）都影响植物受害的程度。单独的NOX似乎对植物不大可能构成直接危害，但它可与O3及SO2反应后，通过协同途径产生危害。
（三）大气污染对材料的危害大气污染可使建筑物、桥梁、文物古迹和暴露在空气中的金属制品及皮革、纺织等物品发生性质的变化，造成直接和间接的经济损失。SO2与其他酸性气体可腐蚀金属、建筑石料及玻璃表面。SO2还可使纸张变脆、褪色，使胶卷表面出现污点、皮革脆裂并使纺织品抗张力降低。O3及SO2会使染料与绘画褪色，从而对宝贵的艺术作品造成威胁。
（四）大气污染对大气环境的影响长期以来人们一直把对能见度的影响作为城市大气污染严重程度的定性指标。随着研究的深入，人们更多地认识到污染物的远距离迁移和由此引起的区域性危害，对能见度影响的关心已经远远超出城市地区，能见度成为一个区域性的重要指标。
大气污染还会导致降水规律的改变。水循环对于地球上人类的生存是至关重要的。大气污染影响凝聚作用与降水形成，有可能导致降水的增加或减少。大气污染对降水化学的影响表现在酸性化合物的输入，即出现酸雨。酸雨会导致土壤变化，继而引起水体的pH变化和化学变化。
大气污染还会产生全球性的影响。这些影响包括：大气中CO2等温室气体浓度增加导致的全球变暖、人们大量生产氟氯烃化合物等导致的臭氧层耗竭等。
新闻摘录：室内空气污染提及大气，我们不禁会想起空气，因为空气是我们生存、生活不可缺少的物质。一般而言，在大气物理学、大气气象学、自然地理学，以及环境科学的研究中，常以大区域或全球性的气流为研究对象，采用的是大气一词；而室内或特指某个场所（如车间、会议室和厂区等）供人和动植物生存的气体，我们习惯上称为空气。
有关测试表明，现代居室内空气中挥发性有机化合物达三百多种，其中易对人体造成伤害甚至致癌的就有二十多种。专家认为，在经历了“煤烟型”和“光化学烟雾型”污染后，现代人正进入以“室内空气污染”为标志的“第三污染时期”。室内空气污染主要是由于人造板、内墙涂料、木器涂料、胶粘剂、地毯、壁纸、家具、地板革、混凝土外加剂和建筑材料含污染物质以及不健康的生活习惯引起的。
中国消费者协会的调查表明，室内装修污染主要存在以下问题：①芳香“杀手”苯。苯是一种无色、具有特殊芳香气味的液体。甲苯、二甲苯属于苯的同系物。人在短时间内吸入高浓度的甲苯、二甲苯时，可导致中枢神经系统麻醉，严重者可致昏迷，导致呼吸、循环衰竭而死亡。长期接触一定浓度的甲苯、二甲苯会引起慢性苯中毒，导致障碍性贫血、生殖功能受影响，导致胎儿的先天性缺陷等。②游离“杀手”甲醛。甲醛是一种无色易溶的刺激性气体，可经呼吸道吸收。甲醛被广泛用来制造板材黏合剂。现在室内装饰和家具常用的中高密度板、胶合板、大芯板等人工板材以及复合地板等都是甲醛的载体。长期接触低剂量甲醛可出现眼睛、皮肤和呼吸系统的刺激症状，引起慢性呼吸道疾病、妊娠综合症、新生儿体质降低、染色体异常；高浓度的甲醛对神经系统、免疫系统、肝脏等都有损害，严重时会诱发鼻腔、口腔、咽喉、皮肤和消化道的癌症。③无孔不入的氡，是除吸烟以外引起肺癌的第二大因素。研究表明，氡对人体的辐射伤害占人体一生中所受到的全部辐射伤害的55％以上，其诱发肺癌的潜伏期多在15年以上，世界上有20％的肺癌患者与氡有关。
清除室内污染的有效对策主要有以下几点：
一、增加室内换气频度是减轻污染的关键性措施。一般家庭在春、夏、秋季，都应留通风口或经常开“小窗户”；冬季每天至少早、午、晚开窗10分钟左右。教室、影剧院、车厢、商店等人群聚集的场所，尤应注意加强通风换气。
二、在居室及工作、学习的房间内拒绝吸烟。
三、用煤、木柴等取暖的家庭，要经常检修炉灶，保持通风良好，严防不完全燃烧。
四、讲究厨房里的空气卫生。每次烹饪完毕必开窗换气；在煎、炸食物时，更应加强通风。油烟污染对人体危害尤甚，如能安装厨房排油烟机更好。
五、正确使用家庭化学剂。用化学剂时应开窗，用后至少应开窗换气半小时。
六、尽一切可能增加户外活动时间。天气好的节假日，全家人应走出家门，到大自然中去。对久居室内的老、弱、病、残及幼儿，更应为他们安排一定的户外活动时间。慢性病人，尤其是瘫痪在床、不能自理的病人，本身就是重要的室内污染源，反过来又是首要的受害者。因此，对这类病人必须加强护理和卫生照顾，勤洗勤换衣服和被褥，并注意经常开窗换气。
七、在室内摆放一些花卉植物。要消除或减轻“装修综合症”给人们身体带来的危害，在室内养些花卉植物也是非常有效的。根据科学家的研究，以芦荟、吊兰、长青藤、菊花、铁树、龟背竹、天竺葵、万年青、百合、月季、蔷薇、杜鹃、虎尾兰等为最佳。其中，芦荟、吊兰、鸭跃草可吸收甲醛；菊花、长青藤、铁树可吸收苯；菊花、万年青可吸收三氯乙烯；月季、蔷薇、龟背竹、虎尾兰可吸收80%以上的多种有害气体；杜鹃花可吸收放射性物质；天竺葵、柠檬含有挥发油类，有显著的杀菌作用。
参考资料:①http://www.cz315.com/xfjs/j8.htm
②http://health.beelink.com.cn/jingyan
第三节 大气污染控制如前所述，无论是大气污染源，污染物，污染类型还是大气污染的危害，都具有多样性，这种多样性给大气污染控制带来了很大的难度。因此，若要从根本上解决大气污染的问题，也就必须多种手段并行。在符合自然规律的前提下，运用社会、经济、技术多种手段对大气污染进行从源头到末端的综合防治，才能达到人与大气环境的和谐。从单个工程来讲，我国“洁净煤技术”、“西气东输”、“西电东送”的具体实施也必须综合考虑自然、社会、经济、技术条件，才能实现预期的大气污染控制目标。本节将着重介绍大气污染控制的技术手段。
一、清洁能源能源作为人类社会和经济发展的基本条件之一，历来为世界所瞩目。当前，煤炭、石油和天然气是世界能源的三大支柱，构成了全球能源家族结构的基本框架。它们各自所占的比例为：石油40%，煤炭27%，天然气23%。
中国是世界上能源消耗最多的国家之一（美国占世界能源消耗总量的四分之一，中国占十分之一），也是世界上最大的燃煤消费国和二氧化碳排放大国之一。能源生产和消费是我国大气污染的主要来源。随着人们对环境与资源保护意识的提高，能源结构将会发生较大的改变。优质、高效、洁净的能源（如天然气、水能、风能、太阳能等）在21世纪将有长足的发展。美国马奇蒂博士（C·Marchetin）对世界一次能源替代趋势的研究结果如图3-5所示。从图中不难看出，这种能源取代的本质是能源的开发利用从资源型向技术型转化的过程，从粗放式利用向高效率利用的转变进程，从污染环境到保护环境的提高过程。


图3-5 世界一次能源替代趋势
清洁能源战略包括常规能源的清洁利用；可再生能源的利用；新能源的开发；各种节能技术等。
（一）常规能源的清洁利用常规能源指已经大规模生产和广泛利用的煤炭、石油、天然气、水能和电力等能源。目前我国各种常规能源在一次能源生产总量和能源消费总量中所占比重为（如图3-6）：煤炭75％，石油17％，天然气2％，一次电力（水、核电）6％。随着社会的进步，经济的发展，人们对环保问题日益重视，近年来能源的清洁利用技术不断得到发展和提高。中国能源以煤为主，传统的煤原料开发利用方式导致严重的煤烟型污染已成为中国大气污染的主要类型。因此，如何清洁利用煤炭是我国能源领域急需解决的问题之一。1994年国务院决定成立由国家计委、国家科委、国家经贸委和煤炭部、电力部等13个部委组成的洁净煤技术推广规划领导小组，统一组织协调洁净煤技术的开发、示范和推广应用工作。1997年经国务院批准，正式出台了《中国洁净煤技术“九五”计划和2010年发展纲要》。科技部根据洁净煤技术的发展纲要，在有关的科技计划，如基础研究计划、国家科技攻关计划中安排了一批相关的项目，旨在减少煤炭利用中的污染和提高转换燃烧效率。洁净煤技术是解决我国燃煤污染问题的技术基础。
图3-6 目前中国能源消费结构
阅读资料：洁净煤技术洁净煤技术是指从煤炭开发利用的全过程中，旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。主要包括煤炭洗选、加工（型煤、水煤浆）、转化（煤炭气化、液化）、先进发电技术（常压循环流化床、加压流化床、整体煤气联合循环）、烟气净化（除尘、脱硫、脱氮）等方面的内容。下面介绍一下中国洁净煤技术的研究进展：
1、选煤选煤是发展洁净煤技术的源头技术。1997年中国有选煤厂1571座，选煤能力4.8×108t，入选量3.4×108t，入选率25.73%。煤炭洗选的重点已由炼焦煤转为动力煤。目前，中国已成功研究出可分选粒径小于0.5mm粉煤的重介质旋流器、水介质旋流器、离心摇床和多层平面摇床，适用于高硫难选煤中黄铁硫矿的脱除。选择性絮凝法、高梯度磁选法脱黄铁硫矿的研究也取得了一定的成果。已研制成功的50t/h空气重介质流化床干法选煤机，其技术水平处于国际领先地位。
2、型煤型煤被称为“固体清洁燃料”。煤经过破碎后，加入固硫剂和粘合剂，压制成有一定强度和形状的块状型煤，燃用型煤可减少烟尘、SO2和其他污染物的排放。目前，中国民用型煤技术已达国际水平，实现了商业化，年生产能力约5×107t，无烟煤下点火蜂窝煤得到全国推广，烟煤、褐煤上点火蜂窝煤消烟技术也取得突破。最近几年，中国工业型煤研究取得很大进展，已开发了优质化肥造气用型煤、煤气化用煤泥防水型煤、发生炉及工业窑炉型煤等多项型煤技术。
3、水煤浆根据中国能源组成特点和能源地理分布的不均衡性，中国水煤浆技术开发旨在解决工业锅炉、窑炉及电站的节油、代油、节能、并降低燃烧污染物的排放。同时，水煤浆管道输送技术减轻了煤炭调运给铁路运输和大气洁净度带来的沉重负担。目前，中国已掌握了一套完整的水煤浆生产使用技术，迄今已建成总能力为100万t/a的6个制浆厂，2个添加剂厂，3个覆盖制浆、贮存、管道输送、锅炉和窑炉燃烧全过程的水煤浆实验研究中心，还建立了中国水煤浆成浆性数据库和多个商业性示范工程，已具备工业化应用的条件。
4、流化床燃烧流化床燃烧是一种新型燃烧方式。在燃烧过程中，加入以石灰石为主的脱硫剂，可以有效地控制SO2的排放。相对较低的燃烧温度也大大降低了氮氧化物的生成。工业上分为常压循环流化床（CFBC）和增压流化床（PFBC）。目前，国内已建成常压循环床装置18台，单台容量最大为410t/h。在设计基础研究方面也取得一些进展。
5、整体煤气化联合循环（IGCC）
煤气化联合循环发电是目前世界发达国家大力开发的一项高效、低污染清洁煤发电技术，发电效率可达45%以上，极有可能成为21世纪主要的洁净煤发电方式之一。中国IGCC关键技术研究已启动，工程示范项目处于立项阶段。该项目的研究内容包括IGCC工艺、煤气化、煤气净化、燃气轮机和余热系统方面的关键技术研究。其成果将为中国建设IGCC示范电站打下技术基础。
6、煤炭气化及液化煤经过化学加工可以转化为清洁的气体燃料或液体燃料，分别称为煤的汽化或液化。
目前全国每年气化用煤量约为6×107t。中国中小型汽化以块煤固定床气化技术为主，普遍存在技术水平落后、效率低、污染严重等问题；大型煤气化以技术引进为主，有3组德士古水煤浆气化装置投入生产化工合成气；常压粉煤流化床气化在上海三联供项目中投入运行；加压固定床技术用于化肥和城市煤气生产。
煤炭直接液化技术是指煤直接通过高温高压加氢获得液化燃料或其他液体产品的技术。煤炭间接液化技术是指煤先经过气化制成CO和H2，然后进一步合成，得到烃类或含氧液化燃料和化工原料的技术。经过多年努力，我国科学家近年来在煤基液体燃料合成技术即“煤变油”技术上取得重大突破：在催化剂的作用下，5吨煤炭经过一系列工艺流程可以合成出1吨成品油。我国因此成为世界上少数几个掌握“煤变油”技术的国家之一。以此为基础，中国科学院日前正式启动了“煤基液体燃料合成浆态床工业化技术的开发”项目，作为进军世界科学高峰、解决重大战略性科技问题的首批知识创新工程重大项目之一。根据项目规划，一个万吨级的“煤变油”装置将在未来3年之内崛起于我国煤炭大省山西，从而将使这项技术向工业化迈进一大步。
7、污染控制目前，中国自行研制开发了旋转喷雾干燥脱硫技术、磷铵肥法脱硫等新工艺，掌握了喷雾干燥脱硫技术。目前中国燃煤电厂已建或在建的脱硫设施有15项，正在进行或已经通过可行性研究报告审查的脱硫项目有9家。
8、煤系废弃物综合利用中国煤炭资源的大量开采和低效率的利用，产生了大量煤泥、煤矸石、炉渣、粉煤灰等废弃物。这些废弃物利用技术已日趋成熟（如煤泥制水煤浆、煤泥和煤矸石燃烧、混烧技术、炉渣作水泥原料、粉煤灰制作各种建材的成型技术），有待于推广和应用。
参考资料：①钱易、唐孝炎，环境保护与可持续发展，高等教育出版社，2000
②新华日报，2001年11月3日C版，万吨“煤变油”装置将崛起山西案例研究：西气东输中国东部的长江三角洲地区是中国经济实力最强、经济增长最快的地区，但是当地自产能源很少，大部分由外地调入，其中调入最多的能源是煤炭。以煤炭为主体的能源结构会造成严重的大气污染，因此改变现有的能源结构成为必然。天然气是一种相对洁净的能源，它的二氧化硫、粉尘排放量接近为零，二氧化碳的排放量也很低。中国天然气生产潜力巨大，但中国天然气资源约有60％集中在中西部地区：一是陕甘宁地区，现已探明天然气储量为2.3×1011m3，其含气范围还在进一步扩大；二是在四川东部地区，现已探明天然气储量为2×1011m3；三是在新疆地区，过去5年中探明天然气储量为1.6×1011m3。此外，在青海东部的涩北地区，也发现了新气田，已探明储量为5×1010m3。但是每年西部地区都有大量的油田伴生气因用不掉被白白地放空烧掉，当地人守着这样的宝盆却过着穷日子。
如何让西部的天然气为东部经济发展服务，让西部富起来呢？中国政府决定启动“西气东输”工程，并将其列为西部大开发的首批重点工程。这将在西部资源与东部市场之间架起一座桥梁，为西部天然气资源开发创造条件，并有效带动西部经济的快速发展。
“西气东输”有广义和狭义两个概念。广义的“西气东输”是指青海涩北至甘肃兰州、重庆忠县至湖北武汉、新疆塔里木至上海的输气管线。而狭义上的“西气东输”工程指的就是新疆塔里木至上海这条输气管线。这条线全长4000多km，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏、上海9个省市区，年输气能力120-200亿m3，固定资产投资400多亿元，立足塔里木、陕甘宁地区天然气资源，面向上海及长江三角洲地区供气。
对全国30个省市自治区最新的调查资料表明，全国天然气发电需求增长很快，城市用气比例逐步上升，综合发电、城市燃气、化工、工业燃料四大类，2005年至2010年全国天然气需求量为639－1127亿m3，仅长江三角洲天然气需求量2005年就将达到105亿m3，2010年将达到200亿m3。而长江三角洲地区采用的主要天然气气源——东海平湖气田年产气能力仅5亿m3，目前已探明储量产能不足15亿m3，远不能满足需求。而进口的LNG（液化天然气）价格高，项目实施周期长，只宜作为补充气源。因此，尽快启动“西气东输”工程，一可将西部资源优势转化为经济优势，与东部实现优势互补，促进经济发展；二可带动国民经济许多部门，如钢铁、制管、建材及建筑安装行业发展；三可解决困扰东部城市日渐严重的空气污染问题。
西气东输工程的市场前景是相当令人乐观的。工程建成后，东输天然气的价格将低于目前进口液化天然气的价格。与东部地区居民目前大量使用的人工煤气相比，东输天然气的价格要贵一倍，但每立方米的热值也高出一倍多，据专家估算，塔里木天然气的供气价格只相当于煤气的三分之二。
“西气东输”工程的建设，对扩大内需、推动国民经济增长，最终实现东西部共同发展、共同富裕具有重要意义。因此，“西气东输”被称为我国西部开发的报春花。
参考资料：http://search.163.com/cgi-bin/search/engine
（二）可再生能源与新能源的开发利用可再生能源与新能源包括太阳能、水能、风能、海洋能、生物质能、地热能、核能、氢能等，它们都属于低碳或非碳能源，对环境不产生或很少产生污染，是未来能源系统的重要组成部分。
1,太阳能太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×1026W）的22亿分之一，太阳每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都来源于太阳；地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）也是远古贮存下来的太阳能。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，无需运输，对环境无任何污染。中国陆地每年接收的太阳能能量达5.6×1022J，相当于1.9×1012t标准煤。中国有2/3的地区年平均日照时间超过2000h，特别是中国的西部地区太阳能资源尤为丰富。
太阳能利用涉及的技术问题很多，但根据太阳能的特点，具有共性的技术主要有四项，即太阳能采集、太阳能转换、太阳能贮存和太阳能传输，将这些技术与其它相关技术结合在一起，便能进行太阳能的实际利用——光热利用、光电利用和光化学利用。
2,水能水能是一种清洁的能源。许多世纪以前，人类就开始利用水能。最初，人们以机械的形式利用这种能量。在19世纪末期，人们学会了将水能转换为电能。早期的水电站规模非常小，只为电站附近的居民服务。随着输电网的发展及输电能力的不断提高，水力发电已逐渐向大型化方向发展，并且获得了环境与经济的“双赢”。
新闻摘录：西电东送西电东送，是指开发贵州、云南、广西、四川、内蒙古、山西、陕西等西部省区的电力资源，将其输送到电力紧缺的广东、上海、江苏、浙江和京、津、唐地区。
我国是世界上水能资源最丰富的国家，但水能资源的分布极不均匀，90％的可开发装机容量集中在西南、中南和西北地区。此外，我国煤炭资源也集中在山西、陕西、内蒙古等西部地区。北京、广东、上海等东部七省市能源资源非常短缺，但电力消费却占到全国的40％以上。这种能源分布与生产力布局的不协调，决定了“西电东送”必然成为我国资源优化配置的基本取向。
根据有关部门规划，西电东送将形成南、中北三大通道。一是将贵州乌江、云南澜沧江和桂、滇、黔三省区交界处的南盘江、北盘江、红水河的水电资源，以及黔、滇两省坑口火电厂的电能开发出来送往广东，形成南部通道。二是将长江三峡和金沙江干支流水电送往华东地区，形成中部通道。三是将黄河上游水电和山西、内蒙古坑口火电送往京津唐地区，形成北部通道。
“西电东送”工程的高效有序运行有赖于政府与市场的配合。随着政企分开，企业将成为“西电东送”的主体，电力供需将推向市场，但政府的宏观调控也必不可少。例如：在项目的前期规划阶段，政府发挥主导作用，把东部的市场空间腾出来购买西部的电力；最终通过市场化运作形成供需双方都能接受的价格。
对东部而言，“西电东送”缓解了其缺电的局面，对平抑过高的电价做出了贡献，也减轻了日益严重的环保压力。对西部而言，“西电东送”充分利用了其得天独厚的自然资源，获得西部大开发所需的资金，进而促进经济发展。因此，“西电东送”是一项从根本上实现全国能源资源优化配置的关键性工程，是一项东西部“双赢”的战略。
参考资料：韩建清等，西电东送：西部大开发的标志性工程，人民日报，2001年08月10日第四版
3,风能风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。
风力发电不消耗资源、不污染环境，具有广阔的发展前景，和其他发电方式相比，它的建设周期较短，装机规模灵活，实际占地少，对土地要求低。此外，在发电方式上还有多样化的特点，既可联网运行，也可独立运行，这对于解决边远无电地区的用电问题提供了现实可能性。
4,海洋能一望无际的汪洋大海，不仅为人类提供航运、水产和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的能量。通常海洋能是指依附在海水中的可再生能源，包括潮汐能、波浪能、海洋温差能、海流能等。更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。全球海洋能的可再生量很大，上述五种海洋能理论上可再生的总量为766亿kw。虽然海洋能的强度较常规能源低，但在可再生能源中，海洋能仍具有可观的能流密度。
5,生物能生物能是以生物为载体将太阳能以化学能形式贮存的一种能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用。生物能是第四大能源，生物质遍布世界各地，世界上生物质资源数量庞大，形式繁多，它包括薪柴，农林作物，农业和林业残剩物，食品加工和林产品加工的下脚料，城市固体废弃物，生活污水和水生植物等等。目前生物质能的开发应用主要在三个方面：一是在一些农村建立以沼气为中心的能量-物质循环系统，使秸杆中的生物能以沼气的形式缓慢地释放出来，解决燃料问题；二是建立以植物为能源的发电厂。变“能源植物”为“能源作物”，如“石油树”，绿玉树，续随子；三是种植甘蔗、木薯、海草、玉米、甜菜、甜高粱等，既可作食品工业的原料，又可制造酒精以代替石油。
6,地热能地热能是来自地球深处的可再生热能。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。据估计，地热所含的能量是地球全部煤炭、石油和天然气蕴藏量的30倍。
地热集中分布在构造板块边缘一带，此区域也是火山和地震多发区。它的勘探和提取技术依赖于石油工业的经验，由于目前经济上可行的钻探深度仅在3000m以内，再加上储热空间地质条件的限制（例如资源的高温环境和高盐度），因而只有当热能运移并在浅层局部富集时，才形成可供开发利用的地热田。随着科学技术的发展和地热能利用效率的提高，在不远的将来，这一经济深度可能延伸到5000m甚至更深。
7,核能核能是指原子核结构发生变化时放出的能量，分裂变能和聚变能两种。
与太阳能、水能、风能、地热能等清洁能源相比，核聚变能不受时间和地域的限制，更重要的是，它是一种取之不尽的能源。核聚变反应的原料是氢的同位素氘和氚，氘丰富地蕴藏在水中，可人工制取。据实验测定，一升水含有30mg氘，若全部发生聚变反应，可释放出相当于300L汽油燃烧所放出的能量。如果把全球海水全部通过核聚变转化成能源，按当前世界能源消耗水平可以供全人类使用一万亿年。
早在20世纪50年代初，美、英、苏等国便开始了核聚变研究。目前全世界已有30多个国家及地区开展了核聚变研究，其中以美国、欧盟各国、日本及俄罗斯发展最快。中国从20世纪80年代开始制订了发展核电的技术路线和技术政策，1991年中国自主建造的秦山核电厂实现并网发电，1994年上半年，广东大亚湾核电站投入满功率运行。这两座核电厂的建成，有效地缓解了华东、广东等地电力紧张的局面，并为香港输送了大量电力，标志着中国核电的起步。中国的核电发展潜力还很大，目前除了已建成和在建的核电站以外，已经完成初步可行性研究或已进行预评审的厂址10余个，可容纳40-50台机组，预示着未来20年内核电装机容量将会迅速增加。
8,氢能氢是一种清洁的二次能源，一种理想的新的含能体能源。多年来，我国已初步形成一支由高等院校、中国科学院及石油化工等部门为主的从事氢能研究、开发和利用的专业队伍。在国家自然科学基金委员会、国家科学技术部、中国科学院和中国石油天然气集团公司的支持下，这支队伍承担着氢能方面的国家自然科学基金基础研究项目、国家“863”高技术研究项目、国家重点科技攻关项目及中国科学院重大项目。经过全球科学家的共同努力，预计2030年前后可实现氢能的大规模商业应用。
目前液氢已广泛用作航天动力的燃料，但氢能的大规模商业应用还有待解决以下关键问题：第一，廉价的制氢技术。氢的制取需要消耗大量的能量，目前制氢效率很低，因此开发廉价制氢技术是各国科学家共同关心的问题。第二，安全可靠的贮氢和输氢方法。由于氢易气化、着火、爆炸，因此如何妥善解决氢能的贮存和运输问题也就成为开发氢能的关键。
（三）节能节能是指采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可接受的一切措施，高效地利用能源资源。节能并不等于降低生活水平，而是在引进更有效地生产和利用能源的新技术，以及在改善能源管理上，通过提高能源利用效率，降低需求而不对个人生活方面或国家的经济增长产生消极的影响。它涉及到能源系统的所有环节，从资源的开采、加工、输送、转换、分配到终端利用。我国的节能重点为：燃煤电厂；工业锅炉；钢铁工业；建材工业。在许多情况下提高能源效率和节能是减少污染物排放的最有效方法，并且，在所有污染防治技术中节能是最经济的方法。
我国能源利用效率为32％，比国际先进水平平均低10％以上。每消耗一吨标准煤所创造的国内生产总值，只有发达国家的二分之一到四分之一。由此可见，我国节能潜力是巨大的。中国政府已把提高能源效率和节能，作为可持续发展能源战略的关键措施，提出“坚持资源开发与节约并举，近期把节约放在首位”的发展战略。1996年5月，我国的国家计委、国家经贸委和国家科委联合制定了《中国节能技术政策大纲》，提出了各行业节能技术方向和目标。1997年11月，全国人大常务委员会第28次会议审议通过并颁布了《节约能源法》。
二、绿色交通经过四十年的努力，中国的汽车工业得到了很大的发展，汽车的需求量与保有量不断增长。随着汽车数量的迅速增加以及城市化进程的加快，一些主要城市的大气污染类型正在由煤烟型向混合型或交通型转化，汽车尾气排放已成为它们的重要污染源。交通型污染与汽车的类型、汽车的数量、燃料利用率、燃料性能及交通状况等诸多因素密切相关。解决交通型污染的对策是推行绿色交通。
（一）合理的交通规划随着城市化进程的加快和人民生活水平的提高，交通工具对人们越来越重要。面对上升中的交通需求和增长中的负面影响，城市应当按照具体条件建设布局合理、高效快捷、环保舒适的综合交通网。
新闻摘录：上海构筑新世纪交通蓝图上海是一个拥有1400万人口的特大城市，城市交通在经济社会发展和人们日常生活中处于非常重要的地位。未来的城市交通究竟是什么模样，是广大市民十分关心的问题。世纪之交，上海正在着手规划编制一张新世纪的城市交通发展蓝图。
最近，来自中、美、英、德、俄、澳、加等国的城市交通专家、学者汇集上海，对上海未来城市交通的发展提出了十分有益的建议。根据上海城市交通的基本构想并结合中外专家学者的真知灼见，一份新世纪上海城市交通发展的蓝图已较为清晰地展现在人们面前：
加快轨道交通建设 形成地铁、城市轻轨、新型有轨电车（运行主要靠电，产生的污染少）等多种方式组成的轨道交通网络体系，使轨道交通成为上海城市公共交通的核心力量。到2005年，轨道交通长度达到140公里左右，初步形成“申”字形的轨道交通网络；提高轨道交通的运行效率，交通流量规模从去年的35万人次提高到250万人次，占机动方式总量的比重从去年的2.6%提高到13.4%。
建设约650公里的高速公路网络 实现15分钟上网、30分钟互通、60分钟抵达的“15、30、60”目标。重要工业区和集镇、交通枢纽、旅游（货物）主要集散地可在15分钟内上高速公路网；中心城与任一新城（县城）在30分钟可以互通；市域高速公路网上任一点都可在60分钟抵达。最终形成覆盖全市6340平方公里市域范围并与长江三角洲城市相连接的高速公路网络。同时还将建设一批多功能、现代化的交通换乘枢纽，加强轨道交通与其它交通、市区交通与市外交通的衔接，方便市民换乘。
公交优先 在交通工具的政策导向方面，大力发展轨道交通，优化调整地面交通，适度发展小汽车，限制摩托车，逐步替换助动车。其中将优化调整公交线网，近期增辟到市区边远小区的公交线路，中长期配合轨道交通建设形成棋盘型与放射形结合的公交线网；形成公交专用道系统，选择具备双向六车道机动车通行能力、公交线网密集、交通流量密集、公交线路相对集中而社会车辆流量又较高的线路，辟设公交专用道。对内环线以内地区、三个车道以上的单向道考虑设置公交车辆逆向行驶，加强公交场站的建设，到2005年完成一大批大型地面公交换乘枢纽的建设；加快更新公交车辆，淘汰启动慢、污染严重、容易抛锚的车辆。
通过上述措施，以提高地面公交运行的质量，吸引个体交通客流转向公共交通。
参考资料：http://www.scctpi.gov.cn/content/gh.htm
（二）发展清洁汽车清洁汽车是指低排放的燃气汽车（LPGV、CNV）、混合动力汽车、电动汽车以及通过采用多种技术手段大大降低排放污染的燃油汽车及其他代用燃料汽车。发展电动汽车、清洁燃料汽车及汽车环保技术对于合理利用我国资源，改善大气质量，培植汽车工业新的经济增长点，促进相关高新技术的发展等方面具有重大意义。
新闻摘录 电动汽车：汽车的未来趋势电动汽车是全部或部分由电能驱动电机作为动力系统的汽车，包括纯电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池汽车三种类型。面临能源和环境的压力，国外著名汽车公司都十分重视研究开发电动汽车，世界发达国家不惜投入巨资进行研究开发，并制定了一些相关的政策、法规来推动电动汽车的发展。2001年9月29日，我国“十五”国家“863”计划电动汽车重大专项的可行性论证在科技部获得通过，这一专项的启动将对中国汽车产业发展具有重大战略意义。
电动汽车的研究始于单独依靠蓄电池供电的纯电动汽车，但是由于动力电池的性能和价格还没有取得重大突破，纯电动汽车的发展没有达到预期的目的。
混合动力电动汽车正是在纯电动汽车开发过程中为有利于市场化而产生的一种新的车型，它将现有内燃机与一定容量的储能器件（主要是高性能电池或超级电容器）通过先进控制系统相结合，可以大幅度降低油耗，减少污染物排放。由于其具有投资少、选择余地大、易于满足未来排放标准和节能目标、市场接受度高等特点，因此引起了各大汽车公司的关注。
燃料电池汽车，即以燃料电池作为动力系统的汽车，世界各大汽车公司已相继推出以甲醇或汽油为燃料的燃料电池汽车，但在很多技术方面还没有取得全面突破。
电动汽车代表着汽车工业的未来发展方向，但是专家认为，若要真正解决汽车废气污染问题，少量的电动汽车投入使用将无济于事。也有人认为，电动汽车只是将污染源从汽车排气管转移到发电厂的烟囱中。（研究证明，在美国新英格兰地区，内燃汽车排放的废气，是提供电能的发电厂污染的6倍。而在洛杉矶，由于发电厂使用天然气和无污染的核能，电动汽车的污染只有内燃汽车的百分之一。）从技术角度看，已研制出的电动汽车存在下列主要问题：
续驶行程有限 目前市场上使用的电动汽车一次充电后的典型续驶里程一般为100至240km，并且这个数字通常还需要保持适当的行驶速度及具有良好的电池调节系统才能得到保证，而绝大多数商用电动汽车城市行驶环境下的续驶里程一般只有50－80km。比起传统内燃机汽车而言，电动汽车的较短续驶里程成为其“致命”的弱点。
电池寿命太短 尽管电池的性能各异，但各有优势和不足。例如，铅酸电池成本低，原材料丰富且易于回收，但其装备电动汽车后续驶里程短、加速动力差且寿命短。镍—镉电池成本高、可回收性差，但其加速动力足、寿命较长。钠—硫电池的能量／动力比值较高，能够提供较长的续驶里程和较大的加速动力，但它要求的工作环境较苛刻，且其活性物质具有强腐化性并易爆炸。金属—空气电池虽然具有明显的安全、干净、低成本等特点，但目前还只是发展的初期阶段。就整体来看，成熟电池之寿命都相对较短。
电池尺寸、重量的制约 现有电动汽车所使用的电池，都不能在储存足够能量的前提下保持合理的尺寸和重量。例如，现有电动汽车电池的外体积一般要达到550L，把这么大体积的电池用于家庭轿车上时，就必然要挤占轿车的行李箱空间甚至乘客空间。同样，一部重量为2000kg的电动汽车，其电池重量达到了1270kg，这也必然使其性能大打折扣。
电动车价格昂贵 主要是电池技术复杂，成本太高，另外也由于采用一系列新材料、新技术，致使电动汽车的造价居高不下。时下电动车用燃料电池的价格大约为100－200万日元／KW，但汽车内燃机的价格都是2000～3000日元／KW左右，故降低成本是关键。
间接污染严重 电动汽车本身虽无排放污染，但其间接污染也是不能忽视的。如铅酸电池中的铅，从开采、冶炼到生产的排污，都会对环境造成污染。再如所用电能，相当大一部分来自火力发电，煤炭燃料也会造成大气污染。
经过多年的探索与努力，目前，我国在电池、电机、电控三大制约电动汽车大规模进入市场的关键技术研制方面已取得了重大进展。
在高性能电池方面，深圳雷天绿色电动源公司开发的锂离子电池续驶能力达到300公里，最高时速可达120公里；深圳中星汽车制造公司研制的超级纳米碳纤素电池容量是一般铅酸电池的11倍，充电仅需10分钟就可以完成，寿命可达10年以上，价格为锂电池的1/3，均展示出明显的商业化前景。
在电机与电控系统方面，华中科技大学开发的全数字化开关磁阻电机、中船721所开发的永磁无刷电机、中国科学院北京三环通用电气公司开发的电动汽车专用7。5千瓦轮毂电机等，都是我国电动汽车驱动电机技术的重大突破。目前，上海、北京、武汉等地已依托国有大型汽车企业成立了电动汽车股份制公司，这些地区正在加速建设产业基地。
业内专家普遍认为，我国电动汽车技术群体性突破的时期已经到来，电动汽车将迅速大规模进入市场。
参考资料：①文郁，三大关键技术相继取得突破，新华日报，2001年10月31日
②http://auto.cn.tom.com
③http://cn.biz.yahoo.com/010930/97/pgmn.html
三、末端治理推行清洁能源与绿色交通从源头上减少了大气污染的产生。对于已经产生的污染，则需进行末端治理。下面将对烟尘、硫氧化物和氮氧化物等主要大气污染物的末端治理技术作一些简要介绍。
（一）烟尘治理技术去除烟尘采用的是除尘装置。烟尘的粒径大小及其分布对除尘过程的机制、除尘器的设计及其运行效果都有很大影响，它们是颗粒污染物控制的主要基础参数。按除尘原理的不同，除尘器大致可分为机械除尘器，静电除尘器、湿式洗涤除尘器和过滤式除尘器等。它们性能各异，使用时应根据实际需要加以选择或配合使用，主要考虑因素为尘粒的浓度、直径、腐蚀性等以及排放标准和经济成本。
（二）二氧化硫治理技术二氧化硫治理技术包括燃料脱硫（目前主要是重油脱硫）和烟气脱硫。
对于没有烟气脱硫能力的中小工厂，通常采用燃料脱硫。它通过加氢催化，使重油中有机硫化物的C-S键断裂，硫变成简单的气体或固体化合物，从重油中分离出来。大型工业企业则要求安装烟气脱硫设施。烟气脱硫可分为湿法和干法两种。湿法是把烟气中的SO2和SO3转化为液体或固体化合物，从而把它们从烟气中分离出来，主要包括碱液吸收法，氨吸收法和石灰吸收法等。干法脱硫是指采用固体粉沫或非水液体作为吸收剂或催化剂进行烟气脱硫，它分为吸附法、吸收法和催化氧化法等。
阅读材料：烟道喷雾脱硫技术该技术主要应用于已装有麻石水膜除尘器或其它高效除尘器的2-220t/h锅炉的烟气脱硫。
原理 由高效喷雾器喷出的吸收剂浆液与烟道中烟气充分混合，烟气中SO2被碱液吸收，同时，烟尘被吸收液润湿、凝聚。然后烟气进入除尘器后，吸收液雾滴、脱硫产物及烟尘被除尘器捕集，再由除尘器底部流入沉淀池。净化后烟气由除尘器顶部排出进入引风机，再由引风机排至烟囱。脱硫过程中发生的主要的化学反应如下：
1、以CaO为吸收剂：
CaO + H2O —— Ca(OH)2
2Ca(OH)2+2SO2 + 1/2O2 + 1/2H2O—— CaSO3˙1/2H2O + CaSO4˙2H2O
2、以NaOH作吸收剂：
2NaOH + SO2 —— Na2SO3 + H2O
Na2SO3 + H2O + SO2 —— 2NaHSO3
3、双碱法脱硫：
第一步（吸收反应） 2NaOH + SO2 —— Na2SO3 + H2O
Na2SO3 + H2O + SO2 —— 2NaHSO3
第二步（再生过程） Na2SO3 + H2O +CaO —— CaSO3 + 2NaOH
NaHSO3 + CaO —— CaSO3 + NaOH
特点 采用特制喷头，雾滴粒径小于250mm，气液接触充分，保证高效脱硫，脱硫率60%-85%；改造方便，停炉时间短，适合于现有除尘系统的改造；喷头防腐防堵耐磨性能好，克服了常规喷头的缺点，保证系统长期可靠运行；压降小（<350Pa），改造后在不更换风机的情况下，不影响现有系统的正常运行；工艺简单，占用场地小，投资省；操作简便，维修方便；循环用水，无二次污染。
参考资料：http://www.cct.org.cn/7/content/0709-6.htm
（三）氮氧化物的治理技术氮氧化物是形成光化学烟雾的主要一次污染物，其主要来源是以汽车为主的交通排放的废气，炼油业等工业也在氮氧化物污染中占有较大的负荷。汽车排气主要来自发动机汽油燃烧，如绿色交通中所述，大力发展以电能、燃气等为燃料的清洁能源汽车，促进先进、高效的发动机及尾气净化装置的推广和使用，将会大大减少大气污染物。
工业企业排放的氮氧化物主要通过以下方法去除。
吸收法 根据所使用的吸收剂，可分为碱吸收法，溶融盐吸收法和硫酸吸收法。
非选择催化还原法 应用金属铂等作为催化剂，以H2或CH4等还原性气体作为还原剂，将烟气中的氮氧化物还原为N2。
选择性催化还原法 以金属铂的氧化物作为催化剂，以氨、硫化氢和一氧化碳等为还原剂，选择最佳脱硝反应温度，让还原剂仅与烟气的氮氧化物发生反应，使之转变为无害的N2。
（四）氟化物的治理氟化物治理技术的研究始于二十世纪四十年代。在铝矿的开采中，在磷、磷酸、磷肥、氧化铝等的生产中，以及在电解铝和铝加工等的生产过程中，都会产生氟化物。由于氟化物易溶于水和碱性水溶液中，因此去除气体中的氟化物一般多采用湿法。到了五十年代出现了用干法从烟气中回收氟化物的新工艺。
四、环境自净污染物经过末端治理达到排放标准后被排入大气中，但此时它们的浓度一般要高于环境空气质量标准（见表3-4），因此，大气环境中污染物浓度的进一步降低将要依靠环境的自净作用。
表3-4 环境空气质量标准（Ambient air quality standard）GB 3095－1996
污染物名称
取值时间
浓度限值
浓度单位
一级标准
二级标准
三级标准
二氧化硫（SO2）
年平均日平均
1小时平均
0.02
0.05
0.15
0.06
0.15
0.50
0.10
0.25
0.70
毫克/立方米
(标准状态)
总悬浮颗粒物（TSP）
年平均日平均
0.08
0.12
0.20
0.30
0.30
0.50

可吸入颗粒物（PM10）
年平均日平均
0.04
0.05
0.10
0.15
0.15
0.25

二氧化氮（NO2）
年平均日平均
1小时平均
0.04
0.08
0.12
0.08
0.12
0.24
0.08
0.12
0.24

一氧化碳（CO）
日平均
1小时平均
4.00
10.00
4.00
10.00
6.00
20.00

臭氧（O3）
1小时平均
0.16
0.20
0.20

铅（Pb）
季平均年平均

1.50
1.00

微克/立方米
(标准状态)
苯并[a]芘（B[a]P）
日平均

0.01


氟化物（F）
日平均
1小时平均

7①
20①


月平均植物生长季平均
1.8②
1.2②
3.0③
2.0③

微克/(平方分米.日)
注：①适用于城市地区；②适用于牧业区和以牧业为主的半农半牧区，蚕桑区；③适用于农业和林业区大气环境的自净有物理、化学作用（扩散、稀释、氧化、还原、降水洗涤等）和生物作用。在排出的污染物总量恒定的情况下，认识和掌握气象变化规律，合理利用大气自净能力，可以有效降低大气中污染物浓度，减少大气污染危害。例如，以不同地区，不同高度的大气层的空气动力学和热力学的变化规律为依据，可以合理地确定不同地区的烟囱高度，使经烟囱排放的大气污染物能在大气中迅速地扩散稀释。
植物在大气环境自净中具有重要作用，它具有美化环境、调节气候、抑制扬尘、截留粉尘，吸收大气中有害气体等功能，可以在大面积的范围内，长时间地连续净化大气。尤其是大气中污染物影响范围广、浓度比较低的情况下，植物净化是行之有效的方法。在城市和工业区有计划地扩大绿地面积是具有长效能和多功能的大气污染综合防治措施。
案例研究：城市绿化
我国是一个缺林少绿的国家，森林覆盖率目前只有13%，随着工业化进程的加快以及人口的不断增加，资源、环境、生态所承受的压力越来越大。提高绿化率，改善生活环境，已逐渐成为人们的共识，而为增加绿化率作出重要贡献的“城市绿化”，亦为越来越多的人所关注。
城市的绿化大多要靠人的行为，看似简单，实则不易。它的实施牵涉到很多方面，需要自然、技术、环境、经济、社会这五类规律的协同。
城市的绿化需要考虑该地区的自然条件如何，因为每一种植物只有在适宜它的地质、气候条件下才能生存下来。如果不考虑实际条件的允许与否，胡乱栽上一些花草树木，很可能会出现“昨日还是姹紫嫣红，今朝却已花容失色”的局面。北京林业大学园林学院资深教授苏雪痕就此谈到了植物配植的一个适地适树原则。比如天津土壤的盐碱成分大、地下水位高，就应该选择耐盐碱、耐湿的绒毛白蜡、刺槐等；山城重庆岩石多、土壤瘠薄、干旱、高温、雾重，就应择取耐热、耐旱、耐瘠薄的黄葛、川楝等。还有北京的国槐和侧柏、武汉的悬铃木、广州的木棉、福州的小叶榕，都是适合当地绿化的优良树种。因什么样的地栽什么样的树，这是自然规律这个限制条件给我们的启示，也是搞好城市绿化的第一步。
仅仅选择好了适宜的树种还不够，城市中的绿化系统毕竟不像原始森林那样有很强的自我修复能力，它需要专业人员的精心护理，因此就要求园艺人员有相当的专业知识与技术。从另一个角度来看，道路绿带的立地条件是城市中最差的，由于土地面积的限制，绿带宽度通常只有1-1.5m，其上方与各种架空电线发生矛盾，地下又有各种电缆及上下水、煤气和热力管道，可谓“天罗地网”，更由于土壤中含有大量建筑垃圾，人流践踏频繁，植物根系不深，容易造成风倒。为此，就需要培养出更具耐践踏、耐瘠薄、耐修剪、易复壮、抗污染能力的树种，技术规律的存在为这种“需要”转变为现实提供了可能性，也为城市绿化的发展奠定了一定的基础。
从环境的角度讲，城市绿化应兼顾到和谐与无污染。怎样将形态各异的花红柳绿合理分布，点缀日新月异的城市，为人们提供优美宜人的景致和舒适清新的空间，这是城市绿化中需要考虑的一个重要方面。此外，城市是交通、企业密集的地方，汽车排放的尾气、工厂产生的废气中一般都含有对人体有害的物质，如二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等，如何选择对这些有害物质有吸收或降解能力的树种，做到既绿化城市，又保护环境，这也是城市绿化中应该想到的问题。上海有一家绿化典型：一家酿造酱油的厂，占地6万m2，建筑物和道路以外的处处黄土都不露天，生长在土地上的黄杨、蜀葵、牵牛、蓖麻、女真、无花果等抗污植物，为厂区营造了一个空气清新、温度适宜的良好环境。像这样的例子是很值得借鉴的。城市绿化应该能够提高人与环境的和谐度，这是环境规律的要求。
任何具体措施都离不开经济系统的支持，城市绿化也是如此。从绿化的规划设计，到聘请园艺工人购买花种、树种，再到平日对绿化的维护，无一不与经济相关。人们对舒适环境的渴望是一种需求，政府进行城市绿化的行为实则是一种供给，供需的平衡需要由最优的价格来实现，这是经济领域的规律。也就是说，城市绿化虽说是一项公益行为，但人们在享受绿化带来的美好环境的同时，也须支付相应的环境消费费用，正如家庭在使用卫生自来水的时候，需要缴纳一定的水费与排污费一样。税收、市容管理费、物业管理费、景点门票等各类形式的收费将会为城市绿化的持续进行提供经济保障。而从更深的层次来讲，则需建立一套完善的城市绿化的市场机制以确保其正常运行。
近年来，随着国内许多城市逐渐重视起城市开放空间的建设，大大小小的“城市广场”在城市绿化中悄然出现，其风格形态各有特色，成为广大市民熟悉和喜爱的“城市客厅”。这种现象体现了社会发展对城市绿化的新要求，也可以说，“城市广场”是社会规律在特定时期的一种表现形式。如果说经济效益显著的高楼大厦与商场饭店属于它的功利性基础，那么一个当代都市的发展方向则是这种“以人为本”的市民广场的建设。因此可以说，市民广场既是个体舒泄内心焦虑与紧张的充满高度人文内涵的自由空间，也是一种与艺术化的生活相联系的城市绿化。它体现了人与自然的和谐，人与人的和谐，是环境规律与社会规律共同选择的产物。
参考资料,①周大平，城市绿化要讲科学配植，选择树种不可随心所欲，了望，1998年5月11日第19期
②吴影等，我们的广场，东方，2000年4月14日第15期
第四节 全球大气环境变化在全球大气环境变化中，目前最引人注目的是全球变暖与臭氧层破坏。由于全球大气环境问题的产生原因与影响范围是全球性的，因此这些问题的有效解决，也需要世界各国综合考虑自然、社会、经济、技术等条件，加强交流、增进合作，以促进全球社会、经济、环境的可持续发展。
一、全球变暖
（一）近百年来全球变暖的趋势气候学的纪录显示，全球地面气温在过去100年内上升了0.3-0.6℃。同时，有6个全球平均最暖年（1980，1981，1983，1987，1988，1989）均在20世纪80年代。这种趋势很可能继续下去，除非采取有效的措施加以控制。座落在维也纳附近的国际应用系统分析研究所于1991年所作的预测表明，到2050年，全球变暖的幅度可能在4.5-10℃之间，到21世纪末，则在12-15℃之间。这些预测还是初步的，因为其中没有考虑海洋热力学效应引起的时间滞后效应。比较折中的预测是，到2030年，全球平均气温将比现在上升0.5-2.5℃，到2050年，将上升3.6-4.5℃。
（二）全球变暖的原因全球变暖的原因在于“温室效应”的加剧。
太阳表面温度约为6000K，其热辐射的主体部分为短波和可见光。太阳辐射透过大气层到达地球表面后，被岩石土壤等吸收，地球表面温度上升，与此同时，地表物质向大气发射出红外长波为主的辐射。大气层中某些气体对短波和可见光吸收很弱，而对长波辐射吸收强烈（如图3-8），因此地球表面从太阳辐射获得的热量相对多，而散失到大气层以外的热量相对少，地球表面的温度得以维持，这就是大气的“温室效应”。这些气体被称为“温室气体”，主要包括二氧化碳、臭氧、甲烷、氯氟烃、一氧化碳等（如表3-5）。当它们在大气中的浓度增加时，大气的温室效应就会加剧，引起地球表面和大气层下部的温度升高，近百年来的气候变暖被认为是二氧化碳等温室气体在大气中的浓度大幅度上升的结果。
引起温室气体增加的主要原因是人类活动。以CO2为例，在人类社会实现工业化以前的19世纪初，大气中CO2的浓度为270ppm，而到了1988年已上升到350ppm。这主要有两个原因：首先，由于人口的剧增和工业化的发展，人类社会消耗的化石燃料急剧增加，燃烧产生大量的CO2进入大气，使大气中的CO2浓度增加；其次，森林毁坏使得被植物吸收利用的CO2的量减少，造成CO2被消耗的速度降低，同样造成大气中CO2浓度升高。CO2以外的温室气体，如甲烷、对流层O3、氯氟烃（氟里昂）、氧化氮等也在不同程度地增加着。



表3-5 大气中的温室气体气体
大气中浓度（ppbV）
年平均增长率（%）
二氧化碳
344000
0.4
甲 烷
1650
1.0
一氧化碳
304
0.25
二氯乙烷
0.13
7.0
臭 氧
不定
-
CFC11
0.23
5.0
CFC12
0.4
5.0
四氯化碳
0.125
1.0
一氧化碳
不定
0.2

（三）全球变暖可能产生的影响
1,海平面上升历史证明，20世纪全球海平面上升了10-15cm。如按现有人类活动的温室气体排放率计，估计到本世纪中叶，海平面比现在要高1.5m，表3-6为未来海平面变化的预测。海平面上升的直接影响有以下几个方面：低地被淹；海岸被冲蚀；排洪不畅；土地盐渍化；海水倒灌等。
表3-6 未来海平面变化的预测预测者
预测年份
上升量（cm）
世界气象组织（WMO）
2025
20-140
Mercer
2030
500
日本环境厅
2030
26-165
国际科协理事会（ICSU）
2030
20-1850
Bloom
2030
100
欧洲共同体
21世纪
20-165
Barth&Titus
2025
13-55
联合国环境规划署（UNEP）
21世纪末
65
注：引自宁大同、王华东，1996，全球环境导论，480页
目前，全球大约有1/3的人口生活在沿海岸线60公里的范围内，世界上35座最大的城市有20座地处沿海。据专家推测：如果地球表面温度按现在的速度继续升高，到2050年南北极地冰山将大幅度融化，那时，海平面将明显高于包括上海、东京、纽约、悉尼在内的沿海城市。
2,对动植物的影响动植物对历史上缓慢的气候变化，或者是适应，或者被淘汰。现存的都是适应者，但它们只适应过去曾出现过的经历了许多世纪的缓慢变化。例如第四纪大冰期后期以来，地表上冰层北撤，数千年内温度上升了5℃，美国东南部的橡树林渐渐向北迁移。由于人为CO2排放增加而导致气候变暖的规模与上述数值相近，然而却是在一个世纪内发生了。在此期间，气候带变暖向高纬度迁移数百公里以至上千公里。但自然界的动植物，尤其是植物群落，却可能因无法以相应的速度做适应转移而遭厄运。
从CO2倍增时气候的情景估计，北美森林南界将向北撤退600-700km。但根据历史上的森林迁移速度，即使再提高1倍，森林北界边缘只能在100年内北移100km。未来的气候变化将使一些地区的某些物种消失，而有些物种则从气候变暖中得到益处，它们的栖息地可能增加，竞争对手和天敌也可能减少。
3,对农业的影响初步研究显示，全球变暖会引起温度带的北移，进而导致大气运动发生相应的变化，全球降水也将随之发生变化。一般，这样的气温升高会导致潜在蒸发增加并减弱经向环流，低纬度地区现有雨带的降水量会增加，高纬度地区冬季降雪量也会增多，而中纬度地区夏季降水量将会减少。降水量增多对于大多数干旱、半干旱地区是很有利的，但是对于降水减少的地区，如北美洲中部、中国西北内陆地区，则会因为夏季雨量的减少而变得更加干旱，导致土地沙漠化。除此之外，全球变暖还会使高温、热浪、热带风暴、龙卷风等自然灾害加重。因此，全球气温升高后，世界粮食生产的稳定性和分布状况将会有很大变化。气温变暖引起农业结构发生变化，从而使许多农产品贸易模式也会发生相应的变化。
（四）减缓全球变暖的对策由于使得全球变暖的主要原因是温室效应，而CO2是最主要的温室气体，因此，要减缓全球变暖主要是如何控制大气中CO2的问题。CO2的排放源大致可分为两类：一是化石燃料的燃烧；另一类来源于以石灰石为原料的水泥制造过程中，以及在高炉生产生铁时作还原剂投入的石灰石所产生的CO2。
据此，其对策有三：第一是控制化石燃料消耗以抑制CO2的排放；第二是使已生成的CO2变为其他物质以防止其向大气中排放；第三是并不减少排放到大气中CO2量，在已经发生全球变暖的情况下，采取相适应的对策以使其影响降低到最小程度。它们分别被称为排放控制对策、固定化对策和适应对策。
新闻摘录：森林与温室效应的新发现
2001年5月24日出版的《自然》杂志发表了美国杜克大学的几位植物学家和生态学家的一份最新实验报告。7年前，这几位科学家在杜克大学校区附近选择了两片森林，开始了评估树木吸收二氧化碳能力的实验。据推算，到2050年，排放到大气中的二氧化碳量将比现在增加35%-50%。于是，他们就在第一组森林中不断施放二氧化碳浓度为560ppm（ppm为百万分之一）的气体，以模拟50年后的浓度水平；第二组森林则保持目前正常的二氧化碳水平，即浓度在365ppm左右。
在实验开始的前两年里，第一组森林的树木在高浓度二氧化碳下生长明显加快，生长速度比第二组森林的树木大约快25%。但两年后，生长速度却在很短的时间内迅速下降，最终和第二组森林的树木的生长速度基本持平。分析原因，主要是土壤中的养分，特别是氮养分随着树木的迅速生长而消耗殆尽。
实验结果显示，树木生长需要阳光、水分、养分等多种因素，缺一不可，森林可以在短期内加速吸收二氧化碳，但因为土壤中的养分无法配套供应，所以从长期来看，无法指望森林会消化掉50年后增加的50%的二氧化碳。另外，科学家们在跟踪观察二氧化碳在树木生长过程中的作用后发现，树木吸收的二氧化碳主要是对树叶的生长起作用，对树干的作用则不明显。这样带来的最要命的后果是，树叶脱落以后会慢慢腐烂，它所吸收的二氧化碳在3年内将几乎全部回到大气中，而并非像以前人们所说的那样，会留在土壤里。
主持这项实验的杜克大学生物学教授戴维·埃斯沃斯对这一结果评价说：“如果这一结果在全球植被生态中被普遍证实，人们就不得不对环境问题进行再思考了。”目前，已经有实验表明，热带树木与其他地区的树木相比，对二氧化碳的吸收能力相对更低一些。
外界对这份报告给予了极大关注。美国伊利诺伊大学的一位植物学家说，这一结果的“潜在重要性”会越来越明显，它彻底推翻了人们的传统观念。
尽管森林在涵养水源、防止水土流失、调节气候等方面都有无可替代的作用，但在大量消化二氧化碳的能力上，人们不能太乐观。参与这项实验的另一位生态学教授拉姆·奥林认为，这一实验结果的重要性就在于此。他说，也许人们只能从减少二氧化碳气体的排放量入手来解决温室效应问题了，这将使全球的环保问题变得更为复杂，利益冲突更为尖锐。
缅因州鲍登大学的科学家对火炬松的研究则发现，在二氧化碳浓度较高的环境里，落叶分解并释放出二氧化碳的速度也更快。树木吸收的碳有一半储藏在树叶中，树叶掉落后有的迅速分解、重新向大气中释放出二氧化碳，有的缓慢被土壤吸收。树叶分解速度加快，将使森林本身的碳沉降能力大打折扣。
在营养或温度等因素的影响下，环境变化甚至可能使一个生态圈由二氧化碳吸收者变成污染源。认为只要多种植树木就可以肆无忌惮地排放二氧化碳的想法，会导致决策者制定错误的环境政策，损害人类为遏制全球变暖做出的努力。
减少二氧化碳的排放量，一直是国际间一个极为敏感的问题。2000年的海牙国际环保会议不欢而散，美欧之间争执的关键问题就是二氧化碳排放标准。美国坚持认为，对发达国家排放量的限制应当考虑到森林对二氧化碳的吸收因素。如果考虑这一因素，对50年后的前景就不必过于悲观，对发达国家的二氧化碳排放标准的要求就不必过于苛刻。现在，这项最新的实验成果可以说正击中了美国的要害。果真如此，美国将不能以森林为借口来逃避自己的责任，而全球只能进一步严格限制二氧化碳的排放量，这又将直接影响到世界各国经济的发展。
参考资料：http://cssd.acca21.edu.cn/2001/news0706.html
二、臭氧层破坏
（一）臭氧层破坏的发现太阳光是在地球上生活的一切生物的生命之源，它是由不同波长的光所组成。但对地球生物而言，并非所有波长的光都有利。科学家发现，太阳光中的紫外线辐射，特别是UV—B辐射（紫外线辐射按照其波长的不同，可以划分成UV－A（315－400nm）、UV－B（280－315nm）和UV－C（280nm以下）三个波段）对生物有较大的伤害。而为我们阻挡UV—B辐射的就是臭氧。大气中的臭氧大部分集中在15km至48km之间的大气平流层中，以20km至30km处为最多。它在地球上空形成一把“保护伞”，它将太阳光中99%的紫外线过滤掉，这对于地球上生命的生存十分重要。如果没有这把伞的保护，人们将极易患皮肤癌、白内障以及各种免疫系统疾病。1984年，英国科学家首次发现南极上空出现臭氧洞。1985年，美国的“雨云-7号”气象卫星测到了这个臭氧洞。以后经过数年的连续观测，进一步得到证实。美国宇航局（NASA）的“Nimbus-7”卫星上的总臭氧测定记录数据表明，近年来，南极上空的臭氧洞有恶化的趋势。目前不仅在南极，在北极上空也出现了臭氧减少现象。NASA和欧洲臭氧层联合调查组分别进行的测定都表明了这一点。我国科学家近年来对我国上空臭氧分布的分析中发现，在我国青藏高原上空，也存在着一个相对周围地区臭氧浓度较低的区域。
（二）臭氧层破坏的原因对于大气臭氧层破坏的原因，科学家中间有多种见解。但是大多数人认为，人类过多地使用氯氟烃类化学物质（用CFCs表示）是破坏臭氧层的主要原因。氯氟烃是一种人造化学物质，1930年由美国的杜邦公司投入生产，二战后尤其是进入60年以后，开始大量使用，主要用作气溶胶、制冷剂、发泡剂、化工溶剂等。另外，哈龙类物质（用于灭火器）、氮氧化物也会造成臭氧层的损耗。
如上文所述，在平流层内离地面20-30km的地方是臭氧的集中层带，在这个臭氧层中存在着氧原子（O）、氧分子（O2）和臭氧（O3）的动态平衡。但是氮氧化物、氯、溴等活性物质及其他活性基团会破坏这个平衡，使其向着臭氧分解的方向转移。而CFCs非同寻常的稳定性使其在大气同温层中很容易聚集起来，其影响将持续一个世纪或更长的时间。在强烈的紫外辐射作用下它们光解出氯原子和溴原子，成为破坏臭氧的催化剂（一个氯原子可以破坏10万个臭氧分子）。
（三）臭氧层破坏的危害臭氧层被大量损耗后，吸收紫外辐射的能力大大减弱，导致到达地球表面的紫外线明显增加，给人类健康和生态环境带来多方面的危害，目前已受到人们普遍关注的主要有对人体健康、陆生植物、水生生态系统、生物化学循环、材料、以及对流层大气组成和空气质量等方面的影响。
1,对人体健康的影响已有研究表明，长期暴露于强紫外线的辐射下，会导致细胞内的DNA改变，人体免疫系统的机能减退，人体抵抗疾病的能力下降。这将使许多发展中国家本来就不好的健康状况更加恶化，大量疾病的发病率和严重程度都会增加，尤其是包括麻疹、水痘、疱疹等病毒性疾病，疟疾等通过皮肤传染的寄生虫病、肺结核和麻疯病等细菌感染以及真菌感染疾病等。
紫外辐射对人类健康最直接的危害是破坏脱氧核糖核酸（即DNA），而DNA损伤则会导致癌症。在和紫外辐射有关的诸多病症中，尤为引人注意的是晒斑，它被认为是引起皮肤癌的主要原因。紫外线UV－B段的增加能明显地诱发人类常患的三种皮肤疾病：非恶性的巴塞尔皮肤瘤、鳞状皮肤瘤以及一种非常危险的恶性黑瘤。动物实验和人类流行病学的数据资料显示，若臭氧浓度下降10%，非恶性皮肤瘤的发病率将会增加26%。科学研究也揭示了UV－B段紫外线与恶性黑瘤发病率的内在联系，并指出浅肤色的人群特别是儿童期更容易受影响。
实验证明紫外线会损伤角膜和眼晶体，如引起白内障、眼球晶体变形等。据分析，平流层臭氧减少1%，全球白内障的发病率将增加0.6-0.8%，全世界由于白内障而引起失明的人数将增加1-1.5万人；如果不对紫外线的增加采取措施，从现在到2075年，UV－B辐射的增加将导致大约1800万例白内障病例的发生。
2,对陆生植物的影响紫外辐射的增强会改变植物的叶面结构、生理功能、芽苞发育过程等，对小麦、稻米、大豆、大麦、土豆等主要农作物产生有害影响，降低农作物的产量，并对森林生态系统也有相当大的破坏。臭氧层损耗对植物的危害的机制目前尚不如其对人体健康的影响清楚，但在已经研究过的植物品种中，超过50%的植物——如豆类、瓜类以及土豆、番茄、甜菜等作物因UV－B的负影响而导致了质量下降。
UV－B带来的间接影响，例如植物形态的改变，植物各部位生物质的分配，各发育阶段的时间及二级新陈代谢等造成的破坏作用可能更为严重。它们对植物的竞争平衡、食草动物、植物致病菌和生物地球化学循环等都有潜在影响。这方面的研究工作尚处起步阶段。
3,对材料的影响因平流层臭氧损耗导致阳光紫外线辐射的增加会加速建筑、喷涂、包装及电线电缆等所用材料，尤其是高分子材料的降解和老化变质。特别是在高温和阳光充足的热带地区，这种破坏作用更为严重。由于这一破坏作用造成的损失估计全球每年达到数十亿美元。
无论是人工聚合物，还是天然聚合物以及其他材料都会受到不良影响。当这些材料尤其是塑料用于一些不得不承受日光照射的场所时，只能靠加入光稳定剂或进行表面处理以保护其不受日光破坏。阳光中UV－B辐射的增加会加速这些材料的光降解，从而限制了它们的使用寿命。研究结果已证实短波UV－B辐射对材料的变色和机械完整性的损失有直接的影响。
在聚合物的组成中增加现有光稳定剂的用量可能缓解上述影响，但需要满足下面三个条件：①在阳光的照射光谱发生了变化即UV－B辐射增加后，该光稳定剂仍然有效；②该光稳定剂自身不会随着UV－B辐射的增加被分解掉；③经济可行。目前，利用光稳定性更好的塑料或其他材料替代现有材料是一个正在研究中的问题。然而，这些方法无疑将增加产品的成本。而对于许多正处在用塑料替代传统材料阶段的发展中国家来说，解决这一问题更为重要和迫切。
4,对水生生态系统的影响海洋中浮游植物的吸收作用是大气中二氧化碳的一个重要去除途径，它们对未来大气中二氧化碳浓度的变化趋势起着决定性作用。但它们并非均匀分布在世界各大洋中，通常高纬度地区的密度较大，热带和亚热带地区的密度要低10-100倍。除可获取的营养物、温度、盐度和光外，在热带和亚热带地区阳光UV－B的含量普遍过高对浮游植物的分布有着重要影响。许多浮游植物能够自由运动以提高生产力保证生存，但暴露于阳光UV－B下会影响浮游植物的定向分布和移动，因而减少了它们的存活率。
研究人员已经测定了南极地区UV－B辐射及其穿透水体的量的增加，有足够证据证实天然浮游植物群落与臭氧的变化直接相关。对臭氧洞范围内和臭氧洞以外地区的浮游植物生产力进行比较的结果表明，浮游植物生产力下降与臭氧减少造成的UV－B辐射增加直接有关。一项研究表明在冰川边缘地区的生产力下降了6-12%。由于浮游生物是海洋食物链的基础，浮游生物种类和数量的减少还会影响鱼类和贝类生物的产量。据另一项科学研究的结果，如果平流层臭氧减少25%，浮游生物的初级生产力将下降10%，这将导致水面附近的生物减少35%。
研究发现阳光中的UV－B辐射对鱼、虾、蟹、两栖动物和其它动物的早期发育阶段都有危害作用。最严重的影响是繁殖力下降和幼体发育不全。即使在现有的水平下，阳光紫外线B已是限制因子。
尽管已有确凿的证据证明UV－B辐射的增加对水生生态系统是有害的，但目前还只能对其潜在危害进行粗略的估计。
（四）臭氧层的保护能破坏臭氧层的气体有氮氧化物、溴、CFCs等。但飞行器喷出的NOX对O3的破坏作用主要取决于飞行的高度和规模，再加之它与CH4的增加有可能抑制卤化烃类化合物对O3的破坏作用，这就更使得NOX对O3光化学平衡问题变得极其复杂。溴对O3的破坏作用虽极强，但目前含溴卤代烷烃的排放量尚很小。因而相比之下，人为的CFCs排放成了问题的关键所在。
CFCs（商品名氟里昂）自1935年合成投产以来至今已有半个世纪的历史。由于它不燃不爆，安全低毒的突出优点，现在已经在工业、农业及生活中被广泛用作致冷剂、发泡剂、雾化剂及清洁剂等，它们的化学性质稳定，目前还缺乏微生物降解的天然途径，在对流层中的寿命可长达几十年至百年以上。到80年代末期，估计全球每年的排放量约1×106t。人们一直在对CFCs替代技术的开发和应用进行研究，但是迄今仍未找到完全相应的替用品。
当前，随着受控物质禁用的最后期限迫在眉睫，各国在加紧替代物品的开发，第二代、第三代的CFCs替代品研究已日益受重视，如HFC-227，用各种氟代醚类（CF3OCF3、CF3OC2F5、CF3OCH2CF3等）作为制冷剂，从不含氯、溴的化合物中寻找代用品（如用匝类化合物取代CFC-113作为清洗剂）。此外，一些完全不同于氟里昂制冷原理的替代技术也正在致力研究，如磁制冷技术、气体制冷技术、吸收制冷技术、吸附制冷技术和热电制冷技术等。从长远看，采用生物圈中固有的、对环境不起任何破坏作用的物质作为制冷剂是发展的方向。
在国际社会的努力下，1985年制订了《保护臭氧层维也纳公约》，1987年出台了《关于消耗臭氧层物质的蒙特利尔议定书》。《议定书》确立了全球保护臭氧层国际合作框架，对破坏臭氧层的化学物质提出了消减生产和使用的时间限制，并就消耗臭氧层物质及制品的贸易、数据报送和违约处理程序等做出规定，特别是建立了旨在帮助发展中国家承担《议定书》规定义务的多边基金机制。目前，《议定书》的缔约方已达到172个。我们已正式加入《保护臭氧层维也纳公约》和《蒙特利尔议定书》。1999年11月29日，我国隆重承办了第十一届《蒙特利尔议定书》缔约方大会，会议通过了《北京宣言》。
第四章 水环境
地球有“水的星球”之称，水在推动地球及地球生物的演化、形成与发展的过程中具有重大作用。水环境是与人类关系最为密切的环境要素之一。水对于人类的生存、发展具有决定性意义，而人类活动对于水的状态也产生重要的影响，人与水的这种相互关系主要集中在三个层面：水资源、水灾害和水污染，水资源关系到人类的生存，水灾害威胁到环境的安全，而水污染则直接危害到环境的健康。因而调控人与水的关系，达到人与水的和谐，是实现人类社会、经济、环境可持续发展的重要内容。
第一节 地球上的水
一、水的形成大约在38亿年前，在某种机制的作用下，地球上出现了水。水是地球上最丰富的化合物，海洋、陆地、大气中固态水、液态水、气态水构成一个大体连续、相互作用，又相互不断交换的圈层，称为水圈。水圈包括江河湖海中一切淡水、咸水，土壤水、浅层和深层地下水以及南北两极冰帽和各大陆高山冰川中的冰，还包括大气圈中的水蒸气和水滴，以及生物体内的水。水的出现，是地球发育史上的一个重大事件，极大地推动了地球进化，为地球生命的出现创造了最基本的条件。
阅读材料——水的特性
水的特殊的自然性质决定了它对人类和生态环境的特殊意义：
1、水是无色透明的，它允许太阳光中的可见光和波长较长的紫外线部分可以透过，使光合作用所需的光能够到达水面以下的一定深度，而对生物体有害的短波紫外线则被阻挡在外。这不仅在地球上生命的产生和进化过程起了关键性的作用，今天对生活在水中的各种生物也具有重要意义。
2、水是一种良好的溶剂，为生命过程中营养物和废弃物的传输提供了最基本的媒介。而且水的介电常数在所有的液体中是最高的，使得大多数离子化合物能够在其中溶解并发生最大程度的电离，这对营养物质的吸收和生物体内各类生化反应的进行具有重要意义。
3、除液氨外，水的比热是所有液体和固体中最大的，为4.18 J/（g·℃）。此外，水的蒸发热也极高，在20℃下为2.4kJ/g。正是由于这种高比热、高蒸发热的特性，地球上的海洋、湖泊、河流等水体，白天吸收到达地表的太阳光的热量，夜晚又将热量释放到大气中，避免了剧烈的温度变化，使地表温度长期保持在一个相对恒定的范围内，从而保护了生命机体免受气温突变的伤害。月球表面都是岩石，石头的比热只有水的20%，所以月球表面的气温变化可以从+120℃到-150℃。
4、水在4℃时的密度最大，这一特性在控制水体温度分布和垂直循环中起着重要作用。在气温急剧下降的夜晚，水面上较重的水层向水底沉降，与下部水层更换，这种循环过程使得溶解在水中的氧及其它营养物得以在整个水域分布均匀。另一方面，冰轻于水，其密度比水小，只有0.92 g/cm3，可以浮在水面上，水的这一特性对水下生物具有十分重要的意义，否则气温降低时水面结成的冰会沉入水底，从而导致整个水体完全冻结，给水下生物带来灭顶之灾。
二、水的分布据估计，地球上的水量总计约13.86(108 km3，主要由海洋水、陆地水和大气水三部分构成。海洋水量为13.5( 108 km3，占地球总水量的97.41%。除海洋外，地球上还有湖泊、河流、冰川、地下水等陆地水体，其水量约3600(104 km3，占地球总水量的2.59%。陆地水中数量最大是冰盖和冰川，其中80%位于南极地区难于开发利用，其次为地下水。与海水量、冰盖/冰川量和地下水量相比，地球上河水和湖水的数量很少，只有101 700 km3，但它们直接供应人类生活、生产需要，与人类的关系密切，是水资源中最为重要的组成部分。此外，大气水量约1.3(104 km3，占地球总水量的0.001%。地球上水的分布见图4-1，各种水的积蓄量见表4-1。
表4-1 地球上水的分布水的分布
估计数量（km3）
1．海洋水
1 350 000 000
2．陆地水
35 977 800
其中：河水
1 700
湖泊淡水
100 000
内陆湖咸水
105 000
土壤水
70 000
地下水
8 200 000
冰盖/冰川中的水
27 500 000
生物体内的水
1 100
3．大气水
13 000
总水量
1 385 990 800
图4-1 地球上水的分布三、水的循环
地球上各种形态的水都处在不断运动与相互转换之中，形成了水文循环。水循环直接涉及到自然界中一系列物理、化学和生物过程，对于人类社会的生产生活以至整个地球生态都有着重要意义。
（一）水的自然循环
传统意义上的水循环即水的自然循环，它是指地球上各种形态的水在太阳辐射和重力作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗、径流等环节，不断发生相态转换的周而复始的运动过程。从全球范围看，典型的水的自然循环过程可表达为：从海洋的蒸发开始，蒸发形成的水汽大部分留在海洋上空，少部分被气流输送至大陆上空，在适当的条件下这些水汽凝结成降水。海洋上空的降水回落到海洋，陆地上空的降水则降落至地面，一部分形成地表径流补给河流和湖泊，一部分渗入土壤与岩石空隙，形成地下径流，地表径流和地下径流最后都汇入海洋。由此构成全球性的连续有序的水循环系统（图4-2）。


图4-2 水的自然循环过程示意图
水循环的基本动力是太阳辐射和重力作用。在地表温度、压力下水可以发生气、液、固三态转换，这是水循环过程得以进行的必要条件。水循环服从质量守恒定律，地球的水循环可视为是闭合系统，而局部地区的水循环则通常是既有水输入又有水输出的开放系统。局部地区水循环在空间和时间上的不均匀，可能导致某些时段及地区严重旱灾，而另一些时段及地区则严重洪涝的情况。
由于水循环的存在，可使地球上的水不断得到更新，成为一种可再生的资源。不同水体在循环过程中被全部更换一次所需的时间（更替周期）各不相同，河流、湖泊的更替周期较短，海洋更替周期较长，而极地冰川的更新速度则更为缓慢，更替周期可长达万年（表4-2）。水的更替周期是反映水循环强度的重要指标，也是水体水资源可利用率的基本参数，从水资源可持续利用的角度看，各种水体的储水量并非全部都适宜利用，一般仅将一定时间内能迅速得到补充的那部分水量计作可利用的水资源量。
表4-2 地球各种水体的循环更替周期水体类型
更替周期
水体类型
更替周期
海洋
2 500年
湖泊
17年
深层地下水
1 400年
沼泽
5年
极地冰川
9 700年
土壤水
1年
永久积雪和高山冰川
1 600年
河川水
16天
永冻带底冰
10 000年
大气水
8天


生物水
几小时

（二）水的社会循环
水是关系人类生存发展的一项重要资源。人类社会为了生产、生活的需要，抽取附近河流、湖泊等水体，通过给水系统用于农业、工业、生活，这此过程中，部分水被消耗性使用掉，而其它用过的水则成为污废水，需要通过排水系统妥善处理和排放。
给水系统的水源和排水系统的受纳水体大多是邻近的河流、湖泊或海洋，取之于附件水体，还之于附近水体，形成另一种受人类社会活动作用的水循环，这一过程与水的自然循环相对而言，称之为水的社会循环，之所以称之为“循环”，是从天然水的资源效能角度而言的，它使附件水体中的水多次更换，多次使用，在一定的空间和一定的时间尺度上影响着水的自然循环。
四、人与水的关系
人类与水的关系非常密切。作为人类生活、生产不可缺少的资源，水对人类社会发展的意义表现在水的功能的三方面：生活用水、生产用水和生态用水。
（一）生活用水
水是人类的生命之源。研究发现，人体血液的矿化度为9 g/L，与30亿年前的海水相同，静脉点滴用的生理盐水浓度为0.9%，与原始海水一致，这似乎告诉我们，现代人的身体内仍然流动着几十亿年前的海洋水。水是构成人体的基本成分，人体所含水量平均约为人体重量的60%（婴儿为70%，60岁老人为49%）。水是人体新陈代谢的主要介质，在没有食物、只有水的情况下，人的生命可延续20~30天，而如果缺水，5~7天就会死亡，因此为了维持生命活动，每人每天至少需要2~2.5升水，考虑到卫生方面的需求，实际用水量还远不止这个数字。一般每人每天可得清洁用水低于50升时，就有可能发生与水有关的疾病。
对人类社会而言，生活用水可分为城镇生活用水和农村生活用水两类。城镇生活用水主要是家庭用水（饮用、卫生），还包括各种公共建筑用水、消防用水及浇洒道路绿地等市政用水，受城市性质、经济水平、气候、水源水量、居民用水习惯和收费方式等因素的影响，人均用水量变化较大，发达地区一般高于欠发达地区，丰水地区一般高于缺水地区。城镇生活用水约占全球用水量的7%，我国城镇用水则占全国总用水量的4.5%。人均生活用量差异也甚大，我国城市人均日生活用水量218升（1999年），北京263升，重庆167升，广州564升，天津147升，巴黎450升，芝加哥824升。受供水条件及生活水平所限，农村人均日生活用水量一般远小于城镇生活用水量，而且水质差别很大。
（二）生产用水
水是重要的生产资源。水在生产中的利用涉及水能、水量、水质多方面，按水的功能划分，生产用水主要包括农业用水、工业用水两部分。
农业用水 在人类历史长河中，水最早被用于农田灌溉。现代意义上的农业用水主要包括农业灌溉用水和林业、牧业灌溉用水及渔业用水。农业用水量由于受气候地理条件的影响，在时空分布上变化较大，同时还与作物的品种和组成、灌溉方式和技术、管理水平、土壤、水源以及工程设施等具体条件有关。在我国华北地区，种一亩蔬菜需水25~35立方米，种一亩小麦需水40~50立方米。目前，农业用水占全球用水总量的65%，我国农业用水则占到全国用水量的75.3%（1997年）。
工业用水 工业用水主要包括原料、冷却、洗涤、传送、调温、调湿等用水。工业用水量与工业发展布局、产业结构、生产工艺水平等多因素密切相关。工业用水约占全球用水量的22%，我国工业用水所占比例为20.2%。美国用水量居世界首位，每年约4720亿立方米，1999年我国工业用水量2484亿立方米，工业用水主要集中在火力发电、纺织、造纸、钢铁和石油石化行业，这五个行业用水量占全国工业用水量的79.1%。
（三）生态用水
良好的生态环境是保障人类生存发展的必要条件，但生态系统自身的维系与发展同时也要消耗一定的水量。例如，江河湖泊必须保持一定的流量，以满足水生生物的生长，并利于冲刷泥沙、冲洗盐分、保持水体自净能力以及交通旅游等的需要；植被蒸腾，土壤水、地下水和地表水蒸发，以及为维持水沙平衡及水盐平衡而必需的入海水量，均需一定的水量。
从广义上说，维持全球生物地理生态系统水分平衡所需用的水，包括水热平衡、水沙平衡、水盐平衡等，都是生态环境用水；狭义的生态环境用水主要是指为维护生态环境不再恶化并逐渐改善所需消耗的水资源总量。生态用水在水源丰富的湿润地区并不构成问题，但在水资源紧缺的干旱、半干旱地区及季节性干旱的半湿润地区，由于人类活动范围和规模的加大，往往存在生活用水、生产用水严重挤占生态用水的情况，导致生态环境的恶化。
第二节 水资源
一、水资源的基本含义
（一）水资源的含义
地球表层的水有大气中的水汽和水滴，海洋、湖泊、水库、河流、土壤、含水层和生物体中的液态水，冰川、积雪和永久冻土中的固态水，以及岩石中的结晶水等。人类可大量直接利用的是大气降水，江河、湖泊、水库、土壤和浅层地下水的淡水（含盐量<0.1%），冰川和积雪只在融化为液态水后，才容易被利用，海水和其它水体中的咸水被直接利用的数量很小，两极冰盖和永久冻土中的水被直接利用的机会极少，岩石中的结晶水则很难为人类利用。由此可见，天然水量并不等于可利用水量，水资源则一般仅指地球表层中可供人类利用并逐年得到更新的那部分水量资源，据估计，地球上可为人类直接利用的水资源总量约1(105km3，仅占地球总水量的0.007%。随着社会发展和科技进步，人类可通过海水淡化、人工降水、极地冰块的利用等手段，逐步扩大水资源的开发范围。
（二）水资源的特性
水资源与其它自然资源相比，具有如下一些明显的特点：
作用上的重要性 水资源在维持人类生命、发展工农业生产、维护生态环境等方面具有重要和不可替代的作用。
补给上的有限性 水资源属于可再生资源，地球上各种形态的水一般均可通过水的自然循环实现动态平衡。但随着社会经济的发展，人类对水资源的需求越来越大，而可供人类利用的水资源量却不会有大的增加，甚至会因人为的污染等因素而使质量变差，导致水质性水资源减少。因此水的自然循环所保证的水资源量是有限的，并非“取之不尽、用之不竭”。
时空上的多变性 水是自然地理环境中较活跃的因素，其数量和质量受自然地理因素和人类活动影响。在不同地区水资源的数量差别很大，同一地区也多有年内和年际的较大变化。这是水资源时空分布的一个重要特点，也是人类对水资源进行开发利用所应考虑的一个重要因素。
利用上的多用性 即水资源具有“一水多用”的多功能特点。水资源的利用方式各不相同，有的需消耗水量（如农业用水、工业用水和城市供水），有的仅利用水能（如水力发电），有的则主要利用水体环境而不消耗水量（如航运、渔业等）。各种利用方式对水资源的质量要求也有很大差异，有的质量要求较高（如城市供水、渔业），而有的质量要求则较低（如航运）。因此对水资源应进行综合开发、综合利用、水尽其用，以同时满足不同用水部门的需要。
二、水资源短缺
多少世纪来，人类普遍认为水是大自然赋予人类的取之不尽、用之不竭的天然源泉，因而未加爱惜，恣意污染和浪费。但近年来，越来越多的人们警觉到，水资源并不像想象的那么丰富，目前这种不可持续的水资源利用方式已经对许多地区的人类生活、经济发展和生态环境造成严重的不利影响。
（一）全球的水资源短缺
陆地上的淡水资源不但总量不多，而且分布也很不均匀。由于受气候和地理条件的影响，北非和中东很多国家（如埃及、沙特阿拉伯等）降雨量少、蒸发量大，因此径流量很小，人均及单位面积土地的淡水占有量都极少；相反，冰岛、厄瓜多尔、印度尼西亚等国，以每公顷土地计的径流量比贫水国高出1 000倍以上。世界上占陆地面积40%的干旱与半干旱地区的径流仅占全球径流的2%，而且大部分可获得水资源局限于几条河流：亚马逊河携带着全球16%的径流，而刚果——扎伊尔河流域携带着非洲近1/3的河水流量。
世界银行最新提供的报告警告，世界上近40%的人口难保有足够的洁净用水，世界水资源已经到了严重不足的阶段。世界的水需求量已从1900年到1995年增长了5倍，是同期人口增幅的两倍以上，水资源面临着前所未有的威胁，特别是在非洲、亚洲的中部和南部、美国西部、中东等地区水资源已处于供不应求的状态。联合国世界淡水资源综合评价报告更不能令人乐观，该报告指出，世界约1/3人口生活在面临中度和高度水紧张的地区，水资源的短缺制约了当地经济和社会的发展，如果不采取行动，预计2025年世界人口的2/3或近55亿将有面临着这种局面的风险。
阅读资料——世界水资源短缺的危害
水资源的短缺直接损害着人们的身体健康。1970年以来，人均理论可获得水量减少几乎40%，而且由于污染的蔓延，使缺水状况加剧，根据世界水理事会发布的《全球水展望》统计，目前世界上有12亿人（占全球人口的1/5）得不到安全饮用水，有30亿人（占全球人口的1/2）缺乏卫生设施，每年有300万到400万人死于水致性疾病。世界水资源短缺造成人民赖以生存的粮食产量的降低。例如，非洲是地球上缺水最为严重的地区之一，近30年来，非洲的人口增长率为3%，而粮食增长率却只有2%，水资源的匮乏是粮食生产不能满足要求的主要原因之一。此外，世界性缺水造成了生态系统的恶化。最先表现出来的是地下水枯竭，在主要依靠地下水的中国北部，由于抽水过多而使北京的地下水位每年下降1~2m，此外由于生态用水受到挤占，水质遭受污染，极大地减少了生物栖息地的数量和质量，使生物种类不断减少，一些环境和资源学家指出，不远的将来，水缺乏将成为地球生态环境方面最大的难题。
更值得提出的是，水资源短缺造成的用水紧张，正在引发中东、北非和中亚等地区国家关系紧张和冲突。这些地区的国家相互指责对方多占了本应公平分享的淡水资源，并各出奇招，采用截流、改道等手段进行水资源的抢占。鉴于此，联合国早在1977年就向全世界发出警告：“水不久将成为一场严重的社会危机，石油危机之后的下一个危机就是水”，并从中斡旋，以防战事发生。1989年，埃及外长加利曾在美国国会指出：“埃及的安全保障掌握在尼罗河上游的8个国家手中”。事实上，水确实已经成为破坏和平、引发国际冲突的导火索，并正在更广的范围内酝酿着新的战争。
（二）我国的水资源短缺
20世纪80年代以来，由于经济社会的高速发展，气候持续干旱，污染日益严重，我国不少地区出现了不断加剧的水资源短缺问题，特别是在我国北方及部分沿海地区，水资源的供需矛盾十分突出，已成为制约我国经济和社会发展的重要因素。
1．我国的水资源特点
（1）水资源总量不少，人均和亩均水量不多
大气降水是地表水、土壤水、地下水的主要补给来源，根据水利部对全国水资源进行的评价，我国多年平均降水总量约6.2(1012 m3，折合降水深648 mm，低于全球平均降水深度约20%。降水量中除经由土壤水直接利用于生态环境外，我国可通过水循环更新的地表水和地下水的多年平均水资源总量2.8(1012 m3，占降水总量的45%，其中全国河川多年平均径流总量2.7(1012 m3（含地下水补给量0.7(1012 m3），居世界第六位，仅次于巴西、原苏联、加拿大、美国和印尼。但由于国土辽阔、人口众多，按人口、耕地平均占有的水资源量均低于世界平均水平：人均水资源量2220 m3，约为世界平均水平的30%，耕地亩均水资源量1 770 m3，约为世界平均占有量的2/3。
（2）水资源的时间分布不平衡，年内和年际变化较大
由于受季风影响，降水的年内和年际变化较大。我国大部分地区冬季干寒少雨，夏季暖湿多雨，每年汛期四个月的降水量和径流量占全年60%~80%，集中程度超过欧美大陆，与印度相似。由于降水过于集中，不但容易形成旱涝，而且水资源量中大约有2/3是洪水径流量，形成江河的汛期洪水和非汛期枯水的现象。而降水量的年际剧烈变化，造成江河湖泊的特大洪水和严重枯水，甚至发生连续大水年和连续枯水年。我国主要河流都曾出现连续丰水年和连续枯水年的现象，例如，黄河在近70年中曾出现过连续11年（1922-1932）的少水期，平均年径流量比正常年份少24%，也出现过连续9年（1943-1951）的丰水期，平均年径流量比正常年份多19%。降水量和径流量在时程上的剧烈变化，给水资源的开发利用带来极大困难，是我国农业生产不稳和水资源供需矛盾尖锐的主要原因，也决定了我国开发利用水资源的长期性、复杂性和艰巨性。
（3）水资源的空间分布不均匀，水土资源组合不平衡
我国降水量和径流深的分布总趋势是由东南沿海向西北内陆递减。从黑龙江省的呼玛到西藏东南部边界，这条东北-西南走向的斜线，大体与年均降水400mm和年均最大24h降水50mm的暴雨等值线一致，这是东南部湿润、半湿润地区和西北部干旱、半干旱地区的分界线。
从全国来说，水资源有81%集中分布在长江及其以南地区，而耕地面积仅占全国耕地面积的36%，人均水资源量约为全国平均值的1.6倍，单位耕地占有的水资源量为全国平均值的2.2倍。淮河及其以北地区，耕地面积占全国的64%，而水资源仅占全国水资源总量的19%，人均水资源占有量约为全国平均值的19%，单位耕地占有的水资源量则为全国平均值的15%。其中黄河、淮河、海河三流域，土地面积占全国的13.4%，耕地面积占全国的39%，人口占35%，GDP占32%，而水资源量仅占7.7%，人均水资源量约500 m3，耕地亩均少于400 m3，是我国社会经济发展与水资源关系最为紧张的地区。
（4）水污染的蔓延，极大减少了我国的水资源可用量
据统计，2000年我国工业废水和城市生活污水排放总量达415亿吨，其中工业废水排放量194亿吨，城市生活污水排放量221亿吨。全国七大重点流域地表水有机污染普遍，各流域干流有42.3%的河段不能满足饮用水源的水质要求，13.8%的河段不能满足景观、工业、农业用水功能，流经城市的河段污染更加严重，63.8%的城市河段不能作饮用水源地。主要湖泊如太湖、滇池、巢湖等有机污染问题相当突出，富营养化现象相当严重。根据全国118座大城市浅层地下水的调查，97.5%的城市受到不同程度的污染，其中40%的城市受到重度污染，更为严重的是，全国已有近90%的城镇饮用水源受到污染。水污染减少了水资源的可利用量，加剧了我国的水资源短缺形势。
2．我国的水资源短缺
世界水资源研究所提出用四级水平来评估人均占有水资源量的多少：人均占有水量小于1 000 m3为最低水平，严重缺水；1 000~5 000 m3为低水平，缺水；5 000~10 000m3为中等水平，不缺水；>10 000 m3为高水平，水资源丰富。此外，联合国可持续发展委员会将人均水资源量1750 m3确定为缺水警告数字。
按照这个标准，我国人均水资源量处于缺水上下限（1000-5000立方米/人）的中低值，总体缺水。而且我国的水资源分布也极不均衡。北方人均水资源量仅988 m3/人，低于1000 m3的重度缺水标准，黄河、淮河、海河流域及内陆河流域共有11个省、市、区的人均水资源拥有量低于1750 m3的缺水紧张线，其中山东为380 m3，河北为330 m3，北京不足300 m3，天津仅为150 m3，成为世界上最缺水的地区之一。更为严峻的，部分地区严重的水污染，造成合格水源减少，水质性缺水已威胁到我国业已不足的水资源供给。例如，上海的水资源总量丰富，但由于受污染影响，人均水资源拥有量仅为全国平均水平的40%，实际可供饮用的水仅占地表水资源的20%。为此，联合国已将我国列为全球13个最缺水的国家之一。
农业缺水、城市缺水及生态环境缺水是我国水资源短缺的三大主要问题。
由于中国是农业大国，农业用水占全国用水总量的绝大部分。目前有效灌溉面积约为0.481(108 hm2，约占全国耕地面积的51.2%，近一半的耕地得不到有效灌溉，其中位于北方的无灌溉耕地约占72%。河北、山东和河南三省缺水最多；西北地区缺水量也不少，而且区内大部分地区为黄土高原，人烟稀少，改善灌溉系统的难度较大；宁夏、内蒙古的沿黄灌区以及汉中盆地、河西走廊一带，也亟需扩大农田的灌溉面积。随着社会经济的快速发展，由于受到工业用水及城市生活用水的挤占，农业缺水的形势将更加严峻。
城市是人口和工业、商业密集的地区，城市缺水在中国表现得十分尖锐。据统计，在中国668个建制城市中，约有400余座城市缺水，其中严重缺水的城市有108个，北方城市更为严重，如天津、哈尔滨、长春、青岛、唐山和烟台等地水资源已全面告急，而大多数南方城市则陷入水质性缺水的困境。据专家估计，2000年我国城市缺水量达400亿m3，因缺水影响的国民生产总值达2400亿元。
缺水不但给人民生产、生活带来严重影响，而且威胁到生态环境的安全。目前，我国荒漠化面积达188万km2，接近国土总面积的1/4；由于地下水超采，我国北方黄淮海地区近年来地下水位不断下降，地下水降落漏斗面积及漏斗中心水位埋深在不断增大；河北、河南豫北地区和山东西北地区的地下水降落漏斗已连成一片，形成包括北京和天津在内的华北平原地下水漏斗区，面积超过4万km2。据有关专家估计，我国生态环境用水的总量尚有110多亿m3的缺口，主要分布在黄淮海流域和内陆河流域，需从区外调水补充。生态缺水将直接加剧生态环境的恶化，制约我国整体的可持续发展。
据有关研究报告，到本世纪中叶我国人口总量将达到15~16亿高峰，人均水资源量将减少到1760 m3，十分接近联合国的人均用水警告线。我国未来水资源形势严峻。
三、水资源开发与利用对策
针对面临的问题，水资源开发利用的总体战略应是：以水资源的可持续利用，支持社会-经济-环境的可持续发展。水资源的保护和持续利用是一个涉及多水体、多部门、多领域的复杂问题，必须综合考虑自然、社会、经济、技术、环境等多种因素，为此，需要积极开发潜在的水资源（开源），节约利用已有的水资源（节流），尽快整治严重的水污染（治污），同时加强水资源的综合管理，以缓解目前严重的缺水危机，使有限的水资源的开发利用获得最大的经济、社会和环境综合效益。
（一）开源
水资源短缺大致可分为资源型和水质型两种，缺水的原因不同，解决缺水的途径也不相同。对由于自然规律而决定的缺水如我国黄淮海流域及西北地区，必须特别加强开源工作，积极扩大缺水地区的水资源占有量。
1．水利工程措施
主要是指通过建设蓄水、引水、提水等水利工程技术措施，控制和调节水资源的时空分布，将富水时期或丰水地区的水资源调配到缺水时期或缺水地区，以丰补缺，协调天然来水与人类生产、生活与生态用水间的供需关系，以提高水资源的利用效益。水资源时空调节的工程实践早久已存在，在古罗马、埃及和古代中国，规模宏大的灌溉输水工程（如四川都江堰）就是人类历史上利用水利工程进行水资源调节的范例。
时间上调节 从时间上调节水资源的主要工程内容是建造水库，或利用天然湖泊，加筑控制性水工建筑如闸坝等，以实现水资源的调蓄和综合利用。第二次世界战后，坝工技术飞速发展，水库建设相应也进入了一个大的发展时期，每年都有数百座新水库投入运行，水库的数目成5倍增长，水库的总库容成12倍增长。据初步统计，现在全球仅库容超过1亿m3的水库就有2836座，总库容63 845亿m3。我国已建成大中小型水库8.36万座，水库数量居世界之首，其中大型（库容大于1亿m3）水库412座，中型水库（库容介于0.1~1亿m3）2634座，总库容4 500多亿m3。
空间上调节 一般指跨流域性的引水，将丰水流域的水调至缺水流域，实行多流域水资源的统一开发和配置。由于水资源的空间配备不均始终存在，无论多水或少水的国家，都有缺水地区，因而跨流域调水工程相继兴建。如中国的引滦济津、济海（海河），计划中的引松（松花江）济辽（辽河）、南水北调等。美国、巴基斯坦、俄罗斯、澳大利亚、西班牙、秘鲁等国，也都建成了跨流域调水工程，其中巴基斯坦印度河的西水东调是当今世界上规模最大的调水工程，渠线总长663 km，年调水量148亿m3。国际上计划中的引水工程还有北美阿拉斯加—加拿大—美国西部—墨西哥北部的大调水、俄罗斯西伯利亚大调水计划，其调水量都超过1 000亿m3。大规模跨流域调水是一项旨在提高人与环境和谐度的复杂的系统工程，其最终决策和实施，需从自然平衡、社会需求、经济效益、技术难度等多方面进行可行性论证。
阅读材料——中国的南水北调工程
黄淮海流域特别是黄河下游的黄淮海平原，是我国水资源最为缺乏的地区。在过去的年代，这里的许多地方通过超采地下水和利用未经处理的污水维持了经济的增长。由于水资源的过度开发和污染不加防治，许多地方有河无水，有水皆污，洼淀枯竭，造成了严重的社会经济及生态环境问题。据预测，经充分挖潜和利用当地水资源，并考虑了目前的引黄和引江水量后，2030年黄淮海平原地区缺水量仍将达到150亿（平水年）~300亿（枯水年）m3。而长江是我国最大的河流，水资源丰富，多年平均径流量约9600亿m3，特枯年有6000亿m3，其入海水量占天然径流量的94%以上，在充分考虑长江流域用水量增长后，仍有相当数量的余水可供北调以缓解北方地区缺水。
经过近50年的勘测、规划和研究，目前分别在长江下游、中游、上游规划了三个调水区，确定了南水北调工程东线、中线、西线三条调水线路，形成与长江、黄河、淮河和海河相互联接的“四横三纵”总体格局（图4-3）。
东线工程始于江苏省扬州附近的长江北岸，利用并扩建现有的京杭运河及与其平行的部分河道，送水到天津，另建分干线到胶东半岛。在现有引水量的基础上，东线工程增加年均引水约150亿m3，其中过黄河约90亿m3，输水主干线总长1150 km。中线工程始于长江支流汉江上游加高后的丹江口水库，通过建设专用的输水渠道，沿京广铁路西侧，送水到北京。中线工程多年平均的引水量估计约130亿m3/年，其中过黄河约70~75亿m3/年，输水主干线全长1246 km。西线工程从长江干流通天河及支流雅砻江、大渡河调水至黄河上游，补充黄河水源，估计可能的调水量100~150亿m3/年。东线、中线、西线三项工程的年调水总规模约380~480亿m3，相当于在黄淮海平原和西北地区增加一条黄河的水量，可基本缓解我国北方地区的水资源短缺。
此外，尚有各种“大西线”工程方案的设想，均是由雅鲁藏布江、澜沧江、怒江、金沙江、雅砻江、大渡江等调水进入黄河上游。较多的研究认为，在可以预见的将来，“大西线”工程难度极大，没有现实的技术可行性，并且就我国未来16亿人口的发展形势看，尚不需要从这些河流调水，也没有大开荒、大移民以致兴建“大西线”工程的现实经济与社会必要。


图4-3 南水北调工程总体布局图
2．其它措施
除了合理开发利用地表水和地下水资源外，还应大力提倡开发利用处理后的污水及雨水、海水和微咸水等非传统的水资源。经净化处理后的城市污水是重要的再生水资源（城市中水），数量巨大，经严格的水质控制可作为绿化用水、工业冷却水、环境用水、地面冲洗水和农田灌溉水等。通过工程设施收集和利用雨水，既可减轻雨洪害，又可缓解城市水资源紧张的矛盾。此外，沿海地区可利用海水作工业冷却水、地面冲洗水及生活冲厕水，在经济、技术条件允许的情况下，亦可通过海水淡化以解决海滨地区的淡水资源紧缺问题。
（二）节流
长期以来，人们对节水的重要性、紧迫性缺乏足够的认识，水资源的严重浪费与水资源的短缺并存，这是造成用水紧张的重要原因。在积极开源的同时，全面节约用水，这是降低水资源开发投资、减少污水排放、提高水资源利用效率的合理选择，也是世界各国水资源利用的发展方向。根据水资源的使用情况，节流工作主要应集中在城市区域和农业部门。
1．城市节水
城市是水资源供需矛盾最为集中的区域，但在城市用水方面，由于水价太低、管理不善等原因，大多数人没有足够的节水意识和习惯，造成浪费。工业是城市区域主要的用水部门，我国工业企业水资源浪费的现象仍非常普遍，1999年全国工业用水重复利用率约53%，远低于发达国家工业用水75%的重复利用率，比美国、日本分别低41和25个百分点，仅相当于美国60年代初和日本70年代初的水平。另外，我国城市输配水管网和用水器具的漏水损失高达20%以上，公共用水也浪费惊人。
城市节水应以创建节水型城市为目标，努力提高公众的节水意识和压力，并通过管理、技术手段和经济杠杆，将城市生活用水（包括公共用水）、工业用水控制在城市水资源可承受的范围内。工业节水是城市节水工作的重点，目前世界上许多发达国家都将加强工业节水作为解决城市用水困难的主要手段。工业节水的目标应建立节水型工业，其主要途径是调整产业结构和工业布局，大力开发和推广节水新技术、新工艺、新设备，降低用水量，提高水的重复利用率。据分析，2010年我国城市供水设施的单位投资约8元/m3，污水处理约10元/m3，而节水仅需3元/m3左右，因此增加节水的资金投入不但为城市水资源的可持续利用所必需，而且具有明显的社会经济效益。
2．农业节水
农业是世界水资源消耗的最主要部门，据估计，全球用水的2/3为农业灌溉用水，其中又有2/3的农业用水由于不科学的灌溉方式而被浪费，因此加强农业节水是缓解全球水资源危机的重要举措。农业用水的浪费在我国表现得更加突出。目前我国农业灌溉的基本方式仍是漫灌，一般比喷灌多耗水30%，比滴灌多耗水70%，较之发达国家存在着很大的差距：农业灌溉水的利用率只有40%，仅及发达国家的一半左右；每立方米水的粮食生产能力只有0.85kg左右，远低于2kg以上的世界发达国家水平。我国耕地的2/3位于淮河及其以北地区，农业用水的浪费极大地加剧了北方地区的水资源危机。
农业节水最重要的战略措施，是要将传统的粗放型灌溉农业和旱地雨养农业转变为节水高效的现代灌溉农业和现代旱地农业。积极推广高效农业节水技术，将水利工程和农业技术结合，更好地提高用水效率。节水农业措施包括节水的轮作制度、节水灌溉制度与管理制度、抗旱高产优质品种、耕作栽培、培肥施肥和化控技术等。为了提高灌溉水的利用率，需要进行以节水为中心的灌区续建配套和技术改造，从我国目前情况看，每亩投入约需300~400元，每节约1m3水约需2~3元；而新建大中型灌区的投入一般都在每亩1000元以上，大中型的新水源工程在5~10元/m3以上。因此，建设节水高效农业在经济上是合理可行的。
（三）治污
水资源本来是可以再生的，但水质污染使水资源不能进入再生的良性循环，减少了水资源的可利用量。水污染治理既是保护供水水质的重要出路，也是协调人类社会经济发展与水资源开发利用的必然要求。例如，美国的特拉华河、英国的泰晤士河、加拿大的圣约翰河昔日浊浪涟涟，经过大规模整治，均恢复了对沿线的淡水资源供应。
当前我国城市污废水处理率仅13.65%，许多城市至今还没有污水处理厂，大量污废水的排放导致城市附近水体的严重污染，直接影响了人民健康和工农业生产，并威胁到更大周边区域的生态环境安全。经预测，如果要在2010年以前基本遏制城市水污染的发展趋势，保护城市供水源，并在2030年以前使水环境有明显改善，2010年和2030年城市污水的有效处理率必须达到50%和80%以上，任务非常艰巨。因此必须加大污染防治力度，增加经费投入，提高规划的城市污废水处理率，并采取有效措施修复已经受到污染的城市水环境，确保水资源供给的长治久安。
（四）综合管理
改革水资源的管理体制，管理机构应打破部门分割和地区分割，应按流域管理与区域管理相结合的原则，以“一龙管水，多龙治水”的模式，对江河上中下游、城市与乡村、水量与水质、地表水与地下水、供水和需水、用水与治污，实行统一规划和管理，并加强水资源的立法，以法治水，其核心是提高用水效率。
水作为公共物品，是一种极其廉价的自然资源。低廉的水价是城市生活及工农业生产长期缺乏节水动力、造成用水浪费的重要原因。例如，黄河已达到年年断流的缺水程度，但至今引黄的水价每吨仅收几分钱甚至几厘钱，远远低于其它水源的价格，使水资源的合理配置难以实现。实践证明，经济杠杆是水资源管理的有效手段，应按照市场经济规律和价值规律的要求，改革水资源的投资机制，确立完善的的水价政策和水价系统，适时适度提高城市生活及工农业用水水价，用经济手段促进水资源开源、节流、治污工作的顺利进行。
第三节 水灾害
水灾害是指水过多、过少所形成的对人类生存发展的不利影响。水灾害可分为水灾和旱灾两大类。水灾是指洪水泛滥（洪灾）、暴雨积水（涝灾）、海潮侵袭（潮灾）和土壤水分过多（渍灾）对人类社会造成的危害，其中尤以洪灾的发生频率最高，损失也最为严重。旱灾，亦即干旱灾害，它是由于土壤水分不足和水源短缺所导致的农业减产、供水不足及生态破坏所形成的灾害。
水灾害威胁人类生命安全，造成巨大财产损失，并对生态功能平衡产生不良影响，防灾治灾成为世界各国努力保证环境安全，促进社会经济发展的重要内容。
一、洪水灾害
洪水灾害（洪灾）是一种世界各地最为常见的自然灾害之一，它是由于水体（江、河、湖等）中的水量超过其最大容纳限量而溢出的现象。洪水灾害危害面广，自古以来，损失均极为严重。
（一）洪灾的危害
1．世界洪灾
除南北极地、高寒地带和沙漠外，大约占全球陆地总面积2/3的地区都存在不同类型和不同成因的洪水灾害。中低纬度的季风带、台风影响区的洪水灾害最为突出，主要集中在南亚、东亚、非洲中部、澳大利亚北部及北美等地区。例如，1970年11月12日巴基斯坦东部三角洲地区一次洪灾造成50万人死亡，这是二十世纪全球最严重的一次洪灾，同年，孟加拉一次洪灾夺去30万人的生命，约100万人无家可归。在印度，每年死于洪灾的人数平均约700人，并有1 600万人长年受到洪灾威胁。
据统计，全世界因洪水每年平均死亡数千人，经济损失数十亿美元。在发展中国家，由于洪水预报、防治工作较差，由洪灾造成的经济损失小于工业发达国家，但其死亡人数则远高于工业发达国家。例如，1947~1967年间亚洲各国死于洪灾者超过154 000人，在同一时期欧洲（除前苏联外）死亡10 540人。随着世界人口密度和经济密度的加大，世界洪灾范围和损失程度有日益增加的趋势。
2．我国洪灾作为世界上洪灾最频繁、损失最严重的国家之一，我国的洪水灾害有两大特点：一是发生的时间主要集中在7、8月份，由于我国地处东亚季风气候带，此时正值我国大部分地区的多雨季节，暴雨集中、强度大、发生频繁，加上地形、地质、土壤条件复杂，各种类型的水灾都有发生，我国历史上各次特大洪灾几乎都发生在这一期间。二是受灾地区面积广，我国约有10%的土地受洪水威胁，主要分布在珠江、长江、淮河、黄河、海河、辽河和黑龙江的中下游地区，其中尤以黄淮海平原和长江中下游平原湖区最为严重。这些地区不仅降雨量大，而且地势平坦，人口稠密，经济发达，受灾频率高，有时一年多灾，有时连年受灾。据记载，黄河在2000多年内决口成灾1590多次，重要改道26次；长江在1300多年间水灾200多次；淮河在历史上每2至3年即发生一次水灾，特别在是黄河夺淮期500年期间，发生水灾达350次；海河在580年间水灾387次。历史上曾多次出现洪灾淹死数十万人乃至百余万人的人间惨剧，例如，1117年（宋）黄河决口淹死百余万人，1642年（明）黄河水淹开封城，全城37万人中被淹死34万人。
阅读材料——二十世纪我国的洪水灾害
1915年7月，珠江大水：广州市被水淹7天，受灾农田648万亩，灾民378万人，死亡10多万人。1931年6~8月，长江、淮河大水：武汉三镇被淹3个多月，蚌埠全城被淹，受灾农田面积1.5亿亩，受灾人口5 127万，死亡约40.0万人。1932年7月，松花江、汉江大水：哈尔滨被淹1月之久，全市38万人口中有24万人受灾，死亡2万余人；汉江沿线受灾面积2 200多万亩，受灾人口1 000多万人，死亡14.2万人。1933年，黄河决口：受灾面积1.2万km2，受灾人口360多万，死亡1.8万人。1938年6月，黄河决口：国民党军为阻日军西犯，于郑州花园口挖堤扒口，致灾面积5.4万km2，灾民1 250万人，死亡89万人。1950年7月，淮河大水：河南、皖北一片汪洋，其中淮北地区受灾惨重，为百年所罕见，水灾淹没土地3 400余万亩，灾民1 300万人。1954年7月，长江、淮河大水：为保护荆江大堤，保卫武汉、南京的安全，被迫淹没农田4 755万亩，影响京广铁路通车100天，受灾人口近4 000万人，死亡36 183人，直接经济损失达200亿元。1956年，海河大水：淹没土地4280万亩，1 500万人受灾，死亡200多人，直接经济损失27亿元。1963年8月，海河大水：淹没104个县市、土地7 294万亩，冲坏水库335座，冲毁铁路1 162公里，1 265万间房屋倒塌，受灾人口2 200余万人，直接经济损失60亿元。1975年8月，淮河大水：河南29个县市、1700万亩农田被淹，受灾面积1.2万km2，受灾人口1 100万，48座水库失事，冲毁铁路102公里，直接经济损失100亿元。1981年7月，上江上游大水：受灾人口58万人，直接经济损失26亿元。1985年8月，辽河大水：中小河流决口4 000多处，60多个县市、6 000多万亩农田受灾，受灾人口1 200多万人，死亡230人，直接经济损失43亿元。1991年6~8月，江淮和太湖大水：受灾人口1.3亿，死亡1 200多人，伤25万多人，仅安徽、湖北两省直接经济损失就达600多亿元。1998年6~8月，长江、松花江、嫩江流域特大洪水：受灾人口2.23亿，死亡3 004人，倒塌房屋近5万间，受灾农作物3.18亿亩，1.96亿亩成灾，5 000万亩绝收，700多万亩耕地遭到不同程度的毁坏，直接经济损失2 342亿元。
（二）洪水的成因
诱发洪水形成的因素多种多样，这些洪水诱因有自然的，也有人为的，它们往往交织在一起导致洪水的爆发及洪水成灾。
1．自然因素
暴雨 暴雨是造成绝大多数河湖洪灾的主要原因。在热带、亚热带沿海地区，季风、台风、热带气流常将海上潮湿空气带到大陆，生成暴雨，超出当地防御能力即泛滥成灾。亚洲和远东地区是世界上暴雨洪灾出现最为频繁的地区。日本富津谷、中国台湾和菲律宾碧瑶于1911年、1913年曾出现世界上最猛烈的暴雨，分别在63小时和72小时内降下200 cm雨量。印度、巴基斯坦和孟加拉在每年6~9月，从印度洋上吹来的西南季风，给内陆带来大量降雨，这三个国家至今仍是世界上暴雨洪灾最严重的国家。我国南部受从海上吹来的热带风暴、台风等影响，东部受太平洋东南季风影响，西南部受印度洋西南季风影响，在6~9月间也常出现暴雨，形成洪水灾害。例如造成1998年大洪水的主要原因就是由于气候异常，主汛期降雨猛增、暴雨频繁，当年6~8月，长江流域、松花江上游的嫩江流域和松花江干流地区平均降雨量比多年同期平均值偏多37.5%、79.2%和26.5%。
暴雨是形成洪水的必要条件，然而不是所有的暴雨都能形成洪水，暴雨的时空分布对洪水的影响极为明显，一般说来，暴雨面积大、强度大、总量大，主雨峰历时长，加上时程分配恶劣，暴雨区顺江河走向移动、扩张均可诱发较大的流域洪水的形成。
地质因素 地质活动在局部地区可导致洪水灾害的发生。例如，当大型滑坡体、崩塌体落入河湖或水库，可造成水体外溢成灾，或因泥石、激浪冲毁水坝，造成洪灾；由各种原因引起的海啸，可造成沿海地区洪灾；火山喷发使该地区冰雪消融，短时间内大量融水急流直下，在附近平原、河流两岸亦可造成洪灾。
2．人为因素
洪水是自然规律作用下的一种自然现象，但在其发生、发展过程中，某些人为因素可能改变洪水的蓄积、渲泄机制，从而影响到洪水灾害的发生及破坏程度。
都市化 在城市地区，大量的建筑、道路等硬质下垫面减少了雨水向地下自然渗透的面积和水量，这一方面增大了地面径流量，另一方面也缩短了形成地面径流的滞后时间，加大了洪水灾害的发生频率和灾害程度，其具体数值大致与水泥、沥青覆盖地面的面积和建有下水道的地面面积呈正比。一般而言，都市化地区洪灾发生几率为非都市化地区的三倍。
修堤筑坝 人类修建堤坝以疏导、拦截或利用地面径流，但若堤坝过高或选址不当，受水力冲刷、滑坡、崩塌、断裂等事件影响，则有可能决口成灾。例如，1889年美国宾夕法尼亚州翰斯顿水库和1979年8月11日印度莫夫尔水库水坝决口，分别死亡2 200人和5 000人，成为水库洪水死亡人数最多的灾例。
毁林荒地 人为的毁林荒地，可极大地改变洪水形成的下垫面状况。荒地毁林一方面削弱了天然植被对降水的调蓄，加大了地面径流量，增大了洪水发生概率和灾害程度，另一方面也加速了水土流失，增加了被地面径流带入河湖的泥砂量，造成河湖淤塞，泛滥成灾。
（三）防洪减灾战略与措施
1．防洪减灾战略
在原始社会和奴隶社会，由于生产力水平低下，人类为了基本生存，只能适应水的特性，趋利避害。随着改造自然能力的增强，人类开始逐步采用土堤等简易工程措施防御洪水，扩大用地，并在一些河流上建成了堤防工程。特别是到近现代，由于生产力的进步和科技水平的提高，洪水防治开始利用先进的科学技术，建设大型的堤防工程和水库工程，形成了较大规模的河流或地区的防洪系统，防洪能力有了较大提高。例如，长江的荆江河段和黄河的主要堤防，在三峡枢纽、小浪底枢纽及相应的配套工程完成后，可以达到防御100年一遇以上洪水的标准，其它主要江河的防洪标准也均有较大程度的提高。但根据全球的气象水文规律，仍有发生堤、库等工程措施所不能防范的超标准稀遇洪水。我国的堤防长度由20世纪70年代的11万km，80年代的16万km，发展到目前的25万km，堤线越来越长，堤防越来越高，加上不断向洪泛区争地，洪水蓄泄和调蓄的空间越来越小，致使许多江河在同样流量情况下，洪水不断抬高，造成加高加修堤防与抬升洪水位的恶性循环。1998年长江洪水仅属中等流量，宜昌的最大洪峰流量6.36万m3/s，而近100年来洪峰实测流量超过6万的已达25次，1954年的洪峰流量也超过7万m3/s，尽管流量中等，但与1954年相比，在同流量、同地点的情况下1998年的洪水位高出1 m以上，有360 km河段的最高洪水位甚至超过历史纪录。堤坝的不断加高，防洪负担和防洪风险也不断加重，如万一溃堤决口，将造成更大的毁灭性灾害。
通过实践，人类逐渐认识到，河湖洪水是一种自然现象，要完全消除洪灾是不可能的。人类既要适当控制洪水，又须主动适应洪水的发生发展规律，协调人与洪水的关系。在防洪减灾方面，要约束人类自身各种破坏生态环境、过度开发占用土地的行为，从无序、无节制地与洪水争地转变为有序、可持续地控制洪泛区，发生大洪水时，有计划地让出一定数量的土地，为洪水提供足够的渲泄和调蓄空间，避免发生影响全局的毁灭性的灾害，并将灾后救济和重建作为防洪工作的必要组成部分。总之，要从传统的以建设水利工程体系为主的防洪减灾战略，转变为在必要的防洪工程的基础上，建成全面的防洪减灾工作体系，实现人与洪水的协调共处。
2．防洪减灾措施
防洪减灾措施可分为工程措施与非工程措施两大类。
（1）工程措施
工程措施是指兴建水库、修筑堤防、整治河道、开辟分洪区等工程，改变洪水的自然状况，包括调蓄洪量、削减洪峰、加大泄量、分洪、滞洪等，以防止或减轻洪水灾害的不利影响。
水库工程 水库的主要作用是拦蓄洪水，削减洪峰，减轻下游防洪负担。此外，水库还有蓄水发电、供水、航运等综合功能，因此水库的建设已成为二战后全球河流开发、治理的普遍形式。当然，水库工程投资大，需要淹没大量土地和人口迁移，对全流域的生态环境有部分不良影响，应全面考虑，综合利弊进行实施。
阅读材料——长江三峡工程概况
长江三峡水利枢纽工程位于长江西陵峡中段，坝址在湖北省宜昌市三斗坪，工程控制流域面积l00万km2，多年平均径流量4 5l0亿m3，多年平均输沙量5.3亿t。三峡大坝轴线全长2335m，坝顶高程185m，工程设计正常蓄水位l75m，总库容393亿m3，其中防洪库容221.5亿m3。电站装机总容量l 820万kw，年平均发电量847亿kw.h。
三峡工程设计总工期l7年，其中施工准备及第一期工程施工5年（1993年-1997年），截流成功；二期工程施工6年（1998年-2003年），开始发电；三期工程施工6年（2004年-2009年），工程建成。三峡工程所需静态总投资（按1993年末不变价）为900.9亿元，其中枢纽工程500.9亿元，水库移民400亿元，考虑物价、利息等因素，工程动态总投资2 039亿元。
三峡工程是治理、开发长江的关键性世纪工程，具有防洪、发电和航运等重大综合效益。工程建成后，水库调洪可削减洪峰流量2.7~3.3万m3/s，荆江河段两岸地区的防洪标准将由目前的不足十年一遇提高到百年一遇，减轻长江中下游洪水淹没损失和对武汉市的威胁。工程可为经济发达、能源不足的华中、华东地区提供清洁、廉价的电能，每年替代原煤4 000~5 000万t。此外，工程还可显著改善长江中上游特别是宜昌至重庆的航运条件，并有利于促进当地渔业、旅游业的发展。
堤防工程 堤防工程主要是运用工程措施“挡”住洪水对保护对象的侵袭，如用河堤、湖堤防御河湖的洪水泛滥；用围堤保护低洼地区不受洪水侵袭。堤防工程是防洪历史上最古老、最常用的措施，我国早在春秋战国时期就开始修筑堤防。目前，世界各江河湖岸、洪水威胁比较严重的地区，基本上已为大堤所保护，堤防工程对防止或减轻洪水灾害起到了重要的作用。但不适当的加高堤防，将改变洪水的自然渲泄和调蓄条件，造成水流归槽、水位抬高，而且由于泥沙淤积等自然演变的影响，洪水位还有不断增高的趋势，增大了堤防风险和下游防洪负担。此外，一般堤线都较长，结构不能太复杂，筑堤材料和地基选择余地较小，堤身不宜太高。因此，用堤防工程“挡”的办法防御洪水在环境安全和技术经济上受到一定限制。
河道整治工程 由于河床边界对行洪过程有重要的影响，特别是河流下游的蜿蜒性河床，不仅减小河床比降，降低水流速度，对洪水渲泄极为不利，而且河道的侧向侵蚀易造成崩岸、溃堤。自然的裁弯取直是河道的自我调整方式，人工扩大河槽、裁弯取直则是因势利导的治河工程，可以增加泄洪量，降低洪水位，同时也提高航运效益。另外，及时清除行洪河道中的阻水性建构筑物、植物、泥石、冰凌等，也是河道整治工程的内容。
分蓄行洪工程 由于技术和经济的可行性，防洪工程只能达到一定标准，在发生大洪水时，必需安排各类分蓄行洪区作为辅助措施，分蓄（滞）河道超额洪水，避免造成毁灭性的灾害。分蓄行洪区一般都是利用河流中下游人口较少的袋形地区，如农业土地、低洼地及湖泊等，区内洪水年分洪调蓄，平水年可适当发展生产。
一条河流或一个地区的防洪，通常需要综合利用多种工程措施。防洪工程的布局，一般是根据自然地理条件，在上中游干支流山谷区修建水库拦蓄洪水，调节径流；在中下游平原地区，修筑堤防，整治河道，并因地制宜修建分蓄行洪工程，以达到防洪减灾的目的。
（2）非工程措施
从世界各国的实践来看，仅靠工程措施要想完全避免洪涝灾害，在目前和今后一段时期还很难做到。事实上，长期以来人们虽然建设了大量的防洪工程，但洪灾所造成的损失依然有增无减。因此，将非工程措施与工程措施相结合，努力减少洪灾损失，越来越为世界各国所重视。
与工程措施相比，非工程防洪措施不是直接控制洪水，而是通过法律、经济手段和工程以外的其它技术手段，加强防洪管理，调整洪水发生地区、洪水威胁地区的开发利用方式，以适应洪水的自然特性，减轻洪灾损失。
加强生态保护和建设 良好的植被可增加流域的持水性，有利于延缓产流时间和汇流速度，降低洪峰水位，此外还可防治水土流失，减少入河泥沙，从而减轻洪水危害。因此，需积极加强江河中上游山丘地区的生态保护和生态重建工作，改善生态环境，防止洪水发生。1998年大洪水后，我国亦作出了停止采伐长江上游、黄河上中游地区天然林的决定，在全国开始了退耕还林（草）、封山绿化的天然林保护工作。
建立洪水预报警报系统 对于洪水灾害的预报期越长，精度越高，防洪抗灾的效果就越显著，因此世界各国均很重视洪水的预测预报工作。该项工作的主要内容是将实测或利用遥感收集到的水文、气象、降雨、洪水等数据，通过计算机信息处理和判断，提供力求准确的洪水预测、预报、预警和决策，以减少洪灾损失。
分蓄行洪区的运用和管理 通过法律程序，确定分蓄行洪区（洪泛区）土地资源的开发利用要求，防止非法侵占行洪区，同步制定居民应急撤离计划和对策，配合分蓄行洪区的社会救济和防洪保险等补偿措施，变“被动蓄洪”为根据需要“主动蓄洪”，确保各类分蓄行洪区按规划运用。
完善救灾抢险体系 通过经济、技术等救灾援助，可有效减少受灾地区的直接和间接损失，尽快恢复当地居民正常的生产生活。应建立符合现代防洪抗灾要求的专业救灾抢险队伍，提高在抗洪活动中的勘测、通讯、查险、除险和抢险水平，逐步取代目前主要依靠大量人力的防汛抢险模式。
二、干旱灾害
干旱灾害，亦称旱灾，它是指特定地域长期无雨或严重少雨，以致水资源供给不足，而对人类生产、生活与生态环境所发生的严重不利影响。俗话说：“洪灾一条线，旱灾一大片”，旱灾是一种渐进性的灾害，严重的干旱灾害影响范围极广，损失也特别巨大。
（一）旱灾的危害
旱灾的危害主要表现在两个方面：第一是由于土壤水分含量低，使作物的正常生长受到抑制，造成农业减产或无收；第二是因为地表径流减少，造成城市及工业用水短缺、人畜饮水困难、航运中断，水电减少，由这两方面造成的灾害损失为直接损失。此外，干旱还可能诱发其它灾害的发生，如饥荒、疾病、火灾、虫灾、土地退化及空气质量恶化等。
1．世界旱灾旱灾是世界上最为普遍的一种自然灾害。全球陆地面积的25%年平均降雨量小于250 mm，属于干旱地区，主要集中在南北纬15(~35(之间的副热带和北纬35(~50(之间的温带、暖温带大陆内部，包括非洲、中东、西亚、北美西部以及澳大利亚大部（见图4-5）。1988年美国严重旱灾面积达25％，旱灾总经济损失达400亿美元，是1989年旧金山7.2级大地震总损失的2～3倍。非洲是世界上旱灾最为严重的地区，20世纪60年代末至90年代初持续26年的非洲大旱曾遍及34个国家，上亿人口遭受饥饿威胁，成为非洲近代史上最大的人类灾难。
阅读材料——粮农组织说撒哈拉以南非洲地区粮食严重短缺
联合国粮农组织９日发表报告指出，由于严重旱灾，加上持续战乱，今年撒哈拉以南非洲地区将有2800万人面临粮食严重短缺的局面。
这份题为“撒哈拉以南非洲粮食供应形势和农作物收成展望”的报告说，在这一地区48个国家中，一半以上的国家面临粮食短缺，其中肯尼亚、安哥拉、布隆迪、刚果（金）、刚果、厄立特里亚、埃塞俄比亚、坦桑尼亚、乌干达、苏丹、索马里等16个国家的粮食短缺形势十分严峻。由于东非地区遭受了几十年来最为严重的旱灾和持续不断的战乱，这一地区面临粮食严重短缺的人口最多，达1800万。在肯尼亚，旱灾造成的粮食短缺使450万人的生命受到威胁。
报告预测，由于南部非洲旱灾频繁，今年这一地区的粮食产量将大幅下降，特别是占南部非洲粮食产量75%的玉米产量将比去年锐减27%。
——新华社，2001年4月10日
2．我国旱灾
我国大部地区受季风和地形影响，降水量在地区和时间上分布不均衡，旱灾发生的时空变化很大，而且极为频繁。秦岭、淮河以北地区多春旱，长江中下游地区主要是伏旱和伏秋连旱，西北大部分地区常年干旱，华南地区旱灾也时有发生。我国旱灾较其它自然灾害持续时间要长，有时达数月，甚至连旱数年。
我国是世界上干旱危害较严重的国家之一。据历史资料统计，从公元前206年至1949年的2 155年间，我国曾发生较大旱灾1 056次。从16世纪至19世纪的400年间，全国出现受旱范围在200个县以上的大旱有8年。1876~1878年连续三年干旱，遍及河南、山西、陕西、甘肃、山东、安徽等18个省，在旱灾中心地区80％的人被饿死，死亡人数达1300万人，是我国近代各次自然灾害中最严重的一次灾难。20世纪的大旱年有1920年陕、晋、豫、冀、鲁五省大旱，灾民2000多万人，死亡50余万人；1928年华北、西北、西南13省535个县特大干旱，灾民1.2亿人，当时甘肃省550万人口中，灾民250万，饿死120万；1942年大旱，仅河南一省饿死、病死者即达数百万人。近40年来全国农田受旱灾面积平均每年达3亿亩以上，减产粮食100亿公斤，工业的直接经济损失144.7亿元，社会经济损失均极为惨重。
（二）干旱的成因
降水和蒸发是干旱形成的两个基本的气象气候因素，而其中又以降水与干旱的关系最为密切。
就大范围的干旱而言，由大气环流和海温异常引起的降水量的变化是干旱形成的主要原因。在我国，大范围的、长期性的干旱则与西太平洋副热带高压位置和强度、西风环流形势稳定发展、太阳黑子活动和厄尔尼诺现象等因素有关。降水的时空变化对干旱形成与发展的影响主要表现在：第一，降水的地理分布不均，在降水较小的地区，干旱发生的机率较大；第二，降水的季节分配不均，干湿季节明显的地区，在降水较少的季节容易发生干旱；第三，降水的年际变化不均，不同区域受大气环流强弱和进退时间不同的影响，造成有些年分降水较多，有的年分降水较少，在降水较少的年分容易形成干旱。
降水是土壤水分收入的主要来源，而蒸发则是土壤水分损失的主要方式。蒸发量的大小主要取决于热量收支和水分供应情况，一年内蒸发量的变化则主要取决于气温和风力的变化。在降水量一定的情况下，蒸发量越大，土壤水分损失越多，越容易引起干旱。
此外，干旱严重程度也与地形地貌有关。例如，在我国南方山丘地区，虽然年降水量较多，但地面坡度较大或植被较差，土壤滞水保水能力较弱，因而干旱威胁也比较严重。
阅读材料——全球变暖与干旱灾害
全球变暖是近百年来全球气候变化的重要特征之一，据国际方面的有关研究，未来50年由于人类活动的影响，全球年平均气温可能继续升高，但预测值相差很大。科学家们发现，气温升高将使地表蒸发量提高，水分循环加快，极端气候如干旱和洪涝事件增多。在近几十年，美国、欧洲等地干旱、洪涝区都趋于增加，而亚洲东部、非洲南部和撒哈拉地区则干旱程度趋于增强，特别是20世纪70年代以后，非洲撒哈拉地区严重干旱灾害发生的频率是19世纪前50年的2倍。
在这种全球气候变暖的大背景下，我国大部分地区气温也呈现持续偏高的态势。根据1950~1997年近50年的降水和气温资料分析，我国近20年来呈现北旱南涝的局面，华北、西北地区持续偏旱，我国长江流域，20世纪50年代受旱面积5.47亿亩，80年代受旱面积15.13亿亩，增加了1.77倍。具体到我国的各大流域，影响程度如何，还有待探讨。
（三）旱灾的减灾措施
旱灾和洪灾是两种性质相反的气象灾害，它们在防灾减灾方面既有诸多共同之处，也存在一些不同之点，其差异大致表现在以下几个方面。
加强长期预报 干旱和洪水都主要是由降水量的变化引起的，但因洪水具有突发性，对降水的短期预报较有意义，而干旱表现为渐进性，对降水的长期预报则更为重要。现代的长期预报主要是在3S（遥感、地理信息系统、全球定位系统）等先进技术的支持下，根据干旱成因和干旱规律，从相关普查入手，运用一定的方法，预测未来干旱发生的时间、范围和强度。
推广人工降水 人工降水是指当云中产生降水的条件不足时，根据不同云层的物理特性，向云中播撒水滴、盐粉、尿素、碘化银、干冰（固体CO2）等催化剂，使云滴或冰晶增大到一定程度，降落到地面，形成降水。随着现代科技的发展，人工增加降水作为抗旱的一种技术手段，已受到广泛的重视。世界上大多数国家和地区都开展了这项工作，其中以美国、澳大利亚、中国和俄罗斯等国的人工降水规模较大。在我国一些干旱地区，人工降水的作业开展得较为普遍。例如，山西每年通过人工降水，平均增加雨量6~8亿m3，广东、浙江为缓解旱象和增加库存水量而进行的人工降雨，可增加水库区降水的5%~12%，均有效地缓解了当地的旱情。
发展节水灌溉 降水不足，造成土壤水分含量降低，制约农业生产，但根据作物的需水特性，科学灌溉，可以有效地缓解农业旱情。发展节水灌溉应以改进目前广泛采用的地面灌溉为主，提高水的利用效率，有条件地发展喷灌和滴灌。喷灌是将通过管道输送来的有压水流用喷头喷射到空中，呈雨滴状散落到田间的灌溉方法。喷灌有利于调节田间小气候，可有效省水、增产，适用性较广。滴灌是指灌溉水在水压力作用下，通过管道和滴头以水滴形式向作物根部供水供肥的灌溉方法。滴灌的节水性能最高，减少了灌水过程中的渗漏、地面流失和蒸发损失。在干旱缺雨的国家和地区得到较快的发展。但投资较大。此外，实施抗旱耕作体系，优选抗旱作物，进行抗旱栽培，减少作物本身对水的需求，亦可减轻干旱对农业生产的危害。
第四节 水污染
水污染是指水体因某种物质的介入，而导致其化学、物理、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或者破坏生态环境，造成水质恶化的现象。水污染加剧了全球的水资源短缺，危及到环境健康，严重制约到人类社会、经济与环境的可持续发展。
一、天然水的化学性质
由于天然水在自然循环过程中不断地与环境物质发生作用，因此自然界不存在化学概念上的纯水。天然水的化学组成是多种多样的，不同的水体在不同的环境条件下所形成的天然水化学成分和含量差别很大。研究表明，天然水是由溶解性物质和非溶解性物质所组成的化学成份极其复杂的溶液综合体，俄国学者阿列金曾把天然水中的溶质成份概略性地分为5组：
溶解性气体 含量较多的有O2，CO2和H2S，含量较少的有N2、CH4和He等。
主要离子 Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-、CO32-，是天然水中含量最多的8种离子，其含量占天然水中离子总量的95%~99%。
营养物质 氮和磷的化合物。
微量元素 包括天然水中含量低于0.01%的阴离子（如I-，Br-，F-）、微量金属离子、放射性元素等。
有机物质 腐殖质胶体等。
天然水复杂的化学成分，既是水的自然循环的必然结果，又是维系全球生态系统生存、发展的必要条件。但水污染的存在，却极大地改变了水体的化学性质及物理、生物特性，对地球生态产生了重大影响。
二、水污染的主要来源
水污染源可分为自然污染源和人为污染源两大类：自然污染源是指自然界自发向环境排放有害物质、造成有害影响的场所，人为污染源则是指人类社会经济活动所形成的污染源。水污染最初主要是自然因素造成的，如地表水渗漏和地下水流动将地层中某些矿物质溶解，使水中盐分、微量元素或放射性物质浓度偏高，导致水质恶化，但自然污染源一般只发生在局部地区，其危害往往也具有地区性。随着人类活动范围和强度的加大，人类生产、生活活动逐步成为水污染的主要原因。按污染物进入水环境的空间分布方式，人为污染源又可分为点污染源和面污染源。
（一）点污染源
点污染源的排污形式为集中在一点或一个可当作一点的小范围，实际上多由管道收集后进行集中排放。最主要的点污染源有工业废水和生活污水，由于产生污染的过程不同，这些污废水的成分和性质也存在很大差异。
1．工业废水
长期以来，工业废水是造成水体污染最重要的污染源。根据废水的发生来源，工业废水可分为工艺废水、设备冷却水、洗涤废水以及场地冲洗水等；根据废水中所含污染物的性质，工业废水可分为有机废水、无机废水、重金属废水、放射性废水、热污染废水、酸碱废水以及混合废水等；根据产生废水的行业性质，又可分为造纸废水、石化废水、农药废水、印染废水、制革废水、电镀废水等等。一般来说，工业废水具有以下几个特点：
污染量大 工业行业用水量大，其中70%以上转变为工业废水排入环境，废水中污染物浓度一般也很高，如造纸和食品等行业的工业废水中，有机物含量很高，BOD5（生化耗氧量，即微生物分解有机物所耗费的氧）常超过2 000 mg/L，有的甚至高达30 000mg/L以上。
成分复杂 工业污染物成分复杂、形态多样，包括有机物、无机物、重金属、放射性物质等有毒有害污染物。特别是随着合成化学工业的发展，世界上已有数千万种合成品，每周又有数百种新的化学品问世，在生产过程中这些化学品（如多氯联苯）不可避免地会进入废水当中。污染物质的多样性极大地增加了工业废水处理的难度。
感官不佳 工业废水常带有令人不悦的颜色或异味，如造纸废水的浓黑液，呈黑褐色，易产生泡沫，具有令人生厌的刺激性气味等。
水质水量多变 工业废水的水量和水质随生产工艺、生产方式、设备状况、管理水平、生产时段等的不同而有很大差异，即使是同一工业的同一生产工序，生产过程中水质也会有很大变化。
每个工业部门废水中都有其独特的组合污染物，表现出不同的水质特点（表4-3）。
表4-3 工业废水的水质特点工业部门
工业企业性质
废水特点
化工业
化肥、纤维、橡胶、染料、塑料、农药、油漆、洗涤剂、树脂
有机物含量高，pH变化大，含盐量高，成分复杂，难生物降解，毒性强
石油化工业
炼油、蒸馏、裂解、催化、合成
有机物含量高，成分复杂，水量大，毒性较强
冶金业
选矿、采矿、烧结、炼焦、冶炼、电解、精炼、淬灭
有机物含量高，酸性强，水量大，有放射性，有毒性
纺织业
棉毛加工、漂洗、纺织印染
带色，pH变化大，有毒性
制革业
洗皮、鞣革、人造革
有机物含量高，含盐量高，水量大，有恶臭
造纸业
制浆、造纸
碱性强，有机物含量高，水量大，有恶臭
食品业
屠宰、肉类加工、油品加工、乳制品加工、水果加工、蔬菜加工等
有机物含量高，致病菌多，水量大，有恶臭
动力业
火力发电、核电
高温，酸性，悬浮物多，水量大，有放射性

2．生活污水
生活污水主要来自家庭、商业、学校、旅游、服务行业及其它城市公用设施，包括厕所冲洗水、厨房排水、洗涤排水、沐浴排水及其它排水。不同城市的生活污水，其组成有一定差异。一般而言，生活污水中99.9%是水，固形物不到0.1%，虽也含有微量金属如锌、铜、铬、锰、镍和铅等，但污染物质以悬浮态或溶解态的有机物（如氮、硫、磷等盐类）、无机物（如纤维素、淀粉、脂肪、蛋白质及合成洗涤剂等）为主，其中的有机物质大多较易降解，在厌氧条件下易生成恶臭。此外，生活污水中还含有多种致病菌、病毒和寄生虫卵等。
生活污水中悬浮固体的含量一般在200~400 mg/L之间，BOD5在100~700 mg/L之间。随着城市的发展和生活水平的提高，生活污水量及污染物总量都在不断增加，部分污染物指标（如BOD5）甚至超过工业废水成为水环境污染的主要来源。
（二）面污染源
面污染源又称非点污染源，污染物排放一般分散在一个较大的区域范围，通常表现为无组织性。面污染源主要指雨水的地表径流、含有农药化肥的农田排水、畜禽养殖废水以及水土流失等。农村中分散排放的生活污水及乡镇工业废水，由于其进入水体的方式往往是无组织的，通常也列入面污染源。
1．农村面源
由于过量地施加化肥和农药，农田地表径流中含有大量的氮、磷营养物质和有毒的农药。此外，不合理的施用化肥和农药还会改变土壤的物理特性，降低土壤的持水能力，产生更多的农田径流并加速土壤的侵蚀。农田径流中氮的浓度为1~70 mg/L，磷的浓度为0.05~1.1 mg/L，在农业发达的地区，已对水环境构成危害。由于农业对化肥的依赖性增加，畜禽养殖业的动物粪便已从一种传统的植物营养物变成了一种必须加以处置的污染物，畜禽养殖废水常含有很高的有机物浓度，如猪圈排水中BOD5为1 200~1 300 mg/L，牛圈排水中BOD5可达4 300 mg/L，这些有机物易被微生物分解，其中含氮有机物经过氨化作用形成氨，再被亚硝酸和硝酸菌作用，转化为亚硝酸和硝酸，常引起地下水污染。目前，农业已成为大多数国家水环境最大的面污染源。
此外，粗放发展的乡镇工业所排废水，在部分地区常成为当地水环境重要的污染源。据统计，1995年我国乡镇工业废水排放量59.1亿t，占全国工业废水排放总量的21.0%；废水中化学需氧量（重铬酸钾氧化有机物所耗费的氧）排放量力611.3万t，占全国工业化学需氧量排放总量的44.3%；氰化物排放量438.3 t，占14.9%；挥发酚排放量11958.5 t，占65.4%；石油类排放量10003.9 t，占13.5%；悬浮物排放量749.5万 t，占47.9%；重金属（铅、汞、铬、铜）排放量1321.4 t，占42.4%；砷排放量1875.3 t，占63.3%。散乱排放的乡镇工业废水己成为水环境保护的突出问题和影响人体健康的重要因素。
2．城市径流
在城市地区，大部分土地为屋顶、道路、广场所覆盖，地面渗透性很差。雨水降落并流过铺砌的地面，常夹带有大量的城市污染物，如汽车废气中的重金属、轮胎的磨损物、建筑材料的腐蚀物、路面的砂砾、建筑工地的淤泥和沉淀物、动植物的有机废弃物、动物排泄排遗物中的细菌、城市草地和公园喷洒的农药、润滑油、石油、阻冻液以及融雪撒的路盐等等。城市地区的雨水一般排入雨水下水道，直接排入附近水体，通常并不经过任何处理。城市径流对受纳溪流、河流或湖泊有较严重的不利影响。研究发现，城市径流中所含的重金属（如铜、铅、锌等）、氯化有机物、悬浮物，对许多种鱼类和无脊椎水生动物具有潜在的致命影响。
此外，大气中含有的污染物随降雨进入地表水体，也可以归入面污染源。例如，酸雨降低了水体中的pH值，影响幼鱼和其它水生动物种群的生存，并可使幸存的成年鱼类丧失生殖能力。
由于面污染源量大、面广、情况复杂，故其控制要比点污染源难得多。并且随着对点污染源的管制的加强，面污染源在水环境污染中所占的比重在不断增加。据调查，损害美国地表水的污染源中，面源所作的贡献已分别达到65%（河流）和75%（湖泊）。
三、主要水污染物及其环境效应
造成水体污染的来源具有多样性，不同污染源所排放的污染物也具有多样性，这些污染物质的种类和环境效应可概括如下：
悬浮物 悬浮物是指悬浮在水中的细小固体或胶体物质，主要来自水力冲灰、矿石处理、建筑、冶金、化肥、化工、纸浆和造纸、食品加工等工业废水和生活污水。悬浮物除了使水体浑浊，从而影响水生植物的光合作用外，悬浮物的沉积还会窒息水底栖息生物，破坏鱼类产卵区，淤塞河流或湖库。此外，悬浮物中的无机和胶体物较容易吸附营养物、有机毒物、重金属、农药等，形成危害更大的复合污染物。
耗氧有机物 生活污水和食品、造纸、制革、印染、石化等工业废水中含有糖类、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸、酯类等有机物质，这些物质以悬浮态或溶解态存在于污废水中，排入水体后能在微生物作用下最终分解为简单的无机物，并消耗大量的氧，使水中溶解氧降低，因而被称为耗氧有机物。在标准状况下，水中溶解氧约9 mg/L，当溶解氧降至4 mg/L以下时，将严重影响鱼类和水生生物的生存；当溶解氧降低到1 mg/L时，大部分鱼类会窒息死亡；当溶解氧降至零时，水中厌氧微生物占据优势，有机物将进行厌氧分解，产生甲烷、硫化氢、氨和硫醇等难闻、有毒气体，造成水体发黑发臭，影响城市供水及工农业用水、景观用水。耗氧有机物是当前全球最普遍的一种水污染物，清洁水体中BOD5含量应低于3 mg/L，BOD5超过10 mg/L则表明水体已受到严重污染。由于有机物成分复杂、种类繁多，一般常用综合指标如生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）、总需氧量（TOD）或总有机碳（TOC）等表示耗氧有机物的含量。
阅读材料——生化需氧量的测定
生化需氧量（BOD）表示水中有机污染物经微生物分解所需的氧量（以mg/L为单位），生化需氧量愈高，表示水中耗氧有机污染物愈多。有机污染物经微生物氧化分解的过程，一般可分为两个阶段：第一阶段，主要是有机物被转化成二氧化碳、水和氨；第二阶段，主要是氨被转化为亚硝酸盐和硝酸盐。污废水的生化需氧量通常只指第一阶段有机物氧化所需的氧量。由于微生物的活动和温度有关，所以测定生化需氧量时一般以20℃作为标准温度（接近温带地区夏季河水的最高平均温度）。在20℃温度下，一般有机物的全部分解需时百日以上，但实际观测表明，污水中的有机物在20天后能基本上完成第一阶段的氧化分解过程，故20℃、20日的生化需氧量（BOD20）可作为第一阶段或完全生化需氧量。这就是说，要测定第一阶段的生化需氧量至少需20天时间，但这在实际工作中仍有困难。据实验研究，一般有机质的五日生化需氧量约为第一阶段生化需氧量的70~80%，因此目前都以五天作为测定生化需氧量的标准时间，简称五日生化需氧量（BOD5），作为衡量水中耗氧有机物浓度的标准。
植物营养物 植物营养物重点指含氮、磷的无机物或有机物，主要来自生活污水、部分工业废水和农业面源。适量的氮、磷为植物生长所必需，但过多的营养物排入水体，则有可能刺激水中藻类及其它浮游生物大量繁殖，导致水中溶解氧下降，水质恶化，鱼类和其它水生生物大量死亡，称为水体的富营养化。当水体出现富营养化时，大量繁殖的浮游生物往往使水面呈现红色、棕色、蓝色等颜色，这种现象发生在海域称为“赤潮”，发生在江河湖泊则叫做“水华”。水体富营养化一般都发生在池塘、湖泊、水库、河口、河湾和内海等水流缓慢、营养物容易聚积的封闭或半封闭水域，对流速较大的水体如河流一般影响不大。
阅读材料——湖泊的富营养化
湖泊是全球水体富营养化发生频率最高、对人类影响最大的水域。
自然界的湖泊都经历着一个衰老的过程：即淤泥和有机物积累导致由湖泊转变为沼泽，再由沼泽演化为干地或原野。在此过程中，湖泊经历了一个从“贫营养物”到“富营养物”自然发展历程，富营养化是湖泊衰老的表现。自然的富营养化过程极其缓慢，但人为作用却大大加快了这一进程。
例如，施入农田的氮肥仅30%~50％被植物利用，磷肥仅7%~15％，大部分随农田排水进入附近湖泊等水体。除了化肥外，农业废弃物（秸杆、人畜粪便）、城市生活污水和某些工业（如洗毛、制革、造纸、化肥、化工、食品等）废水中均含有丰富的植物营养物，这些都是加剧当前湖泊等水体富营养化的重要来源。
植物营养物有碳、氮、磷、硫、钾、钠、钙、镁、铜、锌、锰、硼等多种元素及其化合物，但氮、磷与水体富营养化的关系最密切，而磷的作用又远大于氮。因此，一般都用水中氮、磷浓度或负荷量来划分水体富营养化程度（表4-4）。
表4-4 富营养化程度的划分（美国Thomas，单位mg/m3）
富营养化程度
总磷
无机氮
富营养化程度
总磷
无机氮
极贫
<5
<200
中-富
30~100
500~1500
贫-中
5~10
200~400
富
>100
1500
中
10~30
300~650




富营养化对湖泊水生态系统产生破坏性后果，首先是大量繁殖的浮游生物的过度繁殖，在湖面形成密集的“水华”，部分浮游生物还会分泌出毒素；其次是藻类等浮游生物死亡的残骸被微生物分解，不断消耗水中的溶解氧，使水体呈现一定的厌氧状态，在湖泊底层产生硫化氢等有毒气体。富营养化常导致渔业减产，航道堵塞，并对城镇供水具有严重不利影响，例如太湖的富营养化已迫使苏州、无锡供水节节后退，不得不逐步向长江转移。
重金属 作为水污染物的重金属，主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的元素，也包括具有一定毒性的一般重金属如锌、镍、钴、锡等。从重金属对生物与人体的毒性危害来看，重金属污染的特点表现为：重金属的毒性通常由微量所致，一般重金属产生毒性的浓度范围在1 mg/L~10 mg/L之间，毒性较强的金属汞、镉等为0.01 mg/L~0.001 mg/L；重金属及其化合物的毒性几乎都通过与机体结合而发挥作用，某些重金属可在生物体内转化为毒性更强的有机化合物，如著名的日本水俣病就是由汞的甲基化作用形成甲基汞，破坏人的神经系统所致；重金属不能被生物降解，生物从环境中摄取的重金属可通过食物链发生生物放大、富集，在人体内不断积蓄造成慢性中毒，例如淡水浮游植物能富集汞1 000倍，鱼能富集1 000倍，而淡水无脊椎动物的富集作用可高达10 000倍；重金属的毒性与金属的形态有关，例如六价铬的毒性是三价铬的10倍。作为具有潜在危害的重要污染物质，重金属污染已引起人们的高度重视。
难降解有机物 难降解有机物是指那些难以被自然降解的有机物，它们大多为人工合成化学品，例如有机氯化合物、有机芳香胺类化合物、有机重金属化合物以及多环有机物等等。它们的特点是能在水中长期稳定地存留，并在食物链中进行生化积累，其中一部分化合物即使在十分低的含量下仍具有致癌、致畸、致突变作用，对人类的健康构成极大的威胁。目前，人类仅对不足2%的人工化学品进行了充分的检测和评估，对超过70%的化学品都缺乏健康影响信息的了解，而对这些化学品的累积或协同作用的研究则更加缺乏。
石油类 水体中石油类污染物质主要来源于船舶排水、工业废水、海上石油开采及大气石油烃沉降。水体中油污染的危害是多方面的：含有石油类的废水排入水体后形成油膜，阻止大气对水的复氧，并妨碍水生植物的光合作用；石油类经微生物降解需要消耗氧气，造成水体缺氧；石油类粘附在鱼鳃及藻类、浮游生物上，可致其死亡；石油类还可抑制水鸟产卵和孵化。此外，石油类的组成成分中含有多种有毒物质，食用受石油类污染的鱼类等水产品，会危及人体健康。
酸碱 水中的酸碱主要来自矿山排水、多种工业废水或酸雨。酸碱污染会使水体pH值发生变化，破坏水的自然缓冲作用和水生生态系统的平衡。例如，当pH小于6.5或大于8.5时，水中微生物的生长就会受到抑制。酸碱污染会使水的含盐量增加，对工业、农业、渔业和生活用水都会产生不良的影响。严重的酸碱污染还会腐蚀船只、桥梁及其它水上建筑。
病原体 生活污水、医院污水和屠宰、制革、洗毛、生物制品等工业行业废水，常含有各种病原体，如病毒、病菌、寄生虫，传播霍乱、伤寒、胃炎、肠炎、痢疾及其它多种病毒传染疾病和寄生虫病。1848年、1854年英国两次霍乱流行，各死亡万余人，1892年德国汉堡霍乱流行，死亡7500余人，都是由水中病原体引起的。
热污染 由工矿企业排放高温废水引起水体的温度升高，称为热污染。水温升高使水中溶解氧减少，同时加快了水中化学反应和生化反应的速度，改变了水生生态系统的生存条件，破坏生态功能平衡。
放射性物质 放射性物质主要来自核工业部门和使用放射性物质的民用部门。放射性物质污染地表水和地下水，影响饮水水质，并且通过食物链对人体产生内照射，可能出现头痛、头晕、食欲下降等症状，继而出现白细胞和血小板减少，超剂量的长期作用可导致肿瘤、白血病和遗传障碍等。
四、水污染的特征
人类活动排放的各种污染物质，通过多种途径进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体，当超过水体的自净能力时，将使水环境的物理、化学、生物特性发生改变，最终对人类的生产、生活及生态环境造成一系列不利影响。
（一）地表水污染特征
1．河流污染
所谓河流污染是指有毒有害物进入河流的数量，超过了河流的自净能力，从而造成河流水环境质量降低，影响到水体使用功能的现象。河流污染具有以下特点：
污染程度随径流量变化 河流的径流量和入河的污水量、污染物量决定着河流的稀释比。在排污量相同的情况下，河流的径流量越大，河流污染的程度越轻，反之就越重。由于河流的径流量具有随时间变动的特点，因此河流污染的程度也表现出明显的时间变化特性。
污染扩散快 河流是流动的，河流上游受到污染会很快影响到下游的水环境质量。从水污染对水生生物生活习性（如某些鱼类的洄游）的影响来看，一段河流受到污染后，可以迅速影响到整个河流的生态环境。
污染影响大 河流特别是水质相对洁净的大江大河是目前人类主要的饮用水源，河流中种类繁多的污染物可以通过饮用水危害人类。不仅如此，河流还可通过水生动植物食物链以及农田灌溉等途径直接或间接危及人类健康。
人类活动高度密集的城市、工业区和农业区，一般都位于各大江河流域，长期以来，人类依靠河流供给城市及工农业用水，同时也将大量污废水排入其中。当今世界上凡人口及工农业高度密集地区的河流，大多受到了不同程度的污染。
阅读材料——我国的河流污染状况
我国主要江河污染严重，有机污染突出。据2000年环境状况公报，我国七大重点流域干流有57.7%的断面满足III类水质要求，21.6%的断面为Ⅳ类，6.9%的断面属Ⅴ类，13.8%的断面属劣于Ⅴ类，其中辽河、海河污染严重，淮河水质较差，黄河水质不容乐观，松花江水质尚可，珠江、长江水质总体良好。以淮河流域为例，全流域面积26.9万km2，人口1.5亿，20世纪80年代以来，随着经济发展和城市化进程的加快，淮河各主要支流受到日益严重的污染，水质急剧恶化。20世纪90年代初，淮河的16条主要支流中有一半以上河段水质超过国家V类标准，水污染事故时有发生，尤以1994年7月淮河特大污染事故的损失最为惨重，由此促使我国政府加快了对包括淮河在内的大江大河大湖的综合整治。
我国各大流域污染均主要集中在城市河段。在141个国家控制断面中，36.2%的城市河段为I至III类水质，63.8%的城市河段为IV至劣V类水质。其中，47个环保重点城市(直辖市、省会城市、经济特区、沿海开放城市和重点旅游城市)的典型水域中，II至III类水质占34.1%，IV至V类水质占36.1%，29.8%的水域劣于V类。海河、辽河等沿岸的城市地表水水质较差，华东地区和长江、黄河沿岸城市地表水因径流较大而水质较好。
阅读材料——我国的地表水水域功能区划
根据《地表水环境质量标准》（GHZB1999-1），我国江河、湖泊、运河、渠道、水库等地表水水域，依据其使用目的和保护目标，划分为五类功能区：
Ⅰ类 主要适用于源头水、国家自然保护区；
Ⅱ类 主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等；
Ⅲ类 主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区、一般鱼类保护区及游泳区；
Ⅳ类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；
Ⅴ类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。
同一水域兼有多类功能类别的，依最高类别功能划分。对不同功能的水域，相应规定了不同的水环境质量标准值。
2．湖泊（水库）污染
湖泊往往是一个地区的较低洼处，是数条河流的汇入点，也常常成为污染物的归宿地。湖泊污染就是指污染物质进入湖泊的数量超过了湖泊的自净能力，造成湖泊水体污染的现象。湖泊因为水流交换滞缓，从而呈现出一系列与河流污染不同的特点：
污染来源广、途径多、种类复杂 湖泊污染的来源可分为外源和内源两大类：外源包括入湖河道携带的工业废水和生活污水，湖区周围的农田排水和降雨径流；内源包括船舶排水、养殖废水及底泥（包括湖内生物死亡后，经微生物分解产生的污染物）。总之，湖泊流域内的几乎一切污染物质，都可通过各种途径最终进入湖泊水环境。
污染稀释和搬运能力弱 由于湖泊水面宽广、流速缓慢、水力停留时间较长，造成污染物质进入湖泊后，不易迅速被湖水稀释而达到充分混合，也难于通过湖流的搬运作用，经过出湖河流向下游输送，因此常会出现湖泊水质分布不均匀以及污染物向湖底沉降的现象，尤其是大容量深水湖泊更为显著。此外，流动缓慢的湖泊还使大气复氧作用降低，导致湖泊对某些污染物质的自净能力减弱。
生物降解和累积能力强 湖泊是天然孕育水生动植物的有利场所，水生生物的大量繁殖，往往成为影响湖泊水质动态变化的重要因素。湖中生物对多种污染物具有降解作用，如在藻类、细菌或底栖动物的作用下，将有机污染物分解为二氧化碳和水，有利于湖泊的净化，然而某些毒性不大的污染物质也可能被转化成毒性很强的物质，例如无机汞可被生物转化成甲基汞，使湖泊污染的危害加重。此外，湖中生物对某些污染物质还具有累积作用，这些污染物除了直接从湖水进入生物体外，还通过多级生物的吞食，在食物链中不断进行转移和富集，例如DDT及其分解产物，可通过水、藻、虾、昆虫、小鱼，而到达鸥体内的浓度要比水中浓度大一百多万倍。
当前，湖泊污染最直接、最常见的表现就是水体的富营养化。
阅读材料——我国的湖泊富营养化状况
我国主要湖泊富营养化问题突出。滇池是著名的高原湖泊，原来作为昆明市的饮用水源，但同时又是昆明城市污水的受纳水体，20世纪90年代以来滇池水质每况愈下，2000年全湖总体水质劣于V类，总氮、总磷污染极其严重，已连续多年处于重富营养化状态，滇池内湖中的水葫芦覆盖面积和生长厚度逐年增加，形成厚达数十厘米的“绿油漆”，昔日高原湖泊的旖旎风光顿成“狼籍”。太湖湖体总氮、总磷等污染指标超标突出，属富营养化状态，环湖主要河流及环湖交界水体污染则更加严重。巢湖54%的点位为V类水质，46%的点位劣于V类，总氮、总磷超标严重，属中富营养状态。其它大型淡水湖泊中，洱海、兴凯湖和博斯腾湖水质良好，湖体水质达到III类，洞庭湖、镜泊湖和洪泽湖水质达到IV类，白洋淀、达赉湖和南四湖污染严重，均为劣V类水质。
（二）地下水污染特征
地下水是埋藏于地表以下的天然水。由于地下水具有分布广泛、水质洁净、温度变化小、便于储存和开采等特点，因此地下水愈来愈成为城镇、工业区，特别是干旱或半干旱地区主要的供水水源。但当各种途径进入地下水的污染物质超过了地下水的自净能力时，就会造成地下水的污染。由于特殊的埋藏条件，地下水污染具有如下显著特点：
污染来源广泛 地下水污染的途径多种多样，主要有：工业废水和生活污水未经处理而直接排入渗坑、渗井、溶洞、裂隙，进入地下水；工业废弃物和生活垃圾等固体废物，在无适当的防渗措施条件下，经雨水淋洗，有毒有害物质缓漫渗入地下水；用不符合灌溉水质标准的污水灌溉农田，或受污染的地表水体长期渗漏，从而进入地下水；在沿海地区过度开采地下水，使地下水位严重下降，海水倒灌污染地下水等等。地下水的污染具有过程缓慢、不易发现的特点。
污染难于治理 地下水在无光和缺氧的条件下，生物作用微弱，水质动态变化小，化学成分稳定，但如果受到污染，则难于再恢复其原来状态。加上污染溶液入渗所经过的地层还能起二次污染源的作用，因此即使彻底消除地下水的污染源，一般也需要十几年、甚至几十年才能使水质得到完全净化。
污染危害严重 地下水是世界许多干旱、半干旱地区以及地表水污染严重地区重要的饮用和生产水源，据对我国80个大中城市的统计，以地下水作为供水水源的城市占60％以上，地下水污染对水资源短缺地区的生存和发展，无异于雪上加霜。
阅读材料——我国的地下水污染状况
据统计，我国大多数城市地下水已受到一定程度的点状或面状污染，部分地区地下水的水质指标超标，主要有矿化度、总硬度、硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮、铁、锰、氯化物、硫酸盐、氟化物、pH值等，其中硝酸盐、亚硝酸盐、氨氮污染在全国均较突出，矿化度和总硬度污染主要分布在东北、华北、西北和西南地区，铁和锰污染主要分布在南方地区。局部地区还发现了较严重的油污染和痕量有机物污染。在污染程度上，缺水的北方城市重于丰水的南方城市，其中尤以华北地区的地下水污染最为突出。
（三）海洋污染特征
人类活动直接或间接地将物质或能量排入海洋环境（包括河口），以致损害海洋生物资源、危害人类健康、妨碍海洋渔业、破坏海水正常使用或降低海洋环境优美程度的现象，称为海洋污染。海洋是地球上最大的水体，具有巨大的自净能力，但这种对污染物的消纳能力并不是无限的。海洋污染的特点主要表现在：
污染源多而复杂 海洋的污染源极其复杂，除了海上船舶、海上油井排放的有毒有害物，沿海地区产生的污染物直接注入海洋外，内陆地区的污染物也大都通过河流最后排入海洋，此外，大气污染物也可以通过气流运行到海洋上空，随降水进入海洋。因此海洋有地球上一切污染物的“垃圾桶”之称。
污染持续性强 海洋是地球各地污染物的最终归宿。与其它水体污染不同，海洋环境中的污染物很难再转移出去。因此随着时间的推移，一些不能溶解或不易降解的污染物（如重金属和有机氯化物）越积越多，DDT进入海洋后，经过10~50年才仅能分解掉50%，就是一例。
污染扩散范围大 由于具有良好的水交替条件，海洋中的污染物可通过表流、潮汐、重力流等作用与海水进行很好的混合，将污染物质带到遥远的海域。例如，人类已从北冰洋和南极洲捕获的鲸鱼体内分别检出了0.2 mg/kg和0.5mg/kg的多氯联苯，这表明多氯联苯已由近岸扩散到远洋，足见污染物在海洋环境中的扩散范围是相当大的。
目前，全球较严重的海洋污染主要集中在靠近发达地区的近海海域，如波罗的海、地中海北部、美国东北部沿岸海域和日本的獭户内海。
阅读材料——我国的近海污染状况
我国近海海域污染较严重。渤海、黄海、东海和南海四大海区中，东海、渤海处于较重污染水平，黄海和南海近岸水质尚好。海水中主要污染指标为无机氮、磷酸盐、油类以及汞、铅等。当前最引人关注的是我国近海的赤潮问题。
20世纪60年代以来，渤海、东海、南海都曾出现过赤潮，并且发生的频率在日益增加。以渤海为例，60年代以前曾出现过3次赤潮，70年代赤潮出现次数为9次，80年代增加至74次，1990年1年即发生赤潮34次，1998年发生22次，1999年7月3日出现1 500 km2面积的严重赤潮，7月15日更扩大到6 500 km2。由此可见我国近海赤潮的发展，已有愈演愈烈的趋势。2000年，我国海域共记录到赤潮28起，累计面积超过1万km2，其中东海11起，累计面积7 800多km2，渤海7起，累计面积近2 000 km2。浙江中部近海、辽东湾、渤海湾、杭州湾、珠江口、厦门近岸、黄海北部近岸是我国近海赤潮的多发区。
赤潮灾害严重威胁我国海域生态环境，给海洋经济带来巨大损失。据统计，1997~1999年我国仅东海海域赤潮污染即造成经济损失20多亿元，1998年3月底至4月中，特大赤潮突袭粤港两地海域，直接经济损失就达3.5亿元。赤潮不但使海洋渔业资源遭受重大损失，而且对人群健康也构成直接威胁，例如，1991年3月28日，广东大亚湾曾发生食用赤潮区贝类致4人中毒、2人死亡的惨痛事件。
五、水污染控制
水环境污染是当今世界各国面临的共同问题。随着经济的发展、人口的递增和城市化进程的加快，全球水污染负荷还有日益加重的趋势，另一方面由于人们生活水平的提高，又对水环境质量提出了更高的要求。因此，科学、经济地进行水污染的控制，保证水环境的可持续利用，已成为世界各国特别是发展中国家最紧迫的任务之一。
（一）水污染控制模式按水污染控制的工作程序、污水处理的实际程度，水污染控制可概括为系统整合、全过程的“三级控制”模式（图4-6）。

图4-6 水污染“三级控制”模式
第一级，污染源头控制（上游段）。源头控制主要是利用法律、管理、经济、技术、宣传教育等手段，对生活污水、工业废水、农村面源和城市径流等进行综合控制，防止污染发生，削减污染排放。控源的重点是工业污染源和农村面源，进入城市污水截流管网的工业废水水质应满足规定的接管标准。
第二级，污水集中处理（中游段）。对于人类活动高度密集的城市区域，除了必要的分散控源外，应有计划、有步骤地重点建设城市污水处理厂，进行污水的大规模集中处理。污水处理厂的建设较为普遍，其特点是技术成熟，占地少，净化效果好，但工程投资甚大。同时应重视城市污水截流管网的规划及配套建设，适当改造已有的雨水/污水合流系统，努力实现雨污分流。
第三级，尾水最终处理（下游段）。城市尾水是指虽经处理但尚未达到环境标准的混合污水。一般而言，城市污水处理厂对去除常规有机物具有优势，但对引起水体富营养化的氮、磷和其它微量有毒难降解化学品的去除效果不佳。尾水并不等于清水（例如尾水中氮、磷负荷一般占原污水的60%~80%），直接排入与人类关系密切的清水水域，仍然存在极大的危险性，在发达国家日益受到重视的微量有毒污染问题，就是例证。此外，城市污水处理厂基建投资和运行成本甚高，在经济较为落后的发展中国家，大规模地普建污水处理厂存在困难，城市尾水中实际上含有大量未经任何处理的污水（例如我国目前城市污水集中处理率仅13.65%）。因此，在排入清水环境前，加强对污水处理厂出水为主的城市尾水的处置，无论是对削减常规有机污染或是微量有毒污染而言，都殊为重要。三级深度处理可进一步解决城市尾水的处置问题，但因费用高昂，一般难以推广。国内外的研究及实践表明，以土壤或水生植物为基础的污水生态工程是较理想的尾水处理技术，甚至可作为一般城市污水集中处理重要的技术选择。此外，利用水体自净能力的尾水江河湖海处置工程也较为普遍，而污水的重复利用也是一个重要的发展方向。
,三级控制”是一个从污染发生源头到污染最终消除的完整的水污染控制链，在控制过程中，实行清污分流，污水禁排清水水域，以保障区域水环境的长治久安。
（二）污染的源头控制
污染源头控制的实质是污染预防。事实证明，水污染预防要比通过“末端治理”试图消除水污染更加经济、有效。1990年通过的《美国污染预防法》强调，在任何可行的情况下都要优先考虑污染的预防，并指出污染预防“与废物管理和污染控制截然不同，而且比它们要理想得多”。此外，对于并非来自单一、可确定的水污染源，如农村面源、城市径流以及大气沉降等，“末端治理”的办法并不适用，加强水污染预防尤为必要。
根据水污染发生源的不同，有不同的污染源头控制对策。
1．工业水污染
工业废水排放量大，成份复杂，因此工业水污染的预防是水污染源头控制的重要任务。工业水污染的预防应当从合理布局、清洁生产、就地处理以及管理性控制等多方面着手，采取综合性整治对策，才能取得良好的效果。
优化结构、合理布局 在产业规划和工业发展中，应从可持续发展的原则出发制定产业政策，优化产业结构，明确产业导向，限制发展能耗物耗高、水污染重的工业，降低单位工业产品的污染物排放负荷。工业的布局应充分考虑对环境的影响，通过规划引导工业企业向工业区相对集中，为工业水污染的集中控制创造条件。
清洁生产 清洁生产是采用能避免或最大限度减少污染物产生的工艺流程、方法、材料和能源，将污染物尽可能地消灭在生产过程之中，使污染物排放减小到最少。在工业企业内部推行清洁生产的技术和管理，不仅可从根本上消除水污染，取得显著的环境效益和社会效益，而且往往还具有良好的经济效益。
就地处理 城市污水处理厂一般仅能去除常规有机污染，工业废水成分复杂，含有大量难降解有毒有害物质，对污水处理厂的正常运行构成威胁，因此必须加强对工业企业污染源的就地处理或工业小区废水联合预处理，达到污水处理厂的接管标准。工业废水中的许多污染物往往可以通过处理、回收，获得一定的经济效益。
管理措施 进一步完善工业废水的排放标准和相关控制法规，依法处理工业企业的环境违法行为。建立积极的刺激和激励机制，如通过产品收费、税收、排污交易、公众参与等方法来控制污染，通过提高环境资源投入的价格，促使工业企业提高资源的利用效率。
2．生活水污染
随着生活水平的提高，城镇生活用水量日益增长，生活污水问题逐渐突出。在世界发达国家及我国发达地区，生活污水已逐步取代工业废水成为水环境主要的有机污染来源。
合理规划 由于生活污水具有源头分散、发生不均匀的特点，很难从源头上对城市生活污水进行逐个治理，因此从规划入手实现居民入小区，引导人口的适度集中，既符合社会经济的发展需要，又有利用生活污水的集中控制。
公众教育 现代水输系统使公众逐渐对废物产生一种“冲了就忘”的态度，所以应将加强“绿色生活”教育、提高公众环保意识，作为减少家庭水污染物排放、降低城市污水处理负担的重要内容，例如节约用水，鼓励选用无磷洗衣粉，避免将危险废物如涂料、石油等产品随意冲入下水道，等等。
3．面源污染
（1）农村面源
农村面源种类繁多，布局分散，难以采取与城市区域“同构”的集中控制措施以消除污染。农村面源控制的首要任务就是控源，具体措施包括：
发展节水农业 农业是全球最大的用水部门，农业节水不仅可以减少对水资源的占用，而且“节水即节污”，从而降低农田排水，减少对水环境的污染。
减少土壤侵蚀 富含有机质的土壤持水性能好，不易发生水土流失，因此减少土壤侵蚀的关键是改善土壤肥力，具体措施包括调整化肥品种结构，科学合理施肥，增加堆肥、粪便等有机肥的施用，实行作物轮作，减少土壤肥力的消耗等等。此外，研究表明，中等坡度土地的等高耕作（沿自然等高线耕作）较之直行耕作可减少土壤流失50%以上，应重视开展土地的等高耕作制度。当然，有时解决高侵蚀区（如大于25(的坡地）水土流失的唯一的办法是将土地从农业耕作中解脱出来，实行退耕还林（森林）、还草（草地）、还湿（湿地）。
合理利用农药 推广害虫的综合管理（IPM）制度，以最大程度地减少农药施用量，该模式包括各种物理技术、栽培技术和生物技术，例如使用无草无病抗虫品种，实行不同作物的间种和轮作，利用昆虫抑制害虫，选用低毒、高效、低残留的多效抗虫害新农药，合理施用农药等等。
截流农业污水 恢复多水塘、生态沟、天然湿地、前置库等，以储存农村污染径流，目的是实现农村径流的再利用，并在到达当地水道之前，对其进行拦截、沉淀、去除悬浮固体和有机物质。
畜禽粪便处理 现代畜禽饲养常常会产生大量的高浓缩废物，因此需对畜禽养殖业进行合理布局，有序发展，同时加强畜禽粪尿的综合处理及利用，鼓励科学的有机肥还田。此外，应严格控制高密度水产养殖业发展，防止水环境质量恶化。
乡镇企业废水及村镇生活污水处理 对乡镇企业的建设应统筹规划，合理布局，积极推行清洁生产，对高能耗、高污染、低效益的乡镇企业实施严格管制。在乡镇企业集中的地区以及居民住宅集中的地区，逐步建设一些简易的污水处理设施。
（2）城市径流
在城市地区，暴雨径流所携带的大量污染物质，是加剧水体污染的一个重要原因。工程技术人员和城市规划者们提出了许多减少和延缓暴雨径流的措施。
充分收集利用雨水 通过设立雨水收集桶、收集池等装置，将雨水收集用于城市的道路浇洒或绿化，既有利于减轻城市供水系统的压力，而且由于雨水不含自来水中常有的氯，也有利于植物的生长。此外，在平坦的屋顶上建造屋顶花园，不仅能减少暴雨径流，还可在冬季减少楼房的热损失，在夏季保持建筑物凉爽，提高城市环境的舒适度。
减少城市硬质地面 大面积地铺筑地面会加剧城市径流，用多孔表面（如砾石、方砖或其它更复杂的多孔构筑）取代某些水泥和沥青地面，则有利于雨水的自然下渗，减少径流量。据研究，多孔铺筑地面能去除暴雨水中80%~100%的悬浮固体、20%~70%的营养物和15%~80%的重金属。但多孔表面没有传统铺筑地面耐久，因此从经济角度看，多孔表面更适合于交通流量少的道路、停车场、人行道。
增加城市绿化用地 一般说来，城市中绿地越多，径流就越少。目前，国外很多城市通过暴雨滞洪地或湿地的建设，以延缓城市径流并去除污染，这些系统可去除约75%的悬浮物及某些有机物质和重金属。这些地区往往建设成为城市公园，还可为某些野生动植物提供生境。
（三）污水的人工处理
污水中的污染物多种多样，污水人工处理即是利用各种人工技术措施将各种形态的污染物从污水中分离、分解或转化为无害、稳定的物质，从而使污水对水环境的不利影响得以消除的过程。
1．污水人工处理的方法对不同的污染物质应采取不同的污水处理方法，传统的污水人工处理技术已有上百年的发展历史，这些技术方法按其作用原理可分为物理处理法、化学处理法和生物处理法三大类。
表4-5 污水人工处理方法及污染物去除对象处理方法
处理工艺
处理对象
物理处理法
调节池
均衡水质和水量
格栅
粗大悬浮物和漂浮物
筛网
较细小的悬浮物
沉淀
可沉物质
气浮
乳化油、比重接近1的悬浮物
离心机
乳化油、固体物
旋流分离器
较大的悬浮物
砂滤池
细小悬浮物、乳化油
化学处理法
中和
酸、碱
混凝
胶体、细小悬浮物
化学沉淀
溶解性有害重金属
氧化还原
溶解性有害物质
吹脱
溶解性气体
萃取
溶解性有机物
吸附
溶解性物质
离子交换
可离解物质
电渗析
可离解物质
反渗透膜
盐类
生物处理法
活性污泥法
胶体和溶解性有机物
生物滤池
生物转盘
生物接触氧化
厌氧污泥床
厌氧流化床
厌氧滤池

物理处理法 污水的物理处理法是通过物理作用，分离去除污水中不溶性的呈悬浮状态的污染物的处理方法。物理处理法主要的工艺有筛滤截留、重力分离（自然沉淀和上浮）、离心分离等，使用的处理设备和构筑物有格栅和筛网、沉砂池和沉淀池、气浮装置、离心机、旋流分离器等。
化学处理法 化学处理法是通过化学反应和传质作用分离、回收污水中呈溶解、胶体状态的污染物，或将其转化为无害物质的污水处理方法。化学处理法主要的工艺有中和、混凝、化学沉淀、氧化还原、吸附、离子交换、膜分离等。
生物处理法 在自然界中，栖息着大量的微生物，这些微生物具有氧化分解有机物并将其转化为稳定无机物的能力，污水的生物处理法即是利用微生物的这一功能，并采用一定的人工强化措施，使微生物大量繁殖，从而使污水中的有机污染物得以净化的方法。根据作用微生物的不同，生物处理法又可分为好氧生物处理和厌氧生物处理两种类型。好氧生物处理是利用好氧微生物，在有氧环境下，将污水中可生物降解的有机物分解成二氧化碳和水，其工艺众多，包括活性污泥法、生物滤池、生物转盘、生物接触氧化等。厌氧生物处理是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌在无氧条件下降解有机污染物，最终产物为甲烷、二氧化碳等，其主要构筑物多采用消化池，最近开发出来的有升流式厌氧污泥床、厌氧流化床、厌氧滤池等。生物处理法处理效率高，目前使用最为广泛。
各种污水人工处理方法及污染物去除对象如表4-5所示。
2．污水人工处理的分级
由于污水中的污染物质的多样性，因此不可能用单一的处理方法去除其中的全部污染物，往往需要多种处理方法、多个处理单元有机组合，才能达到预期处理程度的要求，而处理程度又主要取决于原污水的性质、出水受纳水体的功能以及有无后续再处置工程等。
按污水处理深度的不同，污水处理大致可分为预处理、一级处理、二级处理和三级处理（深度处理）。
表4-6 污水一级、二级和三级处理的净化效果比较（%）
污染物质
一级处理
二级处理
三级处理
悬浮固体
60-70
80-95
90-95
生物耗氧量
20-40
70-90
>95
总磷
10-30
20-40
85-97
总氮
10-20
20-40
20-40
大肠杆菌
60-90
90-99
>99
病菌
30-70
90-99
>99
镉和锌
5-20
20-40
40-60
铜、铅和铬
40-60
70-90
80-89

预处理 预处理的工艺主要包括格栅、沉砂池，用于去除污水中粗大的悬浮物、比重大的无机砂粒及其它较大的物质，以保护后续处理设施正常运行并减轻污染负荷。预处理中，污水通过箅子筛，去掉树枝和碎布之类的残渣，并进入特别设计的通道，使其流速降低，砂砾等依靠重力沉淀下来。
一级处理 一级处理多采用物理处理方法，其任务是从污水中去除呈悬浮状态的固体污染物。经一级处理后，悬浮物去除率为60%~70%，有机物去除率20%~40%，废水的净化程度不高，一般达不到排放标准，因此一级处理多属二级处理的前处理。
二级处理 二级处理的主要任务是大幅度去除污水中呈胶体和溶解状态的有机污染物，生物处理法是最常用的二级处理方法。经二级处理后，有机物去除率可达70%~90%，处理后出水BOD5可降至20~30mg/L，常规指标达到国家目前规定的污水排放标准。因此，通常要求城市污水处理厂达到污水的二级处理水平。
三级处理 三级处理是在二级处理之后，进一步去除残留在污水中的污染物质，其中包括微生物未能降解的有机物、氮、磷及其它有毒有害物质，以满足更严格的污水排放或回用要求。三级处理通常采用的工艺有生物除氮脱磷法，或混凝沉淀、过滤、吸附等一些物理化学方法。三级处理虽也可实现尾水的深度处理，但由于代价高昂，一般难以大规模推广。
城市污水一级、二级和三级处理污染物质的去除效率比较见表4-6。
由于工业废水的水质成分极其复杂，因此没有通用的集中处理工艺流程。应根据各类工业企业废水水质的具体情况，选取适宜的废水处理技术和工艺流程。对处理后达到城市污水截流管网接管标准的工业废水，可纳入城市污水处理厂进行统一处理。
需要指出的是，污水的一级、二级、三级处理与水污染的“三级控制”模式是两个不同的概念。污水的一级、二级、三级处理是从纯技术角度而言，指对污废水的人工处理程度。而“三级控制”则是一个更广义的概念，它从规划与管理的角度而言，指对水污染从发生源头到最终消除这样的一个完整的水污染控制过程，“三级控制”既包括合理规划布局、优化产业结构、加强环境管理及宣传教育等社会经济手段，又包括清洁生产、污水人工处理、尾水生态处理等一系列技术措施。
（四）尾水的生态处理与资源化
由于经济、技术等原因，城市生活污水及工业废水的有效处理难以一步到位，即使是城市污水处理厂的出水，其中仍含有不少有毒有害污染物，因此加强城市尾水的最终处理是实现区域水环境长治久安的必要条件。尾水最终处理常与污水的资源化相结合，其主要途径包括尾水的生态处理及重复利用。
1．尾水的生态处理
尾水人工三级处理的基建投资大，运行费用高，需要消耗大量的能源及化学品，因而较少大规模的使用。相比之下，尾水生态处理技术则依赖水、土壤、细菌、高等植物和阳光等基本的自然要素，利用土壤-微生物-植物系统的自我调控机制和综合自净能力，完成尾水的深度处理，同时通过对尾水中水分和营养物的综合利用，实现尾水无害化与资源化的有机结合，具有基建投资省、运行费用低、净化效果好的特点，是尾水深度处理的主导技术。
尾水生态处理的主要类型包括稳定塘系统和土地处理系统。稳定塘也称污水塘或氧化塘，它对尾水的净化同生物处理法对污水的净化过程相似，主要包括好氧过程和厌氧过程。稳定塘分好氧塘、兼性塘和厌氧塘，其中兼性塘的顶层以好氧过程为主，好氧细菌和真菌将有机物质分解成二氧化碳和水，二氧化碳以及稳定塘中的氮、磷和有机物则被藻类所利用，底层一般以厌氧过程为主，厌氧菌将有机物质分解为甲烷和二氧化碳。土地处理系统则是利用土地以及其中的微生物和植物根系对污染物的净化能力来净化尾水，同时利用其中的水分和肥分促进农作物、牧草或林木生长，尾水中的污染物在土地处理系统中通过多种过程去除，包括土壤的过滤截留，物理和化学的吸附，化学分解和沉淀，植物和微生物的摄取，微生物氧化降解以及蒸发等。
一般来说，尾水生态处理的净化效率高、运行效果稳定，通常优于常规二级处理，不少指标达到甚至超过三级处理的水平（表4-7），因而也常用作污水人工二级处理的替代技术。值得指出的是，尾水生态系统对多种有机化学品（如多氯联苯、苯、甲苯、氯苯、硝基苯、萘等优先控制污染物）的净化效果理想。
表4-7 几种主要的污水生态系统的净化效果（%）
污染物质
慢速渗滤
快速渗滤
地表漫流
生化需氧量
80-99
85-99
>92
化学需氧量
80-95
>50
>80
悬浮物
80-99
>98
>92
总磷
80-99
60-99
40-80
总氮
80-99
<80
70-90
微生物
90-95
>98
>98
重金属
>95
50-95
>50
有机化学品
>98
>90
>88

不足的是，与常规的人工处理方法相比，污水生态系统处理污水通常需要更多的停留时间和占用较大的空间，这在土地紧缺的大中城市是一大难题，因此将城市尾水调离城市区域，易地进行生态处理是一个值得重视的研究方向。
2．尾水的重复利用
尾水重复利用的优势在于将尾水的净化和尾水的回用结合起来，既可以消除尾水对水环境的污染，又可以缓解部分地区水资源短缺问题，若水质控制得当，可取得良好的经济和环境效益。但大规模的尾水回用涉及到社会、经济、技术等诸多因素：首先从社会发展角度来看，当地水资源的供需矛盾应确实亟需进行尾水的回用；从经济角度来看，尾水的回用应当经济合理可行；从技术角度来看，应能实现对尾水中常规污染物和潜在微量有毒有害物质的有效去除，以保证废水回用的水质安全。因此，根据不同回用对象的要求，严格进行水质控制，是关系到尾水重复利用成败的关键。
根据尾水处理程度和出水水质，净化后的尾水有多种回用途径，主要包括城市回用、工业回用、农业回用、地下水回灌以及生态回用等。
工业回用 经妥善处理的城市尾水和工业废水，一般可回用作冷却水、生产工艺用水、锅炉补给水以及其它油井注水、矿石加工用水等，其中尤以回用作冷却水最为普遍。在回用之前，应根据不同用途对水质提出不同的要求，例如回用作冷却水的再生水水质应满足冷却水循环系统补给水的水质标准，回用作工艺用水时，往往需要经过补充深化处理后才能适用。我国北京、大连、太原等地先后开展了将污水处理厂出水作为冷却水的尝试，但规模较小。
农业回用 再生水的农业回用主要为农田灌溉，利用尾水灌溉农田已有久远的历史。实践证明，尾水灌溉能净化尾水、提供肥源，但也存在环境卫生及土壤盐碱化等问题。在国外一般是严禁采用未经处理的城市污水灌溉，也不主张经过一级处理就利用于农田，大多数要求进行二级处理后才可使用。为此，世界卫生组织以及许多国家均制订了污水灌溉农田的水质标准。我国北方地区长期以来也有利用尾水灌溉农田的经验，并先后开辟了10多个大型污灌区，总面积达1950~2100万亩，但由于一些污灌区选址不当，设计不合理，尾水预处理不够，出现了土壤、农作物甚至地下水严重污染的现象，需要进一步加强农田回用水的水质控制。
城市回用 经一定处理的尾水还可作为城市低质给水的水源，如厕所用水、空调用水、消防用水、绿化用水、景观用水等。例如日本为了发展城市尾水的再利用，建立了专门的“中水道系统”，以区别上、下水道，并制定了相应的中水道水质标准。在南非和以色列，目前已有将处理过的城市尾水用作饮用水的先例，但关于利用尾水作饮用水源的问题，需谨慎对待。
地下水回灌 再生水回灌地下蓄水层作饮用水源时，其水质必须满足或高于生活饮用水卫生标准，美国加利福尼亚州卫生署于1976年制订了再生水回灌地下水的建议水质标准，1977年进一步对水质标准进行了修订。考虑到难生物降解有机物对地下水质影响以及对人体健康的危害，除一般常规监测指标外，还需加强微量有毒有害物质的专门监测和控制。
生态回用 主要是指将经过必要的水质控制的城市尾水导流回用于生态林地、滩涂湿地等，以充分利用尾水中的水分及营养物，重塑生境。
（五）尾水的自然处置
尾水的自然处置是指利用水环境自净能力进行尾水江河湖海处置。由于水污染的蔓延，即使对城市污水进行一定处理之后排放，城市区域周边水环境往往也已不堪重负，因此，世界不少国家和地区都将尾水排入自净能力较强的江河湖海，作为最终解决水污染问题的一条出路。
尾水的江河湖海处置是在严格控制排污混合区的位置和范围，满足受纳水域的水质目标要求，不影响周边水域使用功能和生态平衡的前提下，选定合适的排放口位置，并采取科学的工程系统，利用水体的自净能力处置尾水的一项工程技术措施。其基本过程是：将经过处理的尾水，利用放流管离岸输送到一定水下深度，通过多孔扩散器，使尾水与周围水体在尽可能小的范围内迅速混合、稀释，以达到规定的环境标准。科学的尾水江河湖海处置应满足以下要求：
首先，自然处置的尾水应经过必要的预处理。不是含有任何污染物的尾水都可以进行江河湖海处置的。尾水江河湖海处置的直接目的是为了改善与人类关系密切的水域质量，节约尾水深度处理的费用，同时保证尾水受纳水环境的生态功能平衡，因此，对生态环境有毒有害的污染物（如重金属、放射性物质、难降解有毒有机物、悬浮物等），必须按规定要求预先加以去除。从保证受纳水域长远安全的角度考虑，即使是尾水排海，也应当按照当前最高级别的尾水处理技术进行规划和建设，如果经济上确有困难，可以分期实施。
其次，尾水的自然处置应科学实施。不是任何地点都可以进行尾水的江河湖海处置，一般不宜在近岸排放，而应离岸处置，其目的一是为了保护与人类关系密切的近岸水环境质量，二是远离岸边可以达到足够的水深，以利尾水与周边水体的尽快混合和稀释。国外设置排放口水域的水深大多在10~30 m之间，最深的达120 m，少数在5~10 m之间，而且排放口尽量选择在水深、流急、交换能力强的水域。此外，放流管、扩散器的设计和铺设，也应进行科学的论证。
尾水自然处置的形成和发展已有较长的历史。早期的尾水并不进行任何预处理，而是直接将原生污水通过管道进行岸边或近岸水下排放。到20世纪30年代，尾水江河湖海排放技术有了重大突破，开始对污水进行预处理，并在放流管尾部加装污水扩散器，尾水的江河湖海处置逐渐形成一项成熟的系统工程。20世纪60年代以后，扩散器的喷口开始由疏排型转向密排型，并逐渐形成了现代尾水江河湖海处置的基本模式：尾水经一级处理后，通过水底放流管，采用喷口密排型或疏排型扩散器排放。目前，尾水自然处置已出现了不少特大型（尾水超过百万t/d）、超长管（放流管长度超过10 km）、超水深（水深超过50 m）、高标准（尾水经过二级处理）工程。
虽然尾水的江河湖海处置技术已日趋成熟，但在尾水自然处置对生态系统的潜在长期影响、尾水处置与城市水污染治理之间的环境与经济效益分析等方面有待深入研究。尾水的江河湖海处置工程仍需慎重决策。
第五章 土壤环境
第一节 土壤的组成和基本性质
一、土壤的组成土壤是绿色植物生长的基地，由地球陆地表面的岩石经风化发育而成。土壤有其独特的生成发展规律，也有其独特的功能。在不同的学科上，其定义随学科而异。从工程建筑的角度讲，它是建筑材料和承压基础的物体；从农业的角度出发，它是地球陆地表面具有肥力的能够生长植物的疏松表层，是人类赖以生存的重要自然资源；从环境学的角度看，土壤不仅是一种资源，还是人类生存环境的重要组成部分。它依据其独特的物质组成、结构、空间位置，在提供肥力的同时，还通过自身的缓冲性、同化和净化性能，在稳定和保护人类生存环境中发挥着极为重要的作用。土壤在自然界中处于大气圈、岩石圈、水圈、生物圈之间的过渡带，是联系有机界和无机界的中心环节，也是结合地理环境各组成要素的纽带。
（一）土壤的组成土壤，不管它是农林、草地还是荒地，其基本组成均为以下几种物质见表5-1。
表5-1土壤的组成土壤
固相物质
矿物质
占固相重量95%左右，总体积的38%左右
有机质
占固相重量5%左右，总体积的12%左右
粒间物质
气相
部分由大气进入，主要成分是O2，N2等，另一部分是由土壤内部产生的，主要是CO2，水气等
液相
粒间水分及溶解在其中的多种溶解性物质
生物体
各类昆虫、线虫、节肢动物
土壤微生物，一克土中可达数十亿个

1,矿物组成土壤矿物质是地壳的岩石、矿物经过风化和成土过程作用形成的产物。可分为：原生矿物和次生矿物。
原生矿物 原生矿物是原始成岩矿物，在风化过程中仅仅受到不同程度的机械破碎，矿物晶格、结构和化学成分没有发生变化。它构成了土壤的骨架，为土壤提供了矿质元素。常见的原生矿物有四大类：硅酸盐类，包括钾长石、钠长石、钙长石、白云母、黑云母、角闪石、方解石、辉石、橄榄石等；氧化物类，包括石英、髓石、赤铁矿、磁铁矿、钛铁矿等；硫化物类，包括黄铁矿等；磷酸盐类，包括氟磷灰石等。
次生矿物 岩石原生矿物在风化过程中分解或由风化产物重新合成的矿物，统称次生矿物。次生矿物包括各种简单盐类、铁铝氧化物和次生硅铝酸盐类（伊利石、蒙脱石、高岭石）等。次生矿物颗粒粒径<0.002mm或<0.001mm的称为次生粘土矿物或土壤矿物胶体。它们是土壤环境中矿物质部分最活跃的重要物质成分。次生粘土物质的种类和数量随土壤类型而异。
2,有机质组成土壤有机质主要累积于土壤地表和上部土层，是土壤环境的最重要的组成部分。有机质包括土壤中各种动、植物残体，微生物体及其分解和合成的有机物质。一般可分为：土壤活有机体，主要指植物根系、土壤生物（土壤动物、藻类和菌类）；简单有机化合物、酶和腐殖质。土壤腐殖质是土壤环境中的主要有机胶体，对土壤环境特性、性质以及在能量迁移与转化过程中起着重要的作用。
3,土壤溶液物质组成土壤溶液组成物质非常复杂，常见的物质有：无机盐类，无机胶体（铁、铝氧化物），有机化合物和有机胶体（有机酸、糖类、蛋白质及其衍生物和腐殖酸），络和物（铁、铝有机络和物）；溶解性气体，如O2、CO2等，离子态物质，包括各种重金属离子、负离子化合物、H+、OH-等。不同土壤的溶液浓度和成分的变异很大，同一种土壤的不同土层，或同一土层不同时相的溶液浓度和成分变化也很大。
4,土壤空气土壤空气主要来自大气，由于土壤生物生命活动和土壤自身特性的影响，土壤空气的组成在质和量上都和大气不同。其组成主要是CO2、O2、N2、CH4、H2S、NXO等气体。由于土壤生物生命活动的影响，土壤空气中CO2含量比大气中高，O2含量要比大气中低。大气中CO2 含量为0.03%，而土壤空气中的含量是大气的数倍，乃至数百倍。大气中含O2约20%，而土壤空气中只有10%-12%，乃至更低。
土壤空气通常与近地面大气进行气体交换，其交换方式有两种：土壤空气和大气整体地进行交换及部分气体通过扩散作用进行的交换。后者是主要的方式。前者依赖于土壤和大气温度的不同，而产生的不同的压力，使气体从压力大的方向流向压力小的方向；后者是个别气体成分的差异，依据气体运动规律，发生的扩散过程。就象土壤和大气之间O2 和CO2的交换。由于CO2、CO、CH4、H2S、NXO等是大气中温室气体的重要来源，故它的组成与变化受到了越来越多的重视。
5,土壤生物土壤生物可分为土壤微生物和土壤动物两大类。土壤微生物是指土壤中肉眼无法分辨的活有机体，只能在实验室中借助显微镜或电子显微镜才能观察。土壤动物指土壤中无细胞壁的活有机体，一般能为肉眼所见。前者包括细菌、放线菌、真菌和藻类等类群；后者主要是无脊椎动物，包括环节动物、节肢动物、软体动物、线形动物和原生动物，原生动物因为个体很小，故可视为土壤微生物的一个类群。土壤生物的具体功能有：分解有机物质，直接参与碳、氮、硫和磷等元素的生物循环，使植物需要的营养元素从有机质中释放出来，重新供植物利用；参与腐殖质的合成和分解作用；某些微生物具有固定空气中氮，溶解土壤中难溶性磷和分解含钾矿物等的能力，从而改善土壤中氮、磷、钾的营养状况；土壤生物的生命活动产物如生长刺激素等能促进植物的生长；参与土壤中的氧化还原过程等。
二、土壤的结构土壤不仅能为植物提供支撑场所，调节土壤水、肥、气、热等植物根系适宜的生活环境，同时还具有环境功能。这些功能是由土体、土层、土壤结构与土粒成分的功能组成的。在上述几者中土粒成分是基本的组成要素，也是重要的功能单元。
（一）土粒土粒是形成结构的基础，创造多孔状况的骨架，行使吸、供、保、调能力的实体。
土壤矿粒包括一系列的大小形状不同的物质，称为机械组成。它只按大小区分，并没有考虑化学组成的差异。经过前人的研究发现，矿物在经历风化作用过程时，均依据其自身的抵抗风化能力的强弱而残留下相应大小的矿物颗粒。抗风化能力强者，残留的粒度较粗大，抗性弱的粒度细小。所以，矿物颗粒的粒径大小实际上包含了矿物的成分的差异。
一般说来石英的抗风化能力最强，所以它的分布规律是粒径越大者含量越多，云母的抗风化能力较弱，在越细的粒径中分布越多，角闪石极易风化，只在较细粒径中有所残留。
由于土壤各粒径所保留的矿物成分有差异，它的化学成分也有明显的差异。当各粒径相同的土粒形成集合体时，可以发现不同粒径的集合体在性质上有较大的差异。尽管各国的土壤情况和研究的历史背景有所不同，所采用的粒径分级界限有所差异，但大家都将土粒分为：砾石、砂粒、粉砂和粘粒（从大到小）。其中砾石（颗粒直径0.6-20mm）、砂粒（颗粒直径0.02-0.6mm）颗粒直径较大，它的比表面积相应最较小。其功能主要是构成土体的粗骨架和大空隙。它使土壤具有良好的通透性，为空气和水的进入提供了便利的通道，通过水分给土壤带来热量。同时也正是由于它的良好的通透性，使得砾石、砂粒不能很好的保持水分，从而热容量小无保温能力，使得土壤易热易冷，易干易湿，也特别容易受到污染的危害。总之，对水、热缺乏保存和调节能力。
颗粒直径在0.002-0.02mm的是粉砂，一般是岩石矿物进行物理分化的极限产物。它们都保存着岩石矿物的原有的成分，尚未进行化学分解，它们比砂粒具有更加大的比表面积，其集合体含有微弱的毛管力，从而能保持一定的水分，也保存了由水分带来的热能。
颗粒直径在<0.002mm的是粘粒和胶体，它们是矿物化学风化的产物，也是土壤溶液中化学反应的生成物。它们的物质组成和结构都发生了很大的变化，颗粒细小而且成分随环境条件而异。由于个体小，比表面积大，故其在物理性上表现了强烈的吸水膨胀，失水收缩的特点。
土粒在土壤中都是混合存在的。土壤中各种不同大小的颗粒组成的组合体我们称为质地。质地是土粒组成的综合性质，并不是土粒组成的定量描述。
（二）土壤结构土壤结构是土粒的规律性结合体。它是以多孔体的形式，将固、液和气三相同时存在于一定的空间中，发挥其调节水、热、气的作用。土壤结构体的直接作用是对空气和水分的调节，间接作用是影响温度和营养元素和其他化学物质的状况。其中土粒是使土体存在多孔的条件。不同的土壤结构体所具有的功能大小不相同。总体说来，结构体较小的，其作用的强度和灵活性要大些，个体越大的结构体，大小空隙和分布密度的差异太悬殊，容易出现极端的水、热、气状况，因而功能较差。
1,土壤结构体的类型基本上可以将土壤结构体分为三种类型：似立方体结构类型；似柱状结构类型；似片状结构类型。
2,土壤结构体的形成土壤中的矿物颗粒，大多数情况下不是以单粒状态存在的，而是互相拈聚或被胶结成大小、形状和性质不同的土片、土块和土团的。其形成主要通过以下的途径：土壤颗粒通过凝聚形成复粒（或称次生颗粒、微团聚体、有机无机复合物等）；复粒再通过有机质等胶结物质的作用进一步形成团聚体，从而形成土壤结构。土壤颗粒直接通过有机质等胶结物质的作用形成团聚体。致密的土壤通过植物的根系活动、干湿交替和冻融交替等外应力的作用而崩解形成团聚体。近来，又提出了粘团说，是说粘团是粘粒的小集团群，由粘粒本身定向排列而成，成片状。粘团之间通过铝键和有机聚合物的作用，使团面和团面，团面和团边，团边和团边相结合，形成团聚体的基本单元，而后再形成团聚体。有机质等胶结物质的作用进一步形成团聚体，
3,土壤结构体的基本指标土壤结构体的基本指标有三个：土壤比重、容重和孔隙度。土壤比重是指以实体考虑，而不计空隙时，土壤的单位体积的质量。以g/cm3表示。土壤容重是指单位体积的土壤质量。以g/cm3表示。土壤孔隙度则是通过比重和容重二者之差得出的土壤中孔隙的含量状况。具体算式如下：
土壤总孔隙度（%）=（土壤比重—土壤容重）*100 /土壤比重
4,土壤结构体的大小结构体的大小是决定土壤中水分和空气是否矛盾的依据。结构体越大，大空隙越多，保存的空气容量愈大；结构体越小形成毛细管孔多，保存水分的能力更强。太小的结构体（<0.5mm）对于空气不利，太大的结构体（>2mm）可能存在不稳定的缺点。对于不同地区和土壤类型，对其大小的要求是有所差异的。一般而言湿润地带要稍大些，干旱地带要小些。这是因为干旱地带要保存水分，而湿润地带要加强土壤的通气性。
5,土壤结构的稳定性土壤结构的稳定性实际上是土壤中孔隙状况的稳定性。土壤结构的稳定性主要是指其水稳定性和力稳定性。稳定性结构是靠土壤中的有机胶体和矿质胶体相结合，形成有机-矿质复合体。复合体一般较小，主要组成土壤中的微团聚体。在微团聚体的基础上再形成较大的结构体。其结合的机理主要有：矿质胶体表面的阳离子通过其水化膜作为“水桥”，或水分子提供氢键与有机质相结合；有机酸穿入膨胀晶层作为阳离子的配位体与矿粒水化壳的水分子相代换而紧密结合；有机阴离子作为配位体与矿物氧化物表面相结合等数种方式。另外，人们利用相似的原理研制了人工结构剂，来改良土壤的机构。
（三）土层土层是土壤性质在垂直方向上的差异，并向水平方向上延伸的层次单元。由于地心引力的作用，土壤中的物质会根据各种物质的质量大小，产生不同程度的向下迁移。因此，表现了物质在垂直方向上的差异分布，并形成了层次。植物根系的分布、残落物的分布，也进一步加强了土层的区分。一般情况下，自然土的土层包括：覆盖层、淋溶层、淀积层和母质层；耕作土的土层包括：耕作层、犁底层、心土层和底土层。由于各层的物质组成不同，相应的它们的性质也有较大的差异。
（四）土体土体是指土壤性质侧向变化最大的均一性为界限的土壤地理个体，它是一个空间上的立体单元，这个立体包括地面以下的全部土层结构与物质组成，同时包括它的立地条件，因为立地条件是直接输入土壤物质与能量的来源。
土体是立体的土壤基质总体。由于其界面接触环境的程度不同，以及土体内物质的重力和张力以及溶解、沉淀等等的影响，使其在垂直方向上发生自然的质、能分配及其差异传递，从而形成土层。土层上、下层的能力的差异，有时是互相协同，有时却又是由一种层次的存在而抑制另一层次的功能的发挥，所以土层的特征和组合方式，影响整个土体的缓冲性和抗逆性。土壤结构是利用其个体内部的小孔隙和个体之间的大孔隙来调控土层中的水、气，保障水、气共存彼此相互不矛盾。水、气调匀的同时热量的供应和生物的生存也的到了解决，生物活动促进了有机质和矿物质的分解和转化。土粒构成了土壤结构，它的作用主要是在结构中进行物质的分解和合成、养分的吸收、释放以及水分和能量的保持、传递等。
三、土壤环境的基本性质
（一）土壤环境的物理学性质
1,土壤孔性和质地土壤孔性是指土壤孔隙数量大小分配和比例特征。土壤孔隙分为无效孔隙、毛管孔隙和通气孔隙。土壤无效孔隙在粘土中较多，在砂质土壤和结构良好的土壤中少。毛管孔隙是能保持毛细管水分的孔隙，土壤通气孔隙是指土壤水分和空气的通道。土壤孔性在调节土壤水分和空气比例的基础上调节了土壤热量，同时还可以通过过滤、截留、物理化学吸附、化学分解、微生物降解等作用影响进入土壤的各种污染物质。
土壤质地的差异，是其对进入土壤中的环境污染物质可进行截留、迁移和转化。粘土富含粘粒，颗粒细小，比表面积大，故其在物理性上表现较强的吸吸附能力，可以将进入土壤中的污染物吸附到土粒的表面，使其不易迁移。砂土粘粒含量少，砂粒含量多，土壤的通气和透水性强，吸附能力较弱，进入其中的污染物易迁移。
（二）土壤环境中的胶体物质土壤胶体是土粒中颗粒细小的部分，其颗粒直径一般小于0.001mm或0.002mm的微细固体颗粒，是由矿物质微粒（铝硅酸盐类）、腐殖质、铝、铁、锰、硅含水氧化物组成。土壤胶体的重要性质是带电荷和具有吸附作用，对土壤的物理和化学性质有重大影响。土壤胶体带电荷主要是由于：一方面表面基团解离或吸附离子而带电荷，另一方面胶粒内部的电荷不平衡表现出来的表面电荷。而它的吸附作用则是由于其颗粒细小，故而表面积大，产生吸附作用。
1,土壤胶体的种类土壤胶体分为无机胶体、有机胶体和有机无机复合体三种。
土壤无机胶体 土壤无机胶体又称矿质胶体，实际上就是土壤粘粒。包括层状硅酸盐类和氧化物类。层状硅酸盐类是由许多晶片重叠而成的。它的基本构成晶片有两种，硅氧四面体晶片和铝氧八面体晶片。硅氧四面体晶片在结构上是每一个Si4+有四个O-2围绕在其周围配位，呈现四面体形状；铝氧八面体晶片则是每一个Al3+周围有六个OH-配位，呈现八面体的形状。它们的通式分别为：(Si2O5)2-和(Al2(OH4)O3)4-。当形成层状硅酸盐时两者结合的数量和方式的不同会使土壤无机胶体的性质随之各异。所形成的类型主要是1：1型和2：1型粘土矿物。
1：1型是一个硅氧四面体晶片和一个铝氧八面体晶片相结合形成的。它的特点是：晶层之间由氢键联结，晶层间距离很小，晶层内水分和阳离子容易进入；晶粒较大，比表面积较小，表面能相应较小，吸附能力较弱；加之晶层内几乎没有同晶置换，晶粒的表面电荷主要靠暴露在表面的基团的质子化或去质子化。因此，1：1型土壤无机胶体的吸收水分和吸附土壤溶液中离子的能力相对要弱些。
2：1型则是由两个硅氧四面体晶片和一个铝氧八面体晶片相结合形成的。它的特点是：晶层之间由范德华力联结，晶层的两面都是O-2，晶层内水分和阳离子容易进入；由于以范德华力联结晶层，其作为分子间力，较氢键弱，形成的晶粒较小，比表面积较大，表面能相应较高，吸附能力强；另外晶层中的阳离子总是发生同晶置换，如硅氧晶片中的Si4+为Al3+所置换或铝氧晶片中的Al3+为Si4+所置换等，使得晶层内部发生电荷的不平衡，从而易于从周围的介质中吸附离子来达到平衡。因此，2：1型土壤无机胶体的吸收水分和吸附土壤溶液中离子的能力相对要强。
氧化物类主要指铁、铝等的氧化物。如水铝石和针铁矿和含水赤铁矿等多为凝胶，对离子的吸附能力较弱。
土壤有机胶体 土壤有机胶体又称腐殖质胶体，来源于动植物和微生物的残体及其分解和合成产物，由多糖、蛋白质和腐殖酸组成。其中在土壤中含量最多，影响最大的是多糖和腐殖酸。
腐殖酸是一种具有芳香核、含氮与酚环的高分子化合物，具有多种功能基，包括羧基、羟基、酚羟基等，其电荷数远远超过无机胶体。
土壤中的多糖包括木质素、纤维素等。它们具有的功能团有羧基、醛基等。
土壤有机胶体的由于带电荷数量大，比表面高和具有较强的络和能力及一定亲水性，使其对水分和土壤溶液中的离子有较强的吸附作用。
土壤有机无机复合体 又称有机矿质复合体或有机粘粒复合体。由无机胶体与有机胶体通过离子间的库仑引力和表面分子间的范德华引力紧密缔合而成。土壤中以此类胶体居多。这种胶体的特点不是有机胶体和无机胶体特点的简单的加和，由于颗粒已经由单粒复合成较大的复粒，故其比表面减少；另外胶体的部分交换基团在粒子复合时使用，阳离子交换量比未复合前二者之和少。这种复合形成的是稳定的团粒结构，能改善水、肥、气、热的状况。
2,土壤胶体的吸附作用土壤胶体的表面作用能够吸附离子与分子化合物。其吸附机理包括物理、化学和物理化学吸附。物理吸附也称分子吸附作用，是土粒吸附分子，以减少其表面能的作用。化学吸附是一些土壤中可溶性盐和土壤中物质发生化学反应，生成溶解度很低的化合物。物理化学吸附即胶体对离子的交换吸附，是土壤胶体表面的电荷总是从溶液中吸附反号离子，胶体吸附的离子可以重新为其它的同号离子交换出来。离子交换达到平衡时，交换双方的离子浓度变化一般符合质量作用定律。其衡量指标主要有以下几个：
交换量 每100克土壤所能交换的离子，以毫克当量数计。吸附的阳离子以阳离子交换量（CEC）表示，阴离子以AEC表示。交换量决定于胶体的表面积、化学成分与结构。硅酸盐和硅铝酸盐类黏土矿物，由于结构的关系，绝大多数带负电，有机胶体在一般的PH条件下也带负电，故阳离子交换量更为常用。
交换性酸与盐基饱和度（%） 交换性阳离子成分中的H+或Al3+，叫交换性酸。交换性H+是土壤胶体受到微量H+的雨水的长期淋溶，使交换性盐基离子移去而保留了H+。交换性Al3+主要是土壤无机胶体为H+所侵蚀而分解，使晶层中的Al3+释放出来的结果。
盐基饱和度（%）=（CEC-交换性酸）*100/CEC=交换性盐基总量*100/CEC
离子交换方式 当胶体表面和土壤溶液之间进行离子交换时，其数量关系很重要，它不仅仅是总量，而且还包括参与交换的离子在胶体表面和溶液中的分配。一般同价离子相互交换时，交换系数是1。
然而当进行异价交换时，高价离子总是倾向朝原先的高浓度方向移动，低价离子总是倾向朝原来的低浓度方向移动，此称为原子价效应。
（三）土壤酸度和土壤缓冲性土壤酸度是反映土壤溶液中氢离子浓度和土壤胶体上交换性氢铝离子数量状况的一种化学性质。又称酸碱性或土壤酸碱度。
土壤溶液是土壤的液相部分，泛指含可溶性物质的土壤水。可溶性物质分气体物质、有机物和简单的无机盐等，其中部分被土壤固相所吸附。土壤的一些化学过程在此进行。
土壤酸度对植物的生长和污染物质的迁移和转化有重大的影响。首先它影响养分的有效度。土壤酸度控制了土壤胶体上的交换性离子的组成和土壤溶液的离子组成，因此，影响了土壤溶液中的养分离子浓度和含量的比例。在pH为6-7的范围内，多数矿质养分的有效性均较高。其次，土壤酸度影响金属元素的固定、释放和淋洗。土壤溶液中的某些金属离子浓度会随土壤的pH上升而下降，如铜、锌、铅、镉等离子。而有些金属离子浓度会随土壤的pH下降而上升，增加了金属元素的迁移和淋洗。最后，土壤酸度还影响土壤中微生物的活性。大多数细菌、放线菌、藻类和原生动物以中性或微碱性环境为宜，酵母菌和霉菌则喜爱酸性或微酸性环境。
1,土壤酸度的产生土壤酸性的产生 土壤酸性的产生主要有以下几个途径：首先是植物根系活动以及土壤中有机质的分解产生的有机酸和大量的CO2，还有某些微生物产生的矿质酸，都是土壤溶液中H+的来源；其次，当土壤胶体上吸附的H+达到一定的数量后，粘粒矿物的晶格遭到破坏，使粘粒矿物中的铝被溶解出来，溶液中出现了活性铝，水解后释放出H+；第三，胶体上吸附的H+和Al3+被其它阳离子代换到溶液中而使土壤成酸性。
土壤碱性的产生 土壤的碱性主要来自土壤中大量存在的碱金属，如钾、钠、钙、镁的碳酸盐和重碳酸盐的水解。
2,土壤酸度的表示土壤酸度的主要指标是pH，它表示与土壤固相处于平衡时的土壤溶液中的氢离子浓度的负对数，即：pH=-logH+。PH越小，表示土壤的酸性越强，碱性越弱。大部分土壤的pH都在4.5-9.5之间，其中6.5-7.5为中性。
3,土壤酸度的数量根据H+的存在的方式，土壤酸度分为活性酸和潜性酸两种。活性酸是土壤溶液中的H+的浓度。土壤pH反映的就是这种酸。潜性酸是指土壤胶体上吸附的交换性H+和Al3+，被中性盐置换到溶液中，Al3+ 逐步水解产生的H与被置换下来的H+一起直接表现的土壤酸性+。在土壤-水体系中，活性酸和潜性酸之间处于可逆的动态平衡中。在数量上潜性酸比活性酸高3-4个数量级。
4,土壤的缓冲性土壤的缓冲性是指土壤抵制pH改变的能力，或土壤抵制土壤溶液中离子浓度改变的一种特性。土壤之所以具有这种作用是由于土壤胶体对离子的吸附。土壤缓冲性可使土壤溶液中的离子转变为难于解离的吸附态，或改变溶液中离子的组成和活度。从而缓和了因微生物、植物根系的呼吸，有机物的分解及污染物进入土壤造成的土壤酸碱的变化。明显的例子就是在北方发生的酸雨，其后果较南方轻，这是由于北方土壤胶体上的钙、镁、钾离子等盐基物较丰富，其土壤的缓冲性更强。
（四）土壤氧化还原性土壤氧化还原性常用土壤的氧化还原电位这个综合性指标表示。它的含义是：当一支能传递电子的“惰性”的铂电极插入土壤中时，在土壤和电极之间建立一个电位差，称为氧化还原电位（Eh），单位是毫伏。它是由于土壤中存在氧化性物质（O2、NO3-）和还原性物质而产生的。氧化性物质越多，土壤的氧化还原电位越高，其氧化性越强，Eh值越大。土壤中氧化还原电位的变化范围很广，可从-300-+700毫伏。
土壤中的氧化还原体系包括无机体系和有机体系两类。无机体系包括氧、铁、锰、硫等。有机体系包括各种有机酸、酚醛类和醣类等。在这些体系中氧的标准氧化还原电位最大，有机体系和硫体系的较小，其余的界于两者之间。
土壤中的氧化还原反应具有下列特点：不仅包括纯化学反应，而且还有生物参与，如植物根系的分泌物质参与氧化还原反应；有可逆、半可逆和不可逆之分，有机体系的反应多为半可逆和不可逆的，其反应速度也不同；有微域变异现象，由于土壤是一个不均匀的多相体系，氧化性物质和还原性物质的数量和条件存在局部性变异，从而出现了微域的差异。总之，土壤中存在着极其错综复杂的氧化还原动态平衡，而且这种平衡常随外界因素而变动。
土壤中的氧化还原性受土壤中易分解的有机质和易氧化或易还原的无机物质以及pH等因素的影响。土壤中易分解的有机质是土壤微生物的营养物质和能源物质，在嫌气分解的过程中，微生物夺取有机质中所含的氧，形成各种还原性物质。微生物死后的自溶作用也能产生还原性较强的有机物质，使得土壤的氧化还原电位下降。土壤中易还原的无机物质较多时，可以阻滞还原条件的发展，同样当易氧化物质较多时，则还原条件发达。由于土壤中的各种氧化还原反应大多有质子的参与，pH对氧化还原强度也有直接的影响。同一种土壤，pH越低，则氧化还原电位就越高。
土壤环境中氧化还原反应的影响主要有以下几个方面：
影响土壤中营养元素的状态和有效性。如营养元素C在氧化态使是CO2而在还原态时是CH4，N在氧化态使是NO3-而在还原态时是N2、NH3。
影响元素离子的价态，从而影响其迁移、转化。土壤中大多数变价元素在高价态是溶解度小，不容易迁移，而在低价态时溶解度大，容易迁移。
（五）土壤环境中的矿化作用和腐殖化作用
1,土壤环境中的矿化作用矿化作用是指在土壤微生物作用下，土壤中有机态化合物转化为无机态化合物过程的总称。因无机态亦称矿质态，故名。矿化作用在自然界的C、N、P、S的生物循环中十分重要。作用的强度和土壤的性质有关，还受被矿化的有机化合物中有关元素含量比例的影响，如有机氮化合物的矿化作用的强弱，即与碳氮比值的大小有关，通常碳氮比值小于25的有机氮化合物容易繁盛矿化作用，反之则作用较弱。
2,土壤环境中腐殖化作用腐殖化作用指动植物残体在微生物的作用下转变为腐殖质的过程。
一般用腐殖化系数来度量。腐殖化系数是指定量加入土壤中的植物残体（以碳量计）腐解一年后的残留量（以碳量计）与原加入量的比值。
影响腐殖化作用的因素主要有三种：生物残体的化学组成；环境的水热条件；土壤性质，特别是土壤的酸度。
四、土壤的形成
（一）土壤的形成过程土壤是由裸露在地表的岩石，在漫长的岁月中，经过复杂的风化过程和成土过程，经历了由岩石-母质-土壤的阶段形成的。
1,土壤母质的形成土壤母质由岩石通过物理、化学和生物风化而形成。岩石的风化作用是指坚硬巨大的岩石，在外界因素的作用下，逐渐崩解破碎，大的石头变成小块，小块再变成细粒，并改变岩石的矿物成分和化学成分的过程。
物理风化 物理风化是指岩石受物理因素作用而逐渐崩解破碎的过程。其特点是：只能引起岩石形状、大小的变化，而不能改变其矿物组成与化学成分。成因为：主要是地球表面温度的变化，由于岩石是热的不良导体，在温度变化时，其内部和外部的膨胀和收缩速度不同，从而形成了岩石的崩解。此外还有冰冻的挤压、风；冰川等自然动力的磨蚀和植物根系的穿插等的作用。
化学风化 化学风化是指岩石受化学因素作用而引起的破坏过程。其特点是：不仅是已破碎的岩石进一步变细，同时使岩石发生矿物组成和化学成分的改变，产生新的物质。成因为：首先是溶解作用，水是自然界分布最广的溶剂。岩石中的矿物成分都是无机盐类，在水中多少都能溶解一些，在自然界中绝对不溶解的无机物质是不存在的。其次是水化作用，岩石中许多矿物都能与水化合成为一种含水矿物，此种作用称为水化。经过水化后的岩石，往往体积增大，硬度降低，成为容易崩解的疏松状态，因而易于风化。再次是水解作用，水的部分解离的氢离子与矿物中的碱金属（钾、钠）或碱土金属（钙、镁）起置换作用，而使岩石遭到破坏。这种作用随着温度的增加和水中溶解CO2浓度的增加而加强。最后是氧化作用，在氧化剂尤其是氧的作用下，岩石中易氧化的矿物被氧化，使岩石受到破坏。
生物风化 生物风化指岩石在生物的作用下引起的破坏过程。其成因：生物对岩石风化的影响一是机械破碎作用，如植物根系的穿插所引起的岩石的机械破碎；二是生物化学作用，如藻类可直接生长在岩石的表面，用其分泌物来分解岩石，从中取得自己所需要的养料。同时当植物死亡后，被分解而形成的各种有机和无机酸类。
2,成土过程地表的岩石受到冷热的影响崩解而形成岩石碎屑，在水与大气的作用之下，它们进一步风化、分解、迁移和沉积。在海陆变迁中，先前沉积于海底的泥沙又变成了岩石，当其抬生地面以后，有接受风化和迁移作用而沉积海底。如此周而复始的过程即使地壳物质的地质大循环。
当地球出现生物以后，生物在地质大循环的基础上，得到岩石风化产物中的养分，构成生物有机体。生物死亡后，经过微生物的分解又重新释放出养分，再供下一代生物吸收利用。这种由风化释放出无机养分转变为生物有机质，再转变为无机养分的循环称为植物营养物质的生物小循环。
岩石经过风化作用形成了岩屑堆，当地表上出现了生物后，它们必然向岩屑、大气和水吸取营养。生物的蚕体不但以更集中的营养物质归还岩屑堆，而且以有机质使岩屑堆的成分更丰富，同时储备了化学能。这样，使岩屑堆变成了矿物质、有机质和生物紧密结合的三相共存的复杂、不均一体系，这就是土壤。而这个过程就是成土过程。由此可以看出，土壤的形成是上述两个循环相互作用的结果。而且土壤的形成是成土过程和风化作用交织在一起，同时进行的。
（二）影响土壤形成的主要因素影响土壤形成的主要因素有六个，它们分别是母质、气候、生物、地形、时间和人为因素。其作用分别概述如下：
母质 构成土壤矿物质的基本材料，提供植物必需的养料元素；
气候 影响土壤中的物理、化学、生物作用的方向与进程；
生物 成土中最重要的因素。只有在母质的基础上出现了生物之后，土壤才能形成；
地形 影响热量及水的重新分配；影响母质的分配；
时间 时间越长，土壤性质的变化越大；
人为因素 成土过程中最深刻的影响因素，通过改变某成土因素或各种因素之间的对比关系来控制成土过程和方向。
总之概括起来说就是母质是物质基础；气候中的热量因素是土壤能量的最基本来源；生物将无机物变成有机物，将太阳能转化为生物化学能，从而改造了母质，形成了土壤；地形通过对地表物质和能量再分配，间接地影响土壤的形成过程；时间是一个条件，任何一个空间因素或者综合作用的效果随时间的增长而加强；人类根据自己的目的，通过调节其它成土因素来控制土壤形成的过程和方向。
五、土壤的分类与分布规律
（一）土壤的分类成土因素的相互作用，势必导致各因素的不断变化和对土壤产生着不同的综合影响。所以在土壤的形成过程中，肯定会出现各式各样的土壤类别，形成了土壤类别的多样化。土壤分类的目的在于阐明土壤在自然因素和人为因素影响下发生、发展的规律；指出土壤发育演变的主导过程和次要过程；揭示成土条件、成土过程和土壤属性之间的必然联系，确定土壤发生演化的系统分类表。据此，可以指导我们合理的利用、管理土壤。
1930年，我国开始了土壤分类的研究，先后采用了数种土壤的分类方法，现在使用的分类方法是1995年提出的《中国土壤系统分类（修订方案）》。在该分类系统中土壤被分为四级。分别是：土纲、亚纲、土类和亚类。
土纲作为最高级的土壤分类级别，根据主要土壤形成过程产生的或主要影响成土过程的性质划分的；亚纲是土纲的辅助级别，主要根据控制现代成土过程的性质或主要限制因子反映的性质划分；土类是亚纲的细分，根据反映主要成土过程的强度或次要控制因素的表现性质划分；亚类是土类的辅助级别，主要根据是否偏离中心概念，是否具有附加过程的特性和是否具有母质残留特性划分。
根据该方案将我国土壤划分为13个土纲，33个亚纲，77个土类和301个亚类。具体的分类结果详见?中国土壤系统分类（修订方案）?。
（二）土壤的分布规律土壤带是土壤分布地理规律性的具体表现，是地球表面土壤呈现规律性分布的现象。土壤地带性包括土壤纬度地带性（水平带）、垂直地带性（高山或高原土壤分布）和区域地带性（由于地形或地质地貌学特征引起的变异）。
土壤的纬度地带性指土壤带和纬度基本上平行的土壤分布规律；土壤的垂直地带性指因山体的高程不同而引起生物-气候带的分异所产生的土壤带谱；土壤区域性指土壤纬度带内，由于地形、地质、水文等自然条件的不同，其土壤类型各异，有别于地带性土类，因而出现了土壤的区域性。
第二节 土壤污染和自净
一、土壤污染
（一）土壤污染的过程和概念农业生态环境中，土壤是连接自然环境中无机界与有机界、生物与非生物界的重要枢纽。在正常情况下，物质和能量在环境和土壤之间不断进行交换、转化、迁移和积累，处于一定的动态平衡状态中，不会发生土壤环境的污染。但是，如果人类的各种活动产生的污染物质，通过各种途径输入土壤，其数量和速度超过了土壤的自净作用的速度，打破了土壤环境中的自然动态平衡，会导致土壤酸化、板结，土质变坏；或者阻碍或抑制了土壤微生物的区系组成与生命活动,土壤酶活性降低，引起土壤营养物质的转化和能量活动；并因污染物的迁移转化，会引起作物减产，农产品质量降低，通过食物链进一步影响鱼类和野生动物、畜禽的发展和人体健康。
目前土壤污染的定义各异，但归结其共同点，可以说，土壤污染就是人为因素有意或无意地将对人类本身和其他生命体有害的物质施加到土壤中，使其某种成分的含量超过土壤自净能力或者明显高于土壤环境基准或土壤环境标准，并引起土壤环境质量恶化的现象。
（二）土壤污染的特点隐蔽性或潜伏性 土壤污染不如水体污染和大气污染那样直观，需要通过农产品以及摄食的人或者动物的健康状况反映出来，从污染到产生严重后果有一逐步积累的过程。当人们的身体健康遭受某种污染物的严重伤害，开始意识到是源于土壤污染时，实际上可能人们在几十年前就已经结束了对土壤的人为污染。典型的例子是上世纪60年代发生在日本的公害病-“痛痛病”，经过10年左右才知道，主要是由于开采矿山后，当地居民长期食用了富集镉的“镉米”引起的。
不可逆性和持久性 重金属进入土壤是一个不可逆过程。土壤中的某些有机污染物极难降解，很多都是国际公认的持久性有机污染物（POPs），例如多氯联苯(PCBs)、多环芳烃（PAHs）和多氯代二苯并二恶英（PCDDs），具有高稳定性、低水溶性和抗微生物降解的特性，所以土壤一旦遭受污染，很难根除。
危害的严重性 土壤污染不仅影响粮食生产，其污染物往往还通过食物链危害动物和人体的健康。有报道表明，某些地区居民的癌症发病率与土壤污染的程度呈线性相关。
（三）土壤污染源土壤污染源可分为天然污染源和人为污染源。天然污染源是指自然界自行向环境排放有害物质或造成有害影响的场所，典型的例子是活动的火山；人为污染源是指人类活动所形成的污染源，因为影响范围广、危害大，成为土壤污染研究主要关注的对象。按照污染途径，土壤污染的主要来源为来自工业和城市污水以及固体废弃物、农药和化肥、畜禽排泄物、生物残体和大气沉降物等。
二、土壤污染物类型按照污染物的属性，土壤污染物可分为无机物类和有机物类两种类型。
有机物类 可分为天然有机污染物和人工合成有机污染物，主要指后者。包括人工合成的有机农药、酚类物质、氰化物、石油、多环芳烃、洗涤剂，以及有害微生物、病菌等。其中以持久性有机污染物因为其性质稳定、难以降解而倍受关注。
无机物类 主要有重金属和放射性核素物质（铯137、锶90），以及有害的氧化物、酸、碱、盐、氟等。其中以重金属和放射性物质污染极难彻底清除，对人体最具潜在危害性。重金属一般是指对生物有显著毒性的元素，如汞、镉、铅、铬、锌、铜、钴、镍、锡、钡、锑等，从毒性角度通常把砷、铍、锂、硒等也包括在内。目前最受关注的五种重金属元素是：汞、砷、镉、铅、铬。各种主要土壤污染物及来源见表5-2。
表5-2 土壤主要污染物及其主要来源污染物种类
主 要 来 源

无
机
污
染
物

重
金
属
汞（Hg）
制烧碱、汞化物生产等工业废水和污泥、含汞农药、汞蒸汽
镉（Cd）
冶炼、电镀、染料等工业废水、污泥和废气，肥料杂质
铜（Cu）
冶炼、铜制品生产等废水、废渣和污泥，含铜农药
锌（Zn）
冶炼、镀锌、纺织等工业废水和污泥、废渣、含锌农药、磷肥
铅（Pb）
颜料、冶炼等工业废水、汽油防爆燃烧排气、农药
铬（Cr）
冶炼、电镀、制革、印染等工业废水和污泥
镍（Ni）
冶炼、电镀、炼油、染料等工业废水和污泥
砷（As）
硫酸、化肥、农药、医药、玻璃等工业废水、废气、农药
硒（Se）
电子、电器、油漆、墨水等工业的排放物
放射性元素
铯(137Cs)
原子能、核动力、同位素生产等工业废水、废渣、核爆炸
锶(90Sr)
原子能、核动力、同位素生产等工业废水、废渣、核爆炸
其他
氟(F)
冶炼、氟硅酸钠、磷酸和磷肥等工业废水、废气，肥料
盐、碱
纸浆、纤维、化学等工业废水
酸
硫酸、石油化工、酸洗、电镀等工业废水、大气酸沉降

有机污染物
有机农药
农药生产和施用
酚
炼焦、炼油、合成苯酚、橡胶、化肥、农药等工业废水
氰化物
电镀、冶金、印染等工业废水，肥料
苯并(()芘
石油、炼焦等工业废水、废气
石油
石油开采、炼油、输油管道漏油
有机洗涤剂
城市污水、机械工业污水
有害微生物
厩肥、城市污水、污泥、垃圾
引自：刘培桐主编，《环境概论》，高教出版社，1985
三、污染物在土壤中的迁移和转化规律土壤中的物质永远处于运动状态，所谓物质迁移就是元素在土壤中的转移和再分配，这是导致物质的分散或集中的原因。迁移是一复杂的过程，在不同的生态条件和物理化学条件下，迁移的特点不同。影响迁移的各种因素主要分为：（1）与原子结构及其化合物的性质有关的内在因素，包括化学键类型、负电性、原子和离子的半径以及原子价。（2）元素迁移的外在因素，如气候条件、有机质、地形部位、水、氧及二氧化碳、介质的pH值和Eh值以及胶体的作用。土壤中所见到的各种迁移与积累现象，都是内外因素作用的结果，主要分为：溶解迁移、还原迁移、螯合迁移、悬粒迁移和生物迁移五种方式。以下分别就土壤中两种污染物的迁移与转化逐一讨论。
（一）有机物类农药是一种最典型的有机污染物。它是一种泛指性的术语，不仅包括杀虫剂，还包括除草剂、杀菌剂、防止啮齿类动物的药物。其中主要是除草剂、杀虫剂和杀菌剂。据报导：在整个地球表面的全部生物圈中，几乎都有DDT残留物，就是在从未喷洒过DDT的南极地区也有0.12－2.8ppm的残留量，甚至在常年不化的冰水中也检出0.04(10-9克/克的含量，这说明DDT不仅是河流、海洋本身可以携带，有一部分还可以由气流携带，再随雨水等落入土地上和海洋进行再循环，从而对人体产生影响。
1,土壤中农药的迁移方式农药在土壤中以蒸汽的和非蒸汽的形式进行迁移，主要是通过扩散和质体流动两个过程。
阅读材料扩散 扩散是由于分子不规则运动而使物质分子发生转移的过程。不规则运动导致分子的不均匀分布，因而引起分子由浓度高的地方向浓度低的地方迁移运动。Shearer等根据农药在土壤系统扩散特性提出了农药在土壤中的扩散方程式。
式中,c(土壤中农药的浓度，g/g土；
Dv(空气中农药蒸汽的扩散系数，cm2/s；
P、PT(分别为土壤的充气空隙度和总空隙度，cm3/cm3；
R(农药蒸汽密度和土壤中农药浓度之间的平衡系数；
DA(吸附在液-固界面分子的表观扩散系数，cm2/s；
Ds(表观液相扩散系数，cm2/s；
K((溶液浓度和液-固界面的浓度之间的平衡系数，cm2/s；
((土壤容重（即紧实度），g/cm3；
R((溶液浓度和液-固界面浓度之间的平衡系数，cm2/g；
DI(吸附在液-汽界面的分子表观扩散系数，cm2/s；
((容积水重（即土壤水分含量），cm3/ cm3；
Dvs(总表观扩散系数，cm2/s.
其中，Ds与自由溶液扩散系数（D0）之间的关系近似于：
由于扩散程度受许多土壤和农药特性的影响，其中的变量如DA、DI不能计算，故目前对土壤中农药扩散的定量预测尚在积极探讨之中。
影响农药在土壤中扩散的因素主要是土壤水分含量、吸附、土壤紧实度、温度、气流速度和农药种类等。
质体流动 物质的质体流动是由水或土壤颗粒或两者共同作用引起的物质流动。土壤中的农药，既能溶于水，也能悬浮于水中，或者吸附在土壤固体物质上，或存在于土壤有机质中，而使之能随水和土壤颗粒一起发生质体流动。在影响农药质体流动的因素中，农药被土壤的吸附显得最为重要。
对于稳态土-水流，农药的质体流动的一般方程为：
式中,D((分散系数，cm2/s；
c( 溶液中化学品的浓度，cm2/s；
V0(平均孔隙水流速度，cm2/s；
((土壤容重，g/cm3；
((容积水重，cm3/cm3；
S(吸附在土壤上的化学品浓度，g/g。
2,农药在土壤中的迁移转化行为吸附 土壤对农药的吸附取决于多种因素，其中构成土壤胶体复合体的胶粒和有机质最为重要。吸附的机理主要有以下几种：离子交换吸附（有机物和粘土矿物对敌草快等其他某些除草剂的吸附）；农药通过质子化作用而带正电荷后可借助离子交换而被吸附；通过范德华力以及(键等作用方式对农药进行吸附；通过疏水型相互产生吸附；通过电子从供体向受体的传递产生吸附；通过形成配位键和配位体交换产生吸附。
降解 微生物降解某些农药的有效成分为土壤微生物的碳源和氮源，这些微生物直接或通过代谢过程中释放的酶类将农药降解。例如烟曲霉、焦曲霉、黄柄曲霉等真菌能将阿特拉津分解；黑曲霉、米曲霉等真菌能将扑草净降解。DDT在土壤中的生物降解主要按还原、氧化和脱氯化氢等机理进行。非生物降解主要有光化学降解、水解式降解、氧化还原型降解、形成亚硝基化合物的降解等。有些农药受土壤表面太阳辐射能和紫外线等能流作用可能被分解。例如对草快光解生成盐酸甲胺，2,4-D光解最后生成腐殖酸，过程如下：
DDT在空气中的光降解步骤为：p,p (- DDT在290-310nm的紫外光照射下，可转化为p,p (- DDE 及p,p (- DDD，p,p (- DDE进一步光解，形成p,p (- 二氯二苯甲酮及若干二、三、四氯联苯。
有机氯农药和均三氮苯类除草剂多见于水解式降解；许多含硫农药在土壤中容易受到氧化而降解，如萎秀灵能在土壤中氧化成它的亚砜，对硫磷能氧化成对氧磷，DDT能氧化转化成DDD等。一般来说农药很难通过形成亚硝基化合物的途径降解，只有在土壤pH3-4的条件下存在过量硝酸盐时才能发生。
3,影响农药在土壤环境中迁移的因素农药在土壤中的迁移，受到农药本身的性质和各种自然与人工环境条件的影响。对农药而言，其分子结构、电荷特性、水溶性为重要的影响因素；土壤中主要的影响因素为：降雨量、淹灌条件、土壤初始含水量和土壤酸碱度、有机质含量、土壤粘土矿物粒组成等。
（二）无机物类土壤中重金属总是在不断地发生时空的迁移和价态、形态的转化，这一物理化学过程极其复杂多样。许嘉琳等（1996）归纳了4个主要物理化学过程，即溶解-沉淀作用、离子交换与吸附作用、络合-离解作用、氧化还原作用等。同时土壤的酸碱度、胶体含量组成、土壤水文、生物组成、土壤温度、土壤有机质含量、土壤中植物根系及微生物生活能力等性质都将影响重金属在土壤系统中的分布和形态。
重金属是最难在土壤中迁移的污染物，因为土壤条件对它的固定具有普遍性，如pH值，PO43-(HPO42-、H2PO4-)、CO32-以及粘土矿物与氧化物的表面作用等。因此，当重金属输入土壤后，总是停留在表土或亚表土，很少迁入底层。这一现象同时也作为土壤是否受到重金属污染的一种鉴定特征。
1,重金属在土壤环境中迁移的方式重金属在土壤环境中的迁移、转化的形式复杂多样，并且往往是多种形式错综结合。迁移形式有以下几种：
物理迁移 土壤溶液中的重金属离子或络离子可以随水迁移至地面水体。更多的是重金属可以通过多种途径被包含于矿物颗粒内或吸附于土壤胶体表面上，随土壤中水分的流动而被机械搬运，特别是多雨地区的坡地土壤，这种随水冲刷的机械迁移更加突出；在干旱地区，这样的矿物颗粒或土壤胶粒可以尘土飞扬的形式随风而被机械搬运。
物理化学迁移和化学迁移 土壤环境中的重金属污染物能以离子交换吸附，或络合-螯合等形式和土壤胶体相结合，或发生溶解与沉淀反应。（1）重金属和无机胶体的结合：重金属与土壤无机胶体的结合通常分为二种类型：非专性吸附，即离子交换吸附；专性吸附，是土壤胶体表面与被吸附离子间通过共价键、配位键而产生的吸附。（2）重金属和有机胶体的结合：重金属可被土壤有机胶体络合或螯合，或者吸附于有机胶体的表面。尽管土壤中有机胶体的含量远小于无机胶体的含量，但是其对重金属的吸附容量远远大于无机胶体。（3）溶解和沉淀作用：是土壤重金属在土壤中迁移的重要形式，实际为各种重金属难溶电解质在土壤固相和液相之间的离子多相平衡。影响重金属在土壤中的溶解/沉淀的主要因素为土壤pH、Eh和土壤腐殖酸等。
生物迁移 主要指植物通过根系从土壤中吸收某些化学形态的重金属，并在植物体内积累起来。生物迁移造成了植物的污染，但如果利用某些植物对重金属的超积累，反而有利于土壤的净化。除了植物，土壤微生物的吸收以及土壤动物的啃食也是生物迁移的一种途径。植物根系对重金属的生物迁移受多种因素影响，其中主要影响因素有：重金属的赋存形态，土壤条件包括pH、Eh、土壤矿物组成、土壤种类等，不同作物种类、伴随离子的影响。
阅读材料--一种典型重金属元素在土壤系统中的迁移转化汞(Hg)是一种剧毒的重金属元素，原子量200.59，是常温下唯一的易挥发的银白色液态金属。与其他金属相比，其最大的特点是在正常的土壤Eh、pH范围内，能以零价形态（单质汞）存在，这是因为其具有很高的电离势，汞的第一、第二电离势之和为2833hJ/mol；而Zn和Cd的第一、第二电离势分别为2659kJ/mol、2514KJ/mol。故转化为离子的倾向小于其他金属。汞在森林土中的含量约为0.029-0.10(g/g，耕作土壤中0.03-0.07(g/g，粘质土壤中约为0.030-0.034(g/g。大气汞污染和含汞废水多源于金属冶炼厂、仪表厂、电气、和纸浆造纸工业中，长期以来汞也被用于农药使用。直到上世纪50年代日本发生由汞引起的“水俣病”以来，人们才逐步认识到汞的严重危害性。自从上世纪90年代就作为全球性污染物引起了全世界人们的广泛关注。汞在土壤环境中的迁移转化可以从汞的氧化还原特征、微生物对汞的甲基化、土壤及成分对汞的固定和释放分别加以阐述。
汞的氧化还原特征 土壤中的汞形态比较复杂，按照化学形态，分为金属汞、无机结合汞和有机结合汞。土壤中的无机结合汞化合物有：HgS、HgO、HgCO3、HgHPO4、HgSO4、HgCl2、Hg(NO3)2。有机汞化合物有：甲基汞、土壤腐殖酸结合态汞、有机汞农药如醋酸苯汞等。土壤中汞除了以零价存在外，还有+1、+2价。
土壤环境的Eh、pH决定着汞以何种形态存在，三价态相互之间的转化反应为：
特别是土壤处于还原条件下（正常土壤pH值范围内，Eh值低于0.4V），更有利于单质汞的生成.
微生物对汞的甲基化、脱甲基化与汞离子还原 汞的甲基化，一般是在嫌气性微生物作用下进行的。汞转化成甲基汞的形式时，毒性大大增强。由稳定常数（表5.3）可以看出，半胱氨酸和白蛋白与甲基汞和汞的络合物相当稳定。
表5.3 甲基汞和汞的某些络合物的稳定常数配位体
(K
CH3Hg+
Hg2+
OH
9.5
10.3
组氨酸
8.8
10
半胱氨酸
15.7
14
白蛋白
22.0
13

瑞典学者Jensen和Jernlov（1968）提出污泥中嫌气微生物将无机汞转化为甲基汞的反应式为：
美国学者Wood提出二甲基汞可在弱酸性条件下进行下列反应：
甲基钴氨素，为嫌气和好气细菌体内的一种含维生素B12的辅酶，含一个金属离子钴，是金属甲基化过程中甲基基团的重要生物来源。无机汞被微生物体内的甲基钴氨酸转移酶进行甲基化转变时，汞以氧化态出现，故甲基钴氨素为二价汞离子提供的甲基基团只能是甲基负离子CH3-，反应式如下：


除了在微生物作用下，汞可以甲基化，还可以在非生物因素下进行，只要存在甲基给予体，汞就可以被甲基化。
土壤的温度、湿度、质地，以及土壤溶液中汞离子的浓度，对汞的甲基化作用都有一定的影响。一般在土壤水分含量高、质地粘重、地下水位过高的土壤中，甲基汞的产生比砂性、地下水位低的土壤容易得多。温度升高有利于甲基汞的形成。粘土含甲基汞多于砂土，其原因是随着粘土越多的土壤，有机物越多，正是由于有机物或与粘土结合的有机物的存在，有利于微生物生长，从而具有更大的甲基汞生物合成速度。
土壤和沉积物中的假单胞细菌属的某种菌种可以将甲基汞降解为甲烷和汞，Hg(II)还原为Hg(0)，后一过程被认为是汞从土壤中挥发的基础。


土壤及成分对汞的固定和释放 汞及其化合物特别容易挥发，其挥发程度与化合物的形态及在水中的溶解度、表面吸附、大气的相对湿度（RH）等因素密切相关。一般以有机汞的挥发性大于无机汞，有机汞中又以甲基汞和苯基汞的挥发性最大，无机汞以碘化汞挥发性最大，硫化汞最小。环境湿度越大，越容易挥发。空气中的汞大部分吸附在颗粒物上，气相汞的最后归趋是进入土壤和海底沉积物。天然水体中，汞主要与水中存在的悬浮颗粒相结合，最后沉降进入水底沉积物。
分析土壤中汞的形态分布，发现绝大部分为固定态。主要在于土壤及组分对汞有强烈的表面吸附（物理吸附）和离子交换吸附作用。Hg2+、Hg22+可被带负电的土壤胶体吸附；HgCl3-等可被带正电荷的胶体吸附。不同粘土矿物的差异很大，一般蒙脱石、伊利石类对Hg2+的吸附力很强，而高岭石类对Hg2+的吸附力相对较弱。土壤中氯离子的增多，会减弱粘土对汞的吸附，土壤中铁、锰氧化物含量的增加，会加强粘土对HgCl3-的吸附。各种土壤物质对HgCl2的吸附能力顺序为：伊利石（65.3）> 蒙脱石（35.7）> 高岭石（9.7）> 细砂（2.9）> 中砂(1.7) > 粗砂(1.6)（单位为每一分钟内每克吸附剂所吸附的HgCl2的微克数）。土壤对汞的吸附还受到pH以及汞浓度的影响。在pH 1-8的范围内，随着pH的值的增大，吸附量增大。
土壤中的有机胶体腐殖酸对汞的吸附有比粘土矿物、氧化物高得多的吸附量，原因在于离子汞对含S基团有很高的亲和力。研究表明，腐殖酸作为一种稳定的络合剂，易与汞形成络合物，而络合物形成和还原反应的发生，促进了金属离子的移动性。腐殖酸对汞的吸附容量变动在几百-几千，因腐殖酸的来源以及不同腐殖酸组分差异较大，低分子量的富里酸组分与高分子量的胡敏酸组分，具有对汞更高的吸附容量，原因可归于单位富里酸含有的羧基为胡敏酸的二倍以上。富里酸不仅对汞的吸附容量大，而且吸附的汞比胡敏酸结合汞更易解吸，特别是在酸性环境下。因此环境中的有机物料加入土壤时需要进行腐殖质的组分分析，因为芳构化程度高的胡敏酸易与汞形成絮凝状的物质，从而达到固定土壤汞的作用，而小分子量的富里酸，却因为与汞络合生成的配合物高的溶解性，促进汞从土壤活化，带来更多的汞通过植物进入食物链，或者进入地下水，对人体健康带来危害。
汞在环境中的迁移、转化与环境Eh、pH值有关。液态汞和某些无机汞化合物（如Hg2+、Hg(OH)2等），在较宽的pH和电位条件下是稳定的。Hg2+在含有H2S的还原性条件下，将生成极难溶性的硫化汞（KSP = 2 ( 10-52）；当土壤中氧气充足时，HgS可慢慢氧化成亚硫酸汞和硫酸汞。缺氧环境（低Eh），就可能发生如下反应：
从而导致沉积物上汞被溶出。
四、土壤的自净能力土壤环境都有一定的缓冲作用和强大的自然净化作用。土壤的自净作用，是指在自然因素作用下，通过土壤自身的作用，使污染物在土壤环境中的数量、浓度或形态发生变化，活性、毒性降低的过程。按其机理不同，可分为物理净化作用、物理化学净化作用、化学净化作用和生物净化作用四个方面。前三者主要体现在土壤环境的机械阻留、吸附（物理、物理化学净化作用）、沉淀溶解（化学净化作用）等方面。目前在吸附、解吸、沉淀、溶解方面研究的较多。
吸附、解吸 对污染物的吸附机理是多种多样的，如离子的静电吸附或通过水极性分子形成桥连；非离子型农药可通过矿物表面金属螯合。
沉淀、溶解 沉淀和溶解是控制土壤环境系统溶液中污染物质浓度变化的基本过程。进入土壤环境的污染物常常由于和土壤固、液、气相的物质成分作用发生化学沉淀、络合、螯合，或因土壤的酸度变化、氧化还原条件变化以及其它离子浓度变化而发生的形态变化，导致溶液中污染物质浓度变化。
生物净化作用 土壤生物（土壤微生物、土壤动物）对污染物的吸收、降解、分解和转化过程与作物对污染物的生物性吸收、迁移和转化是土壤环境系统中两个最重要的物质与能量的迁移转化过程，也是土壤的最重要的净化功能。土壤的净化作用的强弱取决于生物净化作用，而生物净化作用的大小又决定于土壤生物和作物的生物学特性。
五、土壤污染的防治土壤污染的防治包括两个方面，一是“防”，即采取对策防治土壤污染，其二是对已经污染的土壤进行改良、治理。
（一）土壤污染源的控制首先要弄清楚污染源，然后采取切实有效的措施切断污染源，这是防止土壤遭受污染的最基本也是最重要的原则。需要建立控制废气、粉尘、废水、污泥、垃圾等固体废弃物的排放标准，制定相应的法规和监督体制，严格执行污灌水的水质标准，发展清洁工艺；严格执行农药管理法，建立农药登记注册制度、制定农药的禁用和限用范围、制定农药在农产品的最大残留量等。
（二）污染土壤的修复
1,土壤农药污染的治理土壤有机物污染的治理主要有化学法、生物法及化学与生物相结合的修复方法。因为各种有机污染物特别是农药的化学组成不同，残留物各不相同，应根据具体情况采用相应的治理措施。
生物修复 土壤生物修复，从广义上讲，是指利用土壤中的各种生物-植物、土壤动物和微生物吸收、结合、转化土壤中的污染物，使污染物的浓度降低至可接受的水平，将污染物转化成无害物质的过程。狭义上讲，是指利用微生物的作用，将土壤中的有机污染物降解为无害的无机物（CO2和H2O）的过程。生物修复是利用各种天然生物过程而发展起来的一种现场处理各种环境污染的技术。有机污染物的生物修复主要包括两种：一是利用某些土壤微生物对有机物的降解，接种驯养高效微生物，以达到减轻污染的目的，这是用于治理土壤有机物污染的最根本的途径。例如根固氮菌（Rhizobum）可将对硫磷迅速的还原成氨基对硫磷；枯草杆菌（Bacillus Subtilis）将杀螟松转化为无毒的代谢物－氨基衍生物和去甲基衍生物，但不能转化为有毒的氧化代谢物。微生物修复法分为原位生物法、地上生物法、土耕法和生物泥浆法。鉴于不同有机物降解所需要的嫌气或好气环境，需要相应调节土壤的Eh；二是利用某些植物对有机物的超量积累来去除污染物，净化土壤。
化学添加剂和农艺措施 如加入活性炭降低磺乐灵或伏草隆的活性，原位投入氮、磷营养物质，促进降解微生物的生长繁殖，土壤翻耕、田间大量灌水，以及调节土壤水分、土壤pH值、Eh值等，以加快微生物的降解。
2,重金属污染土壤的治理
治理重金属污染土壤，主要有两种机理。一是将重金属形态改变为固定态，使其迁移性和生物有效性降低；二是用各种方法将重金属从土壤中去除。
施用改良剂 在污染程度轻，不宜于采取客土、换土措施的情况下，可考虑施用改良剂以固定土壤中重金属。如施用石灰类物质、磷酸盐类物质，以增高土壤pH，沉淀重金属；此外，施用有机物质，不仅可以提供营养元素，还可以改良土壤性质，并能固定土壤重金属。主要是利用有机质中的主要成分-腐殖酸，其为重金属强有力的络合甚至螯合剂，某些高分子量的腐殖酸组分能和重金属结合生成配合物，固定重金属、降低重金属的移动性和生物毒性。另外，促还原作用的有机物质，可促使重金属转化成硫化物沉淀，可使Cr6+转化成更低毒的Cr3+。其他改良剂如钢渣、合成沸石也被用于改良土壤重金属污染。
排土、客土和水洗法 在重污染区可以剥去表层污染，仅利用下层土壤耕作，但要注意防止二次污染。客土法是指在被污染的土壤上覆盖上非污染土壤，要注意用作客土的非污染土壤的pH值最好与原污染土壤一致，否则可能会引起污染土壤中的重金属活性增大，比如使用了酸性客土。水洗法是采用清水灌溉稀释或洗去重金属离子，使重金属离子或迁移至较深的土层中，以减少表土中的重金属离子的浓度；或将含总金属离子的水排出土外。此法需要注意防止次生污染，且仅适用于小面积的污染土壤的治理。
电化法、热解吸法 电化法是应用电动力学方法将土壤重金属从土壤中移去。方法是在土壤中插入电极，通过低强度直流电后，金属阳离子流向阴极，然后采取措施回收金属。此法不适用于砂性土壤。热解吸法主要对针对于挥发性强的重金属如汞，采取加热的方法能将汞从土壤中解吸出来，然后加以回收利用。
生物修复 包括微生物和植物的作用。细菌产生的一些酶类能还原某些重金属，且对Cd、Co、Ni、Mn、Zn、Pb、Cu等具有一定的亲和力。目前重金属生物修复研究的最多的是植物修复，已经发现有477种超富集植物，其对重金属的富集量可达到一般植物的上百、甚至上干倍，包括对As、Cd、Pb、Cu、Mn、Co、Zn等超积累的植物。美国Florida大学在2001年发现了一种蕨类，为As的超富集植物，其植株在6周之内，从含As500ppm的土壤中吸收的As含量可以达到21,290ppm。种植此类植物于污染土壤中，回收重金属，可以净化污染土壤。但此方法面临的问题是需要解决植物生物量低的问题。也有学者通过基因工程的新方法来获得超量积累的、生长迅速的植物种类，例如通过引入金属硫蛋白基因或引入编码Mer A的半合成基因以及其他与重金属耐性有关的基因，以此提高植物耐性，获得高生物量的金属高积累植物。
六、污水土地处理系统污水土地处理系统出现于19世纪后半叶，近年来得到较快的发展。它是指利用生态工程原理，将污水通过土壤-生物系统，利用土地生态系统的自净能力，去除污水中的营养成分和有机污染物，达到净化和综合利用的目的。土地处理系统的净化机理包括土壤的过滤截留，物理和化学的吸附、化学分解、生物氧化以及植物和微生物的摄取等作用。污水通过土壤时，土壤将污水中悬浮和胶体状态的物质截留下来，而在土壤颗粒的表面形成一层生物薄膜，这层薄膜充满着细菌，它能吸附污水中的有机物，并且利用空气中的氧气，在好氧细菌的作用下将污水中的有机物转化为无机物，如CO2、NH3、硝酸盐等。植物根系吸收污水中的水分和无机营养物质并通过光合作用进行同化，使污水得到净化和利用。土地处理系统包括污水的预处理设施（稳定塘）、储水湖（污水库）、灌溉系统和地下排水系统等部分。
按照污水的处理方式，将污水土地处理系统分为慢速灌溉（慢速渗滤处理）、快速渗滤、表面径流和人工湿地四种类型。
慢速灌溉 慢速渗滤处理系统是城市污水和工业废水处理应用最多的方法，仅仅在美国目前就有800多个正在运行的慢速渗滤处理系统。该技术类似常规农业灌溉，将预处理过的污水喷洒到植物地，污水垂直和水平通过土壤渗滤得到净化。植物还能去除营养物质，滤出剩余固体，并使土壤保持透水性。慢速渗滤处理系统适用于多种类型和渗透性的土壤，排水性好的沃土能达到最好的效果。慢速渗滤处理系统的主要不利条件是需要较大的土地面积，因为在众多的土地处理方法中，它的负荷率最低。在寒冷或潮湿的天气，以及在作物种植和收获期间，多数慢速渗滤处理系统还需要将污水储存起来。另外，它们需要某种程度的维护：作物必须按季节种植、栽培和收获，必须对土地进行管理，使其处于良好的排水状态并在最佳的pH情况下发挥作用，为使作物生长良好，还可能需要添加一些钾。
快速渗滤 在快速渗滤处理系统中，预处理过的污水被间歇性施用于浅渗滤槽或渗滤池，污水在那里渗滤进周围的土壤。悬浮固体在通过土壤基质时被过滤去除，氮则通过硝化/脱氮被去除。由于所需要的土地面积小以及容易将污水定期释放到渗滤槽，所以这种技术是花费最少的土地处理方法。快速渗滤处理系统需要砂、砂质壤土或砾石以及最少5米厚排水性能良好的土壤。快速渗滤处理系统每年能处理6-125米的水力负荷率（处理污水总量/土地面积），远高于慢速渗滤处理系统。
表面径流 表面径流系统适用于土壤透水性较差的地区。通常是将预处理过的污水间歇性施用于仔细分段、长有植物的坡地顶部。由于污水不能渗滤进土壤，所以它流过坡地表面以及稠密的植被。悬浮固体被植被滤出或在土壤表面沉淀和降解，营养被植物吸收，病原体在不适合生存的环境中相继死光。表面径流系统的最大困难是它必须具有一定的坡度，但坡度又不能太大，以避免侵蚀问题。
工程实例——威里比农场威里比农场是澳大利亚墨尔本一个占地2.7万英亩的现代化污水农场。它建于1897年，并一直成功地运行至今。它每天处理的污水量达44万吨，并生产牛羊的饲料作物。该农场采用了三种净化方法：慢速处理、表面径流和稳定塘。在蒸发率高和需要灌水的春末、夏季和秋季使用慢速处理。在蒸发率低和不需要灌水的冬季使用表面径流。农场分成许多放牧区。每个牧区灌溉1-2天，接着干燥5-8天，牲畜吃草10-14天。该农场饲养了2.2万头牛和3万只羊。该系统能有效的去除营养物、悬浮固体、有机物质和重金属。
人工湿地 该方法介于土地处理和水生生物处理之间。其构造为在一定长宽比及底面坡度的洼地中，按一定的坡度填充一定规格的填料（如土壤、碎石、砂等）形成填料床，在床表面种植具有处理性能好、成活率高、抗水性强的水生植物（如芦苇、香蒲等）构成一个湿地生态系统。在运行中污水在填料缝隙或在床体的表面流动，并在流动过程中利用湿地中填料、水生植物和微生物之间的相互作用，通过一系列物理的、化学的及生物的过程实现污水的净化。
第六章 物理环境第一节 声学环境一、噪声概述
（一）声音与噪声声音是物体的振动以波的形式在弹性介质中进行传播的一种物理现象。我们平常所指的声音一般是通过空气传播作用于耳鼓膜而被感觉到的声音。人类生活在声音的环境中，并且借助声音进行信息的传递、交流思想感情。
尽管我们的生活环境中不能没有声音，但是也有一些声音是我们不需要的，如睡眠时的吵闹声。从广义上来讲，凡是人们不需要的，使人厌烦并干扰人的正常生活、工作和休息的声音统称为噪声。例如，音乐演播厅里，某个人正沉醉于优美的琴声中，周围的几个人却开始窃窃私语，对他而言这样的私语声显然是噪声。噪声不仅取决于声音的物理性质，而且还与人的生活状态有关。即使听到同样的声音，有些人感到很喜欢，愿意听，有些人却感到厌恶。总之，确定一种声音是否是噪声与人的主观感觉是很有关系的。
（二）噪声的主要特性
1、噪声是一种感觉性污染，在空气中传播时不会在周围环境里遗留下有毒有害的化学污染物质。对噪声的判断与个人所处的环境和主观愿望有关。
2、噪声源的分布广泛而分散，但是由于传播过程中会发生能量的衰减，因此噪声污染的影响范围是有限的。
3、噪声产生的污染没有后效作用。一旦噪声源停止发声，噪声便会消失，转化为空气分子无规则运动的热能。
阅读材料噪声评价方法：等效连续A声级
在噪声的评价方法中，最常用的是等效连续A声级。它表示为Leq（Equivalent Continuous Sound Level），单位dB A。其定义公式为：


式中 T1为噪声测量的起始时刻；
T2为噪声测量的终止时刻；
LP为声级，一般为A声级；
Leq为等效连续声级。
由于式中的LP是时间的函数，不便于应用，所以一般进行噪声测量时，都是以一定的时间间隔来读数的，通常每隔5秒读一次，因此公式可演变为：


式中 n为读得的噪声级Li的总个数；
Li为第i次等间隔时间读得的噪声级。
如果测得的数据符合正态分布，其累积分布在正态概率纸上为一直线，则可用下面近似公式计算：


式中 L10为测量时间内，10%的时间超过的噪声级，相当于噪声的峰值；
L50为测量时间内，50%的时间超过的噪声级，相当于噪声的平均值；
L90为测量时间内，90%的时间超过的噪声级，相当于噪声的本底值。
L10、L50、L90为累积分布值，它们的计算方法有两种：一种是在正态概率纸上画出累积分布曲线，然后从图中求得；另一种是将测定的一组数据（例如100个），将其从大到小排列，第10个数据即为L10，第50个数据为L50，第90个数据为L90。
人的听觉对50分贝以下的声音环境感到舒适安逸，超过60分贝就会觉得喧闹，长时间处在80-90分贝的声响环境中，人们便会焦躁不安，当声音超过120分贝时，既是在短时间内，人耳也会感到疼痛，而无法忍受，甚至造成听力损伤。
资料来源：窦贻俭、李春华编著，环境科学原理，南京大学出版社，1997年2月
二、噪声来源噪声主要来源于交通运输、工业生产、日常生活和建筑施工。
（一）交通运输噪声各种交通运输工具，如小轿车、载重汽车、电车、火车、拖拉机、摩托车、轮船、飞机等，在行驶过程中会发出喇叭声、汽笛声、刹车声、排气声等各种噪声。而且行驶速度越快噪声越大。由于此类噪声源具有流动性，因此它的影响范围广，受害人数多。近年来，随着城市机动车辆剧增，交通运输噪声已经成为城市的主要噪声源。
（二）工业生产噪声工业生产离不开各种机械和动力装置，这些机械和装置在运转过程中一部分能量被消耗后以声能的形式散发出来而形成噪声。工业噪声中有因空气振动产生的空气动力学噪声，如通风机、鼓风机、空气压缩机、锅炉排气等产生的噪声；也有由于固体振动产生的机械性噪声，如织布机、球磨机、碎石机、电锯、车床等产生的噪声；还有由于电磁力作用产生的电磁性噪声，如发动机、变压器产生的噪声。工业噪声一般声级高，而且连续时间长，有的甚至长年运转、昼夜不停，对周围环境影响很大。而且，工业噪声是造成职业性耳聋的主要原因。表6-1给出了某些机械噪声源强度。
表6-1 某些机械噪声源强度噪声级（dB）
机械名称
130
风铲、风铆
125
凿岩机
120
大型球磨机、有齿锯切割钢材
115
振捣机
110
电锯、无齿锯、落砂机
105
织布机、电刨、破碎机、气锤
100
丝织机
95
织带机、细砂机、轮转印刷机
90
轧钢机
85
机床、凹印机、铅印、平台印刷机、制砖机
80
挤塑机、漆包线机、织袜机、平印连动机
75
印刷上胶机、过板机、玉器抛光机、小球磨机
<75
电子刻板机、电线成盘机

（三）社会生活噪声由于商业经营活动、儿童在户外的嬉戏、各类家用电器的使用（尤其是各种音响设备）以及家庭舞会等，使城市居住区内部的噪声源种类和噪声的强度均有所增加。社会生活噪声在城市噪声构成中约占50%，且有逐渐上升的趋势。表6-2列出了部分家庭常用设备的噪声级。
表6-2 家庭常用设备噪声家庭常用设备
噪声级范围（dB）
洗衣机、缝纫机
50-80
电视机、除尘器及抽水马桶
60-84
钢琴
62-96
通风机、吹风机
50-75
电冰箱
30-58
风扇
30-68
食物搅拌器
65-80
（四）施工噪声建筑工地常用的打桩机、推土机、挖掘机产生的噪声常在80dB以上，对邻近居民的正常生活扰乱很大。随着我国城市化进程的加快，我国的城市建设日新月异，大、中城市的建筑施工场地很多，因此建筑施工噪声的影响面很大。一般施工的噪声如表6-3、6-4所示。
表6-3 建筑施工机械噪声级（dB A）
机械名称
距离声源10米
距离声源30米
范围
平均
范围
平均
打桩机
93-112
105
84-103
91
地螺钻
68-82
75
57-70
63
铆 枪
85-98
91
74-98
86
压缩机
82-98
88
78-80
78
破路机
80-92
85
74-80
76

表6-4 施工现场边界上的噪声级（dB A）
场地类型
居民建筑
办公楼等
道路工程等
场地清理
84
84
84
挖土方
88
89
89
地基
81
78
88
安装
82
85
79
修整
88
89
84

三、噪声危害
（一）对人体的生理影响长期生活在噪声环境中会导致耳聋。据统计，当今世界上有7000多万耳聋者，其中相当部分是由噪声所致。此外，实验表明：噪声会增加人体的肾上腺激素分泌，使心率改变和血压升高，导致心脏病的发展和恶化；还会导致消化系统方面的疾病和神经衰弱症，使人得肠炎以及出现失眠、疲劳、头晕、头痛、记忆力减退症状；强噪声会刺激耳腔的前庭器官，使人眩晕、恶心、呕吐；如果噪声超过140分贝，将导致全身血管收缩，供血减少，说话能力受到影响。噪声还会影响视力。试验表明：当噪声强度达到90分贝时，人的视觉细胞敏感性下降，识别弱光反应时间延长；噪声达到95分贝时，有40%的人瞳孔放大，视模糊；而噪声达到115分贝时，多数人的眼球对光亮度的适应都有不同程度的减弱。所以，长时间处于噪声环境中的人很容易发生眼疲劳、眼痛、眼花和视物流泪等眼损伤现象。
噪声对儿童身心健康危害更大。由于儿童发育尚未成熟，各组织器官都十分娇嫩和脆弱，所以更容易被噪声损伤听觉器官，使听力减退或丧失。长期暴露于噪声中的儿童比安静环境的儿童血压要高，智力发育略微迟缓。据调查测试，吵闹环境下的儿童智力发育比安静环境中的低20%。
振动与噪声往往相伴而生，如建筑工地的打桩机、飞驰的火车、载重汽车等，这将会对人体有双重性伤害。
（二）对人体的心理影响噪声引起的心理影响主要是使人烦恼、激动、易怒，甚至失去理智。噪声也容易使人疲劳，因此往往会影响精力集中和工作效率，尤其是对一些做非重复性动作的劳动者，影响更为明显。另外，由于噪声的掩蔽效应，往往使人不易察觉一些危险信号，从而容易造成工伤事故。
（三）对孕妇和胎儿的影响国内外的医学科研人员做了许多研究，证明强烈的噪声对孕妇和胎儿都会产生诸多不良后果。接触强烈噪声的妇女，其妊娠呕吐的发生率和妊娠高血压综合症的发生率都更高，而且对胎儿也会产生许多不良的影响：噪声使母体产生紧张反应，引起子宫血管收缩，以致影响供给胎儿发育所必需的养料和氧气。此外，噪声还会导致出生儿体重偏轻。为了妇女及其子女的健康，妇女在怀孕期间应该避免接触超过卫生标准（85分贝-90分贝）的噪声。
（四）对生产活动的影响在嘈杂的环境里，人的心情烦躁，容易疲劳，反应迟钝，工作效率下降，工伤事故增多。由于噪声会对人体产生许多不良的影响，因此很多国家都在这方面作了规定。我国也制订并公布了《工业企业噪声卫生标准》，对生产车间或工作场所的工作地点噪声作了明确规定。
（五）对动物的影响噪声对动物的影响十分广泛。这些影响包括听觉器官、内脏器官和中枢神经系统的病理性改变的损伤。根据测定，120-130分贝的噪声能引起动物听觉器官的病理性变化，130-150分贝的噪声能引起动物听觉器官的损伤和其他器官的病理性变化，150分贝以上的噪声能造成动物内脏器官发生损伤，甚至死亡。把实验兔放在非常吵的工业噪声环境下10个星期，发现其血胆固醇比同样饮食条件下安静环境中的兔子要高得多，在更强的噪声作用下，兔子的体温升高，心跳紊乱，耳朵全聋，眼睛也暂时失明，生殖和内分泌的规律也发生变化。研究噪声对动物的影响具有实践意义，因为直接对人进行强噪声实验以测其影响不太合适，所以只能用动物进行加速实验以获取资料，在取得结果后谨慎地推广到人体，必要时再作一些调查或验证。
（六）对物质结构的影响据实验，一块0.6mm的铝板，在168分贝的无规则噪声作用下，只要15分钟就会断裂。150分贝以上的强噪声，可使墙震裂、门窗破坏，甚至使烟囱和老建筑物发生坍塌，钢结构产生“声疲劳”而损坏，高精密度的仪表失灵。
四、噪声控制发生噪声污染必须有三个要素：噪声源、传播途径和接受者。因此，噪声控制也是从这三个要素组成的声学系统出发，即研究每一个要素，又作系统综合考虑，使控制措施在技术、经济可行的前提下达到降低噪声的要求。原则上讲，噪声控制的优先次序是噪声源控制、传播途径控制和接受者保护。
（一）合理规划、加强管理合理的规划，对于未来的环境噪声控制具有战略意义。在规划中，主要考虑：
合理的土地利用和功能区划分 根据不同使用目的的建筑物的噪声标准，合理安排建筑的场所和位置；将居民区、文化区与商业区、工业区尽量分隔开；增设有效的噪声防护设施。
交通干线的合理布局 交通噪声是城市噪声的重要来源，因此，需在规划中对交通干线进行科学、合理的布局，此外，还应制订降低噪声的交通管理制度，加强对交通噪声的管理。
建立卫星城 在噪声污染严重的城市周围建立卫星城，将会在一定程度上减缓其压力。
（二）技术措施一般来说，噪声控制的技术手段也是按照噪声源控制、传播途径控制和接受者保护的先后次序来考虑：首先是降低声源本身的噪声；如果技术上办不到，或者技术上可行而经济上不合算，则考虑从传播的路程中来降低噪声，如果这种考虑达不到要求或不合算，则可考虑接收者的个人防护。
降低声源本身的噪声是治本的方法，比如用液压代替冲压，用斜齿轮代替直齿轮，用焊拉代替铆接，在国外还在研究低噪声的发动机等等。但是，从目前的科学技术水平来说，要想使得一切机器设备都是低噪声的，还是不可能的。这就需要在传播的途径和个人防护上来考虑。常用的办法就是吸声、隔声、消声、隔振、阻尼、耳塞、耳罩等。
阅读材料噪声的利用噪声已被世人公认为仅次于大气污染和水污染的第三大公害。在大城市中，人们深受噪声之苦。但是，世界上的事情总是千变万化，没有任何事情是绝对的。噪声也和其它事物一样，既有有害的一面，又有可以被人类利用、造福于人类的一面。许多科学家在噪声利用方面做了大量研究工作，获得许多新的突破，这些成果将是21世纪推出的新技术。
有源消声 通常所采用的三种降噪措施，即在声源处降噪、在传播过程中降噪及在人耳处降噪，都是消极被动的。为了积极主动地消除噪声，人们发明了“有源消声”这一技术。它的原理是：所有的声音都由一定的频谱组成，如果可以找到一种声音，其频谱与所要消除的噪声完全一样，只是相位刚好相反（相差180°），就可以将这噪声完全抵消掉。关键就在于如何得到那抵消噪声的声音。实际采用的办法是：从噪声源本身着手，设法通过电子线路将原噪声的相位倒过来。由此看来，有源消声这一技术实际上是“以毒攻毒”。
噪声变乐音 美妙动人的音乐能让人心旷神怡。日本科学家已研制出一种新型的“音响设备”，将家庭生活中的各种流水声如洗手、淘米、洗澡、洁具、水笼头等产生的噪声变成悦耳的协奏曲。这些嘈杂的水声既可以转变成悠扬的乐曲，也可以转变成混混的溪流声、树叶的沙沙声、虫鸟的鸣叫声和海浪潮涌声等大自然音响。美国科学家研制出一种吸收大城市噪声并将其转变为大自然“乐声”的合成器，它能将街市的嘈杂喧闹噪声变为大自然声响的“协奏曲”。英国科学家还研制出一种像电吹风声响的“白噪声”，具有均匀覆盖其它外界噪声的效果，并由此生产出一种“宝宝催眠器”的产品，能使婴幼儿自然酣睡。
噪声发电 噪声是声波，所以它也是一种能量。广泛存在的噪声为科学家们开发噪声能源提供了广阔的前景。英国剑桥大学的专家们开始利用噪声发电的尝试。他们设计了一种鼓膜式声波接收器，这种接收器与一个共鸣器连接在一起，放在噪声污染区，接收器接到声能传到电转换器上时，就能将声能转变为电能。
噪声除尘 美国研究人员发现，高能量的噪声可以使尘粒相聚成一体，尘粒体积增大，重量增加，加速沉降，产生较好的除尘效果。根据这个原理，科学家们研制出一种2000瓦功率的除尘器，可发出声强160分贝，频率2000赫兹的噪声，将它装在一个厚壁容器里，获得了较好的除尘效果。
噪声增产 噪声应用于农作物同样获得了令人惊讶的成果。科学家们发现，植物在受到声音的刺激后，气孔会张到最大，能吸收更多的二氧化碳和氧分，加快光合作用，从而提高增长速度和产量。有人曾经对生长中的西红柿进行试验，在经过30次100分贝的噪声刺激后，西红柿的产量提高近2倍，而且果实的个头也成倍增大，增产效果明显。通过实验发现，水稻、大豆、黄瓜等农作物在噪声的作用下，都有不同程度的增产。
噪声除草 科学家发现，不同的植物对不同的噪声敏感程度不一样。根据这个道理，人们制造出噪声除草器。这种噪声除草器发出的噪声能使杂草的种子提前萌发，这样就可以在作物生长之前用药物除掉杂草，用“欲擒故纵”的妙策，保证作物的顺利生长。
噪声诊病 美妙、悦耳的音乐能治病，这已为大家所熟知。但噪声怎么能用于诊病呢？最近，科学家制成一种激光听力诊断装置，它由光源、噪声发生器和电脑测试器三部分组成。使用时，它先由微型噪声发生器产生微弱短促的噪声，振动耳膜，然后微型电脑就会根据回声，把耳膜功能的数据显示出来，供医生诊断。它测试迅速，不会损伤耳膜，没有痛感，特别适合儿童使用。此外，还可以用噪声测温法来探测人体的病灶。
噪声透视海底 在科学研究领域更为有意义的是利用噪声透视海底的方法。早在本世纪初，人类才发明声音接收器——声呐。那是在第一次世界大战时，为了防范潜水艇的袭击，使用了这种在水下的声波定位系统。现在声呐的应用已远远超出了军事目的。最近科学家利用海洋里的噪声，如破碎的浪花、鱼类的游动、下雨、过往船只的扰动声等进行摄影，用声音作为摄影的“光源”。这实在令人感到奇怪，声音怎么能够用来拍照呢？美国斯克利普海洋研究所的专家们研制出一种“声音一日光”环境噪声成像系统，简称ADONIS，这个系统就有这种奇妙的摄影功能。虽然ADONIS所获得的图像分辨率较低，不能与光学照片相比，但在海水中，电磁辐射（包括可见光）十分容易被吸收，相比之下，声波要好得多，这样，声音就成为取得深部海洋信息的有效方法。1991年，美国科学家首先在太平洋海域作了实验。他们在海底布置了一个直径为1.2m的抛物面状声波接收器，在其焦点处设置一水下听音器。这个抛物面对声音具有反射、聚焦的作用；他们又把一块贴有声音反射材料的长方形合成板作为摄像的目标，放在声音接收器的声束位置上，此时，接收器收到的噪声增加1倍。这一效果与他们事先的设计思想吻合，达到了预期的效果。然后他们又把目标放置在离接收器7-12m的地方，结果是一样的。他们发现，摄像目标对某些频率的声波反射强烈，而对另一些反射较弱，有些甚至被吸收。这些不同频率声波的反射差异，正好对应为声音的“颜色”。据此，他们可以把反射的声波信号“翻译”成光学上的颜色，并用各种色彩表示。
资料来源：http://www.chepf.com/hjbh/hjbh10.htm
阅读材料城市区域噪声标准GB3096-93
本标准为贯彻《中华人民共和国环境保护法》及《中华人民共和国环境噪声污染防治条例》，保障城市居民的生活声环境质量而制订。
一、主题内容与适用范围本标准规定了城市五类区域的环境噪声最高限值。
本标准适用于城市区域。乡村生活区域可参照本标准执行。
二、引用标准
GB/T14623 城市区域环境噪声测量方法三、标准值类别
昼间（dB）
夜间（dB）
0
50
40
1
55
45
2
60
50
3
65
55
4
70
55
四、各类标准和适用区域
（一）0类标准适用于疗养区、高级别墅区、高级宾馆区等特别需要安静的区域，位于城郊和乡村的这一类区域分别按严于0类标准5dB执行。
（二）1类标准适用于以居住、文教机关为主的区域。乡村居住环境可参照执行该类标准。
（三）2类标准适用于居住、商业、工业混杂区。
（四）3类标准适用于工业区。
（五）4类标准适用于城市中的道路交通干线道路两侧区域，穿越城区的内河航道两侧区域。穿越城区的铁路主、次干线两侧区域的背景噪声(指不通过列车时的噪声水平)限值也执行该类标准。
五、夜间突发噪声夜间突发的噪声，其最大值不准超过标准值15dB。
六、区域及时间的划定
（一）各类标准适用区域由当地人民政府划定
（二）本标准昼间、夜间的时间由当地人民政府按当地习惯和季节变化划定。
七、监测方法按GB/T 14623执行。
资料来源：http://www.zhb.gov.cn
第二节 电磁辐射
人类探索电磁辐射的利用始于1831年英国科学家法拉第发现电磁感应现象。如今，电磁辐射的利用已经深入到人类生产、生活的各个方面，特别是20世纪末移动通讯的普及，使人类的活动空间得以充分延伸，超越了国家、乃至地球的界线。但是，电磁辐射的大规模应用，也带来了严重的电磁污染。当电磁辐射强度超过人体所能承受的或仪器设备所能容许的限度时，即产生了电磁污染。
一、电磁辐射的来源
（一）天然源天然的电磁污染最常见的是雷电，除了可能对电气设备、飞机、建筑物等直接造成危害外，而且会在广大地区从几千赫到几百兆赫以上的极宽频率范围内产生严重电磁干扰。火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等都会产生电磁干扰。天然的电磁污染对短波通信的干扰特别严重。
（二）人为源人为的电磁污染主要有：
脉冲放电 切断大电流电路进而产生的火花放电，其瞬时电流变率很大，会产生很强的电磁干扰。它在本质上与雷电相同，只是影响区域较小。
高频交变电磁场 在大功率电机、变压器以及输电线等附近的电磁场，它并不以电磁波形式向外辐射，但在近场区会产生严重电磁干扰。例如高频感应加热设备（如高频淬火、高频焊接、高频熔炼等）、高频介质加热设备（如塑料热合机、高频干燥处理机，介质加热联动机等）等。
射频电磁辐射 无线电广播、电视、微波通信等各种射频设备的辐射，频率范围宽广，影响区域也较大，能危害近场区的工作人员。目前，射频电磁辐射已经成为电磁污染环境的主要因素。重要的射频电磁辐射污染源如图6-1所示。
二、电磁辐射的危害
（一）电磁辐射对人体的危害电磁辐射无色无味无形，可以穿透包括人体在内的多种物质。各种家用电器、电子设备、办公自动化设备、移动通讯设备等电器装置只要处于操作使用状态，它的周围就会存在电磁辐射。高强度的电磁辐射以热效应和非热效应两种方式作用于人体，能使人体组织温度升高，导致身体发生机能性障碍和功能紊乱，严重时造成植物神经功能紊乱，表现为心跳、血压和血象等方面的失调，还会损伤眼睛导致白内障。此外，长期处于高电磁辐射的环境中，会使血液、淋巴液和细胞原生质发生改变，影响人体的循环系统、免疫、生殖和代谢功能，严重的还会诱发癌症，并会加速人体的癌细胞增殖。
（二）电磁辐射对机械设备的危害
电磁辐射对电器设备、飞机、建筑物等可能造成直接破坏。当飞机在空中飞行时，如果通讯和导航系统受到电磁干扰，就会同基地失去联系，可能造成飞行事故；当舰船上使用的通信、导航或遇险呼救频率受到电磁干扰，就会影响航海安全；有的电磁波还会对有线电设施产生干扰而引起铁路信号的失误动作、交通指挥灯的失控、电子计算机的差错和自动化工厂操作的失灵，甚至还可能使民航系统的警报被拉响而发出假警报；在纵横交错、蛛网密布的高压线网、电视发射台、转播台等附近的家庭，电视机会被严重干扰；装有心脏起搏器的病人处于高电磁辐射的环境中，心脏起搏器的正常使用会受影响。
（三）电磁辐射对安全的危害电磁辐射会引燃引爆，特别是高场强作用下引起火花而导致可燃性油类、气体和武器弹药的燃烧与爆炸事故。
三、电磁污染的控制电磁污染主要通过两个途径传播：一是通过空间直接辐射；二是借助电磁耦合由线路传导。因此，控制电磁污染的手段从两个方面考虑：一是将电磁辐射的强度减小到容许的强度，二是将有害影响限制在一定的空间范围。
（一）安装电磁屏蔽装置在电磁场传播的途径中安设电磁屏蔽装置，可使有害的电磁场强度降至容许范围以内。电磁屏蔽装置一般为金属材料制成的封闭壳体。当交变的电磁场传向金属壳体时，一部分被金属壳体表面所反射，一部分在壳体内部被吸收，这样透过壳体的电磁场强度便大幅度衰减。电磁屏蔽的效果与电磁波频率、壳体厚度和屏蔽材料有关。一般地说，频率越高，壳体越厚，材料导电性能越好，屏蔽效果也就越大。电磁屏蔽可分有源场屏蔽和无源场屏蔽两类。前者是把电磁污染源用良好接地的屏蔽壳体包围起来，以防止它对壳体外部环境的影响；后者则是用屏蔽壳体包围需要保护的区域，以防止外部的电磁污染源对壳体内部环境产生干扰。
对于不同的屏蔽对象和要求，应采用不同的电磁屏蔽装置或措施。主要有：
屏蔽罩 对小型仪器或器件适用，一般为铜制或铝制的密实壳体。对于低频电磁干扰，则往往用铁或铍钼合金等铁磁性材料制作壳体，以提高屏蔽效果。在低温条件下进行精密电磁测量，用超导材料可以起完满的电磁屏蔽作用。
屏蔽室 对大型机组或控制室等适用，一般为铜板或钢板制成的六面体。当屏蔽要求较低时，可用一层或双层金属细网来代替金属板。
屏蔽衣、屏蔽头盔和屏蔽眼罩 用于个人防护，主要保护微波工作人员。屏蔽衣和屏蔽头盔内夹有铜丝网或微波吸收材料。屏蔽眼罩通常为三层结构，中间一层为铜丝网。
（二）其他措施控制电磁污染，除采用上述电磁屏蔽措施外，还应积极采取其他综合性的防治对策。例如工业合理布局，使电磁污染源远离稠密居民区，并在它们之间设立安全隔离带，隔离带内种植灌木与林木；加强管理，改进电气设备，以减少对周围环境的电磁污染；在近场区采用电磁辐射吸收材料或装置；实行遥控和遥测，提高自动化程度，以减少工作人员接触高强度电磁辐射的机会等。
阅读材料电磁辐射应该这样防各类家用电器、办公设备、移动通讯设备等都是社会发展的必要先进设施。社会发展水平越高，使用的电子设备越多，人们受到电磁辐射的影响也越普遍。针对我们身边接触到的电磁辐射可能给消费者带来的人身健康威胁，中国消费者协会郑重发出警示：
一、提高自我保护意识，重视电磁辐射可能对人体产生的危害，多了解有关电磁辐射的常识，学会防范措施，加强安全防范。对配有应用手册的电器，应严格按指示规范操作，保持安全操作距离等。
二、不要把家用电器摆放得过于集中，或经常一起使用，以免使自己暴露在超剂量辐射的危险之中。特别是电视机、电脑、电冰箱等电器更不宜集中摆放在卧室里。
三、各种家用电器、办公设备、移动电话等都应尽量避免长时间操作，如电视、电脑等电器需要较长时间使用时，应注意至少每一小时离开一次，采用眺望远方或闭上眼睛的方式，以减轻眼睛的疲劳程度和所受辐射的影响。
四、当电器暂停使用时，最好不要让它们处于待机状态，因为此时可产生较微弱的电磁场，长时间也会产生辐射积累。
五、对各种电器的使用，应保持一定的安全距离。如眼睛离电视荧光屏的距离，一般为荧光屏宽度的5倍左右；微波炉在开启之后要离开至少一米远，孕妇和小孩应尽量远离微波炉；手机在使用时，应尽量使头部与手机天线的距离远一些，最好使用分离耳机和话筒接听电话。
六、消费者如果长期处于超剂量电磁辐射环境中，应注意采取以下自我保护措施：
1、居住、工作在高压线、变电站、电台、电视台、雷达站、电磁波发射塔附近的人员，佩戴心脏起搏器的患者，经常使用电子仪器、医疗设备、办公自动化设备的人员，以及生活在现代电器自动化环境中的人群，特别是抵抗力较弱的孕妇、儿童、老人及病患者，有条件的应配备针对电磁辐射的屏蔽防护服，将电磁辐射最大限度地阻挡在身体之外。
2、电视机、电脑等有显示屏的电器设备可安装电磁辐射保护屏，使用者还可佩戴防辐射眼镜，以防止屏幕辐射出的电磁波直接作用于人体。
3、手机接通瞬间释放的电磁辐射最大，所以，最好在手机响过一两秒后或电话两次铃声间歇中接听电话。
4、电视机、电脑等电器的屏幕产生的辐射会导致人体皮肤干燥缺水，加速皮肤老化，严重的甚至会导致皮肤癌，所以，在使用完上述电器后应及时洗脸。
5、多食用一些胡萝卜、豆芽、西红柿、油菜、海带、卷心菜、瘦肉、动物肝脏等富含维生素A、C和蛋白质的食物，以利于调节人体电磁场的紊乱状态，加强机体抵抗电磁辐射的能力。
资料来源：http://database.cpst.net.cn/popul/healt/artic/10906145240.html
第三节 放射性污染某些物质的原子核发生衰变，放出我们肉眼看不见也感觉不到，只能用专门的仪器才能探测到的射线。物质的这种性质叫放射性。天然放射性物质在自然界中分布很广，它存在于宇宙射线、矿石、土壤、天然水、大气及动植物的所有组织中。表示自然界本来就存在的高能辐射和放射性物质的量是“天然放射性本底”，它是判断人工辐射源（有时也包括天然辐射源）是否造成环境污染的重要基准。近几十年来，由于核武器的频繁试验，核能工业的不断发展、供医疗诊断用的电离辐射源的增加等等，放射性已成为国际社会关注的污染问题。
一、放射性污染来源
（一）核武器试验的沉降物全球频繁的核武器试验，是造成核放射污染的主要来源。在大气层进行核试验时，核弹爆炸的瞬间，由炽热蒸汽和气体形成蘑菇云携带着弹壳、碎片、地面物和放射性烟云上升，随着与空气的混合，辐射热逐渐损失，温度渐渐降低，于是气态物凝聚成微粒或附着在其它的尘粒上，最后沉降到地面。这些放射性物质主要是铀钚的裂变产物，其中危害较大的有90锶、137铯、131碘、14碳。自1945年美国在新黑西哥洲的洛斯阿拉莫斯进行了人类首次核试验以来，全球已进行了1000多次核试验，这对全球大气环境和海洋环境的污染是难以估量的，对人类和动植物的负面影响也是深远的。
（二）核燃料循环的“三废”排放核工业于第二次世界大战期间发展起来，刚开始为核军事工业。20世纪50年代以后，核能开始应用于动力工业中。核动力的推广应用，加速了原子能工业的发展。
原子能工业的中心问题是核燃料的产生、使用与回收。而核燃料循环的各个阶段均会产生“三废”，这会给周围环境带来一定程度的污染，其中最主要的是对水体的污染。
（三）医疗照射由于辐射在医学上的广泛应用，医用射线源已成为主要的环境人工污染源。
辐射在医学上主要用于对癌症的诊断和治疗方面。在诊断检查过程中，各个患者所受的局部剂量差别较大，大约比通过天然源所受的年平均剂量高50倍；而在辐射治疗中，个人所受剂量又比诊断时高出数千倍，并且通常是在几周内集中施加在人体的某一部分。
诊断与治疗所用的辐射绝大多数为外照射，而服用带有放射性的药物则造成了内照射。近几十年来，由于人们逐渐认识到医疗照射的潜在危险，已把更多的注意力放在既能满足诊断放射学的要求，又使患者所受的实际量最小，甚至免受辐射的方法上，并取各得了一定的研究进展。
（四）其它其它辐射污染来源可归纳为两类：一是工业、医疗、军队、核舰艇，或研究用的放射源，因运输事故、偷窃、误用、遗失，以及废物处理等失去控制而对居民造成大剂量照射或污染环境；二是一般居民消费用品，包括含有天然或人工放射性核素的产品，如放射性发光表盘、夜光表以及彩色电视机产生的照射，虽对环境造成的污染很低，但也有研究的必要。
阅读材料放射性射线的度量单位为了度量射线照射的量、受照射物质所吸收的射线能量（即吸收剂量），以及表征生物体受射线照射的效应，采用的单位有以下几种：
伦琴 伦琴是度量X或γ射线照射量的专用单位。符号为R，简称伦。1伦琴的照射量能在1公斤空气中产生2.58×10-4库仑电荷，即1伦琴=2.58×10-4库仑/千克；1伦琴的千分这一称之为毫伦。
拉德 拉德是吸收剂量的专用单位,符号为rad。1拉德等于电离辐射给予1公斤物质10-2焦耳的能量,也就是每克组织吸收100尔格能量。1拉德的千分之一称之为毫拉德。
雷姆 雷姆是剂量当量的专用单位，符号为rem。用来衡量各种辐射所产生的生物效应。某一吸收剂量的生物效应与辐射的种类，以及照射条件有关。
资料来源：刘天齐等主编，环境保护概论，高等教育出版社，1982年6月
二、危害和影响在大剂量的照射下，放射性会破坏人体和动物的免疫功能，损伤其皮肤、骨骼及内脏细胞。如在400拉德的照射下，受照射的人有5%死亡；若照射650拉德，100%死亡；照射剂量在150拉德以下，死亡率下降至零，但这时并非无损害作用。据报导往往需要经过20年以后，一些症状才会表现出来。症状主要表现为白血病、骨癌、甲状腺癌等疾病，还可能表现为不同程度的寿命缩短。放射性还能损害遗传物质，引起基因突变和染色体畸变。其遗传学效应有的在第一代子女中出现，也可能在下几代中陆续出现。在第一代子女中放射性对遗传性的损伤通常表现为流产、死胎、先天缺陷和婴儿死亡率的增加，以及胎儿体重减少和两性比例的改变等。
在小剂量慢性照射下，情况与上述结果很不一样，其辐射效应极其轻微，一般不易被察觉出来，但对人体的影响问题也应给予重视和深入研究。
表6-5 国际原子能机构建议的放射性废物分类标准废物
分类
比放射性强度（居里/升）
说 明
备 注
液体
1
≤10-9
一般可不处理
用通常的蒸发、离子交换或化学方法进行处理
2
10-9-10-6
处理废液的设备不需屏蔽
3
10-6-10-4
部分设备需要屏蔽
4
10-4-10
设备不需要屏蔽
5
>10
必须在冷却下贮存和屏蔽
气体
1
（居里/米3）≤10-10
一般可不处理

2
10-10-10-6
一般要用过滤法处理
3
>10-6
一般要用综合法处理
固体
1
表面照射率，伦琴/小时≤0.2
运输中不需特殊防护
主要为β、γ辐射体，所含α辐射体可忽略不计，β、γ辐射体可忽略不计
2
0.2-2
运输中要用薄层混凝土或铅屏蔽防护
3
>2
运输中要求特殊防护
4
α放射性（居里/米3）
要求不存在临界问题

三、放射性污染的分类放射性污染主要由放射性废物引起，它和其他工业一样，放射性废物按其物理状态可分为气体、液体和固体三种。1971年国际原子能机构（IAFA）推荐了一种新的放射性废物分类标准，其具体内容见表6-5。
四、放射性污染的控制加强对放射性物质的管理是控制放射性污染的必要措施。
从技术控制手段来讲，放射性废物中的放射性物质，采用一般的物理、化学及生物学的方法都不能将其消灭或破坏，只有通过放射性核素的自身衰变才能使放射性衰减到一定的水平，而许多放射性元素的半衰期十分长，并且衰变的产物又是新的放射性元素，所以放射性废物与其它废物相比在处理和处置上有许多不同之处。
（一）放射性废液的处理放射性废水的处理方法主要有稀释排放法、放置衰变法、混凝沉降法、离子变换法、蒸发法、沥青固化法、水泥固化法、塑料固化法以及玻璃固化法等。图6-2所表示的是放射性废液处理系统。
（二）放射性废气的处理铀矿开采过程中所产生废气的处理 铀矿开采过程中所产生的粉尘、废气，一般可通过改善操作条件和通风系统得到解决。
实验室废气的处理 在进行化学、金相和生物操作的核研究实验室中会有放射性排气和颗粒物产生。因此有关的实验工作均应在装有收集废气的手套箱或热室内进行。通常是将送入各手套箱或热室的进气加以调节，使之经过玻璃纤维过滤器，以去除大颗粒和粉尘，然后通过高效过滤后再排出废气。
燃料后处理过程的废气处理 燃料后处理过程中的废气大部分是放射性碘和一些惰性气体。可采用综合处理法以控制碘的排放量，即将燃料冷却90-120天，以待放射性衰变，然后用活性炭或银质反应器系统去除大量挥发性碘。
（三）放射性固体废物的处理放射性固体废物可采用埋藏、煅烧、再熔化等法处置。如果是可燃性固体废物则多用煅烧法。若为金属固体废物则加以去污或再熔化法处置。
埋藏 场地的选择应尽量减少对环境的污染，并应置于经常的监控之下。该地区在长时期内不准有居民进入，并禁止放牧。沟槽内埋藏的固体废物，应回填一米以上的覆土。若是处置放射性废液时，应在埋藏前加以固化。固化方法有：水泥固化法、沥青固化法、玻璃固化法。
煅烧 通过焚烧可使可燃性固体废物体积减小10-15倍，有时甚至减小得更多，焚烧法对放射性有机体的处理更为有利。高温锻烧法可将高水平放射性废液生成安全稳定的金属氧化物，以便于贮存或埋藏。固体废物的高温处理需要有良好的废气净化系统，因此费用昂贵。
再熔化 受放射性沾污的设备、器材、仪器等钢铁金属制品，可选用适当的洗涤剂、络合剂或其他溶液擦洗去污，以减少需要处理的废物体积，用喷涂法可以消除大部件的表面沾染。必要时可在感应炉中熔化，使放射性元素固结在熔渣之内，从而免除对环境的影响。
阅读材料切尔诺贝利的教训
1986年4月26号，位于乌克兰北部的切尔诺贝利核电站站4号反应堆因操作人员违反操作规程发生严重爆炸，造成31人当场死亡，200多人受到严重的放射性辐射，成为人类利用核能史上的一大悲剧。
事故发生后，国际上召开了不少会议，评估切尔诺贝利事故的后果。最具权威性的是1996年4月在维也纳由国际原子能机构、世界卫生组织和欧洲委员会联合举办的“国际切尔诺贝利事故10年大会”。大会报告认为，这起事故共造成30人死亡，其中28人死于过量的辐射照射，另外2人死于爆炸。其长期的健康效应，根据10年的观察，除儿童甲状腺癌发生率增加外，迄今尚未观察到可归因于这起事故的其他任何恶性肿瘤发病率的增加和由该事故引起的遗传效应。关于切尔诺贝利事故的环境后果，大会报告的结论是，这起事故后的头几个星期内，核电站厂址周围10公里内的针叶树和某些小哺乳动物，曾接受到致死的辐射剂量。到1986年秋天，辐射剂量率已降到最初的1%。1989年这些地方的自然环境开始恢复。没有观察到对生态系统造成严重的或持久的影响。
那么引起切尔诺贝利事故的具体技术原因是什么呢？核能专家认为，切尔诺贝利事故发生的主要原因是该核电站所采用的核反应堆存在严重的设计缺陷。运行人员执行的实验程序考虑不周和违反操作规程也是导致这次事故的原因。但追溯其根本原因应归于原苏联核电站主管部门安全意识淡漠，因为这种堆型的上述设计缺陷早已为人所知，但未引起重视。
切尔诺贝利核电站事故在核电发展历史上是一次非常严重的事故，尽管它的发生有其特殊的原因，但它给核电蒙上的阴影，至今还没有消除。对这起事故的后果进行实事求是的估价，对产生事故的原因进行认真分析，从中吸取教训，核电将会得到更加稳步的发展。事实上，从1986年以来，国际上加强了核安全领域的合作与交流，各国进一步完善核安全法规和标准，改进核电站的设备和系统，完善运行规程和各种运行文件，重视人员培训，加强安全教育，核电站的安全水平进一步提高。与此同时，各国加强了核安全监管部门的地位和作用，进一步强化核安全监督，核电的安全性和良好运行记录必将为更多的人们所了解。
资料来源：http://www.gmw.com.cn/0_shsb/2001/03/20010302/GB
第四节 光污染一、光污染及其来源光是人类不可缺少的，但是，过强、过滥、变化无常的光，也会对人体造成干扰和伤害。光污染是指光辐射过量而对生活、生产环境以及人体健康产生的不良影响。它主要来源于人类生存环境中日光、灯光以及各种反射、折射光源造成的各种过量和不协调的光辐射。一般光污染可分成三类，即白亮污染、人工白昼污染和彩光污染。
白亮污染 现代城市中，宾馆、饭店、歌舞厅、写字楼等建筑物常使用玻璃、釉面砖、铝合金、磨光大理石等来装饰外墙，在太阳光的强烈照射下，这些装饰材料的反射光线明晃白亮、眩眼夺目，反射强度比一般的绿地、森林和深色装饰材料大10倍左右，大大超过了人体所能承受的范围，使人宛如生活在镜子世界中，分不清东南西北。
人工白昼污染 夜幕降临后，商场、酒店上的广告灯、霓虹灯闪烁夺目，令人眼花缭乱。有些强光束甚至直冲云霄，使得夜晚如同白天一样。
彩光污染 舞厅、夜总会安装的黑光灯、旋转灯、荧光灯以及闪烁的彩色光源构成了彩光污染。
另外，核爆炸、电焊、熔炉等发出的强光，以及一些专用仪器设备产生的紫外线也会造成严重的光污染。
二、光污染的危害
人体在光污染中首先受害的是直接接触光源的眼睛和皮肤。
专家研究发现，长时间在白色光亮污染环境下工作和生活的人，视网膜和虹膜都会受到程度不同的损害，视力急剧下降，白内障的发病率高达45％；还会导致头昏心烦，甚至失眠、食欲下降、情绪低落、身体乏力等类似神经衰弱的症状。夏天，玻璃幕墙强烈的反射光进入附近居民楼房内，增加了室内温度，影响正常的生活。有些玻璃幕墙是半圆形的，反射光汇聚还容易引起火灾。烈日下驾车行驶的司机会出其不意地遭到玻璃幕墙反射光的突然袭击，眼睛受到强烈刺激，很容易诱发车祸。
过度的城市夜景照明将危及正常的天文观测。人工白昼污染使人夜晚难以入睡，扰乱人体正常的生物钟，导致白天工作效率低下。而且，人工白昼污染还会伤害鸟类和昆虫，强光可能破坏昆虫在夜间的正常繁殖过程。
据测定，黑光灯所产生的紫外线强度大大高于太阳光中的紫外线，且对人体有害影响持续时间长。人如果长期接受这种照射，可诱发流鼻血、脱牙、白内障，甚至导致白血病和其他癌变。彩色光源让人眼花缭乱，不仅对眼睛不利，而且干扰大脑中枢神经，使人感到头晕目眩，出现恶心呕吐、失眠等症状。科学家最新研究表明，彩光污染不仅有损人的生理功能，还会影响心理健康。
阅读材料光污染侵袭深圳人作为深圳地方标志建筑的深圳发展银行大厦却因为它的光彩夺目而成为市民投诉的对象。记者从环保局信访办了解到，在美丽装饰背后的光污染正在悄悄地逼近现在的都市人，市民已有意识投诉光污染。
光污染有碍司机视觉 墙体外部采用玻璃钢是目前城市建筑流行的一种新时尚，然而专家说，它们造成的光热污染不可忽视。深圳市环保局法规处的毛博士分析，光污染对建筑物周边环境、交通乃至整个城市都会带来影响。金碧辉煌的玻璃幕墙在烈日的照射下仿佛一个巨大的探照灯，影响周边居民的生活，而在交通繁忙地段的建筑物的强烈反光又会有碍司机的视觉。光彩照人的建筑物群虽然让城市更加现代繁华，却将热量反射到四周，加剧城市热导现象。与此同时，这些美丽的装饰所带来的光污染也正在悄悄地危害着人们的健康。记者从市民中了解到，有市民在骑自行车外出时，突然发觉眼前一亮，一束强光让她差点摔倒，原来是一辆汽车的水银玻璃惹的祸，光污染已经在悄无声息地影响市民的日常生活。
光污染使人们不见星空 流光溢彩的深圳夜景曾使众多的游人流连忘返。然而，光污染也正伴随着夜间眩目的灯光开始蔓延。据美国最新调查研究显示，夜晚的华灯造成的光污染已使全世界上1/5的人对银河视而不见，约有2/3的人生活在光污染里。
光污染加剧热导现象 豪华气派的高层建筑所造成的光污染不仅是个环保问题，也在对城市的气候产生潜移默化的影响。记者从深圳市气象台了解到，因为城市热导现象的加剧，深圳的年平均气温十年来提高了整整两度，相当于把整个城市南移了300公里。而形成被戏称为“人造火山”现象的“元凶”之一就是作为“反光镜”的玻璃建筑物。大面积的建筑物玻璃墙由于反照太阳光，使之辐射到周围地区，导致辐射区气温升高，造成光热污染。
控制玻璃围墙面积数量 据了解，随着高层建筑物的光污染问题日益凸现，为抵制光污染，许多城市都有所行动，新加坡、上海等城市都曾出台相关条例对建城区内玻璃围墙的面积和数量进行限制。
资料来源：http://tech.enorth.com.cn/kxsh/dzkj/000149823.html，作者：刘影
三、光污染的控制光污染很难像其他环境污染那样通过分解、转化和稀释等方式消除或减轻，因此，其防治应以预防为主。
第一，加强城市规划与管理，以减少光污染的来源。尽量让这些玻璃幕墙建筑远离交通路口、繁华地段和住宅区。我国已经针对城市玻璃幕墙起草了一个法规，它对玻璃幕墙的使用范围、设计和制作安装都有严格统一的技术标准。人们已普遍开始注意预防可能产生的光污染。北京市1999年否决玻璃幕墙设计方案就有30余起，上海和南京等城市也对高层建筑的设计施工提出限制，防止产生新的光污染。
第二，对有红外线和紫外线污染的场所采取必要的安全防护措施。
第三，采用个人防护措施，主要是戴防护眼镜和防护面罩。光污染的防护镜有反射型防护镜、吸收型防护镜、反射-吸收型防护镜、爆炸型防护镜、光化学反应型防护镜、光电型防护镜、变色微晶玻璃型防护镜等类型。
第五节 热污染热污染，是指日益现代化的工农业生产和人类生活中排放出的废热所造成的环境污染。
一、热污染的类型
（一）水体热污染火力发电厂、核电站、钢铁厂的循环冷却系统排出的热水以及石油、化工、铸造、造纸等工业排出的主要废水中均含有大量废热，排入地表水体后，导致地表水温度急剧升高，就造成了水体热污染。
（二）大气热污染随着人口的增长、耗能量的增加，被排入大气的热量日益增多。近一个世纪以来，地球大气中的二氧化碳不断增加，使得温室效应加剧，全球气候变暖，大量冰川积雪融化，海水水位上升，一些原本十分炎热的城市，也变得更热。其中，人们最为关注的是城市的热岛效应。表6-6为我国温带热岛强度与城市规模和人口密度的关系。
表6-6 我国温带热岛强度与城市规模和人口密度的关系城市名
气 候 区 域
城区面积/km2
城区人口/万人
人口密度/（人·km-2）
城乡年均温差/℃
北 京
南温带亚湿润气候区
87.8
239.4
27254
2.0
沈 阳
中温带亚湿润气候区
164.0
240.8
14680
1.5
西 安
中温带亚湿润气候区
81.0
130.0
16000
1.5
兰 州
中温带亚干旱气候区
164.0
89.6
5463
1.0
注：来源于朱瑞兆等，中国不同区域城市热岛研究，1993，184页
阅读资料：城市热岛效应在人口高度密集、工业集中的城市区域，由人类活动排放的大量热量与其他自然条件的共同作用致使城区气温普遍高于周围郊区的气温，人们把这种现象称为“人造火山”。高温的城市处于低温郊区的包围之中，如同汪洋大海中的一个个小岛，因此也称之为“城市热岛”现象。城市热岛现象早在十八世纪初首先在英国伦敦市发现。城市热岛强度表现为夜间大于白天，日落以后城郊温差迅速增大，日出以后又明显减小。此后，随着世界各地城市的发展和人口的稠密化，热岛效应变得日益突出。我国观测到的“热岛效应”最大的城市是上海和北京；世界最大的城市“热岛”，要数加拿大的温哥华与德国的柏林。城市热岛效应是人类活动对城市区域气候影响中最典型的特征之一。
城市热岛效应主要是由以下几种因素综合形成：
一,城市建筑物和铺砌水泥地面的道路多半导热性好，受热传热快。白天，在太阳的辐射下，结构面很快升温，而变烫的路面、墙壁、屋顶把高温很快传给大气；日落后，加热的地面、建筑物仍缓慢地向市区空气中播散热量，使得气温升高。高楼林立，绿地锐减，也是造成气候岛的原因。
二、人口高度密集、工业集中，燃烧的工业锅炉及冷气、采暖等固定热源，机动车辆、人群等流动热源大量释放城市废热。
三、高耸入云的建筑物造成近地表风速小且通风不良。
四、人类活动释放的废气排入大气，改变了城市上空的大气组成，使其吸收太阳辐射的能力及对地面长波辐射的吸收力增强。城市热岛效应与城市规模、人口密度以及气象条件有关，一般几百万人口的大城市年平均温度比周围农村约高0.5-1.0℃。
由以上因素的综合效应形成的城市热岛强度与城市规模、人口密度以及气象条件有关。一般百万人口的大城市年平均温度比周围农村约高0.5-1.0℃。如在我国的上海，每年35℃以上的高温天数要比郊区多5-10天以上。城市上空形成的这种热岛现象还会给一些城市和地区带来异常的天气现象，如暴雨、飓风、酷热、暖冬等。
总的来说，城市热岛是利少弊多。其影响主要有：
一、城市热岛的存在，使城区冬季缩短，霜雪减少，有时甚至发生郊外降雪而城内降雨的情况(如上海1996年1月17-18日)。因此，城市热岛会使城区冬季中取暖能耗减少。
二、夏季，热岛效应在中、低纬度城市造成的高温，不仅使人的工作效率降低，而且造成中暑和死亡人数的增加。例如，美国圣路易斯市1966年7月9-14日，最高气温38.1℃-41.1℃，比热浪前后高出5.0℃-7.5℃。此时城区死亡人数由原来正常情况的35人／日陡增到152人／日。1980年7月热浪再袭圣路易斯市和堪萨斯市，两市商业区死亡率分别增高57%和64%，而附近郊区只增加约10%。
三、在“热岛效应”的影响下，城市上空的云、雾会增加，城市的风、降水等也会发生变化。例如2000年上海市区汛期雨量平均比远郊多50mm以上，相当于多下了一场暴雨。而城市雾气是由工业、生活排放的各种污染物形成的酸雾、油雾、烟雾、光化学雾等混合而成的，它的增加不仅危害动植物，还会妨碍水陆交通和供电。严重时，汽车、火车、轮船只好减速，甚至影响到飞机的起落。这就是“热岛效应”带来的城市“雨岛效应”、“雾岛效应”。
四、愈是工业集中、人口密度大的城市，其“热岛效应”愈明显。在更加炎热的夏天里，人们都想降温消暑，而夏天降低1℃要比冬天升高l℃的用电量大得多。有人研究了美国洛杉矶市，指出几十年来其城乡温差增加了2.8℃，全市因空调降温多耗10亿瓦电能，每小时约合15万美元。据此推算全美国夏季因热岛效应每小时多耗空调电费数达百万美元之巨。所以，“热岛效应”会使城市耗电及用水量大增，从而耗掉大量能源，造成更多的废热，进一步地加强“热岛效应”及其他气候效应，导致恶性循环。
五、产生热岛效应的城市市区温度高，热空气上升，周围地区的冷空气向市区汇流补充，结果把郊区工厂的烟尘和由市区扩散到郊区的污染物重又聚集到市区上空，久久不能消散。此外，夏季高温还会加重城市供水紧张，火灾多发，以及加剧光化学烟雾灾害等等。
随着人们对城市热岛效应了解的加深，很多人都认识到除了节能之外，在城市中多种植灌木、林木营造“城市绿岛”，是改善城市“热岛效应”的有效办法。
资料来源：①http://www.kepu.com.cn/weather/pollution/plt017.html
②http://www.bjkp.gov.cn/gkjqy/hjkx/k10733-05.htm
③http://www.chinah.com/recommendation/htmlfile/200010111443001.html
二、热污染的危害水体热污染的危害 水体热污染首当其冲的受害者是水生物，由于水体温度升高，水中的溶解氧减少，水体处于缺氧状态，大量厌氧菌滋生，有机物腐败严重。同时水温升高使得水生生物代谢率增高从而需要更多的氧，造成一些水生生物在热效力作用下发育受阻或死亡，从而影响环境和生态平衡。此外，河水水温上升给一些致病微生物造成一个人工温床、使它们得以滋生、泛滥，引起疾病流行，危害人类健康。1965年澳大利亚曾流行过一种脑膜炎，后经科学家证实，其祸根是一种变形原由，由于发电厂排出的热水使河水温度增高，这种变形原由在温水中大量孳生，造成水源污染而引起了这次脑膜炎的流行。
大气热污染的危害 大气热污染除了导致海水热膨胀和极冰融化，使海平面上升，加快生物物种灭绝外，还对人体健康构成危害，降低了人体的正常免疫功能，包括：致病病毒或细菌对抗生素越来越强的耐热性，以及生态系统的变化降低了肌体对疾病的抵抗力，从而加剧了各种传染病的流行。热污染导致空气温度升高，为蚊子、苍蝇、蟑螂、跳蚤以及病原体、微生物等，提供了最佳的孳生条件及传播机制，形成一种新的“互感连锁反应”，造成以疟疾、登革热、血吸虫病、恙虫病、流脑等病的流行。特别是以蚊虫为媒介的传染病激增。
三、热污染控制造成热污染最根本的原因是能源未能被最有效、最合理地利用。随着现代工业的发展和人口的不断增长，环境热污染将日趋严重。然而，人们尚未有用一个量值来规定其污染程度，这表明人们并未对热污染有足够重视。为此，科学家呼吁应尽快制订环境热污染的控制标准，采取行之有效的措施防治热污染。总的说来，尽可能减少以煤为主的矿、植物燃料，努力开发利用天然气和沼气资源，对废热进行综合利用，发展温排水冷却技术，大力植树种草，搞好城市绿化工作，努力减少二氧化碳排放，减少温室效应，对有效防治热污染会起到一定作用。
第七章 生物环境地球上所有的生物构成整个地球生命支持系统，提供人类生存和发展第一节 生物多样性
一、生物多样性添加与前面多样性的联系
（一）生物多样性的定义生物多样性（Biodiversity或Biological diversity）是生物及其与环境形成的生态复合体以及与此相关的各种生态过程的总和。它包括数以万计的植物、动物、微生物和它们所拥有的基因以及它们与其生存环境形成的复杂的生态系统，它是生命系统的基本特征。
生物多样性是一个内涵十分广泛的重要概念，包括多个层次或水平，目前探讨比较多的主要有遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性四个层次。
遗传多样性(Genetic diversity)主要是指种内不同种群之间和同一种群内不同个体的遗传变异的总和，发生在分子和基因水平，又称基因多样性，是物种多样性和生态系统多样性的基础。
物种多样性(Species diversity)是指物种水平的生物多样性。一是指一定区域内物种的总和的，二是指生态学方面的物种分布的均匀程度。
生态系统多样性（Ecosystem diversity）是指生物圈内生境、生物群落和生态过程的多样化以及生态系统内生境、生物群落和生态过程变化的多样性。
景观多样性(Landscape diversity)是指由不同类型的景观要素或生态系统构成的景观在空间结构、功能机制和时间动态方面的多样化或变异性。
亦有人提出，人类文化多样性包括语言、宗教信仰、艺术、社会结构等人类社会特征的多样性，也是生物多样性的一部分。如同生物多样性一样，人类文化的一些特征表现出人们在特殊环境下生存的策略，有助于人们适应不断变化的外界条件。
生物多样性有许多指标来定量地表征，最简单的是物种丰度（species richness），是指群落中发现物种的数目，用于物种水平的多样性。Whittaker（1972）根据这些多样性指数的运用目的和范畴将它们分为三类：(多样性指数、(多样性指数和(多样性指数。(多样性指数用以测度群落内的物种多样性，与物种丰度概念接近；(多样性指数用以测度群落的物种多样性沿着环境梯度变化的速率；(多样性指数则是一定区域内总的物种多样性的度量。
（二）生物多样性的分布生物多样性并不是均匀地分布于世界，物种最丰富的自然环境在热带雨林、珊瑚礁、热带湖泊及深海区，热带雨林中种类最多的生物类群是昆虫纲。热带雨林生物种类极其丰富（7％的面积拥有世界一半以上的物种），群落结构复杂，能流与物质流的速率很高，是陆地生态系统中生产力最高的类型。
生物多样性在各国之间分布不均衡，全球12个“生物多样性大国”(墨西哥、哥伦比亚、巴西、秘鲁、厄瓜多尔、赞比亚、扎伊尔（刚果（金））、马达加斯加、印度尼西亚、马来西亚、印度、中国、澳大利亚)，这些国家拥有全世界60-70％的生物多样性。从全球范围看，南北两极生物多样性最少，热带集中大部分生物种类。物种丰富度与地形、气候及局部环境的复杂性等有关。海拔升高，太阳辐射降低，降雨量减少，物种丰富度随之减少。复杂地形使不同群体交流受阻，导致新物种形成。
（三）生物多样性的价值生物多样性提供了地球生命的基础，包括人类生存的基础。生物资源的价值包括比较容易觉察的人们直接收获或使用的产品—直接价值，以及难以直接衡量的间接价值（包括生态价值，社会价值等）。
生物多样性的直接价值体现在提供食物、药物、多种工业原料和科学研究等，按照非生产性消费和进入市场的可以分为消耗使用价值和生产使用价值。人类消耗的食物，目前都是来自植物的，人类90％的食物来源于100个物种，仅小麦、水稻和玉米三个物种就提供70%以上的粮食。发展中国家有80％的人口依靠传统的药物进行治疗，发达国家有40％的药物来源于自然资源或依靠从大自然发现的化合物进行化学合成。此外生物多样性还为人类提供多种多样的工业原料，如木材、纤维、橡胶等，甚至煤、原油、天然气也都是由森林储藏了几百万年前的太阳能所供给。遗传多样性是改良生物品质的源泉，许多优良作物、畜禽品种来源于野生种群。许多生物是科学研究的实验材料，在动物学、进化学、生态学、遗传学、现代医学、仿生学等学科领域里发挥着重要作用。
生物多样性的间接价值体现在环境作用、生态价值等方面，通常不被考虑进入国家经济的宏观指标（如GDP,国民收入）之中，但是其价值往往大于直接价值。全球生态系统所提供的服务估计为每年平均为33万亿美元超过全球国民生产总值（18万亿美元／年）(孙儒泳，生物多样性，人类赖以生存的基础，科学时报，1999-10-23)。根据有关部门的估计，我国生物多样性价值初步统计为：直接使用价值达2000亿美元／年，间接使用价值达4万亿美元／年。
生物间接价值主要体现在生态价值上：
1、地球上生态系统的初级生产力，主要都是依靠植物通过光合作用固定太阳能使光能通过绿色植物进入食物链，为所有物种包括人类提供生命维持系统。
2、生物多样性对于维持生态系统平衡具有重要意义。物种之间通过食物链的关系起到互相依存、互相牵制的作用，一旦食物链的某一环节出现问题，整个生态系统的平衡就会受到严重影响。
3、促进土壤发育，保护水土资源。发育良好的植被，枝叶和落到地面的枯枝落叶遮挡雨水对土壤的冲刷，其根系起到涵养水源的作用，可以调节洪水和干旱的冲击。
4、调节气候。在全球范围内，植物吸收二氧化碳，植被减少是全球变暖的原因之一（有争议）；在地区层次上，植物蒸腾作用使水循环到大气中，再以雨的形式返回地面，植被丧失导致地区降雨量减少；在局域层次上，树木降低地表温度，提高人们舒适感，减少空调使用。
5、某些生物对污染物质有抗性，可以吸收和分解污染物，另一些生物对污染物敏感因而对环境污染具有指示意义。吸收分解污染物质，净化环境。
6、良好、多样的自然景观有利于人类身心健康，提供良好的生活和娱乐环境。
备择价值：许多物种的价值现在还不清楚，但是具有在未来某个时候为人类社会提供经济利益的潜能，为人类适应自然变化提供了选择的机会。随着技术革新和需求改变，一些未开发的生物成为药物、生物防治、农作物、畜禽改良的重要资源。
存在价值：对于大多数宗教、哲学和文化的价值体系都有对保护物种的认同，支持保护那些即使对人类没有明显经济价值的物种。伦理考虑：西方80年代发展的“深生态学”，强调自然界的多样性具有自身的内在价值，与人类的需求无关，并反对以人类为中心的价值观（强调只有对人类有益才有价值），任何自然物种都有生存权利。
二、人类活动对生物多样性的影响
（一）生物多样性的威胁地球上的物种多样性在目前的地质时期达到了前所未有的丰富度，同时物种灭绝速度也是历史上最快的。目前陆地环境净初级生产力有40％被人类以各种方式用掉或浪费掉（占全球总初级生产力25％）。导致生物多样性衰落。一方面，由于经济发展和生活水平提高，导致对生物资源的需求一直在增加，加之对生物资源的低效率和不合理利用，许多生物资源濒临枯竭；另一方面，由于人口增长，人类所需的生存空间越来越大，加之工农业和城市不合理发展，对自然环境造成很大破坏，许多生物的生存空间丧失或遭到破坏。
世界生物多样性面临的威胁
自1600年以来,由于人类对大自然无节制地索取和破坏,地球上的生物物种灭绝率大为加快，以鸟、兽两类为例，1600—1700年间大约每十年灭绝一种，850-1950年间大约每两年灭绝一种，1600年以来的物种灭绝被古生物学家称为地质史上的第六次大灭绝,目前，地球上约每小时就有一种生物灭绝，每年有1.75万种生物消失，物种灭绝速率是自然灭绝速度的1000倍，比形成速度快100万倍。据哈佛大学的生物学家E 0 Wilson 估计最少每年有5万种无脊推动物，每天几乎有140种由于热带雨林破坏而灭绝。由于毁林每年至少有1种鸟和哺乳动物或植物被灭绝（Ryan 1992）。世界生物多样性丧失现象正在加剧,种内变种和整个自然生态系统的消失速度比物种灭绝速度更快(Brown 1992)。全球热带森林在80年代初每年毁林1140万公顷，据卫星图象及实地调查，80年代未每年毁林上升到1700-2000万公顷（世界银行，1992）。热带雨林比原有面积减少了一半，世界上温带森林1/3已被砍伐，温带雨林已成为濒危生态系统。
参考资料：陈灵芝，生物多样性研究的原理与方法 第二章生物多样性保护现状及其对策 生物多样性委员会中国科学技术出版社出版生物多样性丧失可以发生多个层次上，最严重的问题是物种灭绝。生物群落可能退化及减少分布面积，但只要全部原生种尚存，群落仍有恢复的可能，同样，物种的遗传多样性可能因个体数量减少而下降，但它可通过突变、重组和自然选择而恢复其遗传多样性。但是如果物种灭绝，包括在其DNA分子中独有的遗传信息和特有的性状组合将永远消失。
灭绝是指一个个体、种群或物种从一个给定的生境或生物区系消失的过程。如果一个物种仅有的个体在圈养或其它人类控制的条件下存活，称为野外灭绝；如果一个物种虽然存在，但其数量已经减少到其对同一群落中其它物种的影响可以忽略到不计的地步，称为生态灭绝。
环境条件的改变对于物种影响是不相同的，有些物种易于受到环境的影响趋于灭绝，另一些则不敏感。导致物种在人类活动下易于灭绝的特性有：地理分布区狭窄、只有少数种群、种群规模小、需要较大的生活空间、体型大、个体增长速率低（K对策生物）、不能有效扩散、很少遗传变异、需要特殊生态位、具有极高经济价值等。
（二）生境破坏或破碎生境（生物体或生物种群自然分布的地方或地点）破坏和破碎是生物多样性的主要威胁。全球各类生态系统遭到严重破坏,使很多生物失去栖息地。拥有全球50％物种的栖息地的热带雨林比原有面积减少一半,大部分国家的森林均成破碎化,被退化土地所围绕,损害了森林维持野生生物种群生存和重要生态过程的能力。
森林超量砍伐、过度放牧、围湖造田、草原和沼泽开垦等人类行为，引起生境破坏甚至严重退化，许多生物因此完全或部分丧失了栖息地，导致某些地方种群消失或规模缩小；如果丧失的太大以致不能使物种保持其延续所需要的最小种群，则该物种将逐渐灭绝，直接导致物种、遗传多样性减少。
生境破碎化往往由一些人类活动如毁林开荒、修建铁路、公路、油管导致，使得一个大面积连续的生境，变成很多总面积较小的小斑块，斑块之间通常被退化的景观所隔离。包围着生境破碎的景观，对原有生境的物种并不适合，物种不易扩散，残存的斑块可以看作“生境的岛屿”。
（A） (B)
800米
图7－3 一个显示生境面积怎样由于破碎而减少以及边缘效应的假设例子
（A）一个1Km2的保护区，假定边缘效应发生在进入保护区100m的范围内，大约64Km2的面积适于筑巢性的鸟类生存。(B)道路和铁路对生境进行了均分，虽然道路本身只占较少的面积（2×1000米＝2万公顷，占总面积2％），由于扩大边缘效应的影响，因此几乎一半的营巢生境被破坏。(引自保护生物学基础68页Richard Primack 季维智主编)
破碎化使得生境有单位面积的生境中有更长的边界线以及各个斑块中心距边缘更近(见图7－3)，这两个特征极大影响了生物多样性。
破碎化限制了生物活动范围，碎片面积可能小于物种所需的最小巢区或领域面积。生境破碎化导致小种群的产生，小种群间的隔离使得物种的迁移和散布能力降低,许多不同生活周期中依靠不同生境的生物移动受到障碍。其次，小种群带来的阿利氏效应（当种群密度低于某一域值时，交配的成功率降低），也促使种群的灭绝。再者，小种群内遗传变异性缺乏、近亲繁殖、遗传漂变等也会影响种群的存活力。此外，小种群对于捕食、竞争、疾病等变化导致的环境波动容易灭绝。
破碎化导致了边缘效应。生境破碎显著增加了边缘与内部生境的相关性，一些重要因子如光照、温度、湿度和风力有更大的波动性，使得一些对环境敏感的生物灭绝，内部耐阴植物逐渐被来自林缘的不耐阴的种类代替，异质性的消失导致一些需要几种栖息地类型才能生存的物种灭绝。另外，由于外来物种容易在森林边缘建立种群，破碎化加速了外来物种入侵。也有学者（王如松等，1985；Alvares et al.,1988等）认为，边缘效应对生物多样性的有正负两方面的影响。
破碎化还导致了次生灭绝，即扰乱群落内很多重要的生态学相互作用，包括捕食者－被捕食者、寄生生物－寄主、植物－传粉者的关系以及互惠共生，这些关系的破坏将导致物种灭绝。
（三）生物资源过度开发许多生物资源对人类有直接经济价值，随着人口增加和贸易的扩大，人类对这类生物资源需求增大。人类的过度开发威胁大约三分之一的濒危、易危和稀有脊椎动物，是导致生物多样性威胁的第二位因素。
人类对生物资源过度利用一般是指过度获取生活燃料，过度渔猎、过度采伐等。人口增加，特别是穷困人口增加往往增加对生物资源的获取；一旦某种生物经济价值具有较大经济价值，更是加速了它的过度开发。中国的藏羚羊、小黄鱼、甘草等资源由于其巨大的经济价值，导致了滥捕滥猎和滥采滥挖，分布面积和种群数量大大减少。
生物资源的过度开发，超过生物本身的更新能力，不仅导致该种生物资源的枯竭，还对整个生态系统造成巨大破坏。一种生物大量减少，打破原有食物链，许多以这种生物为食的生物大量减少，一些这些被生物捕食的生物大量增加，导致生态失衡。过度开发往往导致生态环境恶化，我国西北地区对甘草、发菜、麻黄草的滥采滥挖，一方面采掘这些植物失去重要的固沙屏障，另一方面，野蛮的采掘方式使得当地生态遭受浩劫，本来就很脆弱的生态严重恶化。
（四）外来物种引入许多物种的地理分布范围被主要的环境和气候屏障所限制而难以散布，导致演化出各种独特的生物区系，创造了世界生物多样性。随着人类活动范围扩大，人类在世界范围通过各种途径传送物种，作为农牧作物、观赏动植物的引入，意外的传送（如运输工具等）等促进外来物种的迁移。新的环境往往不同于外来物种原来的生境，绝大部分外来物种不能在被引入的地区生存。中国在内蒙古呼伦贝尔大草原上引种美国紫花苜蓿，由于外部气候环境不适应，大面积死亡。
科学的外来物种引入可以丰富本地物种多样性，培育优良物种，促进人类发展和生态保护。人类的食物许多原产地都很局限，小麦、玉米、花生、甘薯等作物原产地都不在中国，这些物种的引进丰富我们的餐桌。美国加州70％的树木、荷兰市场上40％的花卉、德国的1000多种植物都来自我国。澳大利亚是世界养牛王国，而澳洲本地的蜣螂只会清除袋鼠的粪便，由此而造成大量牛粪堆积如山，既毁坏了大批草地，又滋生了大量带菌的苍蝇，传染疾病，从中国引进蜣螂，补充生态系统中腐食者的地位，维持了草原生态平衡。
但是也有些外来物种适应当地环境条件，在新的环境中没有天敌（捕食者、有害物和寄生虫），其种群密度能迅速增大并蔓延成灾，与本地物种竞争养分、水分、生存空间等；也可能捕食当地物种，直至它们灭绝，或者改变生境以至许多当地物种不能生存；有的外来物种能够作为病原体使当地物种染病，使疾病在种群中传播和流行，最后导致被感染物种灭绝，严重威胁到本地的生态系统的结构和功能，导致生物多样性的丧失和生境的丧失，被称为外来物种入侵。欧洲移民带到澳大利亚的12只野兔，由于没有天敌，曾一度繁殖达到6亿只之多，威胁到其它草原生物生存。
外来物种对生态系统的破坏和生物多样性的威胁是长期的、持久的，要彻底根除极为困难。即使某一外来种停止传入一个生态系统，已传入的该物种个体因逃脱了原有天敌的控制仍将大肆繁殖和扩散，对其控制和清除往往十分困难，而由于外来物种的排斥、竞争导致灭绝的本地特有物种则是不可恢复的。外来物种入侵破坏经过长期自然选择和相互作用后形成的生态平衡，一个物种无论是灭绝或过量繁殖，都会危及与它相关的几十种物种的生存，进而造成生态平衡失调。
案例 外来物种入侵对水生生态系统及生物多样性的危害
外来物种对水生生物多样性的影响主要表现在引进鱼类对土著鱼类的影响。云南大多数湖泊原有的鱼类区系均以地方性土著鱼占主要地位，自50年代以来，为提高渔业产量，云南先后在一些湖泊中引进4大家鱼等品种，连同无意带进的小杂鱼，总数不下17种，由于引进鱼种对土著鱼类的排挤和抑制，至60年代末，土著鱼类的种类和种群数量都急剧减少，如洱海原以大理裂腹鱼和特产鲤鱼为主，现几乎全被外来种所代替，滇池原产鱼类25种，如今只剩2种，滇池的鱼类区系基本上被长江中下游湖泊鱼类区系所代替。
引进外来鱼种通常是为了提高某一水域的鱼产量，但是它往往会给土著种带来致命打击：
其一是土著种与引进种直接的生存竞争及排挤作用，其中以银鱼的影响最大。自80年代后云南陆续在几大高原湖泊如滇池、洱海、抚仙湖、泸沽湖等引进银鱼，进一步加剧了云南土著鱼灭绝的速度，以至于有“太湖银鱼‘吃绝’云南土著鱼”的说法。银鱼生长期短，繁殖力极强，短短几年就变成了各大高原湖泊里的最大种群。银鱼以捕食浮游动物为主，而浮游生物是许多云南土著鱼幼鱼的主要食物，大量浮游生物被银鱼所食，土著鱼幼鱼就只能饿死。另外，银鱼的成熟个体只有4～5厘米长，渔民捕捞银鱼须用细格子大网和丝网，这就势必将生活于同一水域的土著鱼幼鱼一网打尽。银鱼的放养导致抚仙湖的珍稀鱼种鱼康浪鱼在短短的七八年间，就从繁盛走向濒临灭绝，1995年，洱海地区采取保护措施后，著名的洱海弓鱼、春鲤、大眼鲤、大理鲤等土著鱼种群已呈上升趋势，但随后引进银鱼，这些土著鱼种群急剧减少，目前基本绝迹。
其二是土著种必须抵御由引种而带进的小杂鱼的侵害。这些小杂鱼个体小，生长周期短，繁殖力强，适应性强，不但消耗大量的饵料，与经济鱼类争夺食饵，并且在土著鱼繁殖期，进入产卵场大量吞食鱼卵，致使这些鱼类的数量下降。在泸沽湖生活有3种特有的裂腹鱼，由于引进草鱼时误引了麦穗鱼，这种鱼在湖内形成优势种，大量吞食裂腹鱼卵，使这3种特有经济鱼类濒于灭绝。
其三是草食性鱼类过度放养导致水草衰减甚至绝迹及由此诱发的一系列次生性灭绝。水草不仅是许多周丛生物及螺类等的生存基础，还是许多鱼类产卵、摄食和栖息的场所，水草的存在是整个水生群落多样性增加的基础。水草的消失不仅导致许多鱼类产卵、摄食和栖息场所的破坏，同时使底栖生物和浮游生物的生物多样性明显下降。滇池自1957年开始放养草鱼后，水生植被的种类和数量大幅度减少，一些种类如海菜花、轮藻等相继灭绝，水生植被资源的减少导致依附于水草的大型浮游动物、螺类等资源也随之下降，鱼类也丢了产卵和索饵的好场所，土著鱼类迅速减少。滇池水生生物多样性的丧失与草鱼放养过度有很在关系。
参考资料：云南生物多样性的保护与外来物种防治，中国环境报2001-9-3第4版
（五）环境污染污染对物种的直接毒害作用，使生物丧失生存和繁衍能力；污染引起生物数量减少，导致小种群引起的遗传多样性的丧失；污染使得对特定污染物敏感的种群个体消失，耐污种数量上升；污染破坏生境，威胁生物生存。
人类活动产生的环境污染使一部分生物直接致死或使一些生物繁殖力下降、生长速度减慢等。有些污染物导致生态系统中某些生物骤增骤减，生物多样性下降。水体富营养化能使少数几种有害藻类的种群数量大增，其它多种藻类生长受到抑制，种群数量下降甚至消失。由于水体透光度下降，高等水生植物不能正常进行光合作用，逐渐消失。继而导致水体严重缺氧，大量鱼类死亡。富营养化水体除了一些有害藻类和耐污无脊椎动物外，其它物种或种群数量极度下降或消失，水体生物多样性降到最低。
空气污染中酸雨污染，降低土壤、水体的PH值。土壤的酸化使许多植物的根不能正常生长或者种子不能正常萌发，种群数量下降；PH值下降还会使有毒金属铝淋溶出来而严重伤害许多植物根系；营养元素如钙、镁、锰等淋溶丢失，造成土壤肥力下降，影响植物矿质来源。在水生生态系统中，水体酸度升高，许多鱼类死亡、失去繁殖能力，同时PH值较低的条件下，水体中可溶性有毒重金属的浓度上升，许多水生生物因此死亡。
（六）农业和林业的品种单一化在农业上为了达到更高的收获量，大面积推广种植、养殖单一的高产、优质品种。据世界粮农组织估计，过去约有1万种植物可供人类食用和种植，而现在种植的不到120种植物却是人们90%的口粮。动植物品种的改良一般仅限于少数农作物和畜禽，且性状单一，遗传基础较狭窄，其大面积推广，直接削弱了遗传多样性。如印度尼西亚在过去15年内已有1500个水稻地方品种消失了，有3/4的水稻来自单一母本后代。此外，地方品种的缩小，导致近亲繁殖，其基因多样性进一步枯竭。
随着作物种类数量降低，与之相应的固氮细菌、菌根、捕食生物、传粉和种子传播的生物以及一些在传统农业系统中通过几世纪共同进化的物种消失了。农业、林业的品种高度一致性对病虫害的爆发和其他灾害的发生缺乏抵御能力，在遭受某种灾害和病虫害侵袭时可能会有颗粒不收或大片森林毁灭的生态风险。林业上为了高产往往毁去物种丰富的林地，种植单一树种，如热带森林常常转变为咖啡、油棕、橡胶等种植园，使各类生物失去原有栖息地。
三、生物多样性的可持续利用与保护
实现可持续发展要求把生物多样性保护与发展结合起来，既要保护生物多样性和生态系统的功能，又要满足经济发展和生活水平提高对生物资源的需要。
（一）生物多样性的可持续利用在政府各管理部门之间，特别是利用生物资源利用和管理部门（林业、渔业、农业、医药、旅游等），建立起协调、制约机制。最大限度地保护现有天然生物资源，减少对天然生物资源的开发。严格控制对具有特殊意义的关键区域中生物多样性的利用，如生物多样性保护的关键地区、重要湿地、原始森林等。严格控制对野生濒危和珍稀物种的利用，鼓励对经济物种进行科学的人工种植、养殖，减少对野生资源的需求。
根据地区的自然环境条件、生物资源状况和结构、自然生产能力的最大极限等，合理确定控制采伐、载畜、捕捞量以及开发方式。加强生物资源集约经营，不断提高生产量。重视保护区周围土地合理经营，以及在保护区的实验区中探索当地生物多样性持续利用的实验，并推广成功的经验。发展生态农业，高产集约化的农业生产活动是农作物的遗传多样性受到很大损失，并且容易遭受病虫害侵袭，同时，由于机耕、灌溉、农药、化肥的大量使用，是农田景观生物多样性和土壤生物物种多样性受到很大损失。对土地进行合理的轮作、间套种，并适时休耕。发展生态旅游，结合导游宣传生物多样性保护知识，增加保护区经济效益同时，提高群众生物保护意识。
（二）生物多样性的保护生物多样性的保护不仅是保护濒危物种，还要保护物种的基因、生境的多样性。不仅仅是建立保护区，而且要从制度、技术上给予支撑。
1、生物多样性保护的意识培养和法律保障加强对公众宣传，根据各国国情以及当地实际，在各个层次、运用多种手段开展生物多样性的意识教育，正确认识生物多样性的价值，提高公众、特别是政府决策者对生物多样性的意识。完善国家立法和国际协议。由于物种经常会穿越国界迁移，生物产品的国际贸易会导致为满足需求而过度利用物种，生物多样性保护使得全世界受益，许多威胁物种和生态系统的问题是国际范围的（如过度捕鱼、全球气候变化等）这四个特性，生物多样性保护要特别加强国际间的合作。目前国际间协议有联合国《生物多样性公约》、生物圈保护计划、《世界文化和自然遗产保护公约》、《濒危野生动植物种国际贸易公约》（CITES，1973a），《野生动物迁徙物种保护公约》（1979a）等，还有一些政府间的双边协议。
2、生物多样性监测和保护规划对种群、群落和生态系统进行长期动态监测，了解物种与环境之间的生物学关系，生物多样性现状、变化、威胁现状原因、分辨种群长期的走向以及变动的原因，为管理者和决策者在保护生物多样性，制定与生物多样性相关政策是提供必要的信息。
常用的生物监测有种群编目、种群调查、种口研究。种群编目是对种群的现有个体数量作一个简单的计数，连续、定期重复进行种群工作可以确定种群数量变化的趋势。种群调查包括使用可重复的抽样方法估计群落中某一物种的种群密度。种口研究是通过跟踪种群的已知个体确定出生率、繁殖率和存活率，提供种群年龄结构的信息。
种群生存力分析（population viability analysis）：采用综合分析与模拟技术预测环境变化、产生后代的性别与数量、自然灾害的程度、遗传漂变等因素对种群在一定时间内的存活状况及持续进化的潜力的影响。通过分析，可以找出对种群生存力影响最大的因素，进而有针对性地采取保护与管理措施，降低小种群灭绝的危险，促进种群恢复。
保护工作的重点通常放在那些数量正在下降和濒临灭绝的物种。比较已有的保护区和保护区间的生物多样性优先度，找出生物多样性保护的缺口，制定保护区建设规划。
3、就地保护就地保护是指保护生态系统和自然生境以及维持和恢复物种在其自然环境中有生存力的种群。保护生物多样性首先保护生物生存环境，就地保护是生物多样性保护的最佳方式，通常是采取保护区的形式。优势在于把生态系统作为生境来保护，可以维持生态系统所能提供的生态过程，如物质循环、保持水土、消除污染、气候调节等，并保护了物种在原生环境下的生存能力和种内遗传变异度，是对生态系统、物种和遗传多样性三个水平上的最充分、最有效的保护。此外，对生态系统的适宜管理可以提供持续的收入，如林产品、旅游等。
保护区的建设通常要考虑选择地点的标准，保护区的合理数量，满足保护目标的大小，最佳形状，边界的划分和缓冲带建立，建立走廊的必要性和可能性，以及如何管理保护区。
保护区地点的选择通常是一个能代表尽可能多的生境、生物群落类型的地区，优先选择有代表性的生物物种或生态系统类型，生物多样性程度高的地点，具有稀有种和濒危种的地点，保护基因、物种和生境以及各种对人类具有重要性的生态过程。一个国家自然保护区建设应把主要的生态系统类型都包括在内，全球范围内应对生物多样性保护的“热点地区”（拥有较高的生物多样性、特有种，面临物种灭绝危险或生境丧失的危险）加强保护。全球12个热带热点地区仅占全球陆地面积的0.2％，包含了14％的全球植物物种，南部非洲拥有23,200种植物，其中80％是特有种（Myers）。
对于濒危物种，理想的保护尽可能在大的区域保护生境，但是往往是不现实的，因此需要确定保护区的面积多大，应根据特定保护物种确定最小保护区域。首先，估计最小生存种群（MVP）——任何生境中的任一物种的隔离种群，即在可预见的种群数量、环境、遗传变异和自然灾害等因素影响下，都有99％的可能性存活1000年（Shaffer，1981）。然后，根据要保护的个体和群体的类型，确定维持最小生存种群的最小生境的量——最小动态区（MDA）。
保护区的建设还必须考虑如何分布、形状如何等。保护区的规划考虑减少边缘和片断化效应，形状的选择尽量为边缘与面积比最小的，保护区内部避免由于道路、围栏等人为活动造成的片断化，尽可能将小型保护区整合成大型保护区。在互相隔离的保护区之间建立生境走廊（带状的保护区），使植物和动物在保护区之间散布，保持保护区之间的基因流动。
保护区布置通常要考虑到人类需求与生物保护之间的冲突，保护区按功能不同分为核心区、缓冲区和实验区。核心区的原生生态系统和物种保存最好的区域，应严格保护，禁止任何狩猎与砍伐，但可用于生态系统基本规律的研究。缓冲区位于核心区的周围，防止对核心区的影响和破坏，可用于实验性和生产性的科学研究。实验区又称过渡区，位于缓冲区周围，除了保护部分原生或次生生态系统外，主要用于可持续发展及其它实验研究，可以发展一定规模的种植、养殖和生态旅游。
自然保护区的数量毕竟有限，世界上有超过90％的土地在保护区之外，保护区外的就地保护必须加强。某些濒危物种、特殊生态系统类型、栽培和家养动物的亲缘种不一定都生活在保护区内，有些可以设立保护点。建立缓冲区或野生动物通道，使片断化的原生生境之间能够以某种方式联系。防治环境污染和生态破坏，保护生物赖以生存的环境。禁止开垦草地、湿地，禁止采伐天然林，保护片断化的天然植被，以及采取有利多样性保护的经营方式等。
4、迁地保护长期保护生物多样性的最佳策略就地保护，但是面临日益增长的人类干扰，生物原来所处自然环境遭到破坏，许多物种的保护不能在原地进行，此时只有迁到原先自然环境之外，采取在人类管理下的人工环境中维持个体的生存（Conway，1980等），这种策略是迁地保护。迁地保护主要方式是建立动物园、植物园及各种引种繁殖设施，广义的迁地保护包括物种收集和种质贮存（离体保存）两种类型。物种收集包括动物园、植物园、水族馆的建设和管理、野外采集标本、野生物种繁殖培育计划，种质贮存包括植物种子和花粉库、动物精子和胚胎库、微生物培养和组织培养、种质基因文库等方式。
迁地保护有一些优点：迁地保护种群的个体可以被周期性地释放回野外加强就地保护工作；对圈养种群的研究能够增加对物种的基础生物学的了解，并能为就地保护的种群提出新的保护策略；迁地繁殖的个体可供展览与研究的需要，减少或避免从野外收集个体；展览中的圈养繁殖个体能教育公众保护物种的意识。但是与就地保护相比，也存在许多不足：迁地保护的花费通常相当大，远远高于就地保护；迁地保护种群规模小；可能发生人为控制条件下的适应性变异，不再适应野外生存；迁地保护种群可能会遗漏某些特异遗传变异的危险；迁地种群有时过于集中，有遭突发事件毁灭的危险。
5、新种群的建立通过建立珍稀、濒危物种新的野外种群和半野外种群，以及增加现在种群的数量，拯救濒危物种。目前，主要有三种基本方法。一、再引种计划，在原先的环境中重建一个新的种群，典型的有美国黄石公园的狼再引种计划，中国在野外已经灭绝的麋鹿、野马通过再引种数量已有一定程度的恢复。二、增强项目，释放野生或圈养繁殖的个体进入现有种群，扩大现有种群大小和基因库。三、引入方法，当物种历史范围以内的环境恶化到一定程度，即该物种无法在此生存或者当导致种群衰落的因素仍然存在时，致使再引种已不可能，此时有必要将其迁到新的地点，新地点选择要考虑该物种的引入不会破坏新的生态系统和当地濒危物种。
6、受损生态系统的恢复由于人类过度资源开发和土地不合理利用等，一些天然生态系统都存在不同程度的退化，如荒漠化、盐碱化、水土流失等，特别是那些严重退化的生态系统很难在自然状态下恢复，必须通过人类有意识地改造，以重建一个确定的、本土的、历史的生态系统。人为干预措施可以分为三种基本途径：复原、重建和替换。复原是指通过重新引入原有动植物的方法恢复受损地点原来的种类组成和群落结构。重建是指受损生态系统部分功能和部分原有物种得到恢复。替换是指用另一种有生产力的生态系统代替严重受损或退化的生态系统。复原是生态系统恢复的最好结果，但是受损生态系统完全恢复到原先的状况是相当困难的，往往退而求其次采取后两种方法。
第三节 生物安全
一、生物技术应用现状
生物技术是指任何为了特定的用途而利用生物系统、活的有机体或其衍生物来制造或改进产品或工艺过程的技术应用。早在石器时代后期，我们的祖先就掌握了酒精发酵技术，公元前200年，我国人民就掌握制造酱油、酿醋，用厌氧菌浸渍亚麻。螺祖教民养蚕治丝，即是生物技术在纺织工业上的应用。
在本世纪上半叶，人类能脱离生物的自然繁殖过程，利用直接的方法改变生物的遗传物质。从20世纪70年代起的30a间，从Berg P利用内切酶把两个不同属的DNA重组到一起，到1997年克隆羊“多莉”的诞生，以重组DNA技术为核心的现代生物技术突飞猛进以及商品产业化快速发展，渗透到各行各业，在医药、农业、食品、环保、轻工等关系到国计民生的重要领域所起的作用越来越大，有的已经取代了一些行业原有的技术和工艺，并获得了巨大的商业利益。现代生物技术包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大技术体系，其中基因工程是现代生物技术的标志性尖端技术。
现代生物技术广泛应用于形成了生物技术产业，形成了药品、农产品生产开发和环境治理的产业，其发展和应用为解决全人类的粮食短缺、医药、环境以及能源问题，带来了美好的前景。通过应用现代生物技术，对农作物、畜禽品种和水产品的遗传基因进行修饰，可使其品种改良、产量增加、品质提高、抗性增强；医药方面，大量基因工程药物投入市场，基因治疗进入临床阶段，提高人类对疾病的防治能力；环境方面，生物技术制造出的生物转化系统可以高效净化环境污染。
转基因生物（GMO,genetically modified organism）技术
所谓转基因，就是以人为的方法改变物种的基因排列，通常涉及将某种生物的某个功能基因，从一连串的基因中分离，再植入另一种生物体内。例如，科学家看中了北极一种鱼类的基因，认为它有防冷冻的作用，就将其分离抽出，再植入番茄之内，制成新品种的耐寒番茄。转基因技术的好处显而易见，一个品种的特性按人们的意愿发生了变化，更适应环境，具有抗耐性，极大地满足了人们的某些需要，丰富了生物的多样性。在农业上，主要是利用基因工程培育高产、优质、抗病虫害、抗逆（干旱、寒冷、高盐等）的作物品种。医药方面，还可用转基因植物作为生物反应器，生产某些新型药物或特殊化合物。
1983年，世界第一株转基因植物诞生于美国圣路易斯。1993年美国授予第一个转基因作物专利。1995年第一个转基因食品——番茄在美国进入超市。1996年全球许多国家开始把转基因作物进入商品化生产。据国际有关组织测算：从1996年至2000年的５年间，全球转基因农作物种植面积增长了25倍，2000年转基因农作物的种植总面积有4420万公顷。种植转基因作物的国家数量亦翻了一倍多，已有13个国家允许播种转基因作物。美国转基因作物播种面积最多，占全球这类作物播种面积的63%，阿根廷次之，占23%。美国60％以上的加工食品含有转基因成分，90％以上的大豆、50％以上的玉米、小麦是转基因的。在转基因作物品种中，大豆占一半有多，其次是玉米和棉花。除了几十种植物，改良大马哈鱼、罗非鱼、鳟鱼和比目鱼也将在美国进入市场。它们从鱼卵长至成鱼只需１至１年半，比常规鱼缩短一半生长期。
转基因技术广泛应用，也引起许多科学家和环境保护组织的担忧。传统生物技术只是种间进行杂交，转基因可以使人、动物、植物、微生物进行人为的相互转移，人类直接干预自然界的进化过程。人们应充分认识潜在危害的严重性，避免人类自己造成新的无法弥补的环境生态灾难。
来源：http://www.zhb.gov.cn/index1.htm，略有综合
二、生物技术对环境改善作用
（一）应用于环境污染的生物技术生物技术正在不断应用于环境，与工程技术相结合，形成了环境生物技术。环境生物技术，广义上讲利用生物体，生物的代谢反应过程和生物合成产物对环境进行监测、评估、以及整治和修复有关的单一或综合性的现代化手段。
1、污染治理生物技术作为一项有效的环境污染治理措施，其在水体污染的治理、污染土壤的修复、固体废弃物处置以及气态污染物的净化处理方面都得到了广泛的应用。在污染的处理过程中，传统的物理或化学处理方法常伴随二次污染，且运行费用高、处理问题单一。而微生物对各类污染物均有较强、较快的适应性、并可将其作为代谢底物降解和转化。因此，生物处理具有效果好、运行费用低、无二次污染等优势。
污染的生物治理主要利用微生物降解包括一些生物蓄积机制，
应用于污染治理的生物技术可以分为高中低三个层次。高层次是指以基因工程为主导的近代污染生物技术，应用基因工程构建高效降解杀虫剂、除草剂以及多环芳烃类化合物等污染物的基因工程菌，创造抗污染型转基因植物等均属于这个范畴。中层次包括传统的治理方法如活性污泥法和生物膜法，及其在新的理论和技术背景下强化的技术与工艺等。低层次主要是指氧化塘，人工湿地，生态工程以及厌氧发酵等处理技术。
微生物对各类污染物均有较强、较快的适应能力,在环境污染的治理中发挥着独特的作用。从种类繁多,数量惊人的微生物中,利用基因工程技术，筛选到人们所需要的微生物菌株以及领按照人们的意愿构建新的具有特殊本的遗传工程微生物高效菌、超级菌,比自然菌效力强、速度快、作用范围广,从而在治理环境污染的过程中,实现对污染物的减量化、无害化、资源化。
阅读资料：生物修复（Bioremediation）
土壤、地下水和海洋中的污染用传统的污染治理方法费用巨大且难以消除，可以利用土著的、引入的生物（主要是微生物、植物）在人为控制下消除或富集有毒有害污染物，降解成二氧化碳、水或其它无害物质，称为生物修复。
生物修复技术被划分为原位生物修复(In situ bioremediation)和异位生物修复(Ex-situ bioremediation)两种。所谓原位生物修复是指对受污染的介质(土壤、水体)不作搬运或输送而在原受污染的地区进行的生物修复处理。其修复过程主要依赖于被污染地自身微生物的自然降解能力和人为创造的合适降解条件。异位生物修复是指将被污染介质(土壤、水体)搬动或输送到它处进行的生物修复处理，常常借助于生物反应器。但这里的搬动和输送是低限度的，而且更强调人为控制和创造更加优化的降解环境。与化学、物理处理方法相比，生物修复技术具有下列的优点：污染物在原地被降解清除；就地处理，操作简便，对周围环境干扰少；费用节省，仅为传统化学、物理修复花费的30％-50％；人类直接暴露在这些污染物下的机会减少，遗留问题少；修复时间较短等。
土壤有机污染的生物修复。原位处理法是污染土壤不经搅动、在原位和易残留部位之间进行原位处理。进入土壤饱和带污染物，采取添加营养物、供氧和接种特异工程菌等措施提高土壤的生物降解能力。就地处理法是将废物作为一种泥浆用于土壤和经灌溉、施肥及加石灰处理过的场地,以保持营养、水分和最佳pH。生物反应器法，污染土壤用水调成泥浆装入生物反应器内,控制一些重要的微生物降解条件,提高处理效果，是污染土壤生物修复的最佳技术,它能满足污染物生物降解所需的最适宜条件,获得最佳的处理效果。
土壤重金属污染的生物修复。通过生物作用改变重金属在土壤中的化学形态,使重金属固定或解毒,降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性。通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定作用。筛选合适的微生物菌株，如能产生特殊的酶类(如还原酶、裂解酶等)以降解重金属的微生物菌株;对重金属具有较强亲和力的菌株;对重金属具有更强的吸附及富集能力的菌株等。选育重金属耐性植物，此种植物在富含重金属的环境中仍能正常生长、繁殖，通过在污染的耕地种植这类植物,利用其对重金属的吸收、富积和耐性除去重金属（也有人将其归为植物修复）。
污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量,激发微生物的活性,由此可以改善土壤的生态结构,这将有助于土壤的固定,遏制风蚀、水蚀等作用,防止水土流失。
生物修复还广泛应用于海洋污染、地下水污染的生物修复。海洋上原油及有毒化学品泄露造成的污染，加入基因工程技术构建的具有高效降解能力的菌株，可以在原位低成本消除污染。此外，人们发现对几大类农药(如:有机氯、有机磷、有机汞、除草剂等)都存在着降解菌，利用基因工程手段筛选或诱发微生物突变株、构建高效降解菌是减轻、消除农药污染的发展方向。
参考资料,生物修复技术研究进展 张甲耀 李静 应用与环境生物学报 1996.2有综合
2.生物监测（biological monitoring）
利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应阐明环境污染状况，从生物学角度为环境质量的监测和评价提供依据。指示生物（indicator organism）对环境中的某些物质（包括污染物）能产生各种反应或信息而被用来监测和评价环境质量的现状和变化的生物。
大气污染监测（1）利用指示植物监测大气污染，根据各种植物在大气污染作出定性和定量的判断（2）测定植物体内污染物的含量，估测大气污染状况。（3）观察植物的生理生化反应，如酶系统的变化、发芽率的降低等，对大气污染的长期效应作出判断。（4）测定树木的生长量和年轮等，估测大气污染的现状和历史。（5）利用某些敏感植物（如地衣、苔藓等）制成大气污染植物监测器，进行定点观测。
水体污染监测（1）指示生物监测，利用指示生物在水体中的出现或消失,数量的多少来监测水质。如利用污水生物系统可以对某个河段受污染程度和自净程度作出初步判断。（2）水生生物群落结构的变化监测，利用水生生物群落结构的变化来监测水质,生物指数和生物多样性指数便属于这种方法。（3）水生生物受到污染物毒害所产生的生理机能变化,测试水质污染状况。
（二）环境友好的生物技术
1、减少农用化学品用量农业生产过程中大量使用农药、化肥、除草剂等化学品，严重污染水体、大气和土壤，并通过食物链进入人体，危害人群健康。生物技术的使用给农业带来了曙光，在有效杀灭害虫、增产的同时保护环境。
传统上农业采用化学农药杀灭害虫，化学农药的长期使用，一些害虫已经产生很强的抗药性，并导致害虫的天敌被大量杀灭，致使一些害虫十分猖獗，同时造成严重的污染。发展生物防治，利用生态系统中各种生物之间相互依存、相互制约的生态学现象和某些生物学特性，以防治危害农业、仓储、建筑物和人群健康的防治措施。方法主要有：利用天敌（捕食性生物、寄生性生物、病原微生物）防治；利用作物对病虫害的抗性；耕作防治(改变农业环境，如种植不同的植物)、不育昆虫防治（培育大量不育有害昆虫释放于野外与野生害虫交配使其后代失去繁殖能力）和遗传防治（改变有害昆虫基因，使其后代繁殖力减弱）。
生物农药开发和应用，利用生物工程技术，直接利用从自然界有益生物中获取的具有杀虫、防病的生物活性物质，将病虫害的“微生物天敌”筛选出来，培养加工成一般农药的形式，用以对付病虫害。这些微生物天敌包括细菌、真菌、病毒和原生动物等。传统农药是以杀死有害生物个体达到防止防治目的，生物农药通过影响有害生物的行为或生长发育达到防止目的。(1)安全性高且无公害。人体直接摄入这类产品不产生危害，且可对其分解利用．这类物质进入生物圈后，极易被阳光或环境微生物分解、因而不产生公害。(2)生物活性高。使用剂量大都在5～100克/公顷之间,这同以前每公顷几千克的用量相比对环境的影响减少了许多。(3)选择性强。对于非靶生物影响小，不伤害害虫天敌，害虫难以产生抗药性,保护了生物多样性。
另外，通过基因工程培育抗虫、抗病或耐除草剂植物，将抗性基因转入植物，有效防治虫害或病害，也可以减少农药的使用。苏云金杆菌（Bt）是一种产生杀虫毒素的微生物，作为微生物农药用于病虫害防治，通过基因工程将Bt的杀虫毒素基因转移到农作物中，培育出转基因抗虫作物。但是，也有人担心转基因抗虫作物使害虫抗性增加，产生恶性循环。
世界农业的单位面积产量不断增加，氮肥的使用是一个重要的因素，但是氮肥的生产（合成氨）需要消耗很多的能源，并且其生产以及使用过程释放到环境中，严重污染环境，造成富营养化等污染问题。空气中氮气含量接近80％，但是这种这种形式的氮不能为植物利用。自然界中与豆科植物共生的根瘤菌可以把大气中的氮还原为被植物吸收利用的氨，通过基因工程技术，发展含有高效固氮基因的转基因固氮菌释放到田间，减少氮肥使用，节约能源和保护环境。
2、绿色生产理想的绿色技术是采用无毒、无害的原科、催化剂和溶剂，高选择性的反应，极少副产品，甚至达到‘原于经济’100％选择性，实现零排放；同时绿色反应也要求有一定转化率，达到技术上经济合理。发展绿色科技离不开生物技术的应用。
生物化工利用生物活动或模拟生物活动，在一些反应过程中采用高效、无污染的生物酶制剂或其它生物制剂代替化学催化剂，提高反应效率，并且可以在常温下进行，节省能源消耗，合成化学品具有条件温和、转化率高以及可以合成手性化合物及高分子（应用于制药领域）的优点，同时减少催化剂的使用和副产品对环境的压力。
生物降解材料用生物制品取代一切可以取代的化学药物、人工合成物等，生物技术的产物或副产物，原则上都是可以较快生物降解的，并且都可以作为一种营养资源加以利用，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度。
据统计全世界年产合成高分子材料达1亿多吨，其中80％为塑料。这些高分子化合物在自然界很难分解，成为人类 微生物发酵合成高分子材料，产品可以被微生物分解，不再长期滞留于环境。
其它应用于绿色生产的生物技术也不断出现。基因工程构建的彩色棉花，使棉花天然生长出各种颜色，省去化学染色过程，减少印染工业对环境的污染，并且对人体无害；生物采矿技术；无污染低能耗的清洁工艺如制浆造纸工业中的生物制浆技术；酶法助漂技术等。
3、解决能源危机和能源使用产生的污染作为目前主要能源的化石燃料将随着人类发展逐渐消耗殆尽，生物技术发展新能源成为一条替代途径。
化石能的生物加工生物加工将使化石能产生新用途。煤炭储量足够全世界再使用200一300年。但因煤炭为固体燃料，使用不便且易造成环境污染。应用生物技术对传统煤炭进行改造，减少煤中的含硫量，把煤转化为液体燃料或气体燃料，提高燃烧效率，减少污染排放。
生物质转换工艺生物质（Biomasss）包括动物、植物及其衍生物。生物质本身就是可以直接燃烧的能源,木材是我们祖先最早使用的能源。
每年所有植物形成的生物量可折合1000亿吨石油，相当于世界总能耗的50倍。通过植物和微生物生产新的环境安全的替代能源是解决能源问题的—个方向。利用遗传基因改善植物生长速度及品质，发展富含碳氢化合物的能源植物，从中提取燃料油。估计到2010年，美国利用石油植物提供机动车燃料的18％。
再生能源生物工艺，利用生物工程技术,选择或构建能够对畜禽粪便进行有效发酵分解的微生物(乳酸菌、酵母菌等),能够利用分解过程中产生的有害物质(氨气、硫化氢等)及其他分解产物进行再合成的微生物组成高效微生物群,通过这种微生物群对畜禽粪便进行一系列处理来生产有机肥料。植物纤维素、畜禽粪便通过微生物发酵还可以生产沼气,其主要成分是甲烷,可用作燃料或化工原料。运用基因技术培育出一种酵母，可把秸秆、废纸的纤维素降解为葡萄糖，继而转变为酒精。生物质能的气化、液化、等等都离不开生物技术。
4、消除潜在污染源的技术，
石油、煤炭的生物脱硫脱氮技术。微生物浮选脱硫是利用遗传工程技术获得高效的“脱硫工程茵”的一种洁净煤技术(clean coal technolgy，CCT)，它是靠微生物迅速粘附在黄铁矿表面上。由于微生物的亲水性．因此在煤的浮选过程中．黄铁矿不能附着在空气泡上，从而适宜于从煤中分离黄铁矿，同时灰分也沉底，所以具有脱去灰分的长处，减少煤炭燃烧过程产生的烟尘和二氧化硫污染。
全球由于二氧化碳引起的温室效应日益严重，人们在研究减排二氧化碳的同时，也在积极研究利用微生物固定大气中的二氧化碳,以降低石油燃烧引起大气中二氧化碳量升高及其引起的环境问题。
5、废弃物的资源化固体废弃物资源化、减量化、无害化，离不开生物技术。以农业废弃物的治理为例，我国每年约有5－6亿吨农作物秸秆、4000万吨糟渣以及大量的畜禽和轻工业下脚料有待处理，一方面，作为一直废弃物处置不当造成了严重的污染问题，如秸秆燃烧、畜禽粪便污染等，另一方面，合理利用这些资源可以制造出能源和资源。（能源在此不再赘述）
农林废弃物中以植物纤维素的量最大(农作物秸秆、糠麸、饼粕等),利用纤维素酶可以将其转化为葡萄糖,后者通过微生物发酵可以产生醇、酸等工业基础原料。利用纤维素、醇等作为原料可以生产单细胞蛋白(ＳＣＰ),它可以作为动物蛋白的替代品以补充人们对蛋白质食物的需求,还可以用于食品添加剂来改善食品的风味。此外,单细胞蛋白还是很好的饲料,尤其适于水产养殖的需要。
废弃物的堆肥化是将要堆腐的有机物料与填充料按一定比例混合，在合适的水份、通气条件下，使微生物繁殖并降解有机质，从而产生高温，杀死其中的病原菌及杂草种子，使有机物达到稳定化。
农膜的白色污染，农用塑料薄膜多由聚乙烯化合物和增塑剂组成,有毒且很难被降解。利用生物工程技术分离筛选能够降解农膜的优势微生物、构建高效降解菌,还可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物(如:根瘤菌)中,使两者同时发挥各自的作用,使农膜迅速降解。当然，今后农膜的发展方向是使用易于降解的材料。植物纤维素在微生物的作用下,能够产生可用于制造农膜的原料。这种农膜易被降解,符合未来农膜的发展方向。
6、生物多样性保护减少对野生生物资源需求据统计,发展中国家人民的80%的药物是来自野生动植物，而且许多生物还属于濒危动植物。应用基因工程制造药物，减少了对野生生物资源的需求，保护了大量的生物资源。例如,糖尿病是一种常见病,过去胰岛素的生产依靠从动物胰脏中提取,产量有限,供不应求。用基因工程方法只要用价值低廉的培养液就可生产出从数十万头动物胰脏中提取的胰岛素,大大节约了动物资源。类似制取的还有人生长激素、促红细胞生成素、组织纤维溶酶原激活因子等20多种蛋白类药物。另外,细胞和组织培养技术也为提供药源开辟了新途径。目前,癌症、艾滋病和疯牛病的基因药物治疗正在研究中。
生物多样性迁地保护上的应用
濒危生物迁地保护研究主要在于繁殖、饲养、栽培和把人工繁殖体重新放回它们原来生境的再引种(reintroduction)等方面。人工授精、胚胎移植等促进濒危生物的野外繁育，“克隆羊”、“克隆猴”无性繁殖（克隆）技术的成功,可为濒危动物的种质保存和转基因动物扩群提供重要的途径。另外，生物技术的发展提出保护濒危生物的新思路，不是保护生物个体，而是保存种质基因资源和建立各类种质基因文库(genelibrary)。一个分离的生物基因DNA,加上适当的调控元件之后可以在另一种生物中表达。这样,人们可以在低温条件下的试管中保存具有特殊意义的各种DNA,以保存生物遗传多样性和培养转基因生物。采用基因文库保存DNA比保存活生物、活组织更容易。
生物技术还应用于解决外来种入侵、生物多样性的调查、快速扩大濒危物种的种群等生物多样性保护工作中。目前全世界物种数至少在3000万种以上，但是由于许多物种形态学上相似等原因，已经定名的仅有150万种左右。通过获取大量物种的核酸序列信息，对DNA碱基对差异的研究，可以在监测遗传多样性上发挥作用。
6、改造环境培育抗盐碱、抗干旱、抗水涝、抗冻、抗紫外线和重金属盐的抗逆境植物，改造生态退化的自然生态系统。
三、生物技术对环境潜在危害
生物技术特别是以转基因工程为代表的现代生物技术，对环境和人体健康的潜在危害日益被人们关注。需要强调的是这种危害是潜在的，因为没有确切、统一的证据表明这种危害发生。
基因工程将已知功能的遗传物质插人生物基因组织中，在理论上对转基因生物的遗传特性及表型应该可以更精确的预测，在应用上应该更加安全。但生物技术改变了自然造物的方式,按照人类的意志来创造和改变物种,基因可以是动物、植物、微生物之间的相互转移，甚至是将人工合成的基因片段转入生物体内，创造出前所未有的新的性状、新产品甚至新物种，而这种变革是建立在人类对自然界一知半解基础上的，有可能对环境和人体健康造成不可预测的威胁。
以转基因工程为例，人类过去一直是通过作物和畜、禽的自发变异，或通过杂交产生的变异进行不断的选择，渐渐获得对人类有益性状的新品种。传统农业生物通过染色体重组所发生的基因交换仅仅发生在同一物种不同品种之间或极相近的物种之间，基本上仍然按生物自身许可的规律进行。基因工程相对于传统生物技术在相对短得多的时间内，植入了某些特定性状有关的基因，以获得预期的新性状。打破了物种原有的屏障，这个过程在自然状态下是几乎不可能发生的。
1.对生态环境和生物多样性的威胁和影响转基因活生物体的试验、田间释放和商业化生产很可能对环境、人类健康和生物多样性产生不利的影响。在构建基因工程菌的过程中,目的基因、载体系统或菌种等一旦泄漏到环境中,它们的致病性、抗药性、抗虫性等可能给生态环境带来意想不到的负面效应。生物技术的应用往往要引入新的或高密度生物群体，这对受纳系统的生态平衡可能产生影响，其中有一部分是负面的。生物技术采取相对机械化的工程技术创造或改变复杂的物种,产生单一化的优势生物种群，可能破坏生态系统的结构和功能，给生物多样性和生态环境造成无法弥补的生态灾难。
人工组合的基因通过转基因作物或家养动物扩散到其他栽培作物或自然野生物种并成为后者基因的一部分，移入的新基因在环境中会产生基因水平或垂直漂移(即在属间或属内基因交换)，在环境生物学上则称为"基因污染"。这些外来的基因可随被基因污染的生物的繁殖而得到增殖，再随被污染生物的传播而发生扩散。
例如，基因植物的花粉有可能通过风、水、昆虫或者其它动物等各种途径向周围的环境传播,从而使花粉所携带的转移基因会在非控制的情况下通过有性生殖过程等途径转移到其它作物或者野生植物中并成为后者基因的一部分。
形成超级杂草、病毒基因工程植物导入外源的基因，而导入植物的外源基因大部分是为了增强抗病虫害或抗恶劣环境的特性而优选出来的,这些基因可能被田间杂草所获得,其生存能力将会得到极大的提高。这将可能使得一些天然植物和已经处于劣势的濒危植物，因竞争对手生存能力的增强而加速灭绝,从而将会对自然界的生态平衡产生破坏作用。
但也有一些试验结果表明，除极少数情况外，大多数转基因微生物与其非转基因的亲本微生物（受体微生物）在自然环境中的存活、定殖和竞争能力基本上是一致的，并不具有特殊的生态竞争优势，甚至在相当多的试验条件下，转基因微生物的生存竞争能力还比非转基因微生物的生存竞争能力还比非转基因微生物弱。英国帝国理工大学的生态学家迈克尔·克劳利等人经过一项长达10年的试验发现，一些抗杀虫剂、抗虫害的转基因农作物在野生状态下的生存能力并不比普通农作物更强。
自然界的不少作物的野生近缘种由于自然的制约，目前并不以杂草的形式存在于自然界。但是一旦某一个转基因作物通过花粉的传播，把转基因作物的花粉引入野生近缘种，使这种近缘种能抵抗原有生态系统中制约因素，大量繁殖而变成杂草。比如美国野葫芦在自然中受病毒制约，不会大量繁殖，但是如果与抗病毒的植物杂交，就有可能变成杂草。
转基因作物本身可能转变成杂草。对一个生态系统来说，转基因生物的本身就是一种外来种。自然生物受捕食或寄生等限制因子影响维持相对平衡，转基因生物不受这种影响，通过竞争和干扰，也可能使某种野生种消失，导致生物多样性减少，甚至对整个生态系统造成破坏。
另外，转基因作物中的病毒可能与其它病毒的遗传物质结合，存在产生超级病毒的潜在威胁。这种新的病毒再侵入到其它植物中，造成难以控制的危害。
对生物链的破坏抗虫、抗病和抗除草剂类转基因植物，除对害虫产生毒害而使其死亡外，对环境中的许多有益生物也产生直接或间接的影响。一方面，抗虫作物不可持续而不可控制地产生大剂量病毒蛋白，能大规模地消灭害虫，可能造成以这些害虫为生的天敌昆虫和鸟类数量急剧下降；另一方面，直接对害虫天敌以及授粉昆虫产生影响甚至使其致死，导致生态失衡。
还有研究发现，基因工程Ｂｔ杀虫作物产生的Ｂｔ毒蛋白可以从作物根部渗漏到土壤或随作物的叶子落入土壤，结合在粘土颗粒和腐植酸上，其毒性至少可保留７个月。这对土壤和水体中的无脊椎动物具有危害性。所以，有人提出现代农业生态系统的新概念并非是消灭害虫，而是将其降到不成灾害的水平。Ｂｔ毒蛋白通过食物链的转移，对农业生态系统平衡的维持和实施传统的生物防治是一种严重干扰。
阅读材料,正反两方面的证据美国康乃尔大学昆虫学家罗西（Losey）等1999年在“自然”刊物上发表文章指出他们在实验室水平上实验证明转基因抗虫玉米（也称Bt玉米）的花粉伤害美国公众喜爱的一种蝴蝶——大斑蝶幼虫。这报道发表不久后美国依屋华大学的昆虫学家在网上公布了类似实验室的大田实验结果。但2000年6月5日美国依利诺大学研究者发表在美国科学院院报上的文章则得出完全相反的结果，题目就是“在大田条件下，Bt花粉对black swallowtails（一种蝴蝶）无毒性。得到相反的结果也是正常的，说明我们还需要在各种不同条件下做更多的实验，从而对此问题加以确证。
在我国，科学家也曾对转基因生物的影响作过研究。夏敬源等1999年在棉花学报上发表文章，对种植的转基因抗虫棉进行监测。得到的结果是正反效果都有，在反效果方面报道有转基因抗虫棉对优势寄生性天敌有严重的危害。
引自：生物技术的潜在威胁 钱迎倩,中国环境报》2000年9月5日
天然物种基因污染一些基因工程生物具有极强的繁殖力，或向外界释放大量的生殖配子，而其周围自然环境也存在许多有性繁殖相容性的野生种和近缘种，这些野生物种很容易受到基因工程同类物种转基因的污染。位于墨西哥偏远南部山区的从未种植过转基因玉米的奥斯科萨卡地区，离它最近的转基因玉米生产地也在100公里之外，然而人们最近却在一些野生玉米中发现了经过重组的遗传基因。
物种多样性有潜在的价值，许多优良的农作物、畜禽都是从野外物种中选择和培育而成的。转基因农作物、畜禽大量推广，由于许多转基因作物导入抗性基因，环境适应性强，如果不加控制任意由转基因生物传入自然环境中，可能取代天然物种。
另外农业生物技术的使用，农业上优良物种开发和大面积推广，使得农作物和畜禽在遗传特性上越来越趋向一致,不仅导致生物多样性的减少，还将导致极大的生态风险——很容易遭受病虫或其它灾害的危害。农作物在遗传特性上越来越趋向一致,由于同样的作物总是趋于消费相同结构的土壤肥力成分，还将加速土地的退化。
2.对人体健康的威胁和影响：
最早关于转基因食品安全性的怀疑起始于英国。1998年8月，英国罗伊特研究所普斯陶教授他宣布，用一种转基因土豆喂大鼠，结果发现大鼠器官生长异常，免疫系统遭到破坏，警告人们关注未充分证明其安全性就已推广的转基因食品。虽然后来英国皇家学会的分析认为普斯陶的实验从设计、执行到分析，多方面都有缺陷，不应过早得出结论。
转基因农作物、畜禽，直接作用于人体，生物技术在使用或产品消费时，引起的接触安全和食品安全，基因食品对人体健康的影响成为人们争论的焦点。目前，关注的主要有致病性、抗药性和食品安全性。
动物的致病性主要是指其感染并致人和动物发病的能力，包括毒性、致癌、致畸、致突变、过敏性等。有些转基因生物含有过敏源等，作为食品进入人体，可能使人出现某些毒理作用和过敏反应，国外已有儿童饮用转基因大豆豆浆产生过敏反应的报道。另外，转入的生长激素类基因有可能对人体生长发育产生重大影响。
转基因食品所含的基因对人体基因不会直接造成危害，因为在外源基因经过胃肠道酶和细胞内酶等的作用被分解或排出体外。但是在转基因实验中使用的抗生素标记基因，如果进入人体，可能使人体对很多抗生素产生抗性。另外，转基因微生物或其质粒上携带的抗药性基因有可能通过基因转移而使其它致病性微生物获得该基因。不过，至今还没有报道含有抗生素抗性基因的基因工程食品能使人体致病菌产生抗性的确切证据。
另外，一些科学家担心，基因工程被用来研制最新型的细菌武器,将抗生素抗性基因导入现在还不知道含有这种抗性的细胞中去,将有可能解除我们对付某些传染病的有效性,如果这类细菌再在人群中扩散,势必给人类带来极大的不幸。
3.总结对待转基因生物的观点，宗教界从伦理上对转基因产品提出反对。转基因产品是否危害人类健康或破坏生态平衡，仍是科学界争论的焦点。除了上面所述的对转基因生物的反对观点，也有许多科学家持相反观点。
培育出世界第一批转基因植物的毕齐、发现DNA双螺旋结构的沃森、被誉为"绿色革命之父"的诺贝尔奖得主伯格等著名科学家对此项研究均表示支持。联合国秘书长安南提出转基因动植物是继农业绿色革命之后的"蓝色革命"。联合国下属的世界卫生组织和粮农组织、经济合作与发展、6个国家的科学院（美、英、巴西、中国、印度和墨西哥）以及第三世界科学院赞同生物技术的研究推广。
持正面观点的科学家们认为，现代的基因操作技术仍是遵循自然规律进行的，转基因技术与早在2000多年前就使用的人工选择和杂交育种没有区别，都创造了自然界本不存在的动植物品种，而后者在长期实践中并没有对人类和自然界造成什么危害。
不同的国家也持不同的观点，以欧洲为代表的一些发达国家对转基因技术持怀疑和否定态度，而发展中国家对转基因技术持赞同态度，认为生物技术在消除第三世界国家的饥饿和贫穷方面不可替代的作用。
如同人们认识其它新事物的危害需要时间一样，这些影响在短期内还无法被监测和确定，生物安全问题很有可能随着时间的积累和生物技术的不断发展而逐渐显露出来。如引发欧洲各国慌乱的由于用动物内脏作饲料而导致疯牛病，其危害是在几十年后才显现的。但是，几乎所有的科学家都认定，潜在的风险肯定存在，而且一旦发生还可能是灾难性的。
四、生物安全
生物安全的概念有狭义和广义之分。狭义生物安全是指对由现代生物技术从研究、开发、生产到实际应用整个过程中，可能产生的负面影响，进行科学评估，并采取有效的预防和控制措施，目的是保护生物多样性、生态环境和人体健康。广义生物安全不止针对现代生物技术的开发和应用，包括影响人体健康、生物多样性和环境安全的诸多领域的问题，涉及到预防医学、环境保护、植物保护、野生动物保护、生态、农药、林业等。目前，转基因生物和外来物种入侵的问题成为生物安全的焦点问题。
1.转基因生物安全控制与粮食和农业，包括林业和水产有关的所有生物和环境风险”，即涉及粮食安全以及动植物生命与卫生的领域。该风险包罗所有范围，从转基因作物、外来品种和传入的动植物害虫，到生物多样性侵蚀、跨界牲畜疾病的扩散、战争有毒武器以及“疯牛”病。
（1）生物安全的现状
1992年由世界各国首脑在联合国环境与发展大会上签订的《生物多样性公约》对生物技术改变的活生物体的使用、释放及议定书等问题上作了规定：“指定或采取办法酌情管制、管理或控制由生物技术改变的活生物体在使用和释放时可能产生的危险，即可能对环境产生不利影响，从而影响到生物多样性的保护和持续利用，也要考虑到对人类健康的危险”。联合国从1995年起组织制定了《生物多样性公约》下的《生物安全议定书》，专门就处理转基因生物的安全性问题做出规定，目前已有包括中国在内的160多个国家和地区的政府签署了《生物安全议定书》。
科学家包括政府部门对生物安全问题持有不同甚至相反的观点，导致对生物安全问题的看法和政策陷入混乱状态。作为高赢利的技术领域的生物技术在其广泛应用的同时，一些有生态环境风险的生物技术却没有得到有效地管理。目前，对生物安全研究的资金投入与生物技术研究的资金投入相比要少得多：以生物安全研究水平最高的美国为例，美国农业部每年投人大约150万美元用于生物安全研究，仅占生物技术研究预算的1％。
目前国际上对转基因农产品主要有两类管理模式：一是以美国为代表，相对宽松，以产品为基础，偏重于相关法律的专门性条款，来控制转基因生物产品的市场化的问题。二是以欧盟国家为代表，比较严格，以技术为基础，认为转基因技术有潜在的危险，偏重于专门性立法，对转基因潜在风险、产品实验、商品化与环境释放等均做了严格的规定。
（2）转基因生物安全全过程管理对生物技术、转基因生物体和转基因产品进行法制化管理，包括从生物技术的研究、开发、使用开始，到一般转基因生物体的使用、释放、处置，以及转基因生物产品的市场化等诸环节进行全过程控制，尤其是在进口生物技术产品或国内生物技术产品投放市场之前要进行细致深入研究其风险。对市场上生物技术产品实行标识化，让消费者有自由选择的权利。
在发展转基因生物技术同时，建立生物安全风险评估、公众听证与专家咨询、申报登记、许可证、产品标签、进出口审批等法律制度，才能更好控制生物技术产业化和转基因生物产品市场化的安全问题。
安全评估和风险控制
任何技术都有潜在的风险，生物安全法规对于保障生物技术的健康发展是十分必要的，但是过分严格的生物安全法规也可能阻碍生物技术的发展。安全评估和风险控制是生物安全的核心,根据对生物技术风险的评估，采取适度控制和管理，才能实现在保障人类健康和生态安全的同时，推动生物技术的发展。此外，评估提供了科学的数据，可以向公众表明，转基因产品的开发利用是建立在科学的基础之上，并在严格的管理制度监督下有控制地安全进行的，消除公众对生物技术安全的忧虑。
生物安全的评估和控制，首先根据生物技术对人和环境的危险性大小以及可能造成后果的可控程度，由低到高分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个安全等级。风险评估对转基因生物的实验、商品化生产和使用、运输、处理和处置等全过程进行逐步评估。依据生物安全等级，并结合转基因生物的用途和接受环境特点，设定不同的生物安全水平，并且实行分级管理。
从生物技术管理实践来看，各国对生物技术的管理和限制一般采取严到宽的审慎态度，但是不是简单意义上的放松管理，而是随着生物技术的发展，人类对有关生物技术活动的经验和科学知识不断积累，对风险性和安全评价产生新的认识。随着研究的深入，一些本来被认为具有潜在危险性的生物或者具有不确定性后果的活动，人们可以对其进行更可靠的把握和操作，因而就不再具有原先的危险性。
产品标签尊重民众的意愿和知情权，保障民众是否选择转基因食品的权利。对于转基因食品而言，一项重要的法律制度就是强制性标签制度，通过明示的标签使消费者获得有关基因食品的详细信息，如成份构成、基因来源和制作过程等，由消费者根据自己对风险的承受程度和风俗习惯来决定是否购买。各个国家对产品标签采取不同的态度，美国、加拿大等国就不实行强制性标签制度，而欧盟、日本、澳大利亚、俄罗斯等国都实行了强制性标签制。
技术措施人们正在研究一些技术手段，为了防止转基因扩散到自然环境和消除对环境和人体危害。例如，一种称为"终止因子"的技术可以防止种植的第一代基因工程作物所产生的种子发芽。一项更新的发明在国外已经初步成功，其原理不是像通常那样将转基因导入细胞核的染色体ＤＮＡ上，而是导入叶绿体的ＤＮＡ上。叶绿体ＤＮＡ是母系遗传，外来的转基因会通过父系的花粉散布到自然界的野生物种中。一种根据糖代谢原理设计的新的标志基因已经问世，可以在多种作物上代替抗菌素抗性基因作为标记基因。
国际合作建立一个国际生物安全信息中心，以加强全世界对转基因产品的管理和信息交流，建立生物安全双边或多边国际协定和统一的国际生物安全标准。
第三节 污染对生物的影响
一、污染物在环境中的循环与迁移随着人类生产的发展和生活水平的提高，人类的活动对生物与环境的影响越来越大。人类通过各种工业活动，不但开采、提取各种金属、非金属物质，使这类物质在生态系统中循环或非循环量增加，同时人类还合成许多自然界没有的化合物。现在人类每年能人工合成2－3亿吨有机化学物，人工合成物质在环境中浓度从百年前零点开始增加到现在1ppb（十亿分之一），如果工业生产保持2－3％的年增长率，百年之后化学物在环境中的浓度将达到1ppm（百万分之一）。人类合成化学物质、开采的物质以及人类生活产生的废弃物通过生产、消费、流通等环节进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化。如果这些物质使得环境系统的结构和功能发生变化，对人类或其它生物的正常生存和发展产生不利影响，这些物质称为污染物。
污染物在环境中的迁移主要有三种形式：（1）机械迁移，通过大气、水的扩散和搬运作用，以及重力作用迁移;(2)物理－化学迁移，对于无机物主要通过溶解－沉淀、氧化－还原、水解、络合等物化反应，有机物还有光化学分解、生化分解所实现的迁移；这种迁移结果决定了污染物在环境中的存在方式、富积状况和潜在危害程度。（3）生物迁移，污染物通过生物吸收、代谢、生长、死亡实现的迁移。
污染物在生态系统中，有的进行物质循环，例如某些重金属，类金属等；有些合成物进入生态系统后经过生化、物理作用后逐步分解而失去毒性、污染性，其中有些被生物利用，有的是在生态循环中被逐步降解。一些有机化合物，如二恶英、多氯联苯等，长期残留于环境，并能够在大气环境中长距离迁移并能沉积到地球，具有生物蓄积性、半挥发性和高毒性，被称为持久性有机污染物（Persistent Organic Pollutants，简称POPs）。污染物在生态系统中迁移与循环，其转运途径如图7－1。污染物在环境中如何迁移直接影响环境质量。有些情况可以降低其污染，如需氧有机物和氰等污染物在迁移过程中被水流稀释扩散和被微生物分解、转化，最终消失。有些情况下加重其污染，比如重金属和稳定的有机有毒物质在迁移过程中，或富集于底泥，成为具有长期潜在危害的污染源，或通过食物链富集于动植物体内，对人类产生慢性积累性危害。
图7－1 污染物在环境中迁移、循环 （引自 环境生物学 中国环境科学出版社1986年 122页）
1.废渣、风化 2.废气、挥发、蒸发、火山爆发、风暴等 3.废水、岩溶、灌溉、溶解、迁移 7，8挥发、蒸发 6，9沉降、冷凝 5渗漏、渗溶 4灌溉、滴漏、排放 11，15，16，26吸收、吸附 13微生物吸附 18，19吸收、食用、捕食 21，31，33吸收、捕食、食用 22，25，32，35吸收 38，39捕食、食用 10，14，17，19，21，23，24，27，28，30，34，36，41分解、尸解 40风化、岩溶等 42沉积成岩
二、污染物在生物体内的归宿
污染物通过各种途径和方式与生物机体接触后，可能以某种方式被机体吸收，然后它们经循环系统或输导组织输送到机体的器官、组织及细胞，并发生导致化学结构和性质改变的生物转化，其转化产物或未经代谢的污染物可以通过一定的途径被排出体外。污染物在生物机体内的行为，包括各种形式的生物转运和生物转化，总称为污染物在生物体内的归宿。
图7－2 污染物在生物体内归宿的示意图
（引自环境生物学 熊治廷 编著 武汉大学出版社 2000.12）
(一)污染物在动物体内的归宿
1.污染物跨膜转运（transport）
生物转运是指环境污染物经各种途径和方式同生物机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称（大百科全书）。这些过程都要通过细胞的膜结构，生物膜一般由类脂和蛋白质分子组成，类脂主要是磷酯类，它是兼性分子，其亲水的磷酸部分和碱基部分，向着膜的内外表面；疏水的脂肪酸部分，向着膜的中心；蛋白质分子镶嵌在脂质分子层内。许多环境污染物的毒性作用，往往与生物膜这种结构直接有关。有些环境污染物的专一性受体，就是生物膜上的某些特殊蛋白质。
接触生物机体的环境污染物透过生物膜的生物转运过程，主要分为被动转运（passive transport）、特殊转运(special transport)两种形式。
被动转运的特点是生物膜不起主动作用，不消耗细胞的代谢能量。这种转运形式包括简单扩散和滤过两种方式。简单扩散过程是环境污染物由生物膜的高浓度一侧，透过生物膜向低浓度一侧转运，这是脂溶性有机化合物的主要转运方式。滤过过程是环境污染物通过生物膜上的亲水性孔道的转运过程。
特殊转运的特点是具有特定结构的环境污染物和生物膜中的蛋白质构成的载体形成可逆性复合物进行转运，生物膜有主动选择性。这种转运形式包括主动转运（active transport）、易化扩散(facilitated diffusion)和内吞作用(endocytosis)三种形式。主动转运是环境污染物由生物膜低浓度一侧逆依度梯度向高浓度一侧转运，并消耗细胞代谢能量，是水溶性大分子化合物的主要转运形式，主动转运对已吸收的污染物从体内排出具有重要意义。易化扩散也称促进扩散或载体扩散，是非脂溶性或亲水性环境污染物与生物膜的载体结合，由生物膜高浓度一侧向低浓度一侧转运。这种转运不能逆浓度梯度，也不消耗细胞代谢能。内吞作用,对于较大的分子和颗粒不能通过上述各种转运方式完成转运,借形成液泡而被生物膜成批摄取的过程,包括吞噬作用（phagocytosis）（内吞的是固体）和胞饮作用(pinocytosis)（内吞的是液体）。
2.污染物的吸收(uptake)
污染物通过各种途径透过生物机体的生物膜进入体液、血液循环的过程称为吸收，对于大多数动物而言，主要通过消化管、呼吸系统、皮肤三条途径吸收。
经消化道吸收是污染物最主要的吸收途径,饮水和由大气、水、土壤进入食物链中的环境污染物均可经消化道吸收。消化管吸收的主要部位是胃和小肠。肠道粘膜上有绒毛（可增加小肠表面积约600倍）是吸收环境污染物的一个主要部位。大多数污染物在消化管中以简单扩散方式通过细胞膜而被吸收，浓度越高吸收越多，脂溶性物质较易吸收，水溶性易离解或难溶于水的物质则不易吸收。
环境中许多污染物以气体、蒸汽和气溶胶等形式存在于空气中，由于肺脏的生理特点，如肺泡的表面积很大（50－100m2相当于皮肤吸收面积的50倍），其周围布满毛细血管，肺泡上皮细胞膜与对脂溶性、非脂溶性和离子都有高度通透性，导致污染物能经肺迅速吸收进入血液。
皮肤吸收对于水生生物是吸收的主要形式，皮肤主要是通过皮囊、表皮吸收。不同皮肤通透性差别及污染物种类不同，皮肤吸收污染物相差很大。污染物经皮吸收的两个不同阶段：第一阶段为穿透相，污染物通过简单扩散透过表皮角质层进入真皮，污染物穿透的速度与脂溶性有关，脂溶性越大穿透力越强；第二阶段为吸收相，污染物由真皮进人全身循环，由于真皮组织疏松，且毛细血管壁细胞具有较大的膜孔，血流的主要成分是水，所以毒物在这阶段的扩散速度，取决于本身的水溶性。总之，污染物必须具有脂溶性又具有水溶性，油水分配系数接近1的化合物最容易经皮肤吸收。
3.污染物在体内分布(distribution)
污染物的体内分布是指环境污染物进入体液后，经循环系统、输导组织和其他途径分散到机体各组织细胞的过程。有些环境污染物进入血液后，一部分可以和血浆蛋白质（主要是白蛋白）结合，而不易透过生物膜；另一部分呈游离状态，可以到达一定的组织细胞，呈现某种生物学作用。环境污染物和血浆蛋白质的结合是可逆的，在一定条件下，可以转变成游离状态。这种结合状态和游离状态呈动态平衡，它们的毒理学作用也是不同的。对于高等生物，外来物质先要与某种内源性物质结合，再被体液远距离运输。
被吸收的环境污染物进入不同组织的细胞后，在各种酶作用下与细胞中各物质发生氧化、还原、水解、结合等作用，这一过程中毒物通过脂溶和生物转化后在体内各部位蓄积起来。由于各组织细胞通透性、亲和力和代谢物的不同，生物体内毒物的分布和蓄积很大区别。脂溶性强或与脂肪亲和力大的有机氯、有机汞化合物蓄积在脂肪中；有些物质对某一组织有特殊亲和力，如铅有90％沉积在骨骼中；肝脏通透性高，肝脏中毒物亲和力特别强的蛋白取代血液中与毒物结合的蛋白，因此许多毒物易于进入肝脏。在脂肪或骨骼中沉积的环境污染物，一般对机体的毒性作用较小，但在一定的条件下，可被重新释放，进入全身循环中。例如当饥饿时，体内的储备脂肪便会重新分解代谢，而蓄积在脂肪中的有机氯化合物，也随之游离出来。
4.污染物的排泄（excretion）
污染物的排泄是指进入机体的环境污染物及其代谢转化产物向体外运输的过程。排泄途径因生物类群不同而由较大的差异。
动物排泄的主要途径是通过肾脏以尿液形式排出，主要是通过肾小球滤过和肾小管主动转运。肠胃道吸收的污染物，通过静脉循环进入肝脏，在肝脏进行生物转化，其代谢产物被肝细胞直接排泄入胆汁，随粪便排出。有些污染物随呼出的气体、汁液、汗液、唾液等排出体外，此外，有些污染物还可通过乳汁排泄。蓄积于毛发和指甲的重金属随它们生长、脱落而离开生物体。
5.污染物的生物转化(biotransformation)
生物转化是指外源化合物（Xenobiotic）进人生物机体后在机体酶系统的催化作用下的代谢变化过程，包括氧化、水解和结合一系列化学反应，其产物称为代谢物。所谓外源化合物是指除了营养元素及维持正常生理功能和生命所必需的物质以外，存在于环境之中，可与机体接触并进入机体，引起机体发生生物学变化的物质，又称为外来化合物或外源性生物活性物质，包括环境污染物、药物、日用化学品、工业化学品、食品添加剂等。外源性化合物生物转化的主要场所是肝脏，其它有肺、胃、肠和皮肤等。
生物体内的生物转化一般分为Ⅰ、Ⅱ两个连续阶段，如图7－2所示。第一阶段（又称相Ⅰ反应），外源性化合物在有关酶系统的催化下经由氧化、还原或水解反应改变其化学结构，形成某些活性基团（如一OH、一SH、一COOH、－NH2等）或进一步使这些活性基团暴露。此阶段代谢物有极性基因，易溶于水，为下阶段反应创造条件。第二阶段（又称相Ⅱ反应）相Ⅰ反应产生的一级代谢物与某些细胞类的化合物进行合成，生成易溶于水的结合产物（二级代谢物）排出体外。也有部分含相应活性基团的污染物不经过过程Ⅰ直接与细胞内的物质结合完成生物转化。经相Ⅰ反应产生的一级代谢产物也可以直接排出体外，或直接对机体产生毒害作用。
图7－3 生物转化的各个步骤
外 源 性 化 合 物（污 染 物）
高度亲脂且代谢稳定的 亲脂的 极性的 亲水的
极性
水溶性
引自 环境生物学 熊治廷 武汉大学出版社 68页
6.污染物在生物体内的富积
各种污染物进入生物体内，经过体内的分布、循环和代谢，其中生命必需的物质，部分参与了生物体内的构成，多余的必需物质和非生命所需的物质中，易分解的经代谢的作用很快排出体外，不易分解、脂溶性较强、与蛋白质或酶有较高亲和力的，就会长期残留在生物体内。如DDT和狄氏剂等农药，多氯联苯（PCBs）、多环芳烃（PAHs）和一些重金属，性质稳定，脂溶性很强，被摄人动物体内后即溶于脂肪，很难分解排泄。随着摄人量的增加，这些物质在体内的浓度会逐渐增大。表示污染物在生物体内富积通常使用生物浓缩、生物积累、生物放大。
生物浓缩（Bioconcentration）是指生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解的化合物，使生物体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象，又称生物学浓缩。
生物积累（Bioaccumulation）是指生物在其生长发育过程中直接从环境介质和消耗的食物中，通过吸收、吸附、吞食等各种过程，蓄积某些元素或难分解的化合物，一直随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象，称为生物积累或生物蓄积。
生物放大（Biomagnification）在生态系统高营养级生物以低营养级生物为食物，某种元素或难分解化合物在生物机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象，称为生物放大。生物放大是的食物链上高营养级生物机体中的这种物质浓度显著地超过环境浓度。鱼体中的二恶英浓度可以达到环境浓度10万倍。
生物浓缩的程度用浓缩系数或富集因子（Bioconcentration Factor，BCF）来表示，即生物机体内某种物质的浓度和环境中该物质浓度的比值，对生物浓缩、生物积累、和生物放大的定量描述都习惯用此值。不同生物富积系数差别很大，小则几倍，大的可达到几万倍。生物对毒物富积不是无止境的，当达到一定阈值时，体内蓄积的毒物被释放，毒物排放体外的速度和吸收进入体内的速度达到动态平衡。
(二) 污染物在植物体内的归宿
1.污染物的吸收环境污染物进入植物主要通过根部吸收、植物地上部分吸收。污染物在环境中处于离子态和吸附在土壤表面，可被置换的离子均可以被植物根系吸收，根部吸收主要部位是根尖的根毛区。吸收方式主要有主动吸收和被动吸收，前者需要消耗能量，后者利用离子浓度差、电化学梯度差使污染物向根内扩散。暴露于空气中的植物地上部分（叶、枝条、茎干），茎干和枝条又较厚的外皮层保护，因此地上部分主要通过叶片上的气孔吸收污染物，是植物吸收大气污染物的主要方式。
2.污染物的分布与排泄毒物在植物体内的生物转化，有的毒物并不稳定，它们被不断地分解、析出并转移到其它组织中形成循环，这一循环往往也是阻尼循环，最终导致毒物的毒性消失。有的毒物可循环一次，有的则是多次，有的则生成难溶且稳定的化合物，不再参与循环。植物不象动物那样有特定排泄系统，活的植物对于金属、类金属的排出往往通过根系排出，有的是通过叶面呼吸带走或是其他方式排出（包括枯枝落叶）。因为植物没有专门排泄器官，排泄通常是以分泌形式进行，所以有害物质排出较动物少，毒性更易于在各组织积累。但在不同环境条件下，不同物种和不同组织中这种积累、分布差别很大。一般来说，毒物由土壤、水域经根部进入植物体积累量大小顺序为根>茎>叶>穗>壳>种。但对大气中经叶部进入植物体毒物，则往往叶、茎部毒物积累量大，例如稻草含络量占地上部分铬含量的90％左右，谷壳占5％，糙米占S％。而气态氟化物多积累在叶片上。
3.污染物的转化污染物进入植物体各组织与运输过程中发生与动物相似的生物转化，如氧化、还原、水解、与络合反应。这一反应中，有的污染物被水解，毒性减弱或消失；有的则通过一系列降解后为植物所利用；有的经生物转化后毒性反应加强。多数离子态污染物在与植物体内有机分子结合后对植物起某种损害作用。例如某些离子态毒物能置换出酶蛋白中的铁、锰元素而结合较为稳定的结构，使酶活动受到抑制，从而阻碍代谢活动；有的金属离子则使取代了植物体内蛋白质中的－SH中的氢，使正常的代谢和氧化一还原过程受到干扰和破坏，并由于吸收了污染物而阻碍了养分的吸收。
三、污染物对生物的影响污染物进入生物体内后，经过生物体内的代谢，一些污染物被代谢成无毒的物质排出体外，另一些污染物或一些污染物的代谢产物产生对生物的不利影响。污染物对生物产生损害总和称为毒性效应或毒性作用（toxic effect）。污染物对生物的影响从生物大分子开始，逐步在细胞→组织→器官→个体反映出来。污染物对机体的损害分为两阶段，第一阶段，毒物与机体的靶分子作用，造成靶分子结构和功能损害；第二阶段，由靶分子结构和功能改变，引起一系列生理生化变化，继而表现出各种组织器官效应。
1.污染物在生物化学和分子水平的影响污染物进入机体后，首先导致机体的一系列生物化学变化，主要是对生物机体酶和生物大分子的影响。一类反应保护生物抵抗污染物伤害，称为防护性生化反应。这类反应通过降低细胞中游离污染物的浓度，从而防止或限制细胞组成部分发生可能有害反应，消除对机体的影响。如生成金属硫蛋白，增加对金属的束缚速度，降低金属的生物利用率；污染物诱导混合功能氧化酶生成，增加水溶性代谢物和结合物的生成速率，使得污染物很快被排出体外，起到解毒作用。然而，这种代谢也可导致活性代谢物生成，增加污染物的对生物的毒性。
另一类反应，不起保护作用，甚至可能产生对生物体有害的影响，称为非防护性反应。如有些污染物（有机磷农药、氨基甲酸酯农药）对乙酰胆碱酯酶有抑制作用，乙酰胆碱酯酶在神经系统的信息传导中起重要作用，对生物神经功能破坏，并导致一系列生物效应。
2.污染物在细胞和器官水平上的影响污染物对细胞损伤，表现为细胞结构和功能的改变。污染物作用于细胞膜，引起酯膜过氧化作用导致细胞膜损伤，影响细胞膜的离子通透性，还可和细胞膜上的受体结合，干扰受体正常的生理功能。同时，污染物对细胞器产生影响，污染物可以引起细胞线粒体膜和嵴形态结构改变，从而影响其氧化磷酸化和电子传递功能。另外，污染物还能影响内质网、高尔基体、溶酶体等细胞器。如污染物导致溶酶体解体，有损害性的水解酶异常释放，产生细胞损害。
污染物进入机体后，可能被分布到机体的特殊器官，产生对组织器官的影响。污染物进入机体后，对各器官并不产生同样的毒性作用，而只对部分器官产生直接毒作用。某种毒物首先在部分器官中达到毒作用的临界浓度，这些器官称为靶器官（Target Organ）。靶器官既可以是接触、吸收毒物的器官，又可以是远离接触、吸收部位的器官。如大气污染的二氧化硫可直接刺激上呼吸道，而大气污染物中的铅却主要作用于神经系统和造血器官。靶器官不一定是效应器官，毒性作用作用于靶器官后，可以通过另一个效应器官表现出来；同时靶器官不同于蓄积器官，蓄积器官内污染物浓度高于其它器官，但是不一定显示毒性作用。
3.污染物在个体水平上的影响污染物对动物个体水平的影响主要有死亡、行为改变、繁殖下降、生长和发育抑制、疾病敏感性增加和代谢率变化，对植物影响主要表现为生长减慢、发育受阻、失绿黄化、早衰等。
在一定剂量或浓度作用下，污染物引起动物死亡，这样的剂量或浓度被称为致死剂量或致死浓度。通常用半致死浓度（LC50,median lethal concentration）或半致死剂量（LD50,median lethal dose）来评价污染物的急性毒性大小，分别是指一定时间试验生物死亡50％的毒物浓度或剂量。许多因素都能影响污染物对生物的致死效应，包括污染物的种类及其物理化学性质、生物种类、生物不同发育阶段、污染物作用时间、水质条件。
污染物可造成对生物繁殖影响，具体表现为产卵数、孵化率和幼体成活率下降以及繁殖行为变化等。生物繁殖损害最终导致中群数量下降，甚至导致物种灭绝。近年研究发现，环境中的一些天然物质和人工合成物具有动物和人体激素的活性，能干扰和破坏野生动物和人内分泌功能，导致生物繁殖障碍，甚至诱发重大疾病，如肿瘤,这些物质被称为环境内分泌干扰物（Environmental Endocrine Disrupters）。
剂量－反应关系（dose-response relationship）：在一定剂量（一般用机体的吸收量来表示，单位常用每公斤体重的毫克数表示）污染物作用下，生物体种发生一系列诸如酶活性的增减、细胞数量的多寡、免疫功能、酶活性的变化、以及各种中毒症状和死亡等方面的变化的个体在群体中所占比例，用百分比表示。大多数剂量－反应关系曲线呈s型，剂量开始增加时，反应变化不明显，随着剂量继续增加，反应趋于明显，到一定程度后，反应变化又不明显。
急性毒性、慢性毒性和蓄积性毒性：急性毒性指污染物大剂量一次或24小时内多次接触于机体所引起的毒性作用。而当低剂量污染物在生物体生命期内长时间反复多次作用于生物体所引起的毒性伤害作用则为慢性毒性。蓄积性毒性指低于中毒剂量的污染物反复地与生物接触一定时间后致使其出现的中毒作用，污染物进入生物体的速率高于其消解的速率，使体内污染物的量不断积累，达到了对生物体产生毒性作用的临界效应浓度。
三致作用：致癌（carcinogenic）、致畸（teratogenic）、致突变作用。致癌作用是指污染物及其代谢产物诱发机体组织癌变形成肿瘤的过程；致畸污染物通过妊娠母体引起胚胎畸形的过程。致突变作用是指污染物对生物体遗传过程的干扰。
4.污染物对生物的联合作用在环境中，往往又多种化学污染物同时存在，生物暴露于复杂、混合的污染物中，此时产生的生物学效应与单一污染物分别作用完全不同，把两种或两种以上污染物共同作用所产生的生物学效应称为联合作用。根据生物学效应差异，又分为协同作用、相加作用、独立作用和拮抗作用。
协同作用（Synergistic Effect）指两种以上污染物同时和先后与机体接触，对机体的生物学作用强度远远超过它们分别单独与机体接触所产生的生物学作用总和。也就是说某一化学物质能促进机体对其它化学物质的吸收加强、降解受阻、排泄延缓、蓄积增多和产生高毒的代谢产物等。
相加作用（Additive Effect）指多种污染物混合产生的生物学作用强度等于其中各化学污染分别产生的作用强度的总和。当化学物质化学结构相近，性质相似，靶器官相同或毒性作用机理相同时，其生物学效应往往呈相加作用。
独立作用（Independent Effect）指多种污染物各自对机体产生毒性作用的机理不同，互不影响。由于各种化学物质对机体的侵入途径、方式、作用的部位各不相同，因而所产生的生物学效应互不干扰。其产生的总效应低于相加作用，高于活性最强者。
拮抗作用（Antagonistic Effect）指多种污染物同时或先后输入机体，其中一种污染物可以干扰另一种污染物原有生物学作用，使得混合物的毒性作用低于单独作用的毒性。
5、污染物在种群水平的影响密度、性别比例、年龄结构 优势种、耐污种、敏感种、群落结构、物种多样性种群增长、种间关系（捕食、竞争、寄生、食草）、种群进化
6、污染物在生态系统水平的影响
进入环境的污染物对群落与生态系统的结构和功能产生不利影响。（1）污染导致群落物种组成和结构的变化。群落的物种结构由其中各个物种组成决定，对于一种特定污染物，敏感物种在污染物影响下种群下降甚至消失，而对此种污染物具有抗性的物种成为优势种；在有些情况下，污染环境中的群落出现一些正常条件下并不出现的物种。（2）进入环境的污染物达到一定水平，导致初级生产者急性或是慢性毒害，还可以通过减少重要营养元素的生物可利用性、减少光合作用等使生态系统的初级生产量下降。（3）污染物毒性作用使得食物链中抗性弱的物种的种群减小甚至消失，食物链中前一环节的物种因失去捕食压力其种群规模上升，其后一个环节的物种因失去食物来源，随之消失或被迫改以其它生物为食，结果导致原有食物链缩短或形成新的食物链。（4）在生态系统的营养循环中，生产者生产的有机物被分解者分解和矿质化，再度进入营养循环。污染物能影响营养循环中的一些作用点，污染物通过影响分解者降低有机质分解和矿化速率，酸雨等污染增加植物和土壤中的营养物质的淋溶和土壤矿物的风化速率，此外污染物还可以抑制共生微生物从而降低对营养物质的吸收。
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第八章 人居环境
人居环境是人类工作劳动、生活居住、休息游乐和社会交往的空间场所。人居环境科学是以包括乡村、城镇、城市等在内的所有人类聚居形式为研究对象的科学，它着重研究人与环境之间的相互关系，强调把人类聚居作为一个整体，从政治、社会、文化、技术等各个方面，全面地、系统地、综合地加以研究，其目的是要了解、掌握人类聚居发生、发展的客观规律，从而更好地建设符合于人类理想的聚居环境。
第一节 人居环境的发展和类型
一、人居环境的发展历程
（一）人居环境的形成人居环境的形成是社会生产力的发展引起人类的生存方式不断变化的结果。在这个过程中，人类从被动地依赖自然到逐步地利用自然，再到主动地改造自然。
在漫长的原始社会，人类最初以采集和渔猎等简单劳动为谋生手段。为了不断获得天然食物，人类只能“逐水草而居”，居住地点既不固定，也不集中。为了利于迁徙，人类或栖身于可随时抛弃的天然洞穴，或栖身于地上陋室、树上窠巢，这些极简单的居处散布在一起，就组成了最原始的居民点。
随着生产力的发展，出现了在相对固定的土地上获取生活资料的生产方式——农耕与饲养，而且形成了从事不同专门劳动的人群：农民、牧人、猎人和渔夫。农业的出现和人类历史上第一次劳动分工向人类提出了定居的要求，从而形成了各种各样的乡村人居环境。
这种真正的人居环境最早出现于新石器中期，如我国仰韶文化的村庄遗址。随着生产工具、劳动技能的不断改进，劳动产品有了剩余，产生了私有制，推动了又一次大规模的劳动分工——手工业、商业与农牧业的分离。手工匠人和商人寻求适当的地点集中居住，以专门从事手工业生产和商品交换，于是，距今大约5500年前，以担负非农业经济活动为主的城镇应运而生。尼罗河下游的底比斯、孟菲斯，两河流域的伊立、巴比伦，印度河流域的哈拉帕、莫哼卓达罗，黄河流域的亳、殷、镐京等，就是世界上最早形成的城镇。
（二）人居环境的发展作为人类栖息地，人居环境经历了从自然环境向人工环境、从次一级人工环境向高一级人工环境的发展演化过程，并仍将持续进行下去。就人居环境体系的层次结构而言，这个过程表现为：散居、村、镇、城市、城市群和城市带等。
人口规模的变化显示了人居环境规模演化的基本特征。这个演化过程大致经历了三个阶段。在工业革命以前的漫长时期，农业和手工业生产缓慢发展，不要求人口的大规模聚集，各种人居环境的规模基本上处于缓慢增长状态。工业革命以后一直到本世纪60年代，世界各国先后进入城镇化时期，城镇规模急剧扩大，而乡村规模相对稳定（某些地区甚至有所缩小），形成人口从乡村(小城镇(中等城市(大城市的向心移动模式。另外，随之兴起的第三产业以生产服务、科技服务、文化服务和生活服务功能等从多方面支持了城镇化，并进一步扩大了就业门路，赋予城镇新的吸引力。本世纪60年代以后，人居环境规模的演化进入第三个阶段。在发展中国家，工业化主导城镇化的进程正处于上升时期，城镇人口，尤其是大城市人口一直处于持续增长状态。1952年我国有大城市19个，1985年增加到52个，增加了1.74倍，大城市人口从3231万人增长到6941万人，增长了114.8%。在发达国家，这一阶段却出现了新趋向。由于人口的高度密集，城市环境质量下降、用地紧张的矛盾不断加剧，城镇化的速度已大大减缓，甚至出现了大城市人口减少、小城镇人口增加，市中心区人口减少、郊区人口增加的逆城市化现象。
伴随着人居环境的演化，其地域形态也处于不断地发展变化之中。乡村地域形态的演化较简单，从零散分布的农舍到以中心建筑物或主要街道为线索布置的各类用地，就基本上完成了地域形态的演化过程。城镇地域形态的演化比较复杂。我国古代城镇基本上是以权力机构为中心的对称棋盘格形式，这与欧洲以教堂、宫殿或广场为中心展开布局的城镇同属原生城镇。随着生产力的发展，城市不断成长扩大，东西方城市殊途同归，都趋于树木年轮一样的单核同心圆式城市。资本主义早期，产业的迅猛发展使城市恶性膨胀，但城市仍固守原来的中心，地域的扩展从摊大饼式的漫溢发展转为沿交通线的蔓延，城市地域形态逐渐演化为单核多心放射环状。在近现代，为了克服城市病，人们设想以大城市郊区的“飞地”为新的成长核来分散中心城市的压力，从而出现了多核城市和星座式城镇群。人们在城市规划与建设的实践中逐渐认识到，城市沿既定方向作极轴形扩展有很大优越性，于是产生了定向卫星城、带状城市和锁链状城镇群等。
（三）城市化第二章中曾介绍过，城市化（或称城镇化）是世界发展的一种重要的社会现象。简单说来，当代世界城市化有以下四个特点：
城市化进程大大加速 1950年世界城市化水平为29.2%，1980年上升到39.6%，增加10.4个百分点。预计2010年将达到51.8%，即在世界范围内，居住在城市中的人口超过居住在乡村中的人口。同时，从70年代起，发展中国家的城市人口数开始超过发达国家，到2020年两者之比将为3.5,1。这表明发展中国家的城市化已构成当今世界城市化的主体。
大城市化趋势明显、大都市带出现 当代城市化的一个重要特征是大城市化趋势明显，其后果不仅使人口和财富进一步向大城市集中，大城市数量急剧增加，而且出现了超级城市（Supercity）、巨城市（Megacity）、城市集聚区（City Agglomeration）和大都市带（Megalopolis）等新的城市空间组织形式。
郊区城市化、逆城市化和再城市化 战后，若干发达国家从乡村到城市的人口迁移逐渐退居次要地位，一个全新的规模庞大的城乡人口流动的逆过程开始出现，这就是所谓的郊区城市化。50年代后，由于特大城市人口激增，市区地价不断上涨，加上生活水平改善，人们追求低密度的独立住宅，以及汽车的广泛使用，交通网络设施的现代化等原因，郊区城市化进程加速。同时以住宅郊区化为先导，引发了市区各类职能部门纷纷郊区化的连锁反应。
70年代以来，一些大都市区人口外迁出现了新的动向，不仅中心市区人口继续外迁，郊区人口也向外迁移，人们迁向离城市更远的农村和小城镇，整个大都市区出现了人口负增长，国外学者将这一过程称为逆城市化。逆城市化首先出现在英国，美国出现逆城市化的时间稍晚。
面对经济结构老化，人口减少，美国东北部一些城市在80年代积极调整产业结构，发展高科技产业和第三产业，积极开发市中心衰落区，以吸引年轻的专业人员回城居住，加上国内外移民的影响，1980—1984年间，就有纽约、波士顿、费城、芝加哥等7个城市在市域内实现人口增长，出现了所谓的再城市化。
阅读材料城市规模通常指城市的人口数量。有时以城市用地面积为辅助标志。在中国，人口超过一百万的为特大城市(常为省或自治区的重要城市/或首府)，人口在五十万至一百万以下的为大城市；人口在二十万到五十万以下的为中等城市；人口在二十万以下的为小城市。在美国，为人口普查的需要，人口超过二千五百人者称为城市，在二千五百人以下者称为地方。
在大城市中，百万人口以上的特大城市的发展尤为引人注目，其中，400万人口以上的城市又称之为超级城市。1900年，全世界百万人口的特大城市仅13个；1950年增为71个；1960年达114个，其中62个在发达国家，52个在发展中国家，居住在特大城市中的人口占城市总人口的比例达到29.5%。1960年以后，世界的特大城市化有了进一步发展。
巨城市是指人口达800万以上的城市。一般地，这样的城市都是城市集聚区，因此，使用城市集聚区的概念更普遍些。人类历史上第一个人口超过800万的城市集聚区是纽约，1920年其人口已达849万。1930年，纽约的人口超过1000万，而伦敦的人口也超过了800万，并于1950年成为第二个人口超过1000万的城市集聚区。随后，又有东京-横滨的人口突破1000万的大关。70年代，人口规模超过1000万的城市集聚区又增加了4个，即大阪-神户、墨西哥城、圣保罗、布宜诺斯艾利斯。人口超过800万的巨城市则达到17个。
50年代以来，在某些城市密集地区，由于郊区城市化的作用，城市不断向四周蔓延，使城市与城市间的农田分界带日渐模糊，城市地域出现连成一片的趋势，从而形成世界上最大的一种城市现象——大都市带。国际著名城市地理学家戈特曼认为，大都市带是市街区大片地连在一起，消灭了城市与乡村明显的景观差别的地区；一个大都市带，至少应居住2500万的城市人口，过着现代城市方式的生活。他在1989年发表的《大都市带》一书中认为，目前世界上有6个大都市带：
( 美国东北部大西洋沿岸大都市带
( 日本东海道太平洋沿岸大都市带
( 欧洲西北部大都市带
( 美国五大湖沿岸大都市带
( 英格兰大都市带
( 中国长江三角洲大都市带这些已经形成的大都市带具有一些共同特征：
( 都具有良好的地理位置和自然条件。首先，它们都位于适宜人类居住的中纬度地带；其次，它们都处于平原地带。平原地带便于农业耕作、居住和交通联络，所以人口总是向平原集中，导致城市也向平原集中。
( 政治经济上的中枢作用。
( 带状的空间结构。大都市带多数沿长轴呈带状发展，也有呈其它结构的。但不论其形态如何，大都市带总是有一条产业和城市密集分布的走廊，通过发达的交通、通讯网络相连。同时，大都市带内除城市用地外，还有大片的农田、林地相间，作为获取新鲜农产品、提供游憩场所和改善环境的空间有机组成部分。
发展中国家的城市化仍以乡村向城市移民为主 当代发展中国家的城市化仍然以农村人口向城市迁移为主。由于卫生条件改善，婴儿死亡率降低，加上农村经济增长赶不上农村人口增长，导致大量农村劳动力失业，这推动了大量农民进城，希望寻找工作机会和较佳的生存条件。这种乡村人口向城市集中的现象被人们称之为生计城市化。当前，发展中国家不仅出现城市人口增长过快的趋势，而且由于大城市，特别是首位城市的吸引力，导致大城市数激增，首位城市人口膨胀，出现过度城市化的现象。
二、理想人居环境的探索城市人居环境的不断变迁，引起了许多专业和社会人士对理想城市的探索和讨论。本节中选取了一些影响较大和较具典型性的理论予以介绍。
19世纪末产业的迅猛发展使城市恶性膨胀，居住条件的恶化成为压抑城市居民的巨大阴影。于是人们开始怀念旧式小城的安宁生活，发出了“回到自然中去”的呼声。在这种背景下，霍华德（E,Howard）提出了“田园城市”的理想模式（图8-1）。该模式基本上属于单核同心圆状结构：6条干道自中心城向外延伸，地域的职能分化按同心圆层展开。中心区为一空旷的公园，既可作休憩用，也是公众集会的场所。四周是公共建筑群，布置行政、文化、娱乐等市级公共机构。外层是公园绿地带，再外层是商业区，开展零售、批发业务与商业展览等。商业区外层是宽阔的林荫大道，附近有学校、教堂、小型休憩场地等。花园式的住宅群布置在最外层，再向外就是广泛的永久性绿地，有森林、草地，也有农耕地。在《芝麻与百合花》一文中，霍华德表达了他的理想：“按照健康和伦理道德的要求，对现有房屋进行改建。建设新的坚固和美观的住宅。这些住宅在一定的环境中成组地组合，与周围环境完全协调。城墙把整个城市围起来，郊外不再有有害健康的贫困地带，城内有美观的、充满活力的街道，城外则是敞开的田野。城墙外面，有观赏花园和水果园组成的绿带，这样城市任何地点的居民都可以用几分钟的时间，就能来到这里呼吸新鲜的空气，身处于绿色环境之中，享受广阔的地平线，这就是我们的最终目标”。田园城市是生活居住质量高度理想化的模式，虽然在实际上很难将其推广，但它对城市规划思想的影响却相当深，在世界上许多城市的构筑方式上都可以或多或少地找到田园城市的影子。
本世纪初，因大城市过分膨胀，城市空间过度集中而导致住宅缺乏、交通阻塞、中心拥挤、建筑混乱、城市环境恶化等种种令人头疼和诅咒的“城市病”，1943年芬兰建筑师伊利尔.沙里宁发表了《城市：它的发展、衰败和未来》一书。他把城市作为一个有机体,提出城市秩序的概念，认为城市如细胞一样是有机的，其肌理如同细胞的肌理，如果发展过快或过量，就会打乱系统有机秩序，因此要进行有机疏散。其精髓就是把城市无秩序的集中变为有秩序的分散，即避免“摊大饼”式的发展模式，而是把密集的城市区域分裂成一个个的集镇，形成“多核区域”，各区域相对独立，彼此之间以大片的绿化带或河流间隔，这样不仅充分且较均匀地分散了城市人口，减缓旧城区压力，而且充分利用了自然资源，使城市规划及建设融入了大自然中，与自然互为一体。
1973年，格伦（V,Green）提出了一个组合型城市地域结构模式（图8-2）。根据多年城市规划与环境设计的经验，格伦认为：通过科学的规划与控制，一定用地规模的城市可以容纳较多的人口，并创造出高质量的城市生活。他将城市地域分为城市景观与技术景观两部分。前者的功能是居住、轻型加工、行政管理、商务、教育科研和文化娱乐等；后者的功能是采矿冶炼、重型加工、交通运输、供水供能、仓储、污染物处理和防灾等。城市景观可采取细胞群布局方式，并保持适当距离，以免干扰。据此，格伦提出了一个诸多微型单元按一定方式排列组合的理想城市模式。该模式城市景观部分含一个核心区和若干个排列有序的次级单元，技术景观由若干个散布在外围的专用地组成，隙间为大小不等的绿地。每个次级单元相当于一个小城镇，内含一个单元中心和三个分区；每个分区含一个分区中心与三个社区；每个社区含一个社区中心和三个街坊。该模式可大可小，次级单元的个数视人口多少而定。如一座200万人口的城市可分为30个次级单元，内含90个分区、270个社区、810个街坊，约25%的人居住在各级中心，其它散布在各个街坊。这样大规模的城市需用地346km2，其中将近30%为城市景观，将近10%为技术景观，其它60%多为绿地。这样，城市景观内的人口密度达2万人/km2，人均占有绿面积为107m2，人口容纳量相当大，环境质量也相当高。
我国有学者提出一种“园林城市”的理想模式（图8-3）。这是一种单核多心模式，同时含有圆环和扇形两种结构。市中心——居住区中心——居住小区中心构成全市三级中心。居住区含6个居住小区，每个小区可视情况分为2~4个居住单元。各级中心可分别布置不同等级的公共设施和商业服务机构。这样，各级中心不仅是公共活动中心、购物中心，也给居民在闹市中提供了一片休息、游乐的绿土。公共建筑外围为大片住宅群，间有学校、医院和无污染的轻型、小型加工厂。每个居住区占地150公顷左右，人口规模4~6万。以居住区为单位，向外延展为若干个相对独立的扇形面。居住区的外围是绿化带（如防护林），最外层是工业、仓库或对外交通用地。动、植物园、苗圃、郊区绿地从各扇形面之间呈楔形插入市区，并通过林荫带直接与市中心连通。园林城市是以园林绿地系统为线索组织各城市功能的，其好处有四：
( 生活用地与生产用地的组织比较合理，二者既有一定的联系，又有必要的隔离；
( 生产性用地虽然布置在最外层，但不形成完全封闭环，不会对城市的发展造成很大限制；
( 适宜按照放射环状道路系统组织市内交通；
( 园林绿地系统点、带、面相结合，与城市建筑环境浑成一体，达到了“园中是城，城中有园”。不过这种园林城市比较适合中小城市，而对于大城市来说并非最佳的结构模式。
阅读材料
1933年8月国际现代建筑学会在雅典召开，发表了《雅典宪章》。《雅典宪章》将城市规划与居民生活密切相关，列出了城市的四大功能：居住、憩息、工作和交通，并指出居住是城市的首要功能。宪章声明居住区应放在城市中最好的地方：最佳的地势及气候；接近可供憩息的公共空间；并且在临近地方有适于发展工商业的用地以提供就业。宪章认为当时城市里公共空间不但不足，而且区位也不方便居民，市郊空地不能解决市内居民的日常需要。因此，城市更新一定要留有空地，不但作为休憩之用，也可与其他城市建筑（如图书馆、体育馆、邻里博物馆）合用。宪章指明，工作地点（工业、商业、政府）与居民点布局不合理，增加了往返交通，造成了道路阻塞，但市中心地价高，地税高，而且交通易阻塞，工业区只能向郊外发展；商业区也只能靠高价收购市内土地拆除旧区来扩展。这些都是不合理的，解决的办法是按工业的特性和需要分类，然后将其均匀分布在整个地域内，主要考虑各类工业之间以及他们与城市其他功能之间的关系，缩短居住与工作地点之间的距离。大型工业区应与其他用地隔离，小型非污染性工业应放在市内和居住区，特别应提高商业区道路的使用效率。宪章认为城市道路网与交通工具、交通量的脱节，太窄和交叉点太多是带来拥塞和交通事故的原因，但是单靠拓宽道路和管理交通不能解决问题。唯一的办法是依靠城市规划。指出城市交通需要现代化的道路系统，该系统应按准确的调研数据、道路功能、交通工具来建立，并与速度需要、安全性和方便度相联系。在列出城市四大功能后，宪章还提到了城市古建筑保护并讨论了居民的一般需要。结论是城市的居住环境未能满足市民心理和生理需要。自工业革命以来城市扩张的动力来自私利和利欲的追求，结果是城市的经济力量与社会需要产生严重的分歧。
宪章指出，城市发展要考虑整个地域的经济结构，然后平等地处理居住、工作和憩息等功能的相互关系；并以市民每天的作息规律来协调他们居住、工作和憩息的定点。其中“住”是城市的第一功能，是城市模式的基础。城市的发展是各功能整体的发展，发展中的每一阶段都需要平衡物质与精神的层面和个人与集体的需要。在建筑上，人的需要和人的尺度是首要的，从每一个住房到每一个小区到整个城市都要建立良好的空间关系。
虽然在以后城市的发展过程中，许多人对《雅典宪章》提出异议，例如1977年部分城市规划师通过的《马丘比丘宪章》指出《雅典宪章》“为了追求分区清楚却牺牲了城市的有机构成，使城市生活患上了贫血症。在那些城市里，建筑物成了孤立地的单元，否认了人类活动要求流动的、连续的空间这一事实。”但30年代是充满悲观主义的混乱世界，《雅典宪章》所包含的拓荒精神，像黑暗中的火炬，是对人类前途的肯定，其确定的城市发展的思想已无可置疑地被公认是城市规划专业的主流。
20世纪后半期，由于环境危机再一次掀起了改善人类住区环境质量的运动，这个运动推及1976年联合国在温哥华召开的人类住区大会，及其后1992年在里约热内卢“环境与发展”大会制订的《21世纪议程》，直至在1996年伊斯坦布尔召开的联合国“人居二”会议，人类对自身居住问题呈现出前所未有的热情和认真态度。“人居二”又被称为一次“城市高峰会议”，它所提出的纲领性文件——《人居环境议程：目标和原则、承诺和全球行动计划》总结了自1992年里约热内卢召开联合国环境和发展会议以来，国际社会在实践《21世纪议程》中的经验，明确指出城市人居环境的发展方向：“适当住房指的不只是头上有一片屋顶而已，它还指适当的私人独处的地方，适当的空间，进出口的方便，适当的安全，包括长期居住有保障，结构牢靠持久，适当的照明、取暖和通风，诸如供水、卫生和垃圾管理等适当的基础设施，适当的环境素质和有关保健的因素，以及相对工作地点和基本社会而言的适当和方便的位置，所有这一切都是在可负担的范围内取得。……是否适当往往因国而异，因为它取决于具体的文化、社会、环境和经济因素。”“在我们通向21世纪的时候，我们憧憬着可持续的人类住区，期盼着我们共同的未来。……使每个人有个安全的家，能过上尊严、健康、安全、幸福和充满希望的美好生活。”
新闻摘录世纪之交的北京以浓烈的现代气息拥抱世界，古城的实物大多已不复存在，后人要感受北京的古都风貌只好到历史档案中寻找了。北京的古都风貌是在20世纪消失的。专家说，北京有3000年的建城史，作为古都也有800多年，和北京在一个重量级上的开罗、罗马等历史名城都已成为人类共同和永远的历史财富。但是，北京现在已经没有以名城古都身份列入世界遗产的资格。中国人用“价值连城”来形容金玉的贵重，会不惜生命保护一件玉器；但对于真正价值连城的古迹，在古代会付之一炬，在现代则轻率地毁弃。
众所周知，梁思成当年反对拆除北京城墙。 50年代，梁思成把先进的“有机疏散”城市规划理论介绍到中国，建议在被誉为“世界最伟大个体工程”的北京明清古城以西建设中央人民政府行政中心区，以“古今兼顾”、“新旧两利”。 世界上许多国家的古城在建设时另辟新址，使古城风貌和现代都市和谐并存。我们却往往做得不够。
事实上，直到今天，我们还能看到大师们力求避免的城市畸型发展模式。值得庆幸的是一些良性与科学的变化：今天，北京明城墙遗址的修复工程已开工在即，政府将斥巨资清理遗址周边环境；古都南京明城墙的修缮工程也在进行之中；而在古城西安，20世纪80年代已将古城墙整理成为梁思成所理想的环城公园。上海的浦东新区，使老城区密集的功能得到合理的释放，而在“世界文化遗产”平遥古城，分区建设、新旧两利的思想，已深入人心。时代是真正地进步了。
——给建筑一个真正的理由,北京青年报》2001年5月29日
三、人居环境的类型和差别如前所述，人居环境涵盖所有的人类聚居形式，通常可以把它分为乡村、集镇和城市三大类，其中镇是处于城市和乡村的中间过渡类型，因此，常有“城镇”、“村镇”并提的情况。城、镇、村的差别主要体现在以下几个方面：
人口的差别 首先是人口数量的差别。划分城、镇、村的人口指标因国家而异。在我国，人口在10万人以上的可设市，2千~10万的可设镇，2千人以下的居民点为乡村。其次是人口劳动构成的差别。城市和镇以从事第二、第三产业的劳动人口为主，乡村以从事第一产业的农业劳动人口为主。第三是人口密度的差别。一般说来，城市人口比较稠密，乡村人口比较稀疏。
经济活动的差别 城镇是加工业、交通运输业、建筑业、商业、服务业等第二、三产业集聚的地方。乡村除了少量第三产业活动以外，耕作业、林果业、放牧业、渔猎业等第一产业占绝对优势。从另一方面来讲，城镇土地只与城镇经济活动发生间接关系，为城镇居民的工作与生产提供活动空间，其利用主要是物理机制。乡村土地与农业经济活动发生直接关系，深刻地参与生产的物质与能量循环，其利用主要是生物化学机制。
社会文化结构的差别 城市居民的民族与宗教色彩、文化与职业构成都很复杂；乡村则比较单一。城市拥有众多的学校、科研单位和文艺、体育、娱乐、卫生设施与机构；乡村则比较少。城市建筑风格追求美观精巧、多元和谐，并力求开拓高空和地下空间；乡村建筑则朴素自然、简单实用，一般很少有高层建筑。城市居民的生活方式很有规律，习惯于在工作日严格地按时间表作息，周末则购物、娱乐、社交。除出差和远游外，城市基本上可以满足居民的日常生活需求；乡村居民的生活方式有很强的季节性，农忙时，日出即起、日落即归，农闲时则可自由安排时光。乡村难以提供人们所需的一切生产、生活资料和文化娱乐设施，因此不定期地“进城”成为农民生活中的要事。
区域中心地位的差别 城镇多是某特定区域范围内的政治、经济、文化中心，在国家的政治、经济生活中占据特殊重要的地位，各种类型、各种级别决策机构的聚集是城镇的一大特色。乡村只是区域聚落体系的最基本单元，不具备中心性地位。
景观的差别 城市景观的多维多面性是乡村无法比拟的。在城市，有规模宏大的公共建筑，有密集分布的住宅楼群，有成片如林的厂房烟囱，有纵横交错的交通网络，有人群熙攘的商业大街，有错落有致的园林绿地……事实上，在下一章中我们将看到，城市景观是景观环境的一大组成部分。与城市相比，村、镇景观比较单一。“十”字型或“井”字型的主干街道，中心区几座公共建筑，成片的平房，稀疏分布的几座厂房，构成了集镇景观的主体；绿树和菜地，构造朴素的农舍和简单的生活、生产服务设施，再加上几条小路和一条小河，就组成了具有田园诗意的乡村景观。
第二节 城市人居环境
正如城市是人居环境发展的高级形式，是社会、经济发展到一定程度的产物；城市的发展凝聚了人类为追求舒适的人居环境的探索过程；而城市化又是社会发展的必然趋势，因此城市人居环境的研究具有代表性的意义。事实上，从某种意义上来说，对人居环境的研究就是对城市人居环境的研究。从这一节开始，我们将重点介绍城市人居环境。
一、自然环境城市形成于自然环境之中，城市所处的地理位置、地貌、植被、以及气候等，是影响城市环境舒适度的地理基底。城市是典型的人工系统，是通过人的行为修饰或改变了自然环境而建设的人居环境。因此因势就势，充分利用自然地理条件，就成为决定一个城市环境舒适与否的首要条件。一般而言，地貌、地质、气候、山水与城市环境舒适度密切相关。
（一）地貌
地貌条件不仅决定了城市最初的位置和形态，而且对城市从用地选择、功能区组织到道路、工程管网、绿地布局以及城市景观组织都有影响。城市的形成和发展，一方面得益于自然地貌，一方面也受到自然地貌条件的制约。
河流汇合处 城市必须有良好的区位条件，几条河流的汇合处，支流入注主流或入海处，常常形成比较肥沃的三角洲冲积平原，地面平坦开阔，为建筑物的合理布局提供了有利的条件，同时水上交通运输便利，为城市物流提供了通道。地表组成物质多为厚度较大的第四系冲积、冲-洪积地层，地下水埋深较浅，一般有一至多层砾石层或砂层作为承压层，可满足普通工业、民用建筑的地基强度要求，是城市建设比较理想的部位。例如我国几个重要的大城市天津、武汉、广州、上海等均位于这类地貌单元上。
河谷阶地 河谷阶地地面比较平坦，又濒临江河，一般靠山面水，用水及交通都比较方便，而且地势稍高，可免遭洪泛。地面组成物质多以冲积相的卵砾石层和砂层为主，少数有基岩裸露，地基承载力一般较高，能满足一般城市建设要求，也是城市较理想的建设场所。例如兰州、福州、吉林、太原、长沙等城市，其范围和形状沿河呈自然弯曲，江水如带，群山环绕，风景优美，利于旅游开发。
平原或盆地底部 平原或盆地一般地面平坦或起伏和缓，地表覆盖层较厚，地下水比较丰富，易于组织内外交通，建设投资等，周围农副业生产发达，城市总体经济效益高，因此国内外许多大中城市都分布在平原地区。例如沈阳、哈尔滨、西安、贵阳、台北等城市，均是分布在平原或盆地中部。
海滨、岛屿 海滨岛屿的地貌特点是岸线曲折漫长，港湾多，有很好的天然良港，对外通航方便，给城市对外贸易创造了有利条件。同时水产资源丰富，风景优美，利于疗养、旅游。
滨海山地，多是剥蚀丘陵与海岸斜坡带，基岩直接暴露或埋藏很浅，地基承载力高，多深水良港，是城市发展的有利条件，但地下工程费用高。18世纪工业革命以来，产业的空间分布特征表现出明显的临海型布局，二次大战后形成的4个主要国际城市带，纽约、东京、伦敦、巴黎等城市带均分布在沿海或靠近沿海地区。当今被公认的国际大都市香港和新加坡亦是建在海滨岛屿地貌单元上。
两大地貌单元的分界处 在社会生产力尚不发达，抗御外来侵略的能力不强的古代，往往把城市建在依山傍水、临近平原的地貌部位，或水陆交通要道、叉口、隘口，使城市增加安全感，同时濒临江河平原，使城市交通和供给都较方便。例如，我国首都北京，位于西部高原盆地与东部平原丘陵交界区；四川省会成都市，位于青藏高原向东部平原丘陵区过渡地带的冲积平原上；新疆首府乌鲁木齐，位于天山与准噶尔盆地过渡带的山麓。
阅读材料自然地貌在影响城市分布的同时，还对城市扩展的地域形状产生影响。重庆市城区地貌以丘陵为主，坡地面积广大，平坦地面较少，主要是沿江断续阶地和缓丘平坝，受地貌环境影响，城市扩展具有不均衡性、跳跃性和立体性，城区跨河成三足鼎立，江河既是城市发展的基础，又成为城市发展的障碍；广州市位于西江、东江、北江三江汇流出海处，珠江从西到东穿城而过，城市沿珠江两岸扩展形成带状组团式结构，并由河口三角洲的低平海积冲积平原向北面台地平原扩展；兰州地处陇中皋兰山北麓，黄河流经市区，于是城市便沿黄河两岸发展成长条形。此外，呈方格形城市如西安、北京、苏州等，蛛网形如成都、合肥、昆明、无锡等，哑铃形如湛江、连云港，鼎足形如武汉、宜宾等，都是依据局地特殊地貌环境发展形成的。
（二）地质地质条件是城市建设与发展的固体基础，它对城市的影响是多方面的，在此仅略述一二。
一般城市的发展，建筑结构等都受到地质条件的制约。例如建筑物层数，一般地基承压力要求为7.5—10吨/米2，四层以上者要求25吨/米2以上。不同基础地质地基的承压力差别很大，如沿海地区淤泥仅4—10吨/米2，细砂（湿、中、密）为12—16吨/米2，碎石（中密）40—70吨/米2，粘土为25—50吨/米2等等。因此地质基础好的地区，城市建设安全系数高。
在沿海岸地区，地下咸淡水直接接触，形成咸淡水交接面。如果城市抽取地下淡水，潜水就会降低，咸淡水交接面就会向内陆方向移动，有的淡水水井就可能由于咸水侵入而报废。滨海城市由于地下水大量抽取和排水网系统的修筑，减少了地下淡水的补给量，引起地面沉降，会发生海水倒灌现象，影响人们的生产和生活。
（三）气候气候对城市环境舒适度的影响，可分为两类，一是由于不同城市所处地理位置差异而引起的自然气候差异，由于人为的自然适应性和人工环境建设，此气候差异引起的环境舒适的差异可以在一定程度上避免，例如通过建筑、基础设施建设和城市功能的有机组织。另一方面则是由于城市建设改变下垫面和大气成分而形成的城市小气候，这一方面对于城市环境舒适度而言则具有共性。
下垫面 下垫面的性质是气候形成的重要因素之一，地面与其上的大气摩擦层间存在复杂而普遍的水分、热量和物质交换及平衡，同时地面又是空气运动的界面。因而下垫面的性质直接影响着气温、辐射、湿度、大气稳定度、风等气象要素量值的时空分布，对城市局部气候的形成有着重要的作用。
城区大量的建筑物和道路构成以砖石、水泥和沥青等材料为主的下垫层，其热容量、导热率比郊区自然界的下垫层要大得多，而对太阳光的反射率低、吸收率大。因此在白天，城市下垫层的表面温度远远高于气温，其中沥青路面和屋顶温度可高出气温8~17℃。此时下垫层的热量主要以湍流形式传导，推动周围大气上升流动，形成“涌泉风”，并使城区气温升高；在夜间城市下垫层主要通过长波辐射，使近地大气层温度上升，形成“城市热岛”。(如图8-4)
城市建筑群和街谷的高度差悬殊，恰如遍布的峭壁峡谷，使下垫面的粗糙度远高于旷野郊区。因此都市上空大气稳定度差，空气湍流强度大，有利于空气污染物的垂直稀释扩散，但四周的辐合环流又使扩散出去的污浊空气回流到市区。
城市路面坚硬质密，渗水性能差，使城区雨水地表径流提前形成，径流量加大，影响了径流洪峰和滞后时间（如图8-5）。与此同时，由于城区大气温度升高，而可供蒸发的水量又远远小于郊区，造成城区大气干燥。
城市大气成分 城市大气成分因为人为活动也发生了变化。由于城市高强度的经济活动排放出大量的SO2、COx、NOx以及各种气溶胶颗粒物，城市空气浑浊度加大，因而日照时数和太阳直接辐射强度均小于四邻。但城市生产、生活活动释放出大量废热，大部分以热能的形式传给大气空间，使城市气温明显高于四邻。
城市大气成分变化还改变了大气透明度，为云雾的形成提供了丰富的凝结核，使雾可在水汽未达饱和之前出现。另外，由于热岛的上升气流使城市上空的云量多于郊区，常在其下风向产生降水。
受城市下垫面和城市空气成分的影响而引起的城市气候变化，因天气系统、时间以及城市功能、发达程度与规模大小不同而有所差异。一般来说，当天气系统微弱时，城市的规模愈大，城市小气候的特点就愈显著。
热岛效应 城市热岛效应是下垫面和空气成分变化共同作用的结果。早在18世纪初，学者Howard就发现伦敦市内外气温存在差异。此后随着城市的发展，热岛效应对城市规划布局、经济发展及人群健康等许多方面的影响日益突出。在各国学者研究过的不同规模的城市中，无论其处在何种地理纬度与地质条件，市内气温都高于郊区。而且当天气系统微弱、冬季和夜间静风无云时，热岛的强度最强。城市的内外温差以最低温度最显著。随城市的人口、面积、性质不同，热岛强度最大值一般在2~7℃。
当夏季热浪袭来时，热岛效应使人们因酷热难忍而大开空调，而空调制冷向室外排出的热量更增加了热岛效应的副作用。此外热岛效应还会导致热岛环流的产生，在市中心气流辐合上升并在上空向四周辐散，而在近地层，空气则由郊区向市区辐合，形成乡村风，补偿低压区上升运动的质量损失。这种环流将城市上空扩散出去的大气污染物又从近地面带回市区，造成重复污染。热岛强度，城乡温差最大者莫过于北极圈内美国阿拉斯加的费尔班斯市，其局部城市与周围温差曾高达14℃，虽是个别现象，但由此可见由于热岛效应对城市环境舒适度的影响。
二、人工环境
（一）城市居住住，自古以来就和衣、食、行并列，是人类生存和发展所不可缺少的重要物质条件。今天，居住问题在世界范围内更是受到广泛关注。根据1981年4月在伦敦召开的国际住宅和城市问题研究会议发表的《住宅人权宣言》，人们要求“居住在良好环境中适宜于人类的住处”，被确认“是所有居民的基本人权”。1986年召开的第一次世界人类居住与环境国际会议，提出“居者有其屋”的口号，把成套住房作为解决居住区问题的目标。时过10年，1996年在伊斯坦布尔召开的“人居二”国际会议，提出“适宜于居住的城市”。居住环境优劣与否，已成为城市居民确定环境舒适与否的第一要素。
家庭是组成社会的细胞，而家庭生活的绝大部分是在住宅和居住区中渡过的。从这个意义上来说，住宅是居住区的物质细胞，家庭是居住区的社会细胞，居住区可说是城市社会的细胞群，是一个“小社会”，是城市社会的局部或缩影。在这个小社会中演绎着居民生活的方方面面。而且随着人们生活水平的提高，对周围环境的要求也日益提高，优美的居住环境、悦目住宅设计等等也逐步提上居民生活日程。
从总体上讲，居住区的环境舒适包括以下内容：[freshlog1]
住宅 满足居民的生理需求，具有充足的阳光、良好的通风，能够避免噪音干扰。空间宽敞，住宅设计能够满足居民的审美需求。
交通 有方便而安全的交通系统。居住区道路系统功能分级明确、主次分明。居住区、居住小区、住宅组团及宅前小路合理配合，功能明确，过境交通不能穿越居住区，以保持居民安静和老人、儿童走路安全。道路应形成系统，具有相对独立性和封闭性，避免城市干道的汽车交通在小区内穿行。
生活服务设施 满足居民物质生活和文化生活的需要，具有合理的服务半径，方便日常生活和活动。一般来讲，居住区级主要包括专业性服务设施，俱乐部、医院、影剧院、银行、邮电局和居住区级行政机构，合理服务半径为800—1000米。居住小区级包括菜场、综合商店、饮食、油粮、幼托、小学、中学等，合理服务半径为400—500米。居住组团包括小商店、活动室、卫生站、居委会等，合理服务半径为150—200米。
绿地 应满足居住区环境的需求、美化的需求、游憩的需求以及防灾避难、隐蔽建筑等需求。居住区绿地一般包括：居住区公园，为全居住区居民就近使用，相当于小型公园，设施丰富，步行路程以10分钟左右，距离为800—1000米为宜。居住小区中心游园位于居住小区中心，服务半径以400—500米为宜。居住组团绿地以住宅组团内居民为服务对象，特别满足老年人和儿童的活动要求，离住宅入口最大步行距离在100米左右为宜。
参考资料您的居住环境达标吗？
国际文明居住标准住宅环境舒适指标有以下几个：
一、人均建筑面积超过30平方米，以四口之家算，住宅面积至少120平方米，应包括三卧、两卫、一间起居室、餐厅和厨房。如雇有工人，另加一间工人房；
二、建造质量达到政府规定标准；
三、室内有成套美观实用的现代洁具、浴具、厨具，并很好地解决烹饪产生的油烟污染；
四、实现集中供应直饮水、自来水、中水（用于洗车、冲厕、浇花等）、热水；
五、临街住宅采取隔音降噪措施；
六、住区车辆行驶噪音控制，人车分流、设计地下停车库，并有废气净化和汽车美容保养设施；
七、减少使用会造成室内空气污染的建材，保持室内良好的通风采光条件；
八、住区设立良好的生活废水和污水处理系统，将处理后的水变成中水重复使用后排入城市污水处理系统；
九、住区生活垃圾采取分类收取，并养成居民的良好习惯；
十、住区配有先进的智能电脑控制服务系统，较好地解决安全、通讯、资讯、防盗、消防、物业管理服务等事宜；
十一、集中使用成套的太阳能利用系统或其它节能技术；
十二、住区设有设施和服务齐全的“生命保养中心”，进出身心得到净化和保养，享受居住文化生活；
十三、环境设计符合居民的欣赏品味、要求，住区内或附近的配套设施可满足居民的各种需求，并极其便利。

参考资料[freshlog2]
未来的人居环境我国政府准备2010年使我国人居环境水平达到科学、理想的较高水平。
智能化的环境 　何谓智能化人居环境？即具有高功能性、高节能性的人居环境。所谓高功能性，即居住在这种环境中的用户，可通过住宅完全善的计算机网络，综合数字网络及邮电通讯网络，充分运用国内国际直拨电话、可视电话、电子邮件、声音邮件、电视会议、信息检索等手段，使“足不出户便知天下事”的理想真正变为现实。例如，使用这种住宅的电脑系统，即可根据温湿度及风力等情况自动调节窗户的开闭、空调器的开关；若看电视，电话铃响了，则电视音量会自动降低；夜晚的立体声过大了，房间的窗户会自动关闭以不忧民；若有陌生人进入房中，各种测控系统会发出特殊警告。所谓高节能性，即这种人居环境中的住宅具有极高的节能性质。从某传输媒介上看，具有规范化的特点，即传输媒体有其一套规范化的布线系统标准，能将住宅的所有通信、生活、楼宇自动化统一组织在一套标准的布线上，从而避免了由于住宅媒体的多样化而造成的大量人力、物力、财力的浪费。从其单个家庭住宅的使用和性能上讲，又具有周期性短、适用性强的特点，即能根据单个住户的要求迅速改变住房的设计模式，以适应更高的舒适要求。这种单个住宅一般都不在地基上建房，而是由专门的住房工厂制造好，再送到用房地点。
村落化的人居环境　21世纪，人们将逾来逾看重田园生活般的村落化的人居环境，并向广阔的农村和海边发展，并将形成具有山乡、海滨特色的村落型态。山乡的村落，将充满田园生活的乐趣和现代别墅生活的舒适，既有山乡浓郁的绿色景致和泥土的气息，又有现代多功能、豪华美观的私宅别墅式的优雅环境。海滨的村落，将由无数单个的多功能小型住宅组合而成，并形成清静、雅致、闭适而又温罄的小街道。各住宅户都能染上海滨小城镇特色的各种淡淡的色彩，海风的气息常常从村落飘逸而过，令居住在此的人们常常感动舒畅适然。
诗意化的人居环境　21世纪的人居环境还会因其具有高度的自然保洁性能而使其极具诗意。住宅的上下左右都将被常青藤、牵牛花、拉拉藤、何首乌、爬山虎、铁线莲一类的植物所裹，犹如披上了一件能吸尘的绿色披风；人行道上都栽满了能产生香气的桂花树、玉兰花等权种；道路的绿化带、花圃的公共区域都种满了夜来香、玫瑰、兰花、四季桂花等上乘花草，使其花开时节、暗得浮动，丝丝缕缕、沁人心脾。
（二）? 城市基础设施城市基础设施是城市环境舒适的物质载体，是城市生产、流通、消费等经济活动和其他社会活动得以运行的一般性共同物质条件，是城市存在和发展的物质前提。城市基础设施与城市建成区范围基本相当，其水平和完善程度直接影响到居民生活的方方面面，从日常供水、排水到燃气、电源等能源供应设施，从信息化的联系方式到道路交通式的联系方式，城市基础设施在城市居民生活中的角色一日不可或缺，直接关系到居民生活水平的改善和提高。
1．城市基础设施的内容城市基础设施所包括的内容，不同的国家有不同的提法。一些西方国家把城市的基础设施分为“社会福利性基础设施”和“技术性基础设施”，前者包括住宅、医疗卫生、文化教育、幼儿保健等设施；后者包括市政工程、公用事业、环境卫生、园林绿化和电力通讯等。
我国城市基础设施是指城市赖以生存和发展的一般条件，是为城市物质生产和人民生活提供公共服务的行业总体。其内容包括如下六大系统。
能源动力设施 包括由城市集中统一进行的电、热、气的生产、输送、供应、管理设备和设施。
交通运输设施 包括用于城市内部以及联系城市外部交通的道路、桥梁，火车的站点设施，机场、码头及附属设施和设备，交通管理设施和各类公共客运车辆。
邮电通信设施 包括城市内部及与外部信息传递所需的电讯设施和邮政设施。
给水排水设施 包括水资源的开发、利用和管理设施，工业和民用自来水的生产供应设施、污水、雨水排放设施等。
环境保护设施 主要包括环境卫生、三废治理等方面的设施。
安全防灾设施 包括防洪、防风、防震、防寒等自然灾害的设施和防火、防空袭等人为灾害的设施。
2．城市基础设施的特点服务的公共性和二重性 基础设施不是为特定的单位或单个企业、居民家庭提供服务的，而是为许多单位、企业和居民提供服务，为它们所共同使用，即每个使用者不能独占，它的使用不影响、不排斥其他使用者，同时也很难把任何一个特定的使用者单独排除出去。比如某条输电线路开通或关闭，受影响的是线路连接的所有用户，而不会仅仅是其中某个使用者。这就决定了公用设施投资建设的公共性、社会性。
城市基础设施提供的服务具有二重性。从服务对象上看，城市基础设施既为人民生活服务，又为物质生产服务。如城市给水，既供工用，又供民用；城市道路上行驶的车辆，既有生产用车，又有生活用车。
效益的间接性和综合性 城市基础设施本身不直接创造社会财富，它的作用是给全市人民提供服务，为其他部门提高工作效率、创造更多的社会财富服务。因此，它的经济效益是间接的。同样如果基础设施缺乏，也会造成间接损失。
城市基础设施效益具有综合性的特点，即城市基础设施不仅具有经济效益，而且具有社会效益和环境效益。如城市交通设施的发展与完善，既有利于居民购物和交往，又有利于城市大气环境的改善；清洁能源的使用，既卫生、便利，又可减少向大气中排放污染物。
系统性 城市基础设施是一个多层多元、有机结合的大系统。不同类别的基础设施功能各异，相互独立，同时又密切联系、相互作用；而且在基础设施总体功能的形成上也相互联系、相辅相承。各个方面必须综合协调，相互配套，形成完整的、有机结合的体系，才能为社会生产和居民生活提供良好的外部条件。
建设的超前性和形成的同步性 一般来说，城市基础设施的建设与城市其他建设项目相比，建设规模大，施工周期长。为满足城市物质生产和居民社会的需要，城市基础设施建设必须与城市发展相协调，在时间上保持同步。
阅读材料青岛加大城市基础设施建设步伐
中新社青岛一月十二日电(记者王宏源)进入二十一世纪第一年，青岛市政府计划年内安排二十四个重点城市基础设施建设项目，总投资拟三百零七亿元人民币。
青岛市政府为将青岛早日建成现代化国际城市，以求其城市功能堪与世界上著名的一些现代化国际城市相媲美。被列为今年建设的二十四个重点项目中，新开工的有十个，包括全长二百零一公里、投资五十亿元人民币左右的同江至三亚高速公路青岛段；设计桥面宽度为双向六车道、国内最长的跨海大桥--青岛海湾大桥，以及改善城市道路交通的浮山双洞隧道、两座下穿式立交桥、市内道路拓宽和危桥改造；加强城市环保的污水处理、河流综合整治截污清淤等项目。
续建项目七个，包括流亭国际机场扩建、城市快速路、水厂扩建、大型城市生活垃圾综合处理场、青岛至银川高速公路两侧环境综合治理等项目。开始进行前期工作项目七个，包括前湾港三期工程------建设七个设计总通过能力为二百三十万标准箱、总投资约四十一亿元的的集装箱泊位；投资五十三亿元、全长十六点四公里的地铁一期工程；全长七百二十公里、年输煤能力七百万吨、投资四亿元的输煤管道青岛段，以及引进渤海天然气青岛境内一百一十八公里陆上管线铺设、液化石油气低温常压储运等项目。
青岛计委有关人士透露，青岛市政府正在尽最大努力筹集财力用于城市基础设施建设项目，二OO一年实际投入城市基础设施建设项目的资金，将超过四十亿元人民币。
http://www.sina.com.cn 2001年01月13日11:45 中新社网站
（三）城市交通城市基础设施是城市人流、物流、信息流的物质载体，是城市这个有机体中新陈代谢的实体结构。相对该有机体而言，城市交通则是城市四通八达的血脉，是城市赖以生存的重要纽带，是保证整个城市和其他基础设施正常运转的重要支持系统。所以在这里要对城市交通作一个单独介绍。
城市交通系统与一般的城市基础设施究竟有什么区别呢?
城市交通系统作为城市基础设施，与其他设施一样具有低价格，面向城市社会服务的公用性。其产品形式——完成人和物由甲地到乙地的位移，使它又具有大运输系统的运输性。其公共性决定了它在发展的过程中，政府必须有更强有力的调控手段，统一管理。其运输性决定它应作为国家统一交通体系中的一部份，纳入统一规划，并需要引导建设。故而它应区别于其他城市基础设施。
此外，城市交通相对于其它运输系统，又是一个复杂的、相对独立、完整的运输子系统。这包括：私人与公共交通方式（私人小汽车、自行车、摩托车、社会车辆、公共电汽车、轨道交通等），各种基础设施（停车、换乘设施、道路、轨道、轮渡设施等）。随着城市轨道交通、小汽车交通的发展，高新技术带来智能交通的发展，国家和地方政府在这方面的投资将会更大。城市交通系统除了具有国家交通运输体系中其它运输方式所具有的运输特点，还具有自身的特点和内在的规律，如：面向低收入阶层和高薪阶层，公共运输的低价格运输行为，个人交通选择行为对城市社会产生的交通聚集效果，有限设施和无限交通需求的动态平衡系统对政策敏感度极强等。
阅读材料
[英]J·M·汤姆逊在《城市布局与交通规划》这本书中精辟地揭示了城市交通与其它城市基础设施的区别。他说：有两个特点使城市交通设施不同于其他城市基础设施：“（1）城市交通不只是为城市服务，同时也是城市的一部分。交通设施常占市中心地面面积的30～40%，约占郊区面积的20%。大城市的居民平均每天约有一个小时左右花在路途交通上。城市主要是由建筑物与交通组成的；（2）交通是为人们各种活动服务的，交通是为建筑物和建筑物之间的活动服务的。各种市政服务设施的收费与服务质量常常是相一致的，但交通设施的收费与服务质量在全城各处就不一样。城市交通设施把组成城市生活的各种活动连接起来，因此这些活动必须依靠交通设施。城市的结构，城市的大小及其扩展，城市生活方式及特点全都是由城市交通系统的性质和服务质量来决定的。因而，城市交通部门与供水，供电等部门不同，它面临为人们提供多类型的交通方式等，而这种提供将影响城市的布局。交通与城市布局之间的相互影响又使确定交通功能这一任务大大复杂化。洛杉矶的生活方式是由它的高速路决定的，正像伦敦的生活方式是由它的十九世纪的铁路所决定的一样。纽约曼哈顿摩天大厦林立，这是由于纽约的地铁促成的，正像波士顿四周的现代工业地带是它高速环路的产物一样。……”。
综上所述，城市交通作为城市基础设施的组成部分，区别于其他基础设施，又对其他基础设施和整个城市起到支撑作用。对于城市环境舒适而言，城市交通这一基础设施得当与否，直接影响到居民的生活、工作、学习、休息。城市交通影响城市环境舒适度是一个广泛的概念，既包括交通方便、安全和快速的要求，也包括城市环境清洁、宁静、生动、美观的要求，从城市交通本身来讲，可大致归纳为四点。
通畅的道路系统 城市道路是保证城市居民的各种活动及提供物资运输需要的交通空间，是城市交通最基本的设施。交通道路用地在城市用地中所占的比例最能代表一个城市的基础设施水平。我国建设部《城市用地分类与规划建设用地标准》（GBJ137—90）规定城市用地中人均道路广场面积应达到7.0—15.0平方米/人，占建设用地比例达到8—15%。
城市道路存在不同的分类方法。若从防灾上分类，可分为避难道路、防火道路、消防道路等；若从通行交通的性质、内容分类，则可分为生活道路、工业道路。我国城市道路规划中分为四类（级）：快速路、主干路、次干路、支路。
不同等级或不同种类的的道路在城市中形成道路网络，该网络合理与否，对城市居民生产和生活环境影响很大，是引起商业区、住宅区交通问题、交通阻塞的原因之一。
多样化的交通工具 相对城市道路系统而言，城市交通工具对城市环境舒适度的作用更为直接。交通工具的选择具有多样性，不同的城市性质、城市规模以及不同时代不同发展程度，城市交通工具舒适的概念不同。从总体上看，城市交通工具是逐渐向着快速、方便、安全、舒适、清洁的方向发展。
城市交通工具先后经历了传统的马车时代、轨道时代、现代的路面电车时代、汽车时代，目前形成了地下铁道、市郊铁路、有轨电车、快速轻轨电车和公共汽车、无轨电车等各种交通工具的综合公共交通系统。相对公共交通而言，私人交通工具也在不断发展中，目前自行车、小汽车、摩托车等私人交通工具占据了其中绝大多数的比例。公共交通工具和私人交通工具的选择与居民的收入水平有关，但也从一个侧面反映了两者之间的舒适便捷程度。从个人及部分国家和地区来说，小汽车的舒适度较高，例如美国的卫星城市和分散的居住区，但对于城市，特别人口拥挤的大城市和特大城市，公共交通更受青睐。在有限的道路面积，环境保护呼声日益提高以及交通环境改善急需改善的前提下，发展集能源、环保和社会成本等优势于一身的城市公共交通，成为交通界业已达成的共识。
地铁的快捷舒适有口皆碑。地下铁道由于列车基本行驶于地下或高架桥上，不受路况及其他交通干扰，运行速度快，运量大。因此世界上大城市都把发展地铁作为有效解决城市交通问题的一条途径。但地铁建筑难度大、工期长、其巨额投资，更是让许多城市不敢问津。而随着城市人口的增长、交通需求的增加以及私人小汽车的大量发展，公共交通由于道路拥挤，经常发生堵车，带来了一系列的社会问题，严重影响了城市交通和城市建设的迅速发展。
在这种情况下，快速轻轨交通应运而生。快速轻轨交通介于地铁和公共汽车之间，是在有轨电车基础上进行现代化技术改造后建成的，每小时单向客运量可达6000到2万人次，是一种中等运量的客运交通工具，造价大大低于地下铁路。快速轻轨可以在地下、地面高架线路上行驶，高速、安全、舒适，为城市交通提供了一种廉价、实用的交通工具。
阅读材料轨道交通正在国内迅速崛起目前，我国已有15个城市正在申请修建地铁和轻轨道路，线路总长为430公里，建设投资约需1400亿人民币，国家将根据资金筹措情况和轨道交通设备国产化进程，陆续批准这些项目的建设。据了解，国务院和国家计委已经批准立项或者原则同意兴建地铁和轻轨道路的城市有：南京、深圳、青岛、沈阳、重庆五个城市，而大连、长春、哈尔滨、鞍山、武汉、杭州、乌鲁木齐等城市也正在积极筹备建设地铁和城市轻轨道路系统。
当前国内城市的公共交通结构比较单一，基本上依靠地面交通，而从地面走向地下的速度则非常缓慢。综合数据显示，目前全国城市平均每万人拥有公交车仅6辆，城市道路增长速度难以适应快速增长的国民经济对城市车辆的需求。90年代以来，虽然城市道路面积持续以10％～13％的速度增长，但机动车的增长速度更快，使车辆对城市道路的拥有面积以每年10％～15％的速度迅速下降。有些道路还严重失养失修，使道路交通堵塞状况没有得到有效的缓解。交通拥挤状况既妨碍了城市经济的发展也影响了社会活动的正常秩序以及居民的日常出行。在各大城市中，发展和建设快速的轨道交通系统网络已经是势在必行。
………………
城市轨道交通主要有城市地铁、市郊铁路、城市轻轨三大部分组成。目前城市轨道交通已成为国际上一些发达国家和地区解决城市交通难的有效措施。如香港现有人口600万，人口密度最大的地方为每平方公里16万人，每百人拥有小汽车7.7辆，由于香港的轨道交通和公共交通事业十分发达，城市交通秩序井然有序。日本东京人口高达1000多万，拥有汽车600多万辆，但绝大多数上班下班、上学放学及购物均乘坐地铁和市郊铁路，很少乘私人车辆，轨道交通运输承担了东京全部客运量的80％。在巴黎，轨道交通运输占全部客运量的66％，莫斯科和香港分别担当55％，而北京和上海的轨道交通由于线路短、车辆少，只承担全部客运总量的4.7%和0.74%。
轨道交通因其造价高、投资大、工期长等因素的影响，在国内还不可能迅速普及。目前在中国各大城市中，只有北京、天津、上海、广州修建了地铁，还没有一个城市形成快速的轨道交通系统。有关人士认为，要加速城市快速交通系统建设，首先要加快轨道设备国产化的进程，一方面可以降低工程造价，另一方面还可以带动我国城市交通产业的发展。近年来，铁道部第三勘测设计院根据我国交通运输业发展的需要，重点致力于这方面的研究和开发，先后承担了北京、天津、大连、长春、鞍山、深圳、南京等10多个城市轨道交通的设计和广州地铁的监理任务，有的设计技术已达到了国际先进水平。他们结合我国轨道交通的发展方向，把工程的国产化作为主要的发展目标，在系统和设备设计选型上，按照技术成熟、确保标准、安全可靠、经济实用的原则，车辆和机电设备的国产率达到70％以上，而且每公里投资都低于上海和北京地铁。随着轨道交通国产化进程的加快，在我国大中城市中，形成快速、便捷的轨道交通系统将不再是一个梦！
http://shmetro.at.china.com/5-1227.htm -2001年3月12日
便捷的换乘体系 如上所述，多种交通工具百花齐放，而城市是面积广阔的市区，从市内任何地区出发都会发生交通，除以步行到达目的地或使用汽车送货上门等个别情况外，通常情况下，使用火车、汽车、飞机、轮船运输时，不可能直接到达目的地，必须使用包括汽车、步行在内的两种以上的交通工具。因此希望交通速度快、安全、舒适等，除对交通工具和道路要求外，交通换乘体系或交通转换点也应该考虑在内，作为环境舒适的依托因子之一。
所谓交通转换点，是指交通主体（人或货物）利用某种有目的的交通工具或交通手段在移动空间（空中、陆上、海上）移动或运送时，交通手段及交通路线（飞机、火车、步行）发生变更处所设的设施。不同的交通转换点设施在城市内形成一个有机的体系，该体系不仅可有效解决出行问题，提高交通工具的使用效率，而且可以缓和交通拥挤状态，节约能源和节省人力。如大阪把公共汽车与地下铁道组成系统化的换乘体系，火车站通常可实现与公共汽车、出租车等多种交通工具之间的换乘，有效疏散人流等。交通转换体系依托于不同的交通工具，既包括市内不同交通工具之间的换乘，如公交车和公交车之间、地铁和地铁之间、自行车与公交车之间等，也包括市内交通与对外交通工具之间的换乘，如火车、飞机、轮船等客货运系统与市内交通工具之间的换乘。
舒适的交通景观 道路不仅承担了城市的交通功能，而且与市民生活息息相关，是城市生活的一个重要领域。千百年来，城市道路不仅作为通行的渠道，同时作为大量人流集聚和直接面对面的交往场所，使都市生活得以实现。道路也是社会文化发展的历史延续性得以维持的重要物质空间。因此，只有既考虑交通功能，也考虑公众的街道生活，注重道路景观特色与城市环境意想的创造，才能形成舒适宜人的城市道路环境。
舒适的交通景观是由多要素构成的，具体内容将在下一章景观环境中予以详细介绍。不过毋庸置疑的是，城市道路是生产、生活等多种活动的场所，既为工程实体，又为城市公共空间，应该考虑人的生理和心理需求，而不仅仅是城市的运输通道，不应该成为面貌丑陋、冷冰冰和缺乏生活情趣的水泥砖石堆砌物。
（三）? 城市公共活动中心
1．城市公共活动中心的类别与构成随着社会经济的发展，物质生活水平的提高，生活逐渐趋于稳定，人类需求水平不断升级，人们对精神生活的追求越来越高。商品经济的深化，工作节奏的加快，人们需要更多的情感沟通与交流；人口老化，独生子女以及三代之居等社会趋势的发展，人们需要一个联系感情的纽带。多样化的公共活动中心能够满足市民政治、经济、文化娱乐、游览瞻仰等活动的需要，为水泥建筑的城市创造了一个融洽而又舒适的生活空间。
城市公共活动中心是城市居民活动最频繁的地方，这里有城市的重要建筑物、建筑群以及街道和公园等，是集中表现城市风貌的重要场所。城市公共活动中心按其服务的范围和性质，可分为不同的类别。从所服务的地区范围来分，存在为全市服务的市中心、为城市各区服务的区中心，为居住小区服务的小区中心三种。从性质上分，可分为政治中心、科技中心、文体活动、商业经济活动及纪念游览活动等中心。一般情况下，往往是一个中心兼有各方面的功能，综合解决人们的各种要求。
组成城市公共活动中心的主要内容是公共建筑，它一般包括以下几个部分：
科学、文化方面的建筑 如科学技术馆、文化馆、图书馆、展览馆、博物馆、学校等。
纪念性建筑 如纪念馆、纪念堂、历史文物建筑等。
文娱体育方面的建筑 如剧场、影剧院、体育场馆、俱乐部、游泳池等。
商业服务的建筑 如百货商店、专业商店、旅馆餐厅等。
医疗卫生方面的建筑 如各类医院、卫生站、防疫站等。
交通方面的建筑 如各类车站、码头等。
城市公共活动中心由上述建筑以及各类活动场地、绿化地带、道路等设施组成。这些内容可组织在一个广场上，或组织在一条道路上，或在广场、道路上结合布置。
2．城市广场
城市广场是城市中最重要的城市公共活动空间，也是城市中最重要的的建筑、空间和交通枢纽，是市民社会生活的中心，起着当地市民“起居室”、外来旅游者“客厅”的作用，是城市中最具公共性、最富艺术魅力、也最能反映现代都市文明的开放空间。
城市广场不仅是城市居民社会活动中心，且可组织集会、供交通集散、组织居民游览需要和商业贸易等，根据不同的功能，可分为不同的类型。
休息及娱乐广场 供人们休息、交游、演出及举行各种娱乐活动的广场。如：美国亚特兰大落水广场、韩国汉城巴黎广场、太原五一广场等。
纪念广场 纪念某一、某些重要事物或重大事件的广场。广场的中心、侧面应以纪念雕塑、纪念碑、纪念物或纪念性建筑作为标志物，其布局和形式应满足纪念的氛围和象征性的要求。如南京的渡江胜利纪念碑广场，唐山的地震纪念碑广场等。
商业广场 用于集市贸易、购物的广场，或商业中心区以室内外结合的方式，把市内商场与露天、半露天市场结合在一起。商业广场除购物外，同时又满足人们休憩、交游、餐饮等多功能的要求，它是城市生活的重要中心之一。如天津市文化街、南京夫子庙广场等。
交通广场 是城市交通系统的有机组成部分，是交通的连接枢纽，起交通集散、联系、过渡及停车等作用。交通广场可从竖向解决复杂的交通问题，分隔车流和人流，并有足够的面积和空间，满足车流、人流的安全需要。
市政广场 用于政治文化集会、庆典、游行、检阅、礼仪、传统的节日活动的广场。广场的主体建筑是集会的室内空间，而广场则是集会的室外空间。如天安门广场。
宗教广场 布置在教堂、寺庙及祠堂举行庆典、集会、游行的广场。广场设有宗教、礼仪、祭祀、布道用的平台或敞廊。如意大利罗马彼得大教堂广场等城市广场由于他们所处的位置与环境的不同，主要性质和功能有所差异，但其性质和功能具有复合性，例如交通广场，除了具有交通疏散分流的功能外，周遍往往设有完善的商业服务设施，兼有商业广场的性质。更多的广场既是交通枢纽，又是休息广场。但无论什么性质和功能的广场，它们在提高城市环境舒适度方面是相同的，都具有广场的共性和其个性。
广场的共性包括开放性和公共性。尽管广场的外部空间通过建筑物的围合，是封闭的或半封闭的，但广场本身是开放性的，正是由于这种开放性，广场的空间具有公共性。它象海纳百川一样，吸引着社会各阶层、各年龄层次、常驻与流动、内宾与外宾的游憩与交流，广场的共性是其为居民提供舒适环境的基础。广场又是有个性的，广场的个性是其为居民提供多样化舒适环境的基础，其个性表现在标志性、地方性、文化属性与人文特点等方面。
标志性 城市广场往往是城市的对外窗口，城市的形象也往往通过广场的空间形象体现，因此，广场被称为“城市的名片”。广场的空间形象往往通过标志性建筑（主体建筑）、标志性构筑物（主体雕塑、纪念碑、主体喷泉形成的主体空间）来体现。如天安门广场的标志性构筑物有天安门、人民大会堂、革命历史博物馆、毛主席纪念堂、华表和人民英雄纪念碑。它的标志性在于它的唯一性，因此可代表中国，代表首都。
地方性 广场的地方性表现在民族的、民风的、历史的、地域的、生态的、具有区别性的特性与特征。如意大利的罗马圣彼得大教堂广场，以圣彼得教堂为标志性建筑座北朝南，两侧为环状柱廊，中间为方尖碑和喷泉，一派巴罗克世纪罗马帝国的氛围，给人以历史的回味。
人文特征 广场的人文特点表现为主客观的依存关系。广场的基本功能是以人为本的，即为人的基本活动服务的，为人的物质和精神生活服务的。城市广场为居民提供了一个活动的空间或场所。这种空间和场所对生活在城市与建筑规模日趋扩展,城市居住密度日益增大,环境质量日趋下降中的人们来说,有其更深远的社会意义。
总之，广场是建设以人为本城市的关键。城市居民渴望既能走出狭小的住宅空间又能躲避繁杂的城市喧哗，渴望进入宽广的自由空间和欣赏大自然的景色。公共广场为市民提供了活动的公共空间，为城市提供更多的空气和阳光，打破了城市建筑的压迫感。现代都市人对城市生活交往性、娱乐性、参与性、文化性、宽松性和多样性的追求与广场具有的多功能、多景观、多活动、多信息和大容量作用是吻合的。因此，城市广场是城市建设中必不可少的公共活动中心，其建设成败直接关系到城市的环境舒适度。
（四）? 园林绿地
“在区域范围内保持一个绿化环境，这对城市文化来说是极为重要的。一旦这个环境被损坏、被掠夺、被消灭，那么城市也随之而衰退，因为这两者的关系是共存共亡的。……重新占领这片绿色环境，使其重新美化、充满生机，并使之成为一个平衡生活的重要价值源泉，这是城市更新的重要条件之一。”
Lewis Munford《The Culture of Cities》
绿色，代表自然，象征生命。绿色空间，能给城市和建筑带来舒适、优美、清新和充满生趣的环境。因此，千百年来人类一直在追求着身居城市也能享受“山林之乐”的生活理想。
在古代，城市建筑与自然之间的矛盾，主要是通过营造园林绿地来协调。大至帝王的苑囿，小至百姓的庭院，无不用绿色来调剂人造建筑群体与自然环境之间的关系，使之成为人类身心“回归自然”本性的一种寄托以及精神与自然的对话、交流的一种渠道。在西方，有古巴比伦王国的悬空园，古罗马的别墅庄园，英国的风景式园林等；在东方有中国的自然山水园，日本的池泉回游式庭院等。
在当代城市中，园林绿地的规划和布局，数量和质量，功能和效益已成为评价一个城市舒适与否的基本条件。
1．城市园林绿地功能对城市而言，园林绿地的功能可概括为以下三类。
（1） 保护城市环境园林绿地对城市环境的保护具有多样性，大致可以分为三类：净化空气、改善城市小气候、降低噪声。
净化空气 吸收二氧化碳，放出氧气：植物的光合作用，能大量吸收二氧化碳并放出氧气。生长良好的草坪，在进行光合作用时，每平方米每小时可吸收二氧化碳1.5克，每人每小时呼出的二氧化碳约为38克，所以在白天如有25平方米的草坪就可以把1个人呼出的二氧化碳吸收。树木吸收二氧化碳的能力比草地强得多。每年地球上通过光合作用可吸收2300亿吨的二氧化碳，其中森林就占了70%，空气中60%的氧气来自森林。人们正是利用绿色植物消耗二氧化碳、制造氧气的特点，种草植树，改善二氧化碳和氧气的平衡状态，使空气新鲜。
吸收有害气体：工业生产过程中污染环境的有害气体很多，最大量的是二氧化硫，在一定浓度范围内，植物对有害气体是有一定的吸收和净化作用的。绿化林带还能使大气中的氟化氢、氮氧化物、氯气、氯化氢、一氧化碳以及臭氧等气体的浓度降低，许多植物能够吸收大气中含汞、铅、镉等重金属的气体。
吸收放射性物质：绿地中的树木不但可以阻隔放射性物质和辐射的传播，并且可以起到过滤吸收作用。据美国试验，用不同剂量的中子—伽玛混合辐射照射5块枥树林，发现剂量在15Gy以下时，树木可以吸收而不影响枝叶生长；剂量为40Gy时，对枝叶生长量有影响；当剂量超过150Gy时，枝叶才大量减少。因此在有辐射性污染的厂矿周围，设置一定结构的绿化林带，在一定程度内可以防御和减少放射性污染的危害。
吸收粉尘：森林绿地对粉尘有明显的阻滞、过滤和吸附作用，从而能减轻大气的污染。我国对一般工业区的初步测定，空气中飘尘浓度，绿化区较绿化对照区减少10%—50%。草坪的减尘作用也是很显著的，有草覆盖地面，尘土不会随风飞扬，草皮茎叶也能吸附空气中的粉尘。据测定，草地足球场比裸土足球场上空的含尘量可减少2/3—5/6。
改善城市小气候 小气候是指由于地层表面属性的差异性所造成的局部地区气候。其影响因素除太阳辐射和气温外，直接随作用层的狭隘地方属性而转移，如小地形、植被、水面等，特别是植被对地表温度和小区气候的温度影响最大。
对温度的影响：由于绿色植物的生理特性，与水泥、沥青建筑材料的反照率是完全不同的（表8-1）。建筑材料的反照率比植物叶表的的反照率低得多，吸收大量的热，因此即使在同样的日晒条件下，其热状况也是迥然不同的。太阳照到树冠上时，有30%—70%的太阳辐射热被吸收。森林的蒸腾作用需要吸收大量热能，每公顷生长旺盛的森林，每年要蒸腾8000t水，蒸腾这些水分要消耗热量167.5亿KJ，从而使森林上空的温度降低。草坪也有较好的降温效果，在一般情况下，草地上的空气温度比沥青路上低2—3度。
表8-1 不同物体表面的反照率物体表面
沥青
水泥
红砖
丁香叶
桦树叶
扬树叶
反照率（%）
4.0
8.5
10.0
32.0
38.0
61.5
（引自 杨赉丽 园林绿地规划，102页）
对湿度的影响：“有林泉不干，天旱雨淋山。”由于植物的生理机能，植物蒸腾大量的水分，增加了大气的湿度，因而绿化地带空气中的相对湿度和绝对湿度都要比非绿化地区的大。据资料显示，夏季森林的空气湿度要比城市高38%，公园中的空气湿度比城市高27%。而在冬季，绿地里的风速小，蒸发的水分不易扩散，绿地里的绝对湿度普遍高于未绿化地区1mb。水分的热容量大，林冠如同一个保温罩，防止热量迅速散失，林内比无林地气温高2—4℃，使林内冬暖夏凉。
对气流的影响：绿化植物对降低风速的作用是明显的，而且其效果随着风速的增大而更好。当气流穿过绿地时，树木的阻截、摩擦和过筛作用将气流分成小涡流，这些小涡流方向不一，彼此摩擦，消耗了气流的能量。据测定资料表明，夏秋季能降低风速50%—80%，冬季能降低风速20%。其影响的范围可达其高度的10—20倍。在林带高度1倍处，可降低风速60%，10倍处降低20%—30%，20倍处可降低10%。城市中的带状绿地，如道路和滨水绿地，常是城市的“绿色通风渠道”，使空气的流速加快，可将郊区的空气引入城市中心，有效改善城市内的通风条件。同时可形成区域性微风和气体环流，对城市污染空气的扩散，也起到了良好作用。
降低噪声 研究表明，植树绿化对噪声具有吸收和消声的作用，可以减弱噪声的强度。据日本近年调查，40m宽结构良好的林带可降低噪声10—25dB。其它一些国家资料也表明，绿化的街道比不绿化的街道可降噪8—10dB。
（2） 文教和休息功能城市中的公共绿地是环境美的重要手段。对美好环境的向往和追求是人们的天性和愿望，到公园中休息、活动，也是居民的生活内容之一。
公园中常设有各种展览馆、陈列馆、纪念馆和博物馆等，专类公园如动物园、植物园、水族馆等，使人们在游憩和参观中受到社会科学、自然科学和唯物的教育以及爱国主义教育。
公共绿地是人们日常游憩活动的场所，这里自然条件好，又安排了各类游憩活动设施，是人们锻炼身体、消除疲劳、恢复精力的好场所。
随着人们工作时间的缩短，能够满足人们余暇休息需要的园林绿地在城市中的地位越来越重要，在提高城市环境舒适度的各项内容中，占有重要的地位。
（3） 景观功能城市园林绿地是城市景观效果的重要组成部分，园林绿化的好坏对城市面貌起决定性作用。园林绿地可以丰富城市建筑群体的轮廓线，尤其是海滨城市和沿江城市，开阔的空间使人们比较容易从远处对城市的总体轮廓有一较为全面的认识。用绿化来衬托建筑使建筑富有生机，并可用不同的绿化形式衬托不同用途的建筑，使建筑更加充分体现其艺术效果。
城市街道、广场四周的绿地对市容市貌影响很大。街道绿化好，人们虽置身于闹市中，也犹如生活在绿色走廊里。街道两边的绿化，即可供行人短暂休息，观赏街景，满足闹中取静的需要，又可以达到美化环境的效果。
园林绿化还可以遮挡不美观的物体或建筑物、构筑物，使城市面貌更加整洁、生动、活泼，并可利用植物布局的统一性和多样性使城市具有整体感，增强城市的艺术效果。
2,园林绿地分类城市园林绿地大至风景名胜、公园、城市自然保护区，小至庭园、街道绿化，其效用各不相同，分类方法各异。我国现行城市园林绿地按功能，一般分为公共绿地、居住区绿地、单位附属绿地、防护绿地、风景林绿地、生产绿地等六种不同功能的绿地类型。而按植物群落分又有林地、草地、花坛、绿篱等。
公共绿地 公共绿地是指市、区级综合性公园、动物园、植物园、体育公园、纪念性园林等，以及沿道路、沿江、沿湖、沿城墙绿地和城市交叉路口的小游园等。一般来说，公共绿地设计较精细，设施较多，反映了一个城市园林绿化的面貌与水平。
居住区绿地 居住区绿地是住宅用地的一部分。一般包括居住区游园、居住小区游园、宅旁绿地、居住区公建庭园和居住区道路绿地。其功能是改善居住区的环境卫生和小气候，为居民日常休息和户外活动、体育锻炼等创造良好条件，这是居民使用频率最高的绿地。
单位附属绿地 单位附属绿地是指各企、事业单位机关大院内部的绿地。如工厂、矿区、仓库、公用事业单位、学校、医院等单位内部的附属绿地。为某部门（单位）使用，不对城市居民开放。为本单位职工提供接近工作地点的休息娱乐场所，对改善本单位、本地区的生态环境有直接的意义。
防护绿地 卫生防护绿地主要分布于工业区与生活居住区之间、不同污染程度的工业企业之间、靠近生活居住区的铁路两侧和机场周围等处。主要功能是改善城市的自然条件和卫生条件。我国《工业企业设计卫生标准》规定，产生有害物质的工业企业与居住区之间应设置卫生防护距离。根据产生毒害的程度，卫生防护距离分别为1000m，500m，300m，100m和50m五级，在卫生防护带内应尽量绿化，根据污染物的内容、排放形式和当地气象特点等综合因素布置卫生防护绿地。此外，还有防风固沙、水土保持、农田防护等林带。
风景林绿地 风景林绿地一般为市内或市郊的自然风景或文物古迹，如武汉的东湖风景名胜区，杭州的西湖风景名胜区，广州的白云山风景区等等，是城市理想的旅游、疗养基地，自然景点多，面积较大。
生产绿地 生产绿地是园林部门主管的绿地，如苗圃、花圃、果园等，是城市绿化的生产基地，为城市绿化培育苗木，提供城市所需的各种花卉。
3,园林绿地的评价园林绿地作为决定城市环境舒适度的关键因素，其评价指标需要考虑到多方面的因素，不仅要反映城市总体的绿化水平、绿化质量，而且要满足提高环境舒适度的要求，满足城市环境保护和居民游览休憩的需要，并能够用定量的形式表示。一般采用如下指标：城市园林绿地总面积（hm2）、人均公共绿地占有量(m2)、城市绿化覆盖绿（%）、城市园林绿地可达性。
以上四指标是城市园林绿地的基本评价指标，其中前三个直接反映了城市的绿化水平，而城市园林绿地的可达性则是以人的需要为出发点而考虑的，是评价环境舒适度的重要条件。绿地作为提高城市环境舒适度的重要因素，对于保障城市环境，维护居民的身心健康有着至关重要的作用，而居民是否能够方便、平等地享用这种环境舒适的载体是城市环境可持续性的重要指标。在现实生活中，我们常听人说“到某某公园真是太远了，坐车要一个多小时，而到达某某公园很方便，走上十几分钟就到了”，就反映了绿地可达性对人们日常生活的影响（图8-6）。
绿地可达性的确定，在城市规划中常用的指标是服务半径，通过均衡分布，比例合理满足全市居民的休息游览需要，联合国出版的一份有关城市绿地规划的报告中，将绿地分为5级，每级规定有：面积、每人定额及服务半径。如表8-2。城市绿地可达性定量评价，目前尚没有统一的方法，俞孔坚等以中山市为案例，研究了可达性定量评价的方法，具有一定的参考性（《城市规划,1999，8，（8-11））。
表8-2 公共绿地分布距离绿地种类
离居住区距离（公里）
所耗费的时间标准（分钟）
步行
用大量交通工具
全市性公园
2-3
30-50
15-20-
区公园
1-1.5
15-25-
10-15
儿童公园
0.7-1.0
10-15
不作规定
花园
0.8-1.0
12-15
不作规定
小游园
0.4-0.5
6-8
不作规定

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城市绿地定额指标城市绿地定额指标是反映城市绿化水平和城市环境质量的一个重要指标。一般以城市绿化覆盖率和每人平均所占城市绿地面积的平方米数两个指标来衡量。绿化指标规划合理，绿地分布均匀，才能符合理想。一个城市要有多少绿地定额，是一个有争议的复杂问题。绿地定额指标的确定，必须考虑到如下问题：
第一，影响城市绿地指标的因素。
( 国民经济发展水平。国民经济发展水平高的国家和城市，绿地定额指标比较高，反之较低。
( 城市性质。风景游览城市绿地指标较高，一些重工业城市及交通枢纽城市，由于环境保护需要，指标也应当稍高。
( 城市规模。大城市绿地面积较大，而中小城市与自然环境联系密切，绿地指标可比大城市低些。
( 城市气候条件。炎热和干旱地区的城市，绿地指标可以高些，而潮湿凉爽地区的城市，绿地指标可以低些。
( 城市的其它自然条件。城市的地质、地貌、水文、土壤条件不同，绿地指标也应有所差别，具体情况具体分析。一般情况下，自然条件有利，指标可以高些，否则低些。
( 城市用地布局情况。带状城市往往绿地指标要高些，而城市布局紧凑的城市，指标可以相应低些。
( 城市历史。城市建筑密度大，用地紧张，绿地指标不可能太高，而新兴城市应高些。
( 城市原有绿地基础。原有绿地基础好的城市，指标可以高些，否则可低些。
第二，要给人们维持生命呼吸提供充足的氧气，并消耗掉人们排出的二氧化碳，使空气中的碳、氧保持平衡。据测算，每人每天排出二氧化碳约2kg，消耗氧0.5—0.7kg。通常1hm2的阔叶林在生长季节1天可消耗1t二氧化碳，产生600—700kg氧。这样，每人就需要拥有10m2森林面积。这是一般城市最低的定额指标。但是由于生活和工业燃烧消耗大量的氧，排放大量的二氧化碳，因此对林地面积的需要量应更大，有人提出需要大约30—40m2的绿地。一般而言，为为避免热岛效应，改善城市气候，绿地面积不得少于30%。
第三，要能满足游览休息需要。游人在园林绿地中游览、休息，按居民总人口计算，平均每人应有公共绿地6m2。假如节假日居民中的20%的人同时去游览、休息，则平均每人应有公共绿地12m2。我国从游览和文化休息方面考虑，提出城市公共绿地面积近期每人平均3—5m2，远期7—11m2。若考虑减少空气中粉尘和有害气体的含量，降低噪声强度，保护和提高环境质量的需要，则更应该多些。
世界许多国家在制定大城市园林绿地定额时，提出每人36—40m2的方案。如美国城市绿地指标为每人平均拥有公共绿地28—36m2；英国为42m2；法国为23m2；日本较低，近期为6m2，远期为9m2。目前我国城市绿化水平较低，据180个城市统计，城市绿化覆盖率低于10%的占50%以上。按人口平均公共绿化规划要求，在有条件的城市绿化覆盖率近期内应达到30%，20世纪末达到50%。每人平均公共绿地面积近期为4m2，20世纪末达到6-10m2。最近又确定为7-11m2。新建城市，园林绿地面积应占城市总面积的30%，改建的旧城区一般也不低于25%。我国人多地少原有绿地基础差，城市发展不平衡，宜林地面积不等，绿化现状相差悬殊，应根据实际情况制定各类城市的绿地定额。
三、人文环境人们在城市中进行着种种生气勃勃的活动，就规划布局而言，其成果无外乎两个方面：一是经人们长期的经营建设而形成的城市格局、宫殿、寺观、府第、园林、街道、民居等物质环境（形体环境）；二是上述物质环境所负载的社会结构、组织制度、人们的价值观念、思维方式等内部蕴涵，也就是城市之文化。如果说城市物质环境是人们生活的空间载体，是表征，那么，城市文化就是城市生活在观念形态上的反映，是深层结构。表里揉合，相辅相成，共同塑造了城市这一特殊的人居环境。
城市文化关心人、贴近人的生活，揭示了城市作为人们的一种生活方式而存在的真谛，这在城市发展过程中有着终极的价值。正是在此意义上说，城市文化是城市的灵魂。努力追寻城市的灵魂理当是城市人居环境建设的基本任务之一。
那么，城市文化在哪里？著名城市规划学家伊利尔.沙里宁说：“让我看看你的城市，我就说出这个城市居民在文化追求的是什么”。城市文化存在于城市整体环境中。存在于建筑中；存在于城市的山水中；存在于城市历史中，在古墟中，在遗址中，在城市传乘古今的文化传统中。
现代的城市文化发展受到科技、经济以及全球化的冲击。以科技为标志的工业化放大了人的力量，人们可以大规模地开发和利用自然，通过强有力的技术手段去改造周围的环境，城市建设规模之大、速度之快史无前例；然而，自然环境也遭遇到空前的破坏，城市文化生存发展的自然前提因而受到前所未有的威胁。次之，经济成为影响城市发展的主要因素，经济与文化有一种相生相长的复杂关系，在目前“以经济建设为中心”的形势下，经济成为城市文化发展的基础，城市文化发展受到强有力的支持；但片面的“经济决定一切”，又使得城市文化面临着经济浪潮的冲击，有着被漠视、、破坏甚至根本毁灭之虞。再次，从全球范围看，现代社会拥有的交通通讯手段和贸易网络，使全球联系更加密切，不同城市间的文化影响和借鉴变得更加广泛，可以说几乎所有的城市都在不同程度上自觉不自觉地摆脱着地域的民族的历史局囿，吐故纳新，横向认同，呈现出“全球化”趋势；然而在文化全球化的过程中，不少城市正在丧失其个性，城市文化流于雷同、平淡。
“以人为本”是城市人居环境建设的最高纲领，从这个意义说开去，城市应该是文化的一种表现，一种存在。现代化对城市文化来说，既是机遇，又是挑战。城市人居环境的建设，要求以自然为底蕴，理性地对待，使城市不仅成为人们生息的场所，而且是精神的住居。
第三节 人居环境舒适度评价
联合国曾在“反映可持续发展原则的人类住区的政策建议”中对建立人居环境评价指标体系提出了一些建议：为了提高居住区环境质量，必须建立有效的监督和评估程序，“监测的第一个步骤是确定一些指标。指标的数据可反映质量，也可反映数量”，“各国政府可根据指标现有水平和检测能力，采取不同的编制指标的方法”。
城市人居环境质量评价指标体系是描述、评价城市居住地域是否安全、舒适、和谐、方便的一套可感知的参数的集合，是评价人居环境舒适度的重要依据。到目前为止还尚未形成一套确定的人居环境（主要是城市人居环境的舒适度问题）的指标体系和评价方法。本节中我们将介绍一些相关的舒适度评价指标体系的研究。
我国对人居环境的研究刚刚起步，但是自80年代初以来，国内学者从不同角度对城市环境综合评价指标体系进行了研究，在某种意义上为城市人居环境舒适度评价指标体系的研究奠定了基础。国内近年来关于城市环境综合指标体系的研究主要有以下几个方面：
一、从城市生活居住环境的角度进行评价
以居住区为研究实体，将评价的物质内容概括为人工设施、自然环境与人的活动三部分;以居民为评价主体，以住宅的适用性、道路的通顺便捷程度、设施的方便和可靠程度、生活安全和健康的保障、邻里的来往和互助以及环境的亲切、悦目程度为目标，将其评价指标列出。
表8-3 城市生活居住环境评价指标体系序列号
编号
内容
序列号
编号
内容
序列号
编号
内容
1
1
居住面积（m2/人）
4
13
就业
7
22
距早点、副食品店距离（m）
2
居室数（间/户）
14
职工通勤人数（%）
23
距日用小百货距离（m）
3
房屋建筑质量
5
15
阳台、室外庭院
24
距粮店、煤店距离（m）
4
日照通风
16
距宅周绿化距离（m）
25
距洗澡、修理、理发店距离（m）
5
环境卫生与噪音
17
距大型公园、运动场距离（m）
26
距大型商业中心距离（m）
6
空气水质
6
18
宅前消防急救道路
27
距农贸市场、菜场距离（m）
2
7
老幼文化活动站
19
自行车存放
28
距医院门诊距离（m）
8
距影剧院游乐场距离
20
距公交车距离（m）
8
29
厨厕适用状况
3
9
幼儿入托
21
距火车站、长途汽车站距离（m）
30
水电设施状况
10
距小学距离规模
（m、班）






11
距中学距离规模
（m、班）






12
职业与成人教育







以人为主体展开指标体系，将城市生活居住环境分为三层：城市生活圈、基本生活圈、核心生活圈。城市生活圈在城市总体结构中体现，基本生活圈以生活小区体现，核心生活圈体现了每户住宅的内部活动以及宅周的户外空间活动，反映了城市生活居住多层次、多等级、包含与延伸的特点。该指标体系将城市生活居住分为八条生活序列，30个指标（表8-3）。
二、从人居环境的角度进行评价
将城市人居环境在地域层次上划分为近接居住环境（微观城市人居环境）、社区环境（中观城市人居环境）和城市环境（宏观城市人居环境）。其中以住宅为核心的近接居住环境又分为两个部分：住宅和邻里环境；社区环境为居民社会活动的主要环境，其地域范围相当于一个居住区；城市环境相当于整个城市系统环境。在地域层次划分的基础上，以城市人居环境的住宅、邻里、社区绿化、社区空间、社区服务、风景名胜保护、生态环境、服务应急能力8个方面为评价对象，充分考虑到评价指标选择的代表性、不可替代性和多层次性，选择29项指标构成一个相对完整的城市人居环境评价指标体系（表8-4）。
表8-4 城市人居环境评价指标体系类别
指标
类别
指标
近接居住环境
住宅
宽适度
社区环境
社区绿化
公园、学校的绿化
给排水情况
街头绿化
日照通风条件
该地区的绿化状况
生活垃圾收集情况
去公园的便利程度
邻里
安静程度
周围的水域环境
交流或接触程度
与水域的接近程度
绿化
社区空间
公共空间的大小
城市环境
风景名胜保护
自然风景的保护
街景的美化程度
历史古迹的保护
社区服务
购物
历史的气氛
娱乐
生态环境
城市的噪音
医疗
城市的空气质量
银行、邮局
服务应急能力
公共交通的便利程度
小孩的教育环境
防灾抗灾能力
文化环境

治安状况

将城市人居环境划分为两部分：人居硬环境和人居软环境。所谓人居硬环境是指一切服务于城市居民并为居民所利用，以居民行为活动为载体的各种物质设施的总和。包括居住条件、生态环境以及基础设施和公共服务设施三项内容。人居软环境是指人居社会环境，指的是居民在利用和发挥硬环境系统功能中形成的一切非物质形态的总和，是一种无形的环境，如生活情趣、生活方便舒适程度、信息交流与沟通、社会秩序、安全和归属感等。两者之间存在如下关系：硬环境是软环境的载体，而软环境的可居性是硬环境的价值取向。人居硬环境和软环境的呼应程度，即以各类居民的行为活动轨迹与其所属的软、硬环境是衡量人居环境优劣和环境、社会、经济三种效益统一程度的标尺。限于工作重点，目前只讨论了硬环境的评价指标（表8-5）。
表8-5 大都市人居环境评价指标体系类别
指标
类别
指标
类别
指标
居住条件
人均居住面积
生态环境质量
TSP
基础设施与公共服务业设施
基础设施投资占GDP比重
住宅成套率
SO2
人均道路面积
职工住宅比重
城市污水处理率
每万人拥有的公交车辆
家用煤气普及率
工业废水处理率
每万人拥有商业伙食服务业网点
住宅竣工面积
绿化覆盖率
住宅投资占固定资产投资总额比重
人均公共绿地面积
每万人拥有医院床位
环保投资占GDP比重
各级学校的建筑面积
人口密度



表8-6 城市人居环境质量评价指标体系基本框架一级准则
单项指标
建筑质量
房型设计通风状况结构健全贮藏充足
容易维修电力稳定楼层高度防火材料
隔音设施充足光线内置橱柜绝缘防护
室温控制管道良好卫生设施方便厨房
不相互干扰的通道
环境安全
空气质量饮水水质
噪声污染洪水淹没
交通要道垃圾堆场
化学工厂污染水体
易燃易爆
景观规划
风景院落住区小品
建筑密度自然景色
户外保持建筑保持
住宅间距绿化草坪
休闲广场建筑样式
公共服务
商业网点医疗保健
蔬菜市场供电系统
电信服务给水系统
排水系统各类学校
公共停车场所文化娱乐设施
社区文化环境
邻里和谐社区治安
住宅特色住区荣誉
紧邻亲朋紧邻高校
流动人口远离棚户
市民广场心理归属
（另有单项指标的权重和满意度的统计特征表格，在此略去）
引入满意度评价：如前所述，城市人居环境既包括硬件设施，也包括心理层次上的软环境，故而具有其复杂性和不可度量性，使用的方法和手段与一般评价也大不相同，因此在评价指标体系的设定上并不一味追求定量化——以定量化为先决条件进行城市人居环境的评价要求所选指标均可进行某种形式的定量计算，会导致评价结果仅仅反映城市环境的硬件设施和总体环境，而不能准确反映人居环境的方方面面。出于此初衷引入满意度评价并在评价方法上选择公众问卷调查以克服定量化问题。遵循全面性、层次性、针对性和可比性四个原则，选择5个准则、56个因素作为调查与评价因子（表8-6）。
对城市人居环境的可持续发展评价指标体系的研究：依据以人为本、层次性、区域性、可操作性以及稳定性与动态性的原则，利用层次分析法，构建一个三层次的评价指标体系。其中一级指标包括三类：聚居条件、聚居建设和可持续性。聚居条件包括人口、资源与人工构筑等，体现舒适的居住条件、适宜的人口密度和良好的资源配置等内容。聚居建设包括生态环境的建设和基础设施的建设，从侧面反映了城市的环境质量、生活、生产的方便程度和服务水平。可持续性包括社会秩序稳定、智力能力和经济能力三方面，反映了城市各项人类活动与社会、经济之间的相互关系、协调能力和发展潜力（表8-7）。
表8-7 城市人居环境可持续发展评价指标体系类别
指标
类别
指标
聚居条件
居住条件
人口密度
聚居条件
资源配置
人均生活年用电量
人均居住面积
人均生活日用水量
建筑密度
家用燃气普及率
一二类居住用地比重
电话机普及率
聚居建设
城市生态环境
绿地覆盖率
可持续性
社会稳定度
就业率
人均公共绿地
刑事案件发生率
地表水综合评价指数
劳保福利占工资比重
噪声达标区覆盖率
平均期望寿命
垃圾无害化处理率
智力能力
千人拥有初中以上文化程度人数
城市污水处理率
千人拥有藏书量
大气环境综合评价指数
经济能力
人均GDP
公共服务设施
人均公路面积
住宅投资占GDP比重
人均道路面积
环保投资占GDP比重
千人拥有商业饮食业网点数
公共服务基础设施投资占GDP比重
千人拥有医院床位数
科技投入占GDP比重

三、从生态环境和生态学的角度进行评价生态城市已经成为现在研究的热点，有关其评价的指标体系也具有多样性，但是这些建立在生态学理论基础上的评价指标又具有统一性。因为从生态学的观点来看，“城市”是一个生态系统，是人为改变了结构、改变了物质循环和部分改变了能量转化的、受人类生产活动影响的生态系统，同时还是社会、经济和自然三个子系统构成的复合生态系统。表8-8表述的指标体系具有很大代表性。它包括结构合理、功能高效和关系协调三部分。结构合理是指适度的人口密度，合理的土地利用，良好的环境质量，充足的绿地系统，完善的基础设施，有效的自然保护；功能高效是指资源的优化配置、物力的经济投入、人力的充分发挥、物流的畅通有序、信息流的快速便捷；关系协调是指人和自然协调、社会关系协调、城乡协调、资源利用和资源更新协调、环境胁迫和环境承载力协调。
表8-8 生态城市评价指标体系功能指标
结构指标
协调度指标
物质还原
固废无害化处理率
人口结构
人口密度
社会保障
人均保险率
废水处理率
人均期望寿命
失业率
工业废水处理率
万人具有高等学历人数
劳保福利占工资比重
资源配置
电话普及率
基础设施
人均道路面积
城市文明
玩人拥有藏书量
人均生活用电
人均住房面积
卫生达标率
人均生活用水
万人病床数
刑事案件发生率
生产效率
人均GDP
城市环境
污染控制综合得分
可持续性
环保投资占GDP比重
万元产值能耗
空气质量
科教投入占GDP比重
土地产出率
环境噪声
城乡收入比

城市绿化
人均公共绿地

绿地覆盖率
自然保留地面积

此外，《美国城市文化》一文在研究今后50年的环境变化时，曾对世界16个城市进行“城市舒适度”的评比，共列了23个项目，分别予以评价，最后进行总分评比。归纳起来，其标准可分为下列3类：
( 良好的自然条件及其利用。包括美丽的河流、湖泊，大公园（群），一般树丛，富有魅力的自然景观，洁净的空气，非常适宜的气温条件等；
( 良好的人工环境的建设。包括杰出的建筑物，清晰的城市平面，宽广的林荫大道（系统），美丽的广场（群）、街道的艺术、喷泉群、富有魅力的人工景观等。
( 丰富的文化传统及设施。包括杰出的博物馆、富有盛名的学府、重要的可见的历史遗迹、众多的图书馆、剧院、美好的音乐厅、琳琅满目的商店橱窗、可口的佳肴、大的游乐场、多种参与游憩的机会、多样化的邻里等。
参与评比的城市在前两方面比分接近，可以说大部分城市均具备条件。评比结果，巴黎、伦敦、罗马名列前矛，它们评分在第三方面，即城市喷泉、剧场、街道艺术、私人画廊、可见的历史遗迹和参与游憩的机会等项多于其他城市。
城市人居环境作为一个大系统，是个拥有多种功能的有机综合体，上述指标体系的纷繁复杂性反映了这一点；同时城市人居环境系统本身又是统一的，这表现在从总体来看，指标体系的相似性。从环境舒适度的角度讲，可对从不同角度制定的指标体系作如下归纳：
各指标体系中有四个因素基本上取得了一致性：住宅条件（室内和室外）、生态环境质量（包括绿化和大气、水等环境质量）、基础设施（道路）、服务设施（服务网点等）。
不同角度出发建立的评价指标体系存在着差异，对于人居环境舒适度评价的研究也有着不同的借鉴作用。从居住环境角度出发的重点在居住小区，侧重小区内部居民生活的完善；从人居环境角度出发的指标体系考虑了整个城市对居民居住环境的影响，这种逐步扩大研究范围的方法很值得借鉴，能生动反映居民生活特点；而侧重在生态城市和可持续发展能力评价的指标重点则是城市进一步发展的能力和潜力，对环境舒适度而讲，具有间接的支撑作用。而城市的人文环境和社会环境仅在部分指标中有所体现，没有一致的见解。
总的来说，环境舒适贴近人的生活，上述指标只能反映城市的整体状况，对环境舒适也有一定的借鉴作用。但作为环境舒适的指标必须进一步细化。其细化的内容是多方面的，例如对园林的指标不能仅限于人均公共绿地和绿化覆盖率，应该包括居民的可达性指标，诸如到不同公园、应用不同的交通工具所需的时间，居住区内部小游园的面积控制等。另外，对城市人文环境或者说城市软环境的评价也需要作进一步的研究。
第九章 景观环境
通过前面的学习，我们已经知道了环境的几大基本功能：提供资源、消纳废物、平衡生态。但是，作为以人为中心的周围事物的集合，环境的功能远不只这些，要进行环境学研究，我们还需要深入地考察其更深层次的功能。事实上，在上一章人居环境中，我们已经接触到了环境的舒适性这一概念，也就是说，环境不仅可以满足人类基本的生存需要，还可以满足人类的舒适需要。在本章中，我们则将了解到，环境还可以给人类带来享受，满足其欣赏需要，这就是环境学的一个新层次：景观环境学。
第一节 景观环境的概念及分类
景观一词的原意是表示自然风光，地面形态和风景画面，作为科学名词被引入地理学和生态学，则具有地表可见景象的综合与某个限定性区域的双重含义。在这里，从环境学角度出发，我们给景观以如下的定义：景观是一个由不同土地单元镶嵌组成，具有明显视觉特征的地理实体，它处于生态系统之上，大地理区域之下的中间尺度，兼具经济价值、生态价值和美学价值。通常将之简单地划分为自然景观和人文景观两类。
所谓景观环境，是指由各类自然景观资源和人文景观资源所组成的，具有观赏价值、人文价值和生态价值的空间关系。我们对景观环境的研究更侧重于其观赏价值和人文价值，简单的说，在这里我们更关注景观的美学价值。
根据景观环境空间的大小和距离人群的远近，大体上可将之分为：
庭院景观环境 人们日常活动所处的景观环境，包括住宿、购物、餐饮、娱乐、社交等活动所处的宾馆、饭店、商场甚至影院、酒吧等场所。
社区景观环境 人们日常户外活动所处的景观环境，包括锻炼、娱乐、休闲等所处的小区绿地、公园、草地、林荫道甚至城市雕塑等。
郊野景观环境 即野外景观环境，距离人们日常生活范围较远，通常是人们假日游览、观光的对象，当然一些人迹罕至地区也同样属于此类别。
瞬时景观环境 具有时间性的景观环境，如日出、彩霞、春雨等。
以下各节将分别介绍景观环境的组成要素：自然景观和人文景观，以及一个典型的同时包括这两种要素的景观环境：城市景观环境。需要强调的是：景观环境与每一种具体的景观相关，但又不完全从属于某一具体的景观要素，而是各种景观要素空间关系的总和，如月光、晚霞、花卉、林木、湖泊、绿地、桥梁、道路、建筑物等等，都是景观环境的组成要素，是景观的一种，却不是完整的景观环境本身。景观环境是可以分解和移动的，如街心花园中，由花卉、画坛、绿草、雕塑小品、灯具、喷泉等要素共同组成了一个优美的景观环境，其中的任何一个景区、景点、景物都是整个审美环境综合体的有机组成部分，减少或增加某一非主要的景观要素，原有的景观环境仍可以相对独立。
阅读材料景观概念及其研究的发展本文试图从纵向探讨景观这一概念的发展历史; 从横向探讨景观作为多学科的研究对象,其内涵的变化; 以及作为园林风景学科的主要对象,景观研究的一些现状。
一,景观的原意--"风景"及其研究在欧洲,"景观"一词最早出现在希伯来文本的《圣经》旧约全书中,它被用来描写梭罗门皇城(耶路撒冷)的瑰丽景色。这时,"景观"的含义同汉语中的"风景"、"景致"、"景色"相一致,等同于英语中的"scenery",都是视觉美学意义上的概念。我国从东晋开始,山水画(风景画)就已从人物画的背景中脱胎而出,独立成门,风景(山水)很快就成为艺术家们的研究对象,丰富的山水美学理论堪称举世无双,因此也才有中国山水园林的臻美。景观的这种含义(作为风景的同意语)一直为文学艺术家们延用至今。
目前,大多数园林风景学者所理解的景观,也主要是视觉美学意义上的景观,也即风景。
二、景观作为一个地学概念
19世纪中叶，伟大的动植物学家和自然地理学家洪堡得(Humboldt)，将"景观"作为一个科学的术语引用到地理学中来，并将其定义为"某个地球区域内的总体特征"。随着西方经典地理学、地质学及其它地球科学的产生，"景观"一度被看作是地形(landform)的同意语，主要用来描述地壳的地质、地理和地貌属性。以后，俄国地理学家又进一步发展了这一概念，赋之以更为广泛的内容，把生物和非生物的现象都作为景观的组成部分，并把研究生物和非生物这一景观整体的科学称为"景观地理学"("landscape geography" )。这种整体景观思想为以后系统景观思想的发展打下了基础。
三、景观作为生态系统的载体景观生态思想的产生使景观的概念发生了革命性的变化。景观生态学就是把地理学家研究自然现象空间关系时的"横向"方法，同生态学家研究生态区域内功能关系时的"纵向"方法相结合，研究景观整体的结构和功能。
表9-1,景观概念及其研究的发展景观概念
作为视觉美学意义上的概念，与"风景"同意
作为地学概念与
"地形"、"地物"同意
作为生态系统的功能结构
以景观为对象的研究
景观作为审美对象，是风景诗风景画，及园林风景学科的研究对象
作为地学的研究对 象，主要从空间结构和历史演化上研究
是景观生态学及人类生态学的研究对象，不但从空间结构及其历史演替上，更重要的是从功能上研究
在北美，长期以来尽管没有明确提出"景观生态学"的概念，系统景观的思想和景观生态学的思想却很早就有所发展。早在本世纪40年代，北美最早的植物生态学家之一Egler就认为，植物与人的活动组成了一个相互作用的整体，这个整体是某一更高级的生态系统的一部分，并作用于景观。以后，他又提出了"整体人类生态系统"（"total human ecosystem"）的概念。
http://www.turenscape.com/page/lunzhu/ljg.htm
阅读材料美是什么——美学基本概念介绍本章中我们着重强调景观环境的美学价值，故在此介绍一些关于美、美学的基础知识。
事实上，没有一种美的定义可以说已经得到普遍承认，对于美的定义从古至今见仁见智。古代人关于美的基本理论是与节奏、对称及各个部分的和谐等概念联系在一起的，简单地说，是与多样统一这样一个普遍原则联系在一起的。而现代人则更多地强调的是意味，表现性的概念以及表达生活的全部内容，总之，强调的是“特性”概念。如果把这两个方面归纳起来，就得到一个对美的比较宽泛的理解。所谓美，就是感性知觉或想象把握到的特性或个别表现性，而这种特性或个别表现性又服从于同一种媒介的一般表现性或抽象表现性的条件。
通常意义上的美可简单划分为形式美和意境美，形式美就是生活中、自然中各种形式因素，包括色彩、线条、形体、声音等有规律组合而产生的美的样式；意境美则是人在审美过程中通过客体的形象、内涵、神韵等激发出情感的联想与共鸣从而感受到的美。当然我们也完全可以按照其它分类标准对美进行更细致的划分，这也正是诸多“美”的来源，如：节奏美、韵律美、色彩美、尺度美、静态美、动态美等等。
自古以来，人类从未停止过对美的机理、美的规律、美的法则的探讨。美的机理就是美的基本构成要素及其特征，如不同数量的点造成的不同印象，直线和曲线所具有的不同感觉，不同形状的面的不同感觉，各种色彩产生的不同效果和体验等；美的规律是人们从生活和自然中抽象出美学因素，使之形成美的规律。规律包括对称、均衡、比例、节奏、韵律等；美的法则是美的规律的更高层次，包括变化与统一、均衡与稳定、比例与尺度等。
美学特质存在于景观的属性之中。这种美可以被定义为基本形体、线条、色彩、肌理及它们之间的结构关系。景观环境的美学原则主要有四点：
多样统一原则 即环境的整体美感及和谐美感。人文景观如建筑形体，自然景观如植物群落、山石流水等构成环境的元素，变化万千。而整体结构又要体现和谐统一，就是在变化中有统一，又在统一中有变化。多样统一的原则使人赶到环境特征丰富多彩、规则整齐、生动活泼、错落有序。
调和对比原则 对景观的形体、线条、色彩形式美感，注意相互间的紧密关系与彼此间的有机配合，使环境的整体美感表现融合流畅，主题鲜明、有声有色。调和使人感到有柔和、雅静、舒适和愉悦的美感。
对称均衡原则 对称均衡是关于景观的各个形体的布局形式和方法。对称的布局，显得稳重安定，还衬托中心。对称的原则，无论是在城市环境的规划设计，或是工程技术方面，随处都能发现其普遍存在。对称的原则，不仅是形体的美感，还是普遍存在的自然规律，无论是人和动物的形体，还是植物的花和叶，都可以发现有对称的规律。均衡表示环境中形体的布局还可以有差异变化。
韵律节奏原则 优美的景观环境，是建筑艺术、园林艺术、生态环境、植物群落、多重生态系统相互融合协调而得的一幅具有韵律节奏的表现艺术作品，犹如一首优美的乐章。
http://www.turenscape.com/page/lunzhu/sj.htm
许劲《环境美学研究》
刘陵江《试论形态构成的美学机理》等
第二节 自然景观
一、 自然景观的构成与分类山水 这是自然景观最重要的组成部分。自古及今，山水在人们心目中占有特别重要的地位。有多少骚人墨客，放情山水，又有多少逸士高人，终老其间。乃至在艺术领域，山水诗、山水画成了人们最喜爱的艺术品种。
山之美，美在山形之奇特，美在山景之变化，峰、谷、石、树、小溪、瀑布、云雾、飞禽走兽、奇花异草等等，寓无限多样于浑然一体之中。孤峰幽谷，奇松怪石，则更能激发人们丰富的想象力，激起人们寻幽探奇的强烈愿望。
山似乎永远离不开水。“山得水而活”，“水得山而媚”。有绿水，才有青山，“青山隐隐水迢迢”，山水相连，更增添无限魅力。举世闻名的长江三峡，正是把崇山峻岭同浩浩大江联成一体；桂林山水甲天下则在于清澈的漓江与一座座奇特的孤峰相得益彰。
不容否认，水又有其自身的魅力。海洋的潮涨潮落，河流的平和从容，湖泊的轻柔幽静，瀑布的奔放勇猛，泉水的秀美清丽，都具有形、色、声动态变化的多样性美感，使人心驰神往、浩气激荡。
水是自然界分布最广、最活跃的因素，性质柔和，它以海洋、湖泊、河流、涌泉、瀑布、冰川、积雪、云雾等形式存在于大自然中，时而流经崇山峻岭，时而穿越密密丛林，时而又在平原舒缓展开，蜿蜒如带。无论是波平如镜、微起涟漪，抑或波涛滚滚、连天奔涌，水波丰腴的曲线一览无余。再加上清澈透明或水绿如蓝的格调，更是给人以诗情画意的美感。无怪乎有人将水称为“风景的血脉”。
阅读材料水景欣赏壶口瀑布 位于山西省吉县和陕西省宜川县交界的黄河段。壶口瀑布以上的黄河河床宽约250-300米，两岸山势陡峭，由于岩石断裂与河水冲刷、切蚀，河床中心约30-50米宽的部分形成深约30米的巨沟，河水汹涌而至，突然汇入狭窄的沟中，遂形成瀑布，故有“天下黄河一壶收”之说。古诗赞曰：“源出昆仑衍大流，玉关九转一壶收”。由于瀑布巨大的冲刷、切蚀作用，跌水处逐渐向上游后退，每年大约上移2-4厘米。根据古籍记载可知，2700多年来，跌水位置从龙门移至壶口，共上移了3000多米，造成的巨沟成了河中之河，被称为“十里龙槽”。枯水季节，河水从正面跌入“龙槽”，落差约15-20米，声震峡谷，水翻浪滚，烟雾自水底升腾而起，映出彩虹。此景称为“水底冒烟”；洪水季节，河水排山倒海而来时，则正面不足以容纳，还从两侧拥挤跌撞入槽，三面俱成瀑布，“龙槽”泄水不及，水位上升，落差减少，气势反而不如枯水季节壮观。这是壶口瀑布独有的特色。
阅读材料景观水资源分类按显景美学特征分类
(1) 表相美景观型 (2) 时相美景观型 (3) 位相美景观型
(4) 境相美景观型 (5) 复合显景型按景观心理效应分类
(1) 激动豪放景观型 (2) 宁静柔和景观型 (3) 幽深思远景观型 (4) 艳丽活泼景观型
(5) 奇妙启迪景观型 (6) 理念比德景观型 (7) 复合效应景观型按适宜观赏的位置分类
(1) 适宜远眺观赏型 如大海、冰川、雪原等。
(2) 适宜临近观赏型 如荷塘、清泉、鱼池等。
(3) 适宜入境观赏型 观赏者身在其中，或泛舟水面，或游乐其中，或登临其上(固体水资源)，或深入其下。
(4) 观赏位置皆宜型 当然，这一分类亦非绝对，其适宜观赏的位置，除取决于水资源客观体态之外，还取决于观赏者自身的爱好和主观能动性。
《再论景观水资源及其分类》
生物 包括植物和动物，也是自然景观的重要组成部分。花、草、树木，飞禽、走兽、鱼类和昆虫等等，赋予自然以生机和活力，使自然景观美得有生气，美得有灵性。干枯的荒山不美，一旦披上绿装，就美了。活泼的流水之所以美，因为那是“活”水，而污浊的死水就不美。要是没有了森林，没有了鲜花和绿草，没有了苍鹰和麋鹿……自然就会一片死寂，还有什么美可言？所以可以这样说：大自然的美，就在于它总是生机盎然，是一切生命现象的发祥地。
阅读材料生物之美茫茫大草原，使人胸怀开阔，产生无限暇想和凝思；走在林中的小径上或竹林丛中，其境甚幽，宁谧而清静，有一种超凡脱俗之感慨；百花争艳，使人体味到人生生命的活力和对美好生活的憧憬；蓊郁苍翠的林区，使人产生一种抗争的心境和百折不挠的精神。人们寄情植物，就有了白菊的真实、红豆的相思、豆蔻的别离、紫丁香的初恋、白桑的智慧、紫罗兰的诚实、百合花的纯洁……
猛虎下山之威武，鱼游水中之自由，骏马奔腾之矫健，猿猴攀援之灵巧，象出深林之雄壮，雁过蓝天之整齐，熊猫行走之憨态，孔雀开屏之美丽，令人赞叹。夜莺之鸣声，悠扬婉转、娓娓动听；八音鸟之鸣声，尖柔多变、清脆悦耳；笑笑鸟叫声如人爽朗的笑声；念佛鸟发出“弥陀佛”的叫声；弹琴蛙叫声如委婉动听的古琴声，令人惊叹。人们寄情动物，就有了虎的王者气概、鹿的典雅华贵、象的稳健踏实、鹤的清灵脱俗……
中国人善于发现动物和植物的美，特别喜爱花鸟虫鱼。它们作为审美对象，在几千年的中国文化艺术史上，不断成为艺术表现的对象。我们从属于仰韶文化的半坡遗址中发现的彩陶上，就有鹿、鱼、鸟、蛙等动物形象，可见，早在新石器时代，先民们就已经把动物作为观赏的对象。在先秦时代，《诗经》中就有大量诸如“关关雎鸠，在河之洲”，“蒹葭苍苍，白露为霜”，“昔我往矣，杨柳依依”这类优美的诗句。《庄子》更赋予鲲鹏以神奇浪漫的色彩。《庄子》中还有庄子和惠子河上观鱼的记述（《庄子·秋水》）：
庄子与惠子游于濠梁之上。
庄子曰：,鱼出游从容，是鱼之乐也。”
惠子曰：“子非鱼，安知鱼之乐？”
庄子曰：“子非我，安知我不知鱼之乐。”
这段著名的寓言，讨论的虽是哲学上的认识论问题，却也是古人水上观鱼的生动记述。
花鸟虫鱼成了绘画的重要题材，也因此形成了许多重要的画派。在诗歌领域，像“青青河畔草，郁郁园中柳”，“两个黄鹂鸣翠柳，一行白鹭上青天”，“黄梅时节家家雨，青草池塘处处蛙”，这类脍炙人口的诗句，更是俯拾皆是。
天象 这是自然景观中最富于神秘性的审美对象。黄山日出，那一轮红日从云雾岚霭中喷薄而出，峰云相间，霞光万丈，气象万千；海边日出，那一轮红日从海平线上冉冉升起，水天一色，金光万道，光彩夺目。
,白日依山尽”，“长河落日圆”，构成了美丽的图画。西湖十景中的“平湖秋月”、“三潭映月”；燕京八景中的“芦沟晓月”；避暑山庄的“梨花伴月”；无锡的“二泉映月”；西安临潼的“骊山晚照”；桂林象鼻山的“水月倒影”等，其深远的审美意境，也引起人的无限暇思。
气象 作为自然景观的一部分，在自然美的构成中占有重要地位。风、霜、雨、雪、云、雾都可以构成大自然的壮丽景色。
阅读材料气象美风本身虽然没有视觉形象，但没有风，哪有清波荡漾的层层涟漪？哪有波澜壮阔的阵阵巨浪？人们投身大自然，希望呼吸到新鲜空气，也喜欢受风的吹拂。人们常言“如沐春风”，可见，春风给人的感觉十分和美。在田野，在湖上，在海滨，在山顶，风的吹拂给人的愉悦非言辞所能形容。
,晓来谁染霜林醉”，是诗人们称颂霜的美。花草树木结上霜花，一种清丽高洁的形象会油然而生。经霜后的枫林，一片深红，令人陶醉。“江城树挂”，乃北方名城吉林的胜景之一，松针上的霜花犹如盛放的白菊，顿成奇观。
雨景也是人们喜爱观赏的自然景色。杜甫的《春夜喜雨》写道：“好雨知时节，当春乃发生。随风潜入夜，润物细无声。野径云俱黑，江船火独明。晓看红湿处，花重锦官城。”下雨时的景色和雨后的景色都跃然纸上。川东的“巴山夜雨”、蓬莱的“漏天银雨”，济南“鹊华烟雨”，贵州毕节“南山雨霁”，羊城“双桥烟雨”，河南鸡公山“云头观雨”，峨嵋“洪椿晓雨”等都是有名的雨景。
冰、雪奇景发生于寒冷季节或高寒气候区。这些景观造型生动、婀娜多姿。特别是当冰雪与绿树交相辉映时，景致更为诱人。黄山雪景，燕山八景之一的“西山晴雪”，九华山的“平冈积雪”，台湾的“玉山积雪”，干山龙宗寺的“象山积雪”，西湖的“断桥残雪”等都是著名景观。
云、雾奇景发生于温暖湿润地区或暖湿季节。云、雾时聚时散，时飘时停，时浓时淡，时厚时薄，奇幻莫测，给人以遐思和美的感受。淡云、薄雾好似奇妙的轻纱，赋予大自然一种朦胧美，使人产生恍入仙境般的虚幻、神秘美感，让人思绪绵绵。“黄山自古云成海”，云是黄山四绝之一，景区也分别命名为东海、西海、前海、后海和天海。其他还有泰山、峨嵋山、齐云山、阿里山的云海。庐山流云如瀑，称为“云瀑”。神女峰的“神女”，在三峡雾的飘流中时隐时现，更富神采。苍山玉带云，在苍山十九峰半山腰，一条长达百余公里的云带，环绕苍翠欲滴的青山，美不胜收。
综上所述，通常可以将自然景观分为四类：
地质地貌景观 如峻岭、瀑布、山涧、断崖、怪石、奇峰、山峦、岩洞、幽谷等；
植物生态景观 如森林、园林、草场、奇树、异草、特种植物等；
动物生态景观 如鸟类、兽类、昆虫等；
瞬时气象景观 如晚霞、云海、春雨、冬雪、海市蜃楼等。
阅读材料地貌景观的美地貌景观既有具体可感的，色彩十分浓烈的美，也有比较隐秘的人文之美。
地貌景观的可感美 经过外力作用雕琢而成的山体，具有“泰山如座、华山如立，嵩山如卧，恒山如行、衡山如飞”等美称。观赏这些“造型地貌”，人们就会产生奇特、秀丽、险峻、壮阔、幽奥等美感。一些中尺度的“造型地貌”，美称更为逼真。如华山五峰突兀耸立，犹如五朵莲花，云南大理的洱海，形似长耳；湘江中的橘子洲好像江中扁舟等。有些地貌景观则以人和动物赋予美称，如桂林的老人山，鄱阳湖中的鞋山，武汉的龟山、蛇山等。有些微型和变幻的造型地貌美誉更为有趣。如黄山上由花岗岩风化残留的“金鸡叫天门”，若以另一角度观望，那只金鸡却又变成了“五老上天都”。这些奇景，既满足了人们的猎奇心理，又满足了人们的审美需要。
秀丽的地貌景观，如峨嵋雄秀，富春江锦秀，桂林山水奇秀等，给人以舒畅和愉快的美感，气魄雄伟而非凡的地貌景观，能给人以奋进、惊叹、豪迈的激情。如大瀑布、高山、海涛、大峡谷等。有的地貌景观，环境清静，空气清新，青山绿水，景色幽奥，能怡人心，陶其性，使人心情平静，悠然自在。如青城天下幽，岳麓山的青凤峡等。大高原、大草原、大平原地形平坦，景色旷阔，给人以心胸宽阔坦荡之美感；沙漠、戈壁茫茫无际，又给人以大自然神秘莫测之美感。
地貌景观色泽不同，会给人一种强烈的色彩美感。如太白山顶上一望无际的灰白色“石海”，夏日从山下远眺，会使人产生“太白积雪六月天”之美感；新疆天山博格达峰洁白无暇的冰川，银装素裹，给人以纯真、洁净之美；沙漠中金色的沙子，在阳光照耀下闪闪发光，给人以金色遍地不胜收之美感。
引自：王满厚《地貌学教学中的美学思想探索》
茂兰森林喀斯特景观茂兰森林喀斯特，位于贵州高原南部荔波县境，这里峰峦叠嶂，山秀水青，生机盎然，景色迷人，是当代罕见的一种喀斯特旅游资源。
众多的喀斯特锥峰集结而成喀斯特峰丛，锥峰与锥峰之间的负地形常呈深邃而陡峭的倒圆锥状，这种正负地形的组合地貌又称为喀斯特峰丛漏斗及峰丛洼地。它们成群结伴，镶嵌在地势辽阔的高原上，构图宏大而纷繁。放眼望去，连绵不断的圆锥形山体向远处重复延伸，在夕阳的余辉里，酷似峰海连天，景象感人至深。
喀斯特地貌以它起伏流连的山体，刀批斧削的石林，展转回旋的溶洞，圆弧线的延伸与垂直线的交错，自然体现了几何形式美的式样特征。因此不难理解，喀斯特景观的构成形式与人们的视觉及心理容易沟通，因而得到东西方文化审美意识的认同，在美学上有其特殊价值。喀斯特区往往地下水时现时没，清澈的喀斯特泉水，深邃的地下河天窗，明丽的喀斯特湖谭，飞泻的喀斯特瀑布，它们的结构布局自成一体，给人以神秘、清新的感受。
茂兰森林喀斯特就是大自然用活力充溢的生命网络，展现在贵州高原的一幅绝妙作品。它的色彩由乳白、紫灰等不同色相的碳酸盐岩和千百种野生植物合成。石崖的色彩纯度趋于中性，在周围植物与天空条件映照下，色彩显得微妙而丰富。生活于岩石表面严酷生境的众多植物因风雨煎熬，其色彩没有两种以上绝对相同，所以呈现出异常厚重的绿色灰调。旭日东升，整个林区色彩由无数细微差别的黄绿序列组成。受光最多的部分被染成金黄，连绵的群峰通体透亮。众多的锥形山体就在这闪光的色彩序列之间层层堆迭，重复延伸。有美的波浪纹与折线纹平地交错，闪烁的银边映射出柔和的光环。多云的晴天，森林喀斯特则是一派由绿转蓝的色彩序列。峰丛上端显现出青幽的翠绿，随锥峰往下，绿色逐渐转蓝。到漏斗、洼地森林的底部，蓝色明度降到黑色，犹如潜入深海，深入到静穆与黑色的虚无。
森林喀斯特的质感，由无机的岩石与有机的植物组成，千变万化，意趣天成。喀斯特岩崖的坚实锐利与森林植被的柔软蓬松相互辉映，几里结构微妙复杂。各局部关系或因岩性构造不一而略有差异，或因树木藤蔓质感悬殊而不尽相同。这些变化多端的局部却都被纳入整体肌理的构成序列之中。
引自：马文奇《茂兰森林喀斯特景观美学分析》
横断山脉的一颗明珠
——高黎贡山自然保护区
当你阅览地图时，你会发现，在我国西南部有一块与众不同的地方，这里江河纵横，山川险峻。在这块面积不超过40万平方公里的土地上，有高黎贡山、怒山、云岭等一系列高耸挺拔、峰峦叠嶂的南北走向的山脉，以及与这些山脉平等南下桀骜不驯的金沙江、澜沧江、怒江，这便是我国的横断山区。山川并列、江河纵横的横断山区，由于特殊的地形结构以及极少受到冰川侵袭等原因，使得这里动植物种类丰富、古老种和新生种繁多，被世界誉为“野生动植物的王国”。
丰富的生物多样性
闻名遐尔的高黎贡山国家级自然保护区位于北纬24。56‘-26。09’，东经98。34’-98。50’之间。它像一条巨龙，自南向北，纵贯横断山南部，东西宽约9公里，南北长约135公里，它跨越怒江州的泸水县和保山地区的保山市、腾冲县，总面积12万公顷。保护区的东面是咆哮的怒江，西面是汹涌澎湃的恩梅开江、独龙江。保护区内地形北高南低，山势陡峻。群峰林立；高耸的高黎贡山与逶迤南行的怒江，相对高差均在2500米以上，从炎热的怒江河谷到皑皑白雪的高黎贡山山顶，形成了明显的植被垂直带，有干热河谷稀树灌丛、季风常绿阔叶林、暖性针叶林、中山湿性常绿阔叶林、山地苔藓矮林、温凉性针叶林、寒温性草甸、流石滩稀疏植被9个景色各异的山地植被。由于高黎贡山的高大山体挡住了西北寒流和印度洋暖流的侵袭，致使东西两个坡向以及同一坡向的不同海拔高度的气候都有着明显的差异：高黎贡山山顶终年云雾缭绕、寒气逼人，山腰夏无酷暑、冬无严寒，山脚的怒江河谷一年四季烈日炎炎；高黎贡山一日之内、一山之间的阴晴变化更是反复无常，身临其境大有“一山分四季，十里不同天”之感。特殊的地埋位置和气候特点自然使高黎贡山保护区成了野生动植物荟萃之地。
花的海洋
在高黎贡山这块面积仅12万公顷的土地上，已有记载的高等植物4600多种，其种类占全国高等植物种类的17%。有500多种高等植物为高黎贡山地区的特有种和珍稀种，其中秃杉、桫椤、水青树、银杏等70多种高等植物为国有级和省级珍稀保护植物。这里还是山茶、木兰、兰花、龙胆、报春、绿绒蒿、百合、杜鹃等“云南八大名花”的故乡，每年春季，这八大名花与其它600多种观赏植物竞相争艳，使整个山体被淹没在姹紫嫣红之中。保护区内的一株世界杜鹃王——大树杜鹃，胸径2。1米，每年开花4万多朵，以其鲜艳而硕大无比的花朵和磅礴的气势独领风骚。
鸟的世界
保护区的鸟类迄今为止共记录347种，所录鸟类占云南省鸟类总种数的44%，有绿孔雀、黑鹳、金雕、白尾梢虹雉、黑颈长尾雉等39种被列为国家一、二级保护鸟类，走进保护区便是走进一个五彩缤纷的“鸟类世界”。白尾梢虹雉、红腹角雉、绿孔雀、白鹇、白腹锦鸡、黑颈长尾雉等12种珍稀雉类在保护区有分布，因此保护区又被科学界誉为“世界雉类的乐园”。种类繁多的鸟类越来越受到国内外科学家和科技工作者的重视，最近几年来，保护区的科技工作者和全国各地的一些鸟类研究者还在保护区内精选出坝湾—大蒿坪、怒江—百花岭、百花岭—金厂沟、百花岭—黄心树—大坝、大塘—大脑子五条理想的观鸟路线，每条观鸟路线周围均分布着200种以上的鸟类。
哺乳动物的乐园
羚牛、孟加拉虎、白眉长臂猿、灰叶猴、小熊猫、懒猴等20多种列为国家一、二级保护的哺乳动物在保护区“安家乐业”。羚牛是保护区内最重要的保护动物之一，主要栖息在漭漭林海中海拔2700-3900米的高山箭竹林、匍伏状的杜鹃灌丛和草甸中，多以箭竹为食；保护区建区十多年来，羚牛的数量已由100 多头稳步升到360多头，分成14-16群。濒临灭绝的孟加拉虎在保护区内也得到了保护。迄今为止，保护区已有记载的哺乳动物共117种，比热带雨林地区西双版纳保护区已有记录的哺乳动物还多15种；称她是哺乳动物的乐园真是名符其实。
引自：中国生物圈保护区，1999（1），pp25,26
二、自然景观的欣赏一切美的事物均诉诸我们的感官，就是说通过我们的视觉、听觉、触觉等去感受。这意味着美的事物都具有感性形式。对于自然景观来说，其感性形式的美具有更为重要的意义，这与艺术文化美、社会美有所不同。我们欣赏一件艺术作品，尽管首先感受到的是它的外在的感性形式：读一首诗，首先感受到的是它的语言；欣赏一幅绘画，首先看到的是它由色彩、线条构成的画面；听一首音乐，首先听到的是它的音响——节奏和旋律,但很快我们就会通过其形式追索其内容。恰如《文心雕龙》所言：“夫缀文者情动而辞发，观文者披文以入情，沿波讨源，虽幽必显。”一般说来，艺术作品的内容都有其确定性，可追索性。因为艺术作品是作家艺术家创造的，创造者之所以要创作这些作品，也是因为有一定的内容需要表达，才去寻求、选择最恰当的形式。艺术文化美也正是体现于作品的内容与形式的统一之中。就社会美而言，内容的重要性更胜于形式。
但是，对于由自然造化的鬼斧神工所创造的自然景观来说，却主要美在形式，美在它的千姿万态。不能说自然美没有内容，但其内容具有模糊性、不确定性，从一定意义上说，是难以追索的。事实上，当我们观赏黄山的奇峰怪石或流连于西湖的湖光山色的时候，有谁会去追寻这些美的形态背后隐藏着什么内容呢？
所以，自然景观欣赏的最大特点，就在于感受它的无限多样的展现形态：它的形象、它的色彩、它的声音、它的形态，它的气息，如此等等。
（一）自然景观的形象美
,形象”是指自然景观在空间上所显示的感性形式。“形象美”是风景最显著的特征。烟波浩渺、渔帆万点，清泉潺潺、瀑布飞溅，奇峰壁立、峰峦叠起，一轮红日喷薄而出，一弯新月俏立梢头……
大自然的形象美内涵丰富，主要表现为“雄、奇、险、秀、幽、奥、旷”。
雄 雄伟、雄奇、雄浑的自然景观常引起游人的赞叹、惊撼和崇敬：天地何其大，人类何其小。唐代诗论家司空图曾用“具备万象，横绝太空”的诗句形容诗歌的雄浑之美。我们还可借来描述自然形象的“雄”的特点。其巨大的空间形象，给人以崇高之感。在时间上，它又给人以一种亘古难移的永恒之感。其雄浑的气势，又似乎包孕着一种伟力。巍巍高山，莽莽森林，奔腾的大江，辽阔的大海，浩瀚的沙漠，广漠的草原，都显示出雄伟或雄奇之美。
人们喜爱、赞美大自然的雄伟之美，它不但给人以壮观的视觉形象，又给人以力量。人们身临其境，感受着大自然的伟大，在一种崇高境界的感染下，灵魂受到震撼，精神得以升华，心胸也会大大开阔起来。这正是“雄”之美的审美效果。
奇 奇异、奇特、奇怪，作为自然形象之美的另一种形态，意味着高度的独特性，稀有，罕见，出人意表，迥异于寻常的事物。例如山水之奇，首推桂林。别处的山，起伏连绵，而“桂之千峰，皆旁无延缘，悉自平地崛然特立，玉笋瑶簪，森列无际，其怪皆多如此，诚为天下第一。”这一座座平地而起，如笋如簪的奇峰，又均沿江罗列，山形倒影江中，形成一幅幅天然的水墨画，奇到极处，也美到极处，真正无愧乎“桂林山水甲天下”的美誉。
奇特的东西往往带有神秘的色彩。人们也往往会编织许多美丽的神话，自然奇观这便有了文化意蕴。巫峡神女峰上的一块奇石，舟行江上从某个特定的角度远远望去，宛如一美丽仙女凭虚而立，因此有了神女的传说，无数骚人墨客为之倾倒。毛泽东也写下了不朽的诗句：“神女应无恙，当惊世界殊。”杭州的飞来峰，云南的山林，蓬莱的海市，峨眉的佛光，雁荡的夫妻峰，都有动人的故事。
险 这是一种惊心动魄的美。也许是因为人天生就有探险、冒险的心理，孤峰绝壁、急流险滩、万丈深谷，都对人有独特的魅力。李白曾讴歌蜀道之险：“上有六龙回日之高标，下有冲波逆折之回川。黄鹤之飞尚不得过，猿猴欲度愁攀援。”但人毕竟跨越了蜀道。名山大川，处处皆有“险”，越是“险”的地方，越是游人向往并峰涌而至的地方。
阅读材料天下之险——华山号称天下之险的华山，在悬崖绝壁大书三个大字：“回心石”。但到此的登山者又有几个“回心”的？他们人人争先恐后，迎险而上，以“不到长城非好汉”的大无畏勇气征服华山天险。“自古华山一条路”，其实据北魏郦道元的《水经注》的记述，登华山升降皆须扳绳挽葛而行，可见那时华山还没有上山之路。千百年间经无数登山者的艰苦奋斗，才逐步开辟了一条唯一的“路”，就是从青柯坪通向主峰的奇险无比的通道，中间要经过无数险关。单从青柯坪到西峰顶，千米危崖，就需经历五大险关：千尺幢、百尺峡、老君梨沟、擦耳崖、苍龙岭。所谓千尺幢，其实是绝壁上一条几乎与地面垂直的裂缝，经人工凿成石级，宽仅容半足。百尺峡则是两壁之间的丰尺悬梯，上有巨石悬顶，名曰“惊心石”，实在惊心动魄。“擦耳崖”，顾名思义，过此绝壁，定要贴壁擦耳而行，岂非险绝！苍龙岭上流传着韩愈投书的故事。据说韩愈“与客登华山绝顶，顾视其险地，恐栗，度不可下，乃发狂恸哭，欲遗书为诀”。堂堂文起八代之衰的大文豪韩愈当然不至于如此狼狈。这故事无非渲染华山绝顶之险。然而，“无限风光在险峰”，只有经历了千难万险，才能真正体会到“险”的滋味。
秀 这是大自然最常见的形态特征。“采采流水，蓬蓬远春”，“碧桃满树，风日水滨”，“绿树野屋，落日气清”，“雾余水畔，红杏在林”，司空图的这些诗句，描述的都是秀美的境界。优美、恬静、柔和、秀丽，赏心悦目。如果说，险峻之美，是人与自然经历了由对立到统一的过程，是痛感之后的快感；那么，秀丽之美，则是人与自然一开始就处在十分和谐的关系之中，只有快感而没有痛感。人处在这种境界，身心处于完全的松弛状态，所以秀美之境是人们休闲的最佳处所。
幽 是一种美，是一种意境。中国人造房子，建花园，讲究“曲径通幽”。司空图描述的“登彼太行，翠辶尧 羊肠。杳霭流玉，悠悠花香。”正是幽邃的境界。深深的竹林，寂静的山谷，密林深处的弯弯小溪，群山怀抱中的小小茅舍，都给人以“幽”的感觉。当曙光初起，或夜幕低垂，走在乡间小道上，听风声习习，晨鸟飞鸣，或虫声唧唧，都会有清幽之感。
幽美在于深藏，景藏得越深，越富于情趣，越显得幽美。历来庵堂庙宇、书院、行宫、别墅、陵墓等等，都选择山林的最幽处。由于山谷的深邃或林木的覆盖，景色幽美，远离尘俗，处于一种十分隐蔽的半封闭状态，显得格外安定和清静。古人或读书，或隐逸，或修行，或用作埋骨之所，现在则成了寻幽探秘的佳境。
阅读材料天下之幽——青城山此山海拔1300米，却位于海拔6250米的邛崃山下，且深藏于岷江峡谷之中。在高山巨谷之间，形成其特有的深幽之境。又因其郁郁青青，诸峰环峙，状如城廓，故有青城之名。山中古木参天，浓荫蔽日，涧壑幽深，实不负其“幽”之盛名也。沿山间小路，两侧苍松翠竹，碧绿成荫，溪泉清澈见底，潺潺入耳，偶而传来鸟鸣声，真有一种幽深莫测的神秘感。
奥 奥就其本义，一是指含义深，不易理解；二是指室内西南角。通常所谓奥区，也即腹地、深处之意。作为自然美的一种形态，“奥”的特征是深不可测、隐秘曲折乃至不见天日。如果说，“幽”的空间形态，是半封闭式的，那么“奥”几乎是全封闭的，稳秘到了不可捉摸的程度。所以“奥”之美，往往带有某种神秘性。而奥秘之处也恰恰奥妙无穷，愈“奥”愈妙，愈“奥”愈奇。人迹不到的深山巨谷的最深处，巨石或巨木掩盖的深不可测的洞穴，离奇曲折、洞中有洞、层出不穷的石灰岩溶洞等等，都是最典型的“奥”境。
,奥”之为美，与“幽”、“奇”、“险”常常联结在一起，这种综合的审美效果，更给自然美增添无限魅力。
旷 旷有阔、远、朗等含义。视野开阔，一望无际而无所阻滞。“天苍苍，野茫茫，风吹草低见牛羊。”“孤帆远影碧空尽，惟见长江天际流。”就有“旷”之美。辽阔的原野，烟波浩淼的江河湖泊，登高一望，一览无余的景观都是旷美的典型。去鼋头渚观太湖，登岳阳楼观洞庭湖，最能领略到旷美的魅力。
应该指出，上述自然景观的种种形象美，决不是孤立地存在的。特别是那些名山大川，往往一身而兼有多种特征。如泰山之雄，雄中有奇，有险。壁立千仞的百丈崖，其险可知；登上南天门，更如临人间仙境。而当登临绝顶而“小天下”之时，又何其旷远！又如黄山以奇著称，而天都峰之险，不让华山，至于清丽之境，幽奥之处，更比比皆是。洞庭一湖，其“衔远山，吞长江”，岂不伟哉！漓江春色，秀美绝伦。两岸之峰，多成锥状，上尖下圆，奇也不奇？这是“秀”中有“奇”。而武陵千峰，与桂林之峰相反，上锐下削，甚至上大下小，而且峰峰均具千奇百怪的形象，可谓奇而又奇。这里“奥”中有“奇”，奥妙无穷而又奇妙无穷。至于像九寨沟、黄龙洞这样的地方，就更难用一个字去概括它们了。
（二）自然景观的色彩美
自然景观的色彩万象纷呈，极其丰富。五彩缤纷的自然景观给人带来赏心悦目的美感，乃至令人振奋和神往。大诗人杜甫有首著名的绝句：“两个黄鹂鸣翠柳，一行白鹭上青天。窗含西岭千秋雪，门泊东吴万里船。”这首诗不仅写出了构成这丰富色调的各种成分，还写出了大自然的丰富色调。
天象也是构成自然景观色彩美的重要部分。太阳的色彩是最为振奋人心的。无论是熹微的晨光，初升的旭日，或是夕阳晚照，落日余晖，当阳光穿过大气层时，受天气和时辰的影响，就会出现色彩缤纷的朝霞、晚霞、彩云、雾霭，使天空呈现出蓝、紫、灰、绿、红、橙、黄等色彩的变化，给人间增添无穷亮色！不少诗人把晨曦、晚霞描绘得非常美。李白的“朝辞白帝彩云间，千里江陵一日还。”，白居易的“日出江花红胜火，春来江水绿如蓝，能不忆江南！”，这些赞美大自然的色彩美的诗句已成为千古绝唱。月亮的色彩，诗意浓郁，引发了无数诗人的灵感。“小时不识月，呼作白玉盘。又疑瑶台镜，飞在青云端。”这是大诗人李白笔下的月亮。“香雾云鬟湿，清辉玉臂寒。何时倚虚幌，双照泪痕干。”这是诗圣杜甫在月夜思念妻子写下的诗句。
自然景观的色彩会随着季节的变化而变化。“春融怡，夏蓊郁，秋疏薄，冬黯淡”（云气），“春山艳冶而如笑，夏山苍翠而如滴，秋山明净而如洗，冬山惨淡而如睡”（山景），“春英夏荫，秋毛冬骨”（树木），“春绿、夏碧、秋青、冬黑”（湖水）。春天百花争艳，嫩柳如金。所有植被披上新装，一片嫩绿，显得分外新鲜和生机盎然。夏天浓荫如盖，树叶转向深绿。秋天虽然草木开始摇落枯黄，但天空特别明净，田野一片金黄，枫叶转红，秋菊盛放，色调仍然丰富多彩。“秋色”是骚人墨客喜欢咏叹的题材。如唐代诗人杜牧的“停车坐爱枫林晚，霜叶红于二月花。”；陈毅的“西山红叶好，深秋的愈浓”。枫叶是秋季的代表，北京西山的红叶，一到深秋，满山遍野一片火红，如火如荼，蔚为壮丽。这同田野上的一片金黄一样，可以说是秋天最富魅力的色彩。冬天的色彩同样是壮丽的。特别是冬雪所带来的银装世界，恰如毛泽东所咏叹的：“看红装素裹分外妖娆”！
自然景观的色彩，在不同地区也呈现不同的特点。“日出江花红胜火，春来江水绿如蓝”，这是大诗人白居易赞美的江南春色。在江南，处处是青山绿水，是绿色的世界。而西北的黄土高原，无边无际的黄土地，是黄色的故乡。至于终年为冰雪覆盖的天山、珠峰，则又是白色的天下了。
（三）自然景观的动静美
静态中的大自然是美的。人们常用安静、宁静、幽静、静谧等词语来形容它。寂寂的山谷，风平浪静的湖泊或港湾，沉睡中的森林，都让人感受到一种静态美，唐代诗人王维对大自然这种静态美感受最为深切，也最善于用诗的语言传达这种美：“空山不见人，但闻人语响。返景入深林，复照青苔上。”“木末芙蓉花，山中发红萼。涧户寂无人，纷纷开且落。”
然而，自然景观的静态和动态是相对的：动中有静，静中有动。在大自然中，到处有活跃的生命，山中的猿猴，林中的飞鸟，草地上的昆虫，湖中的游鱼等等。还有飞瀑、流泉、飘浮的云烟、涌动的波涛等等。“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”，这是李白眼中的庐山瀑布；“无边落木萧萧下，不尽长江滚滚来”，“荡胸生层云，决眦入归鸟”，“星垂平野阔，月涌大江流”，这是杜甫笔下的长江、泰山、洞庭。这些诗句，可以说都淋漓尽致地传达出大自然的动态美。
风是形成动态美的动力：驱散浮云，掀起波涛，吹拂柳枝，传送花香。垂柳婀娜多姿，象美女的长发一样，随风飘洒，显出一种柔和的动态美。
行云飘烟，从深谷里冉冉升起，峰峦似乎是在虚无飘渺的轻纱帷幔之中。烟云飘动，山峰似乎也在移动。
（四）自然景观的朦胧美
灯下看美人，月下看花，追求的是一种朦胧美。景妙在模糊，美在朦胧。模模糊糊，虚虚实实，若隐若现，令人捉摸不定，于是产生幽邃、神秘、玄妙之感，引人许多遐想。
王维的“江流天地外，山色有无中”，苏轼的“山色空濛雨亦奇”都刻画的是一种朦胧美。宋代著名画家郭熙在《林泉高致》里说：“山欲高，尽出之则不高，烟霞锁其腰则高矣；水欲远，尽出之则不远，掩映断其脉则远矣。”。这里，画家强调不能“尽出之”，而要“烟霞锁其腰”，“掩映断其脉”，以模糊人们的视线，使之产生一种朦胧之感，使人感到神奇、玄妙。
（五）自然景观的声音美
自然界充溢着声音之美：风声、雨声、泉声、涛声、鸟语、虫鸣……。
假如把大自然视为一架钢琴，把山谷、冈峦、植物视为琴键，那么，风则是拨动这些琴键的乐师。风忽大忽小，忽高忽低，忽东忽西，弹奏出刚健有力的狂欢曲，缥缈轻扬的幻想曲，或者令人毛骨悚然的恐怖曲……
雷鸣轰然的飞瀑，惊涛拍岸的江流，节奏规律的海潮，淙淙不息的泉涧，滴打芭蕉的雨声……，由其构成的水声协奏曲，在自然的音乐大厅中，演奏出各种各样的曲目，或高亢，或典雅，或轻柔，或欢快，达到一种令人神往的审美境界。
自然之声，不同的季节也有不同的特点。春天的鸟语，夏日的蛙声，秋天的虫鸣，都极富诗情。
阅读材料秋声赋——宋 欧阳修欧阳子方夜读书，闻有声自西南来者，悚然而听之。曰：“异哉！初淅沥以潇飒，忽奔腾而砰湃。如波涛夜惊，风雨骤至。其触于物也，钅从 钅从 铮铮，金铁皆鸣。又如赴敌之兵，衔枚疾走，不闻号令，但闻人马之行声。”予谓童子：“此何声也？汝出视之。”童子曰：“星月皎洁，明河在天。四无人声，声在树间。”予曰：“噫嘻；悲哉！此秋声也，胡为乎来哉？”
（六）自然景观的气息美
自然景观素以清新、淡香的气味吸引游客，气味美中最典型、最普通的是花香，其实植物的茎、叶、果，甚至皮都有发出香气的。以“香”字命名的植物不下数十种，如香兰、丁香、香茅等。植物之香历来为人称颂，唐太宗李世民赞兰花“日丽参差影，风传轻重香，会须君子折，佩里作芬芳”；皮日休赞牡丹“独占人间第一香”；元代画家王冕赞梅花“只留清气满乾坤”；叶梅峤赞荷花“未花叶自香，既花香更别”。清淡的植物香沁人心脾，清新提神；浓烈的植物花香令人陶醉，坦桑尼亚的木菊花、埃塞俄比亚的香脑树都会使人陶醉。此外，大自然中有香河、香泉，少数动物也会发出独特的香味。
（七）自然景观的寓意美自然景观的寓意是自然景观的内在美，包括我国传说审美观念中的“比德”的思想。“比德”把自然物象比附人的道德，使自然物象“人格化”为具有伦理价值的意象。如把山比附为“厚重不迁”的仁德，把水比附成“周流无滞”的智慧就是如此。此外，寓意美还包括把一些自然景物赋予深刻的含义，或比附为其他事物，如范仲淹《岳阳楼记》中，用阴雨和晴朗不同天气的洞庭湖景色比附游客的心情，“若夫淫雨霏霏，连月不开，阴风怒号，浊浪排空，日星隐耀，山岳潜形，商旅不行，樯倾楫摧，薄暮冥冥，虎啸猿啼。登斯楼也，则有去国怀乡，忧谗畏讥，满目萧然，感极而悲者。至若春和景明，波澜不惊，上下天光，一碧万顷……而或长烟一空，皓月千里，浮光跃金，静影沈璧，渔歌互答，此乐何极，登斯楼也，则有心旷神怡，宠辱皆忘，把酒临风，其喜洋洋者矣”。于是戏剧电影中往往用电闪雷鸣寓意大难临头，春和日丽寓意幸福祥和。
而自然景观中最易使人获得丰富的寓意的是观赏性植物。周敦颐以“出淤泥而不染”的莲花赞誉生于恶劣环境而品格高尚的人物。“零落尘泥碾作尘，只有香如故”的梅花和“千磨万击方坚韧，任尔东西南北风”的翠竹，加上“岁寒，然后知松柏之后凋也”的苍松，被用来标榜仁人志士的气节。人们誉称松、竹、梅为“岁寒三友”，梅、兰、竹、菊为“四君子”，玫瑰、蔷薇、月季为“园中三杰”，兰、菊、水仙、菖蒲为“花草四雅”，各取其比兴之意。
第三节 人文景观和城市景观
一、人文景观
狭义的人文景观主要指的是富有艺术感的建筑景观，广义的人文景观涵盖面要广泛得多，包括一切人工所创造的具有社会历史文化内涵的景观。说到底，人文景观就是人工化的景观，它包括两层含义：第一，人们在长期的物质生产中创造出的景观，人们创造这些景观时并不一定就其审美价值作出过特别的考虑，但其本身具有的美学元素或蕴涵的丰富文化内涵使其成为人们审美的对象，如历史古迹、林场、水库等；第二，人类按照审美理想和文化观念精心构思设计的艺术化的景观，它带有突出的艺术感染效应，如建筑、雕塑、假山等等。
人文景观的组成要远比自然景观复杂，正如定义中所说，人文景观包含了几乎一切人类生产、生活活动所创造的具有审美价值的对象，在这里我们先将其大致分为五类：
历史文化景观 如建筑、古渡口、古城墙、古庙宇、古墓群等；
产业观光景观 如花卉业、药材业、农业观光区、林场等；
田园聚落景观 如山村、农舍、小镇、农田、果园等；
工程设施景观 如水库、堤坝、电站等工程设施景观；
人文小品景观 如字画、古玩、雕塑、喷泉、假山等。
在第八章中我们了解到人居环境的主体和发展趋势是城市人居环境，所以不难理解城市景观包括了大部分的人文景观，这一点从人文景观的分类中也可以看出，所以在这里我们只介绍一些不包括在城市景观中的人文景观，其余部分则将在城市景观中予以解释。
林地景观 林地景观因为是人类经营的，所以也属于人文景观的范畴，当然与其他人文景观相比较，其自然特性要更加明显一些。林地景观主要包括有用材林、经济林、观赏设计林等，在人类有目的的设计和规划下，它通过乔、灌、草、花果的结合具有摄人心魄的艺术感染力和旺盛的生命力之美。
阅读材料西山国家森林公园西山国家森林公园地处北京市海淀区小西山，总面积59．26平方千米。除拥有百里山景区外，还建成松林山庄等景区。西山的森林景观自古出名，春季的遏山桃否花，秋季的西山红叶，冬季的西山晴雪早已扬名海内名。金秋赏红叶已成为北京市民的传统习惯，每到秋风乍起，金谷上场之时。通往北京西郊的公路上便车水马龙，喧闹异常。
西山森林公园内人文景观、古物景观相当丰富，主要有福惠寺、盘道、北法海寺、地藏殿、邀月洞、静福寺、辽塔、梅兰芳墓、马连良墓、言少鹏墓、佟麟阁墓、刘半农墓、刘天华墓、法国教堂等。
按总体规划，山地仿真狩猎场、青少年绿色科普营地、森林浴场、高山有轨轻型观光车等设施和项目正在积极筹建之中。目前，西山林场正与中实集团合作开发西山国家森林公园，筹建工作正在紧张进行，预计今年六月正式开园。
引自：绿化与生活 2000年第2期
乡村景观 乡村景观实际上包括很多人文景观，如农田景观、乡舍等等。我们在这里将乡村景观单独列出，是因为它在某种程度上与城市景观相对应，而又比城市景观简单得多。乡村景观的主要美学价值就在于其疏淡、平静、安详的田园美，其作为人文景观的美与其内在的自然景观的美是分不开的。
工程景观 大型工程凝结了人类的智慧和劳动，其带给人类的美感更多是偏于精神层次的。当然如果人们在建设如水库、电站这些工程时充分考虑到了美学因素，注意到其与周围环境的协调，它也必然可以给人类以感官上的美的享受。
阅读材料水力发电工程美学探讨任何一座水工建筑物，如拦河坝、电站厂房等，被人们设计建造出来，首先应具有明确的使用价值，也就是要满足人们对它的功能需要。这是第一性的，也是水工结构物造型设计最主要的内容；其次，结构物还必须符合“美的规律”，如结构物的外观造型、色感、质感、宜人性等，这是第二性的，也是结构物造型设计的美学需求。因此，水力发电工程的结构物造型设计及施工，应在体现功能的前提下，充分地把美学观点和艺术处理手法融合进去。利用新材料、新工艺，充分体现出结构物造型的形体美、线型美、色彩美、材质美，创造出经济、符合时代审美要求，具有水电特色的水工建筑物。
四川水力发电 2000年第9期
中国园林 中国古典园林是一种十分特殊的人文景观，它既是一种历史遗迹，也是一个各种景观小品的组合。从初发展至今，已有逾3000年的历史，具有极高的美学价值和艺术魅力。
自然风貌是统御古典园林的主题，因而造园就尽可能地避免人工斧斫的痕迹，通过精心设计达到自然而然的美感效果，即“妙造自然”。自然山水是美的典型，中国古典园林凭山临水，山因水活，水得山势，青山绿水构成古典园林的基调。山是园林的骨架，能工巧匠多使用天然土石堆筑假山，叠石堆山既有伏地千尺的大手笔，也有精妙绝伦的小品。园林假山，讲究“做假为真，以假乱真”，以小山之形，传大山之神，在很小的面积内，展现出层峦叠障、峰峦起伏的气势，从而增添古典园林的自然之美。水是古典园林的灵魂。水既可以成景以供观赏，又可以在一定范围内调节温度和湿度；既可以种植藕、莲花，又可以划水行舟，“风乍起，吹皱一池春水”，乐趣融融。古典园林之水有湖泊、河流、泉水、渊潭、水渠等多种形式。平静似带的河流、漏漏有声的溪涧、深邃空灵的渊潭、气势雄壮的瀑布、精巧细腻的泉水把浓浓的生命力融入了古典园林。水绕山行，山静水流，动中有静，静中伏动，山水相得益彰，赋予了古典园林无穷活力。
为了妙造自然，古典园林就要讲究建筑形态的丰富多样，不同的山水条件，不同的地形地势，就有不同的人文建筑与之相称。比如，楼阁是古典园林中的制高点，涵容全园景色，近可以浏览园内风光，远可眺望园外景色；亭有傲立山额的山亭，有安居水际的水亭，有轻骑隔水的桥亭，由于选址精心，营造精巧，而与山水浑然一体；廊仪态万千，有游廊、回廊、直廓、曲廊、花廊、水廊、爬山廊等，环山绕水，灵活别致；桥或如飞虹横跨水面，或曲径贴水而行。古典园林内另有一些建筑小品，如画肪、漏宙、花墙等，独具匠心，别具情趣，为园林增添了几分纤细的生命力。总之，园林建筑的主要功能是修饰、装点自然山水，主要的审美特征在于它与自然环境的协调统一。
古典园林寓情于景，它的艺术魅力在于立意深邃，造景奇妙，给人留下充分的联想和回味的余地。陈从周先生说，中国古典园林妙在含蓄，一山一石耐人寻味。这句话概括了中国古典园林形有尽而意无穷的意境美。意和景的关系就是心与物的关系，在意境中主观与客观统一的具体表现就是情境交融。中国古典园林在景点的空间布置上追求“山重水复疑无路，柳暗花明又一村”的境界。因此在园林内布局设景，要尽量避免形成一览无遗的视觉效果，使人在有限的园林空间内，仿佛置身于变幻的仙境中，忽而山水开阔，别有洞天，忽而林荫蔽日，疑入深林，此情此景，岂能不使人陶醉! 园名景名也是中国古典园林表情达意的一种手法，文人骚客把出世入世的人生态度、对景物的理解转化成充满个性和诗情画意的文字，由此引发他人的思索，激发别人的情感，从而使景不单纯成为景，而是融合了人文情怀的景观。扬州有座“个园”，相传是郑板桥的私家园林，“个”是竹的象形，竹有高尚的品德。园林主人的用意既在于标榜其自身的“清风亮节”，又可获得“风中雨中有声，日中月中有景，诗中酒中有情，闲中间中有伴”的自然美和艺术效果。中国古典园林借景抒情，把深远的意境、人文的思索、悠然自得的情趣蕴藏在具体的景物形象中，正所谓“景愈藏，境愈大而意愈深”。
中国自然风景式园林与西方规格图案式园林相比具有独树一帜、截然不同的风格。西方往往把园林看作是建筑的附属物，强调对称、规则、比例、平衡，从而创造出几何图案形的园林。法国学者布阿依索在《论造园艺术》中明确指出：“如果不加以条理化和安排整齐，那么人们所找到的最完美的东西都是有缺陷的。”法国凡尔赛宫的设计师勒诺特尔更是声称“强迫自然接受匀称的法则”。而中国的古典园林“虽由人作，宛若天开”。18世纪的法国画家王致诚神父，详细了解了中国古典园林的艺术风格，并参与绘制了圆明圆的40景图，他说：“人们所要表现的是天然纯朴的农村，而不是按照对称和比例的规则严谨安排过的宫殿。中国古典园林自然天成，比欧洲花园更富有诗情画意，更有深度。
二、城市景观城市景观是指城市建成区和城市外围环境的各种地物和地貌给人带来的综合视觉感受。城市景观直接反映一个城市的面貌，及城市经济发展水平和环境保护意识。
（一）城市景观的构成城市景观是自然景观和人文景观的综合体，在这里我们主要介绍人文景观，主要包括以下四个方面：
绿地景观 在城市构图和环境美化中，园林绿地是一个十分重要的因素。它可以提高城市建筑艺术的感染力，增强建筑空间的雄浑魅力，丰富城市建筑群体轮廓线，美化街景。园林绿地与城市建筑互相衬托，相得益彰。正如美国风景建筑师协会主席C·W·埃利奥特所说：“市民由于很少接触到乡村景色，迫切需要借助于风景艺术（创作的自然）充分得到美的、恬静的景色和天籁”。
园林艺术是采用园景创作的各种手法，将植物、水体、山石和建筑等造园要素巧妙而有机地组织起来，经过概括、提炼，人工再现于有限的空间，形成多样统一、主次分明的艺术构图和丰富多彩的风景画面，达到“巧夺天工”——人工和自然高度和谐的境界，充分显示园林艺术的魅力，给人以美的享受和情感的陶冶。中国园林是由建筑、山水、花木组合而成的艺术品，具有诗情画意，给城市带来生气，增添优美和妩媚。我国园林艺术有着悠久历史，无论宫廷苑囿、私家宅园，都应用了精湛的造园手法，均具有独到的构思。以拙政园、留园、网师园和环秀山庄为典型的苏州古典园林是中国古典园林艺术体系的杰出代表，意境深远、构筑精致、艺术高雅、文化内涵丰富。当今，现代城市突破园、坛、圃、苑的局限，从宏观上发展园林艺术，通过合理的科学布局，发挥园林植物在形态、风姿、色彩、季相等方面的多种审美属性，增进整个城市的优美风貌。
许多风景优美的城市，如北京、杭州、青岛、桂林、广州，利用特殊的“绿楔”插入城市建筑区内部，使整个城市区绿化与森林达到协调统一。鸟瞰全城，郁郁葱葱，建筑处于绿色包围之中，山水绿地把城市与大自然紧密相连，形成一个优美的花园般的城市。国外许多著名的城市和建筑群也都同园林绿化分不开。如日内瓦，它以葱郁的林木与湖面相衬托而产生优美的湖光景观。还有巴黎的塞纳河，以沿河浓绿婆娑的林带丰富该城市的面貌。澳大利亚首都堪培拉在绿树和花草的包围之中，到处是姹紫嫣红的花木，成为名符其实的花园城市。
建筑景观 建筑是城市景观的主体，是构成城市轮廓线的基本因素。建筑的高度集中是城市环境和自然环境的显著区别，因而也是城市景观中最富特色的部分。
墙、地面、屋顶、门窗等围成建筑的内部空间；建筑物与建筑物之间，建筑物与周围环境中的树木、山峦、水面、街道、广场等形成建筑的外部空间。建筑正是以它所形成的各种内外空间为人们生活提供了物质功能环境。同时，它又以其艺术形象给人以精神上的感受，满足人们一定的审美要求。绘画通过颜色和线条表现形象，音乐通过音阶和旋律表现形象，而建筑则是通过空间、形、线、色彩、质感、光影，遵循比例、尺度、均衡、韵律、对比等美学原则来表现形象，从而形成建筑艺术。建筑艺术一般分为：纪念性建筑、宫殿陵墓建筑、宗教建筑、住宅建筑、园林建筑和生产建筑等。它们集中反映各个时代的社会生活。与其它审美对象相比，建筑有其自身的审美属性。
建筑艺术是实用与审美的结合。然而随着人类生产力的发展和社会生活的进步，建筑的审美特性也日益突出，在实用的基础上，人们的兴趣更多地投向了艺术性，注意它的外在形式，使建筑形象的体积形态、空间结构、装饰形式、环境布置达到和谐统一。
建筑具有空间造型的形体美。建筑属于空间造型艺术，它的审美特性常常表现在随着空间序列的展开所显示的形体结构的造型美。一座比较大的，或者功能比较复杂的建筑物，往往不能只有一个单一的内部空间，而需要一系列空间组合起来才行。人们对建筑美的全面感受必须置身于建筑之中，随着空间序列的展开才能领略其全貌。在欧洲，从古罗马时代起，就能建造复杂的券拱结构体系，能够在一幢建筑物里组合许多室内空间。经过一千多年的演进，到了十七世纪，室内空间组合在欧洲达到了很高的艺术水平。在这种建筑里，一连串的空间的形状、大小、纵横、明暗、开阖等等不断变化着。它们既是对比的，又是连续的；既是预料得到的，又是预料之外的。建筑师引导人们依次从一个空间到另一个空间，一方面保留着对前一个空间的记忆，一方面怀着对下一个空间的期待，领略由序幕、发展、高潮等序列构成的空间。我国古代的建筑是木结构建筑，由于建筑材料的限制，它不能把一系列空间覆盖在一幢建筑物里，而是由一连串的院落，沿纵深方向排列，从住宅到宫殿、庙宇，大体都是这样。正因为空间序列是一串院落，所以，沿着人们活动的过程，在中轴线上形成了室内外的交替，景色的变化非常强烈。每一院落的正面是一幢建筑物，它们向院落展示出自己完整的形象。中国古代建筑也同样具有空间美。它的美不在于单体的造型艺术，而在于群体的序列推移，不在于局部的雕琢，而在于整体的气韵。建筑作为空间造型的形体美，除了与建筑本身的结构、体积、形状、色调有关外，还与周围环境中的空间、其他建筑群、自然景物等有关。建筑物本身不可移动，受地点限制，因此，建筑艺术一定要与周围的气候、地势、自然风景相结合，利用环境条件，依靠环境的烘托和陪衬。金字塔坚如盘石的稳固气势、离不开一望无际的大沙漠；天坛如果没有大片松柏造成的庄严环境，没有蓝天的衬托，就很难有与天相接的气氛。我国古代园林建筑常采用“借景”手法，把远处的西山和玉泉山群峰等作为背景组织到园内来，扩大了园林的空间。万寿山、排云殿、昆明湖、玉带桥与远山塔影交相辉映，构成了山外有山、景外有景、有限与无限相统一的奇丽景观。
建筑具有音乐美。德国古典美学家谢林在其《艺术哲学》一书中说：“建筑是凝固的音乐。”德国的音乐理论家和作曲家普德曼给这句话配了下联：“音乐是流动的建筑。”音乐，离不开音韵、旋律、节奏流动的规律。韵律是音乐的灵魂。在音乐的飞扬、跳跃、收敛、展开、静默、休止的序列体系中，韵律在有规律地起伏、流动，构成种种不同有声无形的图案。建筑充分发挥空间艺术的特点，捕捉时间艺术的运动性，将这些图案雕刻在建筑艺术中，转化为无声有形的图案，成为建筑中凝固的音乐。建筑的音乐美，是此时无声如有声的美，是似动实静的美。具体说来，建筑中所表现出来的音乐的韵律美是多种多样的：
建筑结构的重复美。它表现为同形重复、异形重复和距离重复等方面。同形重复是指相同形状的重复，如门、窗、墙、柱的各自重复。如北海万佛楼拱门与拱门的重复，九华山庙宇建筑群拱门与拱门的重复，广州南方大厦长方形窗户的重复，北京四合院墙面的重复，古希腊神庙圆柱的重复。所谓异形重复，就是指不同形状的重复。例如，有的园林建筑，墙面上雕着各不相同的几何图案，是不重复的；但这片墙与那片墙的几何图案又是重复的。有的建筑群，虽然本身形状各各不同，但和另外建筑群却相同。如故宫中宫与宫、殿与殿之间的重复出现。在与建筑有联系的雕塑中也可以同到这种重复现象。例如，在佛教庙宇建筑中，释迦牟尼雕塑和两旁十八罗汉雕塑的形象各各不同。但就所有佛教庙宇来说，都是模仿相同格局建造的，因而又是重复的。当然，就佛像本身来说，虽然属于雕塑艺术，但它们不是孤立的，而是和建筑艺术有机地组合为一个完整体，成为建筑艺术中的雕塑，并构成建筑艺术中反复出现的不同形状韵律的重要因素。建筑中韵律的重复还表现为距离的重复，它的间隔要按照特定的尺寸。根据等距离的原则去安排门、窗、墙、柱、顶，就会显得整齐、匀称、平衡，而不致杂乱无章。北京饭店的门窗，是等距离的，有规律的，因而它的重复出现就符合韵律美的要求。
建筑线条的运动美。直线和曲线的运动性是构成建筑中韵律美的重要因素。现代的高楼大厦经常采用直线的系统来描述外形，便于构成韵律的崇高美。这种直线条，有的表现为强烈的垂直韵律，如纽约的《每日新闻》大厦；有的表现为水平面均衡的横的韵律，如费城的储金大楼；有的则表现为垂直韵律和水平韵律的有机结合，如美国的洛克菲勒中心大厦。如果说直线韵律更单纯明朗的话，那么，曲线韵律就更复杂多样。曲线是最自由的线，它的形态是多种多样的。它有波浪形、螺旋形、圆形。这些形态易于表现韵律的优美。如古罗马神庙墙壁叶旋涡装饰的韵律，富于变化，显示出光和影的美。中国园林建筑中的圆形门、瓶状门、拱门、扇形门，都体现了曲线的韵律美。曲线与直线，虽然迥不相同，但却可以和谐相处。巴黎圣母院的回廊内，高大坚固的圆柱支撑着壮丽的半圆形的门顶，庄严肃穆，气势雄伟，节奏明快，境界开朗，体现出崇高和优美的巧妙结合。北海的承露盘，系一耸立的华表，其顶端站立一个人物雕塑，双手捧盘超过头部，承受天然的甘露。华表周围雕满流动的祥云图案，巨大的白龙左右回旋，仿佛在飞腾，整体建筑形象鲜明生动，典雅庄重，清朗流畅，显得既崇高又优美，充分发挥了直线韵律（耸立的华表，站立的人物雕像）与曲线韵律（云纹，龙图，承露盘）的造型功能。“城市设计基本上是一个建筑问题”，可见，建筑在组成城市景观的诸要素中，处于核心地位。建筑美包括个体形象美和空间和谐美。城市建筑之美不应仅仅着眼于建筑个体，更应着眼于建筑建筑群体和空间环境组合。
雕塑景观 城市雕塑包括各种小品建筑与园林、城市建筑是结合为一体的艺术，是城市景观美不可缺少的组成因素。
雕塑与建筑历来被称为姊妹艺术。雕塑其形象的实体性以及形体的物质性，可以与建筑艺术等同。但建筑不具有造型性，建筑艺术不可能表达具体的概念，雕塑艺术却可以通过自身的“造型”处理，典型地再现生活，可以把外部空间环境所要表达的主题从一般概念上升到具体的思想。建筑因有雕塑而显得格外美丽壮观；雕塑借助建筑使本身具有巨大感和建筑感。这就是雕塑与建筑长久以来相互结合的基本条件和原因。
在城市自然美和人工美中，如果没有城市雕塑的配置，整个城市的美就会大为逊色。如果在城市广场、市中心或园林绿地上，屹立起不分季节、不论昼夜地总是放射着艺术光华的城市雕塑，那么这块绿地、这个公园乃至整个城市，似乎便立刻“活”了起来。踏浪欲飞、形态各异的哈尔滨“天鹅”，屹立于珠海海滨的“珠海渔女”，座落于洛阳市皇城公园的“牡丹仙女”，曲靖市中心的“阿诗玛”，天津街头的“引滦入津纪念碑”母子塑像，包头市徽“腾飞的鹿城”等等，这些雕塑是园林、建筑之“魂”，既在园林、建筑之中，又超然其上；既有生动的“造型”，又具无限的“神韵”。从而从静态与动态、时间与空间、造型与神韵的结合和交替变化上构成生动的环境美，使整个城市“全盘皆活”起来。
优秀的城市雕塑不仅在美化城市中起到“灵魂”和“画龙点睛”的作用，而且可以成为城市的标志、国家的标志甚至成为一个时代的标志。纽约港的自由女神像、苏联卫国战争纪念碑、巴黎凯旋门上浮雕、波兰的“华沙美人鱼”、佛罗伦萨的“大卫”、平壤的“千里马”等等，都起到这样的历史作用。北京天安门广场英雄纪念碑上的浮雕，每处浮雕都综合和浓缩了一个历史阶段的不同内容，产生类似电视连续剧的作用，谱写出由石头写成的历史。其时代标志的历史价值更为人民所领略。
交通景观 城市的交通体现了一种流动之美。城市的道路四通八达，纵横交错。交通给城市注入了生命与活力，使城市呈现出动态风貌，给人以鲜明的时代感。城市干道中各种车辆形成车流，各种车辆穿梭不息，也呈现出一种秩序的美。车辆的各种各样的造型，层出不穷的色彩和形形色色的功能构成一幅五彩缤纷的流动的景象，使人感到城市的生命节律。在北京，那层层环路通过许多立交桥与各条干道连接，形成方便快速的交通网络，而许多造型漂亮的立交桥成为北京的一大著名景观。我国一些城市中的高架道路，如上海的内环线和南北高架路，广州的高架道路等也颇为壮观。在很多城市，地铁也是一大交通景观，如法国巴黎地铁，四通八达，十分便利；俄国莫斯科地铁车站规模宏大，富丽堂皇；我国上海的地铁，富丽的站台，宽敞的车厢，全封闭的空调，都使人体验到现代化设施给人带来的方便、舒适和美感。
街道是城市结构的脉络，是城市景观的视觉焦点。人们对一个城市的印象往往先由城市街道获得。街道景观由道路断面、建筑物、构筑物、绿色植物、宣传栏、广告牌、霓红灯等组成，车流、人流往返行驶构成了生动的城市动态景观。
广场景观 广场是城市主要公共开放空间，它是市民聚会、休息和公共活动中心，是反应当地历史、文化、艺术特色和人的精神风貌的主要场所。广场活力的源泉是功能多样化。只有功能多样化，才能使广场真正成为富有魅力的城市公共空间。现代广场设计中利用空间形态的变化通过垂直交通系统将不同水平层面的活动场所串联为整体，打破了以往只在同一平面做文章的概念，上升、下沉和地面层相互穿插组合，构成一幅既有仰视又有俯视的垂直景观，与平面型广场相比较，更是点、线、面相结合，以及层次性和戏剧性的特点。这种立体空间不但可提供相对安静舒适的环境，又可充分利用空间变化，通常可分为下沉式广场，上升式广场。纽约洛克菲勘广场就是一个著名的下沉式广场。
阅读材料西安钟鼓楼广场
作为西安“中心”的钟楼建于明朝洪武十七年(1384)，鼓楼位于钟楼西北方约300m处，亦为明初建成，钟鼓相闻，进而成为长安八景之一的“晨钟暮鼓”。这两座国家重点保护文物之间的一块地段，可谓是西安“核心中的核心”。
钟鼓楼广场工程是一项通过城市设计实现的综合性的古迹保护与旧城更新工程，东西长270m，南北宽95m，占地2。08hm2。整个工程包括：地面绿化广场、作为购物中心入口的下沉式广场(有两个地下通道与市中心其它商业街相通)、下沉步行商业街、地下两层的购物中心(31400m2)。下沉式广场与街道成为联系古城文化商业带的纽带，改善了市中心交通状况。下沉步行商业街北佃设置31000m2的传统商业街，以安置当地有名的百年老店。
该广场以绿化广场为主体，穿插各种下沉式空间的多形态空间组合体，在设计上力求与传统式建筑相协调，以简洁明朗的现代风格为基调，适当表现出一定的传统韵味。绿化广场中部。正对广场入口和社会路的南北轴线上设一组“塔家”：在24m×24m的水池中央设置一个12m×12m的玻璃锥塔。其造型与钟鼓楼尖顶互相辉映，一古一今，衬托出时代的变迁。 钟鼓楼广场设计的依据是：只有合理的利用和开发，才能更好的保护历史文化。这就要发掘当地人的心理趋势、文化背景等要素。
建筑师在设计中注意保留了钟鼓楼之间的视线通畅，而且利用西安人民对西安历史的又一认识点——同盛样、德发长这两家百年老店，使人们产生归宿感、自家感，进而把城市当作家园，努力去爱护它和美化它。
宜人的尺度、丰富的空间，大量自然元素的引入，运用各种造型和色彩，提供的新思路则有地面广场、地下商场等处理方法，不但解决人流密度高的矛盾，而且从心理方面，使外地游客对这座古城有良好的印象和评价。
（二）城市景观的欣赏城市景观的和谐美 和谐的灵魂是多样统一。多样而不统一则谓之杂乱，那就破坏了和谐的原则。展现城市景观的各个组成部分——自然环境、建筑、园林绿化、雕塑、壁画、工艺美术、小品建筑、广告、装饰艺术等，是一个相互关连、相互作用的复合体。各构成因素之间和各构成因素内部之间的相互协调有机组合，就形成了城市环境美的总体效果。美国现代建筑师伊·沙里宁在仔细考察和分析了欧洲中世纪著名城镇建筑和设计之后得出结论：这些城镇之所以能形成如此生动美好的面貌，不是光靠多建漂亮的房屋，而是得益于这些房屋在形式上的相互协调。据此，他指出：“一个城镇之所以成为真正的美的奇迹，就是因为它的房屋能够恰当地相互协调。如果没有这种相互协调，那么无论有多少美丽的房屋，城镇的面貌仍旧会变得散漫杂乱。”现代建筑的整体观念，不仅强调建筑个体形象的尽善尽美，而且更强调建筑与建筑之间、建筑与整体环境之间和谐统一，以形成在形式和层次上既统一有序而又变化多样的城市景观。如大连，三面环海，礁岛错落，海蚀地貌奇特；近海岸边，丘陵起伏，山峦重叠，林木葱茏，与蓝天、碧海、白鸥、金滩相映烘托，构成了具有海滨特色的自然风光。城区建筑依山就势，格调典雅，城市风貌别具一格。又如我国江南水乡，从2500多年前的春秋战国时代开始，就以自然环境中的水为中心，经历代规划与建筑，形成了以水源为脉络，河道为骨架，道路相依附的秀丽水城。近50年来，经积极建设，逐步改造，又经历了开挖河道，扩大河网，治理水系，城内河道纵横，水陆相邻，河路并行，前街后河，民居临水而筑，居民依水而立，水巷伴以淡雅朴素的民居，构成整洁、文雅、宁静的水城风光，形成“小桥、流水、人家”的美丽天堂之城。
从整体和谐美出发，沙里宁还非常重视城市天际轮廓线的作用，认为“建筑群和天际轮廓线的韵律特征，反映着时代和人民的特征”，“天际线是城市性质、功能及目标——物质上精神上的——的真实反映”。错落有致的建筑群所形成的城市轮廓线表现力十分丰富，并具有抑扬起伏的韵律特征，使得城市景观像音乐一样高低起伏而富有节奏感，是城市整体和谐美的一种集中体现。如意大利文艺复兴时代的名城——佛罗伦萨，即是以优美的天际轮廓线体现城市空间环境整体和谐美的一个典型。又如从上海浦东看浦西，从杨浦、虹口到黄浦、南市，其建筑轮廓宛如一曲音乐，先是低音，逐渐到高音，外滩则是高潮，最后在南市回落结束。
城市的形式美 城市景观的形式美主要是指城市空间环境严整有序的总体布局。城市景观的平面布局是通过街道景观表现出来。街道就像城市的走廊，最能体现城市的风貌：有的城市街道呈棋盘形，纵横交错；有的城市街道呈放射形，连接四面八方。自然景观和人文景观均以体形、色彩、光影、结构等形式因素取胜，主要作用于人的视觉经验。建筑体形和空间组织的变化和谐、多样统一、对立互补，是形成城市景观美的基本形式法则。按规划建造的中外许多城市，在城市布局和空间安排上，往往较明显地体现出各种形式美的法则。如中国古代城市布局的传统特征，就是表现在依照形式美的法则，形成中轴线对称的平面布局，并采用既统一又富于变化的空间处理手法，以中轴线突出主要建筑物，从而在空间布局和形式美中反映出封建社会的主次分明、不正不威的等级观念和秩序感。唐朝的长安城、元朝的大都城都是采用这种中轴线对称手法规划城市的总体布局，至明清北京城达到更高的艺术水平，不仅中轴线加长，而且更富于变化。沿中轴线建造的重重城门，比例大小不同的各种广场，城门内外设置的华表、牌坊等建筑物，不仅以建筑的高低错落增加了空间的变化，而且使主要宫殿衬托得更为雄伟壮丽，充分显示出中国古代城市空间艺术在创造形式美上的高超技巧。
城市的色彩美 色彩是城市景观美的主要因素。密集的涂有色彩的建筑群，将构成一个城市的建筑风格和自己独特的城市风貌。每个城市在其发展过程中，因其历史、自然风土、建筑技术等社会和自然的原因，会形成独特的并为人民所习惯的色彩。世界城市的色彩是依照不同的国家、不同的民族、不同的信仰、不同的气候、不同的习惯而不同。世界上一些城市都把色彩当成建筑的一个必要因素来完整地表现城市风格和特征。而且有不少名城都有自己规定的色彩。如巴黎以黑色屋面、淡茶色墙为基本色调。西班牙阳光地区采用洁白色。列宁格勒原有建筑多以淡黄色为主，少量建筑淡绿色相间，结合白色柱廊，给人以明快、柔和之感。不同城市因其历史、地理条件、风土人情，形成自己独特的城市色彩，为当地居民熟悉并喜爱。希腊人用色彩去加强他们大理石神庙的视觉效果，把群像雕塑装饰的山墙正面涂成浅蓝色或赭石色，给人增添幽深的感受。意大利、西班牙、墨西哥人喜欢暖色及明快热情的色调，如红、黄、橙色。美国以及北欧都喜欢用蓝色。东方人把红色当成喜庆的颜色，还有法国、英国的绝妙的色彩玻璃装饰。热带气候的一些国家，城市色彩一般喜欢用强烈而鲜明的色调，如非洲热带建筑喜欢用白色、黄色。而温带气候的一些国家，城市色彩又习惯用与自然景观相接近的一些色调。寒带气候的国家，城市色彩习惯用庄重深沉的色调。
阅读材料青岛的色彩美青岛的美，美在色彩，美在结构，美在和谐。
青岛是国内外少有的具有五种色彩的城市：碧海、蓝天、绿树、红瓦、黄墙。正如华纳先生所说，这五种色彩“对到过青岛的人来说代表着一种令人心旷神恰的异乡情调。保持这五种色彩的特色无异于保持青岛的个性及魅力”。应当说，青岛的这种城市色彩美在世界城市中也是少有的。笔者到过巴黎、罗马、维也纳、慕尼黑、苏黎士、日内瓦等著名城市，这些城市对其历史文化的保护堪称一流．但这些城市却都没有登高观赏价值——城市基本上是灰(楼)加上绿(树)，由于他们多数是平原城市，蓝色都难以融进城市空间中去。这大概便是青岛20年代便被称作“东方瑞土”的原因吧，因为瑞士包括德国的乡村小镇，房屋有红瓦顶，有丰富的色彩。
青岛城市的色彩美是我们应当十分珍视的宝贵财富，因为正如马克思所说的，色彩的美感是最大众化的美感。不管来青岛的游客文化层次如何，他们共同的评价都是青岛美。这美，首先就来自青岛城市的色彩。但正像有人指出的，青岛的所谓“五色”，只有“红瓦黄墙”属于青岛城市建设本身，其他三色，并不独属青岛。这使很多外地人对青岛将“绿树、碧海、蓝天”贪为己有而“愤愤不平”。其实，这并没有什么不“公平之处”，“绿树、碧海、蓝天”虽为公共“美学资源”，但它们作为青岛的城市色彩，一经康有为提出，便成为青岛“专有色”，这正说明青岛的城市规划建设者，很好地利用了这些“资源”，这正符合美学上的“自然人化”规律。那么，青岛是怎样将这些色彩纳入到城市形象中来的呢?从客观方面讲，是青岛的岛屿与山城地形特点。由于海岸适选曲折，大海便构成了城市的肌体；由于城区起伏不平，蓝天使构成城市的背景。但从另一个方面讲，这正是青岛城市规划建设之功，属于“人化自然”的美学成就。像珠海、厦门等城市，也是山城，也是临海，但却没有获得色彩城市的美誉。青岛东部新区，有些小区同样建在丘陵上，但却没有老区的色彩效果。这便使我们不得不钦佩当初青岛城市设计师的规划水平和美学眼光。
试论青岛城市风貌的文化与美学价值
城市的人文美 城市景观反映着一定时代、一定民族、一定地方的物质生活，也反映着一定时代、一定民族、一定地方的精神生活。这诸多方面的事例统一，便形成为城市的意境或意象。以意境为主要内容的城市人文美，可以表现为吸收、继承、发扬历史的文化传统，也可以表现为当代社会生活风貌。
传统文化的人文美 城市的一房一街一河，如果经诗歌绘画的渲染，则被赋予极大的魅力。苏州城外的寒山寺，本是一座极普通的寺庙，因为唐代张继的《枫桥夜泊》而闻名中外。时至今日，寺内的一口钟早不是原物，但每年除夕都有许多国内外游人赶到寒山寺聆听钟声。江苏省常熟市是一座国家历史文化名城。它位于风景优美、林木葱笼的虞山脚下。老城将山的一小半圈划在城内，城内有七条河流通过，因而有人以“七溪流水皆通海，十里青山半入城”来形容城与山的优美形式，称这七条溪河为“琴川”。望着城内小河，想象着琴上的细弦，使人受到深刻的教益。
现代社会的人文美 人类社会现代化的一个显著标志就是城市化。现代城市的崛起，集中体现了人类在科技、文化方面的发展与成就。鳞次栉比的高楼大厦，四通八达的高速公路，五光十色的繁华商业，赏心悦目的文化氛围等构成了现代城市的人文美。
现代城市总有许多各种造型、各种风格的建筑，尤其是进入20世纪以来，各种高层建筑、摩天大楼的兴起，给城市增添了时代风采，给人以充满时代感的审美感受。高楼林立，雄伟壮观，是大都市的气派；小楼点点，安详静谧，是小城镇的特色。如上海外滩是风格各异的古典式西洋高楼，浦东是近几年雨后春笋般出现的现代大厦，而江南水乡同里则是造型别致、小巧清雅的农家小楼。造型美观、功能先进的标志性建筑，代表一定时期所在城市建筑科学和艺术的最高成就，也代表城市的典型风貌。如蓬皮杜文化中心是巴黎的标志性建筑，中国大饭店是广州的标志性建筑，高468米的东方明珠广播电视塔是上海的标志性建筑等等。
街道作为城市的走廊，最能体现城市的风貌。现代城市中的主要大街集中了城市的基本特色和风格，而小巷则是民间风情的体现。法国巴黎香榭丽舍田园大街，充分展现了巴黎的繁华热闹、风情万种和浪漫气息。街道及其两侧的建筑、广场、绿地、小品以及广告使城市风貌更加生气勃勃，趣味盎然。
发达的商业往往是现代城市的标志之一。商业街中万商云集的繁荣景象，数不胜数的各色商店，琳琅满目的各种商品，构成了现代城市的繁华美。现代都市往往是商业中心，而城市中著名的商业景观常常能成为城市的代名词，如上海的南京路、北京的王府井、东京的银座、纽约的曼哈顿等。通过商业景观，人们能感受到现代社会文明的发展程度，领略现代城市的繁荣。上海是我国的商业中心，有着许多著名的商业景观。有“中华商业第一街”之称的南京路，商店如林，人流如海，到处呈现热闹和繁华；而淮海路的商业景象则是典雅和幽静，表现高格调的商业文化，有着独特的色彩和情调。橱窗是商业文化的窗口，橱窗的布置不仅是商品的陈列，而且更是审美文化的表露；橱窗的艺术化布置，不仅传递商品信息，而且传达审美信息，令人感悟到现代生活的时尚和节奏，如橱窗模特身上的服装，常常反映着城市市民的衣着风貌和审美时尚。在一个商品经济高度发达的现代社会，广告和人们的生活已经密不可分。在现代城市的各个角落，都有形态各异、色彩缤纷的广告点缀其中，路牌广告、灯箱广告、霓虹灯广告、大屏幕电视广告等等，让人目不暇接。当夜幕降临，各种灯光广告流光溢彩，宛如一个美不胜收的灯光世界，体现了现代城市的繁华气氛，给人以审美的享受。
现代城市中有着众多的文化设施，如博物馆、图书馆、体育场、影剧院、文化宫，以及各种文化活动，如剧院中上演的最新剧目，体育场中进行的国际比赛，图书馆中举行的文化讲座等等，这些都形成了现代城市的文化氛围。在欧美一些国家，城市常常有几十座乃至上百座博物馆，从而具有丰富而深厚的都市文化意蕴。上海的“上海之春”音乐会、哈尔滨冬季冰灯展、大连的服装节等各种活动所营造的气氛，使人感受到现代城市文化的情韵。近年来，为提高人们的文明水平和审美修养，一些城市大力开展文化艺术普及活动，将街头、广场也拓展为文化场所，让市民大众能欣赏到高雅的艺术文化。如广场展览、露天音乐会、戏曲广场等，形成一道独特的城市文化风景线，给人特殊的艺术享受。
城市的特色美 城市自然环境多有特色，城市性质与职能各有不同，城市历史文化发展和建筑形式风格亦各有特点，这一切形成了城市环境建设的独特个性和风格。城市历史文物建筑和自然风景名胜，对形成城市环境特色具有重要作用。M·B·波索欣说：“城市美观是无数特点，其中主要是建筑面貌上的个性和特殊性构成的。”城市环境的个性和独特风格，是城市环境美的重要内涵。法国首都巴黎，是一个具有悠久历史和灿烂文化的世界名城，也是国际交往中心和旅游胜地。该城在规划建设上既十分珍视传统文化，又积极地适应经济和社会生活发展的需要，始终保持着城市面貌的和谐统一和个性特色。特别是沿塞纳河形成的以卢浮宫和雄狮凯旋门为重点的市中心，独具特色的大型纪念性建筑大都布置在广场或街道的对景位置上，并与大道、广场、绿地、水面、林荫带组成完整的统一体，成为现今世界上最具特色也最为壮丽的市中心之一。屹立于市中心的著名纪念性建筑，如巴黎圣母院、爱丽舍宫、凯旋门、埃菲尔铁塔以及卢浮宫、巴黎歌剧院等，作为法兰西历史和文化的象征，具有独特的建筑风格和艺术魅力。
阅读材料城市景观美学欣赏——成都的景观美学艺术
城市景观是指人们对一个城市的文化、自然环境、民族习俗的印象感受。城市景观美学艺术和其他文化艺术一样，有着主题基调、韵律节奏、中心高潮、结构层次等等。成都是我国著名的历史文化名城，以她璀灿的城市美而闻名于中外。悠久的历史、独特的城市格局、精湛的建筑造型、众多的文物古迹、秀美的园林绿化、旖旎的田园风光构成绚丽的“天府之都”。
成都景观的美学艺术特色 成都位于我国成都平原中部，从总体上看，有着北方平原城市建筑群体轮廓平缓舒坦，城市空间开朗辽阔、城市布局严谨端庄、城市风貌壮观气魄的景观艺术美的特征。又由于气候温和，沃野千里，“南河”、“府河”等都江堰支流环抱整个城池，城内水渠成网，四季常青，春色满园，从细部上看有江南水乡那种建筑轻巧玲珑、灵活多变，风光明媚旖旎、婀娜多姿的景观艺术美的特点，形成江南塞北景观特征而独具地方特色的城市景观艺术美。
成都是一座具有2000多年历史的古城，随着历史的演变和发展，形成目前以“南河”、“府河”为界的古城和新区，旧城新貌穿插辉映，融为一体，和谐统一。全城四周的广阔村镇如同绿叶一样烘托着整个金色的城池，形成古城、新区、城郊多层次的景观艺术结构。古城内又有“皇城”、“大城”、“少城”三个不同城市功能，不同规划格局、不同建筑风格、不同环境空间、不同交通系统的景观艺术分区。新城区内又有东郊工业区、南郊科研文教区、西郊居住区、北郊交通枢纽和仓库区四个景观艺术分区。各景观艺术分区又有着各自的景观美学艺术特色。
成都景观美学艺术基调 城市景观美学艺术基调是城市规划和城市设计及建筑创作的方向，也是城市建设和环境设计的灵魂或主题。
根据城市的性质，历史传统，自然地理条件，城市总体发展规划可析定出成都城市景观美学艺术的基调。
对成都城市总体规划的批复，是把城市性质定为历史文化名城，四川省首府，重要的科学技术文化中心。成都曾是历史上封建割据的王朝京都，汉代即与洛阳等五大城市齐名，唐代列入全国四大名城。一直是西南地区政治、经济、文化中心。成都还是人文荟萃之乡，夙誉文化之邦，人才辈出，名家四起。在这样优越的自然条件和悠久的人文历史孕育下，城市积蓄了各个历史时期丰富建筑文化，凝集着传统建筑和环境美的精华，城市景观日臻丰满，乡土气息和地方特色越明显，城市风貌更加完美，成为大地上一颗璀璨夺目的明珠。因此成都景观美学艺术的基调是历史文化名城、历史传统和民族特色。
成都景观美学艺术结构层次 成都景观美学艺术除主题鲜明外，还应有中心高潮、结构层次、外界陪衬。象音乐一样有着基调、旋律、节奏，才能呈现出一幅和谐统一，丰富多彩，富有魅力，引人入胜的画面。
成都景观美学艺术的中心和高潮应该是城市中心位置的人民南路广场和四周高大的建筑，这里是全市政治、经济、科学文化和人们休息的中心。广场大面积绿地上鲜花似锦、喷泉增辉，体量庞大的展览馆和汉白玉塑像俯瞰整个广场，四周相续建成了省、市政府办公楼、锦城艺术宫、电讯大楼、新华书店大楼、第一百货大楼，还规划了科学大会堂和图书馆，并将扩大广场面积和增加绿地。这些都是全市建筑艺术最高水平的代表。这里的建筑和环境既体现了历史传统、民族风格、地方特色，又着意刻划时代精神、自身性格，还与周围环境协调一致、融汇统一，达到崇高的艺术境界，给人出神入画般的完美感觉。
,府河”、“南河”两江环抱的成都古城，我们称作古城景观美学艺术圈或古城景观艺术结构层次：古城内的格局、建筑和环境反映出历史文化名城的神韵和气度，是成都的文脉所在。古城外沿一、二环路布置的工业、科研文化、居住、交通枢纽仓库区，我们称作新城景观美学艺术圈或新城景观艺术结构层次：新区新建筑新风貌折射出新时代的人文精神，让人感受到科学艺术之美。城市四周的田园和卫星城镇，是成都城郊景观美学艺术圈或城郊景观艺术结构层次：翠绿的田野，乡土气息浓郁的村镇，是另一番景观艺术美的情趣。整个城市形成一幅主题基调鲜明，从核心向外，呈同心圆状，由近及远，一圈一圈由古典美、现代人工美、自然美相结合的多层次景观艺术画面。也像一首基调明朗、节奏强烈、波澜壮阔的交响乐曲。
成都景观美学艺术分区 整体统一完美，局部变化丰富是城市景观美学艺术的基本规律。现代化的城市总是由各功能分区组成，形成在各景观美学艺术圈内与各功能分区相适应的景观美学艺术分区。
古城美学景观艺术圈中心位置的“皇城”是原封建统治王朝的“紫金城”。原有建筑和景观多被破坏，幸存到现代的旧城门、石狮子、明远楼、御河等也被文革荡涤无存。现只保留下原有道路系统。在原皇城坝子上修建起了今天的人民南路广场和四周行政、文化、科学、商业性质大楼，这里的景观美学艺术特色应是严谨端庄、气魄宏伟，而又精雕细刻、技艺精湛。
古城景观美学艺术圈内居住性质的“少城”位于城市的两部，上风上水，随地形布置，自然飘逸。整个道路系统犹如一付鱼的骨架，商业性质的长顺街贯穿整个“少城”中部，南端的“将军衙门”形如鱼头，两边的小巷俨若鱼刺，小巷两面幽静的三、四合院栉次鳞毗，把街、巷、院有机的结合起来，环境安静，生活方便。当你驻足于街头，徘徊于小巷，则能看到一道排列整齐的垂花门和青砖高墙，古朴典雅，幽深静谧。“少城”是目前古城区内保存最完整的区域。其景观美学艺术的基调是现存的居住性质、格局和景观艺术风貌。
古城内除“皇城”、“少城”外的其他大片区域，统称“大城”，商业性质的“大城”中，最有代表性的是春熙路和附近街道组成的繁荣商业区。商业建筑那种特有的大尺度、大空间和橱窗内琳琅满目的商品以及五光十色的霓虹灯、广告牌，加上市招飘扬，人群熙攘，形成了热闹、兴旺、繁荣、昌盛的景观美学艺术风貌。
新城区景观艺术结构圈中的东郊大片工业区，大多是五十年代新建的工业建筑。工业建筑那种独有的高大厂房、构筑物等气宇轩昂，加上繁忙的交通运输，机器轰鸣，展现出一派现代化工业热烈壮观、欣欣向荣的景观美学艺术特色。
新城景观艺术结构圈中的南郊科研文化教育区，由于修建年代较近，新技术、新材料的运用比较广泛，造型新颖，色调丰富。挺拔的科研教学楼，广阔的绿地，整齐的房舍，安静的环境，书声朗朗，琴声悠扬，体现出蒸蒸日上，朝气蓬勃的景观美学艺术特色。
新城区景观艺术结构圈中的外西住宅区，借鉴“少城”处理手法，把建筑、庭院、绿化结合起来，环境安静，生活方便。居住建筑富有代表性的阳台，舒展的水平线条，斑斓的窗帘，满园葱茏的花草，给人浓郁生活气息的景观艺术美的享受。
城郊景观美学艺术结构圈中的小城镇，如颗颗珍珠镶嵌在城市周围。古老的场镇、低矮的房舍、石板道路、古塔寺庙、小桥流水，是另一番景观美学艺术基调。四周广阔的川西坝了，绿野平畴，一望无际。青青翠竹，点点村舍，一幅“远近林盘如绿岛，万顷嘉禾似海洋”的乡土气息，浓厚的田园景观艺术面貌，使人心旷神怡、美不胜收。
第十章 可持续发展
可持续发展是人类共同的理想与未来。人类社会的发展经历了渔猎文明、农业文明、工业文明，正在向新的文明阶段——绿色文明迈进，可持续发展正是人类在漫长的发展历程中对走过的道路不断反思的结果，是人类为克服一系列社会-经济-环境失衡问题，特别是全球性的环境污染、生态破坏问题所做出的理性追求。可持续发展作为一种崭新的发展思想和模式，提出伊始，即已被全世界不同经济水平和不同文化背景的国家（地区）所普遍接受，成为指导人类社会-经济-环境发展的共同的战略抉择。
第一节 可持续发展的由来
朴素的可持续发展思想古已有之。例如，中国古代即有“与天地相参”的思想，西方经济学家马尔萨斯（Malthus，1802年）、李嘉图（Ricardo，1817年）和穆勒（Mill，1900年）等也较早认识到人类消费的物质限制，即人类的经济活动范围存在着生态边界。现代可持续发展思想产生源于工业革命后，人类生存发展所需的环境和资源遭到日益严重的破坏，人类开始用驻足全球的眼光看待环境问题，并对人类前途的问题展开了大论战。从20世纪60年代《寂静的春天》开始，经过增长有无极限的争论，到1972年第一次召开联合国人类环境会议，人们对环境的问题日益忧虑和关心。而从1981年美国世界观察研究所所长布朗（Brown）先生的《建设一个可持续发展的社会》一书问世，到1987年《我们共同的未来》的发表，表明世界各国对可持续发展理论研究有了不断的深入。1992年6月，联合国环境与发展大会（UNCED）在巴西里约热内卢召开，大会通过的《21世纪议程》更是高度凝聚了当代人对可持续发展理论认识深化的结晶。可持续发展的主要历程如下（钱易，唐孝炎，2000）。
一、早期的反思——《寂静的春天》
20世纪中叶，随着环境污染的日趋严重，特别是西方国家公害事件的不断发生，环境问题日益成为困扰人类生存和发展的一个突出问题。20世纪50年代末，美国海洋生物学家蕾切尔·卡逊（Rachel Karson）在潜心研究美国使用杀虫剂所产生的种种危害之后，于1962年发表了环境保护科普著作《寂静的春天》。她向世人呼吁，我们长期以来一直行驶的这条发展道路容易使人错认为是一条舒适、平坦的超级公路，而实际上，在这条道路的终点却有灾难在等待着，这条路的另一个岔路——一条“很少有人走过的”岔路——为我们提供了最后唯一的机会以保住我们的地球。但这“另一个岔路”究竟是什么样的道路，卡逊没有确切地提出，但作为环境保护的先行者，卡逊的思想在世界范围内引发了人类对自身行为和观念的深入反思。
二、一服清醒剂——《增长的极限》
1968年，来自世界各国的几十位科学家、教育家和经济学家等聚会罗马，成立了一个非正式的国际协会——罗马俱乐部（The Club of Rome）。它的工作目标是：研究和探讨人类面临的共同问题，使国际社会对人类面临的社会、经济、环境等诸多问题有更深入的理解，并在现有全部知识的基础上推动采取能扭转不利局面的新态度、新政策和新制度。
受俱乐部的委托，以麻省理工学院D·梅多斯（Dennis·L·Meadows）为首的研究小组，针对长期流行于西方的高增长理论进行了深入的研究，并于1972年提交了俱乐部成立后的第一份研究报告——《增长的极限》。报告深刻阐明了环境的重要性以及资源与人口之间的基本关系。报告认为：由于世界人口增长、粮食生产、工业发展、资源消耗和环境污染这五项基本因素的运行方式是指数增长而非线性增长，如果目前人口和资本的快速增长模式继续下去，世界将会面临一场“灾难性的崩溃”。也就是说，地球的支撑力将会达到极限，经济增长将发生不可控制的衰退。因此，要避免因超越地球资源极限而导致世界崩溃的最好方法是限制增长，即“零增长”。
《增长的极限》一发表，在国际社会特别是在学术界引起了强烈的反响。该报告在促使人们密切关注人口、资源和环境问题的同时，因其反增长的观点而遭受到尖锐的批评和责难。从而引发了一场激烈的、旷日持久的学术之争。一般认为，由于种种因素的局限，《增长的极限》的结论和观点，存在十分明显的缺陷。但是，报告指出的地球潜伏着危机、发展面临着困境的警告无疑给人类开出了一服清醒剂，其积极意义毋庸置疑。《增长的极限》曾一度成为当时环境运动的理论基础，有力地促进了全球的环境运动，其中所阐述的“合理的、持久的均衡发展”，为可持续发展思想的产生奠定了基础。
三、全球的觉醒——联合国人类环境会议
1972年，来自世界113个国家和地区的代表汇聚一堂，在斯德哥尔摩召开了联合国人类环境会议，共同讨论环境对人类的影响问题。这是人类第一次将环境问题纳入世界各国政府和国际政治的事务议程。大会通过的《人类环境宣言》宣布了37个共同观点和26项共同原则。作为探讨保护全球环境战略的第一次国际会议，联合国人类环境大会的意义在于唤起了各国政府对环境污染问题的觉醒和关注。它向全球呼吁：现在，我们在决定世界各地的行动时，必须更加审慎地考虑它们对环境产生的后果，由于无知或不关心，我们可能会给地球环境造成巨大而无法换回的损失，因此，保护和改善人类环境是关系到全世界各国人民的幸福和经济发展的重要问题，是世界人民的迫切希望和各国政府的艰巨责任，也是人类的紧迫目标，各国政府和人民必须为着全体人民及其后代的利益而作出共同的努力。
尽管大会对环境问题的认识还比较粗浅，也尚未确定解决环境问题的具体途径，尤其是没能找出问题的根源和责任，但它正式吹响了人类共同向环境问题挑战的进军号，使各国政府和公众的环境意识，无论是在广度上还是在深度上都向前大大地迈进了一步。
四、可持续发展的提出——《我们共同的未来》
20世纪80年代伊始，联合国成立了以挪威首相布伦特兰夫人（G·H·Brundland）为主席的世界环境与发展委员会（WECD），以制订长期的环境对策，帮助国际社会确立更加有效地解决环境问题的途径和方法。经过3年多的深入研究和充分论证，该委员会于1987年向联合国大会提交了经过充分论证的研究报告——《我们共同的未来》。报告将注意力集中于人口、粮食、物种和遗传资源、能源、工业和人类居住等方面，在系统探讨了人类面临的一系列重大经济、社会和环境问题之后，正式提出了“可持续发展”的模式。
报告深刻地指出，在过去，我们关心的是经济发展对生态环境带来的影响，而现在，我们正迫切地感到生态压力对经济发展所带来的重大制约。因此，我们需要有一条崭新的发展道路，这条道路不是一条只能在若干年内、在若干地方支持人类进步的道路，而是一条直到遥远的未来都能支持全人类共同进步的道路——“可持续发展道路”，这实际上就是卡逊在《寂静的春天》里没能提供答案的“另一条岔路”。布伦特兰鲜明、创新的科学观点，把人们从单纯考虑环境保护的角度引导到环境保护与人类发展相结合，体现了人类在可持续发展思想认识上的重要飞跃。
五、重要的里程碑——联合国环境与发展大会
1992年6月，联合国环境与发展大会（UNECD）在巴西里约热内卢召开，共有183个国家的代表团和70个国际组织的代表出席了会议，102位国家元首或政府首脑到会讲话。此次会议上，可持续发展得到了世界最广泛和最高级别的政治承诺。会议通过了《里约环境与发展宣言》和《21世纪议程》两个纲领性文件。前者提出了实现可持续发展的27条基本原则，旨在保护地球永恒的活力和整体性，建立一种全新的、公平的“关于国家和公众行为的基本准则”，它是开展全球环境与发展领域合作的框架性文件；后者旨在建立21世纪世界各国在人类活动对环境产生影响的各个方面的行动规则，为保障人类共同的未来提供一个全球性措施的战略框架，它是世界范围内可持续发展在各个方面的行动计划。此外，各国政府代表还签署了联合国《气候变化框架公约》等国际文件及有关国际公约。大会为人类走可持续发展之路作了总动员，使人类迈出了跨向新文明时代的关键性一步，为人类的可持续发展矗立了一座重要的里程碑。
阅读材料——全球可持续发展大事记表10-1 全球有关可持续发展的大事列表
18世纪
西方工业革命开始
19世纪
关于林木的“可持续产量”研究
1872年
英国科学家史密斯在工业城市发现酸雨
20世纪初
关于渔业的“可持续产量”研究
20世纪30年代
氟氯烃(CFCS)开始合成
20世纪30-60年代
公害事件不断在欧、美、日出现
1962年
美国科学家R.卡逊《寂静的春天》出版
1970年
4月22日，美国2000多万人上街游行，要求保护环境
1972年
罗马俱乐部《增长的极限》出版
6月5日，联合国人类环境会议在斯德哥尔摩召开
联合国环境规划署（UNEP）成立
1974年
联合国人类住区会议在温哥华举行
1980年
国际自然保护同盟（IUCN）/世界野生生物基金会（WWF）发表《世界自然保护大纲》，首次提出“可持续发展”一词
1981年
美国布朗的《建设一个可持续发展的社会》出版
1984年
联合国成立“世界环境与发展委员会”（WCED）
1985年
UNEP组织缔结保护臭氧层的《维也纳公约》
1987年
WCED公布《我们共同的未来》，提出可持续发展的定义和一系列建议
UNEP组织谈判并通过关于保护臭氧层的《蒙特利尔议定书》
1988年
UNEP及世界气象组织（WMO）设置“政府间气候变化委员会”（IPCC）
1989年
69个国家的环境部长聚集荷兰，就大气污染和气候变化问题发表《诺德威克宣言》
第44届联合国大会通过第228号决议，决定筹备联合国环境与发展会议（UNCED）
UNEP通过《控制危险废物越境转移及其处置的巴塞尔公约》（1992年生效）
1990年
UNCED第一次实质性筹备会议在内罗毕召开
1991年
世界银行、UNEP、联合国开发署（UNDP）设立“全球环境基金”（GEF）
《气候变化框架公约》、《生物多样性公约》开始第一次谈判
在北京召开的发展中国家环境与发展部长级会议通过《北京宣言》
1992年
UNCED在巴西里约热内卢召开，通过《里约宣言》、《21世纪议程》和《森林问题原则声明》，《气候变化框架公约》和《生物多样性公约》开放签字
1993年
《巴塞尔公约》第一次缔约方会议
联合国可持续发展委员会（UNCSD）第一次年会，评议《21世纪议程》的进展情况
1994年
《中国21世纪议程》发表
《生物多样性公约》第一次缔约方会议
《蒙特利尔议定书》第六次缔约方会议，确定中国为1995年多边基金执委会成员
1995年
《气候变化框架公约》第一次缔约方会议
《荒漠化公约》谈判结束，开放签字
1996年
联合国第二次人类住区会议在伊斯坦布尔召开
《气候变化框架公约》第二次缔约方会议通过《柏林授权》
《巴塞尔公约》、《生物多样性公约》、《气候变化框架公约》、《蒙特利尔议定书》、UNCSD等继续召开会议
1997年
联大第19次特别会议，对《21世纪议程》5年来的进展进行了综合评议
《气候变化框架公约》第三次缔约方会议通过《京都议定书》
1998年
《气候变化框架公约》第四次缔约方会议通过《布宜诺斯艾利斯行动计划》
1999年
《气候变化框架公约》第五次缔约方会议在波恩召开
参考资料：张坤民可持续发展论，中国环境科学出版社，1999
阅读材料——中国古代的可持续性思想及实践
1、中国古代朴素的可持续发展思想可持续性的概念渊源流长，中国古代思想家对于可持续发展思想有着精辟和深刻的论述。著名思想家孔子主张“钓而不纲，弋不射宿”（指只用一个钩而不用多钩的鱼杆钓鱼，只射飞鸟而不射巢中的鸟，《论语.述而》）。其后的荀子则把自然资源的保护视作治国安邦之策，特别注重遵从生态学的季节规律（时令），重视自然资源的持续保存和永续利用。春秋时期在齐国为相的政治家管仲，从发展经济和富国强兵的目标出发，十分注意保护山林川泽及生物资源，反对过度采伐狩猎。他说：“为人君而不能谨守其山林菹泽草莱，不可以为天下”（《管子.地数》）。《周易·节卦》中讲“中正以能。天地节而四时成，节以制度，不伤财，不害民。”意即只有节制天下，具备中正的德性，才能持续地发展；圣贤要效法天地，建立制度，以节制人的无穷欲望，才不会造成伤害。古代“阴阳学说”认为，循环运动是世界事物运动的基本规律，有了阴阳消长，才有无限的循环，才有持续发展……1975年在湖北云梦睡虎地11号秦墓中发掘出公元前221-206年的1100多枚竹简，其中的《秦律.田律》清晰地体现了可持续发展的思想（“春二月，毋敢伐树木山林及雍堤水。不夏月，毋敢夜草为灰，取生荔,毒鱼鳖，置阱罔，到七月而纵之。”），这是中国和世界最早的环境法律之一。“与天地相参”可以说是中国古代生态意识的理想和目标。
2、中国古代哲学思想指导下的可持续发展实践中国古代不仅有丰富的可持续发展的思想，而且有宝贵的持续发展的实践。“网开三面”、“里革断罟”等典故形象地反映了我国夏商周三代自然保护活动的特点。到了春秋战国时期，人们不仅秉承了保护自然的传统，而且开始注重遵从生态学的季节节律，重视自然资源的持续存在，创立了保护正在孕育和产卵的鸟兽鱼鳖以利“永续利用”的思想和封山育林定期开禁的法令。例如：
（1）重视自然循环的有机农业实践。“上因天时，下尽地财，中用人力。是以群生遂长，五谷蕃殖。教民养六畜，以时种树，务修田畴，滋植桑麻，肥硗高下，各因其宜。”（《催南子·主术训》）这样逐渐形成有机农业的特色，发展了重视自然循环的有机农业传统。
（2）“地为政本”，“每土有常”，因而要“审其土地之宜”，做到“地尽其利”，土地资源可持续开发利用的实践，发明了“桑基渔塘”和“修筑梯田”等农业生产方式。
（3）为了保护生物和环境，制定“圣王之制”、“王者之法”，实施“虞衡”制度，以保证生物和林薮积草的可持续利用，这种思想在今天仍具有现实意义。
参考资料：张坤民主笔，可持续发展论，中国环境科学出版社，1999
腾藤主编，中国可持续发展研究，经济管理出版社，2000
第二节 可持续发展的基本理念可持续发展作为内涵极为丰富的一个全新的发展观念和模式，不同的研究者有不同的理解和认识，其具体的理论和内涵仍处在不断发展的过程当中，但其核心则是正确处理人与人、人与自然之间的关系，以实现人类社会的永续发展。
一、可持续发展的概念可持续发展一词源于生态学，在国际文献中最早出现于1980年由国际自然保护同盟（IUCN）制订发布的《世界自然保护大纲》（The World Conservation Strategy），随着可持续发展理论的逐步完善，不同学科从各自的角度对可持续发展进行了不同的阐述，至今尚未形成比较一致的定义和公认的理论模式。
目前，在国际上认同度较高的“可持续发展”的概念为——“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”（WECD，《我们共同的未来》）。其中“持续”意即“维持下去”或“保持继续提高”，对资源与环境而言，则应该理解为使自然资源能够永远为人类所利用，不至于因其过度消耗而影响后代人的生产与生活。“发展”则是一个很广泛的概念，它不仅表现为经济的增长、国民生产总值的提高、人民生活水平的改善，还体现在文学、艺术、科学、技术的昌盛、道德水平的提高、社会秩序的和谐、国民素质的改进等诸多方面，发展既要有量的增长，还应有质的提高。
可持续发展的概念鲜明地表达了两个观点：一是人类要发展，尤其是发展中国家要发展；二是发展要有限度，不能危及后代人的发展能力。这既是对传统发展模式的反思和否定，也是对可持续发展模式的理性设计。
可持续发展始终贯穿着“人与自然的和谐、人与人的和谐”这两大主线，并由此出发，去进一步探寻人类活动的理性规则、人与自然的协同进化、人类需求的自控能力、发展轨迹的时空耦合、社会约束的自律程度，以及人类活动的整体效益准则和普遍认同的道德规范等等，通过平衡、自制、优化、协调，最终达到人与自然之间的协同以及人与人之间的公正。它的实施是以自然为物质基础，以经济为动力牵引，以社会为组织力量，以技术为支撑体系，以环境为约束条件。因此，可持续发展不仅仅是单一的生态、、社会或经济问题，而是三者互相影响、互相作用的综合体。只是一般说来，经济学家往往强调保持和提高人类生活水平，生态学家呼吁人们重视生态系统的适应性及其功能的保持，社会学家则将他们的注意力更多地集中于社会和文化的多样性。
阅读材料——几种具有代表性的可持续发展定义
1、着重于自然属性的定义可持续性的概念源于生态学，即所谓“生态持续性”（Ecological Sustainability）。它主要指自然资源及其开发利用程度间的平衡。国际自然保护同盟（IUCN）1991年对可持续性的定义是“可持续地使用，是指在其可再生能力（速度）的范围内使用一种有机生态系统或其他可再生资源”。同年，国际生态学联合会（INTECOL）和国际生物科学联合会（IUBS）进一步探讨了可持续发展的自然属性。他们将可持续发展定义为“保护和加强环境系统的生产更新能力”，即可持续发展是不超越环境系统再生能力的发展。此外，从自然属性方面定义的另一种角度是从生物圈概念出发，即认为可持续发展是寻求一种最佳的生态系统以支持生态的完整性和人类愿望的实现，使人类的生存环境得以持续。
2、着重于社会属性的定义
1991年，由世界自然保护同盟、联合国环境规划署和世界野生生物基金会共同发表了《保护地球——可持续生存战略》（Caring for the Earth,A strategy for sustainable living）。其中提出的可持续发展定义是：“在生存不超出维持生态系统涵容能力的情况下，提高人类的生活质量”，并进而提出了可持续生存的9条基本原则。这9条基本原则既强调了人类的生产方式与生活方式要与地球承载能力保持平衡，以保护地球的生命力和生物多样性，又提出了可持续发展的价值观和130个行动方案。报告还着重论述了可持续发展的最终目标是人类社会的进步，即改善人类生活质量，创造美好的生活环境。报告认为，各国可以根据自己的国情制定各自的发展目标。但是，真正的发展必须包括提高人类健康水平、改善人类生活质量、合理开发和利用自然资源，必须创造一个保障人们平等、自由、人权的发展环境。
3、着重于经济属性的定义这类定义均把可持续发展的核心看成是经济发展。当然，这里的经济发展已不是传统意义上的以牺牲资源和环境为代价的经济发展，而是在不降低环境质量和不破坏世界自然资源基础上的经济发展。在《经济、自然资源、不足和发展》中，作者巴比尔（Edward B·Barbier）把可持续发展定义为：“在保护自然资源的质量及其所提供的服务的前提下，使经济发展的净利益增加到最大限度。”普朗克（Pronk）和哈克（Hag）在1992年为可持续发展所作的定义是：“为全世界而不是为少数人的特权提供公平机会的经济增长，不进一步消耗自然资源的绝对量和涵容能力”。英国经济学家皮尔斯（Pearce）和沃福德（Warford）在1993年合著的《世界末日》一书中，提出了以经济学语言表达的可持续发展定义：“当发展能够保证当代人的福利增加时，也不应使后代人的福利减少”。而经济学家科斯坦萨（Costanza）等则认为，可持续发展是能够无限期地持续下去——而不会降低包括各种“自然资本”存量（量和质）在内的整个资本存量的消费数量。他们还进一步定义：“可持续发展是动态的人类经济系统与更为动态的，但在正常条件下变动却很缓慢的生态系统之间的一种关系。这种关系意味着，人类的生存能够无限期地持续，人类个体能够处于全盛状态，人类文化能够发展，但这种关系也意味着人类活动的影响保持在某些限度之内，以免破坏生态学上的生存支持系统的多样性、复杂性和基本功能。”
4、着重于科技属性的定义这主要是从技术选择的角度扩展了可持续发展的定义，倾向这一定义的学者认为：“可持续发展就是转向更清洁、更有效的技术，尽可能接近零排放或密闭式的工艺方法，尽可能减少能源和其他自然资源的消耗。”还有的学者提出：“可持续发展就是建立极少产生废料和污染物的工艺或技术系统。”他们认为污染并不是工业活动不可避免的结果，而是技术水平差、效率低的表现。他们主张发达国家与发展中国家之间进行技术合作，缩短技术差距，提高发展中国家的经济生产能力。
资料来源：钱易、唐孝炎主编，环境保护与可持续发展，高等教育出版社，2000年
二、可持续发展的内涵可持续发展的观念和思想是人类经过长期的探索，吸取了以往发展道路的经验教训，根据多年的理论和实际研究而提出的一种崭新的发展观和发展模式。它是一个涉及经济、社会、技术及自然环境的综合概念，也是一种特别从环境和自然资源角度提出的关于人类长期发展的战略和模式，并从理论上结束了长期以来将经济与保护环境、资源相互对立的错误观点。可持续发展主要包括自然资源与生态环境的可持续发展、经济的可持续发展和社会的可持续发展这三个方面：一是以自然资源的可持续利用和良好的生态环境为基础；二是以经济可持续发展为前提；三是以谋求社会的全面进步为目标。
（一）可持续发展的基本思想可持续发展包含了当代与后代的需求、国际公平、国家主权、自然资源、生态承载力、环境和发展相结合等重要内容。在代际公平和代内公平方面，可持续发展是一个综合的概念，它不仅涉及当代的或一国的人口、资源、环境与发展的协调，还涉及到同后代的和国家或地区之间的人口、资源、环境和发展之间矛盾和冲突。另外，可持续发展也是一个涉及经济、社会、文化、技术及自然环境的综合概念。总体说来，基于可持续发展丰富的内容与改革的思想，其基本思想主要包括以下几个方面：
1、不否定经济增长，尤其是穷国的经济增长，但需要重新审视如何推动和实现经济增长。可持续发展强调经济增长的必要性，因为经济增长是提高当代人福利水平、增加社会财富、增强国家实力的必要条件。但不仅要重视经济增长的数量，还要依靠科技进步，提高经济活动的效益和质量，达到具有可持续意义上的经济增长。因此，必须审计使用能源和原料的方式，改变传统的以“高投入、高消耗、高污染”为特征的生产模式和消费模式，实施清洁生产和文明消费，从而减少单位经济活动所造成的环境压力。既然环境退化的原因产生于经济活动，其解决的方法也就必须依靠于经济过程。
2、要求以自然资源为基础，同环境承载力相协调。经济和社会发展不能超越资源和环境的承载能力。它要求在严格控制人口增长、提高人口素质和保护环境、资源永续利用的条件下，进行经济建设，保证以可持续的方式使用自然资源和环境成本，使人类的发展控制在地球的承载力之内。随着工业化、城市化的快速进程以及人口的不断增长，人类对自然资源的巨大消耗和大规模开采，已导致资源基础的削弱、退化、枯竭，如何以最低的环境成本确保自然资源的永续利用是可持续发展面临的一个重要问题。若要能可持续地利用自然资源，则必须使自然资源的耗竭速率低于其再生速率，而这必须依靠适当的经济手段、技术措施和政府干预才能得以实现。因此，需要通过一些激励手段，引导企业采用清洁工艺和生产非污染产品，引导消费者采用可持续消费方式并推动生产方式的改革。
3、以提高生活质量为目标，同社会进步相适应。发展不仅仅是经济问题，单纯追求产值的经济增长并不能体现发展的内涵。可持续发展的观念认为，世界各国的发展阶段和发展目标可以不同，但发展的本质应当包括改善人类生活质量，提高人类健康水平，创造一个保障人们平等、自由和免受暴力的社会环境。这就是说，在人类可持续发展系统中，经济发展是基础，自然生态保护是条件，社会进步才是目的。而这三者又是一个相互影响的综合体，只要社会在每一个时间段内都能保持与经济、资源和环境的协调，这个社会才符合可持续发展的要求。显然，在新的世纪里，人类共同追求的目标，是以人为本的社会、经济、自然复合系统的持续、稳定、健康的发展。
4、承认并要求在产品和服务的价格中体现出自然资源的价值。这种价值不仅体现在环境对经济系统的支撑和服务价值上，也体现在环境对生命支持系统的不可或缺的存在价值上。
5、以适宜的政策和法律体系为条件，强调“综合决策”和“公众参与”。改变过去各个部门在制定和实施经济、社会、环境政策时各自为政的做法，提倡根据周密的社会、经济、环境考虑和科学原则、全面的信息和综合的要求来制定政策并予以实施。可持续发展的原则要纳入经济、社会、人口、资源、环境等各项立法及重大决策之中。
（二）可持续发展的基本原则不同角度的可持续发展定义，有不同角度的基本主张：注重自然属性的可持续发展，主张人类与自然和谐相处；注重社会属性的可持续发展，主张人与人的和谐，既满足当代人又满足后代人的基本需求；注重经济属性的可持续发展，主张建立在保护地球自然系统基础上的持续经济发展，等等。无论所提出的可持续发展侧重于哪方面，其基本原则都主要包括：
持续性原则 可持续发展有许多制约因素，其主要限制因素是资源与环境。离开了这两个基础和条件，人类的生存和发展就无从谈起。因此，资源的永续利用和生态环境的可持续性是可持续发展的重要保证。人类发展必须以不损害支持地球生命的大气、水、土壤、生物等自然条件为前提，并充分考虑资源的临界性，不得超过资源与环境的承载能力。因此，人类在经济社会的发展进程中，需要根据持续性原则调整自己的生活方式，确定自身的消耗标准，不能盲目、过度地生产与消费。
公平性原则 公平是指机会选择的平等性。可持续发展的公平性原则包括两个方面：一是横向的代内公平——各国拥有按其本国的环境与发展政策开发本国自然资源的主权，并确保在其管辖范围内或在其控制下的活动，不致损害其他国家或地区；给世界各国以公平的发展权、公平的资源使用权，在可持续发展的进程中消除贫困，消除发达国家与发展中国家贫富悬殊、两极分化的状况。二是纵向的代际公平——人类赖以生存的自然资源是有限的，要给后代人以公平利用自然资源的权利，当代人不能因为自己的发展和需求而损害后代人发展所必需的资源和环境条件。
共同性原则 可持续发展关系到全人类的发展。尽管不同国家的历史背景、经济文化和发展水平不同，可持续发展的具体目标、政策和实施步骤也各有差异，但是，发展的持续性和公平性则是一致的。若要实现可持续发展的总目标，必须争取全球共同的联合行动，这是由地球整体性和相互依存性所决定的。实现可持续发展需要地球上全人类的共同努力，追求人与人之间、人与自然之间的和谐是人类共同的道义和责任。正如《我们共同的未来》中所提出的“今天我们最紧迫的任务也许是要说服各国，认识回到多边主义的必要性”，“进一步发展共同的认识和共同的责任感，是这个分裂的世界十分需要的。”因此，致力于达成既尊重各方的利益，又保护全球环境与发展体系的国际协定至关重要。
三、可持续发展的实施途径实施可持续发展战略是一项综合的系统工程，从目前国际社会所做的努力来看，其实施途径大致有四条：第一，制定可持续发展的指标体系，研究如何将资源和环境纳入国民经济核算体系，使人们能够更加直接地从可持续发展的角度，对包括经济在内的各种活动进行评价；第二，制定条约或宣言，使保护环境和资源的有关措施成为国际社会的共同行为准则，并形成明确的行动计划和纲领；第三，建立、健全环境管理系统，促进企业的生产活动和居民的消费活动向减轻环境负荷的方向转变；第四，有关国际组织和开发援助机构都将环境保护和可持续发展能力建设作为提供开发援助的重点。
实现全球的可持续发展需要世界各国的通力合作与身体力行。中国作为全球最大的发展中国家，对可持续发展战略给予了高度的重视。在联合国环境与发展大会之后，中国政府认真履行自己的承诺，在各种场合、以各种形式表达了中国走可持续发展之路的决心和信心，并将可持续发展战略与科教兴国战略一并确定为我国的两大基本发展战略，从社会经济发展的综合决策到具体实施过程都融入了可持续发展的理念，通过法制建设、行政管理、经济措施、科学研究、环境教育、公众参与等多种途径推进跨世纪的可持续发展进程。
阅读材料——可持续发展指标体系
1、指标指标是综合反映社会某一方面情况绝对数、相对数或平均数的定量化信息，具有揭示、指明、宣布或者使公众了解等涵义。指标必须具备两个要素：一是要尽可能地把信息定量化，使得这些信息清楚和明了；二是要能够简化那些反映复杂现象的信息，使得所表征的信息具有代表性，便于人们理解和掌握。
根据表现形式和作用的不同，指标可以分为数量指标和质量指标两大类。用于反映总体单位数目和标志总量的指标，统称为数量指标或总量指标，例如人口总量、企业总数、产品质量、排污总量等。总量指标总是用绝对数表示，并且要有计量单位。把相应的数量指标进行对比，可以得到一定的派生指标，以反映现象达到的平均水平或相对水平，这就是质量指标。例如，将企业的工资总额同该企业的职工总数对比，可以得到该企业的平均工资。此外，如人口密度、出生率、死亡率、单位产品成本、单位产品排污系数等都属于质量指标。质量指标可以反映现象之间的内在联系和比例关系。由于它是两个联系的数量指标的对比，因此，在计算时，需要仔细审查两个指标的口径、范围是否一致。
建立指标体系需遵循科学性、层次性、相关性、简明性等基本原则。
2、可持续发展指标体系尽管目前可持续发展已为人们、尤其是各国政府所接受，但是，如何从一个概念进入可操作的管理层次仍需要进行很多实际的探讨，如何测定和评价可持续发展的状态和程度是其重要的研究内容之一。通过建立可持续发展指标体系，构建评估信息系统，监测和揭示区域发展过程中的社会经济问题和环境问题，分析各种结果的原因，评价可持续发展水平，引导政府更好地贯彻可持续发展战略。同时为区域发展趋势的研究和分析，为发展战略和发展规划的制定提供科学依据。
可持续发展是经济系统、社会系统、技术系统与环境系统和谐发展的象征，因此，可持续发展指标体系几乎涉及到人类社会经济生活以及生态环境的各个方面。它必须具有这样几个方面的功能：第一，能够描述和表征出某一时刻发展的各个方面的现状；第二，能够描述和反映出某一时刻发展的各个方面的变化趋势；第三，能够描述和体现发展的各个方面的协调程度。根据指标体系的层次性原则，可持续发展指标体系应该包括全球、国家、地区（省、市、县）以及社区四个层次，它们分别涵盖以下主要方面：一是社会系统，主要有科学、文化、人群福利水平或生活质量等社会发展指标，包括食物、住房、居住环境、基础设施、就业、卫生、教育、培训、社会安全等；二是经济系统，包括经济发展水平、经济结构、规模、效益等；三是环境系统，包括资源存量、消耗、环境质量等；四是制度安排，包括政策、规划、计划等。
1992年世界环境与发展大会以来，许多国家按照大会要求，纷纷研究各自的可持续发展指标体系，目的是检验和评估国家的发展趋向是否可持续，并以此进一步促进可持续发展战略的实施。作为全球实施可持续发展战略的重大举措，联合国也成立了可持续发展委员会，并制定了联合国可持续发展指标体系。该指标体系由驱动力指标、状态指标、响应指标构成。驱动力指标主要包括就业率、人口净增长率、成人识字率、可安全饮水的人口占总人口的比率、运输燃料的人均消费量、人均实际GDP增长率、GDP用于投资的份额、矿藏储量的消耗、人均能源消费量、人均水消费量、排入海域的氮磷量、土地利用的变化、农药和化肥的使用、人均可耕地面积、温室气体等大气污染物排放量等；状态指标主要包括贫困度、人口密度、人均居住面积、已探明矿产资源储量、原材料使用强度、水中的BOD和COD含量、土地条件的变化、植被指数、受荒漠化、盐碱和洪涝灾害影响的土地面积、森林面积、濒危物种占本国全部物种的比率、二氧化硫等主要大气污染物浓度、人均垃圾处理量、每百万人中拥有的科学家和工程师人数、每百户居民拥有电话数量等；响应指标主要包括人口出生率、教育投资占GDP的比率、再生能源的消费量与非再生能源消费量的比率、环保投资占GDP的比率、污染处理范围、垃圾处理的支出、科研费用占GDP的比率等。
该指标体系虽然经过国际专家多次讨论和修改，但由于不同国家之间的差异，整个指标体系要涵盖各国的情况，难免挂一漏万甚至以偏概全，因此与具体国家的实际情况可能相差甚远；此外，由于可持续发展的内容涉及面宽广复杂，人们对它的认识还在不断加深，因此，要建立一套无论从理论上还是从实践上都比较科学的指标体系，尚需进一步的深入研究。
资料来源：钱易、唐孝炎主编，环境保护与可持续发展，高等教育出版社，2000年
第三节 可持续发展的理论探讨与实践
可持续发展的思想已经成为全人类的共同理念，但其实践是一个长期、复杂、艰巨的系统工程，如何把握可持续发展的脉络结构，如何判析可持续发展过程中的成败得失，以及如何实现资源、环境与人类社会、经济发展的可持续性，等等，都值得进行深入的探讨和研究。
一、可持续发展的支撑结构可持续发展作为一种全新的发展战略和发展观，最初来源于环境保护，但随着可持续发展观念的日益深入，可持续发展已逐渐扩展到世界的各个地区、各个行业，并最终上升到追求人类社会—经济—环境这一复杂巨系统整体的可持续发展。实施可持续发展的首要任务是确定可持续发展的支撑结构，但可持续发展系统的复杂性决定了这种支撑结构体系的多样性。例如，既可按社会、经济、自然三要素划分，也可界定为人口、资源、环境、经济多要素的结合，这些支撑结构的划分，从本质上来说都是一致的，其区别主要在于人们对可持续发展的理解中，所突出的可持续发展实施的重点有所不同。
阅读材料——可持续发展战略结构的五个支持系统
按照中国科学院可持续发展研究组的观点，可持续发展包括五大支持系统（或要素组）：生存支持系统、发展支持系统、环境支持系统、社会支持系统、智力支持系统。
生存支持系统 生存支持系统是实施可持续发展的基础条件。它是以供养人口并保证其生理延续为标识。自从地球上产生了人类，与其它物种一样，延续种群成为人类发展的第一目标。缺乏足够的食物、饮用水和大气，人类的生存将受到威胁乃至消亡。任何一个社会形态，以及任何一个社会形态下的不同发展阶段，如果不能提供这个最基础的生存支持系统，也就不可能满足人类更高水平的发展需求，因此良好的生存支持系统是启动和加速发展支持系统的前提。
发展支持系统 发展支持系统是实施可持续发展的动力条件。它的基本特征表现为：人类已不满足于直接利用自然状态下的初级生产力，而是进一步通过消耗资源，应用多要素的组合能力，产生更多的中间产品，形成庞大的社会分工体系，以满足除食物、饮用水之外的更多更高的人类需求。生存支持系统与发展支持系统既不是独立的，也不是并列的，而是有次序和互相衔接，一般而言，先有生存，而后有发展，没有生存，就没有发展。
环境支持系统 环境支持系统是实施可持续发展的限制条件。它以其缓冲能力、抗逆能力和自净能力的总和，去维护人类的生存支持系统和发展支持系统。生存支持系统和发展支持系统必须在环境支持系统的允许范围内，如果人类为了满足自身不尽的物质需要和精神追求，过分掠夺资源、能源和广泛意义下的生态系统，从而超出环境支持系统的许可阈值时，人类的生存支持系统和发展支持系统将可能崩溃，更不可能实现可持续发展的战略目标。
社会支持系统 社会支持系统是实施可持续发展的保证条件。如果说，生存、发展、环境三大支持系统的基础和状况都没有超出可持续发展总体要求的范围，但第四个支持系统—社会支持系统出现了问题，例如社会分配不公、贫富悬殊过大、社会矛盾不可调和、战争的破坏及威胁等，都将使可持续发展陷入无法实施的境地，其结果是不仅不能提高人类社会的可持续发展水平，相反甚至会将生存、发展、环境三大系统的支持能力也破坏殆尽。
智力支持系统 智力支持系统是实施可持续发展的持续条件。它主要涉及教育水平、科技竞争力、管理能力和决策能力。一个国家或地区低下的教育水平和科技创新能力，必然缺乏可持续发展的基础和后劲，尤其是全社会的管理水平和决策水平的高低，更是体现智力支持系统作用的关键性因子，一项重大的决策失误甚至可以消蚀、破坏生存、发展、环境乃至社会支持系统所具有的能力，由此足见智力支持系统在整个可持续中的重要地位和作用。
任何一个国家或地区的可持续发展，都受到以上五大支持系统整体的共同作用，其中任何一个系统的失误与崩溃，最终都会削弱可持续发展的总体能力。
资料来源：中国科学院可持续发展研究组，1999中国可持续发展战略报告，科学出版社，1999年
尽管可持续发展支撑结构的确定方法尚不统一，但从规划实施的角度上看，一个区域可持续发展的支撑结构可以概括为“一个核心、六个空间”（1(6）的模式，一个核心即“以人为本”，六个空间（要素）包括经济空间、生态空间、资源空间、环境空间、地理空间和基础设施网络空间（图10-1）。1(6的系统型式，构成了可持续发展的一个有机的整体，实施可持续发展的主要任务就是探讨如何推进“一个核心、六个空间”的协调和高效发展。
图10-1 可持续发展的支撑结构（1(6）示意图
（一）以人为本
作为生产力中最活跃的因素，人的非理性的生存和发展模式是阻碍可持续发展的最主要原因，另一方面，可持续发展的核心是追求人类发展的代际公平和代内公平，其根本目标和归宿仍然是推动人类社会的永续发展。因此，坚持“以人为本”，理应成为指导实施可持续发展的基本理念。但现代意义上的“以人为本”，并不同于传统的绝对化了的“人类中心”观，它在对人的理解上，具有历史性和整体性，即强调以人类整体为本位，从长远发展利益出发对未来发展进行理性的思考和谋划，而不是仅以某一时段、某一集团为中心的局部意义上的狭隘认识。
可持续发展中“人”的发展，一般应综合考虑人口总量、人口迁移、人口分布、人口结构、人口素质等因素的评估、调控，以及社会管理的优化，其目的是寻求社会的公平和公正，保证发展的可持续性。
（二）六个空间经济空间 可持续发展并不否定经济增长，相反，经济的发展是支撑可持续发展的物质基础和动力。经过国际社会对“增长”与“发展”关系的多年论争，传统的“经济增长”观念已逐步为“经济可持续发展”所取代，后者不仅包括了经济增长的内容，还涉及到经济结构、经济体制和组织的优化，以及整个社会经济水平的发展等方面的问题，从而扬弃了片面追求经济产值和经济增长速度的传统模式。经济可持续发展主要应考虑经济规模、增长速度、产业构成、产业布局等因素，其中应努力提高科技进步贡献率，减少经济发展对资源的消耗和环境的破坏，提高经济发展的综合效益。
生态空间 良好的生态空间格局，是协调人与自然之间的关系，保证区域可持续发展的基本条件。符合可持续发展要求的生态空间规划，主要应确立合理的生态功能区划及相应的调控措施。生态功能区划一般可分为生态管护区、生态过渡区和生态建设区三部分：生态管护区指生态系统中需重点保护的区域，如森林、饮用水源、风景园林、名胜古迹、纪念地等；生态建设区是指所有建设区域；生态过渡区则包括空间和时间上的过渡区域，空间上的过渡区是介于管护区与建设区之间的区域，时间上的过渡区即待建区。生态空间格局及相应控制措施，应能规范人类的开发活动，保证整个区域生态系统的稳定和改善。
资源空间 可持续发展强调资源对人类社会、经济活动的基础作用，随着人口的不断增长，以及工业化、城市化进程的加快，人类对自然资源的大规模开采和巨大消耗，已导致资源基础的削弱、退化、枯竭。可持续发展的关键就是要合理开发和利用各类自然资源，使可再生资源保持其再生能力，不可再生资源不至于过度消耗并能得到替代资源的及时补充。对区域的可持续发展而言，根据资源获取方式的不同，还可将资源分为本地必备资源与可调入资源两大类，本地必备资源如土地资源、生态林业资源等应是可持续发展关注的重点。资源的可持续开发和利用，应在科学分析各地资源特点与状况的基础上，确定合理、有效的资源配置与利用策略。
环境空间 环境空间的发展包括环境健康、环境舒适、环境欣赏三个层次，在可持续发展的过程中，环境空间遵循环境健康(环境舒适(环境欣赏这样一个不断提升的过程。其中，环境健康与环境质量相对应，环境舒适与人居环境相对应，环境欣赏与景观环境相对应。环境质量重点是要进行污染的控制，包括水环境、大气环境等；环境舒适主要是要保持良好的生态环境、适宜的人口密度、完善的基础设施和较高的城市文明；环境欣赏则主要是要因地制宜，创造富有特色的景观环境。
地理空间 地理空间是指支撑区域可持续发展的总的地理空间规划型式。地理空间应基于大区域生态环境现状及特点，因地制宜，从地理空间层次上选择结构合理、功能稳定布局结构和发展模式，提高人群居住及社会经济发展水平。由于各地区域情况具有多样性，因此地理空间大的布局型式也各不相同，总的说来应充分分析、利用当地有利的自然地理条件，如山、水、海等，从环境舒适和环境欣赏层次上提高人与环境的和谐度，并按照社会、经济发展规律的客观要求，协调各地理空间要素的相互关系，保障区域社会、经济、环境的可持续发展。
基础设施网络空间 以人为核心，经济空间、生态空间、资源空间、环境空间和地理空间通过道路等基础设施网络空间相联系，构成一个完整、有机的可持续发展系统结构。网络空间内包含了大量的人流、物流及信息流。在可持续发展中，网络空间主要应考虑交通道路网、信息通讯网、能源供应网、给排水管网等要素的发展及调控。
二、可持续发展与五律协同
可持续发展是以人为本位，经济、生态、资源、环境、地理、网络等多空间（要素）相结合的综合协调发展。人类虽然已经认识到可持续发展的重要性，但对于整个人类世界抑或一个局部地区而言，从总体上究竟应该把握怎样的一个视角，去总结教训以明晰历史发展长河中种种失败的根源？去指导决策以推动社会、经济、环境的可持续的发展？
在第一章环境学基本原理中，我们已经了解到，有五类客观规律制约着人类的生存和发展，它们分别是自然规律、社会规律、经济规律、技术规律和环境规律，与“五律”相对应又存在着“五则”，它们分别是自然法则、社会规则、经济规则、技术规则和环境规则，要实现既定的目标，规则的制定的施行必须达到五类规律的协同（五律协同）。
进一步的分析表明，五律协同原理具有两层涵义：第一，有彼此相对独立的五类规律制约人类生存与发展，人类行为必须同步遵守它们的各自作用；第二，五类规律彼此间相互作用，人类行为要达到预期效果，还必须取得五类规律相互作用的协同效应，协同度越高，预期效果越好。五类规律可以比喻为人的五根手指，自然规律为大拇指，社会规律、经济规律、技术规律、环境规律分别为其余四根手指，而手是整个世界，意喻世界的统一性。五指彼此相对独立而又相互关联，组成一个协同的、有机的系统。世界系统的运行过程和我们用手进行操作时一样，五类规律各自发挥作用，同时也需要彼此协调，不能有任何一个规律起干扰和拮抗作用，唯有如此，多元化世界的良性运行才有望得到保证。具体到某一单项措施的背后，存在着哪几类规律起作用，那么这几类规律的是否协同则是该措施能否获得成功的决定因素。
五律协同是可持续发展的必要条件和最终归宿。可持续发展的每一个空间结构（1(6）的发展、世界可持续发展总体能力的形成，都必须取得自然、技术、经济、社会、环境五类规律的协同支持，才有望实现可持续发展这一人类共同的美好理想。只要这五类规律中的任何一个规律“不赞同”现存的发展模式或规则，都将削弱、损坏可持续发展的整体能力，甚至引起可持续发展系统的崩溃。纵观人类历史上生存发展不可持续的种种原因，归根到底都是人类行为规则没有真正实现五律协同。五律协同原理提供了一个高屋建瓴、统观全局的总视野，它是判别世界可持续发展与否、衡量可持续发展程度高低的一把钥匙，有助于人们总结历史，审视现在，展望未来。总之，只有真正制定出符合五律协同的规则，将制约人类生存发展的“五律”变为“五力”，“五律协同”成为“五力协同”，同向协力，才能切实推动人类社会-经济-环境的可持续发展。
阅读材料——江苏土地资源开发利用的困境
江苏是我国的人口大省和经济大省，2000年人口总量占全国总量的5.7%，国内生产总值占全国的9.6%，但国土面积仅占全国的1.1%，人多地少、土地资源匮乏，是江苏的基本省情。受国家“一要吃饭，二要建设，兼顾生态”政策的影响，江苏土地利用在事实上长期处于严格保护耕地、限制建设用地、忽视生态用地的状态，极大地制约社会、经济、环境的可持续发展。概括起来，其土地利用存在与经济规律、社会规律、环境规律等三大规律的联合拮抗：
（1）与经济规律的拮抗：江苏的耕地面积占全省国土总面积的47%（占陆域总面积的67%），即便在城市高度密集、经济高度发达的苏南地区也概莫能外。事实上，我国粮食早已相对过剩，入世后国外大量质优价廉的粮食资源亦将成为我国重要的粮食供给来源。因此，在作为经济大省的江苏地区保留大量的农业用地，直接背离了经济规律的客观要求，束缚了全省经济的长足发展。
（2）与社会规律的拮抗：为了保护耕地，严格限制城市用地规模就成了必然。但城市建设用地的严格限制，一方面阻碍了城市化进程，不符合社会进步的需要，另一方面又势必导致城市人口密度过高、道路拥挤、绿地过少等一系列城市问题，危及社会的良性发展，所有这些无不与社会规律直接相拮抗，不符合社会发展规律的客观要求。
（3）与环境规律的拮抗：江苏的生态用地长期受到农业用地及城市建设用地的挤占，据统计，全省森林覆盖率仅7.54%，城市人均公共绿地仅及美国、法国的约30%，日本的约40%，脆弱的生态环境难以满足更高层次的环境舒适以至环境欣赏的发展需求。此外，在耕地“占一补一”的政策指导下，江苏沿海滩涂湿地以至其它生态用地正面临农业开垦的威胁，例如“十五”期间，江苏计划有新一轮的百万亩滩涂开发。如此等等，将可能进一步破坏人与环境的和谐，与建设“生态省”的目标背道而驰。
因此，必须从江苏省情出发，统筹兼顾，采取开放式的粮食资源配置策略，在合理进行土地利用结构调整与土地功能规划的基础上，应努力实现“三个用地”（农业用地、建设用地、生态用地）的合理平衡，提高生态用地及城市建设用地规模，以土地资源的可持续利用，保证江苏经济、社会与生态环境的可持续发展。
三、可持续发展案例分析——江苏的水系污染控制
江苏北纳淮河，南含太湖，中跨长江，直达东海，淮河、太湖、东海分别是我国重点整治的“三河”、“三湖”、“三海”之一，此外，南水北调东线调水工程始于苏中并纵贯苏北全境，是我国南水北调“三线”工程之一。江苏水系在我国具有典型的代表性，水污染的控制也极具复杂性和艰巨性。
（一）江苏水系污染控制的构想
清污不分、就地排放是我国水系污染的直接原因。经过多年的研究，对江苏的水污染控制提出了“清污两制、控源导流”的基本战略，“清污两制”是指清污分开，形成清污两个独立系统，实行两个不同的管理体制，组建污水系统的基本思路是“控源导流”（其实质是污水的“三级控制”）。控源是指对四类污染源的控制：城镇生活污染源、工业污染源、农业面源和河湖内源（底泥、养殖、船舶）。控源是治本，但不能一步到位，先进技术短期内不可能迅速普及，即使得到普及也不能做到零排放，经过处理达到排放标准的尾水还是污水，其水质浓度仍比地表水标准高出几倍到一个数量级，因此仅靠控源还不能实现水环境达标。因此，在控源的基础上还需导流，导流有两种导法，这两种对水系污染的治理都很重要：一是导清水，如引江济太；二是导尾水，将它调离敏感水域，进行易地处理。尾水调度处理，对清水而言是“断源”，截断排入清水水域的污染源；对污水而言它是污水系统的重要组成部分，完成尾水深度处理。长期以来治污思维囿于“原地控源”，这是我国水系污染治理陷入僵局的主要原因。在加强污染源控制的同时，将尾水调离敏感区易地处理，让清水引进来把死水变活，水环境达标可望可及。
基于以上思路，江苏尾水调度处理总体方案主要包括北线工程、中线工程和南线工程（图10-2）。
尾水北线工程 北线工程主要工程包括一条尾水通道（新沂河北泓）、三个清污立交（它确保连云港供水水质安全），形成五级河道调蓄净化系统（新沂市下泄污水净化后达到III类水标准入海）。北线工程尚可向西向北延伸以承接沂沭泗水系的城镇尾水。北线工程已于2000年6月建成。
尾水中线工程 淮河入海水道遵照清污分开的原则设计了南北两个泓道，北泓走清水，南泓走污水（中线工程）。研究表明，洪泽、淮安、滨海等沿途城镇尾水归入南泓后，经三级河道调蓄系统净化后，尾水可达环境标准。中线工程1998年10月动工，预计2005年建成。
尾水南线工程 南线工程由三部分组成。第一部分，尾水资源化海涂生态工程（营造尾水调蓄—苇田系统，或尾水湿地森林）；第二部分，尾水输送系统，它分苏中、苏南两个子系统；第三部分，污水源头处理及尾水收集系统。南线工程可分批分步建设，区域尾水实行小集中与大集中相结合，最终能覆盖太湖流域和长江下游水系。南线工程的预期效益：第一，形成污水独立系统，进行全过程控制，截断污水与人类食物链的联系；第二，它可保护太湖水系和长江下游水系的水质安全，大幅度削减注入东海的污染负荷；第三，南线工程的承载能力可以调控以便适应该地区社会经济未来不同时期发展的需要。


图10-2 江苏水系清污两制、控源导流示意图
目前，江苏水系污染控制的重点是太湖水系，该区域尾水的调度处理大体有三个构想。第一个构想：尾水就地处理。尾水处理属于污水深度处理，国内外的研究一致证明，人工深度处理的费用远比生态工程处理昂贵，但生态工程需要占用较多的土地并要求与周边居民隔离，因此，在太湖流域这样人口稠密的地区进行尾水就是处理面临的困难在于选址与征地。第二个构想：尾水北排长江。这一构想面临的困难在于，一是它将增加注入长江的污染负荷，二是可能加剧已经日益频发的东海赤潮。第三个构想：尾水南线工程。它面临的困难是需要跨越长江，工程投资较大；但与南水北调东线这样的工程相比，无论其长度还是流量都至少要小一个数量级，其输送费用也低于东线工程。
（二）“原地控源”、“控源导流”两种思路的比较
江苏水系污染控制的最终目标是实现水环境达标，而实现这一目标有两种不同的思路可供选择：一是“原地控源”，二是“控源导流”，下面从五律协同的角度，对这两种思路作进一步的比较和评述。
（1）自然规律：以氮、磷为例，江苏特别是苏南太湖地区经济发达、城镇密集，污染负荷重，即使经过“原地控源”，也不可能实现零排放，直接进入太湖势必造成严重的富营养化，这是自然规律作用的必然结果，但与实现太湖水环境达标的目标相拮抗；如果将这些氮磷负荷调入长江，则势必加重东海赤潮，又与东海的水环境要求相拮抗。“控源导流”在污染源头控制的基础上，将区域尾水调至黄海滩涂用于灌溉芦苇，丰富的氮磷可促进芦苇的生长，而尾水调离太湖水系，则有利于实现太湖变清。
（2）社会规律：太湖地区作为城镇密集的都市圈，随着城市进程的加快，人口总量将有较大幅度的增加，这是社会发展的必然规律，在这一规律的作用下，太湖地区的尾水负荷势必增加。污染负荷如果直接入湖，将与实现太湖变清的目标直接拮抗；而“控源导流”则是将尾水从根本上调离太湖地区，与太湖的水环境达标的目标相协同。
（3）经济规律：如果按照“原地控源”的思路，为了实现太湖变清，则势必要求企业和居民对污水就地进行深度处理，必然需要付出高昂的代价，这与企业谋求利润最大化的经济基本原理相拮抗。将尾水调离太湖地区，不仅可实现低成本的大规模集中处理，而且可以通过市场化运作，将污水处理变成一个新兴的产业链，既促进区域经济的增长，又具有较高的污水处理效益，符合经济规律的客观要求。
（4）技术规律：经济上低廉的污水就地深度处理技术，在目前还不存在，而且在可展望的将来，这种污水处理技术也存在极大的困难。而区域尾水的收集、输送与生态处理，国内外已有长期运行的实例，技术上有保障。
（5）环境规律：“就地控源”与“控源导流”二者本质上都是为了实现水环境达标，“原地控源”由于其清污不分、就地排放的固有缺陷，难以实现水质变清的目标；而“控源导流”则是在控源的基础上，将尾水调离敏感区域，易地进行处理，因而可从根本上促进水环境变清目标的顺利实现，符合环境规律的客观发展要求。
总体而言，“控源导流”具有较高的五律协同度，有望从根本上解决江苏水环境面临的严重的水污染问题，最终实现水环境变清的目标，以水系的长治久安推动江苏社会、经济、环境的可持续发展。