環境學

(卷名：環境科學)

環境和環境問題

環境是相對於中心事物而言的。與某一中心事物有關的周圍事物，就是這個事物的環境。環境科學研究的環境，是以人類為主體的外部世界，即人類賴以生存和發展的物質條件的綜合體，包括自然環境和社會環境。自然環境是直接或間接影響到人類的一切自然形成的物質及其能量的總體。現在的地球表層大部分受過人類的干預，原生的自然環境已經不多了。環境科學所研究的社會環境是人類在自然環境的基礎上，通過長期有意識的社會勞動所創造的人工環境。它是人類物質文明和精神文明發展的標誌，並隨著人類社會的發展不斷豐富和演變。環境具有多種層次，多種結構，可以作各種不同的劃分。按照環境要素可分為大氣、水、土壤、生物等環境；按照人類活動範圍可分為車間、廠礦、村落、城市、區域、全球、宇宙等環境。環境科學是把環境作為一個整體進行綜合研究的。

地球表面有四個圈層，即氣圈、水圈、土壤-岩石圈以及在這三個圈交會處適宜於生物生存的生物圈（有的學者將土壤-岩石圈分為土壤圈和岩石圈，有的學者將人類從生物圈中劃出，另立智能圈）。這四個圈主要在太陽能的作用下進行著物質循環和能量流動。在這種情況下，自然界呈現出萬物競新、生生不息的景象。人類只是地球環境演變到一定階段的產物。人體組織的組成元素及其含量在一定程度上同地殼的元素及其丰度之間具有相關關係，表明人是環境的產物。人類出現后，通過生產和消費活動，從自然界獲取生存資源，然後又將經過改造和使用的自然物和各種廢棄物還給自然界，從而參與了自然界的物質循環和能量流動過程，不斷地改變著地球環境。人類在改造環境的過程中，地球環境仍以固有的規律運動著，不斷地反作用於人類，因此常常產生環境問題。

環境問題可以說在古代就有了。西亞的美索不達米亞，中國的黃河流域，是人類文明的發祥地。由於大規模地毀林墾荒，而又不注意培育林木，造成嚴重的水土流失，以致良田美地逐漸淪為貧瘠土壤。產業革命以後，社會生產力的迅速發展，機器的廣泛使用，為人類創造了大量財富，而工業生產排出的廢棄物卻造成了環境污染。19世紀下半葉，世界最大工業中心之一的倫敦，曾多次發生因排放煤煙引起的嚴重的煙霧事件。正如恩格斯所指出的，人類對自然界的“每一次勝利，在第一步都確實取得了我們預期的結果，但是在第二步和第三步卻有了完全不同的、出乎預料的影響，常常把第一個結果又取消了”。在世界人口數量不多、生產規模不大的時候，人類活動對環境的影響並不太大，即使發生環境問題也只是局部性的。20世紀50年代以來，社會生產力和科學技術突飛猛進，人口數量激增，人類征服自然界的能力大大增強，環境的反作用便日益強烈地顯露出來，成為世界各國人民共同關心的全球性問題。

到18世紀末，人類發現的化學元素總共只有20多種。今天94種天然元素已經全部被發現，而且還製成了十多種人造元素。人工製取的各種化合物的種類與年俱增，據統計目前已超過500萬種。在這些化學品中，有毒化學品的年產量已達 400萬噸。大量人工製取的化合物包括有毒物質在內進入環境，在環境中擴散、遷移、累積和轉化，不斷地惡化環境，嚴重威脅著人類和其他生物的生存。60年代末愛爾蘭海上成千上萬隻海鳥死去，經生物學家解剖發現，海鳥體內含有高濃度的多氯聯苯。從生息在冰原覆蓋、荒無人煙的南極大陸上的企鵝體內也檢出了DDT。在北極附近格陵蘭冰蓋層中，近幾十年來鉛和汞的含量不斷上升。日本在40年代出現主要由鎘污染造成的痛痛病，在50年代先後出現由於汞污染造成的水俁病和由於石油化工企業排放的大氣污染物造成的四日市哮喘。許多種有害物質進入人體及其他生物體內還會產生潛在的和遠期的危害。這一切已經引起世界各國的普遍關注。

人類活動排放的廢棄物，越來越大地超過環境自凈能力，從而影響全球的環境質量。據70年代估計，全世界每年排入環境的固體廢物超過30億噸，廢水約6000～7000億噸，廢氣中僅一氧化碳和二氧化碳就近4億噸。大量廢棄物排入環境使大氣和水體的組成起了變化。大氣中的二氧化碳含量（按體積計）已由19世紀的0.028%增加到現在的 0.032％。二氧化碳對地球氣候起著調節作用。科學實驗證實，如果它的含量繼續增高，勢必引起全球性的氣候異常。西歐一些國家排放的大量硫氧化物、氮氧化物，經風傳送，隨雨水降落，造成斯堪的納維亞地區一些淡水湖的湖水酸度顯著上升。瑞典一些湖泊水中的氫離子濃度70年代比30年代幾乎增加了100倍，魚產量因而大幅度下降。近年來世界上每年由於海運、沿海鑽探和開採石油、事故溢漏和廢物處理排入海洋的石油及其製品達到500多萬噸。海洋被石油污染，使海洋浮游生物的生存受到嚴重的威脅。據估計，現在大氣圈中的氧氣，有四分之一是海洋中的海洋浮游植物通過光合作用而產生的。海洋浮游植物一旦遭到嚴重的損害，勢必影響全球的氧含量的平衡。

人口的增長和生產活動的增強，成為對環境的衝擊和壓力。許多種資源日益減少，並面臨耗竭的危險。全世界每年消耗的礦物燃料，20世紀初不足15億噸（按標準大卡計算），70年代增至70～80億噸。地球森林面積，1862年約為55億公頃，20世紀60年代約為38億公頃，70年代末只剩下不到26億公頃了。應該特別提到的是，熱帶雨林對調節全球氣候有重要作用，大面積的砍伐，將產生嚴重後果。由於不合理的耕作制度，世界上被風蝕、鹽鹼化的土地日益增多。據聯合國有關部門估計，土壤由於侵蝕每年損失240億噸，沙漠化土地每年擴大600萬公頃，如果繼續按照這個速度發展下去，加上城市和交通事業的發展佔用大量農田，全世界現有的12.4億公頃耕地20年後將損失三分之一，世界糧食生產將受到嚴重威脅。另外，由於原生環境的消失、人類的捕殺和環境污染，世界上的植物和動物遺傳資源急劇減少了。估計有 25000種植物和1000多種脊椎動物的種、亞種和變種面臨滅絕的危險，這對人類將是無法彌補的損失。

以上事實說明，當今世界上大氣、水、土壤和生物所受到的污染和破壞已達到危險的程度。自然界的生態平衡受到日益嚴重的干擾，自然資源受到大規模破壞，自然環境正在退化。環境科學就是為解決人類面臨的嚴重的環境問題，為創造更適宜、更美好的環境而逐漸發展起來的。它的興起和發展，標誌著人類對環境的認識、利用和改造進入了一個新的階段。

環境科學的研究領域，在50～60年代側重於自然科學和工程技術的方面，目前已擴大到社會學、經濟學、法學等社會科學方面。對環境問題的系統研究，要運用地學、生物學、化學、物理學、醫學、工程學、數學以及社會學、經濟學、法學等多種學科的知識。所以，環境科學是一門綜合性很強的學科。它在宏觀上研究人類同環境之間的相互作用、相互促進、相互制約的對立統一關係，揭示社會經濟發展和環境保護協調發展的基本規律；在微觀上研究環境中的物質，尤其是人類活動排放的污染物的分子、原子等微小粒子在有機體內遷移、轉化和蓄積的過程及其運動規律，探索它們對生命的影響及其作用機理等。

環境科學的主要任務是：

第一，探索全球範圍內環境演化的規律。環境總是不斷地演化，環境變異也隨時隨地發生。在人類改造自然的過程中，為使環境向有利於人類的方向發展，避免向不利於人類的方向發展，就必須了解環境變化的過程，包括環境的基本特性、環境結構的形式和演化機理等。

第二，揭示人類活動同自然生態之間的關係。環境為人類提供生存條件，其中包括提供發展經濟的物質資源。人類通過生產和消費活動，不斷影響環境的質量。人類生產和消費系統中物質和能量的遷移、轉化過程是異常複雜的。但必須使物質和能量的輸入同輸出之間保持相對平衡。這個平衡包括兩項內容。一是排入環境的廢棄物不能超過環境自凈能力，以免造成環境污染，損害環境質量。二是從環境中獲取可更新資源不能超過它的再生增殖能力，以保障永續利用；從環境中獲取不可更新資源要做到合理開發和利用。因此，社會經濟發展規劃中必須列入環境保護的內容，有關社會經濟發展的決策必須考慮生態學的要求，以求得人類和環境的協調發展。

第三，探索環境變化對人類生存的影響。環境變化是由物理的、化學的、生物的和社會的因素以及它們的相互作用所引起的。因此，必須研究污染物在環境中的物理、化學的變化過程，在生態系統中遷移轉化的機理，以及進入人體后發生的各種作用，包括致畸作用、致突變作用和致癌作用。同時，必須研究環境退化同物質循環之間的關係。這些研究可為保護人類生存環境、制定各項環境標準、控制污染物的排放量提供依據。

第四，研究區域環境污染綜合防治的技術措施和管理措施。工業發達國家防治污染經歷了幾個階段：50年代主要是治理污染源；60年代轉向區域性污染的綜合治理；70年代側重預防，強調區域規劃和合理布局。引起環境問題的因素很多，實踐證明需要綜合運用多種工程技術措施和管理手段，從區域環境的整體出發，調節並控制人類和環境之間的相互關係，利用系統分析和系統工程的方法尋找解決環境問題的最優方案。

在現階段，環境科學主要是運用自然科學和社會科學的有關學科的理論、技術和方法來研究環境問題，形成與有關學科相互滲透、交叉的許多分支學科。屬於自然科學方面的有環境地學、環境生物學、環境化學、環境物理學、環境醫學、環境工程學；屬於社會科學方面的有環境管理學、環境經濟學、環境法學等。

環境地學 以人-地系統為對象，研究它的發生和發展，組成和結構，調節和控制，改造和利用。主要研究內容有：地理環境和地質環境等的組成、結構、性質和演化，環境質量調查、評價和預測，以及環境質量變化對人類的影響等。環境地學的學科體系尚未完全定型，目前較成熟的分支學科有環境地質學、環境地球化學、環境海洋學、環境土壤學、污染氣象學等。

環境生物學 研究生物與受人類干預的環境之間的相互作用的機理和規律。它有兩個研究領域：一個是針對環境污染問題的污染生態學；一個是針對環境破壞問題的自然保護。環境生物學以研究生態系統為核心，向兩個方向發展：從宏觀上研究環境中污染物在生態系統中的遷移、轉化、富集和歸宿，以及對生態系統結構和功能的影響；從微觀上研究污染物對生物的毒理作用和遺傳變異影響的機理和規律。

環境化學 主要是鑒定和測量化學污染物在環境中的含量，研究它們的存在形態和遷移、轉化規律，探討污染物的回收利用和分解成為無害的簡單化合物的機理。它有兩個分支：環境污染化學和環境分析化學。

環境物理學 研究物理環境和人類之間的相互作用。主要研究聲、光、熱、電磁場和射線對人類的影響，以及消除其不良影響的技術途徑和措施。聲、光、熱、電、射線，為人類生存和發展所必需。但是，它們在環境中的量過高或過低，就會造成污染和危害。因此，環境物理學研究的目的是要為人類創造一個適宜的物理環境。根據研究對象的不同，分為環境聲學、環境光學、環境熱學、環境電磁學、環境空氣動力學等分支學科。其中環境聲學有較長的研究歷史和較多的研究成果。

環境醫學 研究環境與人群健康的關係，特別是研究環境污染對人群健康的有害影響及其預防措施，包括探索污染物在人體內的動態和作用機理，查明環境致病因素和致病條件，闡明污染物對健康損害的早期反應和潛在的遠期效應，以便為制定環境衛生標準和預防措施提供科學依據。環境醫學的研究領域有環境流行病學、環境毒理學、環境醫學監測等。

環境工程學 運用工程技術的原理和方法，防治環境污染，合理利用自然資源，保護和改善環境質量。主要研究內容有大氣污染防治工程、水污染防治工程、固體廢物的處理和利用、雜訊控制等，並研究環境污染綜合防治，以及運用系統分析和系統工程的方法，從區域環境的整體上尋求解決環境問題的最佳方案。此外，環境工程學還研究控制污染的技術經濟問題，開展技術發展的環境影響評價工作。

環境管理學 研究採用行政的、法律的、經濟的、教育的和科學技術的各種手段調整社會經濟發展同環境保護之間的關係，處理國民經濟各部門、各社會集團和個人有關環境問題的相互關係，通過全面規劃和合理利用自然資源，達到保護環境和促進經濟發展的目的。

環境經濟學 研究經濟發展和環境保護之間的相互關係，探索合理調節人類經濟活動和環境之間的物質交換的基本規律，其目的是使經濟活動能取得最佳的經濟效益和環境效益。

環境法學 研究關於保護自然資源和防治環境污染的立法體系、法律制度和法律措施，目的在於調整因保護環境而產生的社會關係。

環境是一個有機的整體，環境污染又是極其複雜的、涉及面相當廣泛的問題。因此，在環境科學發展過程中，環境科學的各個分支學科雖然各有特點，但又互相滲透，互相依存，它們是環境科學這個整體的不可分割的組成部分。

70年代以來，人們在控制環境污染方面取得了一定成果，某些地區的環境質量也有所改善。這證明環境問題是可以解決的，環境污染的危害是可以防治的。

隨著人類在控制環境污染方面所取得的進展，環境科學這一新興學科也日趨成熟，並形成自己的基礎理論和研究方法。它將從分門別類研究環境和環境問題，逐步發展到從整體上進行綜合研究。例如關於生態平衡的問題，如果單從生態系統的自然演變過程來研究，是不能充分闡明它的演變規律的。只有把生態系統和人類經濟社會系統作為一個整體來研究，才能徹底揭示生態平衡問題的本質，闡明它從平衡到不平衡，又從不平衡到新的平衡的發展規律。人類要掌握並運用這一發展規律，有目的地控制生態系統的演變過程，使生態系統的發展越來越適宜於人類的生存和發展。通過這種研究，逐漸形成生態系統和經濟社會系統的相互關係的理論。環境科學的方法論也在發展。例如在環境質量評價中，逐步建立起一個將環境的歷史研究同現狀研究結合起來，將微觀研究同宏觀研究結合起來，將靜態研究同動態研究結合起來的研究方法；並且運用數學統計理論、數學模式和規範的評價程序，形成一套基本上能夠全面、準確地評定環境質量的評價方法。

環境科學現有的各分支學科，正處於蓬勃發展時期。這些分支學科在深入探討環境科學的基礎理論和解決環境問題的途徑和方法的過程中，還將出現更多的新的分支學科。例如環境生物學在研究污染對微生物生命活動和種群結構的影響，以及由於微生物種群的變化而引起的環境變化方面，將導致環境微生物學的出現。這種發展情況將使環境科學成為一個枝繁葉茂的龐大學科體系。

吳學周　王德銘劉培桐　劉天齊　周富祥

人們進行環境意識調查與研究的目的，一方面是將環境意識作為社會價值體系的一個部分，通過包括環境意識在內的民意調查，可以了解社會價值的變遷情況，另一方面則是預期環境意識可以轉化為實際的環境行為，因而寄望於通過環境意識來預測和引導人們的環境行為。國內外大量的經驗研究的結果顯示，從總體上講，世界各國的民眾都已經普遍具備了較高的環境意識。在這種背景下，人們有理由相信，這會導致民眾在環境行為方面也會發生顯著的變化。這種變化既可以直接體現在人們的主觀信念轉化為具體的日常行動上，也可能以間接的方式體現出來，即民眾的環境意識會影響政治和經濟領域的決策者，以此為貫徹和實施有利於環境保護的政策和措施創造有利條件。