環境生物學

從19世紀中葉起，有的學者開始注意到水污染對水生生物的影響，並將水中微型生物進行分組分類。20世紀初，人們開始研究水污染的生物監測、城市污水和工業廢水的生物處理等問題。50年代以來，工業、交通事業和城市建設的飛躍發展，地球表面環境發生了巨大的變化，一方面創造了前所未有的物質文明，另一方面產生了日益尖銳的環境問題。其中以生態平衡遭到破壞所帶來的影響最為嚴重，很多物種從地球上消失或瀕臨滅絕，人類自己也受到公害的侵擾和威脅。

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人們預期的結果，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”。

因而關於受人類干預的環境對生物的影響以及兩者相互作用的規律和機理的研究，便日益受到人們的重視。從60年代開始，由於研究工作的開展，環境生物學逐漸從生物學分化出來，發展成為一個獨立的學科。70年代以來，中國科學工作者在水、氣污染的生物監測和生物凈化，環境毒理和生態毒理，土壤污染和土地處理系統以及自然保護等領域開展了不少科學研究，建立了相應的研究機構，一些高等院校設立了環境生物學或與之有關的專業。

環境生物學研究的對象是受人類干預的生態系統。這裡所說的人類的干預包括兩個方面：一是指人類活動對生態系統造成的污染；二是指人類活動對生態系統的影響和破壞，主要是人類對自然資源的不合理利用，如對森林的濫砍濫伐，對草原的過度放牧，不合理的圍湖造田和大型水利工程建設等。環境生物學研究的主要內容是環境污染引起的生態效應，生物或生態系統對污染的凈化功能，利用生物對環境進行監測、評價的原理和方法以及自然保護等。其目的在於為人類合理地利用自然和自然資源，保護和改善人類的生存環境提供理論基礎，促進環境和生物朝有利於人類的方向發展。

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。現有存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。

環境生物學在應用生物學和生態學等學科的研究方法的基礎上已經形成自己的一套研究方法。

通過對指示生物、農田生物群落結構、森林生物群落結構、草原生物群落結構、水生生物群落結構、污水生物系統的現場調查，以及對生物指數、污染指數和生物種的多樣性指數等的分析，從宏觀上研究環境中的污染物和人為干預對各種生物或生態系統產生影響的基本規律。

通過各種實驗手段，如植物人工熏氣、靜水式生物測試、流水式生物測試、水生生物急性毒性試驗、水生生物亞急性毒性試驗、水生生物慢性毒性試驗和迴避反應實驗等，從微觀上研究污染物和人為干預對生物產生的毒害作用及其機理。

利用數學模型模擬生態系統的行為和特點，預測人類活動對生態系統可能造成的影響或危害（見生態模擬）。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21世紀的 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。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。

環境生物學將進一步研究污染對各類生態系統結構和功能的影響，建立生態系統的生物模擬(包括受控生態系統的實驗)和數學模型研究方法，製作污染生態模型，預測和預報污染對生態系統穩定性、群落結構、物質循環和能量交換的影響，為制定最優化環境區劃和規劃提供依據；進一步研究各個生態系統（如工礦、農田、森林、草原和水生生態系統）內部和相互之間的調節、控制和平衡關係，以及研究由於污染而引起的區域性或全球性變化對生物圈生物資源的影響；進一步加強對有關生物凈化和生物降解的基礎理論研究，建立和完善污染物生物效應資料庫和生物樣品庫，加強毒物對生物(包括人類)的致毒機理以及環境因素引起畸變、突變、癌變的生物學基礎的研究。

環境科學、環境地學、環境地質學、環境土壤學、環境海洋學、污染氣象學、環境地球化學、環境化學、環境分析化學、環境污染化學、環境醫學、環境毒理學、環境流行病學、環境物理學、環境光學、環境聲學、環境熱學、環境空氣動力學、環境經濟學、環境工程學。