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环境生物学介绍

来源:大科普网 | 时间:2013-06-04 | 关注度:114

它以A·G·坦斯利提出的生态系统概念作为主要的理论基础,因而有人认为环境生物学就是生态学。环境生物学在应用生物学和生态学等学科的研究方法的基础上形成了自己的一套研究方法。主要有现场调查、室内实验和生态模拟。

研究简史

环境生物学

  环境生物学

从19世纪中叶起,有的学者开始注意到水污染对水生生物的影响,并将水中微型生物进行分组分类。20世纪初,人们开始研究水污染的生物监测、城市污水和工业废水的生物处理等问题。50年代以来,工业、交通事业和城市建设的飞跃发展,地球表面环境发生了巨大的变化,一方面创造了前所未有的物质文明,另一方面产生了日益尖锐的环境问题。其中以生态平衡遭到破坏所带来的影响最为严重,很多物种从地球上消失或濒临灭绝,人类自己也受到公害的侵扰和威胁。
环境问题可以说在古代就有了。西亚的美索不达米亚,中国的黄河流域,是人类文明的发祥地。由于大规模地毁林垦荒,而又不注意培育林木,造成严重的水土流失,以致良田美地逐渐沦为贫瘠土壤。产业革命以后,社会生产力的迅速发展,机器的广泛使用,为人类创造了大量财富,而工业生产排出的废弃物却造成了环境污染。19世纪下半叶,世界最大工业中心之一的伦敦,曾多次发生因排放煤烟引起的严重的烟雾事件。正如恩格斯所指出的,人类对自然界的“每一次胜利,在第一步都确实取得了人们预期的结果,但是在第二步和第三步却有了完全不同的、出乎预料的影响,常常把第一个结果又取消了”。
因而关于受人类干预的环境对生物的影响以及两者相互作用的规律和机理的研究,便日益受到人们的重视。从60年代开始,由于研究工作的开展,环境生物学逐渐从生物学分化出来,发展成为一个独立的学科。70年代以来,中国科学工作者在水、气污染的生物监测和生物净化,环境毒理和生态毒理,土壤污染和土地处理系统以及自然保护等领域开展了不少科学研究,建立了相应的研究机构,一些高等院校设立了环境生物学或与之有关的专业。
 

研究内容

研究对象

环境生物学

  环境生物学

环境生物学研究的对象是受人类干预的生态系统。这里所说的人类的干预包括两个方面:一是指人类活动对生态系统造成的污染;二是指人类活动对生态系统的影响和破坏,主要是人类对自然资源的不合理利用,如对森林的滥砍滥伐,对草原的过度放牧,不合理的围湖造田和大型水利工程建设等。环境生物学研究的主要内容是环境污染引起的生态效应,生物或生态系统对污染的净化功能,利用生物对环境进行监测、评价的原理和方法以及自然保护等。其目的在于为人类合理地利用自然和自然资源,保护和改善人类的生存环境提供理论基础,促进环境和生物朝有利于人类的方向发展。

相关事物

环境是相对于中心事物而言的。与某一中心事物有关的周围事物,就是这个事物的环境。环境科学研究的环境,是以人类为主体的外部世界,即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体,包括自然环境和社会环境。自然环境是直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质及其能量的总体。现在的地球表层大部分受过人类的干预,原生的自然环境已经不多了。环境科学所研究的社会环境是人类在自然环境的基础上,通过长期有意识的社会劳动所创造的人工环境。它是人类物质文明和精神文明发展的标志,并随着人类社会的发展不断丰富和演变。环境具有多种层次,多种结构,可以作各种不同的划分。按照环境要素可分为大气、水、土壤、生物等环境;按照人类活动范围可分为车间、厂矿、村落、城市、区域、全球、宇宙等环境。环境科学是把环境作为一个整体进行综合研究的。

地球环境

地球表面有四个圈层,即气圈、水圈、土壤-岩石圈以及在这三个圈交会处适宜于生物生存的生物圈(有的学者将土壤-岩石圈分为土壤圈和岩石圈,有的学者将人类从生物圈中划出,另立智能圈)。这四个圈主要在太阳能的作用下进行着物质循环和能量流动。在这种情况下,自然界呈现出万物竞新、生生不息的景象。人类只是地球环境演变到一定阶段的产物。人体组织的组成元素及其含量在一定程度上同地壳的元素及其丰度之间具有相关关系,表明人是环境的产物。人类出现后,通过生产和消费活动,从自然界获取生存资源,然后又将经过改造和使用的自然物和各种废弃物还给自然界,从而参与了自然界的物质循环和能量流动过程,不断地改变着地球环境。人类在改造环境的过程中,地球环境仍以固有的规律运动着,不断地反作用于人类,因此常常产生环境问题。

研究方法

环境生物学在应用生物学和生态学等学科的研究方法的基础上已经形成自己的一套研究方法。

现场调查

通过对指示生物、农田生物群落结构、森林生物群落结构、草原生物群落结构、水生生物群落结构、污水生物系统的现场调查,以及对生物指数、污染指数和生物种的多样性指数等的分析,从宏观上研究环境中的污染物和人为干预对各种生物或生态系统产生影响的基本规律。

室内实验

通过各种实验手段,如植物人工熏气、静水式生物测试、流水式生物测试、水生生物急性毒性试验、水生生物亚急性毒性试验、水生生物慢性毒性试验和回避反应实验等,从微观上研究污染物和人为干预对生物产生的毒害作用及其机理。

生态模拟

环境生物学

  环境生物学

利用数学模型模拟生态系统的行为和特点,预测人类活动对生态系统可能造成的影响或危害(见生态模拟)。人类活动排放的废弃物,越来越大地超过环境自净能力,从而影响全球的环境质量。据70年代估计,全世界每年排入环境的固体废物超过30亿吨,废水约6000~7000亿吨,废气中仅一氧化碳和二氧化碳就近4亿吨。大量废弃物排入环境使大气和水体的组成起了变化。大气中的二氧化碳含量(按体积计)已由19世纪的0.028%增加到现在的 0.032%。二氧化碳对地球气候起着调节作用。科学实验证实,如果它的含量继续增高,势必引起全球性的气候异常。西欧一些国家排放的大量硫氧化物、氮氧化物,经风传送,随雨水降落,造成斯堪的纳维亚地区一些淡水湖的湖水酸度显著上升。瑞典一些湖泊水中的氢离子浓度70年代比30年代几乎增加了100倍,鱼产量因而大幅度下降。世界上每年由于海运、沿海钻探和开采石油、事故溢漏和废物处理排入海洋的石油及其制品达到500多万吨。海洋被石油污染,使海洋浮游生物的生存受到严重的威胁。

展望

环境生物学将进一步研究污染对各类生态系统结构和功能的影响,建立生态系统的生物模拟(包括受控生态系统的实验)和数学模型研究方法,制作污染生态模型,预测和预报污染对生态系统稳定性、群落结构、物质循环和能量交换的影响,为制定最优化环境区划和规划提供依据;进一步研究各个生态系统(如工矿、农田、森林、草原和水生生态系统)内部和相互之间的调节、控制和平衡关系,以及研究由于污染而引起的区域性或全球性变化对生物圈生物资源的影响;进一步加强对有关生物净化和生物降解的基础理论研究,建立和完善污染物生物效应数据库和生物样品库,加强毒物对生物(包括人类)的致毒机理以及环境因素引起畸变、突变、癌变的生物学基础的研究。