神马文学网近代的环境科学
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第一章 绪论
一、环境的组成及结构
所谓环境是相对于某一中心事物而言，作为某一中心事物的对立面而存在。它因中心事物的不同而不同，随中心事物的变化而变化。与某一中心事物有关的周围事物，就是这个中心事物的环境。环境科学所研究的环境，是以人类为主体的外部世界，即人类生存、繁衍所必需的、相适应的环境，或物质条件的综合体，它们可分为自然环境、人工环境及社会环境。
1.自然环境的组成及结构
自然环境是人类出现之前就存在的，是人类目前赖以生存、生活和生产所必需的自然条件和自然资源的总称，即阳光、温度、气候、地磁、空气、水、岩石、土壤、动植物、微生物以及地壳的稳定性等等自然因素的总和，即“直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体”，见图1-1，有时简称为环境。
图1-1 自然环境的组成
自然环境是人类发生和发展的物质基础，它是由生物和无机环境组成。大气、水体和土地以各种不同的组合和偶合方式组成多种多样的生物无机环境，孕育着多种多样的生物。
生物包括植物、动物和微生物。它们总是结合成一定的生物群落而存在着，通常它们是由几个营养级和能量级组成的。绿色植物以及一些有色素的原生动物和一些光能与化能细菌是自养型生物，是所谓生产者，为第一营养级和能量级。它们利用太阳能和化学能，把由环境中摄取的简单无机物合成复杂的有机物，藉以储藏物质和能量。它们在光合作用中吸收二氧化碳，释放出氧。动物是现成有机物质的消费者，在呼吸过程中吸入氧呼出二氧化碳，其中食草类动物属第二营养级，是第一性消费者；食肉类动物属第三、四营养级，是第二、第三性消费者；微生物是有机物质的分解者，它们把动、植物遗体和排泄物又转化为简单的无机物，与此同时利用其一部分物质和能量形成自己的身体，完成自己的代谢作用，维持其生活和繁衍过程。动物和微生物都是靠现成的有机质维持生活的，靠自养型生物供养的，统称为异养型生物。
在不同条件下，生物群落的组成成分是不同的，营养级的数目和营养结构的复杂程度也是不同的（所谓营养结构即营养级的组合）。在一般的情况下，最简单的营养结构包括两个营养级，较复杂的营养结构包括五六个营养级，超过6级以上的复杂营养结构是不多见的。而在任何一个营养结构中，一般总少不了第一营养级自养型生物，特别是绿色植物。这是因为一切生命活动的能量最终都主要来源于太阳辐射能，而太阳辐射能只有通过光合作用转化为化学能之后，才能为其它各营养级的生物所利用。绿色植物通过光合作用合成有机质的速率叫做初级生产率[g/（m2?a）]，除去植物在呼吸和代谢过程中所消耗的一部分外，剩余的有机质叫做净初级生产率。食草动物所能获得到的只是净初级生产率的一部分，而它所能消化和同化的又只有其中的一部分。所以，第二营养级即食草动物的生产率势必大大小于初级生产率。以上各级也依次递减，这样就沿着营养级序列向上形成所谓的生产率金字塔。
物质流和能量流通过各营养级的生物有机体组成所谓食物链。处于各营养级的生物有机体是种类繁多的，因而食物链也是很多的，链的长短也是不一的。而且由于专食性和狭食性动物比较少，杂食性和广食性动物相当多，所以自然界很少是单独存在的食物链。大多是交织在一起的食物网，沿着食物链而上的生产率、生产量和生物个体数是逐级递减的，但污染物的浓度都是逐级增加的，也就是说，对污染物有明显的生物富集作用。了解到这一点，对我们如何适量地发展生产、保障人类生活和健康是有指导意义的。
生物群落及无机环境共同组成自然环境的结构单元，由低级单元再组成高级单元，所以自然环境实际上是一个由两阶梯（由组成要素组成结构单元，再由低级结构单元组成高级结构单元）组成的多级谱系。
2.人工环境的组成和结构
工程环境是人类在利用和改造自然环境中创造出来的人工环境。现在地球上没有受到人类活动影响的自然环境可以说是极为罕见的，绝大部分的原野已被加工改造成了农田、牧场、林场、旅游休养地，并适应人类的需要而日益加速地兴建工厂、矿山、各种建筑，以及交通、通讯设备等。所以，很早便有人提出通过人类活动的基本事实来阐述人类与环境的关系。现代人类活动的内容和结构是异常丰富而复杂的，但最基本的、最主要的是生产和消费活动，也就是人类与自然环境间以及人与人间的物质、能量和信息的交换过程。这一活动的全部过程－－从资源由自然环境中提出来到以固、液、气癈污的形式再排向自然环境，一般可分为提取、加工、调配、消费和排放五个分过程或五个阶段，且每个分过呈又都可以再细分下去。例如，提取过程可再细分为采集业、狩猎业、农业、牧业、采掘工业、冶炼工业等，以及各种自然源（如太阳能、风能、水能、地热、核能等），以及各种位能和潜能的利用工业等；加工过程可再细分为机械加工、化学加工等；调配过程可再分为运输、储存、管理等；消费过程可再分为生产消费、非生产消费等，排放过程可再分为直接排放和各种处理后排放等。当然，还可以再细分下去，而正是这些活动过程把原始的生物圈导向技术圈。并在自然环境基础上创造出了工程环境。它包括农业工程环境、工业工程环境以及能源工程环境、交通通讯工程环境、信息工程环境等，它们是人类在利用和改造自然环境中创造出来的，但反过来它们又成了影响自然环境和人类活动的重要因素和约束条件。
3.社会环境的组成和结构
社会环境是由政治、经济和文化等要素构成的，经济是基础，政治是经济的集中表现，文化则是政治和经济的反映。一定的社会有一定经济基础和相应的政治和文化等上层建筑。社会环境是人类活动的产物，但反过来它又成为人类活动的制约条件，也是影响人类与自然环境关系的决定性因素。
自然环境、工程环境与社会环境共同组成各级人类生存环境单元，如聚落环境、区域环境，直至全球性环境。也就是说，人类的生存环境是一个极其庞大而复杂的多级大谱系。
由人类这个中心系统与其生存环境可共同构成人类生态系统，运用系统分析和系统综合的方法，对此系统进行研究便是环境科学的重要研究课题和基本任务。
二、环境的功能特性
环境系统是一个复杂的、有时、空、量、序变化的动态系统和开放系统。系统内外存在着物质和能量的变化和交换。系统对外部的各种物质和能量，通过外部作用，进入系统内部，这种过程称为输入；系统内部也对外界发生一定的作用，通过系统内部作用，一些物质和能量排放到系统外部，这种过程称为输出。在一定的时空尺度内，若系统的输入等于输出，就出现平衡，叫做环境平衡或生态平衡。
系统的内部，可以是有序的，也可以是无序的。系统的无序性，称为混乱度，也叫做熵。熵越大，混乱度越大，越无秩序。反之，则称为负熵，即系统的有序性。负熵越大，即伴随物质能量进入系统后，有序性增大。可见，系统的有序性，是依靠外界物质能量的输入来维持的；环境平衡就是保持系统的有序性。保持开放系统有序性的能力，称为稳定性；具有稳定性的开放系统，称为耗散结构。
系统的组成和结构越复杂，它的稳定性越大，越容易保持平衡；反之，系统越简单，稳定性越小，越不容易保持平衡。因为任何一个系统，除组成成分的特征外，各成分之间还具有相互作用的机制。这种相互作用越复杂，彼此的调节能力就越强；反之则弱。这种调节的相互作用，称为反馈作用，最常见的反馈作用是负反馈作用，它使系统具有自我调节的能力，以保持系统本身的稳定和平衡。
环境构成为一个系统，是由于在各子系统和各组成成分之间，存在着相互作用，并构成一定的网络结构。正是这种网络结构，使环境具有整体功能，形成集体效应，起着协同作用。环境的整体功能大于各子系统和各组成成分功能之和，这在环境要素的属性中也已提到过。
由于人类环境存在连续不断的、巨大和高速的物质、能量和信息的流动，表现出其对人类活动的干扰与压力，具有不容忽视的特性：
（1）整体性
人与地球环境是一个整体，地球的任一部分，或任一个系统，都是人类环境的组成部分。各部分之间存在着紧密的相互联系、相互制约关系。局部地区的环境污染或破坏，总会对其他地区造成影响和危害。所以人类的生存环境及其保护，从整体上看是没有地区界线、省界和国界的。
（2）有限性
这不仅是指地球在宇宙中独一无二，而且其空间也有限，有人称其为“弱小的地球”。这也同时意味着人类环境的稳定性有限，资源有限，容纳污染物质的能力有限，或对污染物质的自净能力有限。下面以环境对污染物的容纳能力或自净能力为例，加以说明。
环境在未受到人类干扰的情况下，环境中化学元素及物质的和能量分布的正常值，称为环境本底值。环境对于进入其内部的污染物质或污染因素，具有一定的迁移、扩散和同化、异化的能力。在人类生存和自然环境不致受害的前提下，环境可能容纳污染物质的最大负荷量，称为环境容量。环境容量的大小，与其组成成分和结构，污染物的数量及其物理和化学性质有关。任何污染物对特定的环境及其功能要求，都有其确定的环境容量。由于环境的时、空、量、序荦变化，导致物质和能量的不同分布和组合，使环境容量发生变化，其变化幅度的大小，表现出环境的可塑性和适应性。污染物质或污染因素进入环境后，将引起一系列物理的、化学的和生物的变化，而自身逐步被清除出去，从而环境达到自然净化的目的。环境的这种作用，称为环境自净。人类发展活动产生的污染物或污染因素，进入环境的量，超越环境容量或环境自净能力时，就会导致环境质量恶化，出现环境污染。这正说明存在环境有限性的特征。
（3）不可逆性
人类的环境系统在其运转过程中，存在两个过程：能量流动和物质循环。后一过程是可逆的，但前一过程不可逆，因此根据热力学理论，整个过程是不可逆的。所以环境一旦遭到破坏，利用物质循环规律，可以实现局部的恢复，但不能彻底回到原来的状态。当然，有时候是有意这样做，否则就没有必要改造环境了。
（4）隐显性
除了事故性的污染与破坏（如森林大火，农药厂事故等）可直观其后果外，日常的环境污染与环境破环对人们的影响，其后果的显现，要有一个过程，需要经过一段时间。如日本汞污染引起的水__病，需要经过20年时间才显现出来；又如DDT农药，虽然已经停止使用，但已进入生物圈和人体中的DDT，还得再经过几十年才能从生物体中彻底排除出去。
（5）持续反应性
事实告诉人们，环境污染不但影响当代人的健康，而且还会造成世世代代的遗传隐患。目前中国每年出生有缺陷婴儿约300万，其中残疾婴儿约30万，这不可能与环境污染丝毫无关；历史上黄河流域生态环境的破坏，至今仍给炎黄子孙带来无尽的涝旱灾害。
以上事例都说明，环境对其遭受的污染和破坏，具有持续反应特性。
（6）灾害放大性
实践证明，某方面不引人注目的环境污染与破坏，经过环境的作用以后，其危害性或灾害性，无论从深度和广度，都会明显放大。如上游小片林地的毁坏，可能造成下游地区的水、旱、虫灾害；燃烧释放出来的SO2、CO2等气体，不仅造成局部地区空气污染，还可能造成酸沉降，毁坏大片森林，大量湖泊不宜鱼类生存，或因温室效应，使全球气温升高，冰帽熔化，海水上涨，淹没大片城市和农田。又如，由于大量生产和使用氟氯烃化合物，破坏了大气臭氧层，结果不仅使人类皮癌患者增加，而且太阳光中能量较高的紫外线杀死地球上的浮游生物和幼小生物，断了大量食物链的始端，以致有可能毁掉整个生物圈。以上例子足以说明，环境对危害或灾害的放大作用是何等强大。
但是，具有高度智能的人类，是干扰和调控环境的一个重要因素。历史的经验证明，人类的经济和社会发展，如果不违背环境的功能和特性，遵循客观的自然规律，经济规律和社会规律，那么人类就受益于自然界，人口、经济、社会和环境就协调发展；相反，则环境质量恶化，生态环境破坏，自然资源枯竭，人类必然受到自然界的惩罚。为此，人们要正确掌握环境的组成和结构，环境的功能和环境的演变规律，消除各项工作中的主观性和片面性。
三、近代的环境科学
1.一门新兴的综合性科学
在人类文明长期的发展过程中，随着社会生产力的发展，生产方式的演变和工艺技术的提高，人类的环境问题越来越严重，人类和环境之间的矛盾越来越显著，从而人们对自然现象和规律的认识也日益深刻，环境科学正是在这样的发展过程中应运而生的。它经过本世60年代的酝酿，到70年代初期便从零星而不系统的环境保护和研究工作汇集成一门独立的、内容丰富的、领域广泛的新兴学科。尤其最近一二十年，环境科学的发展异常迅速，融合各种自然科学和工程技术并赋与它新的内容。它的产生可以说是70年代初自然科学、社会科学、技术科学向广度和深度发展的一个重要标志。如果说50年代和60年代是原子能和太空的时代，那么，70年代就是进入环境科学和电子计算器的时代。
如果把社会科学、自然科学和技术科学看作是人类早已确立的三大科学领域，则环境科学便是在这三大领域的交接带上。
2.环境科学的内容和任务
环境科学是研究人类活动与其环境质量关系的科学。从广义上说，它是对人类生活的自然环境进行综合研究的科学，是研究人类周围空气、大气、土地、水、能源、矿物资源、生物和辐射等等所有环境因素及其与人类的关系以及人类活动如何改变这种关系的科学；它对原生和次生环境问题都进行研究。从狭义上说，它只研究由人类活动所引起的环境质量的变化以及保护和改进环境质量的科学，它所研究的只限于次生环境问题。环境科学的研究对象是人类与其生活环境之间的冲突。因此，在环境科学中，人和社会因素占有主导地位，决定环境状况的因素是人而不是物。环境科学绝不是纯粹的自然科学，而是兼有社会科学和技术科学的内容和性质。它不仅要研究和认识环境中的自然因素及其变化规律，而且要认识和了解社会经济因素和技术因素与规律。
综上所述，环境科学所研究的内容大体可概括如下：
（1）人类和环境的关系；
（2）污染物在自然环境中的迁移、转化、循环和积累的过程和规律；
（3）环境污染的危害；
（4）环境状况的调查、评价和环境预测；
（5）环境污染的控制和防治；
（6）自然资源的保护和合理使用；
（7）环境监测、分析技术和预报；
（8）环境区域规划和环境规划；
（9）环境管理。
环境科学的任务就是抓住人类与环境这一对矛盾的实质，研究其间的对立统一关系，充分认识二者之间的作用和反作用，掌握其发展规律，以便能动地改造环境并积极调节其间物质和能量的交换过程，促使环境朝着有利于人类的方向演化。
3.环境科学的分科
如上所述，环境系统本身就是一个多层次相互交错的网络结构系统，每个子系统都可能自成一个环境学科；而环境科学又是70年代新兴的一门科学，目前正处于蓬勃发展的阶段，对环境科学的分科体系还没有成熟一致的看法。不同的学者从不同的角度提出各种不同的分科方法，图1-2是其中一种分科体系。由图可见，环境科学可分为三大部分，每部分又由许多学科组成：
图1-2 环境科学的学科体系
（1）环境学
这是环境科学的核心，它着重于对环境科学基本理论和方法论的研究；
（2）基础环境学
它是环境科学发展过程中形成的基础学科，包括环境数学、环境物理学、环境化学、环境污染生态学、环境毒理学、环境地理学和环境地质学等；
（3）应用环境学
它是环境科学中实践应用的学科，包括环境控制学、环境工程学、环境经济学、环境医学、环境管理学和环境法学等。
每一个分支学科还可能由若干个次级分支学科组成。图中标出环境物理学、环境工程学的分支学科情况，其它从略。
总之，环境科学所涉及的学科范围非常广泛，各个学科领域多边缘互相交叉融合；同时不同地区的环境条件、生产布局和经济结构千差万别，而人与环境间的具体冲突也各有差异，污染物运动的过程又很复杂，结果使环境科学具有强烈的综合性和鲜明的区域性。因此，在环保工作实践中必须组织多学科，多专业的协同合作，而在环境工程中控制和消除污染危害时，也必须采取多途径的综合防治措施，因地制宜，选择最优方案，沿着经济合理和技术先进的途径，走各自的环境保护道路。
第二章 生态学基础
生态学的定义是：“研究生物与其环境之间相互关系的科学”。由此，生态学最基本的任务就是研究、认识生物与其环境所形成的结构以及这种结构所表现出的功能关系的规律。
生态学是在本世纪初形成的一门独立科学，但生态学思想的萌芽在古代就已经出现。我国早在2000多年前，即春秋战国到西汉时代已有许多生态学思想的萌芽。例如《淮南子》载有“草木未落，斧不入山林”，意即森林正处于生长发育季节，不要上山砍林木。《孟子》中记载有“数罟不入洿池，鱼鳖不可胜食”，意思是鱼池中不用细网打鱼，则水产吃不完。贾思勰所著《齐民要述》一书中生态学观点更为突出，如“顺天时，量地利，则用力少而成功多。任情返道，劳而无获”，就是说种植作物要符合当地气候和土壤的生态条件，方可收到事半功倍之效，如果违反自然规律办事，则虽劳力花得多，也无经济效益。
从公元16世纪到本世纪40年代是生态学的成长期。1670年鲍尔（Boyle）发表了低气压对动物的效应试验，标志着动物个体生态学的开端。1798年马尔萨斯（Malthus）发表了《人口论》，阐明了人口增长与食物的关系。1869年，德国的赫克尔（Haeckel）首次提出了生态学的定义。1877年，莫比乌斯（Mobius）创立了生物群落这一概念。到本世纪初，生态学已经成为一门年轻的科学，从本世纪初到本世纪40年代，生态学不断发展并日趋成熟。
本世纪 50 年代以来，生态学进入现代生态学发展期，个体生态学、种群生态学进一步发展。同时，生态学的研究重心转移到生态系统的研究上。尤其是近二、三十年来，随着当代世界人口膨胀、资源匮缺、能源危机、粮食不足和环境污染与生态破坏等问题的出现，生态学研究愈加受到重视，国际生物学计划（IBP）有54个国家的许多著名生态学家参加，其研究重点是世界各类自然生态系统的结构、功能和生物生产力，主要目的是为制定资源管理和环境改良计划提供科学依据。继IBP计划以后，1970年在联合国教科文组织主持下成立了“人与生物圈计划（MAB）”的国际性研究组织，该组织有近百个国家参加。MAB计划主要是针对人类活动对于各种生态系统的影响而设置的。
现代生态学主要由下列三个部分组成：
1.个体生态学
主要研究生物个体与环境的相互关系，即生物对环境的适应过程及环境对生物的塑造作用。就植物来说，是研究植物个体的发芽、生长、开花、结果、落叶、休眠等各个阶段的形态变化、生理变化反应与环境的关系，就动物而言，是研究动物个体的适应性、耐受性、食性、迁移、繁殖、生活史等。
2.种群生态学
种群是组成同一种生物的不同个体在特定环境空间内的集群。因此，在一定地段上群落中的一个种的所有个体就是一个种群。在自然界中，种群是物种存在的基本单位，是生物群落或生态系统的基本组成部分。种群生态学主要是研究种群的个体空间分布及数量变动规律。
3.生态系统生态学或群落生态学
群落是各种生物在特定空间内的集合体，生态系是群落与群落的环境综合而成的系统。因此，生态系统生态学和群落生态学可认为是同一层次的。生态系统的研究主要是围绕其结构与功能进行的，目标是通过调控使生态系统达到高效、和谐与相对的平衡。
在上述三个现代生态学组成部分中，生态系统的理论与环境保护关系最为密切，其中有许多应用于环境保护工作中。
壹、 生态系统的概念
一、生态系统的概念
生态系统就是在一定时间和空间内，生物与其生存环境以及生物与生物之间相互作用，彼此通过物质循环、能量流动和信息交换，形成的一个不可分割的自然整体。
有人把生态系统概括为一个简单明了的公式：
生态系统 = 生物群落 + 生物群落的环境
或：生态系统 = 生命系统 + 环境系统
生态系统的概念，最早由英国著名生态学家坦斯利（A.G.Tansley）于1935年比较完整地提出。坦斯利认为生物与其生存环境是一个不可分割的有机整体。生物包括多种生物的个体、种群和群落，其生存环境包括光、热、水、空气及生物等因子。生物与其生存环境各组成部分之间并不是孤立存在的，也不是静止不动或偶然聚集在一起的，它们息息相关，相互联系，相互制约，有规律地组合在一起，并处于不断的运动变化之中。各个生态因子不仅本身起作用，而且相互发生作用，既受周围其它因子的影响，反过来又影响其它因子。其中一个因子发生了变化，其它因子也会产生一系列的连锁反应。因此，生物因子之间、非生物因子之间以及生物与非生物因子之间的关系是错综复杂的，它们通过能量的流动、物质的运转和信息的交换，在自然界中构成一个相对稳定的自然综合体。
生态系统是自然界的基本单位，是由生物与其生存环境组成的，是生态学中功能上的单位，而不是生物学中分类上的单位。
生态系统可大可小，小至一滴水，一把土，一片草地，一个湖泊，一片森林，大至一个城市，一个地区，一个流域，一个国家乃至整个生物圈。例如一个池塘生态系统，其中有许多种类的水生动物、植物和微生物，浮游动物以浮游植物为食，鱼类以浮游植物和浮游动物为食，鱼类和其它水生生物死亡后，在微生物参与下被分解成二氧化碳、氮、磷等基本物质，而这些物质又是水中浮游植物的基本营养物，微生物在分解过程中要消耗水中的氧，被消耗的氧由浮游植物通过光合作用所产生的氧来补充。水中各种生物与环境，生物与生物之间相互联系、相互制约，构成了一个处于相对稳定状态的池塘生态系统。
二、生态系统的分类
地球表面的生态系统多种多样，人们可以从不同角度，把生态系统分成若干类型。
根据环境中水分状况、植被地理分布及动物群落类型，可以把地球上的生态系统划分为水生生态系统与陆地生态系统两大类群。水生生态系统占地球表面2/3，包括海洋和陆地上的江河湖沼等水域。在这些水域里都有生命存在，根据水环境的物理化学性质，如淡水、咸水、静水、动水等，又可划分成若干类型水生生态系统。陆地生态系统，根据纬度地带和光照、水分、热量等环境因素，又可分成森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、冻原生态系统、农田生态系统、城市生态系统等。
表2-1 地球表面生态系统划分表
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I .水生生态系统
一、淡水生态系统
1. 流水水生生态系统
2. 静水水生生态系统
二、海洋生态系统
1. 海岸生态系统
2. 浅海生态系统
3. 珊瑚礁生态系统
4. 远洋生态系统
II.陆地生态系统
一、森林生态系统
1. 温带针叶林生态系统
2. 温带落叶林生态系统
3. 热带森林生态系统
二、草原生态系统
1. 干草原生态系统
2. 湿草原生态系统
3. 稀树草原生态系统
三、荒漠生态系统
四、冻原生态系统
1. 极地冻原生态系统
2. 高山冻原生态系统
五、农田生态系统
六、城市生态系统
贰、生态系统的组成与结构
一、生态系统的组成
生态系统的组成可以分为两大部分，即生命成分（生物群落）和无生命成分。每一部分可以再具体往下分（见表2-2）。
表2-2 生态系统的组成成分
生产者（植物群 落和光能、化能自养细菌）
生命成分 消费者（动物群落）
分解者（异养微生物群落、土壤小型动物群落）
生态系统
太阳辐射（能源）
无生命成分 二氧化碳、水、氧、氮、无机盐（生物代谢物质）
水、大气、土壤、岩石、砂（生物生存环境）
1.生命成分
生态系统中的生命成分即生物群落。尽管地球上的生物种类有数百万种，但根据它们获取营养和能量的方式以及在能量流动和物质循环中所发挥的作用，可以概括为以下三大群：
（1）生产者
包括所有能进行光合作用的绿色植物以及光能自养型微生物和化能自养型微生物。生产者是生态系统中最活跃的因素。绿色植物具有叶绿素，能利用太阳辐射能，通过光合作用，把吸收来的二氧化碳、水和无机盐类制造成初级产品----碳水化合物，并同时将太阳能以化学能的形式固定、储藏在碳水化合物中，碳水化合物可进一步合成转化为脂肪、蛋白质等其它有机物，这些有机物便成为地球上一切生物（包括人类在内）赖以生存的食物来源。
除绿色植物外，化能自养型微生物和光能自养型微生物也能分别利用化学能和太阳能合成有机物，如氮化细菌能将氨氧化成亚硝酸和硝酸，并利用这一氧化过程中产生的能量把二氧化碳和水合成为碳水化合物。
生产者在生态系统中的作用主要是生产各种有机物，一方面供自身生长发育所需，一方面为其它生物提供食物来源。
（2）消费者
主要指动物而言。消费者均属于异养生物，即只能依赖生产者生产的有机物来维持自己的生命活动。其中，以植物的叶、枝、果实及凋落物为食的叫草食性动物（又称一级消费者），如陆地生态系统中的蝗虫、野兔、梅花鹿、牛、马、羊等，淡水生态系统中的浮游动物、螺蛳、虾等；以草食性动物（一级消费者）为食的叫肉食性动物，属于二级消费者或一级肉食者，如狐狸、黄鼠狼、青蛙；以二级消费者为食的叫三级消费者或二级肉食者，如老鹰、金钱豹、狮子等。依此类推。
消费者在生态系统中的作用，一是物质与能量的传递作用，如在草原生态系统中，野兔就起着把青草中的有机物和储存在有机物中的能量传递给肉食性动物的作用；二是物质的再生产，如草食性动物山羊可以把草本植物的植物性蛋白通过再生产转变成动物性蛋白。
（3）分解者
主要指细菌、真菌等微生物，也包括一些小型动物。细菌和真菌能分泌消化__，把动植物残体中的有机物变成可溶状态，然后加以吸收。通过这一消化过程，有机物被分解成无机养分，返回到环境之中。一些土壤中的小型动物，如线虫、蚯蚓、蜈蚣等，在动植物残体分解过程中也起着重要作用，它们与细菌、真菌共同活动，加速了生物残体的分解与转化。
在生态系统中，分解者是重要的生物群之一，其数量之多十分惊人。据估算，在农田生态系统中的细菌重量，平均每公顷有500公斤以上，至于细菌总个数则是一个天文数字！
分解者在生态系统中的作用，在于把生产者和消费者的残体分解成简单的物质，再供给生产者需要，以保证生态系统的物质循环。
2.无生命成分
生态系统中的无生命成分包括生物代谢的能源----太阳辐射，生物代谢材料----二氧化碳、水、氧、氮、无机盐、有机质等，温度、压力等物理条件。无生命成分在生态系统中的作用，一方面是为各种生物提供必要的生存环境，另一方面是为各种生物提供生长发育所必需的营养元素。
生命成分和无生命成分在同一个时间和空间中，共同构成一个有机的统一体，在这个有机整体中，能量和物质在不断地流动，并在一定条件下保持着相对平衡。
当然，不同类型生态系统其具体的组成成分各不相同。例如，陆生生态系统中生产者是各种陆生植物，消费者是各种陆生动物，分解者主要是土壤微生物；而水生生态系统中生产者是各种浮游植物和水生植物，包括沉水植物、浮水植物、挺水植物，消费者是各种水生动物，包括浮游动物和底栖动物，分解者则是各种水生微生物。不同类型生态系统的无生命成分，也存在较大的差异。
二、生态系统的结构
1.生态系统的形态结构
生态系统中生物种类及各种生物的种群数量均具有一定的时间分布和空间配置，在一定时期内处于相对稳定的状态，从而使生态系统能保持一个相对稳定的形态结构。
（1）空间配置
在生态系统中，各种动物、植物和微生物的种类和数量在空间上的分布构成垂直结构和水平结构。在各种类型的生态系统中，森林生态系统的垂直结构最为典型，具有明显的成层现象。在地上部分，自上而下有乔木层、灌木层、草木植物层和苔藓地衣层。乔木层上部的叶片受到全量的光照，灌木层只能利用从乔木层透射下来的残余光照。通过灌木层再次减弱的太阳光，被草本层利用的只相当于入射光的1％～5％。透过草本层到达苔藓地衣层的阳光，一般只占入射光的1％左右。在地下部分，有浅根系、深根系及根际微生物。动物具有空间活动能力，但是它们的生活直接或间接地依赖于植物，因此，在生态系统中动物也依附于植物的各个层次而呈现出成层分布现象，如许多鸟类以其食牲的不同而分别在林冠、树干、林下灌木和草本层中觅食和作巢，许多兽类在地面筑窝，许多鼠类在地下掘洞等。
水平分布构成生态系统的水平结构。由于光照、土壤、水分、地形等生态因子的不均匀及生物间生物学特性的差异，各种生物在水平方向上呈镶嵌分布。如森林生态系统中，森林边缘与森林内部分布着明显不同的动植物种类。
（2）时间配置
同一个生态系统，在不同时期或不同季节，表现出一定的周期性时间变化。如长白山森林生态系统。冬季满山白雪皑皑，到处是一片林海雪原；春季冰雪消融，绿草如茵；夏季鲜花遍野，争芳斗艳；秋季硕果累累，一片金色。这一年四季有规律的变化，就构成了长白山森林生态系统的“季相”。生态系统的时间配置，除表现在季节周期性变化外，还表现为月相变化和昼夜周期变化，如蝶类和蛾类在昼夜间的交替出现，鱼类在昼夜间的垂直迁移等。
2.生态系统的营养结构
生态系统的营养结构是生态系统的各组成成分以营养为纽带，通过营养联系构成的，其一般模式可用图2-2表示。
由图2-2可以看出，生产者向消费者和分解者分别提供营养，消费者也可向分解者提供营养，分解者分解生物残体把营养物质输送给环境，由环境再供给生产者吸收利用。不同生态系统组成成分不同，其营养结构的具体表现形式也不尽相同。
图2-2 生态系统营养结构模式图
参、生态系统的功能
地球上生命的存在与发展完全依赖于生态系统的能量流动、物质循环和信息交换，三者不可分割，紧密结合为一个整体，成为生态系统的动力中心。能量流动、物质循环和信息交换是一切生命活动的齿轮，也是生态系统的三大基本功能。因为生态系统功能的实现主要是通过食物链（网）和营养级来实现的，所以下面首先介绍食物链（网）、营养级和生态金字塔。
一、食物链、营养级与生态金字塔
1.食物链（网）
在生态系统中，各种生物之间最基本也是最重要的联系就是食物或营养联系：某种生物以另一种生物为食，而它又被第三种生物取食……彼此形成一个食与被食的关系，这种生物之间以食物为联系建立起来的链索，就是所谓“食物链”。在我国，有一句流传久远的古老谚语“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃稀泥（实际是藻类）”就是对食物链概念的生动描述。
生态系统中各种生物之间的食物关系往往很复杂。一般在一个生态系统中很少只有一条食物链，多数具有两条以上食物链。在生态系统中，食物链彼此交叉联结所形成的网状结构称为“食物网”
图2-3 草原生态系统的部分食物网
2.营养级与生态金字塔
食物链上的各个环节叫营养级。在生态系统中，生产者为第一营养纹，一级消费者为第二营养级，二级消费者为第三营养级……，依此类推。但食物链的加长并不是无限的，通常一个食物链由4～5个营养级组成，最多不超过7级。各营养级上的生物一般不只一种，凡在同一层次上的生物都属于同一营养级。例如在草原生态系统中，多种草本植物都属于第一营养级，一级消费者鼠类、小鸟、野兔等都属于第二营养级。又由于食物关系的复杂性，同一种生物也可能隶属于不同的营养级。如黄鼬不仅吃田鼠，还吃鸟、蛙甚至少量植物，可隶属于第一、第二营养级。又如，人类食物来源88％为植物物产品（小麦、水稻、玉米、水果、蔬菜等），相当于食草动物的地位，属于第二营养级；人类还以动物性产品（肉、奶、蛋等）为食物，则相当于食肉动物的地位，属于第三营养级。
低位营养级生物是高位营养级生物的营养与能量的供应者。第一营养级生物（生产者）获得的能量，在自身的呼吸和代谢过程中要消耗很大一部分，余下的作为生物量积累，而后者又不能全部被第二营养级生物（食草动物）所利用。因此，在数量上第一营养级必然大大超过第二营养级，第二营养级必然大大超过第三营养级……依此类推。生物量和能量的转移情况亦与此相似。美国生态学家林德曼提出，同一条食物链上各营养级之间能量的转化效率平均大约为10％左右，这就是所谓“十分之一定律”，也叫“能量利用的百分之十定律”。倘若以第一营养级为基底，逐营养级向上描绘直至最高营养级，用图形表示就会形成一个金字塔形状，即所谓的“生态金字塔”。根据表示方法，生态金字塔分为三种类型，即数量金字塔、生物量金字塔和能量金字塔。数量金字塔（图2-4A）以单位面积上各营养级的个体数量表示，生物量金字塔以单位面积上各营养级的总生物量或重量表示，能量金字塔以各营养级的能量来表示。
一般说来，能量金字塔最能保持金字塔形，而生物量金字塔有时有倒置的情况。例如，海洋生态系统中，生产者（浮游植物）的个体很小，生活史很短，根据某一时刻调查的生物量，常低于浮游动物的生物量。这样，生物量金字塔就倒置过来。当然，这并不是说流过的能量在生产者的环节要比消费者的环节低，而是由于浮游植物个体小，代谢快，生命短，某一时刻的现存量反而比浮游动物少，但一年中的总能流量还是较浮游动物多。数量金字塔倒置的情况就更多一些，如果消费者个体小而生产者个大，如昆虫与树木，昆虫的个体数量就多于树木。同样，对于寄生者来说，寄生者的数量也往往多于宿主，这样，就会使数量金字塔的这些环节倒置过来。
图2-4 生态金字塔
二、生态系统的能量流动
能量是生态系统的动力基础，一切生命活动过程中都存在着能量的流动和转化。生态系统中全部生命活动所需要的能量都直接或间接地来自于太阳，并在流动过程中服从于热力学第一定律和第二定律，因为热力学就是能量形式变换规律的科学。热力学第一定律指出：能量可由一种形式转变为另一种形式，在转换过程中不会消失，也不会增加，即能量守恒。热力学第二定律指出：能量总是沿着从集中到分散，从能量高到能量低的方向传递，在传递过程中总会有一部分成为无用的散失到环境中。
太阳能被生物利用，是通过绿色植物的光合作用实现的。通过光合作用，太阳能进入了生态系统并开始了它的流动。光合作用的反应式为：
在光合作用过程中，绿色植物吸收二氧化碳和水，合成碳水化合物，同时把吸收的太阳光能以化学能形式固定储存在碳水化合物分子的化学键上。这种化学储存能，再通过食物链，与传递营养物质的同时，依次传递给食草动物和食肉动物。动植物残体被分解者分解时，又把能量传给了分解者。分解者把复杂的有机物分解成简单的无机物，归还给土壤。无机物中已不再储存有化学能，因此这里已不再有能量的传递。生产者、消费者和分解者的呼吸作用都会消耗一部分能量，消耗的能量散失到环境中去。这就是能量在生态系统中的流动（图2-5）。
图2-5 生态系统中能量流动的一般过程
第三章 生态系统的演替
生态系统的演替，是指随着时间的推移，一种生态系统类型（或阶段）被另一种生态系统类型（或阶段）替代的顺序过程。生态系统是动态的，从地球上诞生生命至今的几十亿年里，各类生态系统一直处于不断的发展、变化和演替之中。
生态系统演替的原因：可分为内因和外因。内因是生态系统内部各组成成分之间的相互作用，它是生态系统演替的主要动因。以内因为动因的演替，称为内因演替。外因是外界加给生态系统的各种因素。以外因为动因的演替称为外因演替。外因演替虽然是由外界因素引起的，但演替过程本身是一个生物学过程，即外因只能通过使生能系统各组成成分及其相互关系发生改变，进而使系统发生演替。
引起生态系统演替的外因有自然因素和人为因素。海陆变迁、火山喷发、气候演变、雷击火烧、风沙肆虐、山崩海啸、虫、鼠灾害、外地动植物侵入等属于自然因素，砍伐森林、开垦草地、捕捞鱼虾、狩猎动物、撒药施肥等属于人为因素。这些因素或是单一作用或是多个综合作用于生态系统。
按演替的方向，生态系统的演替可分为正向演替和逆向演替。正向演替是从裸地开始，经过一系列中间阶段，最后形成生物群落与环境相适应的动态平衡的稳定状态，即演替到了最后阶段。这一最后阶段的生物群落叫做顶极群落，这一阶段的生态系统属于顶极稳定状态生态系统。
裸地往往是裸露的岩石，海退新生的陆地，河流水击的沙滩，火山喷发冷却后的熔岩。如果裸地上没有土壤和植物繁殖体，就称为原生裸地。如果裸地上保留着一定厚度的土壤和植物繁殖体，如撩荒地、森林的过火迹地和采代地等，则称做次生裸地。在原生裸地上开始的演替称为原生演替，在次生裸地上进行的演替称为次生演替。
我国东北针阔叶混交林区里山啸后产生的乱石窟，是由许多大小不等的坚硬石块堆积而成。裸露光秃的石面，既无土壤，也无生物繁殖体，属于原生裸地，在这种裸地上发生的演替可作为原生演替的实例。裸露的岩石上光照强烈，温度变化剧烈，因无土壤而不能储存水分和养料。最初在这种环境中出现的植物是耐瘠薄、抗干旱，并能固着在岩面上的壳状地衣，叶状地衣和矮小的紫萼藓等。岩石着生了这类矮小致密的群落以后，地衣和苔藓既可阻留风雨带来的细土粒，又能通过分泌有机酸类腐蚀岩面，从中溶解出一定的无机盐类。更重要的是紫萼藓的枯萎茎叶又给这薄薄的土壤增添了有机质。随着土层的增厚（1～5㎜），喜光的垂直藓侵入定居下来，成年累月形成厚达4～7㎝厚的苔藓层，苔藓层下的土壤也增厚到3～4㎝。至此，原来裸露的岩面已被苔藓层所覆盖，生态环境大为改善。以上为原生演替的地衣－－苔藓阶段。
由于土层增厚，喜光耐旱的草本植物侵入（如垫状生长的狗景天的侵入），形成致密的草本植被。进入草本群落阶段，土壤增厚更为迅速，有机物积累进一步增多，其后杜鹃、绣线菊等灌木相继侵入定居，形成灌木欉林，土壤也由强酸性变成弱酸性。
接下来，经过一个短期的阳性乔木林，便转入由中性和阴性树种构成的乔木阶段，如红松、沙松、紫椴等。当这些乔木高过灌欉以后，原来喜光的阳性灌木逐渐被阴性灌木所代替。至此，演替由灌木群落阶段进入乔木群落阶段。当红松和某些阔叶树种组成的针、阔叶混交林成长起来时，一个与当地气候相适应的，处于相对稳定状态的顶极群落便告形成。
由于先锋植物的繁衍，改变了群落的生态环境。新的生态环境反而不利原有植物的生长，但却为他种植物的侵入和定居创造了条件。以此为动力，演替由苔藓地衣阶段经草本群落阶段、灌木群落阶段，最后进入与环境相适应的乔木群落阶段即演替的顶极群落阶段。此时，生态系统进入顶极稳定状态。
在生态系统的演替过程中，伴随着环境的变化和植物群落的演替，例如在高寒或干旱区，演替只会停留在苔藓地衣群落阶段或草本植物群落阶段或稀疏灌欉阶段。在强烈的自然或人为因素干扰下，还可能发生逆向演替。
次生演替是原生生态系统被破坏后出现的演替，如玉山遭受特大火灾以后的演替。次生演替的速度、趋向及所经历的阶段，决定于原生植被受破坏的方式、程度和持续时间。由于多数次生裸地仍保留着原来群落中的一些繁殖体及土壤条件，因而次生演替速度一般都较快。由于破坏前的原生群落类型是与当地自然环境长期适应而形成的，因此次生演替的趋向是恢复破坏前的原生群落类型，但决不会与原生群落完全相同，因为次生生态系统中的环境条件比起原生生态系统已发生了改变。
无论是处于原生演替的生态系统，还是处于次生演替的生态系统，在自然状态下都像生物个体发育一样，有一个从幼年期向成熟期演替的趋势。这一趋势具体体现在以下生态系统的特征上：
（1）在能量学特征上，幼年期生态系统的总生产量大于呼吸量，多余的能量使系统增大；成熟期生态系统中总生产量接近或等于呼吸量，系统的能量输入与输出相等，系统处于稳定状态。
（2）在食物链（网）特征上，幼年期生态系统的食物链接构简单，多为直线状捕食性食物链；成熟期的食物链交叉成网状，且以腐生性食物链为主。由于营养结构复杂，成熟期系统的抗外界干扰能力及自我调节能力均较强。
（3）在营养物质循环特征上，从幼年期到成熟期，有向更加关闭发展的倾向，即成熟期系统保持住营养物质能力强，丧失营养物质少，物质输入量与输出量接近平衡。
（4）在群落结构特征上，幼年期系统中物种多样性小，有机化合物种类少；成熟期系统的物种多样性增大，群落代谢过程中排入环境中的有机化合物种类增多。生物多样性的增加，有助于系统稳定性的提高。
（5）在选择压力方面，幼年期生态系统中物种少不拥挤，具有高增殖力的物种有较大生存的可能，在成熟期，选择压力有利于增殖力低但竞争力强的物种。
（6）在稳态特征上，成熟期生态系统主要表现在系统内部共生发达，保持住营养物质的能力较强，对外界干扰的抵抗能力较强以及具有较大的信息量。
总之，生态系统沿一定方向进行演替，在内外因素作用下向稳定的平衡状态发展，也是可以预测和控制的。
壹、 生态平衡
生态系统是生态学中的一个基本功能单位。系统内各个组成部分相互作用，相互联系，相互制约，形成一个具有高度组织性的动态平衡的复杂整体。生态平衡是现代生态学发展在理论上提出的一个极其重要的概念。动态平衡是生态系统的一个基本特征。
一、生态平衡的概念
当生态系统各组成成分之间彼此保持一定的比例关系，能量、物质的输入与输出在较长时间内趋于相等，结构和功能处于相对稳定的状态，在受到外来干扰时能通过自我调节恢复到初始的稳定状态，生态系统的这种状态称为生态系统的平衡，简称生态平衡。
生态平衡是相对的平衡。任何生态系统都不是孤立的，都会与外界发生直接或间接的联系，会经常遭到外界的干扰。尤其是近代人口大量增加，科学技术水平不断提高，人类对自然界的干预程度和范围越来越大，生态系统都在不断地受到人类的干扰和破坏。因此，生态系统的平衡是相对的，不平衡是绝对的。
生态平衡是动态平衡，而不是静态平衡。生态系统的各组成成分都在按一定的规律运动着、变化着，系统中能量在不断的流动，物质在不断的运转，整个系统时刻处于动态之中。
二、生态平衡的机制
生态系统之所以能保持相对的动态的平衡状态，是因为生态系本身具有自动调节能力，这种调节属负反馈调节机制。所谓反馈，就是指系统的输出能转变成决定系统未来功能的输入。一个系统，如果其状态能决定输入，就表明它有反馈机制存在。要反馈系统能起有效的控制作用，系统应具有某个理想的状态或置位点，系统就围绕着置位点进行调节。就表示一个具有置位点的控制论系统。
在生态系统中，负反馈机制对系统实现着有效的调节作用。例如在森林生态系统中，如果由于某种原因森林害虫大规模发生，这在一般情况下不会使森林生态系统遭到毁灭性破坏，因为当害虫大发生时，以这种害虫为食的鸟类就会因获得更多的食物而大量繁衍，鸟类增多则捕食害虫的数量增多，加上其它负反馈作用从而抑制住害虫的大发生。
但是，生态系统的自动调节能力是有限的，当外部冲击或内部变化超过了某个限度时，生态系统的平衡就可能遭到破坏，这个限度称为生态阈值。只有了解掌握各个生态系统的生态阈值，用负反馈原理来管理生态系统，才能使自然和自然资源充分合理的利用。
生态系统的自动调节能力，与以下两个因素有关：
1.结构的多样性
一般来说，生态系统的组成与结构越复杂，自动调节能力就越强，组成与结构越简单，自动调节能力就越弱。例如一个草原生态系统，若只有青草、野兔和狼构成的简单食物链，那么一旦由于某种原因野兔数量减少，狼就会因食物减少而减少；如果野兔消失，则狼也就随着消失，这个生态系统就可能崩溃。若系统中食草动物不仅仅有野兔，还有山羊和鹿，那么当野兔减少时狼可以去捕食山羊或鹿，系统还能继续维持相对平衡的状态。由此可见，生态系统自动调节能力的大小与其组成和结构的复杂程度密切相关。
2.功能的完整性
功能的完整性是指生态系统的能量流动和物质循环在生物控制下得到合理的运转。运转越合理，自动调节能力就越强。例如一个淡水生态系统中排入了大量的酚，如该系统生长着许多对酚有很强降解能力的水葱和微生物，酚就会很快被消除，系统的平衡便不会遭到破坏；如果该系统不具有这些能降解酚的生物，其它自然净化因素又很弱，则该系统的平衡就会失调或遭到破坏。
三、破坏生态平衡的因素
破坏生态平衡的因素有自然因素和人为因素。自然因素包括水灾、旱灾、地震、台风、山崩、海啸等。由自然因素引起的生态平衡破坏，称为第一环境问题。人为因素是生态平衡失调的主要原因。由人为因素引起的生态平衡破坏，称为第二环境问题。人为因素造成的第二环境问题具体表现在以下三方面：
1.使环境因素发生改变
一方面人类的生产活动和生活活动产生大量的癈气、废水、癈物，不断排放到环境中，使环境质量恶化，产生近期或远期效应，使生态平衡失调或破坏。另一方面是对自然资源不合理的利用，譬如盲目开荒、滥砍森林、水面过围、草原超载等。
2.使生物种类发生改变
在生态系统中，盲目增加一个物种，有可能使生态平衡遭受破坏。例如美国于1929年开凿的____运河，把内陆水系与海洋沟通，导致八目鳗进入内陆水系，使鳟鱼年产量由2000万㎏减至5000㎏，严重地破坏了水产资源。在一个生态系统中减少一个物种，也有可能使生态平衡遭受破坏。我国50年代曾大量捕杀过麻雀，致使一些地区虫害严重。究其原因，就是由于害虫的天敌麻雀被捕杀，害虫失去了自然抑制因素。
3.信息系统的破坏
生物与生物之间彼此靠信息联系，才能保持其集群性和正常的繁衍。人为向环境中施放某种物质，干扰或破坏了生物间的信息联系，就有可能使生态平衡失调或遭受破坏。例如自然界中有许多雌性昆虫靠分泌释放性外激素引诱同种雄性成虫前来交尾，如果人们向大气中排放的污染物能与之发生化学反应，则性外激素就失去了引诱雄虫的生理活性，结果势必影响昆虫交尾和繁殖，最后导致种群数量下降甚至消失。
四、生态平衡失调的标志
生态系统的平衡是相对的，不平衡是绝对的。掌握生态平衡失调的标志，对于防止生态平衡的严重失调，恢复和再建新的生态平衡，都具有重要的意义。生态平衡失调的标志主要有以下两方面：
1.结构上的标志
生态平衡失调首先表现在结构上，一方面是结构缺损，即生态系统的某一个组成成分消失；另一方面是结构变化，即生态系统的组成成分内部发生了变化。
2.功能上的标志
也包括两个方面：一方面能量流动受阻；另一方面是物质循环的中断。
五、生态平衡的恢复与再建
在人类活动参与下，一个生态系统由于自然因素或人为因素从初始的平衡状态变成平衡失调状态以后，其发展趋势和结果因管理对策不同有四种。第一种是恢复，即恢复到系统的原来状态。例如封山育林可以使山中植被得到自然恢复。又如在干旱草原地区，草原开垦成农田，经过几年种植后，在撂荒恢复阶段如果能提前播种羊草，在根茎干草阶段补播羊草，在根茎禾草阶段末期耙地一次，就能大大加快恢复演替。第二种是重建。通过重建，可以增加人类所期望的“人造”特点，减少人类不希望的自然特点，使生态系统进一步远离它的初始状态。例如将一些沿海滩涂改造成人工养殖场，既开发利用了滩__资源，获得了一定经济效益，又改善了生态环境。第三种是改建，是将恢复与重建措施有机结合起来，重新获得一个既包括原有特性，又包括对人类有益的新特性的状态。第四种是恶化，是人们不希望出现的、与恢复向相反的一种结果。例如许多山区由于缺少生活能源，上山砍树，树砍光了就搂草皮，导致生态不断恶化。
当然，生态系统平衡失调或遭到破坏以后，通过人类的恢复、重建和改建可以重新达到平衡状态。但是，人类的这些有目的、有计划的行动和措施必须符合生态规律，从生态系统的观点出发，否则将事与愿违。
贰、 生态学在生态保护中的应用
一、生态学与生态保护
自本世纪60年代以来，生态学从生物学的一门分支学科发展成为一门综合性科学，并为当代多方面的科学家和各国政治领袖与社会舆论所称道。为什么会出现这样的在自然科学中实属空前的形势？除了系统科学、控制论等理论的广泛应用、电子计算器和痕量物质分析等技术的相应问世与应用，开拓了科学家新的宇宙观，并为复杂系统结构和功能的分析仿真创造了条件以外，更重的是50年代后半期以来，随着世界人口的急剧增加和工业的迅速发展，出现了全球性的资源匮缺、环境污染与破坏、人口膨胀、能源危机、粮食不足等五大社会问题。这五大社会问题实质上均属于生态危机。面对这些生态危机，富有历史责任感的生态学家们从理论到实践，从宏观到微观，不断探索，努力开拓，积极寻求解决问题的途径。有关五大问题的生态学研究十分丰富，有大范围的全球变化对生态系统的影响，如国际生物学计划、人与生物圈计划等；有探索多种生态机制和物种化学通讯的分子水平研究，如化学生态学及遗传生态学；有基础性理论研究，如生态系统稳定性、生态演替及种群动态的理论模型；更有直接与经济建设、污染防治、生态保护密切相关的系统生产力、城镇生态规划、生态农业规划与建设、生态工艺等方面的研究。可见，生态学的迅速发展有其客观的社会历史背景，其中生态问题的大量产生是非常重要的一个方面。
生态是一种客观实在，它在运动过程中有特定的不以人的主观意志为转移的规律性即生态规律性。生态保护的对象既然是生态，那么就必然要遵循生态学原则，在工作中不断地以生态学规律作指导，否则生态保护工作就失去了重要的理论基础，生态环境就不能从根本上得到有效的保护，人与自然的关系就不能协调，经济与社会就不会持续发展。
本书在总体结构上，先介绍生态学基础，再依次介绍自然生态保护、农业生态保护和城市生态保护，就体现了生态理论是生态保护的重要理论基础这一思想。
二、生态保护的目的和意义
生态保护是个重要的战略问题，它的重要意义在于运用生态学原理，研究与协调生物（包括人类在内）与环境之间的相互关系，小则涉及一个地区、一个流域，大则涉及一个国家乃至整个地球。当今世界面临的水土流失、森林锐减、贫困加剧、人口膨胀、自然灾害增加、物种消失、“三癈”污染加重、土地沙漠化和盐渍化、臭氧层破坏、温室效应加剧等环境问题大部分与生态有关，人类正面临着生态环境的严峻挑战。生态保护已成为一个全球性的战略问题。
生态保护的目的是为了经济、社会的持续发展。经济持续稳定的发展也就是经济再生产能一直循环不断地进行下去。人类社会的经济再生产过程首先是从自然环境中获取原料，通过劳动变成人们需要的产品，然后经过分配、流通、消费，将一部分癈物（包括一切生产活动和生活活动所产生的癈弃物）排入自然环境，参与生态系统的物质大循环。因此，要使经济再生产过程持续顺利地进行，就必须有一个良好稳定的生态环境，而良好稳定的生态环境需要人类的生态保护，包括合理开发利用自然环境和自然资源，按生态规律确定经济建设的规模、速度与生产力布局，在城市建设中充分考虑生态要求，在农业发展模式上走具有中国特色的生态农业的道路等等。
生态保护不仅是经济持续发展的需要，也是人类社会发展的需要。人类正常的生存、生活离不开生态环境，人类健康的体质、旺盛的工作热情、精神文明建设都需要一个良好的生态环境。加强生态保护，创造一个优美、清洁、安静、舒适的生态环境，既符合当代人类的现实要求，也符合子孙后代的长远利益。
三、生态学在生态保护中的应用
生态保护内容很多，但可归纳为三大部分，即自然生态保护、农业生态保护和城市生态保护。生态保护工作因其内容很多而涉及到诸多学科和诸多部门。生态保护的任务十分艰巨，需要各级环境保护主管部门的不懈努力，也需要农业、林业、水利、地矿、海洋、城建、园林等部门的密切配合与协作。总之，生态保护具有很强的综合性，需要以生态理论作指导。生态学原理有许多，下面几条是在生态保护中经常应用的。
1.物物相关
即自然界中各种事物之间有着相互联系、相互制约、相互依存的关系。自然界是由各种各样的生态系统组成的，每一个生态系统又包含多个组成部分，各组成部分之间存在着错综复杂的相互关系。改变其中的某一组分，必然会对系统内的其它组分产生影响，以致影响系统整体。各系统之间也彼此影响。这些影响有些是直接的，有些是间接的，有些是立即表现出来的，有些则在一个很长的时期后才显露出来。因此，我们在生产建设中，务必泣意调查研究，即查清自然界诸事物之间的相互关系，统筹兼顾，即要对与某事物有关的其它事物加以认真的、通盘的考虑，包括考虑此种建设可能会产生的影响，短期的和长期的、明显的和潜在的，从而做出全面安排。特别是在需要排放癈弃物、施用农药、采伐森林、开垦荒地、猎捕动物、修建大型水利工程及其它重要建设项目时，尤应加以泣意。
2.相生相克
即在生态系统中，每一生物种都占据一定的位置，具有特定的作用。各生物种之间相互依赖、彼此制约、协同进化。被捕食者为捕食者提供食物这一基本生存条件，同时又为捕食者所控制。反过来，捕食者又受制于被捕食者，彼此间相生相克，使整个生态系统成为协调的整体。当向一个生态系统引进其它系统的生物种时，往往会由于该系统缺乏能控制它的物种（天敌）存在，使该物种种群暴发起来，从而造成灾害。大多数农业害虫在它们原来的乡土生境里是无害的，但当它们一旦侵入或被无意地引进到一个新区域或新的农业生态系统中时，就往往成为害虫。从一个生态系统中消除某一物种，也会对该系统造成或大或小的影响。因此，在从事农、林、牧、渔各业生产时，对引进某一新物种或在原有生态系统中消灭某一物种要十分慎重。
3.能流物复
生态系统中，能量在不断地流动，物质在不停地循环。但是，通常在自然生态系统中，能量只能通过生态系统一次，当它沿食物链转移时，每经过一个级位或层次，就有一大部分转化为热而逸散到世界，无法再回收利用，因此为了充分利用能量，必须设计出能量利用率高的系统，如在农业生产中设计出对农业资源（谷物、饲料、秸秆、加工剩余物、畜禽排泄物等）加以多级利用系统。物质与能量则不同，它在生态系统中反复地进行循环，其中有些还会通过食物链在生物体内发生富集。如果这些物质是有毒物质，最终将会对人类造成直接或间接危害。因此，必须控制进入环境中的有毒物质的量以及寻找和发现它们进入环境的地点、渠道及其迁移、转化规律，以便加以有效的控制。
4.负载定额
即任何生态系统的生物生产力通常都有一个大致的上限，它是由生物种自身的特点及可供它利用的资源和能量决定的。每一个生态系统对任何的外来干扰都有一定的忍耐极限，当外来干扰超过此极限时，生态系统就会被损伤、破坏，以至瓦解。因此，放牧强度不应超过草场的允许载畜量；采伐森林、捕鱼狩猎、采集药材时不应超过能使各种资源永续利用的产量；保护某一物种时，必须要有足够它生存、繁殖的空间；排放各种污染物时，必须使排污量不超过环境的自净能力等。
5.协调稳定
即只有各部分协调的生态系统才是稳定的。自然界的生态系统都在不断地变化和发展。一般说来，在发展过程中，随着生物种的多样性增大，连结各物种的食物链增多，系统的稳定性亦相应增加。所以，对于某一地区说来，该地区的自然资源种类越多，抵抗外来干扰的能力便越强。然而，由于生态系统稳定性的机制，主要是由其结构和功能的协调、物质输出输入的平衡决定的，因此，稳定的系统不一定都是结构复杂的系统。我们在开发利用自然资源时，应特别注意保持生态系统中各物种的合理结构，以维持自然机制的正常运行，确保系统稳定，防止因过度利用导致资源枯竭，系统瓦解。
6.时空有宜
即每一个地方，都有其特定的自然和社会经济条件组合，构成独特的区域生态系统。同时，这种区域生态系统也随时间发生变化。在开发利用和经营管理时，都必须适合它们的特点。例如，在成熟林多的地区可以根据用养结合的原则，对林木进行采伐；但河流上游的水源林和用于保持水土的林区，其主要的功能是涵养水源，防止水土流失，那就只能允许少量的更新择伐，绝对不允许皆伐。又如，当某地某种狩猎动物种群很小或正处于生育期时，就不应猎捕，以促进其种群的繁衍，防止物种灭绝。也就是说，这种规律决定了我们对某特定地区、特定时期的生态系统采取某种行动时，必须遵守“因时因地制宜”的原则。
7.互利共生
即在自然生态系统中，两种以上生物共同栖息在一起，互惠互利。如地衣就是真菌和藻类的共生体，真菌吸收水分、无机盐供给藻类光合作用所需的原料，并围里藻类细胞使其不会干死，藻类进行光合作用，合成的有机质供给真菌利用。共生的结果一般是所有共生者都大大节约原料、能量和运输，获得多重效益。共生者之间差异越大，系统的多样性越高，从共生中受益也就越大。因此，单一功能性的土地利用，农业生产中的单一的粮食经营，城市中条条块块式的管理系统，其内部共生关系薄弱，多样性很低，生态效率就不高。而要获得较高的生态效率，就应适当增强系统内部的共生关系。例如新加坡交通部门规定，凡小汽车出门未坐满时，必须携带顺路乘客，否则课以罚款。这就是一条有利于减缓城市生态系统交通拥挤、节约能源、方便群众的共生措施。
8.限制因子
在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限时就可以成为一个限制因子。生态保护中会遇到各种各样的复杂问题，涉及到很多生态因子，但要注意从中找出限制因子，集中力量加以解决。比如要保护森林中的鹿群，就要分析温度、降水、食物、天敌等因子对鹿种群数量的影响，如果确定冬季食物是鹿种群的限制因子（冬季里地面积雪，鹿群行动、取食受限制），就可以在冬季森林中投放补充饲料，以提高鹿资源的现存量。在进行城市生态保护时，也要从若干影响城市生态功能的因子中找出限制因子，比如在我国北方，水是制约许多城市经济发展的一个重要限制因子，那么就要投入相当的财力、人力、物力去开源节流。
9.生态位原理
生态位是指生物所占据的多维生态因子空间以及生物所起的生态作用。每一种生物都有其理想生态位和现实生态位，理想生态位与现实生态位之差就是生态位势。生态位势的存位，驱动着城市的膨胀，人口、能量、物质、资金的流动，影响着生态环境的变化。为了获取更高的生态经济效益，人类就要不断地开拓和占领一切可利用的空余生态位，包括剩余的土地、劳力、资金、技术、物质等。城市生态系统是开放式的人工生态系统，对外界依赖性高，需要及时开拓新的生态位，否则系统将衰落退化，生态环境将难以得到更好的改善。
第四章 生物多样性
我们这一代人赋有一个伟大的机遇，也负有一个重大的责任。我们继承了最多样化的生物群落，这些生物一直占据着我们的行星，我们也拥有迄今最先进复杂的技术。利用我们现代化的技术去开发我们行星赋存的资源，已使生活在20世纪的人民目睹了人这一物种经验过的最伟大的社会和人口的变化。我们的确生活在一个重要的时刻。
现今因人口增长和消费水准增高造成对地球上资源的需求量比以往任何时候都大的同时，人类的活动正在逐渐侵蚀地球维持生命的能力。为生存而挣扎的大多数贫穷人和奢侈地消耗资源的少数人一起造成的破坏性影响，至少在全球水平上，正在无情地和迅速地破坏在人类资源消耗和地球生产能力之间一直存在着的缓冲。
地球生命支持系统的侵蚀可能要继续下去，直到人类的渴望与地球的资源容量及过程之现实更加一致，即这些活动可持续很长时间。因此，保护生物多样性的问题不能与社会和经济发展的重大论题相分离。
随着环境变化的速率增加，维持最大程度的生物多样性被认为具有更大的迫切性。基因、物种和生态系统的多样性提供了人类的不同社会将适应变化的原材料，而每一种物种的丧失减少了自然和人类适应变化条件的选择余地。
但是，我们远不能确保我们的美好前景，如果现有趋势继续下去，我们这代人将对破坏了我们已继承的大量自然财富负有责任。在今后数年中，我们在如何利用自然资源方面的决策将决定着人类文明和地球上生物这两者的未来前途。
太阳能与地球上自然资源的结合提供了人类繁荣的基础。这些资源中的一些如石油、煤和铁是非再生的，一旦耗竭，不能在对我们有意义的时间内得到替补。其它资源是可再生的，水能够反复循环，野生动物、森林和作物能自我繁衍，甚至在管理适当时可以增殖。
对于非再生资源应如何消费的决策有必要给予极大关注，人们正投入极大努力以寻找那些正被耗竭的资源的替代物，寻求更有效的再循环方法，并保证最有效可行的利用方式（包括减少废物）。但是，更有必要关注可再生资源的管理，因为可再生资源奠定了长期可持续生产及人类幸福必须的多种服务的基础。
生物资源对人类具有实际和潜在价值的基因、物种和生态系统是地球生物多样性的自然表现。生物多样性（biological diversity，有时可简写成biodiversity）可简单表述为“生物之间的多样化和变异性及物种生境的生态复杂性”。物种是是生态系统的基石，而生态系统为人类提供了生命支持系统。现代技术、资本投资、基础设施、社会机构等等可以加强或耗尽这些生命支持系统，但是近来的迹象，诸如二氧化碳增多、全球变暖和臭氧保护层的耗竭，证明了自然对于它承受环境凌辱的容量是有限的。
生物多样性是一个包括物种、基因和生态系统的概括性的术语，但生物资源实际上是能管理好的，它们可以被消耗，也可以被补充，还能作为直接保护行动的对象。生物资源管理的方式可增加或减少生物的多样性。有效的管理系统不仅能确保生物资源的生存，而且可确保它们在被利用的同时有所增殖，因而提供了持续发展的基础。
一、何谓生物多样性
“生物多样性”包括所有植物、动物和微生物的所有物种和生态系统，以及物种所在的生态系统中的生态过程。对于自然的多样化程度来说，生物多样性是一个概括性的术语，它把生态系统、物种或基因的数量和频度这两方面包含在一个组合之内。生物多样性通常被认为有三个水平：即遗传多样生、物种多样性和生态系统多样性。遗传多样性是指遗传信息的总和，包含在栖居于地球植物、动物和微生物个体的基因内。物种多样性是指地球上生命有机体的多样化，并已被多方面估计在500万至5000万种之间或更多，虽然实际上描述了的仅有约140万种。生态系统多样性与生物圈中的生境、生物群落和生态过程等是多样化有关，也与生态系统内部由于生境差异和生态过程的多种多样所引起的极其丰富的多样化有关。各种生态系统使营养物质得以循环（从生产到消费，再到分解），也使水、O2、CH4、CO2（由此影响气候）等物质以及其它如S、N和C等化学物质得以循环。
生物学家将地球上的生命归入一个已广泛接受的等级体系，该体系反映了生物之间的进化关系，从下至上的顺序，生物的主要阶元或分类单元是：种、属、科、目、纲、门、界。例如人类归入如下类目：动物界（界），脊索动物门（门），哺乳纲（纲），灵长目（目），人科（科），人属（属），人种（种）。这最后两项名称合在一起称为拉丁文双名法，用于鉴定某一生物而区别于其它生物。物种之间至少有一个特征相差异，一般而言种间不能杂交(Raven and Johnon,1989)。通常，某一生物的阶元序位越高，则进化趋异就越古老。因此，就人属和人种而言，其种的发生晚于其属的发生，而其属的进化又晚于其科（人科），由此类推，直至界的层次。大多数生物学家认为生物分为五个界，即：原核生物界（细菌）、原生生物界（包括藻类和原生动物）、真菌界（蘑菇类、菌类和地衣类）、动物界（动物）和植物界（植物）。近来，已有近100个门得到认定。
评价生物多样性重要性的基础是一份现存物种数量及其分布地点的清单。在全球水平上虽然经常报导在鱼类和一些植物类群之中有一些大的发现，但对植物和脊椎动物相对论是了解得很清楚的。可是，科学家对许多昆虫类群的数量只能猜测（特别是热带森林甲虫）。例如，欧文（Erwin,1982）提出物种的总数多达3000万种，其中大多数尚未记述的种生活在热带森林中。满类和线虫的种类如果不能以百万计数，也能以数十万计。由于大多数有关物种灭绝的估计是基于推断，缺少对总数的精确估计，这已导致灭绝速率的估计很不精确。梅（May,1988），对于食物纲、相对多度以及生物的数量与体积间关系的研究，可揭示利用适当的规则来推断植物、动物和微生物的总体多样性的模式。
但是，事实上对组成多数生态系统的生物，其基本知识的了解是极其不足，特别是在热带地区。热带生物学优先研究委员会（NAS,1980）断定，在估测到的多样性能被研究的情况下，对其中大部分进行研究的系统学家至少要增加5倍（现估计已有1500名以上的训练有素的专业系统学家有能力去研究各种热带生物）。简言之，尽管最终数字很可能是3000 - 5000万种，但许多人假定现存物种大约1000万种。
二、生物多样性的价值
生物资源提供了地球生命的基础，包括人类生存的基础。这些资源的基本的社会、伦理、文化和经济价值，从有记载历史的最早时期起，就已在宗教、艺术和文学方面得到认识。孩子们对自然的浓厚兴趣、众多的野生动物俱乐部、对非政府保护组织的真诚捐款、对“绿党”的政治支持以及动物园和野生
表一 现存物种及数量分数
类 群
已描述的物种数量
细菌和蓝绿藻
4760
真菌
46983
藻类
26900
苔藓植物（藓类和苔类）
17000
裸子植物（球果针叶类）
750
被子植物（有花植物）
250000
原生动物
30800
海绵动物
5000
珊瑚和水母
9000
线虫和蚯蚓
24000
甲壳动物
38000
昆虫
751000
其它节肢动物和小门类无脊椎动物
132461
软件动物
50000
海星
6100
鱼类（硬骨鱼类）
19056
两栖动物
4184
爬行动物
6300
鸟类
9198
哺乳动物
4170
合计
1435662种
生物电影的普遍是人们偏爱的经济表达，开表明普通公众开不仅仅根据其货币价值来考虑生物资源。
但是，为了争取当今世界各政府部门和商业界决策者的注意，有关生物多样性的政策首先需要用经济术语来阐明生物资源对于国家的社会和经济发展所作的贡献。甚至部分以金钱术语评价保护生物多样性的收益也至少能对收益的满域提供一个较低的限度，并证明自然保护能产生一项对国家收益有重大意义的利润。
已有三种主要方法用于确定生物资源的价值。
（1）评价天然产品的价值，如薪柴、饲料和野味肉食等为直接消耗，没有经过 市场过程（“消耗性利用价值”）；
（2）评价商业性收获产品的价值，如木材、鱼、市场上销售的野味肉品、象牙 和药用植物（“生产性利用价值”）；
（3）评价生态系统功能的间接价值，如水源区保护、光合作用、气候的调节和 土壤的产生（“非消耗性利用价值”），还有保持对将来利用有选择余选择价值“）和直接了解某种物种存在（”存在价值“）的无形价值。
三、生物资源怎样受到威胁以及为什么受到威胁
生物资源损失的大概的原因是清楚的。生物资源的退化和损失是由于诸如森林的大规模砍伐和火烧、植物和动物的过度采猎、杀虫剂的任意施用、湿地的排水和填塞、破坏性的渔业生产、空气污染、荒野地变成农业和城市用地等人为活动造成。
当生物多样性丧失的问题根据其直接原因而作定义时，其反应应是采取防卫性和经常是对抗性的行动，例如制定法律、例如制定法律、停止对资源的接近、宣布增加保护区等。这类反应对于疯狂过度开发来说是必要的。但它们难以真正地改变威胁生物多样性社会和经济因素。
过度开发的基础包括对诸如热带硬木、野生动物、纤维和农产品等商品的需求。逐渐增长的人口，即使没有随之而来的经济的增和发展，也对自然资源和已经枯竭和承受压力的生态系统过程产生日益增长的需求。拓居政策推进了将渐增的无业劳力移向边疆地区的运动；债务负担迫使政府鼓励能赚取外汇的商品生产；能源政策鼓励了许多国家的低利用效率，以这种做法增加了空气污染物的负担，并冒有实质性的全球气候变化的危险；不适当的志地所有权处理挫伤了乡村人民对土地投资的积极性，而这种投资能使得生物资源得到持续利用。
对生物多样性的主要威胁包括：
（1）生境交替，通常从一个高度多样化的自然生态系统到很少变化（为单种栽 培）的农业生态统。显然，这是最重要的威胁，经常与地区规模的土地利用的改变有关，此改变使自然植被的面积大量减少。这种面积的减少－常使物种生境变得支离破碎－不可避免地意味着物种种群的减少，结果是丧失遗传多样性、开增加物种和种群对疾病、捕猎和偶然种变化等的脆弱性。
（2）过度收捕，对个体的采猎以一个高于被收捕种群的自然生殖能力所能承受的比率进行。当物种受法律保护时，收捕被称为“偷猎“。
（3）化学污染，已与欧洲死亡中的森林、鸟类的畸形以及海豹的早产有牵连，实际上已成为在全世界的一个主要威胁。化学污染是复杂的和普遍性的，它表现为不同的形式：如具有硫和氧化氮以及具有氧化剂的大气污染，通过“酸雨”的沉降而直接危害植被和损害淡水；农业化学品的过度使用，通过硝酸盐和磷酸盐的径流而污染河道，使湿地和浅海的生态失去平衡，还通过持久性杀虫剂的积累而伤害野生生物；工业来源的许多重金属化合物和其它有毒物质的释放，影响了陆地、淡水和近海的生物。
（4）气候变化，关系到改变地区的植被格局这个问题包含的因素有如全球二氧化碳的累积，地区的影响如埃尔尼诺海流和季风系统，以及地方性影响，常包括火灾管理。气候变化，好像正以历史上最快速率进行，可能会对北方森林、珊瑚礁、红树林和湿地产生剧烈的影响，也可能改变世界上生物群落的边界。
（5）引进物种，在许多海洋性岛屿上已实际取代了本地植物种类。甚至保护得很好的海岛，如加拉帕戈斯群岛（Galapagos）所引入的植物种竟和本地原有的一样多。大陆地区也受到影响，植物引进种的问题已被认定为美国国家公园系统面临的最严重的威胁。动物也免不了受此威胁，例如，在非洲裂谷（Rift Valley）若干湖中的一些特有种的比例极高，鱼的引进种已威胁大多数本地种濒临绝灭。蠓蛇和其它引进动物可相当迅速地导致本地动物区系的灭绝，而引进的食草动物，如山羊，甚至驯鹿可消灭本地植物区系。
（6）人口增长，伴随着工业革命、全球贸易、化燃料的利用以及更为有效的公众卫生措施。我们自己这个物种在19世纪初达到10亿人口，到20世纪20年代达到20亿，而今天的总数已超过50亿。乐观主义者预计，发展、教育、提供生育卫生服务以及明智的自我控制将使人口在下世纪后半叶稳定在80亿至100亿左右。一个不带偏见的外局观察者肯定会问，鉴于资源本底随最近的人口增长所发生的退化，这样的人口是否可持续？
威胁等级依国际自然保护同盟（IUCN）之分类如下：
IUCN关于威胁的等级：
灭绝（Ex）：在过去的50年内，未在野外确实找到的物种（正如《濒危动植物物种国际贸易公约》中所应用的标准）。
濒危（E）：处于灭绝危险之中，如果致危因素继续作用将不可生存下去的分类单元（种和亚种）。包括那些数量已减少到危急水平或其生境已刻烈地减少以致处于立即灭绝的危险中的分类单元。还包括那些可能已经灭绝但在过去50年中确实在野外见到过的分类单元。
渐危（V）：那些被相信如果其致危因素继续作用可能在不久的将来进入“濒危”等级的分类单元，包括那些其大部或全部种群由于过度开发、生境的广泛破坏或其它环境侵扰而正在减少的分类单元；那些种群已严重枯竭并且其最终安全尚无保证的分类单元；以及那些种群虽然还丰富但在其整个分布区都遭严重的不利因素威胁的分类单元。
稀有（R）：那些世界种群小，目前尚未“濒危”或“渐危”，但有此种危险的分类单元。在实践中要注意，“濒危”和“渐危”两级可暂时包括那些其种群由于补救性的行动而开始恢复，但其恢复程度不足以证明它们能转入另一个等级的分类单元。这些分类单元通常分布在有限的地理区域或生境内，或稀疏地散布在一个更广阔的分布区内。
未定（I）：那些已知是属于“濒危”、“渐危”、或“稀有”的分类单元，但尚设有足够数据来说明它们符合这三个等级中的哪一级。
对保护生物多样性取得较大进展的六个主要障碍有必要加以阐述：
（1）国家的发展目标低估了生物资源的价值；
（2）开发生物资源给予贸易商和制造者最大的利润（这些人能使环境代价表面 化），而不是给那些几乎没有其它谋生来源的当地人民，他们必须支付过度开发的环境代价；
（3）对人类生存依赖的物种和生态系统仍然了解得很少；
（4）可用的科学没有充分地用于解决管理问题；
（5）大多数组织开展的自然保护活动所关注的面太窄；
（6） 对保护生物多样性委有责任的机构缺少足够的资金能力和组织力量去开展 工作。
四、保护生物多样性的途径
保护生物多样性需要阐明近似的和根本的这两方面的原因，对生物多样性的综合性威胁要求一广阔范围的反应，而越大量私人和公共部门，有调整以针对当地条件的各种混合反应都是必需的。由于政府的政策经常对耗生物资源负有责任，因而认为政策改变经常是迈向自然保的必要的第一步，而且是合乎情理的。直接涉及荒野地或森林管理的国家政策或通过土地所有权、农村发展、计划生育以及对食物、杀虫剂或能源的补助金等间接影响生物多样性的国家政策，对于保护生物多样性可产生重大的影响。国家性和地方性的保护战略经常能提供进行这类检查的途径。
保护物种可通过保护生境而最有效地进行。大多数国家的政府已为对保护生物资源有重要意义的生境的保建立了法律手段。这些包括：国家公园和其它范畴的自然保护区（已有约4500个大面积的保护区，覆盖面积几乎达5亿ha）；保护特定的森林、礁或湿地的地方法律、结合在承诺协议内的条例；对某种类型土地的规划限制；保护神轻树林或其它特殊位点的通常法规。这类管理的责任经常在公共和私人机构中广泛宣传。尽管到完成任务的一天是感人的，如果这些地区将对保护生物多样性作出必要的贡献，则受保护的生境的数量需要增加3倍，这些新的地区的管理方法可能需要比通常在国家公园所用的方法更具有弹性。
此外，保护区成功地实现其保护目标的程度仅仅是这些区域本身被有效管理的程度和保护区周围土地的管理与保护区的目标相一致的程度。这将典型地将保护区纳入更大的地区性计划的组成部分，以保证生物和社会的持续性，以及给予乡村人民适当的利益。
迁地保护项目，即动物园、水族馆、种子库、植物园等等，通过提供长期贮存、分析、试验，以及对受胁和珍稀的植物、动物及其繁殖体的繁殖，而对就地保护作出补充。它们对于那些在其种群数量上极度减少的黟生物种特别重要，可作为就地保护的候补，归化自然引种的材料来源和未来家养栽培物种繁殖项目所需遗传材料的一个主要贮藏库。一些迁地设施，著名的有动物园和植物园，它们对于公众教育提供了重要的机会，并且它们中许多已对分类学和野外研究作出了重要的贡献。
控制生物圈污染的措施也许是最广泛应用的自然保护措施，也是最昂贵的，并已吸引了公众和政府两方面的最大注意力。生物多样性受到不同类型的化学污染的威胁，但最严重的威胁可能是由空气污染和大气CO2的增加所带来的气候变化，而CO2增加是因为毁林和化石燃料的燃烧。在今后40年中，世界平均温度可能上升2℃，平均海平面可能升高30-50㎝，而在保护区域内的物种生态系统将肯定会受到气候变化的影响。期望现有的保护区边界能大大改变是不现实的，因为保护区通常被更密集的人类土地使用所包围，这将需要新型的管理干预以保持各种符合人们愿望的系统。
刚刚讨论的许多人为反应已得到国际立法的支持，国际立法已在保护生多样性方面扶植了有意义的协作。然而，物种和生态系统仍然正遭开发，其速度远超过它们可持续产出的速率。在认识到对生物多样性的威胁逐渐增长的严重性和所需阐明威胁的一些行动日益国际性的情怳下，联合国已于1992年6月在巴西里约签署『保护生物多样性公约』，这项努力已获得各国政府的广泛支持。
人民形成了可持续利用生物资源的基础。地方团体需要更多参与到生物资源的管理，并从它们的可持续利用中得到好处。因为世界上许多地区的各土著居民都将自然资源，尤其是是野生动物资源，视为对他们的文化连续性和经济繁荣是至关重要的，在所有保护规划中，自然资源应当得到特别的关心。当地人民应当与主管生物资源管理和主管保护区建立与管理的当局密切联系。然而，在自然保护方面地方利益与国家利益之间的紧张关系需要极大的灵活性和区别对待的解决办法。
五、伦理学、经济学和生物多样性
在探讨保护生物资源的经济学之前，值得指出世界上各政府已许诺了一个重要的、但几乎未被注意的义务，即对自然的伦理义务。《世界自然宪章》是一个由联合国大会于1982年10月28日“通过并庄严宣告”的文件（附件一），表达了各国政府对保护生物多样性原则的完全支持。它认识到人类是自然的一个部分，生命的每种形式是独特的、不管它对人类的价值如何，值得受到尊重。并且，来自自然的持久利益取决于必须的生态过程和生命支持系统的维持，也取决于生命形式的多样性。它要求制保护自然、科学研究、物种和生态系统的监测和保护行动的国际协作等方面的战略。但是，《世界自然宪章》几乎已被政府和自然保护主义者忘记了，需要在今后给予进一步的宣传。
在起草《世界自然宪章》和《世界自然保护大纲》（IUCN，1980）的原则时，IUCN的伦理与保护工作组已为自然保护建立了一个伦理的基础。它概述了保护生物多样性的伦理基础必须与生态学原理相一致，并且认为促进可长久持续的活动是重要的。人们需要认识到，物种和生态系统存在的理由可能比简单地满足当代消费者的经济愿望要更加难以捉摸和不可思议。当一个基因库因当代人为最大限度地满足个人利益而被驱向绝灭时，所有的子孙后代都将为之付出代价。
保护生物多样性的伦理学基础：
（1）世界是一个相互依存的整体，由自然和人类社会所组成。任何一方的健康存在和兴旺都依赖于其它方面的健康存在兴旺。
（2）人类是自然的一部分，人类与所有在这个星球上戈物种一样是同样的永恒生态规律的对象。所有生命都依赖于自然系统的不间断的运转，这保证了能量和营养物质的供应，因此，为维护世界社会的生存、安全、公平和尊严，所有的人都必须担负起生态责任。人类的文化必须建筑在对自然的极度尊重上，具有与自然相一致的观念，并认识到人类事务必须在与自然的和谐平衡中进行。
（3）我们必须在生物学限度内工作，但这种限度不是对人类努力的限度，而是对如何使人类事务能维持环境稳定性和多样性提供方向和指导。
（4）所有物种具有固有的生存权利。支持生物圈完整性和支持生物圈内多样化物种、景观和生境的生态过程要得到维持。同样，人类文化在全范围内对当地环境的适应木获得繁荣。
（5）持续性是所有社会和经济发展的基本原则。个人和社会的价值应选用于增加植物区系、动物区系和人类经历的丰富程度。这种道德基础将能使自然的许多利用价值 － 在食物、健康、科学、技术、工业和娱乐方面的价值－ 被公平地分配并保存给子孙后代。
（6）后代的幸福是我们当代人的一份社会责任。因此当代人应当限制其不可更新资源的消费，要把这种消费水平维持在仅仅满足社会的基本要，并对可新源进行抚育，确保持续的生产力。
（7）所有的人必须授权为他们自己的生活和地球上的生命行使责任。因此，他们必须有完全的受教育的机会、政治权利和可维持的生活。
（8）以伦理和文化的观点看自然和人类生命，不管在某一社会中占主导的政治、经济或宗教意识形态是怎样的，多样性可从促进尊重和增强生命多样性的关系而得到鼓励。
附件一 世界自然宪章 1982.10.28
联合国大会
重申联合国的主要宗旨是维持世界和平与安全，发展国家之间的友好关系、并在解决经济、社会、文化、技术以及知识或人道主义事务等国际问题上寻求国际合作。
应深知：
a) 人类属于自然的一部分，生命依赖于自然系统功能的持续发挥，从而确保能量和营养的供给。
b) 文明根源于自然，它塑造了人类的文化，并影响了所有的艺术和科学的成就；与自然协调一致的人类生活将赋于人类在开发创造力和休息、娱乐方面的最佳机遇。
应信服：
a) 生命的每种形式都是独特的，不管它对人类的价值如何，都应当受到尊重；为使其它生物得到这种尊重，人类的行为必须受到道德准则的支配。
b) 人类可变更自然，并通过其行为或行为的结果而耗竭自然资源，因此，必须充分认识到维护自然的稳定性与提高自然质量紧迫感和保护自然资源的迫切性。
要相信：
a) 来自自然的持续利益取决于对重要的生活过程和生命支持系统的维持，并依赖于生命形式的多样性，而它们常常由于人类的过度开发和生境破坏而受到危害。
b) 由于自然资源的过度消耗和利用不常，以及人民之间和国家之间尚未能建立一种适常的经济秩序，因而使自然系统退化，进而会导致经济、社会和文明的政治体制走向崩溃。
c) 对珍贵资源的竞争会产生冲突，而 护自然和自然资源却能对正义和维护和平作出贡献。
再重申，人类必须获得知识，以维持和增强其在自然资源利用方式上的能力，这种方式须确保为当代和后代的利益而保存物种及其生态系统。
十分确信地需要在国家和国际的水平上、个人和集体的水平上以及私人和公共的水平上采取适当的措施，保护自然，并促进在此领域的国际合作。
为了这些目的，制定这份“世界自然宪章”，它公开宣布以下各项自然保护原则，要求所有人类进的能影响自然的行为都要受到它的指导和裁决。
一、基本原则
1.要尊重自然，不损害必要的自然过程。
2.不能危及地球上的遗传活力；所有形式的生命，不管是野生的还是驯化的，其种群水平必须足以维持其生存。为此目的，要保护必要的生境。
3.对地球上的任何区域，包括陆地和海洋，都要遵从这些保护原则，特别要保护那些独特的区域，保各种生态系统类型的代表性样地，并保护珍稀濒危物种的生境。
4.生态系统和生物，以及土地、海洋和人类利用的大气资源，都要得到认真管理，以获取和维持最大的持续生产力，但大能以这种方式对那些与之共存的其它生态系统或物种的完整性构成危险。
5.要保证不因战争或其它敌对行为而引起自然的退化。
二、责 任
6.在决策旳过程中，应意认到人类的需求仅能通过确保自然系统功能的适当发挥，并通过尊重本宪章阐明的原则而得到满足。
7.在规划和屐行社会和经济发展活动时，应允分考虑到保护自然是这些活动整体中的一部分。
8.在制定经济发展、人口增长和生活水平改善的长期计划中，应考虑到自然系统在确保人口生活和居住方面的长久能力，并意识到这种能力可以通过应用科学和技术而得到加强。
9.要规划地球上各个区域的不同用途，同时充分考虑到自然的限制、生物的生产力与多样性，以及有关区域的自然美景。
10.自然资源不能遭受浪费，应遵照本宪章所提出的原则而适当地加以利用，并使之符合以下几项规则：
a) 生物资源的利用程度不能超过自然更新速率；
b) 应通过适当措施维持或增加土壤生产力，以保护其长久肥力和有机分的过程， 并防止侵蚀和各种形式的退化；
c) 各种在利用过程中并不耗尽的资源，包括水资源，应当得到再资利用或循环利用。
d) 对利用中可耗尽的非再生资源应当限制开发，并充分考虑其丰高程度、合理转化其消费形式的可能性，以及开发活动与自然系统功能的和谐协调性。
11.控制对自然可能产生影响的各种活动，应用能最大地降低对自然的重大威胁或其它不利影响的最有效技术。特别是：
a) 避免那些可能会对自然产生不可逆转性危害的活动；
b) 对可能将对自然产生重大威胁的活动应事先进行详尽无遗的论证，这些活动的提议者要证实其预期效益将远超过对自然的潜在危害，而在对潜在不利影响没有充分了解的情况下，这些活动不应当进行；
c) 对可能侵扰自然的活动应事先经过影响评价，开发项目的环境影响研究要尽进行，如果这些工户已着手进行，则按其要求对这类活动进行规划和执行，以便将潜在的不利影响降到最低程度；
d) 农业、牧业、林业和渔业的生产活动要与自然的特征特性相适应，并限制在一些特定的区域；
e) 对由于人类活动造成自然退化的地区，应根据其自然潜力加以恢复，以巾足当地受影响人民的生活；
12.要避免向自然系统排放各种污染物。
a) 如果不可避免，应利用最适用的可行措施在污染源处加以处理；
b) 要特别注意防止放射性和毒废弃物的排放。
13.打算采用以防止、控制和限制自然灾害、侵扰和疾病的措施应特别用于杜绝这些隐患的来源，并避免对自然产生副效应。
三、履 行
14.本宪章提出的原则应反映在各国和国际的法律和实际事务中。
15.应利用所有可能的手段广泛宣传有关自然的知识，特别是通过将生心态学教育作为普通教育整体计划中部分的方法来进行。
16.所有的计划与规划在其重要的内容中应当包括：制定自然保护的战略；开列生态系统的清单和评价提议政策及活动对自然的影响。所有这些内容应通过适当的途径及时公布于众，以获得有效的咨诣和公众的参与。
17.应当提供必要的资金、项目和行政管理机构，以实现自然保护的目标。
18.通过科学研究，坚持不懈地努力丰富自然的知识，并积极传播这类知识而不被任何类型的限制所阻遏。
19.应密切监测自然过程、生态系统和物种的状态，并能尽早发觉其退化或受威胁动态，以保证及时干预和促进对自然保护政策和措施的评价。
20.应避免破坏自然的军事活动。
21.国家和其它公共机构、国际组织、个人、团体与法人，在他们可能的范围内应：
a) 通过共同的事务和其它有关的活动加强对自然保护工作的合作，包括信息交流和协商；
b) 对可能给自灰造成不良影响的产品和生产过程应制定统一标准和用于评价其影响的一致方法；
c) 履行有关自然保护和环境保护方面适用的国际法律条款；
d) 确保在他们管辖区或控制区内的活动不会对其它国家范围内或国家管辖权以外区域的自然系统造成危害；
e) 维护和保存国家管辖区域的自然系统。
22.充分考虑国家对其自然资源拥有的主权，每个国家可通过其权力机构及通过其它国家的协作而对本宪章的条款施加影响。
23.所有的人可根据其国家的法规，有权以个人或团体的身份参与直接有关他们环境的决策，并且当他们所处环境遭受破坏退化时有有权要求采取补偿措施。
24.每一个人都有责任根据本宪章的条款要求而采取行动，既可个人行动，也可与其它人一起或参政治进程的方式付诸行动。每个人都努力确保本宪章的目标和要求得到实现。
表2 拥有各类选列生物物种数最多的国家及其拥有量
(1)哺乳动物
(2)鸟类
(3)两栖动物
国 家
物种数
国 家
物种数
国 家
物种数
印度尼西亚
515
哥伦比亚
1721
巴 西
516
墨西哥
449
秘 鲁
1701
哥伦比亚
407
巴 西
428
巴 西
1622
厄瓜多尔
358
萨 伊
409
印度尼西亚
1519
墨西哥
282
中 国
394
厄瓜多尔
1447
印度尼西亚
270
秘 鲁
361
委内瑞拉
1275
中 国
265
哥伦比亚
359
玻利维亚
±1250
秘 鲁
251
印 度
350
印 度
1200
萨 伊
216
鸟干达
311
马来西亚
±1200
美 国
205
坦桑尼亚
310
中 国
1195
委内瑞拉与澳大利亚
197
(4)爬行动物
(5)燕尾蝴蝶¬
(6)被子植物
国 家
物种数
国 家
物种数
国 家
物种数
墨西哥
717
印度尼西亚
121
巴 西
55000
澳大利亚
686
中 国
99 - 104
哥伦比亚
45000
印度尼西亚
±600
印 度
77
中 国
27000
巴 西
467
巴 西
74
墨西哥
25000
印 度
453
缅 甸
68
澳大利亚
23000
哥伦比亚
383
厄瓜多尔
64
南 非
21000
厄瓜多尔
345
哥伦比亚
59
印度尼西亚
20000
秘 鲁
297
秘 鲁
58 - 59
委内内拉
20000
马来西亚
294
马来西亚
54 - 56
秘 鲁
20000
泰国和巴布亚新几内亚
282
墨西哥
52
苏 联
20000
资料来源：¬ 燕尾蝴蝶数据引自Collins和Morris,1985。 被子植物数据引自Davis等,1986,等估计数。
其它几类数据引自国际自然保护组织的多份数据。
巴西的生物多样性
巴西的国土面积为8511965㎞2（Times,1988），人口约为一亿五千万。总体上说巴西是世界上物种多样性最丰富的国家，而它拥有的很多生物类群的多样性都居世界第一位，其中如归灵长类动物有55种，占世界总数的24％，两栖类动物有516种，陆生脊椎动物有3010种，濒危和渐危脊椎动物310种，有花植动55000种，占世界总数的22％，淡水鱼类3000种以上（比世界上淡水鱼类种数占第二位的国家多三倍），昆虫约1000万到1500万种，至今还有一大部分昆虫尚未被科学家描述过。至其它生物类群方面，巴西即使不是最丰富的国家，但也都在世界前列。如爬行动物有467种，占第四位；鸟类有1622种，占第三位；棕榈类387种，占第三位；哺乳类动物428种，占第四位。
此外，巴西拥有迄今为止世界上最密闭的热带森林，面樍达357万平方公里，几乎占全球热带森林总面积的30％，比占第二位的印度尼西亚多3倍。事实上，巴西所有的热带雨林面积比中、南美洲所有其它国家的热带雨林总和还要多，比亚洲的总和多，也比非洲的总和多，如果把所有类型的森林算在一起比较，则巴西的森林覆盖面仅次于苏联，居世界第二位。
亚马逊森林的最大部分（62％）位于巴西境内，占了巴西全境的42％，世界上没有哪个国家的国土有如此广阔的热带森林。巴西的热带森林至今仍有80％未受到破坏，但过去十年中，在该国的某些地区，如朗多尼亚和南巴拉地区，森林破坏情况十分严重，而且没有好转的趋势。根据巴西有关专家对卫星图象的分析估计，仅1987年一年就约有800万ha原始森林遭到破坏。
巴西东部的沿大西洋森林带是从巴西东北部的北里约格朗德州和塞阿腊州开始，以一狭长的林带向南延伸至巴西最南端的南里约格朗德州。该森林带的面积曾经达到1亿到1.2亿公顷，约占全国面积的12％。但由于这一带在巴西历史上是最早被殖民化的地区，现在已成为国内的主要农业区和工业中心。由于大量的砍伐，其原始森林面积已减少到只有原来面积的1－5％了。
位于马托格罗索州和南马托格罗索州的潘塔纳尔地区是南美大陆中部的一大片低洼沼泽地。在这个地区聚居着一些全南美洲最壮观和最聚集可见的野生生物。虽说这个地区至今仍在很大程度维持着原状，但也越来越受到各种污染，矿山开发，滥捕鱼类，偷猎，设计失误的开发工作，以及因上游森林砍伐而造成的下游淤积等因素的威胁。
第五章 自然保育
第一节 自然保育的基本概念
自然保育包括对自然环境和自然资源的保育。「保育」一词按「世界自然保育方略」一书中所揭橥的定义为「对人类使用生物圈应加以经营管理，使其能对现今人口产生最大且持续的利益，同时保持其潜能，以满足后世人们的需要与期望」。因此，保育包括对自然环境的保存、维护、利用、复原及改良。
一、自然环境
广义的自然环境，可泛指人类社会以外的自然界。但比较确切的涵义，通常是指非人类创造的物质所构成的地理空间。阳光、空气、水、土壤、野生动植物都属于自然物质，这些自然产物与一定的地理条件结合，即形成具有一定特性的自然环境。它有别于人类通过生产活动所建造的人为环境，如城市、工矿区、农村社会等环境。
人类劳动的结果使得自己在发展过程中越来越摆脱对自然环境的直接依赖，扩大了对自然界的影响，但不管人类对自然环境的影响、改变有多大，还始终不能摆脱自然环境的约束。有关自然环境已于第一章中详述。
二、自然资源
在自然环境中对人类有用的一切物质、能量和景观都称为自然资源，如土壤、水、草地、森林、野生动植物、矿物、阳光、空气、瀑布、火山、古木等等。
对于人类来说，随着取得和使用资源技术的进步和经济的发展，无用的物质可以变成有用的资源。例如远古时代人类不知道煤有用，后来知道煤可用来做燃料，今天煤不仅用来做燃料，还可从中提取多种化工原料。又如，在人类历史上，结构材料曾经历过多次变化。起初青铜代替石头，铁代替青铜，后来钢又代替铁，现在铝和强化的塑料正在取代钢做某些结构材料；在能源上也有类似的情况，煤代替木柴，石油和天然气又代替了煤，现在核能、太阳能、风能、潮汐能和沼气等形式的生物能开始被利用，并有可能成为新一代能源。
资源利用也与经济能力有密切关系。由于经济条件的限制，有许多资源还难以利用。例如在缺少淡水的某些沿海地区，由于目前咸水淡化技术的成本很高，非当地居民的经济能力所能负担，丰富的海水还不能成为人们生活和生产用水的来源。
因此，可以区分出资源的两种涵义：一种是在现代生产力发展水平下，为了满足人类的生活和生产需要而被利用的自然物质和能量，这称之为“资源”；另一种是由于经济技术条件的限制，虽然知道它的用途但还无力加以利用，或者虽然现在没有发现其用途，但随着科学技术发展，将来有可能被利用的自然物质和能量，称之为“潜在资源”。
自然资源还可以按它们的用途划分为生产资源、风景资源、科研资源等等；也可以按它们的属性划分为土地资源、水资源、气候资源、生物资源、矿产资源等等。
按照资源形成的特征和其贮量能被人类利用时间的长短，自然资源可分为有限资源和无限资源两大类：
1.有限资源
有限资源可分为可更新和不可更新两大类。
（1）可更新资源
这种资源在理论上讲是可以持续利用的，即用过一次之后，可以更新再被利用。水、土壤、动物、植物（包括森林、草场）、微生物等等就属于这类。它们或者能够再生，如动植物等；或者通过自然或人工循环过程而被补充或更新，如水、土壤等。地球表面土被的面积是很有限的，说土壤是可更新资源，主要是指土壤肥力可以通过人工措施和自然过程而不断更新。
可更新资源的恢复是以不同的速度进行的，有些较快，有些较慢。例如，自然形成1厘米厚的土壤腐殖质层需要300 - 600年；砍伐森林的恢复一般需要数十年至百余年，野生动物种群的恢复在破坏不太严重的情况下也要几年至几十年。因而，可更新资源的消耗速度必须符合它们恢复的速度。当前存在的问题是，人类利用可更新资源的速度一般比它们更新速度要快，以致造成资源的枯竭。
（2）不可更新资源
是指储量有限，能被用尽的资源。它们的形成极其缓慢，有的需要数千年，有的需要数百万年，以至上亿年。矿物是不可更新资源，例如，大多数岩石、泥炭、煤、石油、各种金属矿、非金属矿等。对于人类来说，可以把它们看成是数量固定的，它们一旦被用尽，就没有办法来补充。当前，某些材料虽然可以通过化孚方法进行合成，但是无论数量和质量都还不能完全替代天然资源。因此对这种不可更新资源必须合理地综合利用，在使用过程中尽可能减少耗损和浪费。
2.无限资源
无限资源是指用之不竭的资源。太阳能、潮汐能、风能、海水等就属于这一类。虽然目前没有将它们列入重点保护的范围，但是人类的某些活动可以直接或间接地影响它们。例如，到达地球表面的太阳能的数量和质量，取决于大气状况和它的污染程度。
除了目前正在利用的自然资源以外，从长远看，对潜在资源要特别加以注意。把那些尚未了解其用途的资源，特别是动植物资源，当作无用之物，有意无意地糟蹋掉，将会造成不可弥补的损失。例如，在植物的野生品系发现的遗传性变异可以用做杂交的材料，以培育出新的高产抗病和抗逆作物品系，这是农业进步发展的重要条件；许多野生动植物的潜在药用、工业和科研价值，可能业人类的生存和发展有十分重大的意义。
三、自然保育的目标
即保护人类生活其中的自然环境，使之免遭破坏。自然保育的目的是为了给当代和后代人建立最舒适的生活、工作和生产条件，以保障经济的持续发展和社会的繁荣进步。自然保育是通过对自然资源和环境采取一系列的合理管理措施来实现。
保护自然是当代人类应该采取的对待自然界的态度。但是必须指出，保育并不意味着保持自然的原始状态，不许人们去触动它。自然保育是发展生产力的基础，是最有效的、最充分的利用自然资源，并使可更新资源达到永续利用。
除了进行严格保护的少数地区和对象以外，一般是在合理利用改造过程中进行保育，不仅使它的自然机制能正常地起作用，而且达到持续发展的目的，因而保护的概念已不是单纯的、消极的保护，而是综合的、积极的保护行动，它不致因为人们的利用改造而遭到瓦解，造成生态平衡的失调，并力求达到永续利用的目的。
自然保护有以下几个主要目标：
（1）保护人类赖以生存和发展的生态过程和生命支持系统，使其免遭破坏和污染
如维护土壤之再生与保护，各种生态体系内养分之循环使用，以及水之正常循环与净化，此为人类生存与发展的必要条件。
农业生态系的生产力，不仅需依赖土壤品质来维护，同时亦有赖于虫与其它动物栖息地的保护，诸如传播花粉的动物，以及害虫之不敌与寄生动物。然而大量使用杀虫剂已伤害其它非防治目标的物种。森林除供应木材与其它产品外，也维持当地及区域性气候的正常运作，并确保河川的清水常流提供人类所需的水源，维护生态系的正常运作，对粮食生产、人类健康及生物资源的永续开发，均甚重要。全世界优良的农耕地均已被开发利用，很不幸，许多良田又因兴建建筑物而永远无法再供农业使用。此外，若土地侵蚀仍以目前的速度继续下去，则全世界近三分之一的可耕地将在今后二十年间遭受破坏。森林对人类有重大贡献，然而世界各地森林集水区正处于遭受摧毁的命运。
（2）保障生物资源与生态系之永续利用
人类生存所需的鱼类、野生动物、森林及畜牧用地之减少或灭绝，均意味着人类生存、幸福遭受严重之威胁。确保生态系统或物种的利用，对人类长远，非常重要。永续利用可比喻为花费利息而保留本金，若本金消耗完了，利息亦随之消失。不幸的是，人类对大多数的水生动物、陆上野生植物与动物、森林及牧地的利用都不具永续性。因此如何确保资源的永续利用性，为当今保育重要目标。利用资源的方式是现代应用生态学最重要研究主题之一。
在人类的生产史中，过度使用生物资源以致于使资源面临灭绝或密度过低而不能利用的实例不胜枚举。过去人们认为资源是「取之不尽、用之不竭」的想法已使人类严重的自食恶果。
对于生物资源不加利用或不充分利用，并不一定能使资源量增加，而使用过度又会使资源枯竭，因之要知道何以有科学依据的资源管理方式，使生物产量到最大，又不危害持久利用，即所谓最持续产量的原理。例如，经营鱼类，不会在幼鱼期将牠捕掉，也不会等待鱼成长到极限（部份鱼均已自然死亡），而只能获取少量的大鱼，那么在此二种极端之间找寻一个最适当的时期，以得到大的渔获效益便要利用族群生态学的原理来探讨。唯有如此，我们才能保障物种的永续利用。
（3）保存生物种遗传因子的多样性
人类赖以生存的各项农作物、家畜与微生物、科学与医学方面之进步、以及生物资源之稳定，均有赖于生物资源的多样性。
保存遗传因子之多样性，乃为永续性改进农、林、渔、牧、业生产所必需，并为未来的各项利用需要预留后路，亦可缓冲对环境上有害的改变。有许多生物，今日我们无法预知它对我们的益处，但未来很可能会成为医疗剂等重要产品，因此基于人类长期的利益，应确保所有物种的生存。人工栽培的农作物、树木、家畜、水生动物及微生物，以及他们的野生亲缘种中所含的遗传物质，对于育种非常重要。育种使得产量、营养品质、滋味、耐久特性、对病虫害的抵抗力，及对各种土壤与气候之适应性与其它品质上的改进得以达成，然而这些特性罕有长久性者。举例而言，欧洲及北美的小麦及其它谷类之平均寿命仅有五至十五年。换言之，人类需要有新品种替代传的品种以维持品种改良的各项优点。但是人类若不保存传统品种及其野生亲缘种，品种之改良将无法进行。
世界上的植物与动物只有极少数曾作过医药及其它药物价值的研究，但现代医药对其依赖甚重。有些正在消失中而且显得无关紧要的物种，可能突然变成有用的物种。例如九带犰狳为人以外唯一已知可感染罹患麻疯病的动物，在寻求治疗此种疾病的研究方面，它们提供了无价的帮助。北极熊的毛是极有效的吸热材料，致使人们得到灵感，因而研究并设计、生产制作较佳的御寒衣料及太阳能吸热器。因此保存遗传物质的多样性在保障粮食、纤维及若干药材的供应及促进科学与工业革新方面均属必要。
(4)保留自然历史纪念物（瀑布、火山口、陨石、地层剖面、山洞、古生物化 石以及古树等）。
第二节 自然保护区的基本概念
一、何谓自然保护区
自然保护区之设立是自然保护事业中的一项重要方法和手段，也是自然保护最基本的建设之一，是开展自然保护工作的重要基地。
自然保护区是将具有代表性的自然景观地域，如珍稀动植物天然分布区、重要的天然风景区、水源涵养区、具有特殊意义的自然地质剖面和重要的自然遗迹等，以及其它为了科研、教育、文化娱乐目的而划分出的保护地域的总称。
自然保护区是保护、利用和改造自然及其生态系统和自然资源的战略性基地，是保证生物资源持续开发、保存遗传多样性、物种及生态系统的必须条件。
自然保护区实质上是指一些根据某种意义和价值划出来加以特别保护的自然地域总称，其概念包括的范围很广泛。国外对自然保护区从不同角度理解，概念不完全一致。
自然保护区就是国家把森林、草原、水域、湿地、荒漠等各种生态系统类型及自然历史遗迹等划出一定的面积，设置机构管理建设起来，作为保护自然资源特别是生物资源，开展科学研究工作的重要基地。建立自然保护区是为了拯救某些濒于灭绝的生物物种，监测人为活动对自然界的影响，研究保持人类生存环境的条件和本身的自然演替规律，找出合理利用资源的科学方法。或者说，自然保护区是指在不同的自然地带和大的自然地理区域内，划出一定的范围，将国家的自然资源和自然历史遗产保护起来的场所。
自然保护区顾名思义是指特定，代表不同自然地带，受到保护的自然区域，包括自然环境和生物资源。在这里，自然保护与科学试验、非破坏性的游__活动及保护性的利用相结合。总之，自然保护区既是认识自然的基地，又是改造自然的起点；既是进行专业研究的天然实验室，又是教育群众普及科学知识的大课堂；既是物种的天然基因库，又是活的自然博物馆。
二、自然保护区的保护对象
自然保护区主要保护具有代表性的、自然的、近自然的、半自然的、人工的以及破坏或退化后能够恢复的生态系统，保护濒危、孑遗、珍稀的遗传资源物种；保护山地、河流、水源；保护国家和地方公园及自然景观、历史遗迹等。
1.按保护面划分
根据保护对象的保护面大小可分为三个方面：
（1）全面保护对象（保护生态系统）。对生态系统的保护，是使自然、近自然生态系统的多样性与完整性，得到充分发展；半人工、人工的生态系统能持续稳产和不断增产；对破坏或退化的生态系统使之能迅速恢复。
（2）部分保护对象（保护遗传资源）。主要是保护生物群落中有遗传价值的种群。如作物、果树、经济林木、畜禽等的野生种或近缘野生种。
（3）特别保护对象（保护濒危、孑遗物种等）。作为特别保护对象，主要保护生物群落中面临濒危、渐危、稀有、特有、孑遗物种及其适生繁殖的生境；不同同动植物区系的过渡地带以及独特的生态系统；有重要科价值的地质剖面等。
2.按具体保护目标分
还可以根据保护区的具体保护目的将保护对象分为以下12个方面：
（1） 确保可更新自然资源的连续存在；
（2） 保护自然历史遗产和文化遗产；
（3） 保护水源涵养；
（4） 保护野外休养和娱乐场所；
（5） 维护环境自然净化能力；
（6） 确保自然生态系统的平衡；
（7） 保护物种的多样性和基因库的发展；
（8） 保护学术研究的对象；
（9） 保护宗教信仰的对象；
（10）保护乡土景观；
（11）保护濒危弱者；
（12）保护稀有动植物。
三、自然保护区的名称
保护区以及与其相当的保护自然性质的地域种类很多，名称也很多，国际自然和自然资源保护同盟（IUCN）、联合国环境规划署（UNEP）和联合国教科文组织（UNESCO）(1980)共同收集了国际上常用的保护区名称，以便归类时应用。现将这些名称按各名称前缀英文字母顺序排列于表5.1。
在此，Area、Region的含义均不属于国家政府行政管理区划的单位。Wildlife过去只限于指野生动物，而现在自然保护事业中均理解为野生生物，但是具体到上列表中所指的Wildlife，其实意大都侧重指野生动物。上列表中还不包括Refuge、Preserve等性质的保护区以及Portected Breeding Area（繁殖保护地）等等性质的保护区。
表5.1 国际上常用的保护区名称
英 名
中 名
缩 写
Anthropological Reserve
人类学保护区
A.R.
Biological Reserve
生物保护区
Bi.R.
Biosphere Reserve
生物圈保护区
B.R.
Bird Sanctuary
鸟类保护区（禁猎区）
B.S.
Conservaton Area
保护（地）区
C.A.
Conservation Park
国家公园
C.P.
Federal Biological Reserve
国家（联邦）生物保护区
F.B.R.
Fauna and Flora Reserve
动植物保护区
F.F.R.
Faunal Reserve
动物保护区
F.R.
Forest and Faunal Reserve
森林和动物保护区
Fo.F.R.
Forest Sanctuary
森林保护区（禁伐区）
Fo.S.
Game Reserve
狩猎动物保护区
G.R.
Game Sanctuary
狩猎动物禁猎区
G.S.
Managed Nature Reserve
受控自然保护区
M.N.R.
Managed Resource Area
资源经营管理区，受控资源区
M.R.A.
Multiple Use Management Area
多种经营管理区
N.U.A.
National Faunal Reserve
国家动物保护区
N.F.R.
National Game Reserve
国家狩猎动物保区
N.G.R.
National Nature Reserve
国家自然保护区
N.N.R.
National Park
国家公园
N.P.
Natural Area
自然区
N.A.
Natural Biotic Reserve
自然生物保护区
N.B.R.
Natural Landmark
自然景物保护区
N.L.
Natural Monument
自然纪念保护区
N.M.
Nature Conservaton Reserve
自然（保护）保护区
N.C.R.
Nature Park
自然公园
Na.P.
Nature Reserve
自然保护区
N.R.
Park
公园
P.
Protected Landscape
保护性景观，景观保护区
P.L.
Protected Region
保护地区
P.R.
Provincial Park
省立公园
P.P.
Reserve
保护区
R.
Resource Reserve
自然资源保护区
R.R.
Sclentific Reserve
科研保护区
S.R.
State Park
州立公园
S.P.
Strict Nature Reserve
绝对自然保护区
S.N.R.
Strict Reserve
绝对保护区
St.R.
Wildlife Management Area
野生生物经营区
W.M.A.
Wildlige Reserve
野生生物保护区
W.R.
Wildlife Sanctuary
野生生物保护区（禁猎区）
W.S.
Wildness Area
原野地
W.A.
World Heritage Site
世界（自然历史）遗产保护地
W.H.S
四、自然保护区的重要意义
（1）生态系统的天然“本底”
首先，自然保护区能为人类提供生态系统的天然“本底”，各种生态系统是生物与环境间长期相互作用的产物。现今世界上各种自然生态系统和各种自然地带的自然景观，正在迅速地遭到人类的干扰和破坏。森林无限制地采伐，草原的开垦，荒漠的过度放牧，热带的农业开发以及城市不断扩大和大工程的建设等，使得许多地区生态平衡失调，有些地区的自然面貌已难以办认。为了研究这些地区的自然资源和环境的特点，以便提出合理的利用和保护措施，不得不借助于古代的文献记载、考古材料、自然界残留的某些特征（诸如孑遗的生物种类、土壤剖面、地貌类型等）和古生物学的研究数据，来推测已不复存在的自然界的原始面貌。由此可见，在各种自然地带保留下来的、具有代表性的天然生态系统或原始景观地段，都是极为珍贵的自然界的原始“本底”，它为衡量人类活动结果的优劣，提供了评价的准则，同时也对探讨某些自然地域生态系统的今后合理发展的方向，指出了一条途径，以便人类能够按照需要而定向地控制其演化方向。
（2）物种基因库
自然保护区是各种生态系统以及生物物种的天然贮存库，现今世界上物种的确切数量究竟是多少，直到目前还不十分清楚，尽管生物分类学家们在研究物种方面进行了大量的工作，但由于多种原因，迄今对生物种类还缺乏系统可靠的数据。目前认为世界物种在500万到1000万之间，其中只有150万种是在科学文献中有记载的。人们从这些物中获取生活的原料已经有着悠久的历史。自新石器时代以来，人类的农业育种工作，就一直把注意力集中于少数已被驯化或栽培的动植物种。现在育种家们发现要对现有品种进行改良和提高生产潜力，难度愈来愈，大，因此除了对现有少数的物种进行育种改良外,必须挖掘新的物种来源，从而又开始转向到大自然丰富的宝库中，寻找野生的物种资源。
自然保护区正是为人类保存了这些物种及其赖以生存的生态环境，现在许多重要的动植物资源及完整的生态系统相继被发现，就是在自然保护区中调查研究出来的。特别是目前世界上许多物种，由于环境的变化或人为的干扰，过去曾经一度繁茂分布，现在处于濒临灭绝的状态。自然保区的建立和合理的管理，将有助于这些生物的保护及其繁衍。从这个意义上说，自然保护区无疑是物种资源及生态系统的天然贮存库。
（3）科学研究的天然实验室
自然保护区里保存有完整的生态系统。丰富的物种、生物群落及其赖以生存的环境。这就为进行各种有关生态学的研究，提供了良好的基地，成为设立在大自然中的天然实验室。自然保护区是开发自然保护科学研究的重要基地，可用于对自然生产潜力、自然生态平衡、最优生态结构的研究；生物环境间的制约规律，生物内部各品种间的消长与调控，以及环境因子改变后预测可能带来的后果、自然演替方式、速度、程度和后果，引种可能性及分布范围的研究；人类活动的干扰与生物群落的自然恢复能力，可逆变化的环境阈值等研究，以及进行仿生学研究，环境本底监测研究等等。
由于自然保护区的长期性和天然性的特点，对于进行一些连续的、系统的观测和研究，准确地掌握天然生态系统中物种数量的变化、分布及其活动规律，对自然环境长期演变的监测以及珍稀物种的繁殖及驯化等方面的研究，提供了特别有利的条件。
（4）进行宣传教育的博物馆
自然保护区是向群众进行有关自然和自然保护宣传教育宣传教育活动的自然博物馆和自然耕耘。除少数为进行科研而设置的绝对保护地域外，一般保护区都可以接纳一定数量的青少年、学生和旅游者到保护区进行参观游览。通过在保护区内精心设计的导游路线和视听工具，利用自然保护区这一天然的大课堂，增加生物、地学的知识。自然保护区内通常都设有小型的展览馆，通过模型、图片、录音、录象等设施，宣传有关自然和自然保护的知识。因此我们把自然保护区又称为活的自然博物馆。
（5）旅游价值
某些自然保护区可为旅游提供一定的场地。由于自然保护区保存了完好的生态系统、珍贵而稀有的动植物或地质剖面，对旅游者有很大的吸引力，特别是有些以保护天然风景为主要目的的自然保护区，更是旅游者向往之地。在不破坏自然保护区和严格管理的条件下，可划出一定的地域，有限制地开展旅游事业。随着人民物质生活的改善，自然保护区在这方面的潜在价值，将日益明显地表现出来。
（6）维持生态平衡
自然保护区由于保护了天然植被及其组成的生态系统，在改善环境、保持水土、涵养水源、维持生态平衡方面具有重要的作用。特别是在河流上游、公路两侧及陡坡上划出的水源涵养林，它是自然保护区的一种特殊类型，能直接起到环境保护的作用。当然，要维持大自然的生态平衡，仅靠少数几个自然保护区是远远不够的，但它却是自然保护综合措施网络中的一个重要环节。
第六章 人口与粮食
壹、人口的增长与控制
在人类影响环境的诸因素中，人口是最主要、最根本的因素。人口问题是一个复杂的社会问题，也是人类生态学的一个基本问题。因此，本章除了介绍人类人口的增长情况外，还将着重讨论人口增长的内在关系以及人口增长对生态平衡的影响。
一、人类人口的增长
1.世界人口的增长情况
在1万多年前的冰期，人类处在旧石器时期，以捕猎和采集为生，没有稳定的食物来源，全世界人口不过500万左右。到了1万年以来的冰后期，人类进入新石器时代，逐步从农耕和畜牧为主，有了比较稳定的食物来源，人口发展速度加快。在旧石器时代，人口增加1倍需要3万年；到新石器时代，人口增加1倍需要的时间大为缩短。到了应用金属工具的公元初人口增加1倍则只需要1000年。人类社会进入工业革命以后，应用煤和石油等能源和机器进行生产，生产力大幅度提高，人口增长速度也随之加快。到19世纪中期，人口增加1倍的时间缩短为150年。到1830年世界人口达到10亿。仅仅过去100年，到1930年世界人口达到20亿。仅仅过去30年，到1960年世界人口达到30亿。仅经过15年，到1975年世界人口达到40亿。仅仅经过12年，到1987年世界人口达到50亿。预计到2000年，世界人口将达到63亿，表1可帮助了解人口增长情况。
由表中数值可见，在最近一千年中，前半段时间内人口增长缓慢，平均年增长率在0.1％以下，总人口增加不到两倍。但在最近300余年时间里，平均年增长率迅速提高，人口数字大幅度增长。在1800年前后，人口接近10亿；但是仅用了130年的时间，到1930年前后，人口增加一倍，达到20亿。到1960年前后加上第三个10亿，1975年世界人口为40亿，1987年7月11日，世界人口突破50亿。与此同时，从本世纪后半叶初期到1970年止，人口增长率迅速提高，1970年年增长率达到1.97％，是整个历史时期最高值。同时倍增期（人口增长一倍所需要时间）越来越短，由150年缩短到35年，约相当于原来的1/4。
世界各地的人口增长率又有很大差别，如图2所示。50年代初，已开发地区人口年均增长率为1.2％，开发中地区为2.1％，自此以后，已开发地区人口年均增长率持续下降，在1980～1985年间降为0.6％，1985～1990年期间基本不变，仍是0.6％；而开发中地区人口年均增长率则逐年增加，到1965～1970年期间升至2.5％，这以后逐步有所下降；1980～1985年期间为2.0％，1985～1990年期间为1.9％。预计到2025年，已开发地区人口年均增长率将下降到0.3％，开发中地区下降到1.0％。
表2为1990年世界人口增长情况，由表中可以看出，1990年世界人口增长率为1.58％，意味着每年增加8288万人，或者说每天增加22.7万人，或每秒增加2.6人。而开发中国家的人口增长率更大，为已开发国家的两倍以上。表3列出了已开发国家与开发中国家人口增长情况的比较。
表1 世界人口增长的历史特征
年 份
相隔时间
（年）
总人口
（亿）
年均增长率
（％）
倍增期
（年）
1000
--
2.8
--
--
1650
650
5.0
0.10
700.0
1800
150
10.0
0.47
150.0
1920
120
20.0
0.58
120.0
1965
45
33.3
1.50
46.0
1970
5
36.9
1.97
35.2
1975
5
40.8
1.75
40.0
1980
5
44.5
1.67
41.5
1985
5
48.4
1.63
42.5
1990
5
52.5
1.58
43.8
1995
5
56.8
1.51
45.9
2000
5
61.2
1.38
50.6
2025
25
82.1
表2 1990年世界人口增长情况
总人口
（亿）
与总人口百分比
（％）
年增长率
（％）
倍增期
（年）
2000年人口
（亿）
世界
52.46
100.0
1.58
44
61.22
东亚
13.24
25.2
1.11
63
14.75
南亚
17.34
33.1
1.88
37
20.74
欧洲
4.99
9.5
0.28
248
5.12
非洲
6.45
12.3
3.02
23
8.72
拉丁美洲
4.51
8.6
2.00
35
5.46
北美洲
2.75
5.2
0.81
86
2.97
大洋洲
0.26
0.5
1.33
52
0.30
原苏联
2.92
5.6
0.79
88
3.15
由于上述原因，世界人口便相对集中于开发中国家。1992年世界的十个人口大国依次是：(1)中国11.88亿；(2)印度8.8亿；(3)美国2.55亿；(4)印度尼西亚1.91亿；(5)巴西1.54亿；(6)俄罗斯1.49亿；(7)巴基斯坦1.25亿；(8)日本1.24亿；(9)孟加拉国国1.19亿；(10)尼日利亚1.16亿。这些国家的人口都1亿以上。其中开发中国家占了8个。
2.台湾人口的增长情况
台湾地区人口在光复初期，民国三十五年底仅 609万人，民国三十八年，中央政府迁台，大量大陆人口迁入，四十八年人口突破一千万。后因经济社会发展，国民生活水准提高，加上医疗设备普及与死亡率咸低等因素，七十八年七月底已突破二千万人口，八十四年底人口登记数 2130万人，每一平方公里之人口密度为 592人，高居世界一千万人口以上国家之第二位，且人口分布大半集中于都会区，使得都市人口密度每平方公里达千余人，其中以台北市每平方公里有9,920人为最多，足以显示出台湾地区目前人口之拥挤与集中，台湾地区人口增加概况见表4。
四十年来台湾地区人口成长呈逐年下降趋势，由40年代平均年增率40％，降为 50年代 30％， 60年代 20％，70年代末期10％?，84年更降至8.4％?。84年底人口数 2,130万人为50年之 1.9倍；性比例 106.0，为60年以来最低水准；出生婴儿性比例108.3，略为改善，惟仍偏离均衡性别结构；人口密度每平方公里 592人，在千万人口以上国家，仅次于孟加拉国 828人；平均每户 3.7人，亦为历年最低。由于出生率下降及平均寿命延长，人口结构明显转变，幼年(15 岁以下)人口占总人口比率，由50年45.8％降至84年23.8％；而老年(65岁以上)人口则自2.5％逐年增至 7.6％。同期间人口老化指数，呈逐年攀升趋势，至84年为32.1％；青壮年之扶养负担则逐年减轻，84年每 100位青壮年须扶养46位幼年或老年人口，较50年之94位已减轻一半。
由于国人对婚姻价值观念改变，离婚情形长期以来呈现增加趋势，84年每千人1.6对离婚，较50、60年之 0.4对显著增加，平均每日约有91对离婚。
表4.台湾地区人口概况
项 目
40年
50年
60年
70年
80年
84年
人口（万人）
787
1115
1499
1814
2056
2130
人口年增率（％）
4.168
3.31
2.17
1.86
1.00
0.84
性比例（女子=100）
104.26
105.2
111.2
108.8
106.8
106.0
出生婴儿性比例（女子=100）
106.5
106.2
106.9
110.3
108.3
人口密度（人/平方公里）
218.8
310
417
504
571
592
平均户量（人/户）
-
5.6
5.6
4.7
3.9
3.7
人龄分配（％）
0～14岁
42.1
45.8
38.7
31.6
26.3
23.8
15～64岁
55.4
51.7
58.3
64.0
67.2
68.6
64岁以上
2.5
2.5
3.0
4.4
6.5
7.6
扶养比（％）
81
94
73
56
49
46
人口老化指数（％）
5.9
5.4
7.8
13.9
24.8
32.1
结婚率（对/千人）
-
7.6
7.2
9.3
8.0
7.5
离婚率（对/千人）
-
0.4
0.4
0.8
1.4
1.6
二、未来一百年的世界人口
1. 100年内世界人口的预测
据目前估计，到2000年世界人口将增至62亿人。世界各地区人口出生率将先后降到简单的更替水平。其先后时间见表5。
表5 世界各地区人口达到更替水平的时间
北美
2000～2005年
澳大利亚和大洋洲
2020～2025年
欧洲
2005～2010年
拉丁美洲
2035～2040年
东亚
2010～2015年
南亚
2060～2065年
原苏联
2015～2020年
非洲
2070～2075年
到2070～2075年，当非洲人口达到简单更替水平后，世界人口数量仍将缓慢增长，直到22世纪初，世界人口才达到稳定值。联合国和世界银行都对此稳定值进行了预测，到2100年，预测人口低值为72亿，高值为149亿，世界各主要地区的人口将有巨大变化。非洲人口将继续急剧增长，成为世界第二个人口最多的地区。南亚1990年人口为17.34亿，2100年将为此数字的一倍。东亚到2030年前后人口将持平。拉丁美洲的人口预计将继续增长，但速度将下降。欧洲、北美和原苏联地区将为人口的低增长模式。
2.世界人口增长特点
目前世界上人口不但增长快，而且具有新的特点：
（1）已开发国家人口出生率下降
近几十年来世界人口猛增，主要发生在开发中国家，而已开发国家早在60年代就已出现人口增长率下降的趋势。在1980～1985年期间，西欧人口增长率基本保持不变，为0.1％；澳大利亚和纽西兰人口增长率下降最快，由1950～1955年间的2.3％下降为1.3％；北美近几年来人口增长率持续下降，1950～1955年人口年增长率为1.8％，1980～1985年为0.9％，估计到2025年可下降到0.5％。未开发地区人口增长最快的是非洲，50年代初其年均增长率为2.1％，1985年前后，年均增长率上升到2.9％，而到了1990年，年均增长率已升至3.02％。又如印度，目前人口8.5亿，但若仍保持2％的年增长率，到2035年则其人口将比中国多3亿，达17亿人，而居世界首位。
（2）年龄结构两极分化
总的来论，世界人口正在老化。年龄中值从1950的22.9岁稍稍提高到1985年的23.3岁。到2025年年龄中值将超过30岁。
人口年龄构成可以分为三种基本类型：年轻型人口、成年型人口和老年型人口。目前国际通用标准如表6所示。
表6 人口年龄构成类型标准
年轻型
成年型
老年型
少年儿童系数
（0～14岁人口在总人口中比重）
>40％
30～40％
<30％
老年人口系数
（65岁以上人口在总人口中比重）
<4％
4～7％
>7％
年龄中值数
<20岁
20～30岁
>30岁
开发中国家年轻型人口多，如1987年印度14岁以下儿童占其人口的37.2％，1986年约旦14岁以下儿童为51％。与此相反，已开发国家少年儿童系数较低，1986年英国为19％，法国为20.8％。这表明已开发国家正发生人口老化的趋势。
人口老化亦称人口老年化，或人口高龄化。按世界通例,凡65岁以上老人占本国总人口7％以上者，称“老年型人口”。而许多西方国家又把这一标准提高到了14％。1986年英国65岁以上人口为15.3％，瑞典为16％，被称为“老人国”。在法国的202万农业劳动力中，50岁以上的劳动力占40.6％，即100个劳动力中，有40人是50岁以上的。全世界而言，60岁以上人口目前已有3亿，到2000年将增至5.8亿，2025年可达到11亿，相当于50年代初期世界人口的一半。
（3）城市人口膨胀
城市人口的增长，在近20年内达到惊人的程度，如墨西哥城，在20世纪初只有30万人口，到1960年增加到480万人，1970年增加到800万，1985年则达到1800万人，约占全国人口四分之一。
三、环境保护与人口控制
1.地球的人口环境容量
地球是人类栖息的场所，这个生态圈究竟能容纳多少人？世界人口按指数规律增长下去将是关系到人类前途和命运的一个重大问题。首先，如果人口无限增长下去，地球将容纳不下；众多的人口对环境会产生恶劣影响。
就每人平均可能占有陆地而言，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增至106.4亿，2080年达到212.8亿，.800年后世界人口可达到千万亿的天文数字。如果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，平均每人占地为1.5米2，已经没有可供耕种的土地了。
从生态学角度分析，地球又能养活多少人呢？地球植物的总产量，按能量计算每年为2.77×1021焦耳。人类维持正常生存每人每天需能量107焦耳，则每年需3.68×109焦耳。按此数值计算，地球上植物总产量可养活7534亿人。但由于以下两方面原因：第一，以植物为食的，不仅仅是人类，其它各种动物也都直接或间接地以植物为食；第二，有许多植物和动物是不能供人类食用的。因此，据估计人类只能获得植物总产量的1％，即只能养活75亿人。
通常人口容量并不是生物学上的高人口数，而是指一定生活水平下能供养的最高人口数，它随所规定的生活水平的标准而异。如果把生活水平定在很低的标准上，甚至仅能维持生存水平，人口容量就接近生物学上的最高人口数；如果生活水平定在较高目标上，人口容量在一定意义上说就是经济适度人口。在70年代国外生态学家曾对地球生态系统的人口容量进行了估算，最乐观的估计是地球可养活1000亿人，但多数认为只能养活100亿人左右。
2.人口增长对环境的影响
前已指出，人类影响环境的原因，主要在于人口激增。这可以从下述六个方面分析：
（1）人口增长对土地资源的压力
由于许多开发中国家土地退化，粮食产量赶不上人口增长，使得世界粮食供应日趋紧张。在非洲，人口增长快于粮食增长。据世界银行1986年报导，80年代，非洲仅有1/4的国家其粮食消费量有所增加，1971～1980年多数国家人口年增长率约2.92％，粮食年增长率只有0.2％；有的地区甚至是负增长，如中非粮食增长率为－0.91％。就我国情况看，1950年人均耕地0.18公顷，1980年降到0.1公顷，仅为世界人均耕地面积0.37公顷的1/3，到2000年将只能人均拥有耕地0.08公顷了。也就是说，每公顷耕地需要养活的人口数量不断增加。1950年为5.5人，1980年增到9.8人，到2000年每公顷耕地将养活12人。而按照中国目前的生产力，需要人均0.2公顷左右的土地，才能最低限度养活全部人口和支持经济和工业的适度发展。然而，由于土地沙漠化、水土流失、工业和城市发展蚕食耕地等种种原因，至使中国的可耕地面积正以每年47～67万公顷的速度减少。1984～1987年间平均每年减少耕地65.5万公顷。
为使食物供应跟上人口增长，需要采取各种措施：如施用大量化肥与农药以提高单位面积产量，或开垦荒地以扩大耕地面积等等。但是这些措施都可能以环境的破坏为代价，因为过量施用化肥与农药会造成土壤板结，水体富营养化，环境污染，抗药性害虫种类与数量增加等，最终可能使农、林、牧、副、渔各业的总产量反而下降。不适当地开垦荒地，必然也会破坏有利的生态平衡，例如土地沙漠化，盐咸化等。据1984年估计，地球上35％即约45亿公顷的土地正不同程度地沙漠化，其中有3/4以上的土地中度退化，1/5的土地完全丧失了生产能力。中国已有75300平方公里的土地沙漠化，到2000年将增到两个台湾省以上的面积。
（2）人口对森林资源的影响
森林是保持人类环境质量的一个重要因素，更是陆地生态系统的重要组成部分。但是人口过分增长势必毁林造田、毁林盖房......，结果使越来越多的森林资源受到破坏。自1850年以来，几乎10亿公顷的森林被砍伐，原始森林约减少一半。在1975～1980年的五年中，非洲森林资源被毁坏的面积达3700万公顷，亚洲为1200万公顷，拉丁美洲为1840万公顷，其数量是很惊人的。20世纪80年代，热带雨林主要生长国巴西、印度尼西亚、扎伊尔三个国家每年被砍伐的林木超过200万公顷。科特迪瓦是世界人口自然增长率最高的国家之一，1987年其人口自然增长率为3.0％，而每年森林损失率为5.9％。半干旱地区也因大量开采饲料及薪炭材，导致树木密度减少。中国由于人口增长过快，许多农村找不到薪柴而对森林乱砍滥伐。如全国人口自然增长率最高的四川省，解放初期森林覆盖率是19％，80年代初已下降到13％，生态系统遭到严重破坏，也引起自然灾害的增多。
（3）人口对能源的影响
人口的增长使能源供应紧张并且缩短化石燃料的耗竭时间。由于生产和生活中消耗的燃煤、石油、天燃气等释放出大量CO2，加之热带雨林被大面积砍伐，使大气中CO2浓度从原先的315ppm上升至352ppm，引起的温室效应使全球气候变暖。而且会导致生物异常，毁坏大面积森林和湿地，引起海平面上升，甚至导致极地冰帽融化。异常的气候会加速森林的破坏。而开发中国家的燃料又有90％来自森林，因此，未来人口增长与能源短缺的矛盾不容忽视。
（4）人口对城市环境的影响
随着人口的激增，城市的人口密度加大，由家用燃烧以及生活污水和垃圾等造成的污染也更加严重。同时，城市绿地面积的缩小使城市环境自净能力下降，从而进一步加重了对环境的压力。我国1990年有26.2％的人口为城镇居民，约3亿人。在1982～1990年间以每年4.35％的速率递增，高于1949～1981年间的3.99％递增速率。预计到2000年，城镇人口将占总人口的35.7％。而目前已开发国家城镇人口比例为79％，世界平均城镇人口比例为42.2％。
（5）人口对工业发展的影响
人是具有创造能力的劳动者，在一定条件下是一种宝贵的资源。但是，人口增长过快，反而不利于工业的发展。首先，不利于在企业中采用自动化技术与设备来减少职工人数以提高劳动生产率。尽管1984年以来实行了工业改革，但工人的劳动生产率却属世界低水平，阻碍了工业的持续发展。
（6）人口对气候的影响
人口增长，会因呼吸、燃烧和工业发展使排入大气的二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物等增加，可能引起酸雨和光化学烟雾事故。据估计1988年人为造成大气碳化物含量是55亿吨。CO2在大气中含量增加产生温室效应。据英美科学家对100年来气候进行回顾性调查的研究结果表明，19世纪90年代，世界年均气温为14.5℃，20世纪80年代，年均气温升高到15.2℃。估计到2030～2050年，全球年均气温将比近十几年高1.5～4.5℃，将比过去一个世纪高5～10℃。如果在1970年开始的全球性气候突然变暖持续下去，在90年代后，干旱、热浪及其它异常气候将有增无减。
总之，开发中国家生态环境的破坏程度远比已开发国家大，主要原因是人口的压力。在许多开发中国家，人口已超过它们本国资源承载能力。例如，中国人均耕地、森林、草原、水源均低于世界人均水平。
关于人口增长对环境的影响，1970年梅托斯（Meadows）提出一个“人口膨胀 - 自然资源耗竭 - 环境污染”的世界模型，见图6-5。该模型认为，人口激增必然导致下列三种危机同时发生：
1.土地利用过度，因而不能继续加以使用，粮食产量下降；
2.自然资源因世界人口稠密而发生严重枯竭，工业产品也随之下降；
3.环境污染严重，破坏惊人，从而使粮食加速减产，人类大量死亡，人口增长停止。
但该模型为纯数学计算结果，未考虑人类控制自身发展的能力和人类的创造力。然而该模型确实表明生态的平衡与人口增长关系重大。人口增加必然要开垦土地，兴建住宅，采代森林，开辟水源。结果改变了自然生态系统的结构和功能，使其偏离有利的平衡状态。如果偏离程度超过了生态系统自身调节能力，则生态平衡便遭到破坏。这时自然界就要对人类进行报复。因此，考虑人口的增长和人口密度分布问题时，必须尊重自然生态规律，使其不断保持最优平衡。
贰、粮食问题
当前人类面临的另一个重大问题是粮食问题。在过去的几十年中，从世界总的情况看，在增加全球粮食生产方面已经取得了较大的长进；但是，由于人口的迅速增加和粮食分配的不均，饥饿仍然存在。据联合国统计，近年来全世界只有约半数国家的粮食能够自给，其余国家粮食均短缺，且多数是开发中国家；有9.5亿人仍受着营养不良之苦，其中80％生活在世界上低收入的国家。
一、粮食在人类生活中的重要作用
中国有句古语：“国以民为本，民以食为天”。人类自从进入文明以来，粮食在解决人类食物方面，始终起着决定性的作用。我国绝大多数人习惯以粮食为主要食物，称之为“主食”，现在世界上大约有90％的人都是以粮食为主要食物，其原因是人类生命活动所需要的热量主要取自粮食。
1. 热量和食物量
人体各种生命活动的动力是能量（热量）。由于人类不能直接利用太阳能，故只能靠获取食物来解决，这样，获取食物便成为人类赖以生存和繁衍的最基本的条件。
不同的食物所含的热量和营养成分差别极大。不过大体上说来，人类必须有足够数量的食物以供给身体各项活动所需要的热量，同时还必须有品种齐全的食物以供给所需的脂肪、淀粉、蛋白质、维生素和各种矿物质等。联合国粮农组织曾对各个国家和地区以及全世界人民，每天每人所需要的蛋白质和热量做过估计，由于每人的需要量因年龄、性别、体重和体力劳动等而异，故只能取平均值：
人类平均每天需要的热量：2385千卡/人?日
男性：3000千卡/人?日
女性：2200千卡/人?日
人类平均每天需要的蛋白质：38.7克/人?日
男性：0.57克/公斤体重?日
女性：0.51克/公斤体重?日
2. 人类食物的来源
人类食物可分为两大类，即陆地食物和海洋食物。但从生态学的观点来看则可分为植物性食物和动物性食物两大类。
（1）海洋食物
从面积上看来，地球表面约有四分之三是海洋，似乎海洋的食物来源应该远比陆地食物为多，但实际情况并非如此。在海洋中，对鱼类和其它食用水生生物的生存繁殖，能提供必要条件的只限于沿海一带；几乎占海洋面积90％的深海远洋区域，能生产的人类食物数量极低，可称为水生生物的荒漠地带。在全世界人类食物所提供的热量中，鱼类只占0.8％，在所提供的蛋白质中，鱼类也只占4.6％，因此，对整个人类的食物来源来说，仅居于比较次要的地位。1983～1985年，世界年均捕鱼7217万吨。今后人类的食物中，海洋所提供的份额预计仍然是很低的。
1969年，美国列克尔（W. E. Ricker）对海洋食物链中每一营养层次的最大年产量做过估计，结果见表7。表中第四营养层次可供人类食用，其年产量约为3亿吨。在目前的条件下，其中约有一半能为人类捕获供作食物。但据FAO估计，常规鱼类的最大可持久维持的产量约1亿吨（最大可持久维持的产量指的是在不断减少自然繁殖数量的前提下，每年可捕获的渔量）；而且目前世界渔业正在逐渐接近这一海洋最大可持久维持的捕捞量如再显著增大捕获量，势必破坏海洋生态系统，使资源丧失恢复能力，最后捕获量也必然随之下降，当然淡水养殖业，仍有相当的发展潜力，特别是在我国今天，应充分利用河湖，水库，大力发展淡水养鱼，以增加鱼类产量。
表7 海洋食物链中各营养层次的估计量最大年产量
营养层次
最大年产量（亿吨鲜重）
营养层次
最大年产量（亿吨鲜重）
1
1300
4
3
2
130
5
0.45
3
20
（2）陆地食物
如上所述，海洋虽大，而成为人类食物主要来源的可能性却不大，因此，为了满足人类生活的要求，必须增加陆地食物的产量。所谓陆地食物，主要是指粮食、肉类、蔬菜、油脂和水果等。其中，不论在过去、现在或可以预见的将来，粮食都直接或间接地起着主导的和决定性的作用。虽然今后我们的畜牧业、蔬菜和果品都将有相当大的发展，但对粮食的需要量还是要日益提高的。
二、目前世界粮食的供应情况
前面讲过，世界粮食生产总的来看还可以，只是由于生产和供应的分配不均，以致造成严重的问题。据统计，1988年，发展中国家食物不足的人口约9.5亿，占世界人口的20％；世界上有半数以上人口营养不良或食物质量不好，即大多数人缺乏需要的蛋白质。
从整体上讲，粮食产量已超过需求。除了非洲以外，全世界的人均产量自1965年以来有了实质性的增长；特别是90年代以来，亚洲的人均粮食量得到了极可观的增长，增长率超过了已开发地区。这在很大程度上是由于近年来中国大陆在改善农业方面的进展。非洲的人均粮食产量则呈下降趋势。
目前，南亚和非洲地区的粮食供应量最为缺乏。南亚人口的20％严重发育不良，50％的每日营养素摄入量不足以正常劳动生活。北非则有2000万人、非洲南部撒哈拉地区有15000万人营养不良。
造成这种情况的原因，一方面有政治的、一方面也有地理的。全世界2/3的人口居住在粮食产量不足的地方。
三、提高粮食产量带来的环境问题
本章开头已提到，目前世界各国主要通过垦荒地和施用化肥与农药这两种途径提高粮食产量。但是，这些措施都给人类的生存环境带来不容忽视的影响。
1. 开垦荒地对生态平衡的破坏
从历史上看，粮食需求的增长是由耕地的扩大来满足的。虽然从1950年起产量的增加变得更加重要，而耕地仍在继续扩展。1850～1950年间，全部耕地从约53800万公顷增加到近12亿公顷；到1980年，达到了15亿公顷。
耕地的这些增加是以牧地、湿地及其它生态系统特别是森林的减少为代价的，因而会破坏生态平衡而形成水旱灾害，并对粮食和其它农业生产带来极为不利的后果。
例如中国西双版纳傣族自治州，据1959年普查，全州森林覆盖率为40％；20年来，覆盖率降为26％。在减少的森林面积中，约有80％是由毁林垦荒引起的。结果，这个地区生态平衡遭到破坏，粮食问题现在很突出。
又如印度尼西亚的爪哇岛，由于人口的增长，越来越多的人去耕种边界土地，砍伐森林作为农业用地；结果加剧了土壤的侵蚀和土中养分的消耗，每年有近20万公顷的土地退化。持续的土地退化与侵蚀不仅威胁着1200万爪哇人的生计，使越来越多的人成为赤贫；而且还减少了山地中水的蓄存量，加剧了下游地区的河道淤塞，使雨季洪水泛滥，损害了下游的城市和农村。
另一方面，目前世界上垦荒的潜力到底如何？据统计，在地球上现有的480亿亩可耕地中，已开垦的只有总耕地的一半左右，剩下的近半数可耕地，由于水、肥、热等条件差，垦殖费用高，短期内难以充分利用，尤其是这些土地大多分布在经济未开发的国家，更给其垦殖利用带来许多困难。世界人口的增长主要在亚洲，而那里的耕地面积又所余无几，因此，从整体上看来，世界耕地面积的扩大是十分有限的，必须另找其它出路。
2. 使用化肥对环境的影响
中国现有人均耕地面积约0.8公顷，而美国约8.8公顷，世界平均为0.3公顷；即无论耕地还是粮食的人均占有量都是比较低的。如上所述，扩大耕地面积会冒破坏生态平衡、引起土地沙漠化和水旱灾害的危险；但提高单位面积产量也会遇到农药和化肥对环境的影响问题。
化肥的种数很多，目前主要是氮（N）、磷（P）、钾（K）三种，它们都是农作物必不可少的要素。一般土壤里这三种元素的含量不能满足植物生长的需要，其余30种微量元素如铁、铜、锌、镁等都可由土壤供给。
最近20年内全世界矿物肥料的消耗量增加了3倍，1990年已达到17100万吨。氮肥使用量增长尤其快，目前已超过7000万吨。化肥使用量的增加，虽然提高了农作物的产量，但由于施用量不当以及施肥方法不合理，常使很多化肥被浪费掉；而且随水土流失进入水体，从而加剧了对环境的污染，导致生态系统多方面失调。据联合国粮农组织统计，1976～1977年，全世界三大化肥的总消耗量中氮肥占48％，磷肥占28％，钾肥占24％。氮肥的用量远远超过磷肥和钾肥，但是，氮肥的利用率很低，如：
美国 30～50％ 原东德 50～70％
原苏联 30～41％ 罗马尼亚 32～34％
日本 30～60％
我国现年产化肥4000万吨，2/3为氮肥，由于施用技术落后，利用率只有30％左右。这样，每年就有近1800万吨进入环境，造成严重污染。
化肥的主要环境问题是对水体污染。
氮肥的流失导致水中硝酸盐含量，磷肥引起水中镉离子高。有数据表明，世界各国近20年来，地下水中硝酸盐浓度增高的速度约为1～3毫克/（升年）。硝酸盐污染已成为癌症发生的一个重要环境因素。
另一个严重后果是水体的富营养化。富营养化在湖泊演化过程中起着重要作用。
水体中有了大量的氮、磷、钾营养物质后，会促进藻类大量繁殖，首先是窗格平板藻占优势，继而出现红色颤藻。由于藻类的过分繁殖，加上藻类的呼吸作用和藻类死后的分解作用，大量耗掉了水体中的溶解氧，在一定时间内，会使水体严重缺氧，引起水中鱼类的大量死亡。
一般认为，无机氮含量在300mg/l和总磷含量在20mg/l以上时就可能出现富营养化的现象。
要控制化肥（主要是氮肥）对环境的不良影响，既要控制其施用量，又要严格执行使用规程。目前国外实施一系列法定的一般预防性措施和农业技术措施：前者的方向是消灭不合理地使用化肥，控制其在环境中的积累，如利用有机肥在最佳时期按规定用量、用适合当地的方法施肥，在轮作中栽培过渡性作物，施用长效肥料等。一般预防性措施包括对肥料的正确运送、保存和施用等。
3.使用农药对环境的污染
农药是消灭对人类和植物的病虫的有效药物，在农牧业的增产、保收和保存以及人类传染病的预防和控制等方面都起很大的作用。例如在日本，稻米产量由于大量使用化学农药，每公顷自1945～1950年3.2吨提高到1966～1968年的4.2吨。又如在菲律宾、巴基斯坦和巴西的示范农场中，利用除莠剂使稻米增产约46％。第二次世界大战期间，诺贝尔奖金获得者默勒（Paul Mueller）发明了滴滴涕，使蚤子受到控制从而防止了欧洲斑疹伤寒病的传播。滴滴涕还能消灭蚊子，因而对防止疟疾和脑炎病的传染也起重要作用。例如印度在1952年，疟疾发病率达7500万病例；使用滴滴涕控制后，到1964年就减少到10万病例。
随着化学工业的发展和农药使用范围的扩大，化学农药的数量和品种都不断增加，现在世界化学农药总产量（以有效成分计）超过200万吨，预计到2000年，世界农药的使用量在300万吨左右。但农药有其利也有其害。由于长期大量使用农药，空气、水源、土壤和食物受到污染，毒物累积在牲畜和人体内引起中毒，造成农药公害问题。因此，如何正确地使用农药，农药的发展方向如何，都引起了人们的普遍关注。
（1）农药和杀虫剂
一般所谓农药（Pesticides）包括有许多种类：除了最常见的杀虫剂（Insecticides）外，还有除莠剂（Herbicides）、灭真菌剂（Fungicides）、熏剂（Fumigants）和灭鼠剂（Rodenticider）等。造成环境污染并对人体有害的农药主要是一些有机氯农药和含铅、砷、汞等重金属制剂，以及某些除莠剂。某些有机磷农药对牧畜和人体有剧毒，使用不慎会引起急性中毒。
滴滴涕是一种合成的有机氯杀虫剂，目前许多国家都已禁止使用。合成的有机杀虫剂分为三类：氯化碳氢化合物（即有机氯农药），有机磷酸盐（即有机磷农药）和氨基甲酸脂。
有机杀虫剂一般具有下列五个特性：
A. 对害虫的毒性。主要是破坏神经系统，反复不断地刺激神经，引起痉挛和死亡。
B.不降解性和化学稳定性。一次施用后药效可维持很长一段时间，这样既可减少用药次数和用量，又能节约劳动力。
C. 广泛的毒性。一药多效，能控制或消灭许多种害虫，因此在供应和使用上都非常方便而且经济。
D.脂溶性。难溶于水但易溶于油脂中，所以接触后能透过虫体表面的油脂保护膜，使其中毒死亡。
E. 物理分散性。在应用时喷液约有20％，粉剂约有10％附着在作物上，其余约40％～60％药剂降落地面，约5％～30％飘浮空中。附着的部分经水冲刷还会分散到周围水、土、空气中去。这样使害虫的生存随时随地都受到威胁，以至灭亡。
上述这些特性也有其不利的一面。它们大多数对环境有极大影响，并会引起生态系统的严重破坏。特别是滴滴涕等有机氯农药是最典型的例子，它们严重地污染环境并危害人类健康。
四、利用生态学原理提高粮食的产量
1. 植树造林、保护森林、减少水、旱灾害
前面指出，森林具有蓄水保土的功能，破坏森林，就可能导致水旱灾害，使作物减产。中国1949年因水灾减产30％以上的面积，每年达120万公顷到1133万公顷，平均每年约有420万公顷，相当于耕地面积的4.2％。当然，造成这些灾害的原因不能完全归于森林的破坏，但是可以肯定，这是主要原因。例如1981年四川省的两次大水灾，主要是长江上游水源林遭破坏造成的。因此，植树造林，严禁滥伐和保护森林，是保护农田，减少作物损失的增加收获量的重要途径。
2. 充分利用太阳能，增口初级净产量
在空间和时间上，增加太阳能利用率，加强光合作用，是增加植物初级净产量，即增加人类食物来源的另一重要途径。
由于照射到叶片上的阳光，有76％被反射和透射出去，根本未被利用。因此，如果在一块土地上，同时穿插种植高度不同，对光能要求不同的植物，组成层次分明的人工植物群落，或合理密植，都能充分利用太阳能，增加初级净产量。如果光能利用率从1％增加到2％，则世界食物产量就增加1倍。
选育良种，缩短作物的生长期，在一定的日照期间内，增加播种次数，即增大土地的复种指数，或使作物生长期与日照强度变化获得最佳协调，或使作物成熟期避开雨季等等，都可以增加作物的产量。
3. 充分发挥初级净产量转变为食物的作用
目前相当大一部分农业废弃物（也包括杂草）、或直接用于沤肥，或用作燃料烧掉，这是很不经济的。据联合国粮农组织估算，在亚洲，近东和非洲，每年由于能源紧缺和燃料不足而烧掉的粪便约4亿吨，仅印度就烧掉6800万吨。粪便和秸杆大量烧掉，使土壤的有机物减少，肥力下降，反过来又加重了土地的负担。要是把这些废弃物和杂草，经过加工制成饲料，首先喂养牲畜或家禽，生产肉食品，然后这些动物的粪便再用于生产沼气供作能源，而沼气池底渣用作肥料还田，使土壤的养分得以循环恢复。这样，固定于作物废弃物中的太阳能的利用率可达到90％，比直接燃烧约大9倍，同时还增加了食物的产量。
此外，大量的农、副、鱼产品加工过程中的下脚料，更可以先制成饲料，喂养家畜家禽以生产肉类食品，其粪便再用于生产沼气和肥料。这比做为垃圾倒掉要好的多。不但充分利用了初级净产量，而且又能减少对环境的污染。
4.遵循物流平衡规律、保护土地肥力
任何植物在其生长过程中，都要根据它自身的需要从土壤中摄取一定种类和数量的营养分（有机物或无机元素）。在自然生态系统中，植物通过其枯枝落叶在分解者的作用下，使等质等量的营养分回到土壤中，形成输入输出和平衡关系，土壤的肥力也得以保持。但在人工的农田生态系统中，作物收获后便被移离土地，同时，在一块土地上长期只种单一作物，结果某种营养分长期被提取，形成输出大于输入，以致严重短缺，破坏了原来的平衡，引起作物减产。采取轮作（即每年或每茬种植不同的作物，2～3年为一轮）或套种的制度，例如耗氮量大的作物与具有固氮功能的作物交错种在一起，可以使耕地恢复肥力，比长期施用化肥，更有利于作物的生长。
5. 合理捕捞，保护海产资源
近20年来，海洋捕捞强度一再增加，如中国1983年一网可捕鱼60万公斤。这样做，一个时期的海产品产量可以有较大增加，可是，随后由于资源的恢复速度赶不上捕捞强度，结果反而造成海产品产量的下降。近几年来我国海产品市场，大量上市小带鱼，而大、小黄鱼几乎脱销，便是很好的例子。因此，必须根据生态学规律，按照不同鱼类的生长成熟周期以及资源量，在有利于资源恢复的前提下，规划我们的捕捞活动，才能持续稳定地获得最大的海产品产量。
此外，兴修水利，保证灌溉用水；或发展海洋虾、贝类及淡水养殖业等措施，都是增加食物来源的途径。
第七章 水资源保育与利用
壹、水资源及其利用与保护
水是人类和一切生物赖以生存的物质基础。水是可以更新的自然资源，能通过自己的循环过程不断地复原。
一、水圈与水资源
地球上海洋、河流、冰川融化水、地下水、湖泊、大气含水、土壤水和生物水，在地球周围形成了一个紧密联系、相互作用，又相互不断交换的水圈。水圈就是地球表面不连续的水壳。
全球总贮水量估计为13.9亿立方千米，但其中淡水总量仅为0.36亿立方千米。除冰川和冰帽外，可利用的淡水总量不足世界总贮水量的1％。这部分淡水与人类的关系最密切，并且具有经济利用价值。虽然在较长时间内，它可以保持平衡，但在一定时间、空间范围内，它的数量却是有限的，并不像人们所想象的那样可以取之不尽、用之不竭。地球上水的分布及蓄积量见表1。
从表1可以看出，除生物水外，以大气水和河流水的循环更替期为最短。这部分水不断得到更新，是在较长时间内可以保持动态平衡的淡水量。
表1 地球上各种水的储量 （单位：千米3）
最好的估计
己发表的
估计数量范围
滞留时间
海 洋
1.35×109
1.32～1.37×109
2500年
大 气
13000
10500～15500
8天
河 流
1700
1020～2120
16天
湖 泊
100000
30000～177000
17年
陆
内 海
105000
85400～125000
土壤含水量
70000
16500～150000
1年
地
地 下 水
8.2×106
7～330×106
1400年
冰川和冰帽
27.5×106
16.5～48.02×106
山地冰川1600年
极地冰帽9700年
生 物 水
1100
600～50000
几小时
二、全球水循环
在太阳能的推动下及地心引力作用下，地球上的水在不断循环变化。通过形态的变化，水在地球上起到热量输送和调节气候的作用。海洋和陆地间的水分交换是自然界水循环的主要联系，洋面上的水汽随气流进入陆地凝结而成降水到达地面后，部分蒸发而返回大气，部分则形成地面径流和地下径流，通过江河网及海岸排回海洋。这种不断往复的循环，使海洋中的水量在长时间内保持相对平衡。这部分逐年可以得到更替、在较长时间内又可以保持动态平衡的水量，就是目前通称的“水资源”。在过去几个世纪里，人类已有能力干预水的循环，而且现在可以改变这一循环，在全球规模上影响环境。
全球的水处于不断的运动中，从冰川的难以察觉的蠕动到急速的倾盆大雨，水运动的形式与速度各不相同。海洋、湖泊等都是水的蓄积点，水在蓄积点之间流动，以降雨、蒸发和江河流水的形式运动着。全球水循环中蓄积点与流动的简化模式，表2归纳了其量值的大小。
表2 全球水循环 （单位：千米3／年）
最好的估计
已发表的估计数量范围
陆地蒸发
71000
63000～73000
陆地降雨
111000
99000～119000
海洋蒸发
425000
383000～505000
海洋降雨
385000
320000～458000
从陆地进入海洋的水流
39700
33500～47000
河流
27000
27000～45000
直接地下水径流
12000
0～12000
冰川径流(水和冰)
2500
1700～4500
净含水量转换
39700
由表中数据可以看出，由大气凝降到陆地的水，其中三分之二经过蒸腾和蒸发作用又进入大气，余下三分之一是径流部分。经过计算，全球动态平衡的循环水量为496万亿立方米，多年平均降水量为971毫米，全球海洋上蒸发量为1172毫米，降水量为1062毫米，蒸发量超过降水量110毫米。全球陆地多年平均降水量为750毫米，蒸发量为480毫米，蒸发量小于降水量，因此产生了270毫米的径流，其中68％为地面径流。
人类对水循环最重要的影响是对水的消耗性使用。人们从河流或含水层中抽取水用于工业、农业和生活，虽然其中一部分仍返回河流（如工业冷却水），但很多却被直接蒸发或被作物吸收（如灌溉时大量水分在田中被蒸发），减少了河水流量，人为改变了水循环。
三、水的特殊物理性质
水的许多用途都与其特殊的物理性质有关：
（1）沸点高
由于氢键作用使水具有反常沸点，常温下呈液态，因而地球上才会出现海洋、湖泊、河流和生物水。
（2）蒸发热大
在所有液体中，水的蒸发热最大。这意味着蒸发一点点水就需要大量热能。水的这种特性可以使太阳照射到地球上的热能在全球得以分散，均衡地球上各地气温。大量的太阳能以热的形式贮存在被蒸发的海水中，然后转移到较冷的陆地上空，凝结成降水而释放热量。水的蒸发热高，还有利于生物维持体温，仅需蒸发少量水分即可满足散热要求。
（3）热容高
水是热容最高的物质之一。这就是说，用给定的热量加热一定重量的水时，其温度升高不多。换言之，水的升温和降温过程都比其它物质慢得多。水的这种性质制止了气温的大幅度变动，从而保护了生命机体免受气温突变的伤害，也有利于热电站和工业过程排热。
（4）反常膨胀
水温为4℃时，水的密度最大，低于4℃以后，因体积膨胀，其密度变小，成为冰而浮于水面。冬天湖面结冰时，大多数生物仍可在底部的水中生活。如果没有这种特性，地球将永远处于冰河时期。
（5）良好的溶剂
水能溶解各种物质，是最好的溶剂。因此营养物质才能随水在动植物体内输送；也才可能被作为清洗剂使用。但是，也正因为这种性质，水极易被污染，并且使污染在一定区域内扩大。
四、水对人类和在环境中的重要作用
人类和水的关系非常密切，不论是生活或生产活动都离不开水这一宝贵的自然资源。水既是人体组成的基础物质，又是新陈代谢的主要介质。人体中含水量占体重的2/3。为了维持生命活动，每人每天至少需要2～2.5升水，一般需要5升水，考虑到卫生方面的需求，每人每天需水量远不止这个数字。城市由于有自来水，每人每天取水量在40～350升之间；而在第三世界农村，由于取水困难，每人每天取水量仅有从生物学角度所需量少的2～5升到40升，而且水质差别很大。一般每人每天可得清洁水低于50升时，就有可能发生与水有关的疾病。在现代化城市中，生活用水量远远高于一般需求量，如巴黎每人每天耗水约450升，纽约和大阪约600升，华盛顿约700升，芝加哥甚至达到824升左右。可见，水对人类生活多么重要。可以说，没有水就没有生命，也就没有社会的繁荣。
工业生产对水的需求量更大，除了空调和清洗外，水还用于冷却、加工、沸蒸和传送。美国用水量居世界首位，每年约472千米3，即每人每天7200升，其中最大的用水户工业和发电厂（用核及化石燃料），占总量的49％。
据估计，农业用水在全球用水中占的比例最大，约占73％；其中主要是灌溉用水。为了保护环境，维持生态平衡，必须保持江河湖泊一定的流量，以满足鱼类和水生生物的生长，并利于冲刷泥沙、冲洗农田盐份入海，保持水体自净能力和旅游等的需要。因极其重要和不可或缺的环境要素。
表3 若干国家内源降雨年径流量（1987年资料）
总量
(10亿米3 )
地区
(1000米3／公顷)
按人口计算
(1000米3／人)
水
资
源
丰
富
国
家
冰岛
170
16.96
685.48
新西兰
397
14.78
117.53
加拿大
2901
3.15
111.74
挪威
405
13.16
97.40
尼加拉瓜
175
14.74
49.97
巴西
5190
6.14
36.69
厄瓜多尔
314
11.34
31.64
澳大利亚
343
0.45
21.30
喀麦隆
208
4.43
19.93
原苏联
4384
1.97
15.44
印度尼西亚
2530
13.97
14.67
美国
2478
2.70
10.23
水
资
源
贫
乏
国
家
埃及
1.00
0.01
0.02
沙特阿拉伯
2.20
0.01
0.18
新加坡
0.60
10.53
0.23
肯亚
14.80
0.26
0.66
荷兰
10.00
2.95
0.68
波兰
49.40
1.62
1.31
南非
50.00
0.41
1.47
海地
11.00
3.99
1.59
秘鲁
40.00
0.31
1.93
印度
1850.00
6.22
2.35
中国
2800.00
3.00
2.39
由表可以看出，每年人均占有水资源量相差悬殊，从最高的685480米3到最低的20米3。而且人口分布的位置、密度对人均水资源量有很大影响。例如，中国与加拿大的每年降雨总量和每公顷降雨量都大致相等，但中国人口为加拿大的40倍，因此人均淡水资源仅有其2.1％。
统计出的淡水资源总量并不能充分为人们所利用。例如，美国人均年占有淡水资源10230米3，但约有三分之二通过湖泊、河流、湿地及草木等表面蒸发或蒸腾到大气中去。
贰、台湾地区水资源利用现况
台湾地区早期之水资源建设，主要以充裕农田灌溉，提高粮食生产为目标，由于水资源之有效利用，农业得以迅速成长，进而促使工商业发展，经济繁荣；民国六十年代后期，因社会结构逐渐改变，开始加速民生与工业用水之供应；二十年来，随着社会进步及经济持续成长繁荣，国民生活富裕，生活及工业用水增加快速，为谋及时开发可靠之新水源，今后必须为长程需要而尽早致力水资源事业之建设。
台湾地区位处亚热带，属海岛型气候，平均年雨量达2,515公厘，约为世界各国平均年雨量973公厘之二?六倍，惟如以台湾地区民国八十四年九月人口2,130万人计算，每人每年可分配之水量约4,247立方公尺，约为世界平均值（约34,000立方公尺）八分之一弱，台湾地区属水资源贫乏区。台湾地区之降雨因受季节性之影响，降雨型态在时间与空间之分布极不平均，而且地形特殊，河短坡陡，加之枯水期长，形成水资源开发之限制；因此，在台湾地区水资源具有限资源之属性，并为国家宝贵之资源。
台湾水资源天然条件不良，然而，因应迈向现代化国家，今后面临社会与经济持续发展、都市化及人口压力，需水日殷，可用水源减少，增辟新水源之成本渐高，加以社会维护环境及生态意识提高，水资源建设困难日多。如何以有限之水资源，充份满足未来长期性之需求，未来水资源规划工作将更为艰巨，更具挑战性；吾人必须以创新之观念，动态之远见，结合先进之信息科技与水资源技术，掌握水资源规划新纪元之契机，期使此攸关民生经济之重要资源，达成合理分配与永续利用。
水为吾人生活与经济生产所必需之最重要基本资源，自古以来为寻求水源供应之稳定，「兴修水利」为历代执政者所必须揭橥之施政重点。台湾地区平均年降雨量约2,515公厘，约为世界平均值（约973公厘）之2.6倍，属于降雨量丰富地区。但由于全年雨量约78％集中于夏、秋二季，赖台风带来丰沛雨量，洪水时间短而流量高，常泛滥成灾，而枯水期则历时长流量低，每每干旱缺水，可供利用之水量有限，水源开发日益困难；地下水之利用，部分地区已见超抽，并引起严重地层下陷与海水入浸。
近年来国民所得不断增加，生活水准持续提升，且工商业日益发展，需水量大增，水源开发需投入之经费相应增加。又集水区滥垦情况严重，经济活动增多，不仅破坏水土环境及水源涵养能力，亦污染水源水质。此外都市污水及工矿等事业废水多未经处理注入河川或排水沟，严重污染水体亦影响水资源之利用。面对此种种不利因素，如何有效开发与管理水资源，已成为目前刻不容缓之课题。
一、水之利用
(一)生活用水
生活用水包括：家庭用水如饮食、洗涤、沐浴、厕所等；商业用水如饮食业、餐饮业、旅馆业、百货公司、游泳池等；机关用水如机关、公司行号等之事务用水；公共用水如公园绿地、浇灌花木、公共厕所等；以及都市活动用水如消防用水等等。台湾地区今后由于生活方式转变，生活水准提高，都市人口高密度成长，将导致民生与水之关系更为密切。
(二)工业用水
工业用水包括：洗涤用水、锅炉用水、制造用水、冷却用水及其它用水等，各类工业依其产制过程而使用者。于国家经济成长中，水为工业之血液，提供各类产业活动之发展。
台湾地区工业用水之使用量，近年来与生活用水量之成长均快速增加，预期需水量大之石化工业、钢铁工业以及电子产业或化学工业，将持续发展，由于此类工业制程之特性为要求大量及高品质之用水，与传统产业具有不同之用水结构，吾人必须重视此一事业并及早绸缪因应对策。
(三)农业用水
农业用水包括：栽培水稻所需之水田灌溉用水，种植蔬菜、果树等生长所需之旱作灌概用水，饲养牛、猪、鸡、鸭等家畜所必需之畜牧用水，以及沿海地区养殖渔业之养殖用水等三大项，其中大部分水量用于水田灌概。农业用水对保育土壤、补注地下水、滞洪等，以及创造亲水空间、景观之维护等，亦担负相当重要任务，同时亦具有农村地域之基本地域资源特性。
(四)养殖用水
养殖用水包括：淡水养殖及咸水养殖两部分，惟咸水养殖仍需使用大量淡水。台湾地区养殖之鱼贝类，一般有虾类、鳗鱼、鲤鱼、牡蛎、虱目鱼、锦鲤等之孵化及养殖等。
近年来，台湾地区养殖渔业面积之扩充颇为迅速，依据行政院农业委员会统计，民国八十二年养殖渔业面积共46,997公顷，估计淡水用水量达28.01亿立方公尺，水源仅小部分引取地面水外，极大部分均抽汲地下水，部份地区并由于地下水超抽而导致严重之地层下陷，甚至地下水水质盐化，加强地下水管制措施已刻不容缓。
(五)环境观光用水
随着社会经济快速发展，休闲活动时间增加，生活水准提升等，人与自然之接触及休闲游憩活动，均对良好生活环境之要求日殷。因此，都市区或其郊区，塑造良好之亲水环境，悉心经营保护，以增进国民健康与生活品质，遂为台湾地区推动水资源事业之一重要课题。
(六)水力能源之利用
发电用水为利用水之位能转变为水力能源而发电之用水。台湾电源系统，现时虽以火力发电为主，有关替代石油之能源开发，因受限于自有能源短缺，所以利用水力能源之水力发电，遂成为台湾地区水资源开发利用规划之重要项目，政府并不遗余力积极推动办理。由于发电机科技发展迅速，发电效率已逐渐提高，然小水力之开发，亦颇适合台湾地区之发展，仍有待国人进一步努力；至于潮差发电、潮流发电，亦具开发价值，国人宜加速研究，期能有成。
(七)其它用水
其它用水包括：下水道、放流水、产业废水等之再生水或雨水等，其水质均较自来水系统之水质为差，可供洗涤厕所、冷却、浇花、洗车等等生活用水中低水质用途者之使用。
如各类废污水之处理设施及配管等，与自来水系统设施同时设置，政府财力负荷甚重，宜就轻重缓急分类、分期投资建设。为减少自来水高品质用水之使用量、降低废污水下水道之废污水量，吾人须厉行节约用水、提高用水效率，以及加强水源地区水质之保育。日本上、中、下水道等之实施成效，颇值我国借镜推行。
台湾地区之水资源开发民国八十二年台湾地区各标的用水量总计约171.06亿立方公尺见表4，其中以农业用水126.51亿立方公尺为最多，占74.0％，依次为生活用水27.71亿立方公尺，占16.2％，工业用水16.84亿立方公尺，占9.8％。此与八十一年比较，生活用水有显著之增加，工业用水有微量之变动，农业用水约持平而有微量减少之趋势。
表4 水资源供需概况
78
年
82
年
79-82年
平均
项目
数量
结构(％)
数量
结构(％)
年增率(％)
总供水量(百万吨)
19,070
100.0
17,106
100.0
-2.8
河川引水
11,001
57.7
5,650
33.0
-15.3
水库蓄水
3,964
20.8
4,317
25.3
2.2
地下抽水
4,105
21.5
7,139
41.7
4.8
总用水量(百万吨)
19,070
100.0
17,106
100.0
-2.8
农业用水
15,073
79.0
12,651
74.0
-4.3
工业用水
1,733
9.1
1,684
9.8
-0.7
生活用水
2,264
11.9
2,771
16.2
5.2
年降雨量(公厘)
2,360
1,645
-8.6
截流率(％)
17.6
16.8
平均每人生活用水量（吨）
113
132
4.0
资料来源：经济部水资源统一规划委员会。
近年来之水资源利用，概括而言，生活用水于民国八十二年之用水量计约27.71亿立方公尺，较八十一年增加约6.45％，此水量中分由自来水系统供应者约25.45亿立方公尺，较八十一年增加7.6％，成长快速，占生活用水量91.8％；另由自行取水供给者约2.26亿立方公尺，较八十一年减少5.04％，占生活用水量8.2％，概知自来水系统之迅速扩充与普及，而自行取水者有相对逐年减少之趋势。
工业用水而言，民国八十二年使用水量计约16.84亿立方公尺，较八十一年减少2.9％，此现象为近一、二年来产业结构改变及用水设施改善之结果，事实上，工业面积随经济之发展逐年扩增，预估往后之用水量将继续增加。目前工业用水量集中于北部及南部二区域，约占台湾地区工业用水总量72％。
关于农业用水方面，民国八十二年总用水量共约126.51亿立方公尺，较八十一年减少6.3％，其中水田灌溉与养殖渔业用水约有少量之减少，但旱作灌溉及畜产用水，有逐年增加之倾向。
其它用水方面，近年来由于良好景观、亲水空间、观光游憩空间之保育、创造等，随社会经济快速发展，已在各地呈现其新增用水之面貌，惟此项环境用水于本报告均概括于生活用水中综合推估，因此未能看出其个别增长情形，事实上，此项水外围环境之创造及改善事业，正在各地迅速推展中。
二、水资源供应现况
供应各标的用水之水源，以地面水及地下水为主。民国八十二年各标的用水，取用地面水者约99.67亿立方公尺（含水库供应水量），占总用水量58％；抽取地下水使用约者71.39亿立方公尺，占总用水量42％，以上合计共约171.06亿立方公尺。水源开发中利用河川水部分，多以建造水库、拦水堰等工程设施，进行调节，尔后必须加强节流，提高利用率，以求水资源永续利用。
台湾地区目前依赖水库、埤池等设施调节供应之水量，据民国八十二年之统计，生活用水与工业用水计约23.22亿立方公尺，农业用水为24.16亿立方公尺，合计约47.38亿立方公尺，约占地面水供水量99.67亿立方公尺之44％（占该年各标的总用水量25％）。
台湾地区之地下水资源，据估计，地下水之天然补注量计约40亿立方公尺。民国八十二年抽用地下水计达71.39亿立方公尺，显有部分地区超抽利用，抽用地下水量中用于灌溉用水32.26亿立方公尺为最多，占地下水抽水量约45％，依次为养殖用水23.17亿立方公尺，占32％，工业用水（含其它用水）9.77亿立方公尺，占14％，生活用水6.19亿立方公尺，占9％。地下水之利用由于大量超抽结果，已导致台湾西南沿海部分地层严重下陷，必须加速改善，以防恶化。
三、气象变化与干旱状况
台湾地区之水源供应主要来源除东北季风阵雨外，另有两个降雨期，一为五、六月间之梅雨，一为夏季台风雨。如在各降雨期未能适时带来丰足雨量，遂乃导致台湾缺水，发生干旱。根据中央气象局之降雨量资料分析，台湾地区平均约十二年有一次较大规模干旱，平均二年发生小旱一次。回顾民国六十九年及七十年间，台湾曾发生严重旱灾，时隔十二年左右，民国八十二年再度发生大规模严重之干旱，连雨港基隆亦百日不雨，出现大旱，所幸九月以后台湾各地普降甘霖，枯旱得以纾解。
台湾地区之干旱期多在二至四月间，但民国六十九年及八十二年干旱则发生于平常之丰水期，八十二年持续时间更长。根据分析结果，以民国六十九年为最枯年（年雨量为1,605公厘），但该年八月下旬诺瑞斯台风带来豪雨解除旱象，民国八十二年（年雨量为1,669公厘）虽为第二枯年，但全年无台风过境带来雨量，枯旱情况较民国六十九年更为严重。
四、水资源保育与地下水管制
台湾地区之河川、水库、湖泊及地下水等水体，部分已遭受相当程度之污染；集水区森林地带及植物覆盖坡地，由于民众频繁活动及土地不合理利用，造成水土流失、水库淤积等问题，显示集水区未尽妥善经营管理，水资源之保育工作，尚待加强积极推动。
为维护水资源之有效利用，今后必须加强管制各项污染源，并积极推动相关改善措施；检讨修订水资源现行制度及法令，以落实相关工作之推动；加强集水区治山、造林及积极从事水土保育；此外，并应积极致力于非点源污染相关学理模式与科技之研究、应用，供研拟水资源管理及集水区经营保育策略之参考，以落实水资源环境之保育，达成水资源之永续经营利用。
为加强管制台湾地下水之利用，以防止地层下陷、水质恶化及海水入侵，政府自民国六十年起已实施「台湾地区地下水管制办法」，并历经数次修正，目前台湾地区二院辖市、三省辖市及十二县八十八乡镇市，均已列为地下水管制区。
目前台湾地区九个地下水区中，除台北盆地因近年管制得宜，抽水量减少及东部尚维持平衡外，其它各地区皆已超量抽用，尤以中南部屏东、云林、彰化等滨海地区，已导致海水入侵及地层严重下陷，严重破坏水土资源。今后地下水管制工作之重点应为：扩大现行管制区范围，从严取缔违规行为；加强限制申请水权；致力科技之研究、应用，加强地下水水位及水质两系统之监测作业；加强对地层下陷区产业辅导，以及加强教育宣导之配合。
五、水资源问题与对策
台湾地区热带与岛屿性水文环境之特性，加以多元化社会复杂之变因等，水资源问题较多。
当前台湾地区面临迫切而严重之水资源问题主要如下：
人口澎涨及快速工业化，水资源需求甚为殷切。近年来经济成长迅速及国民生活水准大幅提升，社会要求良好水资源服务品质之迫切性。台湾自然条件不利水资源开发，优良坝址难觅，集水区生态环境遭严重破坏；近年来更因环保、社会等问题，兴建水库不但成本高昂，推动水库计划，亦异常困难，造成水资源开发利用之限制。
因应当前水资源问题之重要对策，归纳重点如下：
提升及强化水资源行政机构之功能。制定前瞻性之水利政策，国家之水资源事业，兼顾永续性与自然灾害减除两大指导原则。水资源开发规划应具宏观性与现代化之水源供应策略，研究上游水库蓄水以外之水源替代计划，寻求开发水源之可行途径。加强水资源科技之基础研究，应就台湾之水资源特性，发展适合台湾地区水资源系统之预测模式，以为水资源系统管理与营运分析及决策之依据。确保水资源之永续性利用，加强水资源社会教育宣导，让国民了解台湾地区水资源之重要性，知所疼惜水资源。
六、未来展望
台湾水资源天然条件不良，水资源开发日益困难；为因应未来社会及经济持续发展，迈向现代化国家，充份满足未来长期性之需水，现阶段仍然以「改变资源供应以满足需求」为主，即为满足需水量之成长，除提高水资源经营管理效率，并加强推动节约用水、水资源保育及水污染防治等项工作；开源方面，仍有赖兴建水库，以之调蓄水源。鉴于台湾地区水资源之特性与限制，未来则亦应同时朝「改变需求以应资源供应潜能」之方向努力，以期达到水资源永续利用。
今后台湾水资源开发与规划之方向如下：
开源与节流并重。加强水源保育，并提高现有水源利用率。区域性水平衡，并相互支持；改变需求，以适应有限资源。地表水与地下水联合运用。水量与水质、能源与资源兼顾。加强灾害监视、预报系统及防护维生系统之高科技化。加强对民众沟通协调及教育宣导，减少水源开发阻力。整合国土综合计划，拟定水资源纲领计划作为水资源事业规划之最高指导方向，并赋予法定地位，落实国家水资源发展政策。经济成长与环境保护并重，以求水资源永续利用。水资源事业必须给予生命化、人格化，朝类似人体之有机化努力，以发挥其功能。
第八章 大气资源及大气污染与防制
地球上的大气是环境的重要组成要素，并参与地球表面的各种过程，是维持一切生命所必需的。大气质量的优劣，对整个生态系统和人类健康有着直接的影响。某些自然过程不断地与大气之间进行着物质和能量交换，直接影响着大气的质量，尤其是人类活动的加强，对大气环境质量产生深刻的影响。研究大气受到的污染，是当前面临的重要环境问题之一。
人的生存必须依靠空气，成年人平均每天约需1公斤粮食和2公斤水；但对空气的需求就大得多，每天约13.6公斤（合10立方米）。不仅如此，如果三者都断绝供应，则引起死亡的首先是空气。要是空气中混进有毒害的物质，则毒物随空气不断地被吸入肺部，通过血液而遍及全身，对人的健康直接产生危害。此外，空气（大气）污染对人的影响不同于水污染和土壤污染，它不仅时间长，而且范围广（既是地域性的，更有全球性的影响）。世界上发生过的严重“公害事件”中，大多数是大气污染造成的。至于第二章所论及的全球性大气污染问题，就更不必说了。当然，大气污染的原因不只是人类的活动，还有像森林火灾和火山爆发一类的天然事件。不过，后者在大气污染中通常起次要作用，而且它毕竟超出我们的控制能力之外。因此，本章仅讨论有关人为污染问题，而且重点讨论小范围（相对于区域性和全球性）的空气（大气）污染问题。
一、大气的结构和组成
大气和空气两词，从自然科学角度来看，并没有实质性的差别，常常做为同意词。但在环境科学中，为了便于说明问题，有时两个名词分别使用。一般，对于室内和特指某个地方（如车间、厂区等）供动植物生存的气体，习惯上称为空气。对这类场所的空气污染就用空气污染一词，并规定相应的质量标准和评价方法。在大气物理、大气气象和自然地理的研究中，是以大区域或全球性的气流作为研究对象，因此常用大气一词，同时，对这种范围的空气污染就称之为大气污染并也对它规定相应的质量标准和评价方法。上述两类污染，也可统称为大气污染。
地球的最外层被一层总质量约为3.9×1015t的混合气体包围着，它只占地球总质量的百万分之一。大气质量在垂直方向的分布是极不平均的，由于受地心引力的作用，大气的质量主要集中在下部，50％的质量集中在离地面5km以下，75％集中在10km以下，90％集中在30km以下的范围内。高度100km以上，空气的质量仅是整个大气圈质量的百万分之一。
（一）大气的结构
根据大气在垂直方向上温度、化学成分、荷电等物理性质的差异，同时考虑到大气的垂直运动状况，可将大气圈分为5层
(1) 对流层
对流层是大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化。在赤道低纬度区为17－18km；在中纬度地区为10－12km；两极附近高纬度地区为8－9km。夏天较厚，冬季较薄。
这一层的显著特点：一是气温随高度升高而递减，大约每上升100m，温度降低0.6℃。由于贴近地面的空气受地面辐射增温的影响而膨胀上升，上面冷空气下沉，故在垂直方向上形成强烈的对流；二是密度大，大气总质量的3/4以上集中在此层。
在对流层中，因受地表的影响不同，又可分为两层。在1－２km以下，因受地表机械、热力强烈作用的影响，通称为摩擦层或边界层，亦称低层大气，排入大气的污染物绝大部分活动在此层。在1－2km以上，受地表影响变小，称为自由大气层，主要天气过程如雨、雪、雹的形成均出现在此层。对流层和人类的关系最为密切。
(2) 平流层
对流层顶到约50km的大气层为平流层。在平流层下层，即30－50km以下，温度随高度降低变化较小，气温趋于稳定，所以又称同温层；在30－50km以上，温度随高度升高而升高。这是因为，在高约15－35km的范围内，有厚约20km的一层臭氧层。因臭氧具有吸收太阳光短波紫外线的能力，同时在紫外线的作用下可被分解为原子氧和分子氧。当它们重新化合生成臭氧时，可以热的形式释放出大量的能量，使平流层的温度升高。在平流层中空气没有对流运动，平流运动占显著优势，空气比下层稀薄得多且干燥,水汽、尘埃的含量甚微，大气透明度好，很难出现云、雨等天气现象。
(3) 中间层
从平流层顶到80km高度这一层称为中间层，在这一层里有强烈的垂直对流运动，气温随高度增加而下降，中间层顶温可降至–83－ –113℃ 。
(4) 热成层
中间层之上为热成层，上界达800km。该层的下部基本上是由分子氮所组成，而上部是由原子氧所组成。原子氧层可吸收太阳辐射出的紫外光，因而在这层中的气体温度随高度增加而迅速上升。由于太阳和宇宙射线的作用，该层大部分空气分子发生电离，使其具有较高密度的带电粒子，故称为电离层。电离层能将电磁波反射回地球，故对全球性的无线电通讯有重大意义。
(5) 逸散层
这是大气圈的最外层，高度达800km以上。这层空气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，大部分分子发生电离，使质子的含量大大超过中性氢原子的含量。逸散层空气极为稀薄，其密度几乎与太空密度相同。.由于空气受地心引力极小，气体及微粒可以从这层被碰撞出地球重力场而进入太空逸散。对逸散层的高度还没有一致的看法，实际上地球大气与星际空间具有相当厚的过渡层。该层的温度也是随高度增加而略有增加的。
（二）大气的组成
大气或空气是多种气体的混合物，就其组成可以分为恒定的、可变的和不定的三种组分。其中氮78.09％、氧20.95％、氩0.93％，这三者共占空气总体积的99.97％，加上微量的氖、氦、氪、氙、氡等稀有气体，就是空气中的恒定组分，这一组分的比例，在地球表面上任何地方几乎是可以看作不变的。
可变的组分系指空气中的二氧化碳和水蒸气。在通常情况下二氧化碳的含量为0.02～0.04％，水蒸气的含量为4％以下，这些组分在空气中的含量是随季节和气象的变化以及人们的生产和生活活动的影响而发生变化的。
含有上述恒定组分和可变组分的空气，我们认为是纯洁清净的空气。表1列出正常情况下，干燥空气（大气）的组成情况。
大气中不定组分的来源有二：(1) 自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性的灾难所引起的。由此形成的污染物有尘埃、硫、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、盐类及恶臭气体。一般说来，这些不定组分进入大气中，可造成局部和暂时性的污染。(2) 由于人类社会生产的发展，城市增多与扩大，人口密集，或由于城市工业布局不合理，环境管理不善等人为因素，使得大气中增加或增多了某些不定组分，如煤烟、尘、硫氧化物、氨氧化物等，这是空气中不定组分的最主要来源，也是造成空气污染的主要根源。
表1 正常（干燥）空气的气体成分
气 体
浓度 (ppm)
(体 积)
气 体
浓度 (ppm)
(体 积)
氮
780,900
氪
1.0
氧
209,400
一氧化氮
0.5
氩
9,300
氢
0.5
二氧化碳
315
氙
0.08
氖
18
二氧化氮
0.02
氦
5.2
臭氧
0.01～0.04
甲烷
1.0～1.2
二、大气污染的形成和污染源
空气污染所以发展成为一个问题，首先在于人对能源的利用，再就是如前所述的城市人口的增加。空气污染始于取暖和煮食，到了14世纪，燃煤释放的烟气已成为主要问题。18世纪产业革命后，工业用的燃料更多，燃煤对空气的污染更加严重了。不过，空气污染的危害，主要取决于污染物在空气中的浓度，而不仅是它的数量。由于城市人口集中，使局部空气中污染物的浓度提高，而且不容易稀释和分散到广大地区中去。例如美国，全部空中排出物的50％以上是由不到1.5％的陆地上排放出去的，而且，美国约有1/4以上的人口集中在10个大城市中。又如台北地区目前的人口500多万，这种情况使空气污染问题更为突出。
大气（空气）污染的定义可概括如下：
自然界中局部的质能变化和人类的生产和生活活动，改变大气圈中某些原有成分和向大气中排放有毒害物质，以致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等构成损坏即为大气污染。
大气污染源是指向大气环境排放有害物质或对大气环境产生有害影响的场所，设备和装置。按污染物质的来源可分为天然污染源和人为污染源。
（一）天然污染源
自然界中某些自然现象向环境排放有害物质或造成有害影响的场所，是大气污染物的一个很重要的来源。仅管与人为源相比，由自然现象所产生的大气污染物种类少，浓度低，在局部地区某一时段可能形成严重影响，但从全球角度看，天然源还是很重要的，尤其在清洁地区。大气污染物的天然源主要有：
火山喷发：排放出SO2、H2S、CO2、CO、HF及火山灰等颗粒物。
森林火灾：排放出CO、CO2、SO2、NO2、HC等。
自然尘：风砂、土壤尘等。
森林植物释放：主要为 稀类碳氢化合物。
海浪飞沫：颗粒物主要为硫酸盐与亚硫酸盐。
在有些情况下天然源比人为源更重要，有人曾对全球的硫氧化物和氮氧化物的排放作了估计，认为全球氮排放中的93％，硫氧化物排放中的60％来自天然源。
（二）人为污染源
人类的生产和生活活动是大气污染的主要来源。通常所说的大气污染源是指由人类活动向大气输送污染物的发生源。大气的人为污染源可概括为三方面：
1.燃料燃烧：燃料（煤、石油、天然气等）的燃烧过程是向大气输送污染物的重要发生源。煤是主要的工业和民用燃料，它的主要成分是碳，并含有氢、氧、氮、硫及金属化合物。煤燃烧时除产生大量烟尘外，在燃烧过程中还会形成一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、有机化合物及烟尘等有害物质。
火力发电厂、钢铁厂、焦化厂、石油化工厂和有大型锅炉的工厂、用煤量最大的工矿企业，根据工业企业的性质、规模的不同，对大气产生污染的程度也不同。
家庭日常生活用的炉灶，由于居住区分布广泛、密度大，排放高度又很低，再加上无任何处理，所排出的各种污染物的量往往不比大锅炉低，在有些地区甚至更高。
2.工业生产过程排放：工业生产过程中排放到大气中的污染物种类多，数量大，是城市或工业区大气的主要污染源。
工业生产过程中产生废气的工厂很多。例如，石油化工企业排放二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、氮氧化物；有色金属冶炼工业排出的二氧化硫、氮氧化物以及含重金属元素的烟尘；磷肥厂排出氟化物；酸咸盐化工工业排出二氧化硫、氮氧化物、氯化氢及各种酸性气体；钢铁工业在炼铁、炼钢、炼焦过程中排出粉尘、硫氧化物、氰化物、一氧化碳、硫化氢、酉分、苯类、烃类等。总之，工业生产过程排放的污染物的组成与工业企业的性质密切相关。
3.交通运输过程中排放：现代化交通运输工具如汽车、飞机、船舶等排放的尾气是造成大气污染的主要来源。内燃机燃烧排放的废气中含有一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、含氧有机化合物、硫氧化物和铅的化合物等多种有害物质。由于交通工具数量庞大，来往频繁，故排放污染物的量也非常可观。
4.农业活动排放：农药及化肥的使用，对提高农业产量起着重大的作用，但也给环境带来了不利影响，致使施用农药和化肥的农业活动成为大气的重要污染源。
田间施用农药时，一部分农药会以粉尘等颗粒物形式散逸到大气中，残留在作物体上或粘附在作物表面的仍可挥发到大气中。进入大气的农药可以被悬浮的颗粒物吸收并随气流向各地输送，造成大气农药污染。
关于化肥在农业生产中的施用给环境带来的不利因素，正逐渐引起关注。例如，氮肥在土壤中经一系列的变化过程会产生氮氧化物释放到大气中；氮在反硝化作用下可形成氮（N2）和氧化亚氮（N2O）释放到空气中，氧化亚氮不易溶于水，可传输到平流层，并与臭氧相互作用，使臭氧层遭到破坏。
此外，为便于分析污染物在大气中的运动，按照污染源性状特点可分为固定式污染源和移动式污染源。固定式污染源是指污染物从固定地点排出，如各种工业生产及家庭炉灶排放源排出的污染物，其位置是固定不变的；流动源是指各种交通工具，如汽车、轮船、飞机等是在运行中排放废气，向周围大气环境散发出的各种有害物质。按照排放污染物的空间分布方式，可分为点污染源，即集中在一点或一个可当作一点的小范围排放污染物；面污染源，即在一个大面积范围排放污染物。
三、大气污染及大气污染类型
大气污染物系指由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人产生有害影响的那些物质。目前已认识到的对环境已产生影响的主要大气污染物种类很多。按其存在的物理状态可概括为两大类：气体状态污染物和固体颗粒状态污染物；若按形成过程分类则可分为一次污染物和二次污染物。
（一）一次污染物
一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳、颗粒物等。它们又可分为反应物和非反应物，前者不稳定，在大气环境中常与其它物质发生化学反应，或者作催化剂促进其它污染物之间的反应，后者则不发生反应或反应速度缓慢。
（二）二次污染物
二次污染物是指由一次污染物在大气中互相作用经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物，其毒性比一次污染物还强。最常见的二次污染物如硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶、臭氧、光化学氧化剂Ox，以及许多不同寿命的活性中间物（又称自由基），如HO2、HO等。
目前已受到人们普遍重视的大气污染物，如表2所示。
表2 大气中主要污染物
类 别
一次污染物
二次污染物
含硫化合物
SO2、H2S
SO3、H2SO4、MSO4
含氮化合物
NO、NH3
NO2、HNO3、MNO3
碳的氧化物
CO、CO2
碳氢化合物
（碳氢氧化合物）
C1－C5Hn化合物
醛、酮、过氧乙酉先硝酸酯
含卤素化合物
HF、HCl、ClFC3
颗粒物
重金属元素、多环芳烃
H2SO4、SO42－、NO3－
（三）主要大气污染物
1.气溶胶状态污染物：在大气污染中，气溶胶系指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体。其直径约为从0.002－100 m m 大小的液滴或固态粒子。大气气溶胶中各种粒子按其粒径大小，又可分为：
(1) 总悬浮颗粒物（TSP）：用标准大容量颗粒采样器（流量在1.1－1.7 m3/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。其粒径大小，绝大多数在100 m m 以下，其中多数在10 m m 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。
(2) 飘尘：能在大气中长期飘浮的悬浮物质称为飘尘。其粒径主要是小于10 m m 的微粒。由于飘尘粒径小，能被人直接吸入呼吸道内造成危害；又由于它能在大气中长期飘浮，易将污染物带到很远的地方，导致污染范围扩大，同时在大气中还可为化学反应提供反应床。因此，飘尘是从事环境科学工作者所注目的研究对象之一。
(3) 降尘：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30 m m 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。
(4) 可吸入粒子（IP）：美国环保局1978年引用密勒（Miller）等人所定的可进入呼吸道的粒径范围，把粒径Dr≦15 m m 的粒子称为可吸入粒子。随着研究工作的不断深入，国际标准化组织（ISO）建议将IP定为粒径Dr≦10 m m 的粒子。此标准目前已为各国科学工作者所接受。
气溶胶粒子按其来源及其物理形态的不同，又可分天然气溶胶和人为气溶胶，烟、雾、尘等。它们的物理特征和成因等如表3所示。
表3 气溶胶形态及其主要形成特征
形态
分散质
粒径(m m)
形成特征
主要效应
轻雾(mist)
小滴
＞40
雾化、冷凝过程
净化空气
浓雾(fog)
液滴
＜10
雾化、蒸发、凝结和凝聚过程
降低能见度，有时影响人体健康
粉尘(dust)
固体粒子
＞1
机械粉碎、扬尘、煤燃烧
能形成水核
烟尘(fume)
(气)
固液微粒
0.01－1
蒸发、凝聚、升华等过程，一旦形成很难再分散
影响能见度
烟(smoke)
固体微粒
＜1
升华、冷凝、燃烧过程
降低能见度、影响人体健康
烟雾(smog)
液滴和
固体微粒
＜1
冷凝过程、化学反应
同上
烟炱(soot)
固体微粒
－0.5
燃烧过程、升华过程、冷凝过程
影响人体健康
霾(haze)
液滴固粒
＜1
凝聚过程、化学反应
湿度小时有吸水性，其它同烟
2.硫氧化合物：硫氧化物 (SOx) 主要是指二氧化硫 (SO2) 和三氧化硫(SO3)。二氧化硫是无色，有刺激性气味的气体，其本身毒性不大，动物连续接触30 ppm 的SO2无明显的生理学影响。但是SO2在大气中，尤其在污染大气中易被氧化形成SO3，再与水分子结合生成硫酸分子，经过均相或非均相成核作用，形成硫酸气溶胶，并同时发生化学反应生成硫酸盐。硫酸和硫酸盐可形成硫酸烟雾和酸性降水，造成较大的危害。SO2所以被作为重要的大气污染物，原因就在于它参与了硫酸烟雾和酸雨的形成。
大气中SO2主要来源于含硫燃料的燃烧过程，以及硫化物矿石的焙烧、冶炼过程。火力发电厂、有色金属冶炼厂、硫酸厂、炼油厂和所有烧煤或油的工业 炉、炉灶等都排放SO2烟气。在排放SO2的各种过程中约有96％来自燃料燃烧过程，其中火电厂排烟中的SO2，浓度虽然较低，但总排放量却最大。
通常煤的含硫量为0.5－6％，石油为0.5－3％。硫在燃料中可以无机硫化物或有机硫化物的形式存在。无机硫绝大部分以硫化矿物形式存在，在燃烧时生成SO2，例如：
4FeS2＋11O2 → 2Fe2O3＋8SO2
有机硫包括硫醇、硫醚等，在燃烧过程中先形成H2S，如硫醇的燃烧产物：
CH3CH2CH2CH2SH → H2S＋2H2＋2C＋C2H4
生成的H2S再被氧化为SO2：
2H2S＋3O2 → 2H2O＋2SO2
燃料中的硫酸盐类硫化物不参与燃烧反应，燃烧后多残存于灰中，此种硫化物为非可燃性硫化物。
3.氮的氧化物：氮氧化物 (NOx) 种类很多，它是NO、NO2、N2O、NO3、N2O4、N2O5等氮氧化物的总称。造成大气污染的NOx主要是指NO和NO2。大气中NOx的人为源主要是燃料的燃烧。
燃烧源可分为流动燃烧源和固定燃烧源。城市大气中的NOx一般2/3来自汽车等流动源的排放，1/3来自固定源的排放。燃烧产生的NOx主要是NO，只有很少一部分被氧化为NO2。一般都假定燃烧产生的NOx中的NO占90％以上。
燃料燃烧生成的NOx可分为以下两种：
(1) 燃料型NOx：燃料中含有的氮的化合物在燃烧过程中氧化生成NOx。
(2) 温度型NOx：燃烧时空气中的N2在高温(＞2100℃)下氧化生成NOx。
燃烧过程中，NOx形成的机理为链反应机制，如：
O2 O＋O （极快）
O＋N2 → NO＋N （极快）
N＋O2 → NO＋O （极快）
N＋ OH → NO＋H （极快）
NO＋1/2 O2 → NO2 （慢）
即燃烧过程产生的高温使氧分子热裂解为原子，氧原子和空气中氮分子反应生成NO和氮原子，氮原子又和氧分子反应生成NO和氧原子。此外，氮原子可与火焰中的OH自由基反应生成NO和氢原子。
因此，燃烧过程中NO的生成量主要与燃烧温度和空燃比有关。所谓“空燃比”是指空气的质量除以燃料的质量。当燃烧完全时，即无过量的O2时，空气与燃料的混合物就称为化学计量混合物，此时的空气质量与燃料的比例为化学计量空燃比。对于典型的汽油，其化学计量空然比为14.6。假若空气与燃料的混合物中空气的量少于化学计量的量，那么此燃料混合物称为“富燃料”；而空气的量过量时，称为“贫燃料”。现以汽车尾气为例，燃烧温度和NO的生成量的关系如表4所示。空燃比与NO排放量的关系如图2所示。由图可见，空燃比低时，尾气中HC、CO含量高，而NO含量低；空燃比逐渐增高，NO含量增加；空燃比等于化学计量时，NO达到最大值；当空燃比超过化学计量时，由于空气过量使火焰冷却，NO又降低。
表4 燃烧温度和NO生成量
温度（℃）
NO浓度（ppm）
20
＜0.001
427
0.3
527
2.0
1,358
3,700.0
2,200
25,000.0
据计算，燃烧1t天然气产生6.35㎏的氮氧化物，燃烧1t石油约产生12.3㎏或9.1㎏（视燃烧装置的条件而定）NOx；燃烧1t煤则大约产生8-9㎏NOx。
氮氧化物的天然源主要为生物源，包括：
1. 由生物机体腐烂形成的硝酸盐，经细菌作用产生的NO及随后缓慢氧化形成的NO2；
2. 生物源产生的氧化亚氮氧化形成NOx；
3. 有机体中氨基酸分解产生的氨经OH自由基氧化形成的NOx。
大气中的NOx最终转化为硝酸（HNO3）和硝酸盐微粒，经湿沉降和干沉降从大气中去除。
卤代烃主要人为源如三氯甲烷（CHCl3）、氯乙烷（CH3CCl2）、四氯化碳（CCl4）、氯乙烯（C2H3Cl）、氯氟甲烷（CFM）等是重要的化学溶剂，也是有机合成工业的重要原料和中间体。在生产和使用过程中因挥发而进入大气。海洋也排放相当量的二氯甲烷。
氯氟烃类或称氟利昂类（CFC）化合物，其中最重要的是一氟三氯甲烷（CFC-11）、二氟二氯甲烷（CFC-12）。目前广泛用作致冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、制造塑料的泡沫发生剂和消防灭火剂等。
(2) 其它含氯化合物：大气中含氯的无机物主要是氯气（Cl2）和氯化氢（HCl）。
氯气（Cl2）主要由化工厂、塑料厂、自来水净化厂等产生，火山活动也排放一定量的Cl2（－7.6×106 t / a）。
氯化氢主要来自盐酸制造、废水焚烧等。其环境本底为1.3－5ppb（太平洋上空）。氯化氢在空气中可形成盐酸雾；除硫酸和硝酸外，盐酸也是构成酸雨的成分。
(3) 氟化物：氟化物包括氟化氢（HF）、氟化硅（SiF4）、氟硅酸（H2SiF6）、氟（F2）等。氟化物的污染源主要是使用萤石、冰晶石、磷矿石和氟化氢的企业，诸如炼铝厂、磷肥厂、炼钢厂、玻璃厂、火箭燃料厂等。地壳中平均含氟量为660 ppm，大量以土为原料的陶瓷、砖瓦等工业，以及燃煤量大的工业（煤含氟几十至几百ppm）亦排放较多的氟化物。例如，炼铝厂，大量使用萤石（CaF2）作原料，萤石在高温处理时发生以下反应：
D
2CaF2＋SiO2 ® SiF4＋2CaO
SiF4＋H2O ® SiO2＋HF
即有大量的氟化硅和氟化氢进入大气。
又如磷肥厂，大量使用磷矿石〔3Ca3 (PO4)2 ．CaF2〕为原料，磷矿石在用硫酸处理时产生HF、SiF4和H2SiF6，并排入大气。
（四）大气污染类型
大气污染类型主要取决于所用能源的性质和污染物的化学反应特性，但气象条件也起着重要的作用（如阳光、风、湿度、温度等）。从大气污染的历史来看，可根据不同的依据进行分类。
1.根据污染物的性质划分
(1) 还原型（煤炭型）：常发生在以使用煤炭和石油为燃料的地区。主要污染物是SO2、CO和颗粒物，在低温、高湿度的阴天、风速很小，并伴有逆温存在的情况下，一次性污染物在低空聚积，生成还原性烟雾，如“伦敦烟雾”事件发生时的大气污染类型。所以人们也称之为伦敦烟雾型。
(2) 氧化型（汽车尾气型）：这种类型大多发生在以使用石油为燃料的地区，污染物的主要来源是汽车排气、燃油锅炉以及石油化工生产。主要的一次性污染物是一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物。这些大气污染物在阳光照射下能引起光化学反应，并生成二次性污染物－臭氧、醛类、酮类、过氧乙酉先硝酸酯等物质。由于它们具有强氧化性质，对人眼睛等粘膜能引起强烈刺激，如洛杉矶的光化学烟雾就属这种类型。
伦敦型烟雾和洛杉矶型烟雾的比较，可见表５。
表５ 还原型与氧化型烟雾的比较
气
象
条
件
项目
还原型（伦敦型烟雾）
氧化型（洛杉矶型）
污染源
工厂、家庭取暖、燃烧煤炭时的排放
汽车排气为主
污染物
SO2、CO2颗粒物和硫酸雾、硫酸盐类气溶胶
碳氢化合物、NOx、O3、醛、酮、PAN
燃料
煤、燃料油
汽油、煤气、石油
反应类型
热反应
光化学反应、热反应
化学作用
催化作用
光化学氧化作用
气温（℃）
－1～4℃
24～32℃
湿度（％）
85以上
70以下
逆温状况
辐射性逆温
沉降性逆温
风速
静风
22 m/s以下
发生季节
12～1月（冬季）
8～9月（早秋）
出现时间
白天夜间连续
白天
视野
0.8～1.6㎞以内
＜100 m
毒性
对呼吸道有刺激作用，严重时可致死亡
对眼睛和呼吸道有刺激作用，臭氧化作用强
2.根据燃料性质和大气污染物的组成划分
(1) 煤炭型：代表性污染物是由煤炭燃烧时放出的烟气、粉尘、二氧化硫等所构成的一次污染物，以及由这些污染物发生化学反应而生成的硫酸、硫酸盐类气溶胶等二次污染物。主要污染源为工业企业烟气排放。其次，家庭炉灶的排放物也起重要作用。
(2) 石油型：主要污染物来自汽车排气、石油冶炼及石油化工厂的排放。主要污染物是氮氧化物、稀烃等碳氢化合物，它们在大气中形成臭氧，各种自由基及其反应生成的一系列中间产物与最终产物。
(3) 混合型：包括以煤为燃料的污染源排出的污染物；以石油为燃料的污染源排出的污染物；从工厂企业排出的各种化学物质等，例如，日本横滨、川崎等地曾发生的污染事件便属于此类型。
(4) 特殊型：指有关工业企业生产排放的特殊气体所造成的局部小范围的污染，如生产磷肥的工厂造成周围大气的氟污染等。
第九章 环境问题与环境保护
一、环境系统的发展及环境问题
自然环境为人类提供了丰富多采的物质基础和活动舞台，但人类在诞生以后很长的岁月里，只是自然食物的采集者和捕食者，它主要是以生活活动，以生理代谢过程与环境进行物质和能量交换，主要是利用环境，而很少有意识地改造环境。即使发生环境问题，那主要是因为人口的自然增长和像动物那样的无知而乱采乱捕，滥用自然资源所造成的生活资材的缺乏，以及由此而引起的饿荒，为了解除这一环境威胁，人类就被迫扩大自己的环境领域，学会适应在新环境中生活的本领。
随着人类学会驯化植物和动物，就逐渐在人类的生产活动中出现了农业和畜牧业，这在人类生产发展史上是一次重大革命。随着农业和畜牧业的发展，人类改造环境的作用也越来越明显。与此同时也往往由于盲目的行动，而受到自然界的应有惩罚，产生了相应的环境问题，如大量砍伐森林、破坏草原，引起的水土流失、沙漠化等。只是在世界人口数量不多，生产规模不大的时候，人类活动对环境的影响尚不明显，环境问题不具有普遍性，没有引起重视。
人类历史初期，使用简单的劳务工具，人对自然界的作用是有限的。可以说，这时人还是自然界的奴隶，在许多方面还和动物一样是不自由的，寒冷、饥饿、野兽的威胁、疾病和死亡等受大自然的支配，人类在生存发展中遇到了许多困难。为了渡过这些困难，人们成群地生活在一起，凭籍简单的石器和木棒工具，主要靠采集和狩猎为生。但即使是这样低水平的劳动，也引起了人类最早的环境问题－－第一个环境问题由于过度的采集和狩猎，往往是消灭了居住地区的许多物种，而破坏了人们的食物来源，失去了进一步获得食物的可能性，使自己的生存受到威胁，这是人类活动产生的最早的环境问题。为了解决生存危机，人类被迫进行迁徒，转移到有食物的地方去，同样的方式破坏了那里的食物来源，又会被迫再进行迁徙。这时，地球上人口数量很少，一个地区停止人类活动之后，生命维持系可以慢慢地自行恢复。因而古人类总是可以从一个地方迁徙到另一个地方，使其采集、狩猎和迁徙的生活得以维持。但是，迁徙不能从根本上解决人类与自然界的上述冲突。
（一）农牧时代的环境问题
新石器时期，随着生产工具的进步，磨制石器如石犁、石锄的使用，产生了原始农业和畜牧业，这就是人类农业革命的兴起。例如，在西亚一些国家首先发展起农业，在那里发现的公元前六七千年的文化遗址表明，当时已经使用了农具，如装有石制刃口的镰刀、磨光的石臼、石杆和骨锄等。后来在非洲的尼罗河流域、中亚、以及中国等，也相继向原始农业过渡。为了发展农业，古埃及和巴比伦等建立了完善的灌溉系统，他们建筑的堤坝、堤堰、水渠，为沼泽地排水、灌溉农田、预防水灾、给城市供水等功能、已经有相当的水平。从事农业的部落首先过定居生活。定居使驯养动物成为可能，在动物饲养过程中，发现动物能在饲养下繁殖后代，并且发现其变异了的性状可以遗传，从而学会选种和育种并逐渐培养出各种家畜家禽的品种，产生了原始畜牧业。农业是人类自觉地利用对自己有利的物种，农业的兴起使人类开始按照需要利用和改造自然界，开发土地资源，利用太阳能进行食物生产，使人类获得了较稳定和丰富的食物来源，从而它解决了人类早期的生存危机，从此人们不再频繁地迁徙，过着比较稳定的生活。这是人类改造自然的一个伟大胜利，农业的产生是人类的第一次科学技术革命。
农业的产生创造了人类史上光辉灿烂的古代文明。但是，正如恩格斯指出的：“我们不要过分陶醉于我们对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都报复了我们。每一次胜利，在第一步都确实取得了我们预期的结果，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”。“刀耕火种”是人类最早的农业技术。为了发展农业和畜牧业，人们砍代和焚烧森林，开垦土地和草原，把焚烧山林的草灰作为土地的肥料。随着人口的增长，反复的刀耕火种，反复弃耕，特别是在一些干旱和半干旱地区，就会导致土壤破坏，出现严重的水土流失，使肥沃的土地变成不毛之地。曾经产生光辉灿烂的古代三大文明（巴比伦文明、哈巴拉文明、玛雅文明）的地方，原来也是植被丰富、生态系统完善的沃野，只是由于不合理旳开发，由于刀耕火种的掠夺经营，过分强化使用土地，才导致千里沃野变成了山穷水恶的荒凉景观。这就是以土地破坏为特征的人类的第二个环境问题。
黄河流域是中华民族的摇篮，哺育了我国光辉灿烂的历史文化，四千多年前，这里是森林茂密，水草丰富的森林草原带。据史料表明，至周代，黄土高原的森林约有32万km2，覆盖率达53％。在农业生产中，由于盲目开发，森林被破坏了，致使今天这里43万km2的土地上，千沟万壑，严重水土流失，呈现处处荒山秃岭，茫茫荒原的景象。
值得注意的是，农牧时代的环境问题，一直延续到今天土地侵蚀问题仍是世界性的严重环境问题。
（二）工业革命时代的环境问题
以二百多年前蒸汽机的广泛使用为标志，爆发了工业革命，许多国家随着工业文明的崛起，由农业社会过渡到工业社会。工业文明涉及人类生产和生活的各个方面。由于机器出现，生产技术进步，使生产力突飞猛进地发展，人类的衣、食、住、行、用等各种生活和享受的物品不断地被生产出来，涌进市场；燃烧煤、石油、天然气等化石燃料作为能源基础，电力的广泛应用，为生产和生活提供巨大的动力；水、陆、空交通线的建设，大城市的涌现，大规模商业销售系统的建立，好像把世界各地连成一体。
工业文明的兴起，大幅度地提高了劳动生产率，增强了人类利用和改造环境的能力，丰富了人类物质生活条件和精神生活资料。今天，现代生活中的每一个人都离不开这样的高度发达的技术社会。但是，很多国家盲目地不惜代价，增加国民生产总值，极度地“增产”，甚至不顾一切地挖掘自然资源，破坏生态环境，对地球生物圈的破坏是无可挽救的。由于工业现实基于征服自然的原则，由于它的人口增长，它的不断提高的技术和它为了发展而持续不断的需求，对周围环境的破坏，超过了早先的任何年代。工业革命造成了严重环境污染现象，如大气污染、水体污染、土壤污染、噪音污染、农药污染等，其规模之大，影响之深是前所未有的。
例如，18世纪末英国产业革命后，因蒸汽机的发明和普遍使用而造成的环境污染，使1873、1880、1892年曾在伦敦发生3次由于燃煤造成的烟雾事件，主要是由于燃煤产生的大气烟尘及二氧化硫，死亡约2800余人；1905年在英国格拉斯哥又发生过一次烟雾事件，死亡1063人。这种情况屡有出现。到了20世纪初，各资本主义国家工业更加迅速发展，除燃煤造成的污染有所加重外，内燃机的发明和使用，石油的开发和炼制，有机化学工业的发展，对环境污染带来更加严重的威胁，曾出现过多起举世闻名的公害事件。特别是自50年代以来，不但工业癈污排放量大，而且出现许多新的污染源和污染物，使原来未被污染波及的领域也不能幸免。例如，巨型油轮、海上钻井等的出现，使海洋污染日趋严重；航空与航天技术的发展，使高空大气层也遭受污染，甚至山巅与极地也被不同程度地影响了。现在可以说，在地球上很难找到一块未被污染的“洁净绿州”。于是，环境污染问题就成为全球性的问题。与此同时，人口剧增，资源过度消耗，生态破坏等也日益突出严重地阻碍着经济的进一步发展和人民生活质量的提高，继而威胁着全人类的未来生存和发展。在这种严峻形势下，人类不得不重新审视自己的社会经济行为和走过的历程，认识到通过高消耗追求经济数量增长和“先污染后治理”的传统发展模式已不再适应当今和未来发展的要求，而必须努力寻求一条人口、经济、社会、环境和资源相互协调的，既能满足当代人的需求而又不对满足后代人需求的能力构成危害的可持续发展的道路。
（三）近代的环境问题
20世纪60年代开始的以电子工程、遗传工程等新兴工业为基础的“第三次浪潮”，使工业技术阶段发展到信息社会阶段。信息社会的特点是，在信息社会里战略资源是信息，价值的增长通过信息。信息社会中充分体现人与人之间的相互作用。新技术、新能源和新材料的发展和应用，给人类在利用和改造自然的抗争中增添了新的力量，它将带来社会生产力的新飞跃，影响产业结构、社会结构和社会生活的变化，对经济增长和社会进步产生深刻的影响。它的环境意义和作用表现为：一方面新的科学技术革命有利于解决工业化带来的环境问题，新技术的应用将实现提高劳动生率和资源利用率。另一方面，新技术应用于环境管理系统、环境监测和污染控制系统，可大大提高环境保护工作效率，促进环境保护工作。但是，它可能带来新的环境问题。新技术革命的发展，使发达国家发展新兴产业，可能把技术落后，环境污染严重的传统产业转移到发展中国家。就某一地区而言，城市发展高技术新兴产业，而传统工业则可能向农村乡镇转移。这样，将使污染由发达国家向发展中国家转移，由城市向农村转移。其次，新技术、新材料的应用，也会产生相应的环境效应，有许多因素尚难以预测。
此时期之环境科学和环境保护工作的发展过程，大致可以分为二个阶段：60年代中到70年代末为第一阶段，当时发达国家面临着严重环境污染的现实，迫切的任务是减轻污染问题，于是开始了大量的污染源治理工作。许多国家颁布了一系列保护环境的政策、法令和治理措施，取得了一定的效果。1972年斯德哥尔摩人类环境会议上唤起世界人民的环境觉醒，在发达国家开始了认真治理。同时也注意到防治结合，以防为主的综合防治阶段，如实行环境影响评价制度。我国亦于1987年成立了环保署，踏入环境保护新纪元。
80年代以来为第二阶段，逐渐扩展了对环境问题的认识范围和认识深度；而且把环境问题与经济社会发展结合起来研究，探求它们之间的相互影响和相互依托的关系。这是人类认识的一大飞跃，纵观世界纷繁的环境问题，除了自然界的变化和灾害外，可以说全部来自经济和社会的发展，因此，只有正确协调它们之间的关系才有可能求得环境问题的解决。特别是80年代中期在南极上空发现了臭氧空洞，它与地球变暖即所谓“温室效应”和酸沉降问题构成全球性大气环境问题，明显地危及全人类的生存和繁衍，引起了国际社会的高度关注，使当今的世界环境问题具有明显的时代特征。1992年6月联合国在巴西召开有103位国家元首或政府首脑和180多个国家的代表参加、称为“20世纪地球盛会”的“环境与发展”大会，讨论和签署了《地球宪章》、《21世纪行动议程》、《气候变化框架公约》和《保护生物多样化公约》等四个重要文件分别规定国际环境行动准则、确定21世纪39项战略计划、防止地球变暖和制止动植物濒危与灭绝。这次环境与发展大会普遍接受了“持续发展战略”的观点，就是在经济和社会的发展过程中－－不是停滞发展，也不是离开发展－－同时防治环境问题，而是走经济、社会和环境协调发展旳道路，这是人类的正确选择，是促进经济社会持续发展的康庄大道。
二、环境问题的分类
什么叫环境问题，二三十年前人们只局限在对环境污染或公害的认识上；因此那时把环境污染等同于环境问题，而地震、水、旱、风灾等则认为全属自然灾害。可是随着近几十年来经济的迅猛发展，自然灾害发生的频率及受灾的人数都在激增。究其原因，就是人口激增和盲目发展开发生产，致使大量砍代林木，破坏植被及自然资源不正当之开发利用所酿成人为的天灾。这些也都是环境问题。
因此环境问题，就其范围大小而论，可从广义和狭义两方面理解。从广义理解，就是由自然力或人力引起生态平衡破坏，最后直接或间接影响人类的生存和发展的一切客观存在的问题，都是环境问题。只是由于人类的生产和生活活动，使自然生态系统失去平衡，反过来影响人类生存和发展的一切问题，就是从狭义上理解的环境问题。
环境问题的分类方法有许多。如果按产生的先后和发生机制分类，有以下几个类型：
1.原生环境问题
原生环境问题也叫第一环境问题。它是由于自然环境自身变化引起的，没有人为因素或人为因素很少。原生环境问题带来自然灾害，主要如地震、洪涝、干旱、地滑、土石流失等，目前人类之抵御能力还很薄弱。它不属于环境科学所解决问题的范围。最近，有灾害学这一新兴学科兴起，其主要研究对象即原生环境问题。
2.次生环境问题
人类活动作用于周围的环境引起的人为环境问题，叫次生环境问题，也叫第二环境问题。环境科学的研究对象即次生环境问题。次生环境问题又分成生态环境破坏和环境污染与干扰两个类型。
（1）生态环境破坏
由于人为因素引起生态环境的破坏，例如水土流失、沙漠化、地下水枯竭、地面下沉、珍稀物种灭绝、地质结构破坏、地貌景观破坏等，就叫环境破坏。人类依靠自然保护解决环境破坏问题。环境破坏的历史悠久，已有近300万年的历史。据科学研究证明，300万年来许多动物的灭绝是人类捕猎带来的。环境破坏恢复起来也需要许多时间，例如森林生态系统的恢复需要上百年的时间，而土壤的恢复则需要上千年的时间，而物种的灭绝则是根本不能恢复的。
（2）环境污染与干扰
由于工业的发展，工业生产排出的废物和余能进入环境，便带来了环境的污染与干扰，由污染防治解决。
1）环境污染
表9-1 环境问题的分类
环 境
问 题
内
容
原生环境问题
火山、地震、台风等
次生
生态环境破坏
水土流失、沙漠化、物种灭绝
环境
环境污染
环境污染
水污染、大气污染、土壤污染
问题
与干扰
环境干扰
噪音、振动、电磁波干扰、热干扰
人类活动排出的物质进入环境，积累到一定程度，产生对人类不利的影响，这就是环境污染。环境污染包括水污染、大气污染、土壤污染、放射性污染等。环境污染是由物质引起的，立要是化学问题。环境污染的治理需要一定的时间，即使停止排放污染物质，环境的恢复也需要一段时间。
2）环境干扰
人类活动所排出的能量进入环境，达到一定的程度，便产生对人类不良影响，就是环境干扰。包括噪音、振动、电磁波、热干扰等。环境干扰是由能量产生的，是物理问题。环境干扰容易治理，只要停止排出能量，干扰立即或很快就会消失。
三、世界环境问题发展动向及展望
(一)、温室效应及其发展趋向
地球上有些气体的含量如果增加，可以导致气温上升，气候变暖。这种效应叫温室效应。可以产生温室效应的气体有二氧化碳、一氧化二氮、一氧化碳、氟氯碳等，其中以二氧化碳的作用最为显著。
1.温室效应的原因
工业革命以来，生产力不断提高，开采并燃烧了大量的煤和石油、天然气作为动力燃烧的结果，产生了大量的二氧化碳等气体。现在大气中仍保留着工业革命以来人类燃烧化石燃料排放的二氧化碳的一半，而且其含量每年都在继续增加。19世纪60年代每年排放到大气中的二氧化碳只有0.9亿吨，而1985年则达到50亿吨，估计到2000年将达60亿吨左右。
另一方面森林却大量减少，近100年来世界森林面积减少一半。森林的减少使二氧化碳通过光合作用被植物吸收的数量大量减少。一增一减，目前大气中二氧化碳含量明显增多，这是温室效应发生的主要原因。十九世纪前半个世纪，大气中二氧化碳的含量只有270 ppm，而1988年已增加到350 ppm。这种增加的趋势还在进行。当然，还有其它原因。
表9-2 影响气候变暖的各种因素
影响程度（从大到小）
主 要 原 因
1
CO2含量的变化
2
城市化
3
海温变化、森林破坏
4
气溶胶
5
沙漠化、太阳活动
6
O3、火山爆发、人为加热
对于今后数十年内全球气候将如何变化，各国科学家们尚未形成一致的看法。日本气象站对这一问题进行了调查，并将调查结果加以统计。统计结果表明日本和世界的大多数专家认为本世纪末以后，全球气温将是上升趋势。但是由于到目前为止，世界尚无一套完整、准确、可靠的预测方法，因此也有全球气候不发生显著变化的可能。
表9-3 关于气候变化趋势的看法
时间
2000年以前
2000年以后
专家
日本专家
其它国专家
日本专家
其它国专家
可能
温暖化
24％
43％
73％
79％
寒冷化
6％
0
--
--
无变化
47％
43％
10％
14％
其 他
24％
14％
18％
7％
2.地球史上的温室效应
地球从诞生至今，已有40亿年的历史，但是目前人类所能了解的地球气候史，大约只有20亿年。在这20亿年中，地球发生过三次寒冷期，形成三次大冰期。它们是：6亿年前的震旦纪大冰期；2～3亿年前的石炭一二迭纪大冰期；300万年前的第四纪大冰期，冰期中气候寒冷，冰川广布。介于三次大冰期之间的是两次大间冰期。大间冰期时气候温暖，冰川消融。在每一个大冰期中，也有许多次冰暖变化，叫做亚冰期和亚间冰期。亚冰期时气候寒冷，冰川广布，海面下降，生物稀少。亚间冰期时气候温暖，冰川消融，海面上升，生物繁衍。在300万年以来的第四世纪，亚冰期和亚间冰期的交替，带来气候的波动。
1万年以来，地球进入最近的一个间冰期，叫冰后期，也叫全新世。在这一期冰暖的变化也比较频繁，距今8000年、5000年、3000年和400年出现四次寒冷期，其中最后一个寒冷期（公元1550～1900年）叫“现代小冰期”。距今7000年、4000年、1000年出现三个温暖期。1万年以来，由于冷暖变化，带来海面升降也很频繁，影响了沿海地区的环境演化。
3.温室效应带来的后果
温室效应带来的直接后果是全球变暖。全球变暖带来许多复杂的间接后果，其中有些对人类来讲是灾难。因此联合国环境规划署将1989年“世界环境日”的主题定为“警惕全球变暖”。温室效应引起的间接后果有以下几方面：
(1) 给沿海地区带来灾难
由于全球气候变暖，两极和高山的冰川融化，海面上升，将使沿海低地淹没，海滩和海岸侵蚀、沿海土壤盐碱化、海水倒灌与洪水加剧、破坏港口及影响航运，影响沿海水产养殖业、破坏沿海供水和排水系统，等等。
(2) 气候带移动带来复杂的影响
气候带移动使温度带向高纬度方向移动5个纬度，降水带变化复杂，进而对农业、牧业、林业、渔业都产生令人难以想象的各种复杂的影响。特别是气象灾害可能增多，气候规律可能打乱，更令人担忧。
4.对策
(1) 调整能源战略
目前全球一次能源中矿物燃料燃烧占87％。这些矿物燃料燃烧每年将50亿吨二氧化碳排入大气，而且以每年0.4％的速度增加。如果不采取有力措施，那么21世纪前期大气中二氧化碳的含量将达到工业化前的270 ppm的二倍。因此必须加快以核能、太阳能、水能等清洁能源代替矿物燃料的速度。在这方面，最有前景的是核聚变能，一旦可控核融合反应技术过关以后，即可用于大规模发电，代替矿物燃料而占能源的主要地位。
(2) 保护森林和植被
首先保护好现有森林和草原，然后是大面积植树造林和种草。这样能够增加地球的绿地面积，增加光合作用的规模和强度，进而吸收大气中的二氧化碳的规模和强度也随之增加，减少大气中二氧化碳的含量。这对维持大气成分的平衡、减轻温室效应都是有明显作用的。
(二)、臭氧层耗竭
臭氧层是大气平流层中的一部分，位于距地面大约22公里处，臭氧含量大约0.1～0.2 ppm，比地面大气中臭氧的含量0～0.07 ppm明显增高。臭氧层的存在，使太阳辐射中的紫外线大部分被吸收，只有少量紫外线能到达地表。紫外线过多对生物细胞有杀伤作用，紫外线过少对光合作用及生物的生存与发展也有不利影响。臭氧层的存在非常好地解决了这一难题，既不毁掉生物圈，又有利于生物圈的存在与发展，因此人们称臭氧层是“生命之伞”。
1.臭氧层的耗竭及原因
近年来，人们发现地球的臭氧层出现了破坏，正在明显地耗竭之中。人们首先发现在过去10年里，每年春天南极上空都出现一个臭氧层的空洞。在这个空洞里，臭氧含量减少了大约30～40％。后来人们用人造卫星测得的地球臭氧数据表明，最近世界范围内总臭氧量也有所减少。1979～1986年的八年间，全球总臭氧量减少5％。最近又在北极上空发现了臭氧空洞，其面积为南极臭氧层空洞的一半。
臭氧层耗竭的原因是什么呢？科学研究证明，人类活动排放的一些气体，例如氯氟烃、四氯化碳、甲基氯仿等，它们在低层大气中因不活泼进入平流层。它们在平流层中由于受紫外线的作用而放出氯和溴，而氯和溴在臭氧破坏过程中起到了催化剂的作用。
2.臭氧层耗竭的后果
臭氧层破坏以后，产生许多不良后果。科学家们预测，臭氧层中臭氧的含量减少1％，地球上的人类因此患皮肤癌的人就要增加10％。而且，还会对植物、动物、微生物产生复杂的影响。如果不采取有力的措施加以解决，那么地球上的臭氧层在几百年内会耗竭光。那样地球上的所有生命将无法生存，另外还可能会对地球的气候产生不良影响。一些科学家认为臭氧层减少到1/5时，将是地球生物存亡的临界点。
3.对策
人类目前正在采取联合行动，限制、减少以至逐步取消氟氯碳等对臭氧层有破坏作用的化合物的生产。联邦德国计划在1990年将氟氯碳产量减少10％，北欧国家决定在1998年前减少氟氯碳等的生产，比例达50％。我国也正在采取措施，参加保护臭氧层的共同行动。
(三)、酸雨及其发展趋势展望
1.酸雨污染及发展趋势
降水的pH值小于5.6的为酸雨。酸雨早在19世纪中期就已发生。目前一般情况下酸雨中二氧化硫的原因占70％，氮氧化物的原因占30％。不过，二氧化硫的原因所占的比例在逐渐减少，而氮氧化物则在增加。酸雨最早在西欧出现，后来扩散到北欧。北欧的瑞典自身大气污染很少，但受到西欧、中欧大气污染扩散的影响，酸雨危害很重。因此瑞典第一次将酸雨做为国际问题提出，出于这一背景，联合国1972年在瑞典首都斯德哥尔摩召开了世界人类环境会议。现在酸雨在中欧、东欧都很严重。目前北美洲中部的美国和加拿大交界地区也出现了酸雨这一国际问题。现在亚洲的酸雨问题也突出起来了。
酸雨还在发展。预计到2000年，北美和西欧的二氧化硫排放量略有增加，苏联和东欧增加1/3，发展中国家排放的二氧化硫也会大量增加。至于氮氧化物，几乎所有的国家的排放量都会增加。因此，到2000年酸雨的危害只能增加，而且增加的幅度比较大。这是全人类必须高度警惕的问题，正因为如此，人们称酸雨为空中死神。
2.酸雨的危害
· 使水体酸化，危害水生生物；
· 破坏陆地生态系统；
· 腐蚀建筑、机器、设备等；
· 威胁人体健康，美国和加拿大在1980年一年中即有5万多人死于酸雨带来的硫化物污染。
3.防治措施
· 制定防治酸雨的法令；
· 制定严格的排放标准；
· 使用低硫燃料；
· 限制烟囱高度；
· 控制与净化汽车排气；
· 安装排烟脱硫脱氮装置；
· 加强监测和研究。
(四)、土地资源危机及其发展前景展望
1.土地资源的损失和破坏
世界上目前有耕地13.7亿公顷。但有史以来人类已经破坏和损失了大约20亿公顷的耕地，其中非农业占地数量相当可观，而且还在继续增加，预计到2000年，还要占用2500万公顷。土地沙化是另一方面的重要损失。近100年来，荒漠和干旱区的面积已从11亿公顷增加到26亿公顷，目前世界35％的土地处在沙化的直接威胁之下。预计到2000年还会有许多土地沙化。另外水土流失也很严重，全世界目前每年流失表土250亿吨，已超过新生成的表土量。风蚀的危害也很大，土壤盐碱的现象也很严重。总之，土地资源的破坏和损失的速度是很快的。据预测，到2000年世界人均谷物种植面积将从1950年的0.24公顷、1980年的0.17公顷，下降到0.13公顷。
2.土地资源破坏的原因分析
· 人口增加过快，对土地产生过大压力；
· 破坏森林草原，进而毁掉土地资源；
· 耕作制度不合理；
· 对土地利用缺乏统等规划。
3.土地资源的保护措施
· 成立专门的国土管理机构
许多国家成立了专门的国土管理机构，例如美国、苏联、日本、英国、法国、联邦德国、荷兰、澳大利亚、波兰、朝鲜、墨西哥等国都成立了相应的国土管理机构。
· 制定土地利用规划
日本制定了全面的土地利用规划。联邦德国、丹麦、芬兰、瑞典、挪威、冰岛等国家也有土地利用的有关法规和条例。
· 开展土地评价
美国和英国等国家开展了土地评价工作，对保护土地资源起到积极作用。
· 加强水土保持工作
美国的水土保持工作取得很大进展，有许多宝贵的经验，现在已在印度、尼日利亚、墨西哥等国家推广。
· 积极治理沙漠
苏联、美国和埃塞俄比亚等国家，在治理沙漠方面取得一些成效。埃及在治理沙漠方面也取得了一定的成绩。
· 防治盐碱化
发达国家和发展中国家都采取了不少措施防治土地盐碱化，并取得了一些经验。
· 开展矿用土地的复垦
美国、苏联、澳大利亚、联邦德国等国家都很重视矿用土地的复垦，并取得明显的成效，取得许多经验。
(五)、水资源危机及其发展前景展望
众所周知，水资源是宝贵的、不可替代的自然资源。随着人口的增加和人类生活水平的提高，人类用水量急剧上升。1900～1975年，世界人口大约翻了一番，而年用水量则从4000亿吨增加到30000亿吨，增加了约6.5倍。其中农业用水增加5倍、工业用水增加20倍，城市用水增加12倍。据估计，目前世界有43个国家和地区缺水。据预测，到2000年将有更高的国家和地区缺水，形成世界性的水资源危机。预测2000年人类用水量将达到60000亿吨，是1900年人类用水量的15倍，是1975年人类用水量的2倍，其中不可复原的水量占50％左右。农业用水量在2000年将达34000亿吨。工业用水量在2000年将达到19000亿吨，为1900年的60倍以上。城市用水量在2000年将达4400亿吨，为1900年的22倍。如此巨大的用水量必然导致水资源危机。为了解决这一危机，必须采取以下几项措施。
1.加强水资源管理
制定水资源保护法
英国早在1944年就制定了水资源保护法。英国于1948年制定了水污染控制法。日本于1958年颁布了水质保护法。苏联于1970年批准了水基本法。
建立水资源管理部门
英国1963年建立了水资源委员会。美国1965年成立了水资源利用委员会。苏联早在1919年就成立了中央水资源保护委员会。
实行用水经济政策
许多国家实行的用水经济政策，不利于保护水资源，会造成水资源的浪费和破坏。因此，许多经济学家认为应根据水资源的量、质及开采成本定价，一方面抑制浪费水资源、保护水资源，另一方面又能给水资源的涵养与保护给予必要的补助。
2.增加可靠供水
建造水库
美国、日本、苏联等已开发国家都建造了不少水库，以增加供水。开发中国家的水库建造晚了20年，目前处于全盛期，近10年建造的高度超过150米的大坝，其中2/3是发展中国家完成的。
跨流域调水
美国、苏联、印度都有大规模跨流域调水工程或工程计划。
地下蓄水
目前有20多个国家利用地下蓄水。地下蓄水不占土地，也不必耗巨资修建大坝，因此发展较快。但地下蓄水也有许多问题，可能产生复杂的影响。
海水淡化
沙特阿拉伯和伊朗等干旱国家发展较快，但目前成本尚高，难以推广。
拖移冰山
沙特阿拉伯等国家曾做过实验，从南极拖移冰山，其成本比海水淡化低。
治理水污染，污水资源化
美、英、法、联邦德国、加拿大等国污水资源化已大规模推广。
3.节约用水
· 提高工业用水重复利用率和循环利用率；
· 发展不排或少排废水的工艺；
· 节约农业灌溉用水，减少损失；
· 适当发展污水灌溉；
· 发展中水道，节约城市用水。
(六)、森林资源危机及其发展前景展望
森林是陆地生态系统的主体，农业生态环境的基础，是十分宝贵的自然资源。但是，森林的破坏是很严重的，目前世界森林每年约减少2000万公顷。自1950年以来，全世界的森林已损失了将近一半。据一些学者预测，世界森林面积减少的趋势至少将延续到2020年，那时世界的森林将比现在减少30％。由于人口的增加和森林的减少，人均森林面积将从1975年的0.68公顷降至2000年的0.33公顷，人均木林蓄积量将由80立方米降至40立方米。这一期间森林的减少主要发生在发展中国家。巴西的亚马逊原始森林是世界最大的热带林区，但已毁掉了一半。非洲的热带森林也已砍伐了一半。亚洲的热带森林也减少了大约一半。
1.森林破坏的严重后果
森林的破坏引起全球性气候变化
森林的破坏改变了大气的组成，并且干扰了大气辐射平衡，影响了地球的水循环，所有这些都引起了全球性的气候变化。
森林的破坏使地区生态系统退化
森林的破坏引起了水土流失、土壤沙化、洪涝灾害频繁，总之会使区域或地区的生态系统退化，甚至发生泥石流等灾害。
森林的破坏引起物种的变化
森林是复杂的综合生态系统，蕴育着丰富多彩的动植物种群。如果森林破坏，那么森林中的动物、植物和微生物都难免同归于尽。
森林的破坏使生态系统的生产能力降低
森林生态系统的破坏，不可避免地带来养分和土壤的流失，进而降低整个生态系统的生产能力，也影响了能量营养的贮存以及为动植物提供生活空间的能力。
森林的破坏带来景观和部落文化的破坏
森林破坏带来了景观的严重破坏，其损失往往是难以估价的。森林破坏又使在热带森林中生活的部落文化消失，这在人类学和社会上都是损失。
2.森林破坏的原因分析
· 人口增加过快带来巨大压力。
· 重采轻育，乱砍滥伐。
· 开发中国家为取得外汇而盲目毁林，已开发国家却乘机掠夺开发中国家的森林资源，例如日本森林覆盖率高达67％，却不大规模砍伐森林，而是大量进口木材。
3.森林的保护和管理
已开发国家
已开发国家目前修正了林业经济方针，即坚持发挥林业的综合效益，也就是追求经济效益、生态效益和社会效益的统一。另外坚持森林分类管理、林业集约化经营、大力营造人工林、发展木材综合利用、扩大自然保护区、加强林业科学研究，这些都有利于森林的保护。
开发中国家
开发中国家也开始采取措施保护森林，例如制定保护森林的法律、制定保护森林的政策、宣传森林的重要价值、依法严惩非法伐林者、植树造林、建立自然保护区、对森林进行分类管理、争取国际援助，等等。这些措施也都起到了一定的保护作用。
(七)、物种的消失及其发展前景展望
1.物种的消失及其发展前景
物种是生物不断进化的产物，有生有灭。自古至今世界产生过10亿种生物，但绝大部分已经绝灭。科学家们估计，1万年以来世界有大约1000万种生物。但是这些生物的生存受到人类活动的威胁，灭绝的速度显著加快。据估计，到2000年要有50～100万种生物绝灭，而且这种速度还有可能加快。
2.物种消失的后果
· 破坏生态平衡；
· 影响优良品种的培养；
· 减少药物来源；
· 对科学发展不利；
· 影响景观，对旅游业产生不良后果。
3.物种消失的原因
· 栖息环境的改变和破坏；
· 滥捕和过度开发；
· 环境污染；
· 引进外来物种，破坏了生态平衡；
· 旅游业盲目发展。
4.物种的保护措施
物种的灭绝引起人类的重视，采取一系列措施加以保护。人类对物种的保护经历了三个阶段。第一阶段从30～60年代，只是狭义地强调保护物种。第二个阶段从60～70年代，不但强调保护，而且也提出要合理利用。第三个阶段是从70年代以来，强调了整个生态系统的保护。保护物种的措施有以下几项：
· 制定有关法规，依法保护；
· 加强宣传教育；
· 开展保护物种的科学研究；
· 对濒危和稀有物种进行登记；
· 建立自然保护区；
· 建立珍稀动物养殖场和珍稀植物种植场。
(八)、解决世界环境问题的对策
1.全世界各国合作互助，联合行动
为解决世界环境问题，全世界各国必须求同存异，合作互助，统一步调，联合行动。只有这样才能有效地保护全人类的家园--地球。在这方面联合国可以充分发挥组织协调作用，已开发国家要承担主要责任和任务，帮助开发中国家发展经济，以足够的经济实力从事环境保护。为此，需要制定统一协调全世界各国行动的纲领和规划。
2.发展节能技术，开发替代能源
为迅速改变目前能源消耗对全球环境的影响，首先应发展推广节能技术，减少化石能源消耗，降低大气污染。更重要的是要尽快开发替代能源，以逐步取代化石能源和生物能源的消耗。在这方面首先是开发太阳能、地热、沼气等新能源，另一方面加快核聚变发电技术的研究工作，以便完成能源结构的变革。
3.培育速生、丰产、优质、树种、草种
应用生物工程技术，培育速生、丰产、优质的树种和草种，以尽快恢复地球陆地表面的植被，即减少水土流失和土地沙化，又调节气候，还对改变大气中氧气和二氧化碳的比例，起重大作用。
4.发展新的致冷技术
发展新的致冷技术，逐步减少氟里昂的生产和使用，以保护大气层中臭氧层。
5.防止污染转移
为防止发达国家向发展中国家转移污染，应签定国际公约，严格限制和制裁发达国家和地区向发展中国家和地区转移污染严重的工矿企业和转移污染物。
6.改变世界经济结构，促进发展中国家的经济、技术和社会发展
由于贫穷落后和不合理的世界经济结构和贸易体系，发展中国家的环境受到严重破坏，资源受到掠夺。为改变这一状况，必须改变目前世界经济结构，提高原料价格，降低制成品价格，促进发展中国家发展经济，保护环境。
第十章 能源与环境
第一节 台湾地区能源蕴藏
一、前言：
能源是一切活动的原动力，人类文明的发展史与其所利用的能源之间有极密切的关联，人类对能源的依赖程度亦随着工业化的进展而日益加深，能源消费型态及数量除可反映生产结构与技术层次外，亦可显示一个人民的实质生活水准。
今日能源与经济、政治、国防、科技、交通、社会及卫生环境等各方面均具极密切之关系，能源之重要性是无庸置疑的。人类使用的能源大致可概分为再生能源与非再生能源两大类。再生能源是指由太阳、风力、潮汐、海洋温差等产生之能源；而非再生能源则指化石燃料（煤炭、石油、天然气）及核能等蕴藏量有限且日益枯竭之能源。因此能源问题之解决除了由开源着手进行能源蕴藏区之探勘开发及新能源之研究发展外，并应长期进行节约能源之宣导及技术推动。
二、台湾地区能源蕴藏
我国台湾地区能源资源贫乏，高度仰赖进口，再加上近几年来国民生活水准提高，国民所得增加，对能源之需求亦日益扩大，民国八十一年能源总供给中95%属进口能源，自产能源仅占 5%。以下即简要介绍我国能源蕴藏概况：
（一）煤：
民国八十一年自产煤炭仅占总供给煤炭之1.4%，主要为燃料煤，煤田分布于台湾西北部平原及丘陵地区，集中于基隆、台北、桃园、新竹、苗栗等县市，目前可采量约 1.7亿公吨。煤层薄且深，自民国五十七年后浅部煤层大多开发殆尽，开采不易，成本渐高。目前政府除辅导优良煤矿开采外，对地质不佳之煤矿则辅导矿工转业停止开采。
（二）油气：
原油及天然气田大多于台湾西部山麓丘陵及西部南北平原地区，蕴藏量原油约仅95万公秉，多系由天然气井伴随天然气产生，八十一年自产原油仅占总供给原油之0.2%。天然气则为台湾地区最主要的自产能源之一，蕴藏量 182亿立方公尺，八十一年之开采量占总天然气供应量之26%。
（三）水力：
台湾地区河川之特性为短、小、湍、急，具经济价值之河川多已开发，水力蕴藏量估计 511万千瓦，主要分布于大甲溪、浊水溪等几条主要河川，目前已开发156万千瓦（不含抽蓄发电之100万千瓦）约占总发电装置容量之8.1%。
（四）其它能源：
太阳能、风能、海洋能、地热能、生质能等由于取之不尽、用之不竭，现正积极进行研究开发工作，期能在符合经济原则之下，推广利用。其中澎湖七美二百千瓦先导型风力电厂已于八十年初开始试范运转，并勘选恒春地区进行太阳能系统之研发及完成十五、三十、四十马力沼气发电机组装技术之开发并推广应用。
上述煤、原油、天然气和水力皆属初级能源，即尚未经能源转变处理之能源。另次级能源系指利用初级能源或其它次级能源加以转变处理所产生之能源，如原油经精炼所产生之汽油、燃料油等石油产品；煤经治炼所产生之焦炭、煤气；及燃煤、燃油、燃气所生之电力等均属次级能源。
三、非再生能源之开发与应用：
目前全球化石燃料蕴藏量，煤炭最丰约可再采 239年，其次天然气约59年，再其次为原油约43年。现今人类所面临之能源问题除了化石燃料日益枯竭外，能源生产，使用所造成之环境污染问题，亦为当今需迫切解决者，尤其是化石燃料燃烧排放大量二氧化碳温室效应气体，已成为全世界共同关注之国际事务。
（一）煤炭
煤炭在地球上的蕴藏量相当丰富，价格也较低，热值仅次于石油与天然气。因此在许多情况下煤炭可替代石油使用，以减轻我国对石油之依赖。但近年来由于国际间对环保问题之重视，而煤炭除了燃烧时会产生大量污染外，在运输及储存中也有煤灰尘埃之污染问题，因此能源计划中希望由天然气及核能取代部分煤炭之使用。
（二）石油：
石油之运输储存及使用均较煤炭方便，一度成为我国最主要之能源来源，但由于国际油价极度不稳定，且我国之自产石油又非常少需大量仰赖进口，因此政府积极推动降低石油之依赖及降低我国石油对中东之依存度。石油所炼制之油品包括燃料油供能源用途及原料油所制成或衍生之石化产品，共达五千余种。
（三）天然气：
天然气为目前化石燃料中被公认之清洁能源，且热值相当高，由于温室效应问题日趋严重，各国均扩大推广使用此干净之能源，但天然气之运输、储存较不方便，为目前需迫切解决之技术问题。
（四）核能：
台湾地区自产能源相当贫乏，而核能电厂发电所需之铀燃料，虽与石油及煤一样均从国外进口，但因为市场分散、供应来源稳定、核燃料体积小，便于运输储存，因此，能源专家均视为准自产能源。台湾之能源供给结构中，核能发电占重要地位。目前共有三座核能发电厂，系统制置容量为电力系统的27%。
（五）电力：
台湾地区能源消费结构中，以电力消费所占比例最高达 42%，可知我国对电力之依赖程度。电力可分为水力发电、火力发电及核能发电。火力发电由燃烧石油、煤炭天然气而产生。配合能源政策减少对进口石油之过份依赖，及近年来之环保问题，台电公司乃致力于发电结构之改善，以期能提供充足、合理价格及高品质的电力。同时加强负载管理输配电系统之改善工程及合理之电价结构，使管理与技术并重，达到电力能源有效使用之目标。在电力的开发建设与营运维护过程中，对环境均有影响，如火力电厂污染物排放、废水煤炭及煤运储；核能电厂海域生态、核废料及核能安全；水力发电之景观维护及水土保持；另外对于输配电设备的噪音、振动静电感应和架空线路美化等均有可能对生态环境造成负面影响。因此事业单位除直接投资各项防治污染设备外，对于各项环境问题，也须配合电厂之开发作积极的研究及改进。
四、再生能源之开发与应用
台湾地区自产能源不足，所需能源大部分仰赖进口，因此开发自有清洁安全之新能源实有其必要性。兹将近年来国内发展成果概述如下：
（一）太阳热能
太阳热能为目前新能源中，技术最成熟、经济可行性最高之一项。民国七十五年经济部能源委员会公布实施「太阳能热水系统推广奖励办法」推广住宅家用、温水游泳池、大型宿舍、及工业制程预热太阳能热水系统，成效卓著。此外并进行太阳能除湿空调系统之研究，未来将进一步致力于各种太阳能空调系统技术及太阳能干燥系统之研究发展与推广利用。
（二）太阳光电能
太阳光电能是利用太阳电池组件直接将太阳能转换成电力。在太阳电池组件研制方面，从自行在实验室研制效率4%之小面积非晶硅太阳电池，经技术改良后将非晶硅太阳电池之效率提升至10.3%，已接近工业先进国家研制 12-13%单接面非晶硅太阳电池之技术水准。此外，并于偏远及高山地区进行太阳光发电系统之推广应用。太鲁阁国家公园内设立太阳光发电系统供隧道照明、语音解说机电力及在奇莱、南湖大山设立太阳光电能避难示范小屋，并进行太阳能通讯系统研究发展。
（三）风力能
工业技术研究院能源与资源研究所在经济部能源委员会资助下进行风力机技术开发，七十五起分别开发出 4KW、40KW、150KW风力机技术。此外，并设立17个简易风力测站，进行风力基本资料之搜集及评估并选定澎湖为国内风力发电应用之优先地点。未来国内风力之发展将着重于风力机之推广应用，目前已在澎湖七美岛建立200KW先导型风力发电系统。
（四）地热能
台湾位于环太平羊火山活动带上，地热潜能经采勘评估，储热层热可达5X10^18焦耳，若用于发电利用，其总潜能估计至有 1000MW。为开发是项自产能源，先后在宜兰清水装置一座3000KW单段闪发式地热发电机组及在宜兰土场开辟地热多目标利用示范区，装设一座260KW双循环发电机组，进行发电暖房、花卉温室、及从地热蒸汽中回收副产品CO作为工业原料之多目标利用示范。
（五）生质能
台湾地地狭人稠，无法栽植能源作物作为生质能源之原料，因此过去之生质能源技术之研究发展均以废弃物的厌氧消化及相关技术为主，希望藉生质能技术之开发及应用，达到污染防治与能源回收之目的。目前已于迪化污水处理厂设立每日可纯化1200立方公尺沼气之纯化实验系统并开发出适合中小规模养猪户使用之沼气发电机。
（六）海洋能
台湾东部海域因黑潮经过，表面海水温度常达25℃以上，而离岸不远之水深800公尺处水温仅约5℃，颇适合海洋温差发电，经就具发展海洋温差发电潜力地区调查，选定和平、樟原二处候选厂址。海洋温差发电技术虽已进入成熟阶段，惟其中大口径冷水管及深海布放管路技术尚待克服；在经济效益方面，单就发电成本尚不具开发价值，若将水产养殖副产品经济价值考量在内，虽稍可提高其经济效益，惟仍难与传统发电方式相竞争。
由于新能源技术尚处于研究发展阶段，故其开发成本仍较传统能源为高，但以我国能源供给几乎全靠进口而言，新能 源技术的研究发展应持续进行且应尽可能地开发，并在符合经济原则下推广利用。
第二节 台湾地区能源供需概况
一、综合能源
台湾地区能源总供应量自民国61年的1480万公秉油量增至81年的6340万公秉油当量年平均成长率为7.7%。进口能源占总能源供应量比例逐年递增，民国81年增至 95%。就能源供应结构来说，民国55年以前，主要能源为煤炭，民国56年至今则以石油为主。第二次石油危机以后，政府更积极推动能源多元化，以燃煤及核能代替田。各能源中，煤炭自民国61年之18%增至81年之26%；石油自67%降至53%；天然气自9%降至1%；水力发电自6%降至3%；核能发电开始于66年，至81年占 13%；液化天然气则于民国79年始进口，至81年占4%。
表1 能源供应结构 单位:百分比(%)
能源\年别
1972年
1977年
1982年
1987年
1992年
煤碳
18
11
18
24
26
石油
67
77
64
51
53
天然气
9
8
4
3
1
液化天然气
4
水力
6
4
4
4
3
核能
10
18
13
民国81年进口能源支出为58亿美元，其中以进口原油及产为42亿美元，占72% 居多。进口能源值占总进口值7.6%，占国内生产毛额2.7%，平均每人负担为新台币6,882元。国内能源消费自民国61年的1,291万公秉油当量增至81年的5,778万公秉油当量，年平均成长率为8.1%，低于同期间之国内生产毛额（GDP ）成长率8.4%，平均每人能源消费量自民国61年的 853公升油当量增至81年的2797公升油当量，年平均成长率为6.4%。
在各消费部门中，工业部门自民国61年之61%降至81年之52%，仍为最大宗；由于机动车辆数持续增加及运输需求扩大，运输部门自8%增至 16%；商业部门自2%增至4%。尤其在民国76年至80年间由于服务业日趋繁荣，消费成长率皆居各部门之冠，81年虽受景气变动影响，但因用电量增加，其成长率仅次于运输部门。农业部门自4%降至2%，主畏是因整体经济环境变迁之影响，致农林畜牧业及渔业之比重下降；位宅部门自9%增至 12%；另外，其化部门自9%降至6%，工业原料自7%小幅成长至8%。
若按能源别区分，则能源消费中煤炭所占比例自民国61年之19%降至81年之13%；石油产品则自39%升至40%；天然气自8%降至5%；电力自34%升至42%。
表2 能源消费结构(部门别) 单位:百分比(%)
项目\年别
1972年
1977年
1982年
1987年
1992年
工业
61
56
54
51
52
运输
8
11
13
13
16
农业
4
4
4
3
2
住宅
9
10
11
12
12
商业
2
2
2
3
4
其它
9
7
7
7
6
工业原料
7
10
9
11
8
表3 能源供应结构(能源别) 单位:百分比(%)
能源\年别
1972年
1977年
1982年
1987年
1992年
煤碳
19
9
12
12
12
石油
39
48
48
46
40
天然气
8
8
4
3
5
电力
34
34
36
39
42
二、能源供需检讨
１．能源供给高度依赖进口
二十年来能源总供给增加了4.8倍，而进口能源增加达7.1倍，自产能源反而减少 33.7%，为配合经济发展，未来进口能源势必持续扩增，对进口能源依存度将继续提高。
２．能源供给高度依赖石油
石油自民国56年年起取低煤炭为最主要的能源，此后石油比重逐渐增加，66年更达 76.9%的最高点。第二次石油危机以后，政府积极推动能源多元化，石油供应比重自民国78年有逐渐下降的趋势，足见政府能源多元化措施已见成效。
３．能源生产力稍有改善
我国能源生产力（每公升油当量能源消费所产生之GDP ）从民国79年76.6元/公升油当量（按75年币值），80年的76.7元/公升油当量，升至81年的 76.9元/公升油当量，在这三年中仅呈现小幅成长，此及因我国产业结构、技术水准、产品品质形象、行销管理等方面未臻完善，且国内各项公共工程、基础建设继续进行，而钢铁、水泥、石化等耗能产业比重居高，致使单以能源消费表示的能源生产力未能提升。
４．能源消费结构以运输、商业两部门成长最速
按使用部门分析，工业所使用之能源（含燃料用及原料用）一直居各部门之冠，但其成长率呈减缓势，民国81年之能源消费成长仅为6%。然自民国77年起服务业超越工业成为我国经济的主干，玫商业部门能源消费在76年至80年间成长率一直居各部之首而维持在17%以上，81年受景气变动影响降至12.8%，运输部门则因汽机车持续增加而成长了15%。
５．汽电共生发电量大幅增加
迄民国81年底，台湾地区汽电共生装置容量计有 155万千瓦，已达台电总装置容量之8.1%；而发电量则大幅增加至88亿度，相当于台电总发电量之9.1%。81年汽电共生厂电力自给率平均已达 56.1%，其中石化原料、化纤、塑料等化学材料更高达73.4%，汽电共生不失为有效利用能源的一种方式，推广成效显著。
第三节 能源对环境之影响
一、电力生产对环境之影响
电厂自运转开始迄除役，通常历经三十～四十年之久，对环境之影响则因发电方式的不同而异，如表所列为核能与火力发电方式对环境可能产生的影响。
我国现有金山、国圣、马鞍山三座核能发电厂，装置容量共为五百一十四万四千瓦，约占总发电量的 38.3%，为我国主要能源之一。兹概述其对环境影响及采取之防治措施如下：
放射性物质排放及环境辐射侦测
正常运转中之核能电厂产生之放射性废气、废液，需由放射性废料处理系统以过滤、除矿、浓缩、吸附、滞留等程序除去绝大部份之放射性核种，再经取样分析，含于法规排放标准后才可排放，而在各排放点又设有自动监测器，用以监测、记录排放浓度与体积，若万一发生超出限值之情况，会立即发生警告信号并自动关闭阀门停止排放。而为评估排放物对附近民众造成之辐射影响，必需由排放点侦测到排放核种、活性、大气及海流扩散数据，并考虑环境中各种可能对人体造成辐剂量之途径（如饮食、呼吸、海边游憩等），代入计算机程序计算厂界最大个人民众剂量。表5为80年核能电厂外释量及民众评估结果，均合于法规限值。
表5 81年核能电厂外释量及厂外最大个人剂量评估结果
厂 别
第一厂
第二厂
外释量及法规限值
外释量
法规限值
剂 量
外释量
法规限值
剂 量
气体废料 外释量（居里）
氚
17.9
42.0
0.0448
47.7
76.0
0.0578
微粒
0.0022
0.28
0.0004
0.0033
放射性碘
0.0988
4.80
0.00003
2.0
惰性气体
2680
16000
3406
13400
液体废料 外释量（居里）
氚
41.3
N/A
0.017
107
N/A
0.0647
其它
0.0918
10.0
0.467
10.0
注：1.外释量及法规限值单位：居里／年
2.LDD：仪器的最低可测敏度。
3. N/A：表示没有资料。
4.剂量单位：毫仑目／年
5.剂量限值：气体＜10毫仑目／年（全身），液体＜ 6毫仑目／年（全身）
非放射性环境影响监测
核能电厂运转中产生清洁剂、杀生剂、废油、酸碱化学液等非放射性废液，以及冷却汽汔涡轮水蒸汽之温排水，都必须在符合法规限值的状况下才可排至厂外海域，而附近之环境监测作业，除由台电公司自行监测并定期提报主管单位外，原能会亦委托中央研究院国际环境科学委员会中国委员会于电厂运转前五年，即进行核能电厂附近海域生态之调查研究，研究项目包括水质、水温、浮游生物、底栖生物、鱼类、珊瑚、海潮流、进水口对海生物吸入及撞击作用、渔场经济效益等，历年调查结果除七十六、七十七年夏季核三厂出水口附近小湾区珊瑚小部份因水温过高而白化外，并未发现电厂运转对附近海域生态造成不良影响。
表6 一般核能电厂环境辐射侦测计划项目概要
项目
对象
频次
侦测地点
侦测方法
备注
环境直 接辐射
剂量率
连续
4
碘化钠侦检器 游璃腔侦检器
累积剂量
每季
20
热发光剂量计
陆
地
样
品
空浮微量
每 周
5
核种分析*
水 样 **
每 季
5
核种分析*
牛 奶
视需要而定
1
碘131分析
表面土
土壤、草样
每 半 年
4
核种分析
岸 沙
每 半 年
3
核种分析
农产品
叶菜类
收 获 期
3
核种分析
根菜类
水
落尘、雨水
每 季
1
核种分析
落尘、雨水
每 月
1
水盘法等
海域 样品
海 水
每 季
3
核种分析
排水口附近
海产生物
每 季
1
核种分析
鱼、贝类
指针生物
每 季
1
核种分析
海澡类
气
象
气 温
连续
1
风 向
风 速
雨 量
*核种分析原则上以仪器分析为主
** 包括饮用水、河川水、地下水等
二、石油炼制对环境之影响
石油为台湾地区主要使之能源，在石油生产过程中，从探勘、炼制到输储，免不了会产生废水、废气、噪音及固体废弃物等，但这些污染物可经由制程改善及环保科技来使其降至最低的程度，兹将各类污染之来源、种类、对环境可能之影响及改善措施等略述于下：
（一）废气：
１．来源：在石油生产过中，废气可归纳为固定与逸散性两大类。固定污染源如：燃烧过程、炼制程序及废气燃烧塔因停电、跳机，无法完全燃烧而排放之黑烟。而逸散性污染源，则系来自储槽油气之挥发，设备、管线、阀、泵、压缩等之泄漏及由废咸液逸出等。
２．废气种类：碳氢化合物、二氧化硫、氮氧化物、臭味、一氧化碳、黑烟等。
３．对环境之影响：二氧化硫及氮氧化物在大气中经氧化作用，再与水气结合，产生酸雨。而碳氢化合物及氮氧化物经过一连串化学反应产生臭氧及过氧化物等，将可能生成光化学烟雾。此外，制程中产生之臭味及挥发性有机物，不论是对嗅觉或人体健康均可能会造成不适之感。
４．处理措施：?降低硫氧化物之排放：提高燃用几乎不含硫份之液化天然气之比例，燃油部分则燃用含硫量较低之燃料油，以从根本上来减少硫氧化物之排放。?削减氮氧化物之排放：装设低氮氧化物燃烧器，锅炉加装排烟脱硝设备，加热灯及焚化炉加装触媒脱硝设备。?烟尘排放系统安装静电集尘器，减少烟尘之排放。?制程中减少排气。?兴建地面式废气燃烧系统及废气回收设备，以改善废气燃烧塔之火光及噪音对附近居民之干扰。?加强逸散性气体管制：轻质油料以内浮顶式油槽储存，安装油气回收设备，采取密闭式取样系统，提高凡而、泵浦、轴封品质。?建立环境空气品质监视系统，设立监测站及监测网络系统并予计算机联机，将污染浓度及总量予以统计，以作为环境品质管理之依据。
（二）废水：
１．废水来源包括：贮槽、设备、管路泄放与清理、精炼过程所排放之废水：此外，尚有锅炉、冷却水塔、再生排放水、洗地水、卫生污水及雨水等。
２．废水污染物种类：石油炼制业废水之主要成份为油脂、废碱、硫化物、酚类与挥发性有机物等。
３．对环境之影响：未经处理之废水、可能会污染河川及海洋，影响鱼类生存；排放至水源则可能对人体健康造成影响；产生臭味，则可能影响游憩。
４．处理措施：工场生产所产生之废水，于放流前皆先经一级及二级处理，一级处理即以API与CPI油水分离池、空气浮选设备，以凝结剂处理等方法使油水分离；二级处理即生物活性污泥处理池或旋转生物膜盘（ RBC）和曝气池等设备
处理废水中之有机物，以降低排放水中化学需氧量。经过二级处理后之废水，再经过废水快速凝集沈淀设备，去除其浊度，使其透视度大于二十以上，并经过自动监测系统，确定其符合放流水标准后，始予排放，而部份经过二级处理之较清洁废水，还可依其特性以活性碳、逆渗透膜法、电解法等对废水进行回收再利用之处理。为了减轻暴雨时废水处理场之负荷量，建立暴雨截流系统，以使废水与雨水分开处理排放。
（三）噪音：
１．噪声源：包括加热炉、转动机械、压缩机、高压蒸气管线、废气燃烧塔及冷却塔等。
２．对环境之影响：影响厂区邻近地区居民之安宁及厂区内作业员工之听力及生活之舒适性。
３．改善措施：?在新建工程规划阶段，要求新工场必需采用低噪音设备。?测量作业区噪音程度以了解噪音分布情况。?依等音图制定高噪声源，再根据噪声源之特性，研议不同之改善措施与对策。一般采用降低噪音之方法包括隔绝振动，消除音源、消音包覆或噪音吸收、设置隔音墙等方法。例如：加热炉用消音格隔绝噪音可减少十分贝；蒸气排放管添加消音器，转动机械，压缩机加隔音罩，管线加保温消音材料，可降低噪音五～十分贝。?在厂周界及厂外设置噪音监测站，以确实了解噪音分布状况，对作业区与邻近居民生活品质之影响程度，以作为研拟改善略之参考。
（四）固体废弃物
１．来源：炼制过程所产生之废触媒、芳香烃工场过泸用之白土，清洗油槽时产生之油泥及废水处理场产生之污泥。
２．固体废弃物种类：主要有废触媒、聚合物、油泥、废污泥、废白土等。
３．对环境之影响：未经适当之处理（焚化、固化、合格掩埋等），固体废弃物可能会污染土壤或地下水，造成二次污染。
4. 处理措施：主要处理方法采焚化处理及封闭掩埋，在选定处理方法之，前应先对固体废弃物之特性分析建档，再根据固体废弃物之特性选择适用之焚化处理法，以达减量并使废弃物安全及稳定化之目的。对掩埋场应建立地下水污染防治监测系统，以避免二次污染。
三、油料输储中对环境品质之影响
（一）加油站所需之散装轻质油料，均由油罐汽车于各油库灌装后运送到加油站，利用重力方式卸入加油站地下油槽，然后各加油站使用加油机将油料从地下油槽抽出，灌入客户车辆油箱内。汽油为高度挥发性油料，在输储、卸油及加油过程中，均会产生油气之逸散，除会造成油料之损失外，并影响空气品质。但中油以一系列密闭式之油气回收处理作业来避免输储及销售过程中油气之逸散。包括：?加油站之油罐车卸油作业之油气回收。?油库灌装油罐车作业之油气回收。?加油鎗油气回收等。
（二）油料在海上输送途中，偶因意外，而发生漏油情况，漏油除了会影响海洋生态环境外，也会影响海面的观瞻，而无法作游憩之用。对海面油污紧急处理措施如下：
１．港内码头油污之处理：?平时油输靠泊港内码头时，皆以栏油栅（Oil Boom）围住船身四周水面，若遇有油管破裂时，因漏出油料不佰太多，会被限制在拦油栅内。先用浮油回收器（ Skimmer）或吸油泥车回收浮油，然后再用除油剂清除油污。?若遇有油轮因重大事故，而发生大量漏油，则动用所有设备器材及物料，先用拦油栅（Oil Boom）加围多层或将漏出油料围堵，局限在一处或数处，然后以浮油回收器回收至油驳，同时也以吸油棉从岸旁吸收，最后仍以除油
剂来彻底清除油污。
２．外海油污之处理：?外海浮筒系泊油轮时，单点浮筒上，油轮随潮流风向而运动，况而外海浪大，无法和港内码头靠泊油轮一样用拦油栅围住船身水面。?若遇有油管破裂之情况，其所漏出之油料不会太多，可由工作船用除油剂喷洒以清除海面油污。?若遇有油轮因重大事故而产生大量漏油，则调用该单位所有的拦油栅、浮油回收器、油驳或者小油轮、除油剂，前往回收处理。若情况严重，则中油公司高总厂、台营总处或海探处可出动互相支持。
四、能源污染之防治及技术
台湾地区空气品质普遍不佳，其主要原因为机动车辆和工业制程使用大量能源。化石燃料之燃烧产生大量污染，民国八十一年我国化石燃料能源消费占总能源之 72%因此如何做好化石燃料的污染防治工作便特别重要：
（一）引进及产制高品质清洁能源：
１．为降低煤炭及石油等高污染性化石能源使用，已订定一系列燃气电厂计划，各炼油厂亦提高液化天然气使用比率。八十一年进口液化天然气约 164万公吨，较七十九年之 65万公吨增加2.5倍，除供发电外并供家庭及工商业使用。
２．为推广工业用户使用天然气，订定「工业用天然气管线补助费计收办法」减轻用户使用或改用天然气之费用。
３．中油公司积极改善汽、柴、燃料油品质以改善环境，减少空气污染。
４．太阳能热水系统推广奖励办法已于八十年底届满，现继续推广装置太阳能集热器，藉以节省化石燃料使用量，进而减少污染。
（二）推广高效率燃烧设备，降低污染物排放量，辅导工厂加强防治污染。
（三）能源污染防治技术：
１．低污染燃烧技研究本研究所包含的燃烧技术范围，主要包括：?发展高效率低污染燃烧器；及发展先进的燃烧后处理除 NOx技术。
２．各型燃烧炉燃烧技术改善研究
3．煤炭燃烧之烟道气处理技术
在工业化国家，烟道气除硫，已广为燃煤锅炉用以降低 ＳＯ2的排放；但在台湾仍在研究阶段。在八十一年度的计划中，为确实建立湿式 FGD技术及整体技术的完整性，将进行各种添加剂的测试，以及抑制氧化程序研究。
５．废弃物能源利用技术开发
台湾地区每年有大量的农工废弃物，可作为能源用途而未加以利用。其中包括稻谷每年约30万吨、木屑每年约20万吨、石油焦每年约34万吨，以及未来大量的下水道污泥及工业废水污泥。
第四节 台湾地区能源政策
一、能源政策：
台湾地区能源政策系政府基于国内能源供需特性及世界能源发展情势，于民国六十二年订定，其间历经两次能源危机，于六十八年及七十三年二次修正，近年来又电力需求迅速成长及能源对环境的影响如温室效应、酸雨等问题已为国际间所关注，于七十九年经行政院第三次修正，其主要内容如下：
（一）确保能源稳定供应
1. 加强整体能源规划，订定中、长程能源供需计划及应变计划，以配合国家整体发展之需要。
2. 初级能源之来源应力求分散，种类应力求多元化，并应有适当之配比，同时应维持适当安全存量。进口能源应争取长期稳定之供应，其运输应维持适当之自运率。
３．继续国内外油气之探勘与开发，鼓励投资油气矿藏，俾掌握油气来源，并加强油气卸运储及输配设施。
4. 继续扩大进口液化天然气，除供应住宅、商业及工业外，共充分供应发电所需燃料。
1. 促进海外煤矿之探勘与开发，并鼓励投资煤矿，加强进口煤卸运储设施。本地区煤矿之开采，确实维护矿场安全，并重视其经济效益。
６．电力之供应应考虑安全性，兼顾环保及经济，电源应有适当配比，电力系统应有合理备用容量，并应加强电力调度及输配电设施，以提高供电品质。
７．确保核能运转及核废料处理安全，继续发展核能发电，并加强国际合作，掌握铀源，以稳定核燃料之供应及力求技术之转移与自主。
８．健全能源事业管理法规，以建立公平合理之自由化环境，促进能源事业之健全发展。
（二）促进合理能源价格
１．各种能源价格之订定应反映成本，兼顾能源节约、环境保护及经济发展需要，并维持适当结构。能源公用事业在合理经营下，宜维持适度之投资报酬率，以取得长期发展所需资金。
２．石油产品及天然气价格参其相互替代性及所含热值而订定。
３．电力价格结构，应反映不同时间、不同季节之供电成本，鼓励离峰用电，促进负载均衡；并建立电力收购制度，以促进能源开发及有效利用。
（三）提高能源使用效益
１．改善工业结构，提高能源生产力，对于能源密集工业不鼓励；协助厂商加强能管理，推动设置高效率及省能设备，并建立工业制程能源使用效率规范，提供节约能源技术服务，以促进能源有效利用。
２．发展都市及城际间大众运输系统，并继续推行车辆耗能管理制度，以促进省能交通之发展。
３．订定建竽物及各种能源设备与器具之能源效率标准，推行能源效率标示
制度，并定期检讨修正。
（四）防治能源污染环境
１．能源之探勘、开发、生产、运储及使用过程中，应力求维护自然景观，保持生态平衡；并加强能源废弃物之处理及回收，以减少对环境之污染及节约能源。
２．积极引进及产制高品质之清洁能源，并推广利用。
３．推广采用高效率之燃烧及污染防治设备，积极降低能源利用之污染排放，以减缓温室效应及酸雨等全球环保问题。
（五）加强能源研究发展
１．积极研究发展%8
一、环境的组成及结构
所谓环境是相对于某一中心事物而言，作为某一中心事物的对立面而存在。它因中心事物的不同而不同，随中心事物的变化而变化。与某一中心事物有关的周围事物，就是这个中心事物的环境。环境科学所研究的环境，是以人类为主体的外部世界，即人类生存、繁衍所必需的、相适应的环境，或物质条件的综合体，它们可分为自然环境、人工环境及社会环境。
1.自然环境的组成及结构
自然环境是人类出现之前就存在的，是人类目前赖以生存、生活和生产所必需的自然条件和自然资源的总称，即阳光、温度、气候、地磁、空气、水、岩石、土壤、动植物、微生物以及地壳的稳定性等等自然因素的总和，即“直接或间接影响到人类的一切自然形成的物质、能量和自然现象的总体”，见图1-1，有时简称为环境。
图1-1 自然环境的组成
自然环境是人类发生和发展的物质基础，它是由生物和无机环境组成。大气、水体和土地以各种不同的组合和偶合方式组成多种多样的生物无机环境，孕育着多种多样的生物。
生物包括植物、动物和微生物。它们总是结合成一定的生物群落而存在着，通常它们是由几个营养级和能量级组成的。绿色植物以及一些有色素的原生动物和一些光能与化能细菌是自养型生物，是所谓生产者，为第一营养级和能量级。它们利用太阳能和化学能，把由环境中摄取的简单无机物合成复杂的有机物，藉以储藏物质和能量。它们在光合作用中吸收二氧化碳，释放出氧。动物是现成有机物质的消费者，在呼吸过程中吸入氧呼出二氧化碳，其中食草类动物属第二营养级，是第一性消费者；食肉类动物属第三、四营养级，是第二、第三性消费者；微生物是有机物质的分解者，它们把动、植物遗体和排泄物又转化为简单的无机物，与此同时利用其一部分物质和能量形成自己的身体，完成自己的代谢作用，维持其生活和繁衍过程。动物和微生物都是靠现成的有机质维持生活的，靠自养型生物供养的，统称为异养型生物。
在不同条件下，生物群落的组成成分是不同的，营养级的数目和营养结构的复杂程度也是不同的（所谓营养结构即营养级的组合）。在一般的情况下，最简单的营养结构包括两个营养级，较复杂的营养结构包括五六个营养级，超过6级以上的复杂营养结构是不多见的。而在任何一个营养结构中，一般总少不了第一营养级自养型生物，特别是绿色植物。这是因为一切生命活动的能量最终都主要来源于太阳辐射能，而太阳辐射能只有通过光合作用转化为化学能之后，才能为其它各营养级的生物所利用。绿色植物通过光合作用合成有机质的速率叫做初级生产率[g/（m2?a）]，除去植物在呼吸和代谢过程中所消耗的一部分外，剩余的有机质叫做净初级生产率。食草动物所能获得到的只是净初级生产率的一部分，而它所能消化和同化的又只有其中的一部分。所以，第二营养级即食草动物的生产率势必大大小于初级生产率。以上各级也依次递减，这样就沿着营养级序列向上形成所谓的生产率金字塔。
物质流和能量流通过各营养级的生物有机体组成所谓食物链。处于各营养级的生物有机体是种类繁多的，因而食物链也是很多的，链的长短也是不一的。而且由于专食性和狭食性动物比较少，杂食性和广食性动物相当多，所以自然界很少是单独存在的食物链。大多是交织在一起的食物网，沿着食物链而上的生产率、生产量和生物个体数是逐级递减的，但污染物的浓度都是逐级增加的，也就是说，对污染物有明显的生物富集作用。了解到这一点，对我们如何适量地发展生产、保障人类生活和健康是有指导意义的。
生物群落及无机环境共同组成自然环境的结构单元，由低级单元再组成高级单元，所以自然环境实际上是一个由两阶梯（由组成要素组成结构单元，再由低级结构单元组成高级结构单元）组成的多级谱系。
2.人工环境的组成和结构
工程环境是人类在利用和改造自然环境中创造出来的人工环境。现在地球上没有受到人类活动影响的自然环境可以说是极为罕见的，绝大部分的原野已被加工改造成了农田、牧场、林场、旅游休养地，并适应人类的需要而日益加速地兴建工厂、矿山、各种建筑，以及交通、通讯设备等。所以，很早便有人提出通过人类活动的基本事实来阐述人类与环境的关系。现代人类活动的内容和结构是异常丰富而复杂的，但最基本的、最主要的是生产和消费活动，也就是人类与自然环境间以及人与人间的物质、能量和信息的交换过程。这一活动的全部过程－－从资源由自然环境中提出来到以固、液、气癈污的形式再排向自然环境，一般可分为提取、加工、调配、消费和排放五个分过程或五个阶段，且每个分过呈又都可以再细分下去。例如，提取过程可再细分为采集业、狩猎业、农业、牧业、采掘工业、冶炼工业等，以及各种自然源（如太阳能、风能、水能、地热、核能等），以及各种位能和潜能的利用工业等；加工过程可再细分为机械加工、化学加工等；调配过程可再分为运输、储存、管理等；消费过程可再分为生产消费、非生产消费等，排放过程可再分为直接排放和各种处理后排放等。当然，还可以再细分下去，而正是这些活动过程把原始的生物圈导向技术圈。并在自然环境基础上创造出了工程环境。它包括农业工程环境、工业工程环境以及能源工程环境、交通通讯工程环境、信息工程环境等，它们是人类在利用和改造自然环境中创造出来的，但反过来它们又成了影响自然环境和人类活动的重要因素和约束条件。
3.社会环境的组成和结构
社会环境是由政治、经济和文化等要素构成的，经济是基础，政治是经济的集中表现，文化则是政治和经济的反映。一定的社会有一定经济基础和相应的政治和文化等上层建筑。社会环境是人类活动的产物，但反过来它又成为人类活动的制约条件，也是影响人类与自然环境关系的决定性因素。
自然环境、工程环境与社会环境共同组成各级人类生存环境单元，如聚落环境、区域环境，直至全球性环境。也就是说，人类的生存环境是一个极其庞大而复杂的多级大谱系。
由人类这个中心系统与其生存环境可共同构成人类生态系统，运用系统分析和系统综合的方法，对此系统进行研究便是环境科学的重要研究课题和基本任务。
二、环境的功能特性
环境系统是一个复杂的、有时、空、量、序变化的动态系统和开放系统。系统内外存在着物质和能量的变化和交换。系统对外部的各种物质和能量，通过外部作用，进入系统内部，这种过程称为输入；系统内部也对外界发生一定的作用，通过系统内部作用，一些物质和能量排放到系统外部，这种过程称为输出。在一定的时空尺度内，若系统的输入等于输出，就出现平衡，叫做环境平衡或生态平衡。
系统的内部，可以是有序的，也可以是无序的。系统的无序性，称为混乱度，也叫做熵。熵越大，混乱度越大，越无秩序。反之，则称为负熵，即系统的有序性。负熵越大，即伴随物质能量进入系统后，有序性增大。可见，系统的有序性，是依靠外界物质能量的输入来维持的；环境平衡就是保持系统的有序性。保持开放系统有序性的能力，称为稳定性；具有稳定性的开放系统，称为耗散结构。
系统的组成和结构越复杂，它的稳定性越大，越容易保持平衡；反之，系统越简单，稳定性越小，越不容易保持平衡。因为任何一个系统，除组成成分的特征外，各成分之间还具有相互作用的机制。这种相互作用越复杂，彼此的调节能力就越强；反之则弱。这种调节的相互作用，称为反馈作用，最常见的反馈作用是负反馈作用，它使系统具有自我调节的能力，以保持系统本身的稳定和平衡。
环境构成为一个系统，是由于在各子系统和各组成成分之间，存在着相互作用，并构成一定的网络结构。正是这种网络结构，使环境具有整体功能，形成集体效应，起着协同作用。环境的整体功能大于各子系统和各组成成分功能之和，这在环境要素的属性中也已提到过。
由于人类环境存在连续不断的、巨大和高速的物质、能量和信息的流动，表现出其对人类活动的干扰与压力，具有不容忽视的特性：
（1）整体性
人与地球环境是一个整体，地球的任一部分，或任一个系统，都是人类环境的组成部分。各部分之间存在着紧密的相互联系、相互制约关系。局部地区的环境污染或破坏，总会对其他地区造成影响和危害。所以人类的生存环境及其保护，从整体上看是没有地区界线、省界和国界的。
（2）有限性
这不仅是指地球在宇宙中独一无二，而且其空间也有限，有人称其为“弱小的地球”。这也同时意味着人类环境的稳定性有限，资源有限，容纳污染物质的能力有限，或对污染物质的自净能力有限。下面以环境对污染物的容纳能力或自净能力为例，加以说明。
环境在未受到人类干扰的情况下，环境中化学元素及物质的和能量分布的正常值，称为环境本底值。环境对于进入其内部的污染物质或污染因素，具有一定的迁移、扩散和同化、异化的能力。在人类生存和自然环境不致受害的前提下，环境可能容纳污染物质的最大负荷量，称为环境容量。环境容量的大小，与其组成成分和结构，污染物的数量及其物理和化学性质有关。任何污染物对特定的环境及其功能要求，都有其确定的环境容量。由于环境的时、空、量、序荦变化，导致物质和能量的不同分布和组合，使环境容量发生变化，其变化幅度的大小，表现出环境的可塑性和适应性。污染物质或污染因素进入环境后，将引起一系列物理的、化学的和生物的变化，而自身逐步被清除出去，从而环境达到自然净化的目的。环境的这种作用，称为环境自净。人类发展活动产生的污染物或污染因素，进入环境的量，超越环境容量或环境自净能力时，就会导致环境质量恶化，出现环境污染。这正说明存在环境有限性的特征。
（3）不可逆性
人类的环境系统在其运转过程中，存在两个过程：能量流动和物质循环。后一过程是可逆的，但前一过程不可逆，因此根据热力学理论，整个过程是不可逆的。所以环境一旦遭到破坏，利用物质循环规律，可以实现局部的恢复，但不能彻底回到原来的状态。当然，有时候是有意这样做，否则就没有必要改造环境了。
（4）隐显性
除了事故性的污染与破坏（如森林大火，农药厂事故等）可直观其后果外，日常的环境污染与环境破环对人们的影响，其后果的显现，要有一个过程，需要经过一段时间。如日本汞污染引起的水__病，需要经过20年时间才显现出来；又如DDT农药，虽然已经停止使用，但已进入生物圈和人体中的DDT，还得再经过几十年才能从生物体中彻底排除出去。
（5）持续反应性
事实告诉人们，环境污染不但影响当代人的健康，而且还会造成世世代代的遗传隐患。目前中国每年出生有缺陷婴儿约300万，其中残疾婴儿约30万，这不可能与环境污染丝毫无关；历史上黄河流域生态环境的破坏，至今仍给炎黄子孙带来无尽的涝旱灾害。
以上事例都说明，环境对其遭受的污染和破坏，具有持续反应特性。
（6）灾害放大性
实践证明，某方面不引人注目的环境污染与破坏，经过环境的作用以后，其危害性或灾害性，无论从深度和广度，都会明显放大。如上游小片林地的毁坏，可能造成下游地区的水、旱、虫灾害；燃烧释放出来的SO2、CO2等气体，不仅造成局部地区空气污染，还可能造成酸沉降，毁坏大片森林，大量湖泊不宜鱼类生存，或因温室效应，使全球气温升高，冰帽熔化，海水上涨，淹没大片城市和农田。又如，由于大量生产和使用氟氯烃化合物，破坏了大气臭氧层，结果不仅使人类皮癌患者增加，而且太阳光中能量较高的紫外线杀死地球上的浮游生物和幼小生物，断了大量食物链的始端，以致有可能毁掉整个生物圈。以上例子足以说明，环境对危害或灾害的放大作用是何等强大。
但是，具有高度智能的人类，是干扰和调控环境的一个重要因素。历史的经验证明，人类的经济和社会发展，如果不违背环境的功能和特性，遵循客观的自然规律，经济规律和社会规律，那么人类就受益于自然界，人口、经济、社会和环境就协调发展；相反，则环境质量恶化，生态环境破坏，自然资源枯竭，人类必然受到自然界的惩罚。为此，人们要正确掌握环境的组成和结构，环境的功能和环境的演变规律，消除各项工作中的主观性和片面性。
三、近代的环境科学
1.一门新兴的综合性科学
在人类文明长期的发展过程中，随着社会生产力的发展，生产方式的演变和工艺技术的提高，人类的环境问题越来越严重，人类和环境之间的矛盾越来越显著，从而人们对自然现象和规律的认识也日益深刻，环境科学正是在这样的发展过程中应运而生的。它经过本世60年代的酝酿，到70年代初期便从零星而不系统的环境保护和研究工作汇集成一门独立的、内容丰富的、领域广泛的新兴学科。尤其最近一二十年，环境科学的发展异常迅速，融合各种自然科学和工程技术并赋与它新的内容。它的产生可以说是70年代初自然科学、社会科学、技术科学向广度和深度发展的一个重要标志。如果说50年代和60年代是原子能和太空的时代，那么，70年代就是进入环境科学和电子计算器的时代。
如果把社会科学、自然科学和技术科学看作是人类早已确立的三大科学领域，则环境科学便是在这三大领域的交接带上。
2.环境科学的内容和任务
环境科学是研究人类活动与其环境质量关系的科学。从广义上说，它是对人类生活的自然环境进行综合研究的科学，是研究人类周围空气、大气、土地、水、能源、矿物资源、生物和辐射等等所有环境因素及其与人类的关系以及人类活动如何改变这种关系的科学；它对原生和次生环境问题都进行研究。从狭义上说，它只研究由人类活动所引起的环境质量的变化以及保护和改进环境质量的科学，它所研究的只限于次生环境问题。环境科学的研究对象是人类与其生活环境之间的冲突。因此，在环境科学中，人和社会因素占有主导地位，决定环境状况的因素是人而不是物。环境科学绝不是纯粹的自然科学，而是兼有社会科学和技术科学的内容和性质。它不仅要研究和认识环境中的自然因素及其变化规律，而且要认识和了解社会经济因素和技术因素与规律。
综上所述，环境科学所研究的内容大体可概括如下：
（1）人类和环境的关系；
（2）污染物在自然环境中的迁移、转化、循环和积累的过程和规律；
（3）环境污染的危害；
（4）环境状况的调查、评价和环境预测；
（5）环境污染的控制和防治；
（6）自然资源的保护和合理使用；
（7）环境监测、分析技术和预报；
（8）环境区域规划和环境规划；
（9）环境管理。
环境科学的任务就是抓住人类与环境这一对矛盾的实质，研究其间的对立统一关系，充分认识二者之间的作用和反作用，掌握其发展规律，以便能动地改造环境并积极调节其间物质和能量的交换过程，促使环境朝着有利于人类的方向演化。
3.环境科学的分科
如上所述，环境系统本身就是一个多层次相互交错的网络结构系统，每个子系统都可能自成一个环境学科；而环境科学又是70年代新兴的一门科学，目前正处于蓬勃发展的阶段，对环境科学的分科体系还没有成熟一致的看法。不同的学者从不同的角度提出各种不同的分科方法，图1-2是其中一种分科体系。由图可见，环境科学可分为三大部分，每部分又由许多学科组成：
图1-2 环境科学的学科体系
（1）环境学
这是环境科学的核心，它着重于对环境科学基本理论和方法论的研究；
（2）基础环境学
它是环境科学发展过程中形成的基础学科，包括环境数学、环境物理学、环境化学、环境污染生态学、环境毒理学、环境地理学和环境地质学等；
（3）应用环境学
它是环境科学中实践应用的学科，包括环境控制学、环境工程学、环境经济学、环境医学、环境管理学和环境法学等。
每一个分支学科还可能由若干个次级分支学科组成。图中标出环境物理学、环境工程学的分支学科情况，其它从略。
总之，环境科学所涉及的学科范围非常广泛，各个学科领域多边缘互相交叉融合；同时不同地区的环境条件、生产布局和经济结构千差万别，而人与环境间的具体冲突也各有差异，污染物运动的过程又很复杂，结果使环境科学具有强烈的综合性和鲜明的区域性。因此，在环保工作实践中必须组织多学科，多专业的协同合作，而在环境工程中控制和消除污染危害时，也必须采取多途径的综合防治措施，因地制宜，选择最优方案，沿着经济合理和技术先进的途径，走各自的环境保护道路。
第二章 生态学基础
生态学的定义是：“研究生物与其环境之间相互关系的科学”。由此，生态学最基本的任务就是研究、认识生物与其环境所形成的结构以及这种结构所表现出的功能关系的规律。
生态学是在本世纪初形成的一门独立科学，但生态学思想的萌芽在古代就已经出现。我国早在2000多年前，即春秋战国到西汉时代已有许多生态学思想的萌芽。例如《淮南子》载有“草木未落，斧不入山林”，意即森林正处于生长发育季节，不要上山砍林木。《孟子》中记载有“数罟不入洿池，鱼鳖不可胜食”，意思是鱼池中不用细网打鱼，则水产吃不完。贾思勰所著《齐民要述》一书中生态学观点更为突出，如“顺天时，量地利，则用力少而成功多。任情返道，劳而无获”，就是说种植作物要符合当地气候和土壤的生态条件，方可收到事半功倍之效，如果违反自然规律办事，则虽劳力花得多，也无经济效益。
从公元16世纪到本世纪40年代是生态学的成长期。1670年鲍尔（Boyle）发表了低气压对动物的效应试验，标志着动物个体生态学的开端。1798年马尔萨斯（Malthus）发表了《人口论》，阐明了人口增长与食物的关系。1869年，德国的赫克尔（Haeckel）首次提出了生态学的定义。1877年，莫比乌斯（Mobius）创立了生物群落这一概念。到本世纪初，生态学已经成为一门年轻的科学，从本世纪初到本世纪40年代，生态学不断发展并日趋成熟。
本世纪 50 年代以来，生态学进入现代生态学发展期，个体生态学、种群生态学进一步发展。同时，生态学的研究重心转移到生态系统的研究上。尤其是近二、三十年来，随着当代世界人口膨胀、资源匮缺、能源危机、粮食不足和环境污染与生态破坏等问题的出现，生态学研究愈加受到重视，国际生物学计划（IBP）有54个国家的许多著名生态学家参加，其研究重点是世界各类自然生态系统的结构、功能和生物生产力，主要目的是为制定资源管理和环境改良计划提供科学依据。继IBP计划以后，1970年在联合国教科文组织主持下成立了“人与生物圈计划（MAB）”的国际性研究组织，该组织有近百个国家参加。MAB计划主要是针对人类活动对于各种生态系统的影响而设置的。
现代生态学主要由下列三个部分组成：
1.个体生态学
主要研究生物个体与环境的相互关系，即生物对环境的适应过程及环境对生物的塑造作用。就植物来说，是研究植物个体的发芽、生长、开花、结果、落叶、休眠等各个阶段的形态变化、生理变化反应与环境的关系，就动物而言，是研究动物个体的适应性、耐受性、食性、迁移、繁殖、生活史等。
2.种群生态学
种群是组成同一种生物的不同个体在特定环境空间内的集群。因此，在一定地段上群落中的一个种的所有个体就是一个种群。在自然界中，种群是物种存在的基本单位，是生物群落或生态系统的基本组成部分。种群生态学主要是研究种群的个体空间分布及数量变动规律。
3.生态系统生态学或群落生态学
群落是各种生物在特定空间内的集合体，生态系是群落与群落的环境综合而成的系统。因此，生态系统生态学和群落生态学可认为是同一层次的。生态系统的研究主要是围绕其结构与功能进行的，目标是通过调控使生态系统达到高效、和谐与相对的平衡。
在上述三个现代生态学组成部分中，生态系统的理论与环境保护关系最为密切，其中有许多应用于环境保护工作中。
壹、 生态系统的概念
一、生态系统的概念
生态系统就是在一定时间和空间内，生物与其生存环境以及生物与生物之间相互作用，彼此通过物质循环、能量流动和信息交换，形成的一个不可分割的自然整体。
有人把生态系统概括为一个简单明了的公式：
生态系统 = 生物群落 + 生物群落的环境
或：生态系统 = 生命系统 + 环境系统
生态系统的概念，最早由英国著名生态学家坦斯利（A.G.Tansley）于1935年比较完整地提出。坦斯利认为生物与其生存环境是一个不可分割的有机整体。生物包括多种生物的个体、种群和群落，其生存环境包括光、热、水、空气及生物等因子。生物与其生存环境各组成部分之间并不是孤立存在的，也不是静止不动或偶然聚集在一起的，它们息息相关，相互联系，相互制约，有规律地组合在一起，并处于不断的运动变化之中。各个生态因子不仅本身起作用，而且相互发生作用，既受周围其它因子的影响，反过来又影响其它因子。其中一个因子发生了变化，其它因子也会产生一系列的连锁反应。因此，生物因子之间、非生物因子之间以及生物与非生物因子之间的关系是错综复杂的，它们通过能量的流动、物质的运转和信息的交换，在自然界中构成一个相对稳定的自然综合体。
生态系统是自然界的基本单位，是由生物与其生存环境组成的，是生态学中功能上的单位，而不是生物学中分类上的单位。
生态系统可大可小，小至一滴水，一把土，一片草地，一个湖泊，一片森林，大至一个城市，一个地区，一个流域，一个国家乃至整个生物圈。例如一个池塘生态系统，其中有许多种类的水生动物、植物和微生物，浮游动物以浮游植物为食，鱼类以浮游植物和浮游动物为食，鱼类和其它水生生物死亡后，在微生物参与下被分解成二氧化碳、氮、磷等基本物质，而这些物质又是水中浮游植物的基本营养物，微生物在分解过程中要消耗水中的氧，被消耗的氧由浮游植物通过光合作用所产生的氧来补充。水中各种生物与环境，生物与生物之间相互联系、相互制约，构成了一个处于相对稳定状态的池塘生态系统。
二、生态系统的分类
地球表面的生态系统多种多样，人们可以从不同角度，把生态系统分成若干类型。
根据环境中水分状况、植被地理分布及动物群落类型，可以把地球上的生态系统划分为水生生态系统与陆地生态系统两大类群。水生生态系统占地球表面2/3，包括海洋和陆地上的江河湖沼等水域。在这些水域里都有生命存在，根据水环境的物理化学性质，如淡水、咸水、静水、动水等，又可划分成若干类型水生生态系统。陆地生态系统，根据纬度地带和光照、水分、热量等环境因素，又可分成森林生态系统、草原生态系统、荒漠生态系统、冻原生态系统、农田生态系统、城市生态系统等。
表2-1 地球表面生态系统划分表
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I .水生生态系统
一、淡水生态系统
1. 流水水生生态系统
2. 静水水生生态系统
二、海洋生态系统
1. 海岸生态系统
2. 浅海生态系统
3. 珊瑚礁生态系统
4. 远洋生态系统
II.陆地生态系统
一、森林生态系统
1. 温带针叶林生态系统
2. 温带落叶林生态系统
3. 热带森林生态系统
二、草原生态系统
1. 干草原生态系统
2. 湿草原生态系统
3. 稀树草原生态系统
三、荒漠生态系统
四、冻原生态系统
1. 极地冻原生态系统
2. 高山冻原生态系统
五、农田生态系统
六、城市生态系统
贰、生态系统的组成与结构
一、生态系统的组成
生态系统的组成可以分为两大部分，即生命成分（生物群落）和无生命成分。每一部分可以再具体往下分（见表2-2）。
表2-2 生态系统的组成成分
生产者（植物群 落和光能、化能自养细菌）
生命成分 消费者（动物群落）
分解者（异养微生物群落、土壤小型动物群落）
生态系统
太阳辐射（能源）
无生命成分 二氧化碳、水、氧、氮、无机盐（生物代谢物质）
水、大气、土壤、岩石、砂（生物生存环境）
1.生命成分
生态系统中的生命成分即生物群落。尽管地球上的生物种类有数百万种，但根据它们获取营养和能量的方式以及在能量流动和物质循环中所发挥的作用，可以概括为以下三大群：
（1）生产者
包括所有能进行光合作用的绿色植物以及光能自养型微生物和化能自养型微生物。生产者是生态系统中最活跃的因素。绿色植物具有叶绿素，能利用太阳辐射能，通过光合作用，把吸收来的二氧化碳、水和无机盐类制造成初级产品----碳水化合物，并同时将太阳能以化学能的形式固定、储藏在碳水化合物中，碳水化合物可进一步合成转化为脂肪、蛋白质等其它有机物，这些有机物便成为地球上一切生物（包括人类在内）赖以生存的食物来源。
除绿色植物外，化能自养型微生物和光能自养型微生物也能分别利用化学能和太阳能合成有机物，如氮化细菌能将氨氧化成亚硝酸和硝酸，并利用这一氧化过程中产生的能量把二氧化碳和水合成为碳水化合物。
生产者在生态系统中的作用主要是生产各种有机物，一方面供自身生长发育所需，一方面为其它生物提供食物来源。
（2）消费者
主要指动物而言。消费者均属于异养生物，即只能依赖生产者生产的有机物来维持自己的生命活动。其中，以植物的叶、枝、果实及凋落物为食的叫草食性动物（又称一级消费者），如陆地生态系统中的蝗虫、野兔、梅花鹿、牛、马、羊等，淡水生态系统中的浮游动物、螺蛳、虾等；以草食性动物（一级消费者）为食的叫肉食性动物，属于二级消费者或一级肉食者，如狐狸、黄鼠狼、青蛙；以二级消费者为食的叫三级消费者或二级肉食者，如老鹰、金钱豹、狮子等。依此类推。
消费者在生态系统中的作用，一是物质与能量的传递作用，如在草原生态系统中，野兔就起着把青草中的有机物和储存在有机物中的能量传递给肉食性动物的作用；二是物质的再生产，如草食性动物山羊可以把草本植物的植物性蛋白通过再生产转变成动物性蛋白。
（3）分解者
主要指细菌、真菌等微生物，也包括一些小型动物。细菌和真菌能分泌消化__，把动植物残体中的有机物变成可溶状态，然后加以吸收。通过这一消化过程，有机物被分解成无机养分，返回到环境之中。一些土壤中的小型动物，如线虫、蚯蚓、蜈蚣等，在动植物残体分解过程中也起着重要作用，它们与细菌、真菌共同活动，加速了生物残体的分解与转化。
在生态系统中，分解者是重要的生物群之一，其数量之多十分惊人。据估算，在农田生态系统中的细菌重量，平均每公顷有500公斤以上，至于细菌总个数则是一个天文数字！
分解者在生态系统中的作用，在于把生产者和消费者的残体分解成简单的物质，再供给生产者需要，以保证生态系统的物质循环。
2.无生命成分
生态系统中的无生命成分包括生物代谢的能源----太阳辐射，生物代谢材料----二氧化碳、水、氧、氮、无机盐、有机质等，温度、压力等物理条件。无生命成分在生态系统中的作用，一方面是为各种生物提供必要的生存环境，另一方面是为各种生物提供生长发育所必需的营养元素。
生命成分和无生命成分在同一个时间和空间中，共同构成一个有机的统一体，在这个有机整体中，能量和物质在不断地流动，并在一定条件下保持着相对平衡。
当然，不同类型生态系统其具体的组成成分各不相同。例如，陆生生态系统中生产者是各种陆生植物，消费者是各种陆生动物，分解者主要是土壤微生物；而水生生态系统中生产者是各种浮游植物和水生植物，包括沉水植物、浮水植物、挺水植物，消费者是各种水生动物，包括浮游动物和底栖动物，分解者则是各种水生微生物。不同类型生态系统的无生命成分，也存在较大的差异。
二、生态系统的结构
1.生态系统的形态结构
生态系统中生物种类及各种生物的种群数量均具有一定的时间分布和空间配置，在一定时期内处于相对稳定的状态，从而使生态系统能保持一个相对稳定的形态结构。
（1）空间配置
在生态系统中，各种动物、植物和微生物的种类和数量在空间上的分布构成垂直结构和水平结构。在各种类型的生态系统中，森林生态系统的垂直结构最为典型，具有明显的成层现象。在地上部分，自上而下有乔木层、灌木层、草木植物层和苔藓地衣层。乔木层上部的叶片受到全量的光照，灌木层只能利用从乔木层透射下来的残余光照。通过灌木层再次减弱的太阳光，被草本层利用的只相当于入射光的1％～5％。透过草本层到达苔藓地衣层的阳光，一般只占入射光的1％左右。在地下部分，有浅根系、深根系及根际微生物。动物具有空间活动能力，但是它们的生活直接或间接地依赖于植物，因此，在生态系统中动物也依附于植物的各个层次而呈现出成层分布现象，如许多鸟类以其食牲的不同而分别在林冠、树干、林下灌木和草本层中觅食和作巢，许多兽类在地面筑窝，许多鼠类在地下掘洞等。
水平分布构成生态系统的水平结构。由于光照、土壤、水分、地形等生态因子的不均匀及生物间生物学特性的差异，各种生物在水平方向上呈镶嵌分布。如森林生态系统中，森林边缘与森林内部分布着明显不同的动植物种类。
（2）时间配置
同一个生态系统，在不同时期或不同季节，表现出一定的周期性时间变化。如长白山森林生态系统。冬季满山白雪皑皑，到处是一片林海雪原；春季冰雪消融，绿草如茵；夏季鲜花遍野，争芳斗艳；秋季硕果累累，一片金色。这一年四季有规律的变化，就构成了长白山森林生态系统的“季相”。生态系统的时间配置，除表现在季节周期性变化外，还表现为月相变化和昼夜周期变化，如蝶类和蛾类在昼夜间的交替出现，鱼类在昼夜间的垂直迁移等。
2.生态系统的营养结构
生态系统的营养结构是生态系统的各组成成分以营养为纽带，通过营养联系构成的，其一般模式可用图2-2表示。
由图2-2可以看出，生产者向消费者和分解者分别提供营养，消费者也可向分解者提供营养，分解者分解生物残体把营养物质输送给环境，由环境再供给生产者吸收利用。不同生态系统组成成分不同，其营养结构的具体表现形式也不尽相同。
图2-2 生态系统营养结构模式图
参、生态系统的功能
地球上生命的存在与发展完全依赖于生态系统的能量流动、物质循环和信息交换，三者不可分割，紧密结合为一个整体，成为生态系统的动力中心。能量流动、物质循环和信息交换是一切生命活动的齿轮，也是生态系统的三大基本功能。因为生态系统功能的实现主要是通过食物链（网）和营养级来实现的，所以下面首先介绍食物链（网）、营养级和生态金字塔。
一、食物链、营养级与生态金字塔
1.食物链（网）
在生态系统中，各种生物之间最基本也是最重要的联系就是食物或营养联系：某种生物以另一种生物为食，而它又被第三种生物取食……彼此形成一个食与被食的关系，这种生物之间以食物为联系建立起来的链索，就是所谓“食物链”。在我国，有一句流传久远的古老谚语“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃稀泥（实际是藻类）”就是对食物链概念的生动描述。
生态系统中各种生物之间的食物关系往往很复杂。一般在一个生态系统中很少只有一条食物链，多数具有两条以上食物链。在生态系统中，食物链彼此交叉联结所形成的网状结构称为“食物网”
图2-3 草原生态系统的部分食物网
2.营养级与生态金字塔
食物链上的各个环节叫营养级。在生态系统中，生产者为第一营养纹，一级消费者为第二营养级，二级消费者为第三营养级……，依此类推。但食物链的加长并不是无限的，通常一个食物链由4～5个营养级组成，最多不超过7级。各营养级上的生物一般不只一种，凡在同一层次上的生物都属于同一营养级。例如在草原生态系统中，多种草本植物都属于第一营养级，一级消费者鼠类、小鸟、野兔等都属于第二营养级。又由于食物关系的复杂性，同一种生物也可能隶属于不同的营养级。如黄鼬不仅吃田鼠，还吃鸟、蛙甚至少量植物，可隶属于第一、第二营养级。又如，人类食物来源88％为植物物产品（小麦、水稻、玉米、水果、蔬菜等），相当于食草动物的地位，属于第二营养级；人类还以动物性产品（肉、奶、蛋等）为食物，则相当于食肉动物的地位，属于第三营养级。
低位营养级生物是高位营养级生物的营养与能量的供应者。第一营养级生物（生产者）获得的能量，在自身的呼吸和代谢过程中要消耗很大一部分，余下的作为生物量积累，而后者又不能全部被第二营养级生物（食草动物）所利用。因此，在数量上第一营养级必然大大超过第二营养级，第二营养级必然大大超过第三营养级……依此类推。生物量和能量的转移情况亦与此相似。美国生态学家林德曼提出，同一条食物链上各营养级之间能量的转化效率平均大约为10％左右，这就是所谓“十分之一定律”，也叫“能量利用的百分之十定律”。倘若以第一营养级为基底，逐营养级向上描绘直至最高营养级，用图形表示就会形成一个金字塔形状，即所谓的“生态金字塔”。根据表示方法，生态金字塔分为三种类型，即数量金字塔、生物量金字塔和能量金字塔。数量金字塔（图2-4A）以单位面积上各营养级的个体数量表示，生物量金字塔以单位面积上各营养级的总生物量或重量表示，能量金字塔以各营养级的能量来表示。
一般说来，能量金字塔最能保持金字塔形，而生物量金字塔有时有倒置的情况。例如，海洋生态系统中，生产者（浮游植物）的个体很小，生活史很短，根据某一时刻调查的生物量，常低于浮游动物的生物量。这样，生物量金字塔就倒置过来。当然，这并不是说流过的能量在生产者的环节要比消费者的环节低，而是由于浮游植物个体小，代谢快，生命短，某一时刻的现存量反而比浮游动物少，但一年中的总能流量还是较浮游动物多。数量金字塔倒置的情况就更多一些，如果消费者个体小而生产者个大，如昆虫与树木，昆虫的个体数量就多于树木。同样，对于寄生者来说，寄生者的数量也往往多于宿主，这样，就会使数量金字塔的这些环节倒置过来。
图2-4 生态金字塔
二、生态系统的能量流动
能量是生态系统的动力基础，一切生命活动过程中都存在着能量的流动和转化。生态系统中全部生命活动所需要的能量都直接或间接地来自于太阳，并在流动过程中服从于热力学第一定律和第二定律，因为热力学就是能量形式变换规律的科学。热力学第一定律指出：能量可由一种形式转变为另一种形式，在转换过程中不会消失，也不会增加，即能量守恒。热力学第二定律指出：能量总是沿着从集中到分散，从能量高到能量低的方向传递，在传递过程中总会有一部分成为无用的散失到环境中。
太阳能被生物利用，是通过绿色植物的光合作用实现的。通过光合作用，太阳能进入了生态系统并开始了它的流动。光合作用的反应式为：
在光合作用过程中，绿色植物吸收二氧化碳和水，合成碳水化合物，同时把吸收的太阳光能以化学能形式固定储存在碳水化合物分子的化学键上。这种化学储存能，再通过食物链，与传递营养物质的同时，依次传递给食草动物和食肉动物。动植物残体被分解者分解时，又把能量传给了分解者。分解者把复杂的有机物分解成简单的无机物，归还给土壤。无机物中已不再储存有化学能，因此这里已不再有能量的传递。生产者、消费者和分解者的呼吸作用都会消耗一部分能量，消耗的能量散失到环境中去。这就是能量在生态系统中的流动（图2-5）。
图2-5 生态系统中能量流动的一般过程
第三章 生态系统的演替
生态系统的演替，是指随着时间的推移，一种生态系统类型（或阶段）被另一种生态系统类型（或阶段）替代的顺序过程。生态系统是动态的，从地球上诞生生命至今的几十亿年里，各类生态系统一直处于不断的发展、变化和演替之中。
生态系统演替的原因：可分为内因和外因。内因是生态系统内部各组成成分之间的相互作用，它是生态系统演替的主要动因。以内因为动因的演替，称为内因演替。外因是外界加给生态系统的各种因素。以外因为动因的演替称为外因演替。外因演替虽然是由外界因素引起的，但演替过程本身是一个生物学过程，即外因只能通过使生能系统各组成成分及其相互关系发生改变，进而使系统发生演替。
引起生态系统演替的外因有自然因素和人为因素。海陆变迁、火山喷发、气候演变、雷击火烧、风沙肆虐、山崩海啸、虫、鼠灾害、外地动植物侵入等属于自然因素，砍伐森林、开垦草地、捕捞鱼虾、狩猎动物、撒药施肥等属于人为因素。这些因素或是单一作用或是多个综合作用于生态系统。
按演替的方向，生态系统的演替可分为正向演替和逆向演替。正向演替是从裸地开始，经过一系列中间阶段，最后形成生物群落与环境相适应的动态平衡的稳定状态，即演替到了最后阶段。这一最后阶段的生物群落叫做顶极群落，这一阶段的生态系统属于顶极稳定状态生态系统。
裸地往往是裸露的岩石，海退新生的陆地，河流水击的沙滩，火山喷发冷却后的熔岩。如果裸地上没有土壤和植物繁殖体，就称为原生裸地。如果裸地上保留着一定厚度的土壤和植物繁殖体，如撩荒地、森林的过火迹地和采代地等，则称做次生裸地。在原生裸地上开始的演替称为原生演替，在次生裸地上进行的演替称为次生演替。
我国东北针阔叶混交林区里山啸后产生的乱石窟，是由许多大小不等的坚硬石块堆积而成。裸露光秃的石面，既无土壤，也无生物繁殖体，属于原生裸地，在这种裸地上发生的演替可作为原生演替的实例。裸露的岩石上光照强烈，温度变化剧烈，因无土壤而不能储存水分和养料。最初在这种环境中出现的植物是耐瘠薄、抗干旱，并能固着在岩面上的壳状地衣，叶状地衣和矮小的紫萼藓等。岩石着生了这类矮小致密的群落以后，地衣和苔藓既可阻留风雨带来的细土粒，又能通过分泌有机酸类腐蚀岩面，从中溶解出一定的无机盐类。更重要的是紫萼藓的枯萎茎叶又给这薄薄的土壤增添了有机质。随着土层的增厚（1～5㎜），喜光的垂直藓侵入定居下来，成年累月形成厚达4～7㎝厚的苔藓层，苔藓层下的土壤也增厚到3～4㎝。至此，原来裸露的岩面已被苔藓层所覆盖，生态环境大为改善。以上为原生演替的地衣－－苔藓阶段。
由于土层增厚，喜光耐旱的草本植物侵入（如垫状生长的狗景天的侵入），形成致密的草本植被。进入草本群落阶段，土壤增厚更为迅速，有机物积累进一步增多，其后杜鹃、绣线菊等灌木相继侵入定居，形成灌木欉林，土壤也由强酸性变成弱酸性。
接下来，经过一个短期的阳性乔木林，便转入由中性和阴性树种构成的乔木阶段，如红松、沙松、紫椴等。当这些乔木高过灌欉以后，原来喜光的阳性灌木逐渐被阴性灌木所代替。至此，演替由灌木群落阶段进入乔木群落阶段。当红松和某些阔叶树种组成的针、阔叶混交林成长起来时，一个与当地气候相适应的，处于相对稳定状态的顶极群落便告形成。
由于先锋植物的繁衍，改变了群落的生态环境。新的生态环境反而不利原有植物的生长，但却为他种植物的侵入和定居创造了条件。以此为动力，演替由苔藓地衣阶段经草本群落阶段、灌木群落阶段，最后进入与环境相适应的乔木群落阶段即演替的顶极群落阶段。此时，生态系统进入顶极稳定状态。
在生态系统的演替过程中，伴随着环境的变化和植物群落的演替，例如在高寒或干旱区，演替只会停留在苔藓地衣群落阶段或草本植物群落阶段或稀疏灌欉阶段。在强烈的自然或人为因素干扰下，还可能发生逆向演替。
次生演替是原生生态系统被破坏后出现的演替，如玉山遭受特大火灾以后的演替。次生演替的速度、趋向及所经历的阶段，决定于原生植被受破坏的方式、程度和持续时间。由于多数次生裸地仍保留着原来群落中的一些繁殖体及土壤条件，因而次生演替速度一般都较快。由于破坏前的原生群落类型是与当地自然环境长期适应而形成的，因此次生演替的趋向是恢复破坏前的原生群落类型，但决不会与原生群落完全相同，因为次生生态系统中的环境条件比起原生生态系统已发生了改变。
无论是处于原生演替的生态系统，还是处于次生演替的生态系统，在自然状态下都像生物个体发育一样，有一个从幼年期向成熟期演替的趋势。这一趋势具体体现在以下生态系统的特征上：
（1）在能量学特征上，幼年期生态系统的总生产量大于呼吸量，多余的能量使系统增大；成熟期生态系统中总生产量接近或等于呼吸量，系统的能量输入与输出相等，系统处于稳定状态。
（2）在食物链（网）特征上，幼年期生态系统的食物链接构简单，多为直线状捕食性食物链；成熟期的食物链交叉成网状，且以腐生性食物链为主。由于营养结构复杂，成熟期系统的抗外界干扰能力及自我调节能力均较强。
（3）在营养物质循环特征上，从幼年期到成熟期，有向更加关闭发展的倾向，即成熟期系统保持住营养物质能力强，丧失营养物质少，物质输入量与输出量接近平衡。
（4）在群落结构特征上，幼年期系统中物种多样性小，有机化合物种类少；成熟期系统的物种多样性增大，群落代谢过程中排入环境中的有机化合物种类增多。生物多样性的增加，有助于系统稳定性的提高。
（5）在选择压力方面，幼年期生态系统中物种少不拥挤，具有高增殖力的物种有较大生存的可能，在成熟期，选择压力有利于增殖力低但竞争力强的物种。
（6）在稳态特征上，成熟期生态系统主要表现在系统内部共生发达，保持住营养物质的能力较强，对外界干扰的抵抗能力较强以及具有较大的信息量。
总之，生态系统沿一定方向进行演替，在内外因素作用下向稳定的平衡状态发展，也是可以预测和控制的。
壹、 生态平衡
生态系统是生态学中的一个基本功能单位。系统内各个组成部分相互作用，相互联系，相互制约，形成一个具有高度组织性的动态平衡的复杂整体。生态平衡是现代生态学发展在理论上提出的一个极其重要的概念。动态平衡是生态系统的一个基本特征。
一、生态平衡的概念
当生态系统各组成成分之间彼此保持一定的比例关系，能量、物质的输入与输出在较长时间内趋于相等，结构和功能处于相对稳定的状态，在受到外来干扰时能通过自我调节恢复到初始的稳定状态，生态系统的这种状态称为生态系统的平衡，简称生态平衡。
生态平衡是相对的平衡。任何生态系统都不是孤立的，都会与外界发生直接或间接的联系，会经常遭到外界的干扰。尤其是近代人口大量增加，科学技术水平不断提高，人类对自然界的干预程度和范围越来越大，生态系统都在不断地受到人类的干扰和破坏。因此，生态系统的平衡是相对的，不平衡是绝对的。
生态平衡是动态平衡，而不是静态平衡。生态系统的各组成成分都在按一定的规律运动着、变化着，系统中能量在不断的流动，物质在不断的运转，整个系统时刻处于动态之中。
二、生态平衡的机制
生态系统之所以能保持相对的动态的平衡状态，是因为生态系本身具有自动调节能力，这种调节属负反馈调节机制。所谓反馈，就是指系统的输出能转变成决定系统未来功能的输入。一个系统，如果其状态能决定输入，就表明它有反馈机制存在。要反馈系统能起有效的控制作用，系统应具有某个理想的状态或置位点，系统就围绕着置位点进行调节。就表示一个具有置位点的控制论系统。
在生态系统中，负反馈机制对系统实现着有效的调节作用。例如在森林生态系统中，如果由于某种原因森林害虫大规模发生，这在一般情况下不会使森林生态系统遭到毁灭性破坏，因为当害虫大发生时，以这种害虫为食的鸟类就会因获得更多的食物而大量繁衍，鸟类增多则捕食害虫的数量增多，加上其它负反馈作用从而抑制住害虫的大发生。
但是，生态系统的自动调节能力是有限的，当外部冲击或内部变化超过了某个限度时，生态系统的平衡就可能遭到破坏，这个限度称为生态阈值。只有了解掌握各个生态系统的生态阈值，用负反馈原理来管理生态系统，才能使自然和自然资源充分合理的利用。
生态系统的自动调节能力，与以下两个因素有关：
1.结构的多样性
一般来说，生态系统的组成与结构越复杂，自动调节能力就越强，组成与结构越简单，自动调节能力就越弱。例如一个草原生态系统，若只有青草、野兔和狼构成的简单食物链，那么一旦由于某种原因野兔数量减少，狼就会因食物减少而减少；如果野兔消失，则狼也就随着消失，这个生态系统就可能崩溃。若系统中食草动物不仅仅有野兔，还有山羊和鹿，那么当野兔减少时狼可以去捕食山羊或鹿，系统还能继续维持相对平衡的状态。由此可见，生态系统自动调节能力的大小与其组成和结构的复杂程度密切相关。
2.功能的完整性
功能的完整性是指生态系统的能量流动和物质循环在生物控制下得到合理的运转。运转越合理，自动调节能力就越强。例如一个淡水生态系统中排入了大量的酚，如该系统生长着许多对酚有很强降解能力的水葱和微生物，酚就会很快被消除，系统的平衡便不会遭到破坏；如果该系统不具有这些能降解酚的生物，其它自然净化因素又很弱，则该系统的平衡就会失调或遭到破坏。
三、破坏生态平衡的因素
破坏生态平衡的因素有自然因素和人为因素。自然因素包括水灾、旱灾、地震、台风、山崩、海啸等。由自然因素引起的生态平衡破坏，称为第一环境问题。人为因素是生态平衡失调的主要原因。由人为因素引起的生态平衡破坏，称为第二环境问题。人为因素造成的第二环境问题具体表现在以下三方面：
1.使环境因素发生改变
一方面人类的生产活动和生活活动产生大量的癈气、废水、癈物，不断排放到环境中，使环境质量恶化，产生近期或远期效应，使生态平衡失调或破坏。另一方面是对自然资源不合理的利用，譬如盲目开荒、滥砍森林、水面过围、草原超载等。
2.使生物种类发生改变
在生态系统中，盲目增加一个物种，有可能使生态平衡遭受破坏。例如美国于1929年开凿的____运河，把内陆水系与海洋沟通，导致八目鳗进入内陆水系，使鳟鱼年产量由2000万㎏减至5000㎏，严重地破坏了水产资源。在一个生态系统中减少一个物种，也有可能使生态平衡遭受破坏。我国50年代曾大量捕杀过麻雀，致使一些地区虫害严重。究其原因，就是由于害虫的天敌麻雀被捕杀，害虫失去了自然抑制因素。
3.信息系统的破坏
生物与生物之间彼此靠信息联系，才能保持其集群性和正常的繁衍。人为向环境中施放某种物质，干扰或破坏了生物间的信息联系，就有可能使生态平衡失调或遭受破坏。例如自然界中有许多雌性昆虫靠分泌释放性外激素引诱同种雄性成虫前来交尾，如果人们向大气中排放的污染物能与之发生化学反应，则性外激素就失去了引诱雄虫的生理活性，结果势必影响昆虫交尾和繁殖，最后导致种群数量下降甚至消失。
四、生态平衡失调的标志
生态系统的平衡是相对的，不平衡是绝对的。掌握生态平衡失调的标志，对于防止生态平衡的严重失调，恢复和再建新的生态平衡，都具有重要的意义。生态平衡失调的标志主要有以下两方面：
1.结构上的标志
生态平衡失调首先表现在结构上，一方面是结构缺损，即生态系统的某一个组成成分消失；另一方面是结构变化，即生态系统的组成成分内部发生了变化。
2.功能上的标志
也包括两个方面：一方面能量流动受阻；另一方面是物质循环的中断。
五、生态平衡的恢复与再建
在人类活动参与下，一个生态系统由于自然因素或人为因素从初始的平衡状态变成平衡失调状态以后，其发展趋势和结果因管理对策不同有四种。第一种是恢复，即恢复到系统的原来状态。例如封山育林可以使山中植被得到自然恢复。又如在干旱草原地区，草原开垦成农田，经过几年种植后，在撂荒恢复阶段如果能提前播种羊草，在根茎干草阶段补播羊草，在根茎禾草阶段末期耙地一次，就能大大加快恢复演替。第二种是重建。通过重建，可以增加人类所期望的“人造”特点，减少人类不希望的自然特点，使生态系统进一步远离它的初始状态。例如将一些沿海滩涂改造成人工养殖场，既开发利用了滩__资源，获得了一定经济效益，又改善了生态环境。第三种是改建，是将恢复与重建措施有机结合起来，重新获得一个既包括原有特性，又包括对人类有益的新特性的状态。第四种是恶化，是人们不希望出现的、与恢复向相反的一种结果。例如许多山区由于缺少生活能源，上山砍树，树砍光了就搂草皮，导致生态不断恶化。
当然，生态系统平衡失调或遭到破坏以后，通过人类的恢复、重建和改建可以重新达到平衡状态。但是，人类的这些有目的、有计划的行动和措施必须符合生态规律，从生态系统的观点出发，否则将事与愿违。
贰、 生态学在生态保护中的应用
一、生态学与生态保护
自本世纪60年代以来，生态学从生物学的一门分支学科发展成为一门综合性科学，并为当代多方面的科学家和各国政治领袖与社会舆论所称道。为什么会出现这样的在自然科学中实属空前的形势？除了系统科学、控制论等理论的广泛应用、电子计算器和痕量物质分析等技术的相应问世与应用，开拓了科学家新的宇宙观，并为复杂系统结构和功能的分析仿真创造了条件以外，更重的是50年代后半期以来，随着世界人口的急剧增加和工业的迅速发展，出现了全球性的资源匮缺、环境污染与破坏、人口膨胀、能源危机、粮食不足等五大社会问题。这五大社会问题实质上均属于生态危机。面对这些生态危机，富有历史责任感的生态学家们从理论到实践，从宏观到微观，不断探索，努力开拓，积极寻求解决问题的途径。有关五大问题的生态学研究十分丰富，有大范围的全球变化对生态系统的影响，如国际生物学计划、人与生物圈计划等；有探索多种生态机制和物种化学通讯的分子水平研究，如化学生态学及遗传生态学；有基础性理论研究，如生态系统稳定性、生态演替及种群动态的理论模型；更有直接与经济建设、污染防治、生态保护密切相关的系统生产力、城镇生态规划、生态农业规划与建设、生态工艺等方面的研究。可见，生态学的迅速发展有其客观的社会历史背景，其中生态问题的大量产生是非常重要的一个方面。
生态是一种客观实在，它在运动过程中有特定的不以人的主观意志为转移的规律性即生态规律性。生态保护的对象既然是生态，那么就必然要遵循生态学原则，在工作中不断地以生态学规律作指导，否则生态保护工作就失去了重要的理论基础，生态环境就不能从根本上得到有效的保护，人与自然的关系就不能协调，经济与社会就不会持续发展。
本书在总体结构上，先介绍生态学基础，再依次介绍自然生态保护、农业生态保护和城市生态保护，就体现了生态理论是生态保护的重要理论基础这一思想。
二、生态保护的目的和意义
生态保护是个重要的战略问题，它的重要意义在于运用生态学原理，研究与协调生物（包括人类在内）与环境之间的相互关系，小则涉及一个地区、一个流域，大则涉及一个国家乃至整个地球。当今世界面临的水土流失、森林锐减、贫困加剧、人口膨胀、自然灾害增加、物种消失、“三癈”污染加重、土地沙漠化和盐渍化、臭氧层破坏、温室效应加剧等环境问题大部分与生态有关，人类正面临着生态环境的严峻挑战。生态保护已成为一个全球性的战略问题。
生态保护的目的是为了经济、社会的持续发展。经济持续稳定的发展也就是经济再生产能一直循环不断地进行下去。人类社会的经济再生产过程首先是从自然环境中获取原料，通过劳动变成人们需要的产品，然后经过分配、流通、消费，将一部分癈物（包括一切生产活动和生活活动所产生的癈弃物）排入自然环境，参与生态系统的物质大循环。因此，要使经济再生产过程持续顺利地进行，就必须有一个良好稳定的生态环境，而良好稳定的生态环境需要人类的生态保护，包括合理开发利用自然环境和自然资源，按生态规律确定经济建设的规模、速度与生产力布局，在城市建设中充分考虑生态要求，在农业发展模式上走具有中国特色的生态农业的道路等等。
生态保护不仅是经济持续发展的需要，也是人类社会发展的需要。人类正常的生存、生活离不开生态环境，人类健康的体质、旺盛的工作热情、精神文明建设都需要一个良好的生态环境。加强生态保护，创造一个优美、清洁、安静、舒适的生态环境，既符合当代人类的现实要求，也符合子孙后代的长远利益。
三、生态学在生态保护中的应用
生态保护内容很多，但可归纳为三大部分，即自然生态保护、农业生态保护和城市生态保护。生态保护工作因其内容很多而涉及到诸多学科和诸多部门。生态保护的任务十分艰巨，需要各级环境保护主管部门的不懈努力，也需要农业、林业、水利、地矿、海洋、城建、园林等部门的密切配合与协作。总之，生态保护具有很强的综合性，需要以生态理论作指导。生态学原理有许多，下面几条是在生态保护中经常应用的。
1.物物相关
即自然界中各种事物之间有着相互联系、相互制约、相互依存的关系。自然界是由各种各样的生态系统组成的，每一个生态系统又包含多个组成部分，各组成部分之间存在着错综复杂的相互关系。改变其中的某一组分，必然会对系统内的其它组分产生影响，以致影响系统整体。各系统之间也彼此影响。这些影响有些是直接的，有些是间接的，有些是立即表现出来的，有些则在一个很长的时期后才显露出来。因此，我们在生产建设中，务必泣意调查研究，即查清自然界诸事物之间的相互关系，统筹兼顾，即要对与某事物有关的其它事物加以认真的、通盘的考虑，包括考虑此种建设可能会产生的影响，短期的和长期的、明显的和潜在的，从而做出全面安排。特别是在需要排放癈弃物、施用农药、采伐森林、开垦荒地、猎捕动物、修建大型水利工程及其它重要建设项目时，尤应加以泣意。
2.相生相克
即在生态系统中，每一生物种都占据一定的位置，具有特定的作用。各生物种之间相互依赖、彼此制约、协同进化。被捕食者为捕食者提供食物这一基本生存条件，同时又为捕食者所控制。反过来，捕食者又受制于被捕食者，彼此间相生相克，使整个生态系统成为协调的整体。当向一个生态系统引进其它系统的生物种时，往往会由于该系统缺乏能控制它的物种（天敌）存在，使该物种种群暴发起来，从而造成灾害。大多数农业害虫在它们原来的乡土生境里是无害的，但当它们一旦侵入或被无意地引进到一个新区域或新的农业生态系统中时，就往往成为害虫。从一个生态系统中消除某一物种，也会对该系统造成或大或小的影响。因此，在从事农、林、牧、渔各业生产时，对引进某一新物种或在原有生态系统中消灭某一物种要十分慎重。
3.能流物复
生态系统中，能量在不断地流动，物质在不停地循环。但是，通常在自然生态系统中，能量只能通过生态系统一次，当它沿食物链转移时，每经过一个级位或层次，就有一大部分转化为热而逸散到世界，无法再回收利用，因此为了充分利用能量，必须设计出能量利用率高的系统，如在农业生产中设计出对农业资源（谷物、饲料、秸秆、加工剩余物、畜禽排泄物等）加以多级利用系统。物质与能量则不同，它在生态系统中反复地进行循环，其中有些还会通过食物链在生物体内发生富集。如果这些物质是有毒物质，最终将会对人类造成直接或间接危害。因此，必须控制进入环境中的有毒物质的量以及寻找和发现它们进入环境的地点、渠道及其迁移、转化规律，以便加以有效的控制。
4.负载定额
即任何生态系统的生物生产力通常都有一个大致的上限，它是由生物种自身的特点及可供它利用的资源和能量决定的。每一个生态系统对任何的外来干扰都有一定的忍耐极限，当外来干扰超过此极限时，生态系统就会被损伤、破坏，以至瓦解。因此，放牧强度不应超过草场的允许载畜量；采伐森林、捕鱼狩猎、采集药材时不应超过能使各种资源永续利用的产量；保护某一物种时，必须要有足够它生存、繁殖的空间；排放各种污染物时，必须使排污量不超过环境的自净能力等。
5.协调稳定
即只有各部分协调的生态系统才是稳定的。自然界的生态系统都在不断地变化和发展。一般说来，在发展过程中，随着生物种的多样性增大，连结各物种的食物链增多，系统的稳定性亦相应增加。所以，对于某一地区说来，该地区的自然资源种类越多，抵抗外来干扰的能力便越强。然而，由于生态系统稳定性的机制，主要是由其结构和功能的协调、物质输出输入的平衡决定的，因此，稳定的系统不一定都是结构复杂的系统。我们在开发利用自然资源时，应特别注意保持生态系统中各物种的合理结构，以维持自然机制的正常运行，确保系统稳定，防止因过度利用导致资源枯竭，系统瓦解。
6.时空有宜
即每一个地方，都有其特定的自然和社会经济条件组合，构成独特的区域生态系统。同时，这种区域生态系统也随时间发生变化。在开发利用和经营管理时，都必须适合它们的特点。例如，在成熟林多的地区可以根据用养结合的原则，对林木进行采伐；但河流上游的水源林和用于保持水土的林区，其主要的功能是涵养水源，防止水土流失，那就只能允许少量的更新择伐，绝对不允许皆伐。又如，当某地某种狩猎动物种群很小或正处于生育期时，就不应猎捕，以促进其种群的繁衍，防止物种灭绝。也就是说，这种规律决定了我们对某特定地区、特定时期的生态系统采取某种行动时，必须遵守“因时因地制宜”的原则。
7.互利共生
即在自然生态系统中，两种以上生物共同栖息在一起，互惠互利。如地衣就是真菌和藻类的共生体，真菌吸收水分、无机盐供给藻类光合作用所需的原料，并围里藻类细胞使其不会干死，藻类进行光合作用，合成的有机质供给真菌利用。共生的结果一般是所有共生者都大大节约原料、能量和运输，获得多重效益。共生者之间差异越大，系统的多样性越高，从共生中受益也就越大。因此，单一功能性的土地利用，农业生产中的单一的粮食经营，城市中条条块块式的管理系统，其内部共生关系薄弱，多样性很低，生态效率就不高。而要获得较高的生态效率，就应适当增强系统内部的共生关系。例如新加坡交通部门规定，凡小汽车出门未坐满时，必须携带顺路乘客，否则课以罚款。这就是一条有利于减缓城市生态系统交通拥挤、节约能源、方便群众的共生措施。
8.限制因子
在众多生态因子中，任何接近或超过某种生物的耐受性极限时就可以成为一个限制因子。生态保护中会遇到各种各样的复杂问题，涉及到很多生态因子，但要注意从中找出限制因子，集中力量加以解决。比如要保护森林中的鹿群，就要分析温度、降水、食物、天敌等因子对鹿种群数量的影响，如果确定冬季食物是鹿种群的限制因子（冬季里地面积雪，鹿群行动、取食受限制），就可以在冬季森林中投放补充饲料，以提高鹿资源的现存量。在进行城市生态保护时，也要从若干影响城市生态功能的因子中找出限制因子，比如在我国北方，水是制约许多城市经济发展的一个重要限制因子，那么就要投入相当的财力、人力、物力去开源节流。
9.生态位原理
生态位是指生物所占据的多维生态因子空间以及生物所起的生态作用。每一种生物都有其理想生态位和现实生态位，理想生态位与现实生态位之差就是生态位势。生态位势的存位，驱动着城市的膨胀，人口、能量、物质、资金的流动，影响着生态环境的变化。为了获取更高的生态经济效益，人类就要不断地开拓和占领一切可利用的空余生态位，包括剩余的土地、劳力、资金、技术、物质等。城市生态系统是开放式的人工生态系统，对外界依赖性高，需要及时开拓新的生态位，否则系统将衰落退化，生态环境将难以得到更好的改善。
第四章 生物多样性
我们这一代人赋有一个伟大的机遇，也负有一个重大的责任。我们继承了最多样化的生物群落，这些生物一直占据着我们的行星，我们也拥有迄今最先进复杂的技术。利用我们现代化的技术去开发我们行星赋存的资源，已使生活在20世纪的人民目睹了人这一物种经验过的最伟大的社会和人口的变化。我们的确生活在一个重要的时刻。
现今因人口增长和消费水准增高造成对地球上资源的需求量比以往任何时候都大的同时，人类的活动正在逐渐侵蚀地球维持生命的能力。为生存而挣扎的大多数贫穷人和奢侈地消耗资源的少数人一起造成的破坏性影响，至少在全球水平上，正在无情地和迅速地破坏在人类资源消耗和地球生产能力之间一直存在着的缓冲。
地球生命支持系统的侵蚀可能要继续下去，直到人类的渴望与地球的资源容量及过程之现实更加一致，即这些活动可持续很长时间。因此，保护生物多样性的问题不能与社会和经济发展的重大论题相分离。
随着环境变化的速率增加，维持最大程度的生物多样性被认为具有更大的迫切性。基因、物种和生态系统的多样性提供了人类的不同社会将适应变化的原材料，而每一种物种的丧失减少了自然和人类适应变化条件的选择余地。
但是，我们远不能确保我们的美好前景，如果现有趋势继续下去，我们这代人将对破坏了我们已继承的大量自然财富负有责任。在今后数年中，我们在如何利用自然资源方面的决策将决定着人类文明和地球上生物这两者的未来前途。
太阳能与地球上自然资源的结合提供了人类繁荣的基础。这些资源中的一些如石油、煤和铁是非再生的，一旦耗竭，不能在对我们有意义的时间内得到替补。其它资源是可再生的，水能够反复循环，野生动物、森林和作物能自我繁衍，甚至在管理适当时可以增殖。
对于非再生资源应如何消费的决策有必要给予极大关注，人们正投入极大努力以寻找那些正被耗竭的资源的替代物，寻求更有效的再循环方法，并保证最有效可行的利用方式（包括减少废物）。但是，更有必要关注可再生资源的管理，因为可再生资源奠定了长期可持续生产及人类幸福必须的多种服务的基础。
生物资源对人类具有实际和潜在价值的基因、物种和生态系统是地球生物多样性的自然表现。生物多样性（biological diversity，有时可简写成biodiversity）可简单表述为“生物之间的多样化和变异性及物种生境的生态复杂性”。物种是是生态系统的基石，而生态系统为人类提供了生命支持系统。现代技术、资本投资、基础设施、社会机构等等可以加强或耗尽这些生命支持系统，但是近来的迹象，诸如二氧化碳增多、全球变暖和臭氧保护层的耗竭，证明了自然对于它承受环境凌辱的容量是有限的。
生物多样性是一个包括物种、基因和生态系统的概括性的术语，但生物资源实际上是能管理好的，它们可以被消耗，也可以被补充，还能作为直接保护行动的对象。生物资源管理的方式可增加或减少生物的多样性。有效的管理系统不仅能确保生物资源的生存，而且可确保它们在被利用的同时有所增殖，因而提供了持续发展的基础。
一、何谓生物多样性
“生物多样性”包括所有植物、动物和微生物的所有物种和生态系统，以及物种所在的生态系统中的生态过程。对于自然的多样化程度来说，生物多样性是一个概括性的术语，它把生态系统、物种或基因的数量和频度这两方面包含在一个组合之内。生物多样性通常被认为有三个水平：即遗传多样生、物种多样性和生态系统多样性。遗传多样性是指遗传信息的总和，包含在栖居于地球植物、动物和微生物个体的基因内。物种多样性是指地球上生命有机体的多样化，并已被多方面估计在500万至5000万种之间或更多，虽然实际上描述了的仅有约140万种。生态系统多样性与生物圈中的生境、生物群落和生态过程等是多样化有关，也与生态系统内部由于生境差异和生态过程的多种多样所引起的极其丰富的多样化有关。各种生态系统使营养物质得以循环（从生产到消费，再到分解），也使水、O2、CH4、CO2（由此影响气候）等物质以及其它如S、N和C等化学物质得以循环。
生物学家将地球上的生命归入一个已广泛接受的等级体系，该体系反映了生物之间的进化关系，从下至上的顺序，生物的主要阶元或分类单元是：种、属、科、目、纲、门、界。例如人类归入如下类目：动物界（界），脊索动物门（门），哺乳纲（纲），灵长目（目），人科（科），人属（属），人种（种）。这最后两项名称合在一起称为拉丁文双名法，用于鉴定某一生物而区别于其它生物。物种之间至少有一个特征相差异，一般而言种间不能杂交(Raven and Johnon,1989)。通常，某一生物的阶元序位越高，则进化趋异就越古老。因此，就人属和人种而言，其种的发生晚于其属的发生，而其属的进化又晚于其科（人科），由此类推，直至界的层次。大多数生物学家认为生物分为五个界，即：原核生物界（细菌）、原生生物界（包括藻类和原生动物）、真菌界（蘑菇类、菌类和地衣类）、动物界（动物）和植物界（植物）。近来，已有近100个门得到认定。
评价生物多样性重要性的基础是一份现存物种数量及其分布地点的清单。在全球水平上虽然经常报导在鱼类和一些植物类群之中有一些大的发现，但对植物和脊椎动物相对论是了解得很清楚的。可是，科学家对许多昆虫类群的数量只能猜测（特别是热带森林甲虫）。例如，欧文（Erwin,1982）提出物种的总数多达3000万种，其中大多数尚未记述的种生活在热带森林中。满类和线虫的种类如果不能以百万计数，也能以数十万计。由于大多数有关物种灭绝的估计是基于推断，缺少对总数的精确估计，这已导致灭绝速率的估计很不精确。梅（May,1988），对于食物纲、相对多度以及生物的数量与体积间关系的研究，可揭示利用适当的规则来推断植物、动物和微生物的总体多样性的模式。
但是，事实上对组成多数生态系统的生物，其基本知识的了解是极其不足，特别是在热带地区。热带生物学优先研究委员会（NAS,1980）断定，在估测到的多样性能被研究的情况下，对其中大部分进行研究的系统学家至少要增加5倍（现估计已有1500名以上的训练有素的专业系统学家有能力去研究各种热带生物）。简言之，尽管最终数字很可能是3000 - 5000万种，但许多人假定现存物种大约1000万种。
二、生物多样性的价值
生物资源提供了地球生命的基础，包括人类生存的基础。这些资源的基本的社会、伦理、文化和经济价值，从有记载历史的最早时期起，就已在宗教、艺术和文学方面得到认识。孩子们对自然的浓厚兴趣、众多的野生动物俱乐部、对非政府保护组织的真诚捐款、对“绿党”的政治支持以及动物园和野生
表一 现存物种及数量分数
类 群
已描述的物种数量
细菌和蓝绿藻
4760
真菌
46983
藻类
26900
苔藓植物（藓类和苔类）
17000
裸子植物（球果针叶类）
750
被子植物（有花植物）
250000
原生动物
30800
海绵动物
5000
珊瑚和水母
9000
线虫和蚯蚓
24000
甲壳动物
38000
昆虫
751000
其它节肢动物和小门类无脊椎动物
132461
软件动物
50000
海星
6100
鱼类（硬骨鱼类）
19056
两栖动物
4184
爬行动物
6300
鸟类
9198
哺乳动物
4170
合计
1435662种
生物电影的普遍是人们偏爱的经济表达，开表明普通公众开不仅仅根据其货币价值来考虑生物资源。
但是，为了争取当今世界各政府部门和商业界决策者的注意，有关生物多样性的政策首先需要用经济术语来阐明生物资源对于国家的社会和经济发展所作的贡献。甚至部分以金钱术语评价保护生物多样性的收益也至少能对收益的满域提供一个较低的限度，并证明自然保护能产生一项对国家收益有重大意义的利润。
已有三种主要方法用于确定生物资源的价值。
（1）评价天然产品的价值，如薪柴、饲料和野味肉食等为直接消耗，没有经过 市场过程（“消耗性利用价值”）；
（2）评价商业性收获产品的价值，如木材、鱼、市场上销售的野味肉品、象牙 和药用植物（“生产性利用价值”）；
（3）评价生态系统功能的间接价值，如水源区保护、光合作用、气候的调节和 土壤的产生（“非消耗性利用价值”），还有保持对将来利用有选择余选择价值“）和直接了解某种物种存在（”存在价值“）的无形价值。
三、生物资源怎样受到威胁以及为什么受到威胁
生物资源损失的大概的原因是清楚的。生物资源的退化和损失是由于诸如森林的大规模砍伐和火烧、植物和动物的过度采猎、杀虫剂的任意施用、湿地的排水和填塞、破坏性的渔业生产、空气污染、荒野地变成农业和城市用地等人为活动造成。
当生物多样性丧失的问题根据其直接原因而作定义时，其反应应是采取防卫性和经常是对抗性的行动，例如制定法律、例如制定法律、停止对资源的接近、宣布增加保护区等。这类反应对于疯狂过度开发来说是必要的。但它们难以真正地改变威胁生物多样性社会和经济因素。
过度开发的基础包括对诸如热带硬木、野生动物、纤维和农产品等商品的需求。逐渐增长的人口，即使没有随之而来的经济的增和发展，也对自然资源和已经枯竭和承受压力的生态系统过程产生日益增长的需求。拓居政策推进了将渐增的无业劳力移向边疆地区的运动；债务负担迫使政府鼓励能赚取外汇的商品生产；能源政策鼓励了许多国家的低利用效率，以这种做法增加了空气污染物的负担，并冒有实质性的全球气候变化的危险；不适当的志地所有权处理挫伤了乡村人民对土地投资的积极性，而这种投资能使得生物资源得到持续利用。
对生物多样性的主要威胁包括：
（1）生境交替，通常从一个高度多样化的自然生态系统到很少变化（为单种栽 培）的农业生态统。显然，这是最重要的威胁，经常与地区规模的土地利用的改变有关，此改变使自然植被的面积大量减少。这种面积的减少－常使物种生境变得支离破碎－不可避免地意味着物种种群的减少，结果是丧失遗传多样性、开增加物种和种群对疾病、捕猎和偶然种变化等的脆弱性。
（2）过度收捕，对个体的采猎以一个高于被收捕种群的自然生殖能力所能承受的比率进行。当物种受法律保护时，收捕被称为“偷猎“。
（3）化学污染，已与欧洲死亡中的森林、鸟类的畸形以及海豹的早产有牵连，实际上已成为在全世界的一个主要威胁。化学污染是复杂的和普遍性的，它表现为不同的形式：如具有硫和氧化氮以及具有氧化剂的大气污染，通过“酸雨”的沉降而直接危害植被和损害淡水；农业化学品的过度使用，通过硝酸盐和磷酸盐的径流而污染河道，使湿地和浅海的生态失去平衡，还通过持久性杀虫剂的积累而伤害野生生物；工业来源的许多重金属化合物和其它有毒物质的释放，影响了陆地、淡水和近海的生物。
（4）气候变化，关系到改变地区的植被格局这个问题包含的因素有如全球二氧化碳的累积，地区的影响如埃尔尼诺海流和季风系统，以及地方性影响，常包括火灾管理。气候变化，好像正以历史上最快速率进行，可能会对北方森林、珊瑚礁、红树林和湿地产生剧烈的影响，也可能改变世界上生物群落的边界。
（5）引进物种，在许多海洋性岛屿上已实际取代了本地植物种类。甚至保护得很好的海岛，如加拉帕戈斯群岛（Galapagos）所引入的植物种竟和本地原有的一样多。大陆地区也受到影响，植物引进种的问题已被认定为美国国家公园系统面临的最严重的威胁。动物也免不了受此威胁，例如，在非洲裂谷（Rift Valley）若干湖中的一些特有种的比例极高，鱼的引进种已威胁大多数本地种濒临绝灭。蠓蛇和其它引进动物可相当迅速地导致本地动物区系的灭绝，而引进的食草动物，如山羊，甚至驯鹿可消灭本地植物区系。
（6）人口增长，伴随着工业革命、全球贸易、化燃料的利用以及更为有效的公众卫生措施。我们自己这个物种在19世纪初达到10亿人口，到20世纪20年代达到20亿，而今天的总数已超过50亿。乐观主义者预计，发展、教育、提供生育卫生服务以及明智的自我控制将使人口在下世纪后半叶稳定在80亿至100亿左右。一个不带偏见的外局观察者肯定会问，鉴于资源本底随最近的人口增长所发生的退化，这样的人口是否可持续？
威胁等级依国际自然保护同盟（IUCN）之分类如下：
IUCN关于威胁的等级：
灭绝（Ex）：在过去的50年内，未在野外确实找到的物种（正如《濒危动植物物种国际贸易公约》中所应用的标准）。
濒危（E）：处于灭绝危险之中，如果致危因素继续作用将不可生存下去的分类单元（种和亚种）。包括那些数量已减少到危急水平或其生境已刻烈地减少以致处于立即灭绝的危险中的分类单元。还包括那些可能已经灭绝但在过去50年中确实在野外见到过的分类单元。
渐危（V）：那些被相信如果其致危因素继续作用可能在不久的将来进入“濒危”等级的分类单元，包括那些其大部或全部种群由于过度开发、生境的广泛破坏或其它环境侵扰而正在减少的分类单元；那些种群已严重枯竭并且其最终安全尚无保证的分类单元；以及那些种群虽然还丰富但在其整个分布区都遭严重的不利因素威胁的分类单元。
稀有（R）：那些世界种群小，目前尚未“濒危”或“渐危”，但有此种危险的分类单元。在实践中要注意，“濒危”和“渐危”两级可暂时包括那些其种群由于补救性的行动而开始恢复，但其恢复程度不足以证明它们能转入另一个等级的分类单元。这些分类单元通常分布在有限的地理区域或生境内，或稀疏地散布在一个更广阔的分布区内。
未定（I）：那些已知是属于“濒危”、“渐危”、或“稀有”的分类单元，但尚设有足够数据来说明它们符合这三个等级中的哪一级。
对保护生物多样性取得较大进展的六个主要障碍有必要加以阐述：
（1）国家的发展目标低估了生物资源的价值；
（2）开发生物资源给予贸易商和制造者最大的利润（这些人能使环境代价表面 化），而不是给那些几乎没有其它谋生来源的当地人民，他们必须支付过度开发的环境代价；
（3）对人类生存依赖的物种和生态系统仍然了解得很少；
（4）可用的科学没有充分地用于解决管理问题；
（5）大多数组织开展的自然保护活动所关注的面太窄；
（6） 对保护生物多样性委有责任的机构缺少足够的资金能力和组织力量去开展 工作。
四、保护生物多样性的途径
保护生物多样性需要阐明近似的和根本的这两方面的原因，对生物多样性的综合性威胁要求一广阔范围的反应，而越大量私人和公共部门，有调整以针对当地条件的各种混合反应都是必需的。由于政府的政策经常对耗生物资源负有责任，因而认为政策改变经常是迈向自然保的必要的第一步，而且是合乎情理的。直接涉及荒野地或森林管理的国家政策或通过土地所有权、农村发展、计划生育以及对食物、杀虫剂或能源的补助金等间接影响生物多样性的国家政策，对于保护生物多样性可产生重大的影响。国家性和地方性的保护战略经常能提供进行这类检查的途径。
保护物种可通过保护生境而最有效地进行。大多数国家的政府已为对保护生物资源有重要意义的生境的保建立了法律手段。这些包括：国家公园和其它范畴的自然保护区（已有约4500个大面积的保护区，覆盖面积几乎达5亿ha）；保护特定的森林、礁或湿地的地方法律、结合在承诺协议内的条例；对某种类型土地的规划限制；保护神轻树林或其它特殊位点的通常法规。这类管理的责任经常在公共和私人机构中广泛宣传。尽管到完成任务的一天是感人的，如果这些地区将对保护生物多样性作出必要的贡献，则受保护的生境的数量需要增加3倍，这些新的地区的管理方法可能需要比通常在国家公园所用的方法更具有弹性。
此外，保护区成功地实现其保护目标的程度仅仅是这些区域本身被有效管理的程度和保护区周围土地的管理与保护区的目标相一致的程度。这将典型地将保护区纳入更大的地区性计划的组成部分，以保证生物和社会的持续性，以及给予乡村人民适当的利益。
迁地保护项目，即动物园、水族馆、种子库、植物园等等，通过提供长期贮存、分析、试验，以及对受胁和珍稀的植物、动物及其繁殖体的繁殖，而对就地保护作出补充。它们对于那些在其种群数量上极度减少的黟生物种特别重要，可作为就地保护的候补，归化自然引种的材料来源和未来家养栽培物种繁殖项目所需遗传材料的一个主要贮藏库。一些迁地设施，著名的有动物园和植物园，它们对于公众教育提供了重要的机会，并且它们中许多已对分类学和野外研究作出了重要的贡献。
控制生物圈污染的措施也许是最广泛应用的自然保护措施，也是最昂贵的，并已吸引了公众和政府两方面的最大注意力。生物多样性受到不同类型的化学污染的威胁，但最严重的威胁可能是由空气污染和大气CO2的增加所带来的气候变化，而CO2增加是因为毁林和化石燃料的燃烧。在今后40年中，世界平均温度可能上升2℃，平均海平面可能升高30-50㎝，而在保护区域内的物种生态系统将肯定会受到气候变化的影响。期望现有的保护区边界能大大改变是不现实的，因为保护区通常被更密集的人类土地使用所包围，这将需要新型的管理干预以保持各种符合人们愿望的系统。
刚刚讨论的许多人为反应已得到国际立法的支持，国际立法已在保护生多样性方面扶植了有意义的协作。然而，物种和生态系统仍然正遭开发，其速度远超过它们可持续产出的速率。在认识到对生物多样性的威胁逐渐增长的严重性和所需阐明威胁的一些行动日益国际性的情怳下，联合国已于1992年6月在巴西里约签署『保护生物多样性公约』，这项努力已获得各国政府的广泛支持。
人民形成了可持续利用生物资源的基础。地方团体需要更多参与到生物资源的管理，并从它们的可持续利用中得到好处。因为世界上许多地区的各土著居民都将自然资源，尤其是是野生动物资源，视为对他们的文化连续性和经济繁荣是至关重要的，在所有保护规划中，自然资源应当得到特别的关心。当地人民应当与主管生物资源管理和主管保护区建立与管理的当局密切联系。然而，在自然保护方面地方利益与国家利益之间的紧张关系需要极大的灵活性和区别对待的解决办法。
五、伦理学、经济学和生物多样性
在探讨保护生物资源的经济学之前，值得指出世界上各政府已许诺了一个重要的、但几乎未被注意的义务，即对自然的伦理义务。《世界自然宪章》是一个由联合国大会于1982年10月28日“通过并庄严宣告”的文件（附件一），表达了各国政府对保护生物多样性原则的完全支持。它认识到人类是自然的一个部分，生命的每种形式是独特的、不管它对人类的价值如何，值得受到尊重。并且，来自自然的持久利益取决于必须的生态过程和生命支持系统的维持，也取决于生命形式的多样性。它要求制保护自然、科学研究、物种和生态系统的监测和保护行动的国际协作等方面的战略。但是，《世界自然宪章》几乎已被政府和自然保护主义者忘记了，需要在今后给予进一步的宣传。
在起草《世界自然宪章》和《世界自然保护大纲》（IUCN，1980）的原则时，IUCN的伦理与保护工作组已为自然保护建立了一个伦理的基础。它概述了保护生物多样性的伦理基础必须与生态学原理相一致，并且认为促进可长久持续的活动是重要的。人们需要认识到，物种和生态系统存在的理由可能比简单地满足当代消费者的经济愿望要更加难以捉摸和不可思议。当一个基因库因当代人为最大限度地满足个人利益而被驱向绝灭时，所有的子孙后代都将为之付出代价。
保护生物多样性的伦理学基础：
（1）世界是一个相互依存的整体，由自然和人类社会所组成。任何一方的健康存在和兴旺都依赖于其它方面的健康存在兴旺。
（2）人类是自然的一部分，人类与所有在这个星球上戈物种一样是同样的永恒生态规律的对象。所有生命都依赖于自然系统的不间断的运转，这保证了能量和营养物质的供应，因此，为维护世界社会的生存、安全、公平和尊严，所有的人都必须担负起生态责任。人类的文化必须建筑在对自然的极度尊重上，具有与自然相一致的观念，并认识到人类事务必须在与自然的和谐平衡中进行。
（3）我们必须在生物学限度内工作，但这种限度不是对人类努力的限度，而是对如何使人类事务能维持环境稳定性和多样性提供方向和指导。
（4）所有物种具有固有的生存权利。支持生物圈完整性和支持生物圈内多样化物种、景观和生境的生态过程要得到维持。同样，人类文化在全范围内对当地环境的适应木获得繁荣。
（5）持续性是所有社会和经济发展的基本原则。个人和社会的价值应选用于增加植物区系、动物区系和人类经历的丰富程度。这种道德基础将能使自然的许多利用价值 － 在食物、健康、科学、技术、工业和娱乐方面的价值－ 被公平地分配并保存给子孙后代。
（6）后代的幸福是我们当代人的一份社会责任。因此当代人应当限制其不可更新资源的消费，要把这种消费水平维持在仅仅满足社会的基本要，并对可新源进行抚育，确保持续的生产力。
（7）所有的人必须授权为他们自己的生活和地球上的生命行使责任。因此，他们必须有完全的受教育的机会、政治权利和可维持的生活。
（8）以伦理和文化的观点看自然和人类生命，不管在某一社会中占主导的政治、经济或宗教意识形态是怎样的，多样性可从促进尊重和增强生命多样性的关系而得到鼓励。
附件一 世界自然宪章 1982.10.28
联合国大会
重申联合国的主要宗旨是维持世界和平与安全，发展国家之间的友好关系、并在解决经济、社会、文化、技术以及知识或人道主义事务等国际问题上寻求国际合作。
应深知：
a) 人类属于自然的一部分，生命依赖于自然系统功能的持续发挥，从而确保能量和营养的供给。
b) 文明根源于自然，它塑造了人类的文化，并影响了所有的艺术和科学的成就；与自然协调一致的人类生活将赋于人类在开发创造力和休息、娱乐方面的最佳机遇。
应信服：
a) 生命的每种形式都是独特的，不管它对人类的价值如何，都应当受到尊重；为使其它生物得到这种尊重，人类的行为必须受到道德准则的支配。
b) 人类可变更自然，并通过其行为或行为的结果而耗竭自然资源，因此，必须充分认识到维护自然的稳定性与提高自然质量紧迫感和保护自然资源的迫切性。
要相信：
a) 来自自然的持续利益取决于对重要的生活过程和生命支持系统的维持，并依赖于生命形式的多样性，而它们常常由于人类的过度开发和生境破坏而受到危害。
b) 由于自然资源的过度消耗和利用不常，以及人民之间和国家之间尚未能建立一种适常的经济秩序，因而使自然系统退化，进而会导致经济、社会和文明的政治体制走向崩溃。
c) 对珍贵资源的竞争会产生冲突，而 护自然和自然资源却能对正义和维护和平作出贡献。
再重申，人类必须获得知识，以维持和增强其在自然资源利用方式上的能力，这种方式须确保为当代和后代的利益而保存物种及其生态系统。
十分确信地需要在国家和国际的水平上、个人和集体的水平上以及私人和公共的水平上采取适当的措施，保护自然，并促进在此领域的国际合作。
为了这些目的，制定这份“世界自然宪章”，它公开宣布以下各项自然保护原则，要求所有人类进的能影响自然的行为都要受到它的指导和裁决。
一、基本原则
1.要尊重自然，不损害必要的自然过程。
2.不能危及地球上的遗传活力；所有形式的生命，不管是野生的还是驯化的，其种群水平必须足以维持其生存。为此目的，要保护必要的生境。
3.对地球上的任何区域，包括陆地和海洋，都要遵从这些保护原则，特别要保护那些独特的区域，保各种生态系统类型的代表性样地，并保护珍稀濒危物种的生境。
4.生态系统和生物，以及土地、海洋和人类利用的大气资源，都要得到认真管理，以获取和维持最大的持续生产力，但大能以这种方式对那些与之共存的其它生态系统或物种的完整性构成危险。
5.要保证不因战争或其它敌对行为而引起自然的退化。
二、责 任
6.在决策旳过程中，应意认到人类的需求仅能通过确保自然系统功能的适当发挥，并通过尊重本宪章阐明的原则而得到满足。
7.在规划和屐行社会和经济发展活动时，应允分考虑到保护自然是这些活动整体中的一部分。
8.在制定经济发展、人口增长和生活水平改善的长期计划中，应考虑到自然系统在确保人口生活和居住方面的长久能力，并意识到这种能力可以通过应用科学和技术而得到加强。
9.要规划地球上各个区域的不同用途，同时充分考虑到自然的限制、生物的生产力与多样性，以及有关区域的自然美景。
10.自然资源不能遭受浪费，应遵照本宪章所提出的原则而适当地加以利用，并使之符合以下几项规则：
a) 生物资源的利用程度不能超过自然更新速率；
b) 应通过适当措施维持或增加土壤生产力，以保护其长久肥力和有机分的过程， 并防止侵蚀和各种形式的退化；
c) 各种在利用过程中并不耗尽的资源，包括水资源，应当得到再资利用或循环利用。
d) 对利用中可耗尽的非再生资源应当限制开发，并充分考虑其丰高程度、合理转化其消费形式的可能性，以及开发活动与自然系统功能的和谐协调性。
11.控制对自然可能产生影响的各种活动，应用能最大地降低对自然的重大威胁或其它不利影响的最有效技术。特别是：
a) 避免那些可能会对自然产生不可逆转性危害的活动；
b) 对可能将对自然产生重大威胁的活动应事先进行详尽无遗的论证，这些活动的提议者要证实其预期效益将远超过对自然的潜在危害，而在对潜在不利影响没有充分了解的情况下，这些活动不应当进行；
c) 对可能侵扰自然的活动应事先经过影响评价，开发项目的环境影响研究要尽进行，如果这些工户已着手进行，则按其要求对这类活动进行规划和执行，以便将潜在的不利影响降到最低程度；
d) 农业、牧业、林业和渔业的生产活动要与自然的特征特性相适应，并限制在一些特定的区域；
e) 对由于人类活动造成自然退化的地区，应根据其自然潜力加以恢复，以巾足当地受影响人民的生活；
12.要避免向自然系统排放各种污染物。
a) 如果不可避免，应利用最适用的可行措施在污染源处加以处理；
b) 要特别注意防止放射性和毒废弃物的排放。
13.打算采用以防止、控制和限制自然灾害、侵扰和疾病的措施应特别用于杜绝这些隐患的来源，并避免对自然产生副效应。
三、履 行
14.本宪章提出的原则应反映在各国和国际的法律和实际事务中。
15.应利用所有可能的手段广泛宣传有关自然的知识，特别是通过将生心态学教育作为普通教育整体计划中部分的方法来进行。
16.所有的计划与规划在其重要的内容中应当包括：制定自然保护的战略；开列生态系统的清单和评价提议政策及活动对自然的影响。所有这些内容应通过适当的途径及时公布于众，以获得有效的咨诣和公众的参与。
17.应当提供必要的资金、项目和行政管理机构，以实现自然保护的目标。
18.通过科学研究，坚持不懈地努力丰富自然的知识，并积极传播这类知识而不被任何类型的限制所阻遏。
19.应密切监测自然过程、生态系统和物种的状态，并能尽早发觉其退化或受威胁动态，以保证及时干预和促进对自然保护政策和措施的评价。
20.应避免破坏自然的军事活动。
21.国家和其它公共机构、国际组织、个人、团体与法人，在他们可能的范围内应：
a) 通过共同的事务和其它有关的活动加强对自然保护工作的合作，包括信息交流和协商；
b) 对可能给自灰造成不良影响的产品和生产过程应制定统一标准和用于评价其影响的一致方法；
c) 履行有关自然保护和环境保护方面适用的国际法律条款；
d) 确保在他们管辖区或控制区内的活动不会对其它国家范围内或国家管辖权以外区域的自然系统造成危害；
e) 维护和保存国家管辖区域的自然系统。
22.充分考虑国家对其自然资源拥有的主权，每个国家可通过其权力机构及通过其它国家的协作而对本宪章的条款施加影响。
23.所有的人可根据其国家的法规，有权以个人或团体的身份参与直接有关他们环境的决策，并且当他们所处环境遭受破坏退化时有有权要求采取补偿措施。
24.每一个人都有责任根据本宪章的条款要求而采取行动，既可个人行动，也可与其它人一起或参政治进程的方式付诸行动。每个人都努力确保本宪章的目标和要求得到实现。
表2 拥有各类选列生物物种数最多的国家及其拥有量
(1)哺乳动物
(2)鸟类
(3)两栖动物
国 家
物种数
国 家
物种数
国 家
物种数
印度尼西亚
515
哥伦比亚
1721
巴 西
516
墨西哥
449
秘 鲁
1701
哥伦比亚
407
巴 西
428
巴 西
1622
厄瓜多尔
358
萨 伊
409
印度尼西亚
1519
墨西哥
282
中 国
394
厄瓜多尔
1447
印度尼西亚
270
秘 鲁
361
委内瑞拉
1275
中 国
265
哥伦比亚
359
玻利维亚
±1250
秘 鲁
251
印 度
350
印 度
1200
萨 伊
216
鸟干达
311
马来西亚
±1200
美 国
205
坦桑尼亚
310
中 国
1195
委内瑞拉与澳大利亚
197
(4)爬行动物
(5)燕尾蝴蝶¬
(6)被子植物
国 家
物种数
国 家
物种数
国 家
物种数
墨西哥
717
印度尼西亚
121
巴 西
55000
澳大利亚
686
中 国
99 - 104
哥伦比亚
45000
印度尼西亚
±600
印 度
77
中 国
27000
巴 西
467
巴 西
74
墨西哥
25000
印 度
453
缅 甸
68
澳大利亚
23000
哥伦比亚
383
厄瓜多尔
64
南 非
21000
厄瓜多尔
345
哥伦比亚
59
印度尼西亚
20000
秘 鲁
297
秘 鲁
58 - 59
委内内拉
20000
马来西亚
294
马来西亚
54 - 56
秘 鲁
20000
泰国和巴布亚新几内亚
282
墨西哥
52
苏 联
20000
资料来源：¬ 燕尾蝴蝶数据引自Collins和Morris,1985。 被子植物数据引自Davis等,1986,等估计数。
其它几类数据引自国际自然保护组织的多份数据。
巴西的生物多样性
巴西的国土面积为8511965㎞2（Times,1988），人口约为一亿五千万。总体上说巴西是世界上物种多样性最丰富的国家，而它拥有的很多生物类群的多样性都居世界第一位，其中如归灵长类动物有55种，占世界总数的24％，两栖类动物有516种，陆生脊椎动物有3010种，濒危和渐危脊椎动物310种，有花植动55000种，占世界总数的22％，淡水鱼类3000种以上（比世界上淡水鱼类种数占第二位的国家多三倍），昆虫约1000万到1500万种，至今还有一大部分昆虫尚未被科学家描述过。至其它生物类群方面，巴西即使不是最丰富的国家，但也都在世界前列。如爬行动物有467种，占第四位；鸟类有1622种，占第三位；棕榈类387种，占第三位；哺乳类动物428种，占第四位。
此外，巴西拥有迄今为止世界上最密闭的热带森林，面樍达357万平方公里，几乎占全球热带森林总面积的30％，比占第二位的印度尼西亚多3倍。事实上，巴西所有的热带雨林面积比中、南美洲所有其它国家的热带雨林总和还要多，比亚洲的总和多，也比非洲的总和多，如果把所有类型的森林算在一起比较，则巴西的森林覆盖面仅次于苏联，居世界第二位。
亚马逊森林的最大部分（62％）位于巴西境内，占了巴西全境的42％，世界上没有哪个国家的国土有如此广阔的热带森林。巴西的热带森林至今仍有80％未受到破坏，但过去十年中，在该国的某些地区，如朗多尼亚和南巴拉地区，森林破坏情况十分严重，而且没有好转的趋势。根据巴西有关专家对卫星图象的分析估计，仅1987年一年就约有800万ha原始森林遭到破坏。
巴西东部的沿大西洋森林带是从巴西东北部的北里约格朗德州和塞阿腊州开始，以一狭长的林带向南延伸至巴西最南端的南里约格朗德州。该森林带的面积曾经达到1亿到1.2亿公顷，约占全国面积的12％。但由于这一带在巴西历史上是最早被殖民化的地区，现在已成为国内的主要农业区和工业中心。由于大量的砍伐，其原始森林面积已减少到只有原来面积的1－5％了。
位于马托格罗索州和南马托格罗索州的潘塔纳尔地区是南美大陆中部的一大片低洼沼泽地。在这个地区聚居着一些全南美洲最壮观和最聚集可见的野生生物。虽说这个地区至今仍在很大程度维持着原状，但也越来越受到各种污染，矿山开发，滥捕鱼类，偷猎，设计失误的开发工作，以及因上游森林砍伐而造成的下游淤积等因素的威胁。
第五章 自然保育
第一节 自然保育的基本概念
自然保育包括对自然环境和自然资源的保育。「保育」一词按「世界自然保育方略」一书中所揭橥的定义为「对人类使用生物圈应加以经营管理，使其能对现今人口产生最大且持续的利益，同时保持其潜能，以满足后世人们的需要与期望」。因此，保育包括对自然环境的保存、维护、利用、复原及改良。
一、自然环境
广义的自然环境，可泛指人类社会以外的自然界。但比较确切的涵义，通常是指非人类创造的物质所构成的地理空间。阳光、空气、水、土壤、野生动植物都属于自然物质，这些自然产物与一定的地理条件结合，即形成具有一定特性的自然环境。它有别于人类通过生产活动所建造的人为环境，如城市、工矿区、农村社会等环境。
人类劳动的结果使得自己在发展过程中越来越摆脱对自然环境的直接依赖，扩大了对自然界的影响，但不管人类对自然环境的影响、改变有多大，还始终不能摆脱自然环境的约束。有关自然环境已于第一章中详述。
二、自然资源
在自然环境中对人类有用的一切物质、能量和景观都称为自然资源，如土壤、水、草地、森林、野生动植物、矿物、阳光、空气、瀑布、火山、古木等等。
对于人类来说，随着取得和使用资源技术的进步和经济的发展，无用的物质可以变成有用的资源。例如远古时代人类不知道煤有用，后来知道煤可用来做燃料，今天煤不仅用来做燃料，还可从中提取多种化工原料。又如，在人类历史上，结构材料曾经历过多次变化。起初青铜代替石头，铁代替青铜，后来钢又代替铁，现在铝和强化的塑料正在取代钢做某些结构材料；在能源上也有类似的情况，煤代替木柴，石油和天然气又代替了煤，现在核能、太阳能、风能、潮汐能和沼气等形式的生物能开始被利用，并有可能成为新一代能源。
资源利用也与经济能力有密切关系。由于经济条件的限制，有许多资源还难以利用。例如在缺少淡水的某些沿海地区，由于目前咸水淡化技术的成本很高，非当地居民的经济能力所能负担，丰富的海水还不能成为人们生活和生产用水的来源。
因此，可以区分出资源的两种涵义：一种是在现代生产力发展水平下，为了满足人类的生活和生产需要而被利用的自然物质和能量，这称之为“资源”；另一种是由于经济技术条件的限制，虽然知道它的用途但还无力加以利用，或者虽然现在没有发现其用途，但随着科学技术发展，将来有可能被利用的自然物质和能量，称之为“潜在资源”。
自然资源还可以按它们的用途划分为生产资源、风景资源、科研资源等等；也可以按它们的属性划分为土地资源、水资源、气候资源、生物资源、矿产资源等等。
按照资源形成的特征和其贮量能被人类利用时间的长短，自然资源可分为有限资源和无限资源两大类：
1.有限资源
有限资源可分为可更新和不可更新两大类。
（1）可更新资源
这种资源在理论上讲是可以持续利用的，即用过一次之后，可以更新再被利用。水、土壤、动物、植物（包括森林、草场）、微生物等等就属于这类。它们或者能够再生，如动植物等；或者通过自然或人工循环过程而被补充或更新，如水、土壤等。地球表面土被的面积是很有限的，说土壤是可更新资源，主要是指土壤肥力可以通过人工措施和自然过程而不断更新。
可更新资源的恢复是以不同的速度进行的，有些较快，有些较慢。例如，自然形成1厘米厚的土壤腐殖质层需要300 - 600年；砍伐森林的恢复一般需要数十年至百余年，野生动物种群的恢复在破坏不太严重的情况下也要几年至几十年。因而，可更新资源的消耗速度必须符合它们恢复的速度。当前存在的问题是，人类利用可更新资源的速度一般比它们更新速度要快，以致造成资源的枯竭。
（2）不可更新资源
是指储量有限，能被用尽的资源。它们的形成极其缓慢，有的需要数千年，有的需要数百万年，以至上亿年。矿物是不可更新资源，例如，大多数岩石、泥炭、煤、石油、各种金属矿、非金属矿等。对于人类来说，可以把它们看成是数量固定的，它们一旦被用尽，就没有办法来补充。当前，某些材料虽然可以通过化孚方法进行合成，但是无论数量和质量都还不能完全替代天然资源。因此对这种不可更新资源必须合理地综合利用，在使用过程中尽可能减少耗损和浪费。
2.无限资源
无限资源是指用之不竭的资源。太阳能、潮汐能、风能、海水等就属于这一类。虽然目前没有将它们列入重点保护的范围，但是人类的某些活动可以直接或间接地影响它们。例如，到达地球表面的太阳能的数量和质量，取决于大气状况和它的污染程度。
除了目前正在利用的自然资源以外，从长远看，对潜在资源要特别加以注意。把那些尚未了解其用途的资源，特别是动植物资源，当作无用之物，有意无意地糟蹋掉，将会造成不可弥补的损失。例如，在植物的野生品系发现的遗传性变异可以用做杂交的材料，以培育出新的高产抗病和抗逆作物品系，这是农业进步发展的重要条件；许多野生动植物的潜在药用、工业和科研价值，可能业人类的生存和发展有十分重大的意义。
三、自然保育的目标
即保护人类生活其中的自然环境，使之免遭破坏。自然保育的目的是为了给当代和后代人建立最舒适的生活、工作和生产条件，以保障经济的持续发展和社会的繁荣进步。自然保育是通过对自然资源和环境采取一系列的合理管理措施来实现。
保护自然是当代人类应该采取的对待自然界的态度。但是必须指出，保育并不意味着保持自然的原始状态，不许人们去触动它。自然保育是发展生产力的基础，是最有效的、最充分的利用自然资源，并使可更新资源达到永续利用。
除了进行严格保护的少数地区和对象以外，一般是在合理利用改造过程中进行保育，不仅使它的自然机制能正常地起作用，而且达到持续发展的目的，因而保护的概念已不是单纯的、消极的保护，而是综合的、积极的保护行动，它不致因为人们的利用改造而遭到瓦解，造成生态平衡的失调，并力求达到永续利用的目的。
自然保护有以下几个主要目标：
（1）保护人类赖以生存和发展的生态过程和生命支持系统，使其免遭破坏和污染
如维护土壤之再生与保护，各种生态体系内养分之循环使用，以及水之正常循环与净化，此为人类生存与发展的必要条件。
农业生态系的生产力，不仅需依赖土壤品质来维护，同时亦有赖于虫与其它动物栖息地的保护，诸如传播花粉的动物，以及害虫之不敌与寄生动物。然而大量使用杀虫剂已伤害其它非防治目标的物种。森林除供应木材与其它产品外，也维持当地及区域性气候的正常运作，并确保河川的清水常流提供人类所需的水源，维护生态系的正常运作，对粮食生产、人类健康及生物资源的永续开发，均甚重要。全世界优良的农耕地均已被开发利用，很不幸，许多良田又因兴建建筑物而永远无法再供农业使用。此外，若土地侵蚀仍以目前的速度继续下去，则全世界近三分之一的可耕地将在今后二十年间遭受破坏。森林对人类有重大贡献，然而世界各地森林集水区正处于遭受摧毁的命运。
（2）保障生物资源与生态系之永续利用
人类生存所需的鱼类、野生动物、森林及畜牧用地之减少或灭绝，均意味着人类生存、幸福遭受严重之威胁。确保生态系统或物种的利用，对人类长远，非常重要。永续利用可比喻为花费利息而保留本金，若本金消耗完了，利息亦随之消失。不幸的是，人类对大多数的水生动物、陆上野生植物与动物、森林及牧地的利用都不具永续性。因此如何确保资源的永续利用性，为当今保育重要目标。利用资源的方式是现代应用生态学最重要研究主题之一。
在人类的生产史中，过度使用生物资源以致于使资源面临灭绝或密度过低而不能利用的实例不胜枚举。过去人们认为资源是「取之不尽、用之不竭」的想法已使人类严重的自食恶果。
对于生物资源不加利用或不充分利用，并不一定能使资源量增加，而使用过度又会使资源枯竭，因之要知道何以有科学依据的资源管理方式，使生物产量到最大，又不危害持久利用，即所谓最持续产量的原理。例如，经营鱼类，不会在幼鱼期将牠捕掉，也不会等待鱼成长到极限（部份鱼均已自然死亡），而只能获取少量的大鱼，那么在此二种极端之间找寻一个最适当的时期，以得到大的渔获效益便要利用族群生态学的原理来探讨。唯有如此，我们才能保障物种的永续利用。
（3）保存生物种遗传因子的多样性
人类赖以生存的各项农作物、家畜与微生物、科学与医学方面之进步、以及生物资源之稳定，均有赖于生物资源的多样性。
保存遗传因子之多样性，乃为永续性改进农、林、渔、牧、业生产所必需，并为未来的各项利用需要预留后路，亦可缓冲对环境上有害的改变。有许多生物，今日我们无法预知它对我们的益处，但未来很可能会成为医疗剂等重要产品，因此基于人类长期的利益，应确保所有物种的生存。人工栽培的农作物、树木、家畜、水生动物及微生物，以及他们的野生亲缘种中所含的遗传物质，对于育种非常重要。育种使得产量、营养品质、滋味、耐久特性、对病虫害的抵抗力，及对各种土壤与气候之适应性与其它品质上的改进得以达成，然而这些特性罕有长久性者。举例而言，欧洲及北美的小麦及其它谷类之平均寿命仅有五至十五年。换言之，人类需要有新品种替代传的品种以维持品种改良的各项优点。但是人类若不保存传统品种及其野生亲缘种，品种之改良将无法进行。
世界上的植物与动物只有极少数曾作过医药及其它药物价值的研究，但现代医药对其依赖甚重。有些正在消失中而且显得无关紧要的物种，可能突然变成有用的物种。例如九带犰狳为人以外唯一已知可感染罹患麻疯病的动物，在寻求治疗此种疾病的研究方面，它们提供了无价的帮助。北极熊的毛是极有效的吸热材料，致使人们得到灵感，因而研究并设计、生产制作较佳的御寒衣料及太阳能吸热器。因此保存遗传物质的多样性在保障粮食、纤维及若干药材的供应及促进科学与工业革新方面均属必要。
(4)保留自然历史纪念物（瀑布、火山口、陨石、地层剖面、山洞、古生物化 石以及古树等）。
第二节 自然保护区的基本概念
一、何谓自然保护区
自然保护区之设立是自然保护事业中的一项重要方法和手段，也是自然保护最基本的建设之一，是开展自然保护工作的重要基地。
自然保护区是将具有代表性的自然景观地域，如珍稀动植物天然分布区、重要的天然风景区、水源涵养区、具有特殊意义的自然地质剖面和重要的自然遗迹等，以及其它为了科研、教育、文化娱乐目的而划分出的保护地域的总称。
自然保护区是保护、利用和改造自然及其生态系统和自然资源的战略性基地，是保证生物资源持续开发、保存遗传多样性、物种及生态系统的必须条件。
自然保护区实质上是指一些根据某种意义和价值划出来加以特别保护的自然地域总称，其概念包括的范围很广泛。国外对自然保护区从不同角度理解，概念不完全一致。
自然保护区就是国家把森林、草原、水域、湿地、荒漠等各种生态系统类型及自然历史遗迹等划出一定的面积，设置机构管理建设起来，作为保护自然资源特别是生物资源，开展科学研究工作的重要基地。建立自然保护区是为了拯救某些濒于灭绝的生物物种，监测人为活动对自然界的影响，研究保持人类生存环境的条件和本身的自然演替规律，找出合理利用资源的科学方法。或者说，自然保护区是指在不同的自然地带和大的自然地理区域内，划出一定的范围，将国家的自然资源和自然历史遗产保护起来的场所。
自然保护区顾名思义是指特定，代表不同自然地带，受到保护的自然区域，包括自然环境和生物资源。在这里，自然保护与科学试验、非破坏性的游__活动及保护性的利用相结合。总之，自然保护区既是认识自然的基地，又是改造自然的起点；既是进行专业研究的天然实验室，又是教育群众普及科学知识的大课堂；既是物种的天然基因库，又是活的自然博物馆。
二、自然保护区的保护对象
自然保护区主要保护具有代表性的、自然的、近自然的、半自然的、人工的以及破坏或退化后能够恢复的生态系统，保护濒危、孑遗、珍稀的遗传资源物种；保护山地、河流、水源；保护国家和地方公园及自然景观、历史遗迹等。
1.按保护面划分
根据保护对象的保护面大小可分为三个方面：
（1）全面保护对象（保护生态系统）。对生态系统的保护，是使自然、近自然生态系统的多样性与完整性，得到充分发展；半人工、人工的生态系统能持续稳产和不断增产；对破坏或退化的生态系统使之能迅速恢复。
（2）部分保护对象（保护遗传资源）。主要是保护生物群落中有遗传价值的种群。如作物、果树、经济林木、畜禽等的野生种或近缘野生种。
（3）特别保护对象（保护濒危、孑遗物种等）。作为特别保护对象，主要保护生物群落中面临濒危、渐危、稀有、特有、孑遗物种及其适生繁殖的生境；不同同动植物区系的过渡地带以及独特的生态系统；有重要科价值的地质剖面等。
2.按具体保护目标分
还可以根据保护区的具体保护目的将保护对象分为以下12个方面：
（1） 确保可更新自然资源的连续存在；
（2） 保护自然历史遗产和文化遗产；
（3） 保护水源涵养；
（4） 保护野外休养和娱乐场所；
（5） 维护环境自然净化能力；
（6） 确保自然生态系统的平衡；
（7） 保护物种的多样性和基因库的发展；
（8） 保护学术研究的对象；
（9） 保护宗教信仰的对象；
（10）保护乡土景观；
（11）保护濒危弱者；
（12）保护稀有动植物。
三、自然保护区的名称
保护区以及与其相当的保护自然性质的地域种类很多，名称也很多，国际自然和自然资源保护同盟（IUCN）、联合国环境规划署（UNEP）和联合国教科文组织（UNESCO）(1980)共同收集了国际上常用的保护区名称，以便归类时应用。现将这些名称按各名称前缀英文字母顺序排列于表5.1。
在此，Area、Region的含义均不属于国家政府行政管理区划的单位。Wildlife过去只限于指野生动物，而现在自然保护事业中均理解为野生生物，但是具体到上列表中所指的Wildlife，其实意大都侧重指野生动物。上列表中还不包括Refuge、Preserve等性质的保护区以及Portected Breeding Area（繁殖保护地）等等性质的保护区。
表5.1 国际上常用的保护区名称
英 名
中 名
缩 写
Anthropological Reserve
人类学保护区
A.R.
Biological Reserve
生物保护区
Bi.R.
Biosphere Reserve
生物圈保护区
B.R.
Bird Sanctuary
鸟类保护区（禁猎区）
B.S.
Conservaton Area
保护（地）区
C.A.
Conservation Park
国家公园
C.P.
Federal Biological Reserve
国家（联邦）生物保护区
F.B.R.
Fauna and Flora Reserve
动植物保护区
F.F.R.
Faunal Reserve
动物保护区
F.R.
Forest and Faunal Reserve
森林和动物保护区
Fo.F.R.
Forest Sanctuary
森林保护区（禁伐区）
Fo.S.
Game Reserve
狩猎动物保护区
G.R.
Game Sanctuary
狩猎动物禁猎区
G.S.
Managed Nature Reserve
受控自然保护区
M.N.R.
Managed Resource Area
资源经营管理区，受控资源区
M.R.A.
Multiple Use Management Area
多种经营管理区
N.U.A.
National Faunal Reserve
国家动物保护区
N.F.R.
National Game Reserve
国家狩猎动物保区
N.G.R.
National Nature Reserve
国家自然保护区
N.N.R.
National Park
国家公园
N.P.
Natural Area
自然区
N.A.
Natural Biotic Reserve
自然生物保护区
N.B.R.
Natural Landmark
自然景物保护区
N.L.
Natural Monument
自然纪念保护区
N.M.
Nature Conservaton Reserve
自然（保护）保护区
N.C.R.
Nature Park
自然公园
Na.P.
Nature Reserve
自然保护区
N.R.
Park
公园
P.
Protected Landscape
保护性景观，景观保护区
P.L.
Protected Region
保护地区
P.R.
Provincial Park
省立公园
P.P.
Reserve
保护区
R.
Resource Reserve
自然资源保护区
R.R.
Sclentific Reserve
科研保护区
S.R.
State Park
州立公园
S.P.
Strict Nature Reserve
绝对自然保护区
S.N.R.
Strict Reserve
绝对保护区
St.R.
Wildlife Management Area
野生生物经营区
W.M.A.
Wildlige Reserve
野生生物保护区
W.R.
Wildlife Sanctuary
野生生物保护区（禁猎区）
W.S.
Wildness Area
原野地
W.A.
World Heritage Site
世界（自然历史）遗产保护地
W.H.S
四、自然保护区的重要意义
（1）生态系统的天然“本底”
首先，自然保护区能为人类提供生态系统的天然“本底”，各种生态系统是生物与环境间长期相互作用的产物。现今世界上各种自然生态系统和各种自然地带的自然景观，正在迅速地遭到人类的干扰和破坏。森林无限制地采伐，草原的开垦，荒漠的过度放牧，热带的农业开发以及城市不断扩大和大工程的建设等，使得许多地区生态平衡失调，有些地区的自然面貌已难以办认。为了研究这些地区的自然资源和环境的特点，以便提出合理的利用和保护措施，不得不借助于古代的文献记载、考古材料、自然界残留的某些特征（诸如孑遗的生物种类、土壤剖面、地貌类型等）和古生物学的研究数据，来推测已不复存在的自然界的原始面貌。由此可见，在各种自然地带保留下来的、具有代表性的天然生态系统或原始景观地段，都是极为珍贵的自然界的原始“本底”，它为衡量人类活动结果的优劣，提供了评价的准则，同时也对探讨某些自然地域生态系统的今后合理发展的方向，指出了一条途径，以便人类能够按照需要而定向地控制其演化方向。
（2）物种基因库
自然保护区是各种生态系统以及生物物种的天然贮存库，现今世界上物种的确切数量究竟是多少，直到目前还不十分清楚，尽管生物分类学家们在研究物种方面进行了大量的工作，但由于多种原因，迄今对生物种类还缺乏系统可靠的数据。目前认为世界物种在500万到1000万之间，其中只有150万种是在科学文献中有记载的。人们从这些物中获取生活的原料已经有着悠久的历史。自新石器时代以来，人类的农业育种工作，就一直把注意力集中于少数已被驯化或栽培的动植物种。现在育种家们发现要对现有品种进行改良和提高生产潜力，难度愈来愈，大，因此除了对现有少数的物种进行育种改良外,必须挖掘新的物种来源，从而又开始转向到大自然丰富的宝库中，寻找野生的物种资源。
自然保护区正是为人类保存了这些物种及其赖以生存的生态环境，现在许多重要的动植物资源及完整的生态系统相继被发现，就是在自然保护区中调查研究出来的。特别是目前世界上许多物种，由于环境的变化或人为的干扰，过去曾经一度繁茂分布，现在处于濒临灭绝的状态。自然保区的建立和合理的管理，将有助于这些生物的保护及其繁衍。从这个意义上说，自然保护区无疑是物种资源及生态系统的天然贮存库。
（3）科学研究的天然实验室
自然保护区里保存有完整的生态系统。丰富的物种、生物群落及其赖以生存的环境。这就为进行各种有关生态学的研究，提供了良好的基地，成为设立在大自然中的天然实验室。自然保护区是开发自然保护科学研究的重要基地，可用于对自然生产潜力、自然生态平衡、最优生态结构的研究；生物环境间的制约规律，生物内部各品种间的消长与调控，以及环境因子改变后预测可能带来的后果、自然演替方式、速度、程度和后果，引种可能性及分布范围的研究；人类活动的干扰与生物群落的自然恢复能力，可逆变化的环境阈值等研究，以及进行仿生学研究，环境本底监测研究等等。
由于自然保护区的长期性和天然性的特点，对于进行一些连续的、系统的观测和研究，准确地掌握天然生态系统中物种数量的变化、分布及其活动规律，对自然环境长期演变的监测以及珍稀物种的繁殖及驯化等方面的研究，提供了特别有利的条件。
（4）进行宣传教育的博物馆
自然保护区是向群众进行有关自然和自然保护宣传教育宣传教育活动的自然博物馆和自然耕耘。除少数为进行科研而设置的绝对保护地域外，一般保护区都可以接纳一定数量的青少年、学生和旅游者到保护区进行参观游览。通过在保护区内精心设计的导游路线和视听工具，利用自然保护区这一天然的大课堂，增加生物、地学的知识。自然保护区内通常都设有小型的展览馆，通过模型、图片、录音、录象等设施，宣传有关自然和自然保护的知识。因此我们把自然保护区又称为活的自然博物馆。
（5）旅游价值
某些自然保护区可为旅游提供一定的场地。由于自然保护区保存了完好的生态系统、珍贵而稀有的动植物或地质剖面，对旅游者有很大的吸引力，特别是有些以保护天然风景为主要目的的自然保护区，更是旅游者向往之地。在不破坏自然保护区和严格管理的条件下，可划出一定的地域，有限制地开展旅游事业。随着人民物质生活的改善，自然保护区在这方面的潜在价值，将日益明显地表现出来。
（6）维持生态平衡
自然保护区由于保护了天然植被及其组成的生态系统，在改善环境、保持水土、涵养水源、维持生态平衡方面具有重要的作用。特别是在河流上游、公路两侧及陡坡上划出的水源涵养林，它是自然保护区的一种特殊类型，能直接起到环境保护的作用。当然，要维持大自然的生态平衡，仅靠少数几个自然保护区是远远不够的，但它却是自然保护综合措施网络中的一个重要环节。
第六章 人口与粮食
壹、人口的增长与控制
在人类影响环境的诸因素中，人口是最主要、最根本的因素。人口问题是一个复杂的社会问题，也是人类生态学的一个基本问题。因此，本章除了介绍人类人口的增长情况外，还将着重讨论人口增长的内在关系以及人口增长对生态平衡的影响。
一、人类人口的增长
1.世界人口的增长情况
在1万多年前的冰期，人类处在旧石器时期，以捕猎和采集为生，没有稳定的食物来源，全世界人口不过500万左右。到了1万年以来的冰后期，人类进入新石器时代，逐步从农耕和畜牧为主，有了比较稳定的食物来源，人口发展速度加快。在旧石器时代，人口增加1倍需要3万年；到新石器时代，人口增加1倍需要的时间大为缩短。到了应用金属工具的公元初人口增加1倍则只需要1000年。人类社会进入工业革命以后，应用煤和石油等能源和机器进行生产，生产力大幅度提高，人口增长速度也随之加快。到19世纪中期，人口增加1倍的时间缩短为150年。到1830年世界人口达到10亿。仅仅过去100年，到1930年世界人口达到20亿。仅仅过去30年，到1960年世界人口达到30亿。仅经过15年，到1975年世界人口达到40亿。仅仅经过12年，到1987年世界人口达到50亿。预计到2000年，世界人口将达到63亿，表1可帮助了解人口增长情况。
由表中数值可见，在最近一千年中，前半段时间内人口增长缓慢，平均年增长率在0.1％以下，总人口增加不到两倍。但在最近300余年时间里，平均年增长率迅速提高，人口数字大幅度增长。在1800年前后，人口接近10亿；但是仅用了130年的时间，到1930年前后，人口增加一倍，达到20亿。到1960年前后加上第三个10亿，1975年世界人口为40亿，1987年7月11日，世界人口突破50亿。与此同时，从本世纪后半叶初期到1970年止，人口增长率迅速提高，1970年年增长率达到1.97％，是整个历史时期最高值。同时倍增期（人口增长一倍所需要时间）越来越短，由150年缩短到35年，约相当于原来的1/4。
世界各地的人口增长率又有很大差别，如图2所示。50年代初，已开发地区人口年均增长率为1.2％，开发中地区为2.1％，自此以后，已开发地区人口年均增长率持续下降，在1980～1985年间降为0.6％，1985～1990年期间基本不变，仍是0.6％；而开发中地区人口年均增长率则逐年增加，到1965～1970年期间升至2.5％，这以后逐步有所下降；1980～1985年期间为2.0％，1985～1990年期间为1.9％。预计到2025年，已开发地区人口年均增长率将下降到0.3％，开发中地区下降到1.0％。
表2为1990年世界人口增长情况，由表中可以看出，1990年世界人口增长率为1.58％，意味着每年增加8288万人，或者说每天增加22.7万人，或每秒增加2.6人。而开发中国家的人口增长率更大，为已开发国家的两倍以上。表3列出了已开发国家与开发中国家人口增长情况的比较。
表1 世界人口增长的历史特征
年 份
相隔时间
（年）
总人口
（亿）
年均增长率
（％）
倍增期
（年）
1000
--
2.8
--
--
1650
650
5.0
0.10
700.0
1800
150
10.0
0.47
150.0
1920
120
20.0
0.58
120.0
1965
45
33.3
1.50
46.0
1970
5
36.9
1.97
35.2
1975
5
40.8
1.75
40.0
1980
5
44.5
1.67
41.5
1985
5
48.4
1.63
42.5
1990
5
52.5
1.58
43.8
1995
5
56.8
1.51
45.9
2000
5
61.2
1.38
50.6
2025
25
82.1
表2 1990年世界人口增长情况
总人口
（亿）
与总人口百分比
（％）
年增长率
（％）
倍增期
（年）
2000年人口
（亿）
世界
52.46
100.0
1.58
44
61.22
东亚
13.24
25.2
1.11
63
14.75
南亚
17.34
33.1
1.88
37
20.74
欧洲
4.99
9.5
0.28
248
5.12
非洲
6.45
12.3
3.02
23
8.72
拉丁美洲
4.51
8.6
2.00
35
5.46
北美洲
2.75
5.2
0.81
86
2.97
大洋洲
0.26
0.5
1.33
52
0.30
原苏联
2.92
5.6
0.79
88
3.15
由于上述原因，世界人口便相对集中于开发中国家。1992年世界的十个人口大国依次是：(1)中国11.88亿；(2)印度8.8亿；(3)美国2.55亿；(4)印度尼西亚1.91亿；(5)巴西1.54亿；(6)俄罗斯1.49亿；(7)巴基斯坦1.25亿；(8)日本1.24亿；(9)孟加拉国国1.19亿；(10)尼日利亚1.16亿。这些国家的人口都1亿以上。其中开发中国家占了8个。
2.台湾人口的增长情况
台湾地区人口在光复初期，民国三十五年底仅 609万人，民国三十八年，中央政府迁台，大量大陆人口迁入，四十八年人口突破一千万。后因经济社会发展，国民生活水准提高，加上医疗设备普及与死亡率咸低等因素，七十八年七月底已突破二千万人口，八十四年底人口登记数 2130万人，每一平方公里之人口密度为 592人，高居世界一千万人口以上国家之第二位，且人口分布大半集中于都会区，使得都市人口密度每平方公里达千余人，其中以台北市每平方公里有9,920人为最多，足以显示出台湾地区目前人口之拥挤与集中，台湾地区人口增加概况见表4。
四十年来台湾地区人口成长呈逐年下降趋势，由40年代平均年增率40％，降为 50年代 30％， 60年代 20％，70年代末期10％?，84年更降至8.4％?。84年底人口数 2,130万人为50年之 1.9倍；性比例 106.0，为60年以来最低水准；出生婴儿性比例108.3，略为改善，惟仍偏离均衡性别结构；人口密度每平方公里 592人，在千万人口以上国家，仅次于孟加拉国 828人；平均每户 3.7人，亦为历年最低。由于出生率下降及平均寿命延长，人口结构明显转变，幼年(15 岁以下)人口占总人口比率，由50年45.8％降至84年23.8％；而老年(65岁以上)人口则自2.5％逐年增至 7.6％。同期间人口老化指数，呈逐年攀升趋势，至84年为32.1％；青壮年之扶养负担则逐年减轻，84年每 100位青壮年须扶养46位幼年或老年人口，较50年之94位已减轻一半。
由于国人对婚姻价值观念改变，离婚情形长期以来呈现增加趋势，84年每千人1.6对离婚，较50、60年之 0.4对显著增加，平均每日约有91对离婚。
表4.台湾地区人口概况
项 目
40年
50年
60年
70年
80年
84年
人口（万人）
787
1115
1499
1814
2056
2130
人口年增率（％）
4.168
3.31
2.17
1.86
1.00
0.84
性比例（女子=100）
104.26
105.2
111.2
108.8
106.8
106.0
出生婴儿性比例（女子=100）
106.5
106.2
106.9
110.3
108.3
人口密度（人/平方公里）
218.8
310
417
504
571
592
平均户量（人/户）
-
5.6
5.6
4.7
3.9
3.7
人龄分配（％）
0～14岁
42.1
45.8
38.7
31.6
26.3
23.8
15～64岁
55.4
51.7
58.3
64.0
67.2
68.6
64岁以上
2.5
2.5
3.0
4.4
6.5
7.6
扶养比（％）
81
94
73
56
49
46
人口老化指数（％）
5.9
5.4
7.8
13.9
24.8
32.1
结婚率（对/千人）
-
7.6
7.2
9.3
8.0
7.5
离婚率（对/千人）
-
0.4
0.4
0.8
1.4
1.6
二、未来一百年的世界人口
1. 100年内世界人口的预测
据目前估计，到2000年世界人口将增至62亿人。世界各地区人口出生率将先后降到简单的更替水平。其先后时间见表5。
表5 世界各地区人口达到更替水平的时间
北美
2000～2005年
澳大利亚和大洋洲
2020～2025年
欧洲
2005～2010年
拉丁美洲
2035～2040年
东亚
2010～2015年
南亚
2060～2065年
原苏联
2015～2020年
非洲
2070～2075年
到2070～2075年，当非洲人口达到简单更替水平后，世界人口数量仍将缓慢增长，直到22世纪初，世界人口才达到稳定值。联合国和世界银行都对此稳定值进行了预测，到2100年，预测人口低值为72亿，高值为149亿，世界各主要地区的人口将有巨大变化。非洲人口将继续急剧增长，成为世界第二个人口最多的地区。南亚1990年人口为17.34亿，2100年将为此数字的一倍。东亚到2030年前后人口将持平。拉丁美洲的人口预计将继续增长，但速度将下降。欧洲、北美和原苏联地区将为人口的低增长模式。
2.世界人口增长特点
目前世界上人口不但增长快，而且具有新的特点：
（1）已开发国家人口出生率下降
近几十年来世界人口猛增，主要发生在开发中国家，而已开发国家早在60年代就已出现人口增长率下降的趋势。在1980～1985年期间，西欧人口增长率基本保持不变，为0.1％；澳大利亚和纽西兰人口增长率下降最快，由1950～1955年间的2.3％下降为1.3％；北美近几年来人口增长率持续下降，1950～1955年人口年增长率为1.8％，1980～1985年为0.9％，估计到2025年可下降到0.5％。未开发地区人口增长最快的是非洲，50年代初其年均增长率为2.1％，1985年前后，年均增长率上升到2.9％，而到了1990年，年均增长率已升至3.02％。又如印度，目前人口8.5亿，但若仍保持2％的年增长率，到2035年则其人口将比中国多3亿，达17亿人，而居世界首位。
（2）年龄结构两极分化
总的来论，世界人口正在老化。年龄中值从1950的22.9岁稍稍提高到1985年的23.3岁。到2025年年龄中值将超过30岁。
人口年龄构成可以分为三种基本类型：年轻型人口、成年型人口和老年型人口。目前国际通用标准如表6所示。
表6 人口年龄构成类型标准
年轻型
成年型
老年型
少年儿童系数
（0～14岁人口在总人口中比重）
>40％
30～40％
<30％
老年人口系数
（65岁以上人口在总人口中比重）
<4％
4～7％
>7％
年龄中值数
<20岁
20～30岁
>30岁
开发中国家年轻型人口多，如1987年印度14岁以下儿童占其人口的37.2％，1986年约旦14岁以下儿童为51％。与此相反，已开发国家少年儿童系数较低，1986年英国为19％，法国为20.8％。这表明已开发国家正发生人口老化的趋势。
人口老化亦称人口老年化，或人口高龄化。按世界通例,凡65岁以上老人占本国总人口7％以上者，称“老年型人口”。而许多西方国家又把这一标准提高到了14％。1986年英国65岁以上人口为15.3％，瑞典为16％，被称为“老人国”。在法国的202万农业劳动力中，50岁以上的劳动力占40.6％，即100个劳动力中，有40人是50岁以上的。全世界而言，60岁以上人口目前已有3亿，到2000年将增至5.8亿，2025年可达到11亿，相当于50年代初期世界人口的一半。
（3）城市人口膨胀
城市人口的增长，在近20年内达到惊人的程度，如墨西哥城，在20世纪初只有30万人口，到1960年增加到480万人，1970年增加到800万，1985年则达到1800万人，约占全国人口四分之一。
三、环境保护与人口控制
1.地球的人口环境容量
地球是人类栖息的场所，这个生态圈究竟能容纳多少人？世界人口按指数规律增长下去将是关系到人类前途和命运的一个重大问题。首先，如果人口无限增长下去，地球将容纳不下；众多的人口对环境会产生恶劣影响。
就每人平均可能占有陆地而言，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增至106.4亿，2080年达到212.8亿，.800年后世界人口可达到千万亿的天文数字。如果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，平均每人占地为1.5米2，已经没有可供耕种的土地了。
从生态学角度分析，地球又能养活多少人呢？地球植物的总产量，按能量计算每年为2.77×1021焦耳。人类维持正常生存每人每天需能量107焦耳，则每年需3.68×109焦耳。按此数值计算，地球上植物总产量可养活7534亿人。但由于以下两方面原因：第一，以植物为食的，不仅仅是人类，其它各种动物也都直接或间接地以植物为食；第二，有许多植物和动物是不能供人类食用的。因此，据估计人类只能获得植物总产量的1％，即只能养活75亿人。
通常人口容量并不是生物学上的高人口数，而是指一定生活水平下能供养的最高人口数，它随所规定的生活水平的标准而异。如果把生活水平定在很低的标准上，甚至仅能维持生存水平，人口容量就接近生物学上的最高人口数；如果生活水平定在较高目标上，人口容量在一定意义上说就是经济适度人口。在70年代国外生态学家曾对地球生态系统的人口容量进行了估算，最乐观的估计是地球可养活1000亿人，但多数认为只能养活100亿人左右。
2.人口增长对环境的影响
前已指出，人类影响环境的原因，主要在于人口激增。这可以从下述六个方面分析：
（1）人口增长对土地资源的压力
由于许多开发中国家土地退化，粮食产量赶不上人口增长，使得世界粮食供应日趋紧张。在非洲，人口增长快于粮食增长。据世界银行1986年报导，80年代，非洲仅有1/4的国家其粮食消费量有所增加，1971～1980年多数国家人口年增长率约2.92％，粮食年增长率只有0.2％；有的地区甚至是负增长，如中非粮食增长率为－0.91％。就我国情况看，1950年人均耕地0.18公顷，1980年降到0.1公顷，仅为世界人均耕地面积0.37公顷的1/3，到2000年将只能人均拥有耕地0.08公顷了。也就是说，每公顷耕地需要养活的人口数量不断增加。1950年为5.5人，1980年增到9.8人，到2000年每公顷耕地将养活12人。而按照中国目前的生产力，需要人均0.2公顷左右的土地，才能最低限度养活全部人口和支持经济和工业的适度发展。然而，由于土地沙漠化、水土流失、工业和城市发展蚕食耕地等种种原因，至使中国的可耕地面积正以每年47～67万公顷的速度减少。1984～1987年间平均每年减少耕地65.5万公顷。
为使食物供应跟上人口增长，需要采取各种措施：如施用大量化肥与农药以提高单位面积产量，或开垦荒地以扩大耕地面积等等。但是这些措施都可能以环境的破坏为代价，因为过量施用化肥与农药会造成土壤板结，水体富营养化，环境污染，抗药性害虫种类与数量增加等，最终可能使农、林、牧、副、渔各业的总产量反而下降。不适当地开垦荒地，必然也会破坏有利的生态平衡，例如土地沙漠化，盐咸化等。据1984年估计，地球上35％即约45亿公顷的土地正不同程度地沙漠化，其中有3/4以上的土地中度退化，1/5的土地完全丧失了生产能力。中国已有75300平方公里的土地沙漠化，到2000年将增到两个台湾省以上的面积。
（2）人口对森林资源的影响
森林是保持人类环境质量的一个重要因素，更是陆地生态系统的重要组成部分。但是人口过分增长势必毁林造田、毁林盖房......，结果使越来越多的森林资源受到破坏。自1850年以来，几乎10亿公顷的森林被砍伐，原始森林约减少一半。在1975～1980年的五年中，非洲森林资源被毁坏的面积达3700万公顷，亚洲为1200万公顷，拉丁美洲为1840万公顷，其数量是很惊人的。20世纪80年代，热带雨林主要生长国巴西、印度尼西亚、扎伊尔三个国家每年被砍伐的林木超过200万公顷。科特迪瓦是世界人口自然增长率最高的国家之一，1987年其人口自然增长率为3.0％，而每年森林损失率为5.9％。半干旱地区也因大量开采饲料及薪炭材，导致树木密度减少。中国由于人口增长过快，许多农村找不到薪柴而对森林乱砍滥伐。如全国人口自然增长率最高的四川省，解放初期森林覆盖率是19％，80年代初已下降到13％，生态系统遭到严重破坏，也引起自然灾害的增多。
（3）人口对能源的影响
人口的增长使能源供应紧张并且缩短化石燃料的耗竭时间。由于生产和生活中消耗的燃煤、石油、天燃气等释放出大量CO2，加之热带雨林被大面积砍伐，使大气中CO2浓度从原先的315ppm上升至352ppm，引起的温室效应使全球气候变暖。而且会导致生物异常，毁坏大面积森林和湿地，引起海平面上升，甚至导致极地冰帽融化。异常的气候会加速森林的破坏。而开发中国家的燃料又有90％来自森林，因此，未来人口增长与能源短缺的矛盾不容忽视。
（4）人口对城市环境的影响
随着人口的激增，城市的人口密度加大，由家用燃烧以及生活污水和垃圾等造成的污染也更加严重。同时，城市绿地面积的缩小使城市环境自净能力下降，从而进一步加重了对环境的压力。我国1990年有26.2％的人口为城镇居民，约3亿人。在1982～1990年间以每年4.35％的速率递增，高于1949～1981年间的3.99％递增速率。预计到2000年，城镇人口将占总人口的35.7％。而目前已开发国家城镇人口比例为79％，世界平均城镇人口比例为42.2％。
（5）人口对工业发展的影响
人是具有创造能力的劳动者，在一定条件下是一种宝贵的资源。但是，人口增长过快，反而不利于工业的发展。首先，不利于在企业中采用自动化技术与设备来减少职工人数以提高劳动生产率。尽管1984年以来实行了工业改革，但工人的劳动生产率却属世界低水平，阻碍了工业的持续发展。
（6）人口对气候的影响
人口增长，会因呼吸、燃烧和工业发展使排入大气的二氧化碳、氮氧化物、硫氧化物等增加，可能引起酸雨和光化学烟雾事故。据估计1988年人为造成大气碳化物含量是55亿吨。CO2在大气中含量增加产生温室效应。据英美科学家对100年来气候进行回顾性调查的研究结果表明，19世纪90年代，世界年均气温为14.5℃，20世纪80年代，年均气温升高到15.2℃。估计到2030～2050年，全球年均气温将比近十几年高1.5～4.5℃，将比过去一个世纪高5～10℃。如果在1970年开始的全球性气候突然变暖持续下去，在90年代后，干旱、热浪及其它异常气候将有增无减。
总之，开发中国家生态环境的破坏程度远比已开发国家大，主要原因是人口的压力。在许多开发中国家，人口已超过它们本国资源承载能力。例如，中国人均耕地、森林、草原、水源均低于世界人均水平。
关于人口增长对环境的影响，1970年梅托斯（Meadows）提出一个“人口膨胀 - 自然资源耗竭 - 环境污染”的世界模型，见图6-5。该模型认为，人口激增必然导致下列三种危机同时发生：
1.土地利用过度，因而不能继续加以使用，粮食产量下降；
2.自然资源因世界人口稠密而发生严重枯竭，工业产品也随之下降；
3.环境污染严重，破坏惊人，从而使粮食加速减产，人类大量死亡，人口增长停止。
但该模型为纯数学计算结果，未考虑人类控制自身发展的能力和人类的创造力。然而该模型确实表明生态的平衡与人口增长关系重大。人口增加必然要开垦土地，兴建住宅，采代森林，开辟水源。结果改变了自然生态系统的结构和功能，使其偏离有利的平衡状态。如果偏离程度超过了生态系统自身调节能力，则生态平衡便遭到破坏。这时自然界就要对人类进行报复。因此，考虑人口的增长和人口密度分布问题时，必须尊重自然生态规律，使其不断保持最优平衡。
贰、粮食问题
当前人类面临的另一个重大问题是粮食问题。在过去的几十年中，从世界总的情况看，在增加全球粮食生产方面已经取得了较大的长进；但是，由于人口的迅速增加和粮食分配的不均，饥饿仍然存在。据联合国统计，近年来全世界只有约半数国家的粮食能够自给，其余国家粮食均短缺，且多数是开发中国家；有9.5亿人仍受着营养不良之苦，其中80％生活在世界上低收入的国家。
一、粮食在人类生活中的重要作用
中国有句古语：“国以民为本，民以食为天”。人类自从进入文明以来，粮食在解决人类食物方面，始终起着决定性的作用。我国绝大多数人习惯以粮食为主要食物，称之为“主食”，现在世界上大约有90％的人都是以粮食为主要食物，其原因是人类生命活动所需要的热量主要取自粮食。
1. 热量和食物量
人体各种生命活动的动力是能量（热量）。由于人类不能直接利用太阳能，故只能靠获取食物来解决，这样，获取食物便成为人类赖以生存和繁衍的最基本的条件。
不同的食物所含的热量和营养成分差别极大。不过大体上说来，人类必须有足够数量的食物以供给身体各项活动所需要的热量，同时还必须有品种齐全的食物以供给所需的脂肪、淀粉、蛋白质、维生素和各种矿物质等。联合国粮农组织曾对各个国家和地区以及全世界人民，每天每人所需要的蛋白质和热量做过估计，由于每人的需要量因年龄、性别、体重和体力劳动等而异，故只能取平均值：
人类平均每天需要的热量：2385千卡/人?日
男性：3000千卡/人?日
女性：2200千卡/人?日
人类平均每天需要的蛋白质：38.7克/人?日
男性：0.57克/公斤体重?日
女性：0.51克/公斤体重?日
2. 人类食物的来源
人类食物可分为两大类，即陆地食物和海洋食物。但从生态学的观点来看则可分为植物性食物和动物性食物两大类。
（1）海洋食物
从面积上看来，地球表面约有四分之三是海洋，似乎海洋的食物来源应该远比陆地食物为多，但实际情况并非如此。在海洋中，对鱼类和其它食用水生生物的生存繁殖，能提供必要条件的只限于沿海一带；几乎占海洋面积90％的深海远洋区域，能生产的人类食物数量极低，可称为水生生物的荒漠地带。在全世界人类食物所提供的热量中，鱼类只占0.8％，在所提供的蛋白质中，鱼类也只占4.6％，因此，对整个人类的食物来源来说，仅居于比较次要的地位。1983～1985年，世界年均捕鱼7217万吨。今后人类的食物中，海洋所提供的份额预计仍然是很低的。
1969年，美国列克尔（W. E. Ricker）对海洋食物链中每一营养层次的最大年产量做过估计，结果见表7。表中第四营养层次可供人类食用，其年产量约为3亿吨。在目前的条件下，其中约有一半能为人类捕获供作食物。但据FAO估计，常规鱼类的最大可持久维持的产量约1亿吨（最大可持久维持的产量指的是在不断减少自然繁殖数量的前提下，每年可捕获的渔量）；而且目前世界渔业正在逐渐接近这一海洋最大可持久维持的捕捞量如再显著增大捕获量，势必破坏海洋生态系统，使资源丧失恢复能力，最后捕获量也必然随之下降，当然淡水养殖业，仍有相当的发展潜力，特别是在我国今天，应充分利用河湖，水库，大力发展淡水养鱼，以增加鱼类产量。
表7 海洋食物链中各营养层次的估计量最大年产量
营养层次
最大年产量（亿吨鲜重）
营养层次
最大年产量（亿吨鲜重）
1
1300
4
3
2
130
5
0.45
3
20
（2）陆地食物
如上所述，海洋虽大，而成为人类食物主要来源的可能性却不大，因此，为了满足人类生活的要求，必须增加陆地食物的产量。所谓陆地食物，主要是指粮食、肉类、蔬菜、油脂和水果等。其中，不论在过去、现在或可以预见的将来，粮食都直接或间接地起着主导的和决定性的作用。虽然今后我们的畜牧业、蔬菜和果品都将有相当大的发展，但对粮食的需要量还是要日益提高的。
二、目前世界粮食的供应情况
前面讲过，世界粮食生产总的来看还可以，只是由于生产和供应的分配不均，以致造成严重的问题。据统计，1988年，发展中国家食物不足的人口约9.5亿，占世界人口的20％；世界上有半数以上人口营养不良或食物质量不好，即大多数人缺乏需要的蛋白质。
从整体上讲，粮食产量已超过需求。除了非洲以外，全世界的人均产量自1965年以来有了实质性的增长；特别是90年代以来，亚洲的人均粮食量得到了极可观的增长，增长率超过了已开发地区。这在很大程度上是由于近年来中国大陆在改善农业方面的进展。非洲的人均粮食产量则呈下降趋势。
目前，南亚和非洲地区的粮食供应量最为缺乏。南亚人口的20％严重发育不良，50％的每日营养素摄入量不足以正常劳动生活。北非则有2000万人、非洲南部撒哈拉地区有15000万人营养不良。
造成这种情况的原因，一方面有政治的、一方面也有地理的。全世界2/3的人口居住在粮食产量不足的地方。
三、提高粮食产量带来的环境问题
本章开头已提到，目前世界各国主要通过垦荒地和施用化肥与农药这两种途径提高粮食产量。但是，这些措施都给人类的生存环境带来不容忽视的影响。
1. 开垦荒地对生态平衡的破坏
从历史上看，粮食需求的增长是由耕地的扩大来满足的。虽然从1950年起产量的增加变得更加重要，而耕地仍在继续扩展。1850～1950年间，全部耕地从约53800万公顷增加到近12亿公顷；到1980年，达到了15亿公顷。
耕地的这些增加是以牧地、湿地及其它生态系统特别是森林的减少为代价的，因而会破坏生态平衡而形成水旱灾害，并对粮食和其它农业生产带来极为不利的后果。
例如中国西双版纳傣族自治州，据1959年普查，全州森林覆盖率为40％；20年来，覆盖率降为26％。在减少的森林面积中，约有80％是由毁林垦荒引起的。结果，这个地区生态平衡遭到破坏，粮食问题现在很突出。
又如印度尼西亚的爪哇岛，由于人口的增长，越来越多的人去耕种边界土地，砍伐森林作为农业用地；结果加剧了土壤的侵蚀和土中养分的消耗，每年有近20万公顷的土地退化。持续的土地退化与侵蚀不仅威胁着1200万爪哇人的生计，使越来越多的人成为赤贫；而且还减少了山地中水的蓄存量，加剧了下游地区的河道淤塞，使雨季洪水泛滥，损害了下游的城市和农村。
另一方面，目前世界上垦荒的潜力到底如何？据统计，在地球上现有的480亿亩可耕地中，已开垦的只有总耕地的一半左右，剩下的近半数可耕地，由于水、肥、热等条件差，垦殖费用高，短期内难以充分利用，尤其是这些土地大多分布在经济未开发的国家，更给其垦殖利用带来许多困难。世界人口的增长主要在亚洲，而那里的耕地面积又所余无几，因此，从整体上看来，世界耕地面积的扩大是十分有限的，必须另找其它出路。
2. 使用化肥对环境的影响
中国现有人均耕地面积约0.8公顷，而美国约8.8公顷，世界平均为0.3公顷；即无论耕地还是粮食的人均占有量都是比较低的。如上所述，扩大耕地面积会冒破坏生态平衡、引起土地沙漠化和水旱灾害的危险；但提高单位面积产量也会遇到农药和化肥对环境的影响问题。
化肥的种数很多，目前主要是氮（N）、磷（P）、钾（K）三种，它们都是农作物必不可少的要素。一般土壤里这三种元素的含量不能满足植物生长的需要，其余30种微量元素如铁、铜、锌、镁等都可由土壤供给。
最近20年内全世界矿物肥料的消耗量增加了3倍，1990年已达到17100万吨。氮肥使用量增长尤其快，目前已超过7000万吨。化肥使用量的增加，虽然提高了农作物的产量，但由于施用量不当以及施肥方法不合理，常使很多化肥被浪费掉；而且随水土流失进入水体，从而加剧了对环境的污染，导致生态系统多方面失调。据联合国粮农组织统计，1976～1977年，全世界三大化肥的总消耗量中氮肥占48％，磷肥占28％，钾肥占24％。氮肥的用量远远超过磷肥和钾肥，但是，氮肥的利用率很低，如：
美国 30～50％ 原东德 50～70％
原苏联 30～41％ 罗马尼亚 32～34％
日本 30～60％
我国现年产化肥4000万吨，2/3为氮肥，由于施用技术落后，利用率只有30％左右。这样，每年就有近1800万吨进入环境，造成严重污染。
化肥的主要环境问题是对水体污染。
氮肥的流失导致水中硝酸盐含量，磷肥引起水中镉离子高。有数据表明，世界各国近20年来，地下水中硝酸盐浓度增高的速度约为1～3毫克/（升年）。硝酸盐污染已成为癌症发生的一个重要环境因素。
另一个严重后果是水体的富营养化。富营养化在湖泊演化过程中起着重要作用。
水体中有了大量的氮、磷、钾营养物质后，会促进藻类大量繁殖，首先是窗格平板藻占优势，继而出现红色颤藻。由于藻类的过分繁殖，加上藻类的呼吸作用和藻类死后的分解作用，大量耗掉了水体中的溶解氧，在一定时间内，会使水体严重缺氧，引起水中鱼类的大量死亡。
一般认为，无机氮含量在300mg/l和总磷含量在20mg/l以上时就可能出现富营养化的现象。
要控制化肥（主要是氮肥）对环境的不良影响，既要控制其施用量，又要严格执行使用规程。目前国外实施一系列法定的一般预防性措施和农业技术措施：前者的方向是消灭不合理地使用化肥，控制其在环境中的积累，如利用有机肥在最佳时期按规定用量、用适合当地的方法施肥，在轮作中栽培过渡性作物，施用长效肥料等。一般预防性措施包括对肥料的正确运送、保存和施用等。
3.使用农药对环境的污染
农药是消灭对人类和植物的病虫的有效药物，在农牧业的增产、保收和保存以及人类传染病的预防和控制等方面都起很大的作用。例如在日本，稻米产量由于大量使用化学农药，每公顷自1945～1950年3.2吨提高到1966～1968年的4.2吨。又如在菲律宾、巴基斯坦和巴西的示范农场中，利用除莠剂使稻米增产约46％。第二次世界大战期间，诺贝尔奖金获得者默勒（Paul Mueller）发明了滴滴涕，使蚤子受到控制从而防止了欧洲斑疹伤寒病的传播。滴滴涕还能消灭蚊子，因而对防止疟疾和脑炎病的传染也起重要作用。例如印度在1952年，疟疾发病率达7500万病例；使用滴滴涕控制后，到1964年就减少到10万病例。
随着化学工业的发展和农药使用范围的扩大，化学农药的数量和品种都不断增加，现在世界化学农药总产量（以有效成分计）超过200万吨，预计到2000年，世界农药的使用量在300万吨左右。但农药有其利也有其害。由于长期大量使用农药，空气、水源、土壤和食物受到污染，毒物累积在牲畜和人体内引起中毒，造成农药公害问题。因此，如何正确地使用农药，农药的发展方向如何，都引起了人们的普遍关注。
（1）农药和杀虫剂
一般所谓农药（Pesticides）包括有许多种类：除了最常见的杀虫剂（Insecticides）外，还有除莠剂（Herbicides）、灭真菌剂（Fungicides）、熏剂（Fumigants）和灭鼠剂（Rodenticider）等。造成环境污染并对人体有害的农药主要是一些有机氯农药和含铅、砷、汞等重金属制剂，以及某些除莠剂。某些有机磷农药对牧畜和人体有剧毒，使用不慎会引起急性中毒。
滴滴涕是一种合成的有机氯杀虫剂，目前许多国家都已禁止使用。合成的有机杀虫剂分为三类：氯化碳氢化合物（即有机氯农药），有机磷酸盐（即有机磷农药）和氨基甲酸脂。
有机杀虫剂一般具有下列五个特性：
A. 对害虫的毒性。主要是破坏神经系统，反复不断地刺激神经，引起痉挛和死亡。
B.不降解性和化学稳定性。一次施用后药效可维持很长一段时间，这样既可减少用药次数和用量，又能节约劳动力。
C. 广泛的毒性。一药多效，能控制或消灭许多种害虫，因此在供应和使用上都非常方便而且经济。
D.脂溶性。难溶于水但易溶于油脂中，所以接触后能透过虫体表面的油脂保护膜，使其中毒死亡。
E. 物理分散性。在应用时喷液约有20％，粉剂约有10％附着在作物上，其余约40％～60％药剂降落地面，约5％～30％飘浮空中。附着的部分经水冲刷还会分散到周围水、土、空气中去。这样使害虫的生存随时随地都受到威胁，以至灭亡。
上述这些特性也有其不利的一面。它们大多数对环境有极大影响，并会引起生态系统的严重破坏。特别是滴滴涕等有机氯农药是最典型的例子，它们严重地污染环境并危害人类健康。
四、利用生态学原理提高粮食的产量
1. 植树造林、保护森林、减少水、旱灾害
前面指出，森林具有蓄水保土的功能，破坏森林，就可能导致水旱灾害，使作物减产。中国1949年因水灾减产30％以上的面积，每年达120万公顷到1133万公顷，平均每年约有420万公顷，相当于耕地面积的4.2％。当然，造成这些灾害的原因不能完全归于森林的破坏，但是可以肯定，这是主要原因。例如1981年四川省的两次大水灾，主要是长江上游水源林遭破坏造成的。因此，植树造林，严禁滥伐和保护森林，是保护农田，减少作物损失的增加收获量的重要途径。
2. 充分利用太阳能，增口初级净产量
在空间和时间上，增加太阳能利用率，加强光合作用，是增加植物初级净产量，即增加人类食物来源的另一重要途径。
由于照射到叶片上的阳光，有76％被反射和透射出去，根本未被利用。因此，如果在一块土地上，同时穿插种植高度不同，对光能要求不同的植物，组成层次分明的人工植物群落，或合理密植，都能充分利用太阳能，增加初级净产量。如果光能利用率从1％增加到2％，则世界食物产量就增加1倍。
选育良种，缩短作物的生长期，在一定的日照期间内，增加播种次数，即增大土地的复种指数，或使作物生长期与日照强度变化获得最佳协调，或使作物成熟期避开雨季等等，都可以增加作物的产量。
3. 充分发挥初级净产量转变为食物的作用
目前相当大一部分农业废弃物（也包括杂草）、或直接用于沤肥，或用作燃料烧掉，这是很不经济的。据联合国粮农组织估算，在亚洲，近东和非洲，每年由于能源紧缺和燃料不足而烧掉的粪便约4亿吨，仅印度就烧掉6800万吨。粪便和秸杆大量烧掉，使土壤的有机物减少，肥力下降，反过来又加重了土地的负担。要是把这些废弃物和杂草，经过加工制成饲料，首先喂养牲畜或家禽，生产肉食品，然后这些动物的粪便再用于生产沼气供作能源，而沼气池底渣用作肥料还田，使土壤的养分得以循环恢复。这样，固定于作物废弃物中的太阳能的利用率可达到90％，比直接燃烧约大9倍，同时还增加了食物的产量。
此外，大量的农、副、鱼产品加工过程中的下脚料，更可以先制成饲料，喂养家畜家禽以生产肉类食品，其粪便再用于生产沼气和肥料。这比做为垃圾倒掉要好的多。不但充分利用了初级净产量，而且又能减少对环境的污染。
4.遵循物流平衡规律、保护土地肥力
任何植物在其生长过程中，都要根据它自身的需要从土壤中摄取一定种类和数量的营养分（有机物或无机元素）。在自然生态系统中，植物通过其枯枝落叶在分解者的作用下，使等质等量的营养分回到土壤中，形成输入输出和平衡关系，土壤的肥力也得以保持。但在人工的农田生态系统中，作物收获后便被移离土地，同时，在一块土地上长期只种单一作物，结果某种营养分长期被提取，形成输出大于输入，以致严重短缺，破坏了原来的平衡，引起作物减产。采取轮作（即每年或每茬种植不同的作物，2～3年为一轮）或套种的制度，例如耗氮量大的作物与具有固氮功能的作物交错种在一起，可以使耕地恢复肥力，比长期施用化肥，更有利于作物的生长。
5. 合理捕捞，保护海产资源
近20年来，海洋捕捞强度一再增加，如中国1983年一网可捕鱼60万公斤。这样做，一个时期的海产品产量可以有较大增加，可是，随后由于资源的恢复速度赶不上捕捞强度，结果反而造成海产品产量的下降。近几年来我国海产品市场，大量上市小带鱼，而大、小黄鱼几乎脱销，便是很好的例子。因此，必须根据生态学规律，按照不同鱼类的生长成熟周期以及资源量，在有利于资源恢复的前提下，规划我们的捕捞活动，才能持续稳定地获得最大的海产品产量。
此外，兴修水利，保证灌溉用水；或发展海洋虾、贝类及淡水养殖业等措施，都是增加食物来源的途径。
第七章 水资源保育与利用
壹、水资源及其利用与保护
水是人类和一切生物赖以生存的物质基础。水是可以更新的自然资源，能通过自己的循环过程不断地复原。
一、水圈与水资源
地球上海洋、河流、冰川融化水、地下水、湖泊、大气含水、土壤水和生物水，在地球周围形成了一个紧密联系、相互作用，又相互不断交换的水圈。水圈就是地球表面不连续的水壳。
全球总贮水量估计为13.9亿立方千米，但其中淡水总量仅为0.36亿立方千米。除冰川和冰帽外，可利用的淡水总量不足世界总贮水量的1％。这部分淡水与人类的关系最密切，并且具有经济利用价值。虽然在较长时间内，它可以保持平衡，但在一定时间、空间范围内，它的数量却是有限的，并不像人们所想象的那样可以取之不尽、用之不竭。地球上水的分布及蓄积量见表1。
从表1可以看出，除生物水外，以大气水和河流水的循环更替期为最短。这部分水不断得到更新，是在较长时间内可以保持动态平衡的淡水量。
表1 地球上各种水的储量 （单位：千米3）
最好的估计
己发表的
估计数量范围
滞留时间
海 洋
1.35×109
1.32～1.37×109
2500年
大 气
13000
10500～15500
8天
河 流
1700
1020～2120
16天
湖 泊
100000
30000～177000
17年
陆
内 海
105000
85400～125000
土壤含水量
70000
16500～150000
1年
地
地 下 水
8.2×106
7～330×106
1400年
冰川和冰帽
27.5×106
16.5～48.02×106
山地冰川1600年
极地冰帽9700年
生 物 水
1100
600～50000
几小时
二、全球水循环
在太阳能的推动下及地心引力作用下，地球上的水在不断循环变化。通过形态的变化，水在地球上起到热量输送和调节气候的作用。海洋和陆地间的水分交换是自然界水循环的主要联系，洋面上的水汽随气流进入陆地凝结而成降水到达地面后，部分蒸发而返回大气，部分则形成地面径流和地下径流，通过江河网及海岸排回海洋。这种不断往复的循环，使海洋中的水量在长时间内保持相对平衡。这部分逐年可以得到更替、在较长时间内又可以保持动态平衡的水量，就是目前通称的“水资源”。在过去几个世纪里，人类已有能力干预水的循环，而且现在可以改变这一循环，在全球规模上影响环境。
全球的水处于不断的运动中，从冰川的难以察觉的蠕动到急速的倾盆大雨，水运动的形式与速度各不相同。海洋、湖泊等都是水的蓄积点，水在蓄积点之间流动，以降雨、蒸发和江河流水的形式运动着。全球水循环中蓄积点与流动的简化模式，表2归纳了其量值的大小。
表2 全球水循环 （单位：千米3／年）
最好的估计
已发表的估计数量范围
陆地蒸发
71000
63000～73000
陆地降雨
111000
99000～119000
海洋蒸发
425000
383000～505000
海洋降雨
385000
320000～458000
从陆地进入海洋的水流
39700
33500～47000
河流
27000
27000～45000
直接地下水径流
12000
0～12000
冰川径流(水和冰)
2500
1700～4500
净含水量转换
39700
由表中数据可以看出，由大气凝降到陆地的水，其中三分之二经过蒸腾和蒸发作用又进入大气，余下三分之一是径流部分。经过计算，全球动态平衡的循环水量为496万亿立方米，多年平均降水量为971毫米，全球海洋上蒸发量为1172毫米，降水量为1062毫米，蒸发量超过降水量110毫米。全球陆地多年平均降水量为750毫米，蒸发量为480毫米，蒸发量小于降水量，因此产生了270毫米的径流，其中68％为地面径流。
人类对水循环最重要的影响是对水的消耗性使用。人们从河流或含水层中抽取水用于工业、农业和生活，虽然其中一部分仍返回河流（如工业冷却水），但很多却被直接蒸发或被作物吸收（如灌溉时大量水分在田中被蒸发），减少了河水流量，人为改变了水循环。
三、水的特殊物理性质
水的许多用途都与其特殊的物理性质有关：
（1）沸点高
由于氢键作用使水具有反常沸点，常温下呈液态，因而地球上才会出现海洋、湖泊、河流和生物水。
（2）蒸发热大
在所有液体中，水的蒸发热最大。这意味着蒸发一点点水就需要大量热能。水的这种特性可以使太阳照射到地球上的热能在全球得以分散，均衡地球上各地气温。大量的太阳能以热的形式贮存在被蒸发的海水中，然后转移到较冷的陆地上空，凝结成降水而释放热量。水的蒸发热高，还有利于生物维持体温，仅需蒸发少量水分即可满足散热要求。
（3）热容高
水是热容最高的物质之一。这就是说，用给定的热量加热一定重量的水时，其温度升高不多。换言之，水的升温和降温过程都比其它物质慢得多。水的这种性质制止了气温的大幅度变动，从而保护了生命机体免受气温突变的伤害，也有利于热电站和工业过程排热。
（4）反常膨胀
水温为4℃时，水的密度最大，低于4℃以后，因体积膨胀，其密度变小，成为冰而浮于水面。冬天湖面结冰时，大多数生物仍可在底部的水中生活。如果没有这种特性，地球将永远处于冰河时期。
（5）良好的溶剂
水能溶解各种物质，是最好的溶剂。因此营养物质才能随水在动植物体内输送；也才可能被作为清洗剂使用。但是，也正因为这种性质，水极易被污染，并且使污染在一定区域内扩大。
四、水对人类和在环境中的重要作用
人类和水的关系非常密切，不论是生活或生产活动都离不开水这一宝贵的自然资源。水既是人体组成的基础物质，又是新陈代谢的主要介质。人体中含水量占体重的2/3。为了维持生命活动，每人每天至少需要2～2.5升水，一般需要5升水，考虑到卫生方面的需求，每人每天需水量远不止这个数字。城市由于有自来水，每人每天取水量在40～350升之间；而在第三世界农村，由于取水困难，每人每天取水量仅有从生物学角度所需量少的2～5升到40升，而且水质差别很大。一般每人每天可得清洁水低于50升时，就有可能发生与水有关的疾病。在现代化城市中，生活用水量远远高于一般需求量，如巴黎每人每天耗水约450升，纽约和大阪约600升，华盛顿约700升，芝加哥甚至达到824升左右。可见，水对人类生活多么重要。可以说，没有水就没有生命，也就没有社会的繁荣。
工业生产对水的需求量更大，除了空调和清洗外，水还用于冷却、加工、沸蒸和传送。美国用水量居世界首位，每年约472千米3，即每人每天7200升，其中最大的用水户工业和发电厂（用核及化石燃料），占总量的49％。
据估计，农业用水在全球用水中占的比例最大，约占73％；其中主要是灌溉用水。为了保护环境，维持生态平衡，必须保持江河湖泊一定的流量，以满足鱼类和水生生物的生长，并利于冲刷泥沙、冲洗农田盐份入海，保持水体自净能力和旅游等的需要。因极其重要和不可或缺的环境要素。
表3 若干国家内源降雨年径流量（1987年资料）
总量
(10亿米3 )
地区
(1000米3／公顷)
按人口计算
(1000米3／人)
水
资
源
丰
富
国
家
冰岛
170
16.96
685.48
新西兰
397
14.78
117.53
加拿大
2901
3.15
111.74
挪威
405
13.16
97.40
尼加拉瓜
175
14.74
49.97
巴西
5190
6.14
36.69
厄瓜多尔
314
11.34
31.64
澳大利亚
343
0.45
21.30
喀麦隆
208
4.43
19.93
原苏联
4384
1.97
15.44
印度尼西亚
2530
13.97
14.67
美国
2478
2.70
10.23
水
资
源
贫
乏
国
家
埃及
1.00
0.01
0.02
沙特阿拉伯
2.20
0.01
0.18
新加坡
0.60
10.53
0.23
肯亚
14.80
0.26
0.66
荷兰
10.00
2.95
0.68
波兰
49.40
1.62
1.31
南非
50.00
0.41
1.47
海地
11.00
3.99
1.59
秘鲁
40.00
0.31
1.93
印度
1850.00
6.22
2.35
中国
2800.00
3.00
2.39
由表可以看出，每年人均占有水资源量相差悬殊，从最高的685480米3到最低的20米3。而且人口分布的位置、密度对人均水资源量有很大影响。例如，中国与加拿大的每年降雨总量和每公顷降雨量都大致相等，但中国人口为加拿大的40倍，因此人均淡水资源仅有其2.1％。
统计出的淡水资源总量并不能充分为人们所利用。例如，美国人均年占有淡水资源10230米3，但约有三分之二通过湖泊、河流、湿地及草木等表面蒸发或蒸腾到大气中去。
贰、台湾地区水资源利用现况
台湾地区早期之水资源建设，主要以充裕农田灌溉，提高粮食生产为目标，由于水资源之有效利用，农业得以迅速成长，进而促使工商业发展，经济繁荣；民国六十年代后期，因社会结构逐渐改变，开始加速民生与工业用水之供应；二十年来，随着社会进步及经济持续成长繁荣，国民生活富裕，生活及工业用水增加快速，为谋及时开发可靠之新水源，今后必须为长程需要而尽早致力水资源事业之建设。
台湾地区位处亚热带，属海岛型气候，平均年雨量达2,515公厘，约为世界各国平均年雨量973公厘之二?六倍，惟如以台湾地区民国八十四年九月人口2,130万人计算，每人每年可分配之水量约4,247立方公尺，约为世界平均值（约34,000立方公尺）八分之一弱，台湾地区属水资源贫乏区。台湾地区之降雨因受季节性之影响，降雨型态在时间与空间之分布极不平均，而且地形特殊，河短坡陡，加之枯水期长，形成水资源开发之限制；因此，在台湾地区水资源具有限资源之属性，并为国家宝贵之资源。
台湾水资源天然条件不良，然而，因应迈向现代化国家，今后面临社会与经济持续发展、都市化及人口压力，需水日殷，可用水源减少，增辟新水源之成本渐高，加以社会维护环境及生态意识提高，水资源建设困难日多。如何以有限之水资源，充份满足未来长期性之需求，未来水资源规划工作将更为艰巨，更具挑战性；吾人必须以创新之观念，动态之远见，结合先进之信息科技与水资源技术，掌握水资源规划新纪元之契机，期使此攸关民生经济之重要资源，达成合理分配与永续利用。
水为吾人生活与经济生产所必需之最重要基本资源，自古以来为寻求水源供应之稳定，「兴修水利」为历代执政者所必须揭橥之施政重点。台湾地区平均年降雨量约2,515公厘，约为世界平均值（约973公厘）之2.6倍，属于降雨量丰富地区。但由于全年雨量约78％集中于夏、秋二季，赖台风带来丰沛雨量，洪水时间短而流量高，常泛滥成灾，而枯水期则历时长流量低，每每干旱缺水，可供利用之水量有限，水源开发日益困难；地下水之利用，部分地区已见超抽，并引起严重地层下陷与海水入浸。
近年来国民所得不断增加，生活水准持续提升，且工商业日益发展，需水量大增，水源开发需投入之经费相应增加。又集水区滥垦情况严重，经济活动增多，不仅破坏水土环境及水源涵养能力，亦污染水源水质。此外都市污水及工矿等事业废水多未经处理注入河川或排水沟，严重污染水体亦影响水资源之利用。面对此种种不利因素，如何有效开发与管理水资源，已成为目前刻不容缓之课题。
一、水之利用
(一)生活用水
生活用水包括：家庭用水如饮食、洗涤、沐浴、厕所等；商业用水如饮食业、餐饮业、旅馆业、百货公司、游泳池等；机关用水如机关、公司行号等之事务用水；公共用水如公园绿地、浇灌花木、公共厕所等；以及都市活动用水如消防用水等等。台湾地区今后由于生活方式转变，生活水准提高，都市人口高密度成长，将导致民生与水之关系更为密切。
(二)工业用水
工业用水包括：洗涤用水、锅炉用水、制造用水、冷却用水及其它用水等，各类工业依其产制过程而使用者。于国家经济成长中，水为工业之血液，提供各类产业活动之发展。
台湾地区工业用水之使用量，近年来与生活用水量之成长均快速增加，预期需水量大之石化工业、钢铁工业以及电子产业或化学工业，将持续发展，由于此类工业制程之特性为要求大量及高品质之用水，与传统产业具有不同之用水结构，吾人必须重视此一事业并及早绸缪因应对策。
(三)农业用水
农业用水包括：栽培水稻所需之水田灌溉用水，种植蔬菜、果树等生长所需之旱作灌概用水，饲养牛、猪、鸡、鸭等家畜所必需之畜牧用水，以及沿海地区养殖渔业之养殖用水等三大项，其中大部分水量用于水田灌概。农业用水对保育土壤、补注地下水、滞洪等，以及创造亲水空间、景观之维护等，亦担负相当重要任务，同时亦具有农村地域之基本地域资源特性。
(四)养殖用水
养殖用水包括：淡水养殖及咸水养殖两部分，惟咸水养殖仍需使用大量淡水。台湾地区养殖之鱼贝类，一般有虾类、鳗鱼、鲤鱼、牡蛎、虱目鱼、锦鲤等之孵化及养殖等。
近年来，台湾地区养殖渔业面积之扩充颇为迅速，依据行政院农业委员会统计，民国八十二年养殖渔业面积共46,997公顷，估计淡水用水量达28.01亿立方公尺，水源仅小部分引取地面水外，极大部分均抽汲地下水，部份地区并由于地下水超抽而导致严重之地层下陷，甚至地下水水质盐化，加强地下水管制措施已刻不容缓。
(五)环境观光用水
随着社会经济快速发展，休闲活动时间增加，生活水准提升等，人与自然之接触及休闲游憩活动，均对良好生活环境之要求日殷。因此，都市区或其郊区，塑造良好之亲水环境，悉心经营保护，以增进国民健康与生活品质，遂为台湾地区推动水资源事业之一重要课题。
(六)水力能源之利用
发电用水为利用水之位能转变为水力能源而发电之用水。台湾电源系统，现时虽以火力发电为主，有关替代石油之能源开发，因受限于自有能源短缺，所以利用水力能源之水力发电，遂成为台湾地区水资源开发利用规划之重要项目，政府并不遗余力积极推动办理。由于发电机科技发展迅速，发电效率已逐渐提高，然小水力之开发，亦颇适合台湾地区之发展，仍有待国人进一步努力；至于潮差发电、潮流发电，亦具开发价值，国人宜加速研究，期能有成。
(七)其它用水
其它用水包括：下水道、放流水、产业废水等之再生水或雨水等，其水质均较自来水系统之水质为差，可供洗涤厕所、冷却、浇花、洗车等等生活用水中低水质用途者之使用。
如各类废污水之处理设施及配管等，与自来水系统设施同时设置，政府财力负荷甚重，宜就轻重缓急分类、分期投资建设。为减少自来水高品质用水之使用量、降低废污水下水道之废污水量，吾人须厉行节约用水、提高用水效率，以及加强水源地区水质之保育。日本上、中、下水道等之实施成效，颇值我国借镜推行。
台湾地区之水资源开发民国八十二年台湾地区各标的用水量总计约171.06亿立方公尺见表4，其中以农业用水126.51亿立方公尺为最多，占74.0％，依次为生活用水27.71亿立方公尺，占16.2％，工业用水16.84亿立方公尺，占9.8％。此与八十一年比较，生活用水有显著之增加，工业用水有微量之变动，农业用水约持平而有微量减少之趋势。
表4 水资源供需概况
78
年
82
年
79-82年
平均
项目
数量
结构(％)
数量
结构(％)
年增率(％)
总供水量(百万吨)
19,070
100.0
17,106
100.0
-2.8
河川引水
11,001
57.7
5,650
33.0
-15.3
水库蓄水
3,964
20.8
4,317
25.3
2.2
地下抽水
4,105
21.5
7,139
41.7
4.8
总用水量(百万吨)
19,070
100.0
17,106
100.0
-2.8
农业用水
15,073
79.0
12,651
74.0
-4.3
工业用水
1,733
9.1
1,684
9.8
-0.7
生活用水
2,264
11.9
2,771
16.2
5.2
年降雨量(公厘)
2,360
1,645
-8.6
截流率(％)
17.6
16.8
平均每人生活用水量（吨）
113
132
4.0
资料来源：经济部水资源统一规划委员会。
近年来之水资源利用，概括而言，生活用水于民国八十二年之用水量计约27.71亿立方公尺，较八十一年增加约6.45％，此水量中分由自来水系统供应者约25.45亿立方公尺，较八十一年增加7.6％，成长快速，占生活用水量91.8％；另由自行取水供给者约2.26亿立方公尺，较八十一年减少5.04％，占生活用水量8.2％，概知自来水系统之迅速扩充与普及，而自行取水者有相对逐年减少之趋势。
工业用水而言，民国八十二年使用水量计约16.84亿立方公尺，较八十一年减少2.9％，此现象为近一、二年来产业结构改变及用水设施改善之结果，事实上，工业面积随经济之发展逐年扩增，预估往后之用水量将继续增加。目前工业用水量集中于北部及南部二区域，约占台湾地区工业用水总量72％。
关于农业用水方面，民国八十二年总用水量共约126.51亿立方公尺，较八十一年减少6.3％，其中水田灌溉与养殖渔业用水约有少量之减少，但旱作灌溉及畜产用水，有逐年增加之倾向。
其它用水方面，近年来由于良好景观、亲水空间、观光游憩空间之保育、创造等，随社会经济快速发展，已在各地呈现其新增用水之面貌，惟此项环境用水于本报告均概括于生活用水中综合推估，因此未能看出其个别增长情形，事实上，此项水外围环境之创造及改善事业，正在各地迅速推展中。
二、水资源供应现况
供应各标的用水之水源，以地面水及地下水为主。民国八十二年各标的用水，取用地面水者约99.67亿立方公尺（含水库供应水量），占总用水量58％；抽取地下水使用约者71.39亿立方公尺，占总用水量42％，以上合计共约171.06亿立方公尺。水源开发中利用河川水部分，多以建造水库、拦水堰等工程设施，进行调节，尔后必须加强节流，提高利用率，以求水资源永续利用。
台湾地区目前依赖水库、埤池等设施调节供应之水量，据民国八十二年之统计，生活用水与工业用水计约23.22亿立方公尺，农业用水为24.16亿立方公尺，合计约47.38亿立方公尺，约占地面水供水量99.67亿立方公尺之44％（占该年各标的总用水量25％）。
台湾地区之地下水资源，据估计，地下水之天然补注量计约40亿立方公尺。民国八十二年抽用地下水计达71.39亿立方公尺，显有部分地区超抽利用，抽用地下水量中用于灌溉用水32.26亿立方公尺为最多，占地下水抽水量约45％，依次为养殖用水23.17亿立方公尺，占32％，工业用水（含其它用水）9.77亿立方公尺，占14％，生活用水6.19亿立方公尺，占9％。地下水之利用由于大量超抽结果，已导致台湾西南沿海部分地层严重下陷，必须加速改善，以防恶化。
三、气象变化与干旱状况
台湾地区之水源供应主要来源除东北季风阵雨外，另有两个降雨期，一为五、六月间之梅雨，一为夏季台风雨。如在各降雨期未能适时带来丰足雨量，遂乃导致台湾缺水，发生干旱。根据中央气象局之降雨量资料分析，台湾地区平均约十二年有一次较大规模干旱，平均二年发生小旱一次。回顾民国六十九年及七十年间，台湾曾发生严重旱灾，时隔十二年左右，民国八十二年再度发生大规模严重之干旱，连雨港基隆亦百日不雨，出现大旱，所幸九月以后台湾各地普降甘霖，枯旱得以纾解。
台湾地区之干旱期多在二至四月间，但民国六十九年及八十二年干旱则发生于平常之丰水期，八十二年持续时间更长。根据分析结果，以民国六十九年为最枯年（年雨量为1,605公厘），但该年八月下旬诺瑞斯台风带来豪雨解除旱象，民国八十二年（年雨量为1,669公厘）虽为第二枯年，但全年无台风过境带来雨量，枯旱情况较民国六十九年更为严重。
四、水资源保育与地下水管制
台湾地区之河川、水库、湖泊及地下水等水体，部分已遭受相当程度之污染；集水区森林地带及植物覆盖坡地，由于民众频繁活动及土地不合理利用，造成水土流失、水库淤积等问题，显示集水区未尽妥善经营管理，水资源之保育工作，尚待加强积极推动。
为维护水资源之有效利用，今后必须加强管制各项污染源，并积极推动相关改善措施；检讨修订水资源现行制度及法令，以落实相关工作之推动；加强集水区治山、造林及积极从事水土保育；此外，并应积极致力于非点源污染相关学理模式与科技之研究、应用，供研拟水资源管理及集水区经营保育策略之参考，以落实水资源环境之保育，达成水资源之永续经营利用。
为加强管制台湾地下水之利用，以防止地层下陷、水质恶化及海水入侵，政府自民国六十年起已实施「台湾地区地下水管制办法」，并历经数次修正，目前台湾地区二院辖市、三省辖市及十二县八十八乡镇市，均已列为地下水管制区。
目前台湾地区九个地下水区中，除台北盆地因近年管制得宜，抽水量减少及东部尚维持平衡外，其它各地区皆已超量抽用，尤以中南部屏东、云林、彰化等滨海地区，已导致海水入侵及地层严重下陷，严重破坏水土资源。今后地下水管制工作之重点应为：扩大现行管制区范围，从严取缔违规行为；加强限制申请水权；致力科技之研究、应用，加强地下水水位及水质两系统之监测作业；加强对地层下陷区产业辅导，以及加强教育宣导之配合。
五、水资源问题与对策
台湾地区热带与岛屿性水文环境之特性，加以多元化社会复杂之变因等，水资源问题较多。
当前台湾地区面临迫切而严重之水资源问题主要如下：
人口澎涨及快速工业化，水资源需求甚为殷切。近年来经济成长迅速及国民生活水准大幅提升，社会要求良好水资源服务品质之迫切性。台湾自然条件不利水资源开发，优良坝址难觅，集水区生态环境遭严重破坏；近年来更因环保、社会等问题，兴建水库不但成本高昂，推动水库计划，亦异常困难，造成水资源开发利用之限制。
因应当前水资源问题之重要对策，归纳重点如下：
提升及强化水资源行政机构之功能。制定前瞻性之水利政策，国家之水资源事业，兼顾永续性与自然灾害减除两大指导原则。水资源开发规划应具宏观性与现代化之水源供应策略，研究上游水库蓄水以外之水源替代计划，寻求开发水源之可行途径。加强水资源科技之基础研究，应就台湾之水资源特性，发展适合台湾地区水资源系统之预测模式，以为水资源系统管理与营运分析及决策之依据。确保水资源之永续性利用，加强水资源社会教育宣导，让国民了解台湾地区水资源之重要性，知所疼惜水资源。
六、未来展望
台湾水资源天然条件不良，水资源开发日益困难；为因应未来社会及经济持续发展，迈向现代化国家，充份满足未来长期性之需水，现阶段仍然以「改变资源供应以满足需求」为主，即为满足需水量之成长，除提高水资源经营管理效率，并加强推动节约用水、水资源保育及水污染防治等项工作；开源方面，仍有赖兴建水库，以之调蓄水源。鉴于台湾地区水资源之特性与限制，未来则亦应同时朝「改变需求以应资源供应潜能」之方向努力，以期达到水资源永续利用。
今后台湾水资源开发与规划之方向如下：
开源与节流并重。加强水源保育，并提高现有水源利用率。区域性水平衡，并相互支持；改变需求，以适应有限资源。地表水与地下水联合运用。水量与水质、能源与资源兼顾。加强灾害监视、预报系统及防护维生系统之高科技化。加强对民众沟通协调及教育宣导，减少水源开发阻力。整合国土综合计划，拟定水资源纲领计划作为水资源事业规划之最高指导方向，并赋予法定地位，落实国家水资源发展政策。经济成长与环境保护并重，以求水资源永续利用。水资源事业必须给予生命化、人格化，朝类似人体之有机化努力，以发挥其功能。
第八章 大气资源及大气污染与防制
地球上的大气是环境的重要组成要素，并参与地球表面的各种过程，是维持一切生命所必需的。大气质量的优劣，对整个生态系统和人类健康有着直接的影响。某些自然过程不断地与大气之间进行着物质和能量交换，直接影响着大气的质量，尤其是人类活动的加强，对大气环境质量产生深刻的影响。研究大气受到的污染，是当前面临的重要环境问题之一。
人的生存必须依靠空气，成年人平均每天约需1公斤粮食和2公斤水；但对空气的需求就大得多，每天约13.6公斤（合10立方米）。不仅如此，如果三者都断绝供应，则引起死亡的首先是空气。要是空气中混进有毒害的物质，则毒物随空气不断地被吸入肺部，通过血液而遍及全身，对人的健康直接产生危害。此外，空气（大气）污染对人的影响不同于水污染和土壤污染，它不仅时间长，而且范围广（既是地域性的，更有全球性的影响）。世界上发生过的严重“公害事件”中，大多数是大气污染造成的。至于第二章所论及的全球性大气污染问题，就更不必说了。当然，大气污染的原因不只是人类的活动，还有像森林火灾和火山爆发一类的天然事件。不过，后者在大气污染中通常起次要作用，而且它毕竟超出我们的控制能力之外。因此，本章仅讨论有关人为污染问题，而且重点讨论小范围（相对于区域性和全球性）的空气（大气）污染问题。
一、大气的结构和组成
大气和空气两词，从自然科学角度来看，并没有实质性的差别，常常做为同意词。但在环境科学中，为了便于说明问题，有时两个名词分别使用。一般，对于室内和特指某个地方（如车间、厂区等）供动植物生存的气体，习惯上称为空气。对这类场所的空气污染就用空气污染一词，并规定相应的质量标准和评价方法。在大气物理、大气气象和自然地理的研究中，是以大区域或全球性的气流作为研究对象，因此常用大气一词，同时，对这种范围的空气污染就称之为大气污染并也对它规定相应的质量标准和评价方法。上述两类污染，也可统称为大气污染。
地球的最外层被一层总质量约为3.9×1015t的混合气体包围着，它只占地球总质量的百万分之一。大气质量在垂直方向的分布是极不平均的，由于受地心引力的作用，大气的质量主要集中在下部，50％的质量集中在离地面5km以下，75％集中在10km以下，90％集中在30km以下的范围内。高度100km以上，空气的质量仅是整个大气圈质量的百万分之一。
（一）大气的结构
根据大气在垂直方向上温度、化学成分、荷电等物理性质的差异，同时考虑到大气的垂直运动状况，可将大气圈分为5层
(1) 对流层
对流层是大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化。在赤道低纬度区为17－18km；在中纬度地区为10－12km；两极附近高纬度地区为8－9km。夏天较厚，冬季较薄。
这一层的显著特点：一是气温随高度升高而递减，大约每上升100m，温度降低0.6℃。由于贴近地面的空气受地面辐射增温的影响而膨胀上升，上面冷空气下沉，故在垂直方向上形成强烈的对流；二是密度大，大气总质量的3/4以上集中在此层。
在对流层中，因受地表的影响不同，又可分为两层。在1－２km以下，因受地表机械、热力强烈作用的影响，通称为摩擦层或边界层，亦称低层大气，排入大气的污染物绝大部分活动在此层。在1－2km以上，受地表影响变小，称为自由大气层，主要天气过程如雨、雪、雹的形成均出现在此层。对流层和人类的关系最为密切。
(2) 平流层
对流层顶到约50km的大气层为平流层。在平流层下层，即30－50km以下，温度随高度降低变化较小，气温趋于稳定，所以又称同温层；在30－50km以上，温度随高度升高而升高。这是因为，在高约15－35km的范围内，有厚约20km的一层臭氧层。因臭氧具有吸收太阳光短波紫外线的能力，同时在紫外线的作用下可被分解为原子氧和分子氧。当它们重新化合生成臭氧时，可以热的形式释放出大量的能量，使平流层的温度升高。在平流层中空气没有对流运动，平流运动占显著优势，空气比下层稀薄得多且干燥,水汽、尘埃的含量甚微，大气透明度好，很难出现云、雨等天气现象。
(3) 中间层
从平流层顶到80km高度这一层称为中间层，在这一层里有强烈的垂直对流运动，气温随高度增加而下降，中间层顶温可降至–83－ –113℃ 。
(4) 热成层
中间层之上为热成层，上界达800km。该层的下部基本上是由分子氮所组成，而上部是由原子氧所组成。原子氧层可吸收太阳辐射出的紫外光，因而在这层中的气体温度随高度增加而迅速上升。由于太阳和宇宙射线的作用，该层大部分空气分子发生电离，使其具有较高密度的带电粒子，故称为电离层。电离层能将电磁波反射回地球，故对全球性的无线电通讯有重大意义。
(5) 逸散层
这是大气圈的最外层，高度达800km以上。这层空气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，大部分分子发生电离，使质子的含量大大超过中性氢原子的含量。逸散层空气极为稀薄，其密度几乎与太空密度相同。.由于空气受地心引力极小，气体及微粒可以从这层被碰撞出地球重力场而进入太空逸散。对逸散层的高度还没有一致的看法，实际上地球大气与星际空间具有相当厚的过渡层。该层的温度也是随高度增加而略有增加的。
（二）大气的组成
大气或空气是多种气体的混合物，就其组成可以分为恒定的、可变的和不定的三种组分。其中氮78.09％、氧20.95％、氩0.93％，这三者共占空气总体积的99.97％，加上微量的氖、氦、氪、氙、氡等稀有气体，就是空气中的恒定组分，这一组分的比例，在地球表面上任何地方几乎是可以看作不变的。
可变的组分系指空气中的二氧化碳和水蒸气。在通常情况下二氧化碳的含量为0.02～0.04％，水蒸气的含量为4％以下，这些组分在空气中的含量是随季节和气象的变化以及人们的生产和生活活动的影响而发生变化的。
含有上述恒定组分和可变组分的空气，我们认为是纯洁清净的空气。表1列出正常情况下，干燥空气（大气）的组成情况。
大气中不定组分的来源有二：(1) 自然界的火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性的灾难所引起的。由此形成的污染物有尘埃、硫、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、盐类及恶臭气体。一般说来，这些不定组分进入大气中，可造成局部和暂时性的污染。(2) 由于人类社会生产的发展，城市增多与扩大，人口密集，或由于城市工业布局不合理，环境管理不善等人为因素，使得大气中增加或增多了某些不定组分，如煤烟、尘、硫氧化物、氨氧化物等，这是空气中不定组分的最主要来源，也是造成空气污染的主要根源。
表1 正常（干燥）空气的气体成分
气 体
浓度 (ppm)
(体 积)
气 体
浓度 (ppm)
(体 积)
氮
780,900
氪
1.0
氧
209,400
一氧化氮
0.5
氩
9,300
氢
0.5
二氧化碳
315
氙
0.08
氖
18
二氧化氮
0.02
氦
5.2
臭氧
0.01～0.04
甲烷
1.0～1.2
二、大气污染的形成和污染源
空气污染所以发展成为一个问题，首先在于人对能源的利用，再就是如前所述的城市人口的增加。空气污染始于取暖和煮食，到了14世纪，燃煤释放的烟气已成为主要问题。18世纪产业革命后，工业用的燃料更多，燃煤对空气的污染更加严重了。不过，空气污染的危害，主要取决于污染物在空气中的浓度，而不仅是它的数量。由于城市人口集中，使局部空气中污染物的浓度提高，而且不容易稀释和分散到广大地区中去。例如美国，全部空中排出物的50％以上是由不到1.5％的陆地上排放出去的，而且，美国约有1/4以上的人口集中在10个大城市中。又如台北地区目前的人口500多万，这种情况使空气污染问题更为突出。
大气（空气）污染的定义可概括如下：
自然界中局部的质能变化和人类的生产和生活活动，改变大气圈中某些原有成分和向大气中排放有毒害物质，以致使大气质量恶化，影响原来有利的生态平衡体系，严重威胁着人体健康和正常工农业生产，以及对建筑物和设备财产等构成损坏即为大气污染。
大气污染源是指向大气环境排放有害物质或对大气环境产生有害影响的场所，设备和装置。按污染物质的来源可分为天然污染源和人为污染源。
（一）天然污染源
自然界中某些自然现象向环境排放有害物质或造成有害影响的场所，是大气污染物的一个很重要的来源。仅管与人为源相比，由自然现象所产生的大气污染物种类少，浓度低，在局部地区某一时段可能形成严重影响，但从全球角度看，天然源还是很重要的，尤其在清洁地区。大气污染物的天然源主要有：
火山喷发：排放出SO2、H2S、CO2、CO、HF及火山灰等颗粒物。
森林火灾：排放出CO、CO2、SO2、NO2、HC等。
自然尘：风砂、土壤尘等。
森林植物释放：主要为 稀类碳氢化合物。
海浪飞沫：颗粒物主要为硫酸盐与亚硫酸盐。
在有些情况下天然源比人为源更重要，有人曾对全球的硫氧化物和氮氧化物的排放作了估计，认为全球氮排放中的93％，硫氧化物排放中的60％来自天然源。
（二）人为污染源
人类的生产和生活活动是大气污染的主要来源。通常所说的大气污染源是指由人类活动向大气输送污染物的发生源。大气的人为污染源可概括为三方面：
1.燃料燃烧：燃料（煤、石油、天然气等）的燃烧过程是向大气输送污染物的重要发生源。煤是主要的工业和民用燃料，它的主要成分是碳，并含有氢、氧、氮、硫及金属化合物。煤燃烧时除产生大量烟尘外，在燃烧过程中还会形成一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、有机化合物及烟尘等有害物质。
火力发电厂、钢铁厂、焦化厂、石油化工厂和有大型锅炉的工厂、用煤量最大的工矿企业，根据工业企业的性质、规模的不同，对大气产生污染的程度也不同。
家庭日常生活用的炉灶，由于居住区分布广泛、密度大，排放高度又很低，再加上无任何处理，所排出的各种污染物的量往往不比大锅炉低，在有些地区甚至更高。
2.工业生产过程排放：工业生产过程中排放到大气中的污染物种类多，数量大，是城市或工业区大气的主要污染源。
工业生产过程中产生废气的工厂很多。例如，石油化工企业排放二氧化硫、硫化氢、二氧化碳、氮氧化物；有色金属冶炼工业排出的二氧化硫、氮氧化物以及含重金属元素的烟尘；磷肥厂排出氟化物；酸咸盐化工工业排出二氧化硫、氮氧化物、氯化氢及各种酸性气体；钢铁工业在炼铁、炼钢、炼焦过程中排出粉尘、硫氧化物、氰化物、一氧化碳、硫化氢、酉分、苯类、烃类等。总之，工业生产过程排放的污染物的组成与工业企业的性质密切相关。
3.交通运输过程中排放：现代化交通运输工具如汽车、飞机、船舶等排放的尾气是造成大气污染的主要来源。内燃机燃烧排放的废气中含有一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、含氧有机化合物、硫氧化物和铅的化合物等多种有害物质。由于交通工具数量庞大，来往频繁，故排放污染物的量也非常可观。
4.农业活动排放：农药及化肥的使用，对提高农业产量起着重大的作用，但也给环境带来了不利影响，致使施用农药和化肥的农业活动成为大气的重要污染源。
田间施用农药时，一部分农药会以粉尘等颗粒物形式散逸到大气中，残留在作物体上或粘附在作物表面的仍可挥发到大气中。进入大气的农药可以被悬浮的颗粒物吸收并随气流向各地输送，造成大气农药污染。
关于化肥在农业生产中的施用给环境带来的不利因素，正逐渐引起关注。例如，氮肥在土壤中经一系列的变化过程会产生氮氧化物释放到大气中；氮在反硝化作用下可形成氮（N2）和氧化亚氮（N2O）释放到空气中，氧化亚氮不易溶于水，可传输到平流层，并与臭氧相互作用，使臭氧层遭到破坏。
此外，为便于分析污染物在大气中的运动，按照污染源性状特点可分为固定式污染源和移动式污染源。固定式污染源是指污染物从固定地点排出，如各种工业生产及家庭炉灶排放源排出的污染物，其位置是固定不变的；流动源是指各种交通工具，如汽车、轮船、飞机等是在运行中排放废气，向周围大气环境散发出的各种有害物质。按照排放污染物的空间分布方式，可分为点污染源，即集中在一点或一个可当作一点的小范围排放污染物；面污染源，即在一个大面积范围排放污染物。
三、大气污染及大气污染类型
大气污染物系指由于人类活动或自然过程排入大气的并对环境或人产生有害影响的那些物质。目前已认识到的对环境已产生影响的主要大气污染物种类很多。按其存在的物理状态可概括为两大类：气体状态污染物和固体颗粒状态污染物；若按形成过程分类则可分为一次污染物和二次污染物。
（一）一次污染物
一次污染物是指直接从污染源排放的污染物质，如二氧化硫、一氧化氮、一氧化碳、颗粒物等。它们又可分为反应物和非反应物，前者不稳定，在大气环境中常与其它物质发生化学反应，或者作催化剂促进其它污染物之间的反应，后者则不发生反应或反应速度缓慢。
（二）二次污染物
二次污染物是指由一次污染物在大气中互相作用经化学反应或光化学反应形成的与一次污染物的物理、化学性质完全不同的新的大气污染物，其毒性比一次污染物还强。最常见的二次污染物如硫酸及硫酸盐气溶胶、硝酸及硝酸盐气溶胶、臭氧、光化学氧化剂Ox，以及许多不同寿命的活性中间物（又称自由基），如HO2、HO等。
目前已受到人们普遍重视的大气污染物，如表2所示。
表2 大气中主要污染物
类 别
一次污染物
二次污染物
含硫化合物
SO2、H2S
SO3、H2SO4、MSO4
含氮化合物
NO、NH3
NO2、HNO3、MNO3
碳的氧化物
CO、CO2
碳氢化合物
（碳氢氧化合物）
C1－C5Hn化合物
醛、酮、过氧乙酉先硝酸酯
含卤素化合物
HF、HCl、ClFC3
颗粒物
重金属元素、多环芳烃
H2SO4、SO42－、NO3－
（三）主要大气污染物
1.气溶胶状态污染物：在大气污染中，气溶胶系指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体。其直径约为从0.002－100 m m 大小的液滴或固态粒子。大气气溶胶中各种粒子按其粒径大小，又可分为：
(1) 总悬浮颗粒物（TSP）：用标准大容量颗粒采样器（流量在1.1－1.7 m3/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。其粒径大小，绝大多数在100 m m 以下，其中多数在10 m m 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。
(2) 飘尘：能在大气中长期飘浮的悬浮物质称为飘尘。其粒径主要是小于10 m m 的微粒。由于飘尘粒径小，能被人直接吸入呼吸道内造成危害；又由于它能在大气中长期飘浮，易将污染物带到很远的地方，导致污染范围扩大，同时在大气中还可为化学反应提供反应床。因此，飘尘是从事环境科学工作者所注目的研究对象之一。
(3) 降尘：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30 m m 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。
(4) 可吸入粒子（IP）：美国环保局1978年引用密勒（Miller）等人所定的可进入呼吸道的粒径范围，把粒径Dr≦15 m m 的粒子称为可吸入粒子。随着研究工作的不断深入，国际标准化组织（ISO）建议将IP定为粒径Dr≦10 m m 的粒子。此标准目前已为各国科学工作者所接受。
气溶胶粒子按其来源及其物理形态的不同，又可分天然气溶胶和人为气溶胶，烟、雾、尘等。它们的物理特征和成因等如表3所示。
表3 气溶胶形态及其主要形成特征
形态
分散质
粒径(m m)
形成特征
主要效应
轻雾(mist)
小滴
＞40
雾化、冷凝过程
净化空气
浓雾(fog)
液滴
＜10
雾化、蒸发、凝结和凝聚过程
降低能见度，有时影响人体健康
粉尘(dust)
固体粒子
＞1
机械粉碎、扬尘、煤燃烧
能形成水核
烟尘(fume)
(气)
固液微粒
0.01－1
蒸发、凝聚、升华等过程，一旦形成很难再分散
影响能见度
烟(smoke)
固体微粒
＜1
升华、冷凝、燃烧过程
降低能见度、影响人体健康
烟雾(smog)
液滴和
固体微粒
＜1
冷凝过程、化学反应
同上
烟炱(soot)
固体微粒
－0.5
燃烧过程、升华过程、冷凝过程
影响人体健康
霾(haze)
液滴固粒
＜1
凝聚过程、化学反应
湿度小时有吸水性，其它同烟
2.硫氧化合物：硫氧化物 (SOx) 主要是指二氧化硫 (SO2) 和三氧化硫(SO3)。二氧化硫是无色，有刺激性气味的气体，其本身毒性不大，动物连续接触30 ppm 的SO2无明显的生理学影响。但是SO2在大气中，尤其在污染大气中易被氧化形成SO3，再与水分子结合生成硫酸分子，经过均相或非均相成核作用，形成硫酸气溶胶，并同时发生化学反应生成硫酸盐。硫酸和硫酸盐可形成硫酸烟雾和酸性降水，造成较大的危害。SO2所以被作为重要的大气污染物，原因就在于它参与了硫酸烟雾和酸雨的形成。
大气中SO2主要来源于含硫燃料的燃烧过程，以及硫化物矿石的焙烧、冶炼过程。火力发电厂、有色金属冶炼厂、硫酸厂、炼油厂和所有烧煤或油的工业 炉、炉灶等都排放SO2烟气。在排放SO2的各种过程中约有96％来自燃料燃烧过程，其中火电厂排烟中的SO2，浓度虽然较低，但总排放量却最大。
通常煤的含硫量为0.5－6％，石油为0.5－3％。硫在燃料中可以无机硫化物或有机硫化物的形式存在。无机硫绝大部分以硫化矿物形式存在，在燃烧时生成SO2，例如：
4FeS2＋11O2 → 2Fe2O3＋8SO2
有机硫包括硫醇、硫醚等，在燃烧过程中先形成H2S，如硫醇的燃烧产物：
CH3CH2CH2CH2SH → H2S＋2H2＋2C＋C2H4
生成的H2S再被氧化为SO2：
2H2S＋3O2 → 2H2O＋2SO2
燃料中的硫酸盐类硫化物不参与燃烧反应，燃烧后多残存于灰中，此种硫化物为非可燃性硫化物。
3.氮的氧化物：氮氧化物 (NOx) 种类很多，它是NO、NO2、N2O、NO3、N2O4、N2O5等氮氧化物的总称。造成大气污染的NOx主要是指NO和NO2。大气中NOx的人为源主要是燃料的燃烧。
燃烧源可分为流动燃烧源和固定燃烧源。城市大气中的NOx一般2/3来自汽车等流动源的排放，1/3来自固定源的排放。燃烧产生的NOx主要是NO，只有很少一部分被氧化为NO2。一般都假定燃烧产生的NOx中的NO占90％以上。
燃料燃烧生成的NOx可分为以下两种：
(1) 燃料型NOx：燃料中含有的氮的化合物在燃烧过程中氧化生成NOx。
(2) 温度型NOx：燃烧时空气中的N2在高温(＞2100℃)下氧化生成NOx。
燃烧过程中，NOx形成的机理为链反应机制，如：
O2 O＋O （极快）
O＋N2 → NO＋N （极快）
N＋O2 → NO＋O （极快）
N＋ OH → NO＋H （极快）
NO＋1/2 O2 → NO2 （慢）
即燃烧过程产生的高温使氧分子热裂解为原子，氧原子和空气中氮分子反应生成NO和氮原子，氮原子又和氧分子反应生成NO和氧原子。此外，氮原子可与火焰中的OH自由基反应生成NO和氢原子。
因此，燃烧过程中NO的生成量主要与燃烧温度和空燃比有关。所谓“空燃比”是指空气的质量除以燃料的质量。当燃烧完全时，即无过量的O2时，空气与燃料的混合物就称为化学计量混合物，此时的空气质量与燃料的比例为化学计量空燃比。对于典型的汽油，其化学计量空然比为14.6。假若空气与燃料的混合物中空气的量少于化学计量的量，那么此燃料混合物称为“富燃料”；而空气的量过量时，称为“贫燃料”。现以汽车尾气为例，燃烧温度和NO的生成量的关系如表4所示。空燃比与NO排放量的关系如图2所示。由图可见，空燃比低时，尾气中HC、CO含量高，而NO含量低；空燃比逐渐增高，NO含量增加；空燃比等于化学计量时，NO达到最大值；当空燃比超过化学计量时，由于空气过量使火焰冷却，NO又降低。
表4 燃烧温度和NO生成量
温度（℃）
NO浓度（ppm）
20
＜0.001
427
0.3
527
2.0
1,358
3,700.0
2,200
25,000.0
据计算，燃烧1t天然气产生6.35㎏的氮氧化物，燃烧1t石油约产生12.3㎏或9.1㎏（视燃烧装置的条件而定）NOx；燃烧1t煤则大约产生8-9㎏NOx。
氮氧化物的天然源主要为生物源，包括：
1. 由生物机体腐烂形成的硝酸盐，经细菌作用产生的NO及随后缓慢氧化形成的NO2；
2. 生物源产生的氧化亚氮氧化形成NOx；
3. 有机体中氨基酸分解产生的氨经OH自由基氧化形成的NOx。
大气中的NOx最终转化为硝酸（HNO3）和硝酸盐微粒，经湿沉降和干沉降从大气中去除。
卤代烃主要人为源如三氯甲烷（CHCl3）、氯乙烷（CH3CCl2）、四氯化碳（CCl4）、氯乙烯（C2H3Cl）、氯氟甲烷（CFM）等是重要的化学溶剂，也是有机合成工业的重要原料和中间体。在生产和使用过程中因挥发而进入大气。海洋也排放相当量的二氯甲烷。
氯氟烃类或称氟利昂类（CFC）化合物，其中最重要的是一氟三氯甲烷（CFC-11）、二氟二氯甲烷（CFC-12）。目前广泛用作致冷剂、气溶胶喷雾剂、电子工业的溶剂、制造塑料的泡沫发生剂和消防灭火剂等。
(2) 其它含氯化合物：大气中含氯的无机物主要是氯气（Cl2）和氯化氢（HCl）。
氯气（Cl2）主要由化工厂、塑料厂、自来水净化厂等产生，火山活动也排放一定量的Cl2（－7.6×106 t / a）。
氯化氢主要来自盐酸制造、废水焚烧等。其环境本底为1.3－5ppb（太平洋上空）。氯化氢在空气中可形成盐酸雾；除硫酸和硝酸外，盐酸也是构成酸雨的成分。
(3) 氟化物：氟化物包括氟化氢（HF）、氟化硅（SiF4）、氟硅酸（H2SiF6）、氟（F2）等。氟化物的污染源主要是使用萤石、冰晶石、磷矿石和氟化氢的企业，诸如炼铝厂、磷肥厂、炼钢厂、玻璃厂、火箭燃料厂等。地壳中平均含氟量为660 ppm，大量以土为原料的陶瓷、砖瓦等工业，以及燃煤量大的工业（煤含氟几十至几百ppm）亦排放较多的氟化物。例如，炼铝厂，大量使用萤石（CaF2）作原料，萤石在高温处理时发生以下反应：
D
2CaF2＋SiO2 ® SiF4＋2CaO
SiF4＋H2O ® SiO2＋HF
即有大量的氟化硅和氟化氢进入大气。
又如磷肥厂，大量使用磷矿石〔3Ca3 (PO4)2 ．CaF2〕为原料，磷矿石在用硫酸处理时产生HF、SiF4和H2SiF6，并排入大气。
（四）大气污染类型
大气污染类型主要取决于所用能源的性质和污染物的化学反应特性，但气象条件也起着重要的作用（如阳光、风、湿度、温度等）。从大气污染的历史来看，可根据不同的依据进行分类。
1.根据污染物的性质划分
(1) 还原型（煤炭型）：常发生在以使用煤炭和石油为燃料的地区。主要污染物是SO2、CO和颗粒物，在低温、高湿度的阴天、风速很小，并伴有逆温存在的情况下，一次性污染物在低空聚积，生成还原性烟雾，如“伦敦烟雾”事件发生时的大气污染类型。所以人们也称之为伦敦烟雾型。
(2) 氧化型（汽车尾气型）：这种类型大多发生在以使用石油为燃料的地区，污染物的主要来源是汽车排气、燃油锅炉以及石油化工生产。主要的一次性污染物是一氧化碳、氮氧化物和碳氢化合物。这些大气污染物在阳光照射下能引起光化学反应，并生成二次性污染物－臭氧、醛类、酮类、过氧乙酉先硝酸酯等物质。由于它们具有强氧化性质，对人眼睛等粘膜能引起强烈刺激，如洛杉矶的光化学烟雾就属这种类型。
伦敦型烟雾和洛杉矶型烟雾的比较，可见表５。
表５ 还原型与氧化型烟雾的比较
气
象
条
件
项目
还原型（伦敦型烟雾）
氧化型（洛杉矶型）
污染源
工厂、家庭取暖、燃烧煤炭时的排放
汽车排气为主
污染物
SO2、CO2颗粒物和硫酸雾、硫酸盐类气溶胶
碳氢化合物、NOx、O3、醛、酮、PAN
燃料
煤、燃料油
汽油、煤气、石油
反应类型
热反应
光化学反应、热反应
化学作用
催化作用
光化学氧化作用
气温（℃）
－1～4℃
24～32℃
湿度（％）
85以上
70以下
逆温状况
辐射性逆温
沉降性逆温
风速
静风
22 m/s以下
发生季节
12～1月（冬季）
8～9月（早秋）
出现时间
白天夜间连续
白天
视野
0.8～1.6㎞以内
＜100 m
毒性
对呼吸道有刺激作用，严重时可致死亡
对眼睛和呼吸道有刺激作用，臭氧化作用强
2.根据燃料性质和大气污染物的组成划分
(1) 煤炭型：代表性污染物是由煤炭燃烧时放出的烟气、粉尘、二氧化硫等所构成的一次污染物，以及由这些污染物发生化学反应而生成的硫酸、硫酸盐类气溶胶等二次污染物。主要污染源为工业企业烟气排放。其次，家庭炉灶的排放物也起重要作用。
(2) 石油型：主要污染物来自汽车排气、石油冶炼及石油化工厂的排放。主要污染物是氮氧化物、稀烃等碳氢化合物，它们在大气中形成臭氧，各种自由基及其反应生成的一系列中间产物与最终产物。
(3) 混合型：包括以煤为燃料的污染源排出的污染物；以石油为燃料的污染源排出的污染物；从工厂企业排出的各种化学物质等，例如，日本横滨、川崎等地曾发生的污染事件便属于此类型。
(4) 特殊型：指有关工业企业生产排放的特殊气体所造成的局部小范围的污染，如生产磷肥的工厂造成周围大气的氟污染等。
第九章 环境问题与环境保护
一、环境系统的发展及环境问题
自然环境为人类提供了丰富多采的物质基础和活动舞台，但人类在诞生以后很长的岁月里，只是自然食物的采集者和捕食者，它主要是以生活活动，以生理代谢过程与环境进行物质和能量交换，主要是利用环境，而很少有意识地改造环境。即使发生环境问题，那主要是因为人口的自然增长和像动物那样的无知而乱采乱捕，滥用自然资源所造成的生活资材的缺乏，以及由此而引起的饿荒，为了解除这一环境威胁，人类就被迫扩大自己的环境领域，学会适应在新环境中生活的本领。
随着人类学会驯化植物和动物，就逐渐在人类的生产活动中出现了农业和畜牧业，这在人类生产发展史上是一次重大革命。随着农业和畜牧业的发展，人类改造环境的作用也越来越明显。与此同时也往往由于盲目的行动，而受到自然界的应有惩罚，产生了相应的环境问题，如大量砍伐森林、破坏草原，引起的水土流失、沙漠化等。只是在世界人口数量不多，生产规模不大的时候，人类活动对环境的影响尚不明显，环境问题不具有普遍性，没有引起重视。
人类历史初期，使用简单的劳务工具，人对自然界的作用是有限的。可以说，这时人还是自然界的奴隶，在许多方面还和动物一样是不自由的，寒冷、饥饿、野兽的威胁、疾病和死亡等受大自然的支配，人类在生存发展中遇到了许多困难。为了渡过这些困难，人们成群地生活在一起，凭籍简单的石器和木棒工具，主要靠采集和狩猎为生。但即使是这样低水平的劳动，也引起了人类最早的环境问题－－第一个环境问题由于过度的采集和狩猎，往往是消灭了居住地区的许多物种，而破坏了人们的食物来源，失去了进一步获得食物的可能性，使自己的生存受到威胁，这是人类活动产生的最早的环境问题。为了解决生存危机，人类被迫进行迁徒，转移到有食物的地方去，同样的方式破坏了那里的食物来源，又会被迫再进行迁徙。这时，地球上人口数量很少，一个地区停止人类活动之后，生命维持系可以慢慢地自行恢复。因而古人类总是可以从一个地方迁徙到另一个地方，使其采集、狩猎和迁徙的生活得以维持。但是，迁徙不能从根本上解决人类与自然界的上述冲突。
（一）农牧时代的环境问题
新石器时期，随着生产工具的进步，磨制石器如石犁、石锄的使用，产生了原始农业和畜牧业，这就是人类农业革命的兴起。例如，在西亚一些国家首先发展起农业，在那里发现的公元前六七千年的文化遗址表明，当时已经使用了农具，如装有石制刃口的镰刀、磨光的石臼、石杆和骨锄等。后来在非洲的尼罗河流域、中亚、以及中国等，也相继向原始农业过渡。为了发展农业，古埃及和巴比伦等建立了完善的灌溉系统，他们建筑的堤坝、堤堰、水渠，为沼泽地排水、灌溉农田、预防水灾、给城市供水等功能、已经有相当的水平。从事农业的部落首先过定居生活。定居使驯养动物成为可能，在动物饲养过程中，发现动物能在饲养下繁殖后代，并且发现其变异了的性状可以遗传，从而学会选种和育种并逐渐培养出各种家畜家禽的品种，产生了原始畜牧业。农业是人类自觉地利用对自己有利的物种，农业的兴起使人类开始按照需要利用和改造自然界，开发土地资源，利用太阳能进行食物生产，使人类获得了较稳定和丰富的食物来源，从而它解决了人类早期的生存危机，从此人们不再频繁地迁徙，过着比较稳定的生活。这是人类改造自然的一个伟大胜利，农业的产生是人类的第一次科学技术革命。
农业的产生创造了人类史上光辉灿烂的古代文明。但是，正如恩格斯指出的：“我们不要过分陶醉于我们对自然界的胜利。对于每一次这样的胜利，自然界都报复了我们。每一次胜利，在第一步都确实取得了我们预期的结果，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”。“刀耕火种”是人类最早的农业技术。为了发展农业和畜牧业，人们砍代和焚烧森林，开垦土地和草原，把焚烧山林的草灰作为土地的肥料。随着人口的增长，反复的刀耕火种，反复弃耕，特别是在一些干旱和半干旱地区，就会导致土壤破坏，出现严重的水土流失，使肥沃的土地变成不毛之地。曾经产生光辉灿烂的古代三大文明（巴比伦文明、哈巴拉文明、玛雅文明）的地方，原来也是植被丰富、生态系统完善的沃野，只是由于不合理旳开发，由于刀耕火种的掠夺经营，过分强化使用土地，才导致千里沃野变成了山穷水恶的荒凉景观。这就是以土地破坏为特征的人类的第二个环境问题。
黄河流域是中华民族的摇篮，哺育了我国光辉灿烂的历史文化，四千多年前，这里是森林茂密，水草丰富的森林草原带。据史料表明，至周代，黄土高原的森林约有32万km2，覆盖率达53％。在农业生产中，由于盲目开发，森林被破坏了，致使今天这里43万km2的土地上，千沟万壑，严重水土流失，呈现处处荒山秃岭，茫茫荒原的景象。
值得注意的是，农牧时代的环境问题，一直延续到今天土地侵蚀问题仍是世界性的严重环境问题。
（二）工业革命时代的环境问题
以二百多年前蒸汽机的广泛使用为标志，爆发了工业革命，许多国家随着工业文明的崛起，由农业社会过渡到工业社会。工业文明涉及人类生产和生活的各个方面。由于机器出现，生产技术进步，使生产力突飞猛进地发展，人类的衣、食、住、行、用等各种生活和享受的物品不断地被生产出来，涌进市场；燃烧煤、石油、天然气等化石燃料作为能源基础，电力的广泛应用，为生产和生活提供巨大的动力；水、陆、空交通线的建设，大城市的涌现，大规模商业销售系统的建立，好像把世界各地连成一体。
工业文明的兴起，大幅度地提高了劳动生产率，增强了人类利用和改造环境的能力，丰富了人类物质生活条件和精神生活资料。今天，现代生活中的每一个人都离不开这样的高度发达的技术社会。但是，很多国家盲目地不惜代价，增加国民生产总值，极度地“增产”，甚至不顾一切地挖掘自然资源，破坏生态环境，对地球生物圈的破坏是无可挽救的。由于工业现实基于征服自然的原则，由于它的人口增长，它的不断提高的技术和它为了发展而持续不断的需求，对周围环境的破坏，超过了早先的任何年代。工业革命造成了严重环境污染现象，如大气污染、水体污染、土壤污染、噪音污染、农药污染等，其规模之大，影响之深是前所未有的。
例如，18世纪末英国产业革命后，因蒸汽机的发明和普遍使用而造成的环境污染，使1873、1880、1892年曾在伦敦发生3次由于燃煤造成的烟雾事件，主要是由于燃煤产生的大气烟尘及二氧化硫，死亡约2800余人；1905年在英国格拉斯哥又发生过一次烟雾事件，死亡1063人。这种情况屡有出现。到了20世纪初，各资本主义国家工业更加迅速发展，除燃煤造成的污染有所加重外，内燃机的发明和使用，石油的开发和炼制，有机化学工业的发展，对环境污染带来更加严重的威胁，曾出现过多起举世闻名的公害事件。特别是自50年代以来，不但工业癈污排放量大，而且出现许多新的污染源和污染物，使原来未被污染波及的领域也不能幸免。例如，巨型油轮、海上钻井等的出现，使海洋污染日趋严重；航空与航天技术的发展，使高空大气层也遭受污染，甚至山巅与极地也被不同程度地影响了。现在可以说，在地球上很难找到一块未被污染的“洁净绿州”。于是，环境污染问题就成为全球性的问题。与此同时，人口剧增，资源过度消耗，生态破坏等也日益突出严重地阻碍着经济的进一步发展和人民生活质量的提高，继而威胁着全人类的未来生存和发展。在这种严峻形势下，人类不得不重新审视自己的社会经济行为和走过的历程，认识到通过高消耗追求经济数量增长和“先污染后治理”的传统发展模式已不再适应当今和未来发展的要求，而必须努力寻求一条人口、经济、社会、环境和资源相互协调的，既能满足当代人的需求而又不对满足后代人需求的能力构成危害的可持续发展的道路。
（三）近代的环境问题
20世纪60年代开始的以电子工程、遗传工程等新兴工业为基础的“第三次浪潮”，使工业技术阶段发展到信息社会阶段。信息社会的特点是，在信息社会里战略资源是信息，价值的增长通过信息。信息社会中充分体现人与人之间的相互作用。新技术、新能源和新材料的发展和应用，给人类在利用和改造自然的抗争中增添了新的力量，它将带来社会生产力的新飞跃，影响产业结构、社会结构和社会生活的变化，对经济增长和社会进步产生深刻的影响。它的环境意义和作用表现为：一方面新的科学技术革命有利于解决工业化带来的环境问题，新技术的应用将实现提高劳动生率和资源利用率。另一方面，新技术应用于环境管理系统、环境监测和污染控制系统，可大大提高环境保护工作效率，促进环境保护工作。但是，它可能带来新的环境问题。新技术革命的发展，使发达国家发展新兴产业，可能把技术落后，环境污染严重的传统产业转移到发展中国家。就某一地区而言，城市发展高技术新兴产业，而传统工业则可能向农村乡镇转移。这样，将使污染由发达国家向发展中国家转移，由城市向农村转移。其次，新技术、新材料的应用，也会产生相应的环境效应，有许多因素尚难以预测。
此时期之环境科学和环境保护工作的发展过程，大致可以分为二个阶段：60年代中到70年代末为第一阶段，当时发达国家面临着严重环境污染的现实，迫切的任务是减轻污染问题，于是开始了大量的污染源治理工作。许多国家颁布了一系列保护环境的政策、法令和治理措施，取得了一定的效果。1972年斯德哥尔摩人类环境会议上唤起世界人民的环境觉醒，在发达国家开始了认真治理。同时也注意到防治结合，以防为主的综合防治阶段，如实行环境影响评价制度。我国亦于1987年成立了环保署，踏入环境保护新纪元。
80年代以来为第二阶段，逐渐扩展了对环境问题的认识范围和认识深度；而且把环境问题与经济社会发展结合起来研究，探求它们之间的相互影响和相互依托的关系。这是人类认识的一大飞跃，纵观世界纷繁的环境问题，除了自然界的变化和灾害外，可以说全部来自经济和社会的发展，因此，只有正确协调它们之间的关系才有可能求得环境问题的解决。特别是80年代中期在南极上空发现了臭氧空洞，它与地球变暖即所谓“温室效应”和酸沉降问题构成全球性大气环境问题，明显地危及全人类的生存和繁衍，引起了国际社会的高度关注，使当今的世界环境问题具有明显的时代特征。1992年6月联合国在巴西召开有103位国家元首或政府首脑和180多个国家的代表参加、称为“20世纪地球盛会”的“环境与发展”大会，讨论和签署了《地球宪章》、《21世纪行动议程》、《气候变化框架公约》和《保护生物多样化公约》等四个重要文件分别规定国际环境行动准则、确定21世纪39项战略计划、防止地球变暖和制止动植物濒危与灭绝。这次环境与发展大会普遍接受了“持续发展战略”的观点，就是在经济和社会的发展过程中－－不是停滞发展，也不是离开发展－－同时防治环境问题，而是走经济、社会和环境协调发展旳道路，这是人类的正确选择，是促进经济社会持续发展的康庄大道。
二、环境问题的分类
什么叫环境问题，二三十年前人们只局限在对环境污染或公害的认识上；因此那时把环境污染等同于环境问题，而地震、水、旱、风灾等则认为全属自然灾害。可是随着近几十年来经济的迅猛发展，自然灾害发生的频率及受灾的人数都在激增。究其原因，就是人口激增和盲目发展开发生产，致使大量砍代林木，破坏植被及自然资源不正当之开发利用所酿成人为的天灾。这些也都是环境问题。
因此环境问题，就其范围大小而论，可从广义和狭义两方面理解。从广义理解，就是由自然力或人力引起生态平衡破坏，最后直接或间接影响人类的生存和发展的一切客观存在的问题，都是环境问题。只是由于人类的生产和生活活动，使自然生态系统失去平衡，反过来影响人类生存和发展的一切问题，就是从狭义上理解的环境问题。
环境问题的分类方法有许多。如果按产生的先后和发生机制分类，有以下几个类型：
1.原生环境问题
原生环境问题也叫第一环境问题。它是由于自然环境自身变化引起的，没有人为因素或人为因素很少。原生环境问题带来自然灾害，主要如地震、洪涝、干旱、地滑、土石流失等，目前人类之抵御能力还很薄弱。它不属于环境科学所解决问题的范围。最近，有灾害学这一新兴学科兴起，其主要研究对象即原生环境问题。
2.次生环境问题
人类活动作用于周围的环境引起的人为环境问题，叫次生环境问题，也叫第二环境问题。环境科学的研究对象即次生环境问题。次生环境问题又分成生态环境破坏和环境污染与干扰两个类型。
（1）生态环境破坏
由于人为因素引起生态环境的破坏，例如水土流失、沙漠化、地下水枯竭、地面下沉、珍稀物种灭绝、地质结构破坏、地貌景观破坏等，就叫环境破坏。人类依靠自然保护解决环境破坏问题。环境破坏的历史悠久，已有近300万年的历史。据科学研究证明，300万年来许多动物的灭绝是人类捕猎带来的。环境破坏恢复起来也需要许多时间，例如森林生态系统的恢复需要上百年的时间，而土壤的恢复则需要上千年的时间，而物种的灭绝则是根本不能恢复的。
（2）环境污染与干扰
由于工业的发展，工业生产排出的废物和余能进入环境，便带来了环境的污染与干扰，由污染防治解决。
1）环境污染
表9-1 环境问题的分类
环 境
问 题
内
容
原生环境问题
火山、地震、台风等
次生
生态环境破坏
水土流失、沙漠化、物种灭绝
环境
环境污染
环境污染
水污染、大气污染、土壤污染
问题
与干扰
环境干扰
噪音、振动、电磁波干扰、热干扰
人类活动排出的物质进入环境，积累到一定程度，产生对人类不利的影响，这就是环境污染。环境污染包括水污染、大气污染、土壤污染、放射性污染等。环境污染是由物质引起的，立要是化学问题。环境污染的治理需要一定的时间，即使停止排放污染物质，环境的恢复也需要一段时间。
2）环境干扰
人类活动所排出的能量进入环境，达到一定的程度，便产生对人类不良影响，就是环境干扰。包括噪音、振动、电磁波、热干扰等。环境干扰是由能量产生的，是物理问题。环境干扰容易治理，只要停止排出能量，干扰立即或很快就会消失。
三、世界环境问题发展动向及展望
(一)、温室效应及其发展趋向
地球上有些气体的含量如果增加，可以导致气温上升，气候变暖。这种效应叫温室效应。可以产生温室效应的气体有二氧化碳、一氧化二氮、一氧化碳、氟氯碳等，其中以二氧化碳的作用最为显著。
1.温室效应的原因
工业革命以来，生产力不断提高，开采并燃烧了大量的煤和石油、天然气作为动力燃烧的结果，产生了大量的二氧化碳等气体。现在大气中仍保留着工业革命以来人类燃烧化石燃料排放的二氧化碳的一半，而且其含量每年都在继续增加。19世纪60年代每年排放到大气中的二氧化碳只有0.9亿吨，而1985年则达到50亿吨，估计到2000年将达60亿吨左右。
另一方面森林却大量减少，近100年来世界森林面积减少一半。森林的减少使二氧化碳通过光合作用被植物吸收的数量大量减少。一增一减，目前大气中二氧化碳含量明显增多，这是温室效应发生的主要原因。十九世纪前半个世纪，大气中二氧化碳的含量只有270 ppm，而1988年已增加到350 ppm。这种增加的趋势还在进行。当然，还有其它原因。
表9-2 影响气候变暖的各种因素
影响程度（从大到小）
主 要 原 因
1
CO2含量的变化
2
城市化
3
海温变化、森林破坏
4
气溶胶
5
沙漠化、太阳活动
6
O3、火山爆发、人为加热
对于今后数十年内全球气候将如何变化，各国科学家们尚未形成一致的看法。日本气象站对这一问题进行了调查，并将调查结果加以统计。统计结果表明日本和世界的大多数专家认为本世纪末以后，全球气温将是上升趋势。但是由于到目前为止，世界尚无一套完整、准确、可靠的预测方法，因此也有全球气候不发生显著变化的可能。
表9-3 关于气候变化趋势的看法
时间
2000年以前
2000年以后
专家
日本专家
其它国专家
日本专家
其它国专家
可能
温暖化
24％
43％
73％
79％
寒冷化
6％
0
--
--
无变化
47％
43％
10％
14％
其 他
24％
14％
18％
7％
2.地球史上的温室效应
地球从诞生至今，已有40亿年的历史，但是目前人类所能了解的地球气候史，大约只有20亿年。在这20亿年中，地球发生过三次寒冷期，形成三次大冰期。它们是：6亿年前的震旦纪大冰期；2～3亿年前的石炭一二迭纪大冰期；300万年前的第四纪大冰期，冰期中气候寒冷，冰川广布。介于三次大冰期之间的是两次大间冰期。大间冰期时气候温暖，冰川消融。在每一个大冰期中，也有许多次冰暖变化，叫做亚冰期和亚间冰期。亚冰期时气候寒冷，冰川广布，海面下降，生物稀少。亚间冰期时气候温暖，冰川消融，海面上升，生物繁衍。在300万年以来的第四世纪，亚冰期和亚间冰期的交替，带来气候的波动。
1万年以来，地球进入最近的一个间冰期，叫冰后期，也叫全新世。在这一期冰暖的变化也比较频繁，距今8000年、5000年、3000年和400年出现四次寒冷期，其中最后一个寒冷期（公元1550～1900年）叫“现代小冰期”。距今7000年、4000年、1000年出现三个温暖期。1万年以来，由于冷暖变化，带来海面升降也很频繁，影响了沿海地区的环境演化。
3.温室效应带来的后果
温室效应带来的直接后果是全球变暖。全球变暖带来许多复杂的间接后果，其中有些对人类来讲是灾难。因此联合国环境规划署将1989年“世界环境日”的主题定为“警惕全球变暖”。温室效应引起的间接后果有以下几方面：
(1) 给沿海地区带来灾难
由于全球气候变暖，两极和高山的冰川融化，海面上升，将使沿海低地淹没，海滩和海岸侵蚀、沿海土壤盐碱化、海水倒灌与洪水加剧、破坏港口及影响航运，影响沿海水产养殖业、破坏沿海供水和排水系统，等等。
(2) 气候带移动带来复杂的影响
气候带移动使温度带向高纬度方向移动5个纬度，降水带变化复杂，进而对农业、牧业、林业、渔业都产生令人难以想象的各种复杂的影响。特别是气象灾害可能增多，气候规律可能打乱，更令人担忧。
4.对策
(1) 调整能源战略
目前全球一次能源中矿物燃料燃烧占87％。这些矿物燃料燃烧每年将50亿吨二氧化碳排入大气，而且以每年0.4％的速度增加。如果不采取有力措施，那么21世纪前期大气中二氧化碳的含量将达到工业化前的270 ppm的二倍。因此必须加快以核能、太阳能、水能等清洁能源代替矿物燃料的速度。在这方面，最有前景的是核聚变能，一旦可控核融合反应技术过关以后，即可用于大规模发电，代替矿物燃料而占能源的主要地位。
(2) 保护森林和植被
首先保护好现有森林和草原，然后是大面积植树造林和种草。这样能够增加地球的绿地面积，增加光合作用的规模和强度，进而吸收大气中的二氧化碳的规模和强度也随之增加，减少大气中二氧化碳的含量。这对维持大气成分的平衡、减轻温室效应都是有明显作用的。
(二)、臭氧层耗竭
臭氧层是大气平流层中的一部分，位于距地面大约22公里处，臭氧含量大约0.1～0.2 ppm，比地面大气中臭氧的含量0～0.07 ppm明显增高。臭氧层的存在，使太阳辐射中的紫外线大部分被吸收，只有少量紫外线能到达地表。紫外线过多对生物细胞有杀伤作用，紫外线过少对光合作用及生物的生存与发展也有不利影响。臭氧层的存在非常好地解决了这一难题，既不毁掉生物圈，又有利于生物圈的存在与发展，因此人们称臭氧层是“生命之伞”。
1.臭氧层的耗竭及原因
近年来，人们发现地球的臭氧层出现了破坏，正在明显地耗竭之中。人们首先发现在过去10年里，每年春天南极上空都出现一个臭氧层的空洞。在这个空洞里，臭氧含量减少了大约30～40％。后来人们用人造卫星测得的地球臭氧数据表明，最近世界范围内总臭氧量也有所减少。1979～1986年的八年间，全球总臭氧量减少5％。最近又在北极上空发现了臭氧空洞，其面积为南极臭氧层空洞的一半。
臭氧层耗竭的原因是什么呢？科学研究证明，人类活动排放的一些气体，例如氯氟烃、四氯化碳、甲基氯仿等，它们在低层大气中因不活泼进入平流层。它们在平流层中由于受紫外线的作用而放出氯和溴，而氯和溴在臭氧破坏过程中起到了催化剂的作用。
2.臭氧层耗竭的后果
臭氧层破坏以后，产生许多不良后果。科学家们预测，臭氧层中臭氧的含量减少1％，地球上的人类因此患皮肤癌的人就要增加10％。而且，还会对植物、动物、微生物产生复杂的影响。如果不采取有力的措施加以解决，那么地球上的臭氧层在几百年内会耗竭光。那样地球上的所有生命将无法生存，另外还可能会对地球的气候产生不良影响。一些科学家认为臭氧层减少到1/5时，将是地球生物存亡的临界点。
3.对策
人类目前正在采取联合行动，限制、减少以至逐步取消氟氯碳等对臭氧层有破坏作用的化合物的生产。联邦德国计划在1990年将氟氯碳产量减少10％，北欧国家决定在1998年前减少氟氯碳等的生产，比例达50％。我国也正在采取措施，参加保护臭氧层的共同行动。
(三)、酸雨及其发展趋势展望
1.酸雨污染及发展趋势
降水的pH值小于5.6的为酸雨。酸雨早在19世纪中期就已发生。目前一般情况下酸雨中二氧化硫的原因占70％，氮氧化物的原因占30％。不过，二氧化硫的原因所占的比例在逐渐减少，而氮氧化物则在增加。酸雨最早在西欧出现，后来扩散到北欧。北欧的瑞典自身大气污染很少，但受到西欧、中欧大气污染扩散的影响，酸雨危害很重。因此瑞典第一次将酸雨做为国际问题提出，出于这一背景，联合国1972年在瑞典首都斯德哥尔摩召开了世界人类环境会议。现在酸雨在中欧、东欧都很严重。目前北美洲中部的美国和加拿大交界地区也出现了酸雨这一国际问题。现在亚洲的酸雨问题也突出起来了。
酸雨还在发展。预计到2000年，北美和西欧的二氧化硫排放量略有增加，苏联和东欧增加1/3，发展中国家排放的二氧化硫也会大量增加。至于氮氧化物，几乎所有的国家的排放量都会增加。因此，到2000年酸雨的危害只能增加，而且增加的幅度比较大。这是全人类必须高度警惕的问题，正因为如此，人们称酸雨为空中死神。
2.酸雨的危害
· 使水体酸化，危害水生生物；
· 破坏陆地生态系统；
· 腐蚀建筑、机器、设备等；
· 威胁人体健康，美国和加拿大在1980年一年中即有5万多人死于酸雨带来的硫化物污染。
3.防治措施
· 制定防治酸雨的法令；
· 制定严格的排放标准；
· 使用低硫燃料；
· 限制烟囱高度；
· 控制与净化汽车排气；
· 安装排烟脱硫脱氮装置；
· 加强监测和研究。
(四)、土地资源危机及其发展前景展望
1.土地资源的损失和破坏
世界上目前有耕地13.7亿公顷。但有史以来人类已经破坏和损失了大约20亿公顷的耕地，其中非农业占地数量相当可观，而且还在继续增加，预计到2000年，还要占用2500万公顷。土地沙化是另一方面的重要损失。近100年来，荒漠和干旱区的面积已从11亿公顷增加到26亿公顷，目前世界35％的土地处在沙化的直接威胁之下。预计到2000年还会有许多土地沙化。另外水土流失也很严重，全世界目前每年流失表土250亿吨，已超过新生成的表土量。风蚀的危害也很大，土壤盐碱的现象也很严重。总之，土地资源的破坏和损失的速度是很快的。据预测，到2000年世界人均谷物种植面积将从1950年的0.24公顷、1980年的0.17公顷，下降到0.13公顷。
2.土地资源破坏的原因分析
· 人口增加过快，对土地产生过大压力；
· 破坏森林草原，进而毁掉土地资源；
· 耕作制度不合理；
· 对土地利用缺乏统等规划。
3.土地资源的保护措施
· 成立专门的国土管理机构
许多国家成立了专门的国土管理机构，例如美国、苏联、日本、英国、法国、联邦德国、荷兰、澳大利亚、波兰、朝鲜、墨西哥等国都成立了相应的国土管理机构。
· 制定土地利用规划
日本制定了全面的土地利用规划。联邦德国、丹麦、芬兰、瑞典、挪威、冰岛等国家也有土地利用的有关法规和条例。
· 开展土地评价
美国和英国等国家开展了土地评价工作，对保护土地资源起到积极作用。
· 加强水土保持工作
美国的水土保持工作取得很大进展，有许多宝贵的经验，现在已在印度、尼日利亚、墨西哥等国家推广。
· 积极治理沙漠
苏联、美国和埃塞俄比亚等国家，在治理沙漠方面取得一些成效。埃及在治理沙漠方面也取得了一定的成绩。
· 防治盐碱化
发达国家和发展中国家都采取了不少措施防治土地盐碱化，并取得了一些经验。
· 开展矿用土地的复垦
美国、苏联、澳大利亚、联邦德国等国家都很重视矿用土地的复垦，并取得明显的成效，取得许多经验。
(五)、水资源危机及其发展前景展望
众所周知，水资源是宝贵的、不可替代的自然资源。随着人口的增加和人类生活水平的提高，人类用水量急剧上升。1900～1975年，世界人口大约翻了一番，而年用水量则从4000亿吨增加到30000亿吨，增加了约6.5倍。其中农业用水增加5倍、工业用水增加20倍，城市用水增加12倍。据估计，目前世界有43个国家和地区缺水。据预测，到2000年将有更高的国家和地区缺水，形成世界性的水资源危机。预测2000年人类用水量将达到60000亿吨，是1900年人类用水量的15倍，是1975年人类用水量的2倍，其中不可复原的水量占50％左右。农业用水量在2000年将达34000亿吨。工业用水量在2000年将达到19000亿吨，为1900年的60倍以上。城市用水量在2000年将达4400亿吨，为1900年的22倍。如此巨大的用水量必然导致水资源危机。为了解决这一危机，必须采取以下几项措施。
1.加强水资源管理
制定水资源保护法
英国早在1944年就制定了水资源保护法。英国于1948年制定了水污染控制法。日本于1958年颁布了水质保护法。苏联于1970年批准了水基本法。
建立水资源管理部门
英国1963年建立了水资源委员会。美国1965年成立了水资源利用委员会。苏联早在1919年就成立了中央水资源保护委员会。
实行用水经济政策
许多国家实行的用水经济政策，不利于保护水资源，会造成水资源的浪费和破坏。因此，许多经济学家认为应根据水资源的量、质及开采成本定价，一方面抑制浪费水资源、保护水资源，另一方面又能给水资源的涵养与保护给予必要的补助。
2.增加可靠供水
建造水库
美国、日本、苏联等已开发国家都建造了不少水库，以增加供水。开发中国家的水库建造晚了20年，目前处于全盛期，近10年建造的高度超过150米的大坝，其中2/3是发展中国家完成的。
跨流域调水
美国、苏联、印度都有大规模跨流域调水工程或工程计划。
地下蓄水
目前有20多个国家利用地下蓄水。地下蓄水不占土地，也不必耗巨资修建大坝，因此发展较快。但地下蓄水也有许多问题，可能产生复杂的影响。
海水淡化
沙特阿拉伯和伊朗等干旱国家发展较快，但目前成本尚高，难以推广。
拖移冰山
沙特阿拉伯等国家曾做过实验，从南极拖移冰山，其成本比海水淡化低。
治理水污染，污水资源化
美、英、法、联邦德国、加拿大等国污水资源化已大规模推广。
3.节约用水
· 提高工业用水重复利用率和循环利用率；
· 发展不排或少排废水的工艺；
· 节约农业灌溉用水，减少损失；
· 适当发展污水灌溉；
· 发展中水道，节约城市用水。
(六)、森林资源危机及其发展前景展望
森林是陆地生态系统的主体，农业生态环境的基础，是十分宝贵的自然资源。但是，森林的破坏是很严重的，目前世界森林每年约减少2000万公顷。自1950年以来，全世界的森林已损失了将近一半。据一些学者预测，世界森林面积减少的趋势至少将延续到2020年，那时世界的森林将比现在减少30％。由于人口的增加和森林的减少，人均森林面积将从1975年的0.68公顷降至2000年的0.33公顷，人均木林蓄积量将由80立方米降至40立方米。这一期间森林的减少主要发生在发展中国家。巴西的亚马逊原始森林是世界最大的热带林区，但已毁掉了一半。非洲的热带森林也已砍伐了一半。亚洲的热带森林也减少了大约一半。
1.森林破坏的严重后果
森林的破坏引起全球性气候变化
森林的破坏改变了大气的组成，并且干扰了大气辐射平衡，影响了地球的水循环，所有这些都引起了全球性的气候变化。
森林的破坏使地区生态系统退化
森林的破坏引起了水土流失、土壤沙化、洪涝灾害频繁，总之会使区域或地区的生态系统退化，甚至发生泥石流等灾害。
森林的破坏引起物种的变化
森林是复杂的综合生态系统，蕴育着丰富多彩的动植物种群。如果森林破坏，那么森林中的动物、植物和微生物都难免同归于尽。
森林的破坏使生态系统的生产能力降低
森林生态系统的破坏，不可避免地带来养分和土壤的流失，进而降低整个生态系统的生产能力，也影响了能量营养的贮存以及为动植物提供生活空间的能力。
森林的破坏带来景观和部落文化的破坏
森林破坏带来了景观的严重破坏，其损失往往是难以估价的。森林破坏又使在热带森林中生活的部落文化消失，这在人类学和社会上都是损失。
2.森林破坏的原因分析
· 人口增加过快带来巨大压力。
· 重采轻育，乱砍滥伐。
· 开发中国家为取得外汇而盲目毁林，已开发国家却乘机掠夺开发中国家的森林资源，例如日本森林覆盖率高达67％，却不大规模砍伐森林，而是大量进口木材。
3.森林的保护和管理
已开发国家
已开发国家目前修正了林业经济方针，即坚持发挥林业的综合效益，也就是追求经济效益、生态效益和社会效益的统一。另外坚持森林分类管理、林业集约化经营、大力营造人工林、发展木材综合利用、扩大自然保护区、加强林业科学研究，这些都有利于森林的保护。
开发中国家
开发中国家也开始采取措施保护森林，例如制定保护森林的法律、制定保护森林的政策、宣传森林的重要价值、依法严惩非法伐林者、植树造林、建立自然保护区、对森林进行分类管理、争取国际援助，等等。这些措施也都起到了一定的保护作用。
(七)、物种的消失及其发展前景展望
1.物种的消失及其发展前景
物种是生物不断进化的产物，有生有灭。自古至今世界产生过10亿种生物，但绝大部分已经绝灭。科学家们估计，1万年以来世界有大约1000万种生物。但是这些生物的生存受到人类活动的威胁，灭绝的速度显著加快。据估计，到2000年要有50～100万种生物绝灭，而且这种速度还有可能加快。
2.物种消失的后果
· 破坏生态平衡；
· 影响优良品种的培养；
· 减少药物来源；
· 对科学发展不利；
· 影响景观，对旅游业产生不良后果。
3.物种消失的原因
· 栖息环境的改变和破坏；
· 滥捕和过度开发；
· 环境污染；
· 引进外来物种，破坏了生态平衡；
· 旅游业盲目发展。
4.物种的保护措施
物种的灭绝引起人类的重视，采取一系列措施加以保护。人类对物种的保护经历了三个阶段。第一阶段从30～60年代，只是狭义地强调保护物种。第二个阶段从60～70年代，不但强调保护，而且也提出要合理利用。第三个阶段是从70年代以来，强调了整个生态系统的保护。保护物种的措施有以下几项：
· 制定有关法规，依法保护；
· 加强宣传教育；
· 开展保护物种的科学研究；
· 对濒危和稀有物种进行登记；
· 建立自然保护区；
· 建立珍稀动物养殖场和珍稀植物种植场。
(八)、解决世界环境问题的对策
1.全世界各国合作互助，联合行动
为解决世界环境问题，全世界各国必须求同存异，合作互助，统一步调，联合行动。只有这样才能有效地保护全人类的家园--地球。在这方面联合国可以充分发挥组织协调作用，已开发国家要承担主要责任和任务，帮助开发中国家发展经济，以足够的经济实力从事环境保护。为此，需要制定统一协调全世界各国行动的纲领和规划。
2.发展节能技术，开发替代能源
为迅速改变目前能源消耗对全球环境的影响，首先应发展推广节能技术，减少化石能源消耗，降低大气污染。更重要的是要尽快开发替代能源，以逐步取代化石能源和生物能源的消耗。在这方面首先是开发太阳能、地热、沼气等新能源，另一方面加快核聚变发电技术的研究工作，以便完成能源结构的变革。
3.培育速生、丰产、优质、树种、草种
应用生物工程技术，培育速生、丰产、优质的树种和草种，以尽快恢复地球陆地表面的植被，即减少水土流失和土地沙化，又调节气候，还对改变大气中氧气和二氧化碳的比例，起重大作用。
4.发展新的致冷技术
发展新的致冷技术，逐步减少氟里昂的生产和使用，以保护大气层中臭氧层。
5.防止污染转移
为防止发达国家向发展中国家转移污染，应签定国际公约，严格限制和制裁发达国家和地区向发展中国家和地区转移污染严重的工矿企业和转移污染物。
6.改变世界经济结构，促进发展中国家的经济、技术和社会发展
由于贫穷落后和不合理的世界经济结构和贸易体系，发展中国家的环境受到严重破坏，资源受到掠夺。为改变这一状况，必须改变目前世界经济结构，提高原料价格，降低制成品价格，促进发展中国家发展经济，保护环境。
第十章 能源与环境
第一节 台湾地区能源蕴藏
一、前言：
能源是一切活动的原动力，人类文明的发展史与其所利用的能源之间有极密切的关联，人类对能源的依赖程度亦随着工业化的进展而日益加深，能源消费型态及数量除可反映生产结构与技术层次外，亦可显示一个人民的实质生活水准。
今日能源与经济、政治、国防、科技、交通、社会及卫生环境等各方面均具极密切之关系，能源之重要性是无庸置疑的。人类使用的能源大致可概分为再生能源与非再生能源两大类。再生能源是指由太阳、风力、潮汐、海洋温差等产生之能源；而非再生能源则指化石燃料（煤炭、石油、天然气）及核能等蕴藏量有限且日益枯竭之能源。因此能源问题之解决除了由开源着手进行能源蕴藏区之探勘开发及新能源之研究发展外，并应长期进行节约能源之宣导及技术推动。
二、台湾地区能源蕴藏
我国台湾地区能源资源贫乏，高度仰赖进口，再加上近几年来国民生活水准提高，国民所得增加，对能源之需求亦日益扩大，民国八十一年能源总供给中95%属进口能源，自产能源仅占 5%。以下即简要介绍我国能源蕴藏概况：
（一）煤：
民国八十一年自产煤炭仅占总供给煤炭之1.4%，主要为燃料煤，煤田分布于台湾西北部平原及丘陵地区，集中于基隆、台北、桃园、新竹、苗栗等县市，目前可采量约 1.7亿公吨。煤层薄且深，自民国五十七年后浅部煤层大多开发殆尽，开采不易，成本渐高。目前政府除辅导优良煤矿开采外，对地质不佳之煤矿则辅导矿工转业停止开采。
（二）油气：
原油及天然气田大多于台湾西部山麓丘陵及西部南北平原地区，蕴藏量原油约仅95万公秉，多系由天然气井伴随天然气产生，八十一年自产原油仅占总供给原油之0.2%。天然气则为台湾地区最主要的自产能源之一，蕴藏量 182亿立方公尺，八十一年之开采量占总天然气供应量之26%。
（三）水力：
台湾地区河川之特性为短、小、湍、急，具经济价值之河川多已开发，水力蕴藏量估计 511万千瓦，主要分布于大甲溪、浊水溪等几条主要河川，目前已开发156万千瓦（不含抽蓄发电之100万千瓦）约占总发电装置容量之8.1%。
（四）其它能源：
太阳能、风能、海洋能、地热能、生质能等由于取之不尽、用之不竭，现正积极进行研究开发工作，期能在符合经济原则之下，推广利用。其中澎湖七美二百千瓦先导型风力电厂已于八十年初开始试范运转，并勘选恒春地区进行太阳能系统之研发及完成十五、三十、四十马力沼气发电机组装技术之开发并推广应用。
上述煤、原油、天然气和水力皆属初级能源，即尚未经能源转变处理之能源。另次级能源系指利用初级能源或其它次级能源加以转变处理所产生之能源，如原油经精炼所产生之汽油、燃料油等石油产品；煤经治炼所产生之焦炭、煤气；及燃煤、燃油、燃气所生之电力等均属次级能源。
三、非再生能源之开发与应用：
目前全球化石燃料蕴藏量，煤炭最丰约可再采 239年，其次天然气约59年，再其次为原油约43年。现今人类所面临之能源问题除了化石燃料日益枯竭外，能源生产，使用所造成之环境污染问题，亦为当今需迫切解决者，尤其是化石燃料燃烧排放大量二氧化碳温室效应气体，已成为全世界共同关注之国际事务。
（一）煤炭
煤炭在地球上的蕴藏量相当丰富，价格也较低，热值仅次于石油与天然气。因此在许多情况下煤炭可替代石油使用，以减轻我国对石油之依赖。但近年来由于国际间对环保问题之重视，而煤炭除了燃烧时会产生大量污染外，在运输及储存中也有煤灰尘埃之污染问题，因此能源计划中希望由天然气及核能取代部分煤炭之使用。
（二）石油：
石油之运输储存及使用均较煤炭方便，一度成为我国最主要之能源来源，但由于国际油价极度不稳定，且我国之自产石油又非常少需大量仰赖进口，因此政府积极推动降低石油之依赖及降低我国石油对中东之依存度。石油所炼制之油品包括燃料油供能源用途及原料油所制成或衍生之石化产品，共达五千余种。
（三）天然气：
天然气为目前化石燃料中被公认之清洁能源，且热值相当高，由于温室效应问题日趋严重，各国均扩大推广使用此干净之能源，但天然气之运输、储存较不方便，为目前需迫切解决之技术问题。
（四）核能：
台湾地区自产能源相当贫乏，而核能电厂发电所需之铀燃料，虽与石油及煤一样均从国外进口，但因为市场分散、供应来源稳定、核燃料体积小，便于运输储存，因此，能源专家均视为准自产能源。台湾之能源供给结构中，核能发电占重要地位。目前共有三座核能发电厂，系统制置容量为电力系统的27%。
（五）电力：
台湾地区能源消费结构中，以电力消费所占比例最高达 42%，可知我国对电力之依赖程度。电力可分为水力发电、火力发电及核能发电。火力发电由燃烧石油、煤炭天然气而产生。配合能源政策减少对进口石油之过份依赖，及近年来之环保问题，台电公司乃致力于发电结构之改善，以期能提供充足、合理价格及高品质的电力。同时加强负载管理输配电系统之改善工程及合理之电价结构，使管理与技术并重，达到电力能源有效使用之目标。在电力的开发建设与营运维护过程中，对环境均有影响，如火力电厂污染物排放、废水煤炭及煤运储；核能电厂海域生态、核废料及核能安全；水力发电之景观维护及水土保持；另外对于输配电设备的噪音、振动静电感应和架空线路美化等均有可能对生态环境造成负面影响。因此事业单位除直接投资各项防治污染设备外，对于各项环境问题，也须配合电厂之开发作积极的研究及改进。
四、再生能源之开发与应用
台湾地区自产能源不足，所需能源大部分仰赖进口，因此开发自有清洁安全之新能源实有其必要性。兹将近年来国内发展成果概述如下：
（一）太阳热能
太阳热能为目前新能源中，技术最成熟、经济可行性最高之一项。民国七十五年经济部能源委员会公布实施「太阳能热水系统推广奖励办法」推广住宅家用、温水游泳池、大型宿舍、及工业制程预热太阳能热水系统，成效卓著。此外并进行太阳能除湿空调系统之研究，未来将进一步致力于各种太阳能空调系统技术及太阳能干燥系统之研究发展与推广利用。
（二）太阳光电能
太阳光电能是利用太阳电池组件直接将太阳能转换成电力。在太阳电池组件研制方面，从自行在实验室研制效率4%之小面积非晶硅太阳电池，经技术改良后将非晶硅太阳电池之效率提升至10.3%，已接近工业先进国家研制 12-13%单接面非晶硅太阳电池之技术水准。此外，并于偏远及高山地区进行太阳光发电系统之推广应用。太鲁阁国家公园内设立太阳光发电系统供隧道照明、语音解说机电力及在奇莱、南湖大山设立太阳光电能避难示范小屋，并进行太阳能通讯系统研究发展。
（三）风力能
工业技术研究院能源与资源研究所在经济部能源委员会资助下进行风力机技术开发，七十五起分别开发出 4KW、40KW、150KW风力机技术。此外，并设立17个简易风力测站，进行风力基本资料之搜集及评估并选定澎湖为国内风力发电应用之优先地点。未来国内风力之发展将着重于风力机之推广应用，目前已在澎湖七美岛建立200KW先导型风力发电系统。
（四）地热能
台湾位于环太平羊火山活动带上，地热潜能经采勘评估，储热层热可达5X10^18焦耳，若用于发电利用，其总潜能估计至有 1000MW。为开发是项自产能源，先后在宜兰清水装置一座3000KW单段闪发式地热发电机组及在宜兰土场开辟地热多目标利用示范区，装设一座260KW双循环发电机组，进行发电暖房、花卉温室、及从地热蒸汽中回收副产品CO作为工业原料之多目标利用示范。
（五）生质能
台湾地地狭人稠，无法栽植能源作物作为生质能源之原料，因此过去之生质能源技术之研究发展均以废弃物的厌氧消化及相关技术为主，希望藉生质能技术之开发及应用，达到污染防治与能源回收之目的。目前已于迪化污水处理厂设立每日可纯化1200立方公尺沼气之纯化实验系统并开发出适合中小规模养猪户使用之沼气发电机。
（六）海洋能
台湾东部海域因黑潮经过，表面海水温度常达25℃以上，而离岸不远之水深800公尺处水温仅约5℃，颇适合海洋温差发电，经就具发展海洋温差发电潜力地区调查，选定和平、樟原二处候选厂址。海洋温差发电技术虽已进入成熟阶段，惟其中大口径冷水管及深海布放管路技术尚待克服；在经济效益方面，单就发电成本尚不具开发价值，若将水产养殖副产品经济价值考量在内，虽稍可提高其经济效益，惟仍难与传统发电方式相竞争。
由于新能源技术尚处于研究发展阶段，故其开发成本仍较传统能源为高，但以我国能源供给几乎全靠进口而言，新能 源技术的研究发展应持续进行且应尽可能地开发，并在符合经济原则下推广利用。
第二节 台湾地区能源供需概况
一、综合能源
台湾地区能源总供应量自民国61年的1480万公秉油量增至81年的6340万公秉油当量年平均成长率为7.7%。进口能源占总能源供应量比例逐年递增，民国81年增至 95%。就能源供应结构来说，民国55年以前，主要能源为煤炭，民国56年至今则以石油为主。第二次石油危机以后，政府更积极推动能源多元化，以燃煤及核能代替田。各能源中，煤炭自民国61年之18%增至81年之26%；石油自67%降至53%；天然气自9%降至1%；水力发电自6%降至3%；核能发电开始于66年，至81年占 13%；液化天然气则于民国79年始进口，至81年占4%。
表1 能源供应结构 单位:百分比(%)
能源\年别
1972年
1977年
1982年
1987年
1992年
煤碳
18
11
18
24
26
石油
67
77
64
51
53
天然气
9
8
4
3
1
液化天然气
4
水力
6
4
4
4
3
核能
10
18
13
民国81年进口能源支出为58亿美元，其中以进口原油及产为42亿美元，占72% 居多。进口能源值占总进口值7.6%，占国内生产毛额2.7%，平均每人负担为新台币6,882元。国内能源消费自民国61年的1,291万公秉油当量增至81年的5,778万公秉油当量，年平均成长率为8.1%，低于同期间之国内生产毛额（GDP ）成长率8.4%，平均每人能源消费量自民国61年的 853公升油当量增至81年的2797公升油当量，年平均成长率为6.4%。
在各消费部门中，工业部门自民国61年之61%降至81年之52%，仍为最大宗；由于机动车辆数持续增加及运输需求扩大，运输部门自8%增至 16%；商业部门自2%增至4%。尤其在民国76年至80年间由于服务业日趋繁荣，消费成长率皆居各部门之冠，81年虽受景气变动影响，但因用电量增加，其成长率仅次于运输部门。农业部门自4%降至2%，主畏是因整体经济环境变迁之影响，致农林畜牧业及渔业之比重下降；位宅部门自9%增至 12%；另外，其化部门自9%降至6%，工业原料自7%小幅成长至8%。
若按能源别区分，则能源消费中煤炭所占比例自民国61年之19%降至81年之13%；石油产品则自39%升至40%；天然气自8%降至5%；电力自34%升至42%。
表2 能源消费结构(部门别) 单位:百分比(%)
项目\年别
1972年
1977年
1982年
1987年
1992年
工业
61
56
54
51
52
运输
8
11
13
13
16
农业
4
4
4
3
2
住宅
9
10
11
12
12
商业
2
2
2
3
4
其它
9
7
7
7
6
工业原料
7
10
9
11
8
表3 能源供应结构(能源别) 单位:百分比(%)
能源\年别
1972年
1977年
1982年
1987年
1992年
煤碳
19
9
12
12
12
石油
39
48
48
46
40
天然气
8
8
4
3
5
电力
34
34
36
39
42
二、能源供需检讨
１．能源供给高度依赖进口
二十年来能源总供给增加了4.8倍，而进口能源增加达7.1倍，自产能源反而减少 33.7%，为配合经济发展，未来进口能源势必持续扩增，对进口能源依存度将继续提高。
２．能源供给高度依赖石油
石油自民国56年年起取低煤炭为最主要的能源，此后石油比重逐渐增加，66年更达 76.9%的最高点。第二次石油危机以后，政府积极推动能源多元化，石油供应比重自民国78年有逐渐下降的趋势，足见政府能源多元化措施已见成效。
３．能源生产力稍有改善
我国能源生产力（每公升油当量能源消费所产生之GDP ）从民国79年76.6元/公升油当量（按75年币值），80年的76.7元/公升油当量，升至81年的 76.9元/公升油当量，在这三年中仅呈现小幅成长，此及因我国产业结构、技术水准、产品品质形象、行销管理等方面未臻完善，且国内各项公共工程、基础建设继续进行，而钢铁、水泥、石化等耗能产业比重居高，致使单以能源消费表示的能源生产力未能提升。
４．能源消费结构以运输、商业两部门成长最速
按使用部门分析，工业所使用之能源（含燃料用及原料用）一直居各部门之冠，但其成长率呈减缓势，民国81年之能源消费成长仅为6%。然自民国77年起服务业超越工业成为我国经济的主干，玫商业部门能源消费在76年至80年间成长率一直居各部之首而维持在17%以上，81年受景气变动影响降至12.8%，运输部门则因汽机车持续增加而成长了15%。
５．汽电共生发电量大幅增加
迄民国81年底，台湾地区汽电共生装置容量计有 155万千瓦，已达台电总装置容量之8.1%；而发电量则大幅增加至88亿度，相当于台电总发电量之9.1%。81年汽电共生厂电力自给率平均已达 56.1%，其中石化原料、化纤、塑料等化学材料更高达73.4%，汽电共生不失为有效利用能源的一种方式，推广成效显著。
第三节 能源对环境之影响
一、电力生产对环境之影响
电厂自运转开始迄除役，通常历经三十～四十年之久，对环境之影响则因发电方式的不同而异，如表所列为核能与火力发电方式对环境可能产生的影响。
我国现有金山、国圣、马鞍山三座核能发电厂，装置容量共为五百一十四万四千瓦，约占总发电量的 38.3%，为我国主要能源之一。兹概述其对环境影响及采取之防治措施如下：
放射性物质排放及环境辐射侦测
正常运转中之核能电厂产生之放射性废气、废液，需由放射性废料处理系统以过滤、除矿、浓缩、吸附、滞留等程序除去绝大部份之放射性核种，再经取样分析，含于法规排放标准后才可排放，而在各排放点又设有自动监测器，用以监测、记录排放浓度与体积，若万一发生超出限值之情况，会立即发生警告信号并自动关闭阀门停止排放。而为评估排放物对附近民众造成之辐射影响，必需由排放点侦测到排放核种、活性、大气及海流扩散数据，并考虑环境中各种可能对人体造成辐剂量之途径（如饮食、呼吸、海边游憩等），代入计算机程序计算厂界最大个人民众剂量。表5为80年核能电厂外释量及民众评估结果，均合于法规限值。
表5 81年核能电厂外释量及厂外最大个人剂量评估结果
厂 别
第一厂
第二厂
外释量及法规限值
外释量
法规限值
剂 量
外释量
法规限值
剂 量
气体废料 外释量（居里）
氚
17.9
42.0
0.0448
47.7
76.0
0.0578
微粒
0.0022
0.28
0.0004
0.0033
放射性碘
0.0988
4.80
0.00003
2.0
惰性气体
2680
16000
3406
13400
液体废料 外释量（居里）
氚
41.3
N/A
0.017
107
N/A
0.0647
其它
0.0918
10.0
0.467
10.0
注：1.外释量及法规限值单位：居里／年
2.LDD：仪器的最低可测敏度。
3. N/A：表示没有资料。
4.剂量单位：毫仑目／年
5.剂量限值：气体＜10毫仑目／年（全身），液体＜ 6毫仑目／年（全身）
非放射性环境影响监测
核能电厂运转中产生清洁剂、杀生剂、废油、酸碱化学液等非放射性废液，以及冷却汽汔涡轮水蒸汽之温排水，都必须在符合法规限值的状况下才可排至厂外海域，而附近之环境监测作业，除由台电公司自行监测并定期提报主管单位外，原能会亦委托中央研究院国际环境科学委员会中国委员会于电厂运转前五年，即进行核能电厂附近海域生态之调查研究，研究项目包括水质、水温、浮游生物、底栖生物、鱼类、珊瑚、海潮流、进水口对海生物吸入及撞击作用、渔场经济效益等，历年调查结果除七十六、七十七年夏季核三厂出水口附近小湾区珊瑚小部份因水温过高而白化外，并未发现电厂运转对附近海域生态造成不良影响。
表6 一般核能电厂环境辐射侦测计划项目概要
项目
对象
频次
侦测地点
侦测方法
备注
环境直 接辐射
剂量率
连续
4
碘化钠侦检器 游璃腔侦检器
累积剂量
每季
20
热发光剂量计
陆
地
样
品
空浮微量
每 周
5
核种分析*
水 样 **
每 季
5
核种分析*
牛 奶
视需要而定
1
碘131分析
表面土
土壤、草样
每 半 年
4
核种分析
岸 沙
每 半 年
3
核种分析
农产品
叶菜类
收 获 期
3
核种分析
根菜类
水
落尘、雨水
每 季
1
核种分析
落尘、雨水
每 月
1
水盘法等
海域 样品
海 水
每 季
3
核种分析
排水口附近
海产生物
每 季
1
核种分析
鱼、贝类
指针生物
每 季
1
核种分析
海澡类
气
象
气 温
连续
1
风 向
风 速
雨 量
*核种分析原则上以仪器分析为主
** 包括饮用水、河川水、地下水等
二、石油炼制对环境之影响
石油为台湾地区主要使之能源，在石油生产过程中，从探勘、炼制到输储，免不了会产生废水、废气、噪音及固体废弃物等，但这些污染物可经由制程改善及环保科技来使其降至最低的程度，兹将各类污染之来源、种类、对环境可能之影响及改善措施等略述于下：
（一）废气：
１．来源：在石油生产过中，废气可归纳为固定与逸散性两大类。固定污染源如：燃烧过程、炼制程序及废气燃烧塔因停电、跳机，无法完全燃烧而排放之黑烟。而逸散性污染源，则系来自储槽油气之挥发，设备、管线、阀、泵、压缩等之泄漏及由废咸液逸出等。
２．废气种类：碳氢化合物、二氧化硫、氮氧化物、臭味、一氧化碳、黑烟等。
３．对环境之影响：二氧化硫及氮氧化物在大气中经氧化作用，再与水气结合，产生酸雨。而碳氢化合物及氮氧化物经过一连串化学反应产生臭氧及过氧化物等，将可能生成光化学烟雾。此外，制程中产生之臭味及挥发性有机物，不论是对嗅觉或人体健康均可能会造成不适之感。
４．处理措施：?降低硫氧化物之排放：提高燃用几乎不含硫份之液化天然气之比例，燃油部分则燃用含硫量较低之燃料油，以从根本上来减少硫氧化物之排放。?削减氮氧化物之排放：装设低氮氧化物燃烧器，锅炉加装排烟脱硝设备，加热灯及焚化炉加装触媒脱硝设备。?烟尘排放系统安装静电集尘器，减少烟尘之排放。?制程中减少排气。?兴建地面式废气燃烧系统及废气回收设备，以改善废气燃烧塔之火光及噪音对附近居民之干扰。?加强逸散性气体管制：轻质油料以内浮顶式油槽储存，安装油气回收设备，采取密闭式取样系统，提高凡而、泵浦、轴封品质。?建立环境空气品质监视系统，设立监测站及监测网络系统并予计算机联机，将污染浓度及总量予以统计，以作为环境品质管理之依据。
（二）废水：
１．废水来源包括：贮槽、设备、管路泄放与清理、精炼过程所排放之废水：此外，尚有锅炉、冷却水塔、再生排放水、洗地水、卫生污水及雨水等。
２．废水污染物种类：石油炼制业废水之主要成份为油脂、废碱、硫化物、酚类与挥发性有机物等。
３．对环境之影响：未经处理之废水、可能会污染河川及海洋，影响鱼类生存；排放至水源则可能对人体健康造成影响；产生臭味，则可能影响游憩。
４．处理措施：工场生产所产生之废水，于放流前皆先经一级及二级处理，一级处理即以API与CPI油水分离池、空气浮选设备，以凝结剂处理等方法使油水分离；二级处理即生物活性污泥处理池或旋转生物膜盘（ RBC）和曝气池等设备
处理废水中之有机物，以降低排放水中化学需氧量。经过二级处理后之废水，再经过废水快速凝集沈淀设备，去除其浊度，使其透视度大于二十以上，并经过自动监测系统，确定其符合放流水标准后，始予排放，而部份经过二级处理之较清洁废水，还可依其特性以活性碳、逆渗透膜法、电解法等对废水进行回收再利用之处理。为了减轻暴雨时废水处理场之负荷量，建立暴雨截流系统，以使废水与雨水分开处理排放。
（三）噪音：
１．噪声源：包括加热炉、转动机械、压缩机、高压蒸气管线、废气燃烧塔及冷却塔等。
２．对环境之影响：影响厂区邻近地区居民之安宁及厂区内作业员工之听力及生活之舒适性。
３．改善措施：?在新建工程规划阶段，要求新工场必需采用低噪音设备。?测量作业区噪音程度以了解噪音分布情况。?依等音图制定高噪声源，再根据噪声源之特性，研议不同之改善措施与对策。一般采用降低噪音之方法包括隔绝振动，消除音源、消音包覆或噪音吸收、设置隔音墙等方法。例如：加热炉用消音格隔绝噪音可减少十分贝；蒸气排放管添加消音器，转动机械，压缩机加隔音罩，管线加保温消音材料，可降低噪音五～十分贝。?在厂周界及厂外设置噪音监测站，以确实了解噪音分布状况，对作业区与邻近居民生活品质之影响程度，以作为研拟改善略之参考。
（四）固体废弃物
１．来源：炼制过程所产生之废触媒、芳香烃工场过泸用之白土，清洗油槽时产生之油泥及废水处理场产生之污泥。
２．固体废弃物种类：主要有废触媒、聚合物、油泥、废污泥、废白土等。
３．对环境之影响：未经适当之处理（焚化、固化、合格掩埋等），固体废弃物可能会污染土壤或地下水，造成二次污染。
4. 处理措施：主要处理方法采焚化处理及封闭掩埋，在选定处理方法之，前应先对固体废弃物之特性分析建档，再根据固体废弃物之特性选择适用之焚化处理法，以达减量并使废弃物安全及稳定化之目的。对掩埋场应建立地下水污染防治监测系统，以避免二次污染。
三、油料输储中对环境品质之影响
（一）加油站所需之散装轻质油料，均由油罐汽车于各油库灌装后运送到加油站，利用重力方式卸入加油站地下油槽，然后各加油站使用加油机将油料从地下油槽抽出，灌入客户车辆油箱内。汽油为高度挥发性油料，在输储、卸油及加油过程中，均会产生油气之逸散，除会造成油料之损失外，并影响空气品质。但中油以一系列密闭式之油气回收处理作业来避免输储及销售过程中油气之逸散。包括：?加油站之油罐车卸油作业之油气回收。?油库灌装油罐车作业之油气回收。?加油鎗油气回收等。
（二）油料在海上输送途中，偶因意外，而发生漏油情况，漏油除了会影响海洋生态环境外，也会影响海面的观瞻，而无法作游憩之用。对海面油污紧急处理措施如下：
１．港内码头油污之处理：?平时油输靠泊港内码头时，皆以栏油栅（Oil Boom）围住船身四周水面，若遇有油管破裂时，因漏出油料不佰太多，会被限制在拦油栅内。先用浮油回收器（ Skimmer）或吸油泥车回收浮油，然后再用除油剂清除油污。?若遇有油轮因重大事故，而发生大量漏油，则动用所有设备器材及物料，先用拦油栅（Oil Boom）加围多层或将漏出油料围堵，局限在一处或数处，然后以浮油回收器回收至油驳，同时也以吸油棉从岸旁吸收，最后仍以除油
剂来彻底清除油污。
２．外海油污之处理：?外海浮筒系泊油轮时，单点浮筒上，油轮随潮流风向而运动，况而外海浪大，无法和港内码头靠泊油轮一样用拦油栅围住船身水面。?若遇有油管破裂之情况，其所漏出之油料不会太多，可由工作船用除油剂喷洒以清除海面油污。?若遇有油轮因重大事故而产生大量漏油，则调用该单位所有的拦油栅、浮油回收器、油驳或者小油轮、除油剂，前往回收处理。若情况严重，则中油公司高总厂、台营总处或海探处可出动互相支持。
四、能源污染之防治及技术
台湾地区空气品质普遍不佳，其主要原因为机动车辆和工业制程使用大量能源。化石燃料之燃烧产生大量污染，民国八十一年我国化石燃料能源消费占总能源之 72%因此如何做好化石燃料的污染防治工作便特别重要：
（一）引进及产制高品质清洁能源：
１．为降低煤炭及石油等高污染性化石能源使用，已订定一系列燃气电厂计划，各炼油厂亦提高液化天然气使用比率。八十一年进口液化天然气约 164万公吨，较七十九年之 65万公吨增加2.5倍，除供发电外并供家庭及工商业使用。
２．为推广工业用户使用天然气，订定「工业用天然气管线补助费计收办法」减轻用户使用或改用天然气之费用。
３．中油公司积极改善汽、柴、燃料油品质以改善环境，减少空气污染。
４．太阳能热水系统推广奖励办法已于八十年底届满，现继续推广装置太阳能集热器，藉以节省化石燃料使用量，进而减少污染。
（二）推广高效率燃烧设备，降低污染物排放量，辅导工厂加强防治污染。
（三）能源污染防治技术：
１．低污染燃烧技研究本研究所包含的燃烧技术范围，主要包括：?发展高效率低污染燃烧器；及发展先进的燃烧后处理除 NOx技术。
２．各型燃烧炉燃烧技术改善研究
3．煤炭燃烧之烟道气处理技术
在工业化国家，烟道气除硫，已广为燃煤锅炉用以降低 ＳＯ2的排放；但在台湾仍在研究阶段。在八十一年度的计划中，为确实建立湿式 FGD技术及整体技术的完整性，将进行各种添加剂的测试，以及抑制氧化程序研究。
５．废弃物能源利用技术开发
台湾地区每年有大量的农工废弃物，可作为能源用途而未加以利用。其中包括稻谷每年约30万吨、木屑每年约20万吨、石油焦每年约34万吨，以及未来大量的下水道污泥及工业废水污泥。
第四节 台湾地区能源政策
一、能源政策：
台湾地区能源政策系政府基于国内能源供需特性及世界能源发展情势，于民国六十二年订定，其间历经两次能源危机，于六十八年及七十三年二次修正，近年来又电力需求迅速成长及能源对环境的影响如温室效应、酸雨等问题已为国际间所关注，于七十九年经行政院第三次修正，其主要内容如下：
（一）确保能源稳定供应
1. 加强整体能源规划，订定中、长程能源供需计划及应变计划，以配合国家整体发展之需要。
2. 初级能源之来源应力求分散，种类应力求多元化，并应有适当之配比，同时应维持适当安全存量。进口能源应争取长期稳定之供应，其运输应维持适当之自运率。
３．继续国内外油气之探勘与开发，鼓励投资油气矿藏，俾掌握油气来源，并加强油气卸运储及输配设施。
4. 继续扩大进口液化天然气，除供应住宅、商业及工业外，共充分供应发电所需燃料。
1. 促进海外煤矿之探勘与开发，并鼓励投资煤矿，加强进口煤卸运储设施。本地区煤矿之开采，确实维护矿场安全，并重视其经济效益。
６．电力之供应应考虑安全性，兼顾环保及经济，电源应有适当配比，电力系统应有合理备用容量，并应加强电力调度及输配电设施，以提高供电品质。
７．确保核能运转及核废料处理安全，继续发展核能发电，并加强国际合作，掌握铀源，以稳定核燃料之供应及力求技术之转移与自主。
８．健全能源事业管理法规，以建立公平合理之自由化环境，促进能源事业之健全发展。
（二）促进合理能源价格
１．各种能源价格之订定应反映成本，兼顾能源节约、环境保护及经济发展需要，并维持适当结构。能源公用事业在合理经营下，宜维持适度之投资报酬率，以取得长期发展所需资金。
２．石油产品及天然气价格参其相互替代性及所含热值而订定。
３．电力价格结构，应反映不同时间、不同季节之供电成本，鼓励离峰用电，促进负载均衡；并建立电力收购制度，以促进能源开发及有效利用。
（三）提高能源使用效益
１．改善工业结构，提高能源生产力，对于能源密集工业不鼓励；协助厂商加强能管理，推动设置高效率及省能设备，并建立工业制程能源使用效率规范，提供节约能源技术服务，以促进能源有效利用。
２．发展都市及城际间大众运输系统，并继续推行车辆耗能管理制度，以促进省能交通之发展。
３．订定建竽物及各种能源设备与器具之能源效率标准，推行能源效率标示
制度，并定期检讨修正。
（四）防治能源污染环境
１．能源之探勘、开发、生产、运储及使用过程中，应力求维护自然景观，保持生态平衡；并加强能源废弃物之处理及回收，以减少对环境之污染及节约能源。
２．积极引进及产制高品质之清洁能源，并推广利用。
３．推广采用高效率之燃烧及污染防治设备，积极降低能源利用之污染排放，以减缓温室效应及酸雨等全球环保问题。
（五）加强能源研究发展
１．积极研究发展%8
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