环境系统

环境系统的范围可以是全球性的，也可以是局部性的，例如一个海岛或者一个城市都可以是一个单独的系统。全球系统是由许多亚系统交织而成，如大气-海洋系统、大气-海洋-岩石系统、大气-生物系统、土壤-植物系统等等。局部同整体有着不可分割的关系，如果区域性变化积累起来，也会影响全球，例如热带森林因为滥加采伐,面积日益缩小，将影响全球气候。

环境系统是环境各要素及其相互关系的总和。环境系统的范围可以是全球性的，也可以是局部性的。环境系统各要素之间彼此联系、相互作用，构成一个不可分割的整体。环境系统是一个开放系统，但能量的收入和支出保持平衡，因而地球表面温度恒定。环境系统在长期演化过程中逐渐建立起自我调节系统，维持它的相对稳定性。所有这些都是生命发展和繁衍必不可少的条件。

地球表面各环境要素及其相互关系的总和，构成地球环境系统。地球环境系统中，各种物质之间，由于成分不同和自由能的差异,在太阳能和地壳内部放射能的作用下,进行着永恒的能量流动和物质交换。各种生命元素如氧、碳、氮、硫、磷、钙、镁、钾等在地表环境中不断循环，并保持恒定的浓度。所以地球环境系统是一个动态平衡体系，有它的发生、发展和形成历史。地球环境与原始地球环境有很大的差别。各种环境因素彼此相互依赖，其中任何一个因素发生变化便会影响整个系统的平衡,推动它的发展，建立新的平衡（见环境演化）。

环境因素包括非生物的和生物的。非生物因素有温度、光、电离辐射、水、大气、土壤、岩石以及其他如重力、压力、声音和火等。生物因素是指各种有机体，它们彼此作用，并同非生物环境密切联系着。环境系统实际上是一个不可分割的整体，但通常把地球环境系统分为大气圈、水圈、岩石圈（或土壤－岩石圈）和生物圈。在这些圈层的交界面上，各种物质的相互渗透、相互依赖和相互作用的关系表现得尤其明显。

原始人作为环境系统中的一个组成部分，对环境的影响并不比其他动物大。随着劳动工具的改进，特别是火的发现和利用，人类开始对环境产生重大影响。在更新世时期许多大型哺乳动物的灭绝与人类的滥行捕杀有关；撒哈拉沙漠在冰期后的扩大同过度放牧有关；有人认为非洲稀树草原也可能是原始人年复一年纵火烧荒的结果。在人类历史上，由于人类不合理利用自然而引起自然无情报复的例子是不胜枚举的。随着技术的进步，人类对环境的影响愈加深刻。例如，受利益因素影响，海南原始生态林遭到破坏的情况时有发生，生态系统变得脆弱不堪；物种生长环境退化，生物种群数量及分布也会随之发生变化；人口增长、污染物大量排放、水土流失和海岸侵蚀的加剧，致使局部区域的环境质量呈下降趋势；而人为的乱捕滥猎、乱砍滥伐，也危及了生物物种安全。

当前人类活动所引起的全球性环境问题主要有下列几个方面：

①天然生态系统的逐渐消失，代之以人为的农业生态系统。少数几种作物代替多样化植被。野生动物大量灭绝，生态系统简化。人类愈来愈借助化肥和农药来维持农业生态系统的稳定，给生态系统带来严重后果。

②城市的增多和扩大，工业交通的发展，使农业用地面积逐渐缩小，环境污染问题日趋严重。

③土地利用不合理，加剧了土壤侵蚀，土壤肥力下降。全世界沙漠化土地面积在不断扩大，随着热带雨林面积的减少，全球气候将起重大变化。

④矿物燃料的燃烧和森林的减少，使大气层中CO₂含量正在增长,将产生难以预料的气候变化。

⑤人类对地壳内部金属矿产的开采、利用和弃置，最终将造成 这些金属元素在地表环境中浓度的增高。这些金属元素有不少对有机体是有毒害的，如汞、镉、铅等。它们通过食物链危害生态系统。

这些改变，其中多数是不可逆的，如野生动物的灭绝和地表重金属元素浓度的增加；有的则需要较长时间才能复原，如植被和土壤。

从环境系统演化历史来看，旧平衡的破坏，新平衡的建立是历史发展的正常规律，环境系统始终处于动态平衡之中。人类为谋求生存和发展，就会不断改造自然，打破原有的平衡，并企图建立新的平衡。但人类在改造自然的过程中，常常由于盲目或受到科学技术水平的限制，未能收到预期的效果，甚至得到相反的结果。一种设计往往对此地有利，而对另一地方有害；或者是短期有利，长期不利。例如英、德等国利用高烟囱扩散工业废气二氧化硫(SO₂)，结果SO₂飘送到斯堪的纳维亚半岛，并与雨水结合形成酸雨，严重危害当地生态系统。当前人类还未弄清楚自然界各种复杂因素之间的相互关系，因此对于一些巨大的改变自然的工程，如水库的建造，河流的改道，大面积的垦荒，工业和交通建设等等，都要谨慎从事，考虑到各种可能发生的后果，作出环境影响评价。

合理利用和改造人类环境，防止不良后果，要做好环境系统的研究。研究重点是：①存在于各环境因素之间，各圈层之间，有机界与无机界之间的相互作用，能量的流动，物质的交换、转化和循环。②环境系统中的平衡关系，反馈机制，自我调节能力，环境容量，环境系统的稳定性和敏感性。③人为活动对环境的影响。这些研究，涉及许多学科领域，也是环境科学的中心任务之一。 2100433B

环境系统是具有一定调节能力的系统，对来自外界比较小的冲击能够进行补偿和缓冲，从而维持环境系统的稳定性。

环境系统的稳定性在很多情况下取决于环境因素与外界进行物质交换和能量流动的容量。容量愈大，调节能力也愈大，环境系统也愈稳定；反之，就不稳定。在地球环境系统中，海洋、土壤和植被是最巨大的调节系统，对于维护环境系统的稳定有巨大作用。海洋的巨大热容量,调节着地表的温度,使之不致发生剧烈变化。海洋又是二氧化碳(CO₂)的巨大储存库。海水中CO₂与大气中CO₂ 进行交换,处于动态平衡，因此海洋能使大气中的CO₂ 的浓度保持稳定,从而保持地表层热量的稳定（见环境热学）。土壤是陆地表面的疏松多孔体，又是一个胶体系统，对于植物所需的水分和养分有强大的吸收和释放能力。表土一旦丧失，土地肥力就急剧下降。植被通过根系和残落物层吸收水分和叶子的蒸腾作用，调节地面水分和热量，使气候稳定。在生态系统中，构成群落的生物种类愈是多样化，食物链和食物网愈复杂，生态系统也就愈稳定。由此可见，任意缩小水面，滥事垦殖，毁坏植被，消灭野生生物或任意引进新种，就会破坏环境中的稳定因素，降低环境抗御自然灾害的能力。

环境中也存在着某些不稳定因素，对外来的影响比较敏感。在一定的条件下，某个关键性因子发生小的变化，可能触发内在的反馈机制,引起一系列链式反应,对整个环境系统造成无法挽救的严重后果。例如，极地海冰就被认为是一个不稳定因素，因为它有巨大的反照率，吸收阳光的能力比陆地和海洋小得多，对温度变化很敏感。如果温度稍微降低（特别是夏天），海冰面积便会向赤道方向扩展。海冰面积的扩大，又将反射更多的阳光，使地球接受的热量减少。如果地球进一步降温，海冰面积就继续扩展，直到赤道为止。

至今为止，人类还未完全了解环境系统中许多错综复杂的机制，还未能建立精确的模式来揭示环境因素间的微妙平衡关系。人类仍然自觉与不自觉地不断破坏环境系统的平衡。例如人们在使用氯氟烃（通称氟里昂）时，没有想到它会破坏大气臭氧层的稳定，这个问题直到70年代中期才引起注意。

环境系统和生态系统两个概念的区别是：前者着眼于环境整体，而后者侧重于生物彼此之间以及生物与环境之间的相互关系。环境系统和人类生态系统两个概念相近似,但后者突出人类在环境系统中的地位和作用,强调人类同环境之间的相互关系。环境系统从地球形成以后就存在，生态系统是生物出现后的环境系统，而人类生态系统一般是人类出现后的环境系统。

环境系统概念的提出，其意义是把人类环境作为一个统一的整体看待，避免人为地把环境分割为互不相关的支离破碎的各个组成部分。环境系统的内在本质在于各种环境因素之间的相互关系和相互作用过程。揭示这种本质，对于研究和解决当前许多环境问题有重大的意义。

本书系统收集、归纳、整理了现有的常用环境系统工程方法，包括环境系统评价方法、环境系统模拟仿真方法、环境系统规划方法、环境系统决策方法、环境系统设计方法、环境系统管理方法等。此外，针对每一种方法，本书均提供了典型的案例，并对其进行分析总结，以加深读者对这些方法的理解，增强解决实际问题的能力。

本书可作为环境及其相关专业本科生、研究生的教材，也可作为从事环境领域相关工作人员的参考书。全书统稿与校对工作由曾维华、刘静玲、彭斯震、霍竹和时京京共同完成。

第一章 环境系统；第二章 景观环境系统与设施；第三章 景观环境设施设计。结束语。2100433B

《环境系统工程概论》从构建环境系统工程体系出发，提出环境系统工程 框架体系，以环境标准体系为主，围绕环境达标，通过环境监测体系、环境信息体系，环境法律体系，环境技术体系、环境经济体系、环境产业体系等环境系统工程体系的建立，采取综合手段解决环境问题，实现环境管理从单纯依靠行政手段向依靠经济、技术、法律和必要的行政手段等转变。

狭义上讲，环境系统工程体系主要由标准、监测、信息、法律、技术、经济和产业等七个部分组成。标准是衡量一切工作结果的依据，是可核查和检测的指标。环境保护的一切工作是为了环境各项指标达到标准，尤其要管理好国家和行业标准，增加、补充和完善地方标准、企业标准和环保设备标准。监测是环境保护的最基础性工作，也是最具环境保护行业特征的事业，必须加强环境监测基础能力建设，尤其是大江大河、重点污染源排污口的监测厂房、道路等基础设施建设，通过对例行监测数据的分析比较以及在此基础上的预警体系管理，始终掌握环境质量和污染排放的动态信息，始终处于主动应对的工作状态。通过经济手段特别是法律法规赋予环境保护部门排污收费、违法处罚的权利，以及环境保护专项资金分配等手段，努力改变守法成本高、违法成本低的恶性循环局面。改革开放初期，引进大量的国外技术与设备，扩大了外需，但使我们的内需、就业和税收减少了，我们应该积极而不是消极地将环境保护的投入作为重要的产业来对待，它同样也拉动内需、带动投资、促进就业、增加税收等，应该通过加强环境保护，培育和发展环境保护产业，通过集成创新、引进消化吸收再创新等手段，大力发展壮大环境保护产业，发展壮大环境装备制造业。

环境系统工程既是一个方法学，也是一个实践手册，它引导我们运用系统工程原理，采取综合手段解决环境问题。实际上也是一个环境保护集成创新的理论与实践方法。