食品环境学/杨春华/卓越工程师教育培养计划食品科学与工程类系列规划教材

**章 绪论 【内容提要】 本章主要介绍人类与环境的关系、环境科学与食品科学的交叉衍生、食品工业的可持续发展，以及食品环境学的研究内容、研究对象和研究方法。 【教学目标】 1.掌握人类与环境的辩证关系。 2.了解环境问题产生的原因。 3.熟悉世界公害事件。 4.理解食品工业可持续发展。 【重要概念及名词】 环境 环境问题 大气污染 环境科学 食品科学 可持续发展 **节人类与环境 环境是人类生存的必要条件，也是人类发展的根基。正如恩格斯指出的：“人本身是自然界的产物，是在他们的环境中并且和这个环境一起发展起来的。”人类与周边环境有着密切的关系，只有舒适的环境才能使人感到长久的舒畅，从而有益于身心健康，大大提高人们的工作效率与交际关系，能在各方面取得很好的成绩。这就犹如家庭布置，可以让人精神愉快，身心健康。 一、环境概述环境 （environment）是指生物有机体周围一切的总和，它包括空间及其中可以直接或间接影响有机体生活和发展的各种因素，包括物理、化学和生物环境。环境是一个相对概念，是相对于一定的主体而存在的，主体不同，环境的内涵也不相同。即使是同一主体，由于对主体的研究目的及研究尺度不同，环境的分辨率也不同（即环境有大小之分，如对生物主体而言，环境可大到整个宇宙，小至细胞、分子）。对于地球表面的动植物来说，整个地球表面就是它们生存和发展的环境；对于某个具体生物群落而言，环境是指所在地段上影响该群落发生发展的全部无机因素和有机因素的总和。环境既是相对的，又是具体的，即相对每个具体主体及研究对象，环境都有其特定的内涵。例如，以地球上的生物为主体，环境的范畴包括大气、水、土壤、岩石等；若以人为主体，还应包括整个生物圈，另外，除了这些自然因素，还有社会因素和经济因素等。 环境的一般含义是指特定生物体或生物群体所处的空间及对其生存产生直接或间接影响的全部外界因素的集合。在环境科学中，是以人类为主体的，在这里环境是指人类赖以生存和发展的物质条件的综合体，主要涉及地球表面与人类相关的各种自然要素及其总和。随着人类的发展，环境的范畴也会发生相应的改变，因此，我们要用发展的眼光来认识环境、界定环境的范畴。例如，《中华人民共和国环境保护法》所称环境是指：大气、水体、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、野生植物、水生物、名胜古迹、风景游览区、温泉、疗养区、自然保护区、生活居住区等。实际上，从环境的外延来说，所涉及的内容应该更多，范围应该更广。 人类生存环境包括自然环境和社会环境，它包容了人类以外的自然界中的一切事物。自然环境是人类生存的物质基础，包括空气、水、土壤、岩石、矿物、植物、动物、阳光、高山、森林、草原、海洋、江河、湖泊等要素。社会环境是人类生存的精神基础，它是在长期的自然环境中逐渐形成的，影响着人类的行为、思维、想象、风俗习惯、情绪、道德观念、法律意识等。 二、人类和环境的辩证关系 环境，除人以外的一切就是环境，每个人都是别人环境的组成部分。人类活动对整个环境的影响是综合性的，而环境系统也从各个方面反作用于人类，其效应也是综合性的。人类与其他生物不同，人类不仅仅以自己的生存为目的来影响环境、使自己的身体适应环境，还要为了提高生存质量，通过自己的劳动来改造环境，把自然环境转变为新的适合自己的生存环境。 人类诞生标志着人与环境、人与人、人与社会的关系形成，这三种关系错综复杂，沿着人类发展的历史轨迹交互作用。其中，人既是主体又是中心。伴随人的能动性的提高和创造力的发挥，人朝着自由而全面发展的历史趋势不断前进。至此，人与环境的关系问题也就成了永恒的话题，生态环境是人作为人类存在的物质前提，不仅为人类的发展提供所需物质资源，而且提供空间和机遇，人的发展离不开生态环境。 人类从外界环境获取物质和能量，经过一系列的新陈代谢，将废弃物排放到外部环境中。从环境的角度讲，环境给予人类需要的资源和能源，然后再分解净化人类排放的废弃物。因此，人类与环境密不可分。而且，从狭义角度讲，生命以蛋白质的方式生存着，并以新陈代谢的特殊形式运动着。从机体的新陈代谢过程，也可以看出人类与环境的关系是非常密切的。 人体通过新陈代谢和周围环境进行物质交换。物质的基本单元是化学元素。人体各种化学元素的平均含量与地壳中各种化学元素含量相适应。例如，人体血液中的60多种化学元素的含量和岩石中这些元素的含量有明显的相关性（图1-1）。从这里可以看出化学元素是把人和环境联系起来的基本因素。自然界是不断变化的，人体总是从内部调节自己的适应性来与不断变化的地壳物质保持平衡关系。 然而，人类在利用、开发生态环境时，一方面能使生态环境焕发生态之美；另一方面也能给生态环境造成巨大的破坏，带来严峻的生态危机，如环境污染、气候异常、自然资源枯竭、物种灭绝、植被破坏、人口膨胀等现象。目前，这些破坏已成为国际社会普遍担忧和共同关注的焦点。鉴于问题之严峻，人类也提出了各种解决之道，如“保护环境”、“可持续发展”等，各种措施依次产生，呈现一种扬弃的螺旋式发展态势。 图1-1 人体血液与地壳微量元素的相关性（杨忠芳，1999） 在长期的历史发展过程中，人类与环境之间形成了相互渗透、相互制约、相互依存、相互转化、对立统一的关系。这种关系往往是通过人类的生产和消费活动表现出来的。人类通过生产活动，不断从环境中获取物质、能量和信息，*后又将转化了的物质和能量排入环境，其中包含了大量的污染物。但因环境具有自净能力，即环境对人类生产、生活的排泄物具有容纳和清除的能力。这些复杂的相互作用使人类需要与环境供给、人类排放与环境自净之间保持着动态平衡，若这些动态平衡被破坏，即可造成环境污染，甚至导致环境质量恶化。 三、环境问题 当人类对环境的影响超过一定程度时，即人类向环境索取资源的速度超过了资源再生的速度，或者向环境排放废弃物的数量超过了环境的自净能力时，就会出现环境问题。 所谓环境问题，是指人类为其自身生存和发展，在利用和改造自然界的过程中，对自然环境破坏和污染所产生的危害人类生存的各种负反馈效应。人类环境问题按成因的不同，可分为自然的和人为的两类。前者是指自然灾害问题，如火山爆发、地震、台风、洪水、旱灾、沙尘暴、地方病等造成的环境破坏问题，这类问题在环境科学中称为原生环境问题或**环境问题。后者是指由于人类不恰当的生产活动所造成的环境污染、生态破坏、人口急剧增加和资源的破坏与枯竭等问题，这类问题称为次生环境问题或第二环境问题。由此可见，环境科学中着重研究的不是自然灾害问题，而是人为的环境问题即次生环境问题。由于环境是人类生存和发展的物质基础，环境问题的出现及日益严重，引起人们的普遍关注和重视，同时也促进了环境科学的发展。 环境问题的本质是发展问题，环境问题是在发展的过程中产生的，也必须在发展的过程中解决。 到目前为止，已经威胁人类生存并已被人类认识到的环境问题主要有：全球变暖、臭氧层的耗损与破坏、生物多样性减少、酸雨蔓延、森林锐减、土地荒漠化、大气污染、水污染、海洋污染、危险性废物越境转移等。 （一）全球气候变暖 全球变暖是指全球气温升高。近100多年来，全球平均气温经历了冷—暖—冷—暖两次波动，总的来看为上升趋势。进入20世纪80年代后，全球气温明显上升。据世界许多科学家预测，未来50～100年人类将完全进入一个变暖的世界。由于人类活动的影响，21世纪温室气体和硫化物气溶胶的浓度增加很快，使未来100年全球尤其是东亚地区和我国的温度迅速上升，全球平均地表温度将上升1.4～5.8℃。到2050年，我国平均气温将上升2.2℃。 由于人口的增加和人类生产活动的规模越来越大，向大气释放的二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、氯氟碳化合物、四氯化碳、一氧化碳等气体不断增加，导致大气的组成发生变化，大气质量受到影响，气候有逐渐变暖的趋势。据国外气象学家考证，近1万年以来，地球年平均气温的变化尚未超过2.0℃，但在*近的200年内，大气中的二氧化碳含量增加了40%，全球平均气温升高了1.5℃。全球气候变暖，将会对全球产生各种不同的影响，如海平面升高。此外，全球变暖还可能影响降雨和大气环流的变化，使气候反常，易造成旱涝灾害，这些都可能导致生态系统发生变化和破坏。 （二）臭氧层的耗损与破坏 在离地球表面10～50km的大气平流层中集中了地球上90%的臭氧气体，在离地面25km处臭氧浓度*大，形成了厚度约3mm的臭氧集中层，称为臭氧层。它能吸收太阳的紫外线，以保护地球上的生命免遭过量紫外线的伤害，并将能量存在上层大气，起到调节气候的作用。但臭氧层是很脆弱的，一些破坏臭氧的气体（如氟氯烃类），会和臭氧发生化学作用，臭氧层就会遭到破坏。臭氧层被破坏，将使地面受到紫外线辐射的强度增加。研究表明，紫外线辐射能破坏生物蛋白质和基因物质脱氧核糖核酸，造成细胞死亡；使人类皮肤癌发病率增高；伤害眼睛，导致白内障而使眼睛失明；抑制植物如大豆、瓜类、蔬菜等的生长，并穿透10m深的水层，杀死浮游生物和微生物，从而危及水中生物的食物链和自由氧的来源，影响生态平衡和水体的自净能力。 臭氧层破坏是当前全球面临的环境问题之一。自20世纪70年代以来就开始受到世界各国的关注。从1995年起，每年的9月16日被定为“国际保护臭氧层日”。 1985年，英国科学家首次发现，南极上空在9月至10月平均臭氧含量减少50%左右，并周期性出现，北极臭氧层耗损也很明显。2012年年末，南极臭氧空洞历史性的降至1989年来*小面积，2014年9月11日南极臭氧空洞达到了年度峰值。 臭氧层耗损对人类健康及其生存环境的主要危害是：大量的紫外线直接辐射地面，导致人类皮肤癌、白内障发病率增高，并抑制人体免疫系统功能；农作物受害减产，影响粮食生产和食品供应；破坏海洋生态系统的食物链，导致生态平衡破坏。 科学家认为，臭氧减少是由于人类活动向大气中排入氯氟烃（如氟利昂）和含溴卤化烷烃（哈龙）等气体引起的。氟利昂在自然界不会自己产生，而是人类在工业生产过程中制造、扩散出来的，多用于制冷装置的冷冻剂、气溶胶、有机溶剂和泡沫发泡。哈龙用于制作灭火剂。目前，我国及世界各国正采取措施，逐步淘汰氟利昂和哈龙等破坏臭氧层的有害物质。 一位美国的环境科学家曾预测：人类如果不采取措施，到2075年，全世界将有1.5亿人患皮肤癌，其中有300多万人死亡；将有1800多万人患白内障；农作物将减产7.5%；水产品将减产25%；材料损失将达47亿美元；光化学烟雾的发生率将增加30%。 （三）生物多样性减少 《生物多样性公约》指出，“生物多样性是指所有来源的形形色色的生物体，这些来源包括陆地、海洋和其他水生生态系统及其所构成的生态综合体；它包括物种内部、物种之间和生态系统的多样性”。生物多样性是不断变化的。近百年来，由于人口的急剧增加和人类对资源的不合理开发，加之环境污染等原因，地球上的各种生物及其生态系统受到了极大的冲击，生物多样性也受到了很大的伤害。有关学者估计，物种丧失的速度比人类干预以前的自然灭绝速度要快1000倍。在未来的20～30年之中，地球总生物的25%将处于灭绝的危险之中。世界上每年至少有5万种生物物种灭绝，平均每天灭绝的物种达140个。在中国，由于人口增长和经济发展的压力，对生物资源不合理利用和破坏，生物多样性所遭受的损失也非常严重，大约有200个物种已经灭绝；估计约有5000种植物在近年内已处于濒危状态，这些约占中国高等植物总数的20%；大约还有398种脊椎动物也处在濒危状态，约占中国脊椎动物总数的7.7%。中国的不少特有物种，如黑猩猩、蓝鲸、小熊猫、大熊猫、东北虎、华南虎、亚洲象、麋鹿、犀牛、藏羚羊、丹顶鹤、