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第一节 人类与环境
一、环境的概念
环境(environment)是指人类赖以生存与发展的全部条件的总和。环境不仅为人类生命活动提供了一切必要的物质基础,同时还为人类在智力、道德、社会和精神等方面的发展提供社会基础。通常,可将环境分为自然环境和社会环境。
自然环境是指围绕着人群的空间中可直接或间接影响人类生产和生活的一切自然形成的物质及其能量的总体,自然环境包括大气圈、岩石圈、水圈以及生物圈。根据自然环境与人类活动的关系,自然环境又可分为原生环境和次生环境。原生环境(primitive environment)是指天然形成的、未受或少受人为因素影响的环境,如人迹罕至的高山荒漠、原始森林、冻原地区及大洋中心区等。随着人类活动范围的不断扩大,原生环境正在日趋缩小。次生环境(secondary environment)是指在人类活动影响下形成的环境,也称为人为环境。人类在改造环境的活动中如能重视环境中的物质和能量的平衡,就会带来良好的影响,使次生环境优于原生环境,从而促进人类的健康,否则就会使次生环境的质量恶化,对人类的健康受到严重的不良影响。
社会环境是指人类在自然环境的基础上,通过长期有意识的社会劳动所创造的人工环境。社会环境对人类的生存发展有着重大影响,是人类精神文明和物质文明发展的标志,同时又随着人类文明的进步而不断地丰富和发展。
二、构成环境的因素
人类的环境主要是指包括空气、水、土壤、食物及生物在内的生活和生产环境,以及与其有关的社会环境。构成环境的主要因素按属性可分为生物、化学、物理和社会心理因素。
(一)生物因素
整个自然环境是一个以生物体为主的有机界与无机界构成的整体。与人类健康关系密切的生物因素主要有微生物、寄生虫、支原体和原虫等。病原微生物引起的霍乱、伤寒等烈性传染病,曾在一段时间内严重威胁着人类的健康。近些年来,艾滋病、疯牛病、传染性非典型肺炎、禽流感、埃博拉与西尼罗病毒感染和大肠埃希菌O157感染,以及猴痘等一些新发传染病在世界上不断出现,人畜共患疾病也通过各种途径频频突袭人类。上述事件都提醒人们生物因素在致病过程中的重要性。
(二)化学因素
自然环境中的化学物质组成比较稳定,这种相对稳定的环境是保证人类正常活动的前提。但由于人为的或自然的一些原因,可能使空气、水、土壤及食物中的化学组成发生变化。如各种燃料燃烧后排放的废气中含有大量的二氧化硫(SO 2)、一氧化碳(CO)等气体,可使空气中这类气体含量增高;含汞和砷等工业废水污染水源,可使饮水中汞、砷的含量增高;用含镉废水灌溉农田,通过生物富集作用可使大米中镉的含量显著增高。除人为的活动外,一些自然现象,如地震、洪水以及风暴等自然灾害,也可使局部地区环境的化学组成发生巨大变化。若人们长期过量接触这些化学污染物,可造成急、慢性化学性中毒或潜在性危害。
(三)物理因素
环境物理因素包括温度、湿度、气流、气压、热辐射、噪声、振动、电离辐射和非电离辐射等。这些物理因素均与人类健康密切相关,有些是人类生存的必要条件,如充足的阳光和适宜的气候是人体生理活动所必需的外部条件。但当环境物理因素的强度过高或过低时,将会造成污染或异常。例如,使用机械与交通运输工具产生的噪声、振动,使用无线电通信设备产生的电磁辐射,核试验、核泄漏、原子能工业中核应用导致的放射线等,在一定条件下均可危害机体健康。
(四)社会心理因素
人类生活在社会环境中,社会的政治、经济、文化教育、科学技术、宗教信仰、风俗习惯、生活方式、卫生服务以及人口因素等不仅与人类生活和健康息息相关,而且各因素之间又互相影响。社会因素对人类健康的影响不是孤立的,往往通过影响人们的生活、生产环境而影响人类的健康,更重要的是通过影响人们的心理状态而对人类健康造成影响。
三、生态环境
(一)生态系统及其组成
自然界中任何生物群落都不是孤立存在的,生物群落之间相互渗透、相互依赖并相互作用。生态系统(ecosystem)是指在一定空间和时间范围内,由生物群落及其生存的环境所构成的具有物质、能量和信息流动的功能系统,是生物与环境之间进行能量转换和物质循环的基本功能单位。生态系统是一个复杂的、具有独立生物功能的生物环境体系,一般是由生产者、消费者、分解者和非生物环境四大要素所组成。生产者主要指绿色植物,也包括蓝绿藻和一些光合细菌,是能利用阳光和无机物质合成有机物的自养生物。生产者在生态系统中起主导作用。消费者是指依靠摄取其他生物为生的异养生物。生产者和消费者的残骸均被分解者(如微生物)分解为无机元素,供生产者再次利用,进入新一轮循环。非生物环境(空气、水、土壤等)为各种生物提供了赖以生存的必需条件,与生产者、消费者和分解者存在广泛的联系。
(二)生态平衡
在一定时间内,生态系统中的生产者、消费者和分解者之间,生物群落与非生物环境之间,物质、能量的输出和输入,生物学种群和数量,以及各数量之间的比例,始终保持着一种动态平衡关系,称之为生态平衡(ecological balance)。生态平衡是生物维持正常生长发育、生殖繁衍的根本条件,也是人类生存的基本条件。如果生态系统受到外界干扰超过其本身自动调节的能力,会导致生态平衡的破坏。破坏生态平衡的因素有自然因素和人为因素。自然因素如水灾、旱灾、地震、台风、山崩以及海啸等。人为因素则包括盲目开荒、过度砍伐森林,过度开发水力资源,滥捕、滥杀野生动物,生产和生活活动产生的大量废气、废水、垃圾的不断排放等,这些均可导致生态平衡失调。人类可以利用自然环境,但是人类不可能脱离自然环境而存在,必须与整个生态系统的其他部分保持动态平衡才可求得自身的生存和发展。
(三)食物链及生物放大
生态系统中一种生物被另一种生物所食,后者再被第三者生物所食,彼此形成一个以食物连接起来的链锁关系,称为食物链(food chain)。物质、能量和信息沿着食物链由无机界向生物体、一种生物体向另一种生物体转移,实现了物质、能量和信息从无机界到有机界,又从有机界到无机界的循环过程。在生态系统中,食物链是维持生物种群间物质和能量流动的渠道和纽带。
食物链可影响环境中物质的转移和蓄积。环境中某些污染物可通过食物链的延长和营养级的增加在生物体内的浓度逐级增高,使高位营养级生物体内浓度高于低位营养级生物体内浓度,称为生物放大作用(biomagnification)。如发生在日本的水俣病,当时水俣湾海水中汞含量是1.6~3.6μg/L,经过多级生物放大后使鱼体内浓度达到0.02~5.2mg/kg,最高可达40mg/kg。生物放大作用缩短了环境与人之间的距离。环境中有机氯农药DDT也可通过食物链产生生物放大作用(图1-1-1)。
具有生物放大作用的环境污染物必须具备下述条件:①环境化学物质易被各种生物体吸收;②进入生物体的环境化学物质较难分解和排泄;③污染物在生物体内逐渐积累时,尚不会对该生物造成致命性损害;④生物放大通过食物链进行。
四、 人类与环境的关系
环境为人类提供生命物质和生活、生产场所,人类在生存、进化和发展过程中,依赖环境、适应环境并改造环境,人类与环境构成了既相互对立、相互制约又相互依存、相互转化的统一体。
(一)人与环境的统一性
在人类生态环境中,人与环境之间不断进行着物质、能量和信息的交换。环境和机体之间进行的物质与能量的交换以及环境中各种因素对人体的作用,形成了人体与环境间的生态平衡。这种人体与环境间的平衡性和统一性的最好例证是人体血液与地壳中矿物质含量的相关性。英国科学家Hamilton调查了220名英国人血液与当地地壳中矿物质的含量,发现人体血液中60多种矿物质与地壳中的含量呈明显的相关性,说明人与环境的高度统一性(图1-1-2)。
(二)人体对环境的适应性
在人类长期进化发展过程中,人体对环境的变化具有一定程度的适应和防御能力。当环境因素可能对机体产生不利影响但又无法改变时,人体可通过生理生化的调节机制,动员机体的防御系统与这些不利的环境因素保持平衡状态。如人初次进入高原环境,机体从空气中吸入的氧远远低于平原地区,但机体可通过神经体液调节,使体内红细胞和血红蛋白代偿性增加,保证机体的内环境与外界环境相互适应,并得以继续生存和发展。
图1-1-1 DDT在食物链的生物放大作用
图1-1-2 60多种元素在人体血液中含量和地壳中丰度的相关性
机体对环境变化的适应能力是有一定限度的。当环境因素作用强度过大或环境中存在大量的污染物,超出机体的适应能力时,机体的适应机制就会遭受破坏而出现有害的健康效应。如果环境条件发生剧烈的异常变化(如气象条件的剧变),超过了人体正常的生理调节范围,也会引起人体某些功能、结构异常反应,使人体产生疾病甚至导致死亡。
(三)人与环境的相互作用
环境因素对机体健康的影响具有双重性。例如,适量的紫外线具有生成维生素D、抗佝偻病和增强机体免疫力的作用,但过量、长期的紫外线照射则可致皮肤癌和白内障发生。在进化发展过程中,人类不是被动地依赖环境和适应环境的变化,而是充分利用环境中的有利因素、避免不利因素,主动地依赖于环境、适应环境、改造环境,创造更加优美的环境条件,为人类造福。这是人类与其他动植物的根本区别所在。