工程生态学

发布时间：80年03月28日

В. Г. Гмошинский 编译甘信仁

社会和自然……今天，人类和周围环境的相互关系，不总是组织得令人满意，而且我们周围的空气、水、土壤都有污染，自然保护可以毫不夸张地叫做终身的课题。

地球的资源，现今已不能看作是无限的，经济中增添了以前没有利用的自然仓库的新成员。自然界的可能性往往已经不能满足人类的需要。干预自然过程的进程，有时会引起自然系统的严重变化。所有这一些都成了周围环境回复反应——周围环境对人的影响越来越明显，而且并不总是有利的原因。

在现代条件下，生态问题不仅是技术的、经济的和组织的，而且是社会的。分析某一社会对周围环境的关系，表明这种社会进步到什么地步。社会主义经济体系比资本主义优越的地方，在于社会主义建立了新型生产关系，最终能预先决定解决最复杂问题的新方法。

目前在试图研究估计周围环境污染度的方法论可能性，以及在进行这种估计时，试图预测使居住环境正常化的工程手段。从生物学角度研究居住环境，同时研究使居住环境正常化的手段，也许就可叫做工程生态学。但是说到全面决定此一研究方向的内容为时尚早，但可以提出工程生态学的实际定义。在现阶段，工程生态学理解为自然科学和技术科学结合点上的研究领域，其对象是估计生产工业化给自然界带来的危害程度，并且预测周围环境保护的技术 - 生物学手段。

整个说来，从地球上存在生合的角度来估计周围环境的污染度，可认为是最通用的方法。在这种情况下，应该把人看作本质上取决于其他一系列因素的生物群的许多因素之一，但现在就很难预见，例如若干种海洋浮游生物、海洋生物群食物链基础的死亡，给地球上人的存在带来多么严重的危害。遗憾的是，在我们知识的现代发展水平上，这种基本方法实际上是不可能的，因为我们没有关于众多机体自然联系的足够完整的数据，并且不善于估计这些数量联系。但是时间赶上了我们。生产的迅猛发展，人口的增加，自然资源藏量的减少等等，都要求迫切解决一系列同人们经济和技术活动的可能有害后果有关的实际问题。在这个意义上，作者把人规定为人类中心生态系统的中心。

生态学对象

社会学方面的人类中心生态系统，强调了人在保护周围环境中的责任。根据专家的意见，生态学对象依次排列如下：

1. 人 他同生物群的其他组成一起进入生态系统。在人类中心系统中，他自然排列首位。

2. 家禽和栽培植物 这一组包括哺乳动物、鸟、鱼、禾本科植物、园艺作物、人类专门培养的有益微生物等等。这些对象存在条件的形成，在很大程度上是靠人们目标明确的活动，它们或多或少和自然因素的作用无关。所以，确认这方面的破坏，是生物群破坏程度的间接证明。无需证明下列见解，即“家禽和栽培植物”保证养活人类的大部分。这就使我们把这个对象紧紧列在“人”之后。

3. 有经营价值的动物和野生植物 以某种方式用于人类经济活动的各种植物和动物，被联系在一起。在许多区域，它们形成了地区经济潜力，我们认为有可能将它们列为第三位。

4. 大批量生物群 它们没有被人类直接用于经济活动。该生态学对象的意义证明了这么一点，即如果从生物群中挑出大批量生物（没有直接被人用于经济活动），那么某一区域的生态条件因生物学平衡的破坏而会大大改变。例如若消灭麻雀，那么就有可能强烈损害栽培植物和野生有益植物，因为鸟可调节害虫数目。

5. 在人类经济活动中中立的小批量动植物 小批量动植物从生物群中消失，不大会破坏它的动态平衡。例如牛的消失，无疑是令人不快的事，但实际上不会影响人类的经济活动。

污染对象、来源和种类

环境污染是个复杂现象，以不同方式影响着生态学对象。生态学对象的新陈代谢过程，是在直接接触空气、水和土壤的情况下进行的。其实，它们同生态学对象一起，也形成了生物圈。在空气动力学、水文学、地球物理学和其他过程的作用下，空气、水和土壤发生了变化。由于人们的经济活动，以及不取决于人们的原因（火山爆发，木材腐烂，水库、河流和河口湾的淤积，野生动物尸体的分解等），它们受到了环境污染的影响。

但是，最近20 ~ 25年来，大大改变周围环境的主要原因，是出现了大量未分解的废物。它首先失去了生物学自净机理，似乎为直接毒害对人有益的生物学对象开辟了道路，与此同时为发展某些对人有害的原始生命形式（深绿色藻类，嫌气菌等）开辟了安全信号路。科学家正确地认为，化学纪元来代替污染生物圈的细菌学纪元了。

分析周围环境的污染过程，应该起始于确定正是什么污染和怎样发生污染，换句话说，应该分析一切污染对象、污染源和种类。

1. 污染对象

空气首先想指出，空气的人工污染（由于现代技术的废物）和自然污染，都不取决于人们的活动。极有意义的是这样一份比较数据。例如1970年，全世界动力装置排入大气的烟尘物质一亿吨，二氧化硫一亿五千万吨，二氧化碳三亿吨，氧化氮五千万吨。但本世纪初的烟尘排放量不超过一千万吨，二氧化硫不到一千二百万吨，二氧化碳不过三千万吨，氮气排放量极少。而同样在1970年，主要靠火山爆发而自然进入大气的有二亿多吨含硫气体，三千万吨二氧化碳，七亿吨氧化氮。由此可知，自然界也把本身污染得很厉害……

我们回过头来看看人们的经济活动。美国平均每年排入空中的气体和化学物质如下：汽车运输排出8600万吨，工业排出2300万吨，发电站排出2000万吨，取暖系统排出800万吨，燃烧垃圾和废物时排出500万吨。世界卫生组织的评估专家认为，空气如此强烈污染、刺激了支气管炎、上呼吸道疾病、肺炎、肺气肿的流行，而且是引起肺癌的原因之一。

空气被现代文明的产物所污染，会导致严重后果，其中之一是破坏臭氧层——使我们避免有害宇宙射线的特殊保护壳。某些废物同臭氧层发生化学作用，生成“洞穴”，宇宙线便经此射到地上。地球变暖的可能性，以及生态平衡的重大变化，也可看作空气污染的后果。全球性冰层融化，会使海洋水位提高。

水今天淡水状况引起了人们的很大不安。地球上每年水循环约计四万立方公里，而人类日常需要仅占很小一部分，不足总量的百分之一，似乎没有理由为淡水情况感到不安，虽然某些国家如日本现在已感觉到了“水饥饿”的征象。

问题在于，现代工业企业因工艺需要每年直接耗水量不少于总量的10 ~ 12%。此外，有28 ~ 30%的水用于稀释废水，使之无害（可惜并非总是有效的，或者完全有效的）。因此，现代文明至少要“喝”世界淡水量的40%。到二十一世纪初，无法补偿的水损失可接近自然再生水的水平。那么出路何在？首先在于拟订无水工艺的不同方案，应该特别指出，工艺用水的节约并没有波及生活用水，生活用水量在逐渐增加，因为生活用水可得到充分满足，不存在定额问题。

土壤这种聚集物中混有原材料（培养基）、微生物添加剂、水（湿土）和空气。从这个意义上说，土壤作为地球上整个活机体的宝库，必须严加保护。在研究工程措施时应该指出，目前关于土壤作为污染对象的文献大大少于空气和水，所以更应予以重视。

2. 污染源

污染源可分临时和固定两种。对于工程生态学，特别有意义的是固定污染源。基本污染源是工业企业，由于技术不完善而向空气、水、土壤排出烟尘、固体和液体污染物（碳氢化合物、二氧化碳、某些农药、洗涤剂、汞、铅、镉、辐射污染物等）。目前污染物数目超过了一千种。烟尘和液体污染源如下：化工厂（生产酸、碱和农药），石油加工企业，塑料和橡胶制品生产加工厂，煤气和焦化厂（生产酚），木材、焦油和杂酚油干加工厂，染料、纺织和造纸厂，皮革厂等。对安全技术不大注意而引起污染的来源，还有矿业和采煤企业，生产润滑材料和洗涤剂的工厂。对周围环境似乎无害的企业，如糖厂、锯木厂、酿酒厂及屠宰场等，若对废水不实行严格的标准化，也会对生态造成危害。此外尚有：

水工建筑 如堤坝、水库和管道等水工建筑，本身不会污染周围环境，但建设或使用不当，会成为土壤沼泽化、盐渍化的原因，同时导致生物群发生重大变化。沼泽化和盐渍化严重污染着周围环境，使许多国家开始疑虑地看着水工建筑（水电站和灌溉）的好处，尤其是使渔业资源再生的生物学过程也复杂化了。

生活污染源 二次大战以后，生活污染特别加剧，其原因是城市增加过多，人口也大量增加。据统计，每个城市居民每昼夜排出0.8公斤的固体废物（玻璃、塑料、纸、金属）和9升废水。例如东京每昼夜排出8000吨固体废物和99,000立方米废水，纽约每天的生活废物为7200吨固体废物和89,000立方米废水，莫斯科则为5600吨固体废物和50,000立方米废水。废水的处理已有丰富经验，更复杂的课题是处理固体废物，特别是新型材料（热固性塑料、聚苯乙烯制品等）、建筑垃圾和玻璃等。

油船和装有生态危险物的容器 近年来，油船事故导致极为严重的后果。生态学家还注意到海水被汞及其衍生物的严重污染。大西洋和太平洋的放射性污染是尽人皆知的，因为三十年来美国人在这些区域抛下了原子能研究废物。污染有钚、铯的实验室装备、衣服、手套甚至实验动物尸体，涂上沥青或水泥后放在钢桶中沉入洋底，现在有的钢桶已经破坏，有的也强烈受损，因而大西洋底部的放射性污染要比预期的高2 ~ 69倍，而在太平洋底部要高1 ~ 24倍。在这些区域都有潜流，把污染带到四面八方。

生物学污染源 特别应当注意生物学腐蚀。细菌似乎可在地下深处吃钢铁。硫酸会腐蚀钢铁，而所谓含硫细菌有助于在土壤中合成硫酸。这些细菌可在土壤中假死几百万年，而在获得大量新鲜氧气时（例如耕地时）就开始积极活动。另一种有危险性的便是霉菌。

估计和预测

估计人类经济活动给周围环境造成的危害程度时，首先必须分配好生态学对象的比重。

分配生态学对象比重的基础是排列，而排列的原则是人类的经济活动。排列顺序如下：人（i₁或i=1），家禽和栽培植物（i₂或i=2），有经营价值的动物和野生植物（i₃或i=3），大批量生物群（i₄或i=4），小批量动植物（i₅或i=5）。

生态学对象和污染物比重的分配方法主要有两种：第一种是根据专家咨询结果，第二种是根据数学模拟。近年来，专家估计方法出现了重大缺陷，一则专家的职业训练不足 · 尤其是对新课题的训练不足，而且专家本身并不总是很客观的，专家们的意见往往得不到人们的同意。在工程预测中，拟订了根据数学模拟方法分配生态学对象比重的方案，得出的结果如下：i₁=2.00，i₂=1.00，i₃=0.75，i₄=0.50，i₅=0.31。

对于居住环境污染度的估计，分为定性和定量两种。定性估计时首先必须找到居住环境的分配标准，据此可选择保护周围环境的技术 - 生物学手段。这个标准应同所研究地区生物群中生态学对象的意义有关。单一对象的毒性估计γ_ΠΡ=γ_iφ(i)，式中γ_i为毒性水平估计，φ(i)为分配生态系统中该对象比重的函数。定量估计时的污染系数G(j)，可表达为所有潜在可能污染物的污染总和S除以污染物数目m_Π，即