第三节 生态环境问题

生态环境是人类生存发展的物质基础和制约因素，人口增长，从环境中取得食物、资源、能源的数量必然要增长。人口的增长要求工农业迅速发展，为人类提供越来越多的工农业产品，再经过人类的消费过程（生活消费与生产消费），变为“废物”排入环境。而环境的承载能力和环境容量是有限的，如果人口的增长、生产的发展，不考虑生态环境条件的制约作用，超出了其容许极限，就会导致生态的破坏与环境的污染，造成资源的枯竭和人类健康的损害[15]。

生态环境问题的产生分自然因素和人为因素两种。自然因素是不可控制的，人为因素是人类活动对生态系统的影响。人类活动造成的全球性生态环境问题有气候变化、酸雨频繁、海洋酸化、森林锐减、生物多样性锐减、灰霾、臭氧空洞、水土流失、重金属污染和核污染等。

一、气候变化

20世纪60年代，古气候学开始引起地球物理科学家的关注[28]。70年代，历史罕见的严重干旱和其他气候异常现象相继在世界各地出现，造成严重损失，自此世界气象组织（WMO）加大了对气候的研究。为保护世界气候，1979年召开第一次世界气候大会，推动了1988年成立专为评估气候变化及其影响的联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）。1992年通过《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC），其目标是将大气中温室气体浓度稳定在不对气候系统造成危害的水平，并确立了发达国家与发展中国家“共同但有区别的责任”原则；1997年通过《京都议定书》，确定了发达国家2008—2012年的量化减排指标；2007年达成巴厘岛路线图，确定就加强UNFCCC和《京都议定书》的实施分头展开谈判，是世界应对气候变化的基本框架和实施路线[29];2009年《哥本哈根协议》通过，主要商讨《京都议定书》一期承诺到期后的未来应对气候变化的全球行动；2015年达成《巴黎协定》，为2020年后全球应对气候变化行动作出安排，近200个缔约方将把“2100年之前，全球气温升高控制在2℃以内”作为目标，并为控制升温幅度在1.5℃以内而努力。

危害：气候变化除了对环境产生影响使冰川积雪融化加速之外，还会对人类经济社会产生重大影响[30]。根据IPCC报告，如果温度升高超过2.5℃，全球所有区域都可能遭受不利影响，发展中国家所受损失尤为严重；如果升温4℃，则可能对全球生态系统带来不可逆的损害，造成全球经济重大损失。全球变暖将使本来就缺水的地区变得更加干旱，温度较高使土壤和植物的蒸发量增加，而这种温度的丧失又不能被降雨量的增加所弥补，因此干旱的发生率会增加，从而影响作物产量。据2006年中国发布的《气候变化国家评估报告》，气候变化对中国的影响主要集中在农业、水资源、自然生态系统和海岸带等方面，可能导致农业生产不稳定性增加、南方地区洪涝灾害加重、北方地区水资源供需矛盾加剧、森林和草原等生态系统退化、生物灾害频发、生物多样性锐减、台风和风暴潮频发、沿海地带灾害加剧和有关重大工程建设和运营安全受到影响等。

原因：全球气候变化与大气中的温室气体浓度变化密切相关[31]。人为排放的温室气体，尤其是化石燃料燃烧产生的CO2导致了地球气候变暖[32]；非二氧化碳温室气体，如CH4、N2O和臭氧消耗物质（主要来自其他源，非化石燃料），也显著导致气候变暖[33,34]。化石燃料燃烧、森林砍伐和土地利用变化等则是人为排放温室气体的主要原因。

趋势：大气、海洋和陆地生物圈中碳循环对于气候的响应是制约现代全球碳预算和预测未来气候的一个关键挑战[35,36,37]，但累计CO2排放量仍是稳定情景下估计全球变暖峰值的有效指标[38]。当人为碳排放总量达到1万亿吨（3.67万亿吨CO2）时，有极大可能相比于工业化前（1990年）的温度导致全球变暖峰值达到2℃，而且约一半的碳已经随工业化进程排出[39]。更有相关预测表明：如果温室气体排放不加遏制，到21世纪末时全球平均地表温度将升高6.4℃[40]；还将导致南极冰川融化，海平面上升，到2100年海平面上升1米，到2500年海平面上升15米[41]。

措施：为应对气候变化，国际合作方面，联合国已通过《气候变化框架公约》、《京都议定书》、《哥本哈根协议》等一系列国际公约，使发达国家和发展中国家协商合力削减温室气体排放量。而为达到巴黎气候协议的目的，各国提交了概述2020年后削减温室气体排放行动的国家自主贡献预案（INDCs）[42]。政策制定方面，除了温度、区域气候影响的有关因素[43]，还要综合考虑海平面上升、海洋酸化、生物多样性丧失、土地利用变化和地面净初级生产力等全面限制人为排放源[44]。应用经济手段如碳排放交易，以及在创新的、具有成本效益的无碳排放技术和能源研究上加大投资[45]等灵活应对气候变化。制定保护生态系统的措施，以保持全球碳循环平衡[46,47]。科学技术方面，对去除空气中的二氧化碳的可行性以及对环境风险进行评估[48]，制定适当的能源发展战略，加大温室气体吸收途径，如固碳技术的研究。

二、灰霾

1943年7月，一片浅蓝色烟雾笼罩了美国洛杉矶的整个天空，城中65岁以上老人死亡400多人，多数居民患上眼睛红肿、喉炎、呼吸道恶化等疾病[49]。此后洛杉矶仍长期遭受烟雾的困扰，影响着居民健康和生活生产的方方面面，还带来极大的经济损失。当时的洛杉矶已经拥有了250万辆汽车，大约每天需消耗1100吨汽油，排出1000多吨碳氢化合物、300多吨氮氧化合物、700多吨一氧化碳，此外工业燃烧石油也排放了大量废气，这些烯烃类碳氢化合物和氮氧化合物在强烈的紫外线照射下产生光化学反应，是剧毒光化学烟雾的形成原因[50]。

1952年12月，英国首都伦敦被黄色烟雾笼罩多天，能见度极低，在此期间共死亡4703人，与以往同期相比多了3000～4000人，此后两个月还有8000多人相继病死。烟雾的主要危害是引发支气管炎、冠心病、肺结核、心脏衰竭及其他呼吸道疾病，对45岁以上老人及1岁以下幼儿的影响尤其明显。从工业革命之后，煤炭成为工业和家庭的核心燃料，燃烧释放的烟尘急剧增加，是伦敦烟雾形成的主要原因。烟尘中还含有三氧化二铁，能促进空气中的二氧化硫氧化，进而生成硫酸液负载在烟尘或雾滴上，吸入后会使人们发病率增加。

2013年1月，中国首都北京及华东、东北、西南的部分地区被严重雾霾笼罩，涉及人口约8亿人[51]。这期间北京各大医院呼吸内科、过敏源测试科等接诊人数在短短几天时间里飙升了7～8倍，能见度极差的天气还导致了交通事故频发。而此次雾霾是以煤炭消费为主的火电、钢铁、水泥等行业以及居民采暖排放的尾气，使用非清洁油品的机动车排放尾气和基础设施建设造成的扬尘三种类型污染物混合造成的。

危害：除了大规模严重灰霾事件导致的大面积人类健康影响和经济损失之外，长期不同程度的灰霾影响着世界上大多数的人。世界卫生组织（WH O）收集的近103个国家的3000个城市空气质量最新数据显示，世界各地超过80%的城市空气质量不利于人们健康生活，在低收入和中等收入国家的10万人口以上的城市中有98%遭受严重空气污染，而高收入国家同样规模的城市中也有56%忍受着空气污染。自2011年以来，室外细颗粒物（PM）水平上升了8%，特别是在中东、东南亚和非洲的发展中城市。目前，空气污染最严重的前30个城市中有8个在印度，城市空气质量最差的则是尼日利亚的奥尼查，其PM浓度约是世界卫生组织建议浓度的30倍[52]。根据2010年的全球疾病负担的评估，全球室外空气污染导致每年约330万人过早死亡，且大多数是由PM2.5导致的。Lelieveld等预测室外空气污染对于过早死亡的贡献可能在2050年翻一番[49]。

原因：沿着与发达国家相同的轨迹，发展中国家快速的工业化和城市化导致了空气污染的日益严重，伴随着极端不利扩散的天气条件，大量排放的一次污染物（二氧化硫、一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化合物、悬浮颗粒物）和二次气溶胶的形成驱动了严重的灰霾污染事件发生[50]。PM2.5主要来自住宅使用源、交通源、发电源以及农业源排放。欧洲2013年数据显示，交通源中海运和公路运输在人为排放氮氧化合物和PM2.5中贡献较大，且海运对于人为源硫氧化物排放的贡献也很突出，航空和铁路对这三种污染物的贡献则较少。世界范围内海运和港口的排放量也不容忽视，2007—2012年，海运每年的氮氧化合物排放量占人为源排放的15%，硫氧化合物占13%，二氧化碳占3%[53]。

措施：政策和法律措施是减少灰霾对环境、经济和健康造成不利影响的重要手段。例如美国政府为治理洛杉矶光化学烟雾采取的一系列措施：1955年出台第一部治理空气污染的《空气污染控制法》,1963年通过《清洁空气法》,1967年签署《空气质量控制法》等；还从各方面对汽车尾气排放进行了治理，如要求出售的汽车必须是“清洁的”、采取多种方式鼓励共乘、燃料泵装配橡皮套、替代清洁燃料等。英国为治理伦敦烟雾也制定了一系列法律和政策来重点治理煤烟：1956年出台《清洁空气法案》、《制碱等工厂法》;1974年颁布《控制公害法》，还通过改变能源结构，增加清洁能源比例以及疏散人口和工业企业等改善空气质量；20世纪80年代之后，汽车尾气逐渐取代煤烟成为英国大气的主要污染源，政府又出台了一系列控制汽车尾气排放、改善公共交通系统、控制小车数量以及增加绿化的政令来改善城市环境。中国为防治雾霾，2012年发布《重点区域大气污染防治“十二五”规划》;2013年9月发布《大气污染防治行动计划》，此计划目标为2017年全国可吸入颗粒物PM10的浓度要比2012年的水平下降10%，京津冀、长江三角洲和珠江三角洲地区的细颗粒污染物PM2.5水平则要分别下降25%、20%和15%。中国政府制定的措施还包括减少电力生产中煤炭的使用比例，提高燃油标准，逐步淘汰高污染车辆并限制大城市的小轿车数量等。此外，还有用经济激励手段鼓励行业减少排放和促进清洁技术的发展，如有利于煤炭和原油的清洁替代能源定价机制，以及税收和投资者只支持绿色能源企业的要求，成立17亿美元的基金来帮助企业满足新的环保标准等[54]。

三、臭氧空洞

1984年，英国科学家在南极进行考察时发现了臭氧空洞，此后臭氧空洞的问题引起了世界的关注。如1986年美国航空航天局与阿根廷、智利、法国、新西兰、英国等政府及化学品制造商协会等研究机构曾对此进行过合作研究 [55]。2011年春天北极上空臭氧减少情况超出先前的观测记录，首次出现像南极上空那样的臭氧空洞，主要是因为北极地区罕见而长时间的寒冬而形成[56]。除了南北两极之外，青藏高原上空也发现了臭氧分布稀薄区。

危害：臭氧层中臭氧的减少，会使照射到地面的太阳光紫外线增强，其中波长为240～329纳米的紫外线对生物细胞具有很强的杀伤作用，对生物圈中的生态系统和各种生物，包括人类，都会产生不利的影响。大气中的臭氧每减少1%，照射到地面的紫外线就会增加2%，人的皮肤癌患病率就会增加3%，还会受到白内障、免疫系统缺陷和发育停滞等疾病的袭击。臭氧浓度的变化还会影响到平流层大气的温度和运动，以及全球的热平衡和气候变化。

原因：臭氧空洞形成最被广为接受的自然因素是在初春，极夜结束，太阳辐射加热空气，产生上升运动，将对流层臭氧浓度低的空气输入平流层，使得平流层臭氧含量减小，容易出现臭氧洞。人为因素是工业上大量使用氟利昂气体，以及空气污染排放的氧化氮、卤代烃等气溶胶物质。通常，氟利昂是比较稳定的物质，然而，当它被大气环流带到平流层（16～30千米）时，由于受太阳紫外线的照射，容易形成游离的氯离子。这些氯离子非常活泼，容易与臭氧起化学反应，把臭氧变成氧分子和氧原子，从而使臭氧层被破坏和臭氧总量减少。氧化氮、卤代烃释放出的卤素离子也能达到相似的效果而造成臭氧空洞。

趋势：据美国国家航空航天局（NASA）和美国国家海洋和大气管理局（NOAA）的卫星数据显示，臭氧层空洞的历史最大值发生在2000年9月6日，面积达2990万平方公里，相当于美国、加拿大和墨西哥国土面积的总和。到2012年，他们记录到的臭氧空洞的当年最大值，发生在9月22日，面积为2120万平方公里，已缩小了29.1%。而2012年南极臭氧层空洞的平均面积最小值为1790万平方公里，这也是过去20年来的第二小值。这些数据都表现了相对乐观的结果，也已经有多项研究表明南极上空的臭氧空洞逐步停止恶化，并正在缓慢修复中，如2008年的研究报道臭氧层浓度下降的速度已经开始放缓[57],2011年的研究表明，臭氧水平已经开始反弹[58]。2014年由世界气象组织的评估发现臭氧空洞在低纬度和高海拔地区开始愈合[59]。南极臭氧空洞完全愈合还需要几十年的时间，但是较小的北极臭氧空洞变数更多，目前还没有显示愈合的趋势[60]。

措施：为防止臭氧空洞继续扩大，1987年签订全球性条约蒙特利尔议定书，禁止使用氯氟烃和含氯化学品作为制冷剂。为了推动氟利昂替代物质和技术的开发和使用，逐步淘汰消耗臭氧层物质，许多国家采取了一系列政策措施。一类是传统的环境管制措施，如禁用、限制、配额和技术标准，并对违反规定实施严厉处罚，欧盟国家和一些经济转轨国家广泛采用了这类措施。一类是经济手段，如征收税费、资助替代物质和技术开发等。美国对生产和使用消耗臭氧层物质实行了征税和可交易许可证等措施。另外，许多国家的政府、企业和民间团体还发起了自愿行动，采用各种环境标志，鼓励生产者和消费者生产和使用不带有消耗臭氧层物质的材料和产品，其中绿色冰箱标志得到了非常广泛的应用。为了实施议定书的规定，1990年6月在伦敦召开的议定书缔约国第二次会议上，决定设立多边基金，对发展中国家淘汰有关物质提供资金援助和技术支持。1991年建立了临时多边基金，1994年转为正式多边基金。到1995年年底，多边基金共集资4.5亿美元，在发展中国家安排了1100多个项目。

四、水土流失

早在1937年，澳大利亚科学家就发现，在干旱地区，畜牧业的发展和兔子泛滥导致了地表植物大量毁坏。在风力的作用下，大量的土壤受到侵蚀，久而久之成为沙漠地带[61]。1944年，新西兰科学家发现过度放牧造成植被覆盖率下降，导致土壤侵蚀达至少50年之久。随着风和雨水的冲刷，土壤受到侵蚀，很多地方的森林变成了灌木丛，而大部土地因为没有进行森林的修复变成了荒漠，土壤中的矿藏资源随着土壤侵蚀遭到流失[62]。

危害：水土流失的直接危害是减少耕地的面积，导致土壤贫瘠和荒漠化。在过去的40年里，由于污染和水土流失，地球失去了1/3的可用耕地。土壤消失的速度是土壤生成速度的100倍之多[63]。每年，世界农业土地丧失平均约1毫米的表层土，这看起来可能不是很多，但需要10年的土壤生成来弥补这一损失，这些新生成的土壤还不是肥沃的，要加入昂贵的化肥来调节[64]。而耕作水土流失后的劣质土壤，会增加温室气体的排放量。在半干旱地区，由于干旱和暴风的相互冲击，土壤的水土流失加剧，易造成土地荒漠化。据联合国环境规划署初步估计，荒漠化威胁着地球上4800万平方公里的土地，约占世界陆地表面积的1/3，影响着至少8.5亿人的生活。

水土流失还是造成水体富营养化的一个原因。随着雨水的冲刷，大量土壤有机质流入河流，而大量人工合成化肥的使用，使土壤的营养物大量增加，而且造成土壤的污染，也会随雨水的冲刷进入河流，加速河流富营养化。海岸线上的水土流失还会造成盐藻的流失。盐藻是保护海岸线湿地，提供重要防护作用的生态系统的组成部分，具有抗风暴、去除影响物质、固碳的作用。而近十年这部分生态系统遭到了严重的破坏，已经成为全球的海岸线生态环境问题[63]。

原因：1936年Kurbatov教授就指出，水土流失分为自然的、人为的和地质灾害性的[65]。然而，在人类出现之前，自然侵蚀降低地球土层速率很低，平均每百万年约24米。在人类活动出现后，自然侵蚀降低地球土层速率平均每百万年约360米，是人类活动出现前的15倍[66]。在人类活动中，对土壤水土流失影响最大的就是农业。每年，世界上240亿吨的土壤被吹走或冲走，很大程度上是因为耕作。研究表明，原始犁的工作影响到5～8英寸的土壤，1930年出现机械化犁后，加速了土壤的损失[67]。此外，与天然植被下的维护量相比，耕作导致土壤中50%的碳流失。耕作导致土壤含碳量减少，土壤贫瘠，加速了水土流失的进程。人类对土壤的改造也是造成水土流失的另一大原因。梯田在传统意义上有着涵养水土减少水土流失的作用，但是一旦失去了人力的管制，水土流失速率便会激增，土壤迅速被破坏，墨西哥天花侵袭后造成的大量水土流失就是一个很好的例子[68]。

措施：为减少水土流失，早在1936年，美国总统富兰克林·罗斯福签署了一项“土地自然资源”的保护行动，来保护土壤水土流失以及植被的健康生长，防止土壤流失到水体中 [69]。1985年，美国环保部建立了Conservation Reserve Program将不适合耕作的土壤改成草地，用以存储水、碳和养分。2006年，欧盟也提出保护土壤防止水土流失、滑坡和盐渍化的议案[70]。

为了对抗水土流失的影响，一些农民采取了减少伤害的耕作方法，如加拿大将耕作土壤分割为条状，美国在大风地区建立植被防护带，保护少植被覆盖的土壤[71]，美国田纳西河谷种植间隔9英寸的毛竹有效地防止水土流失[72]等。研究人员建议政府循环进行耕作和畜牧工作以减少耕地损失的灾难[64]。在土壤破坏严重的地方养殖家禽，使用家禽的粪便作为有机质来提高土壤的营养成分。农民采用猪的粪便肥沃土壤，然后种植粮食，不仅保护了土壤，而且使得土壤的营养大幅度提高[73]。

在这些实践中，免耕农业（no-tillage）是现有的最佳实践方法。免耕农业是一种保护性耕作制度，主要目的是防止土壤侵蚀。免耕技术在播种时将肥料注入土壤中后就不再搅动土壤，通过土壤小洞培养植物，且其不需要每年播种。对全球48种作物60个国家保护性农业的统计结果表明，免耕农业不仅可以防止水土流失，而且会提高农作物的产量[74]。研究表明，免耕农场每年土壤侵蚀率0.082，接近自然侵蚀速度0.03，而传统土壤侵蚀速度1.5毫米/年，是自然侵蚀速度的50倍。然而，现阶段的免耕技术尚不完善，其产量较低且耕作环境严苛[73]，所以现在只限于小农场，不能扩大[65]。此外，免耕农业会导致杂草生长，传统农耕方式使用除草剂会继续对土壤造成危害。有机方法除去杂草的影响还有待进一步的探究。与传统技术相比，免耕技术可使土壤表层碳量有所提升，但差异不显著。在初期，一氧化二氮排放可能会增加，但后期会逐步下降。而两者甲烷的排放量基本相同。因此，在未来免耕农业实践的过程中应该考虑减弱温室气体的排放量[75]。

五、生物多样性锐减

生物多样性一词最早于1968年被野生动物学家和环保主义者Raymond F.Dasmann使用[76]。生物多样性是指不同生态系统中有机体的数量和种类，包含基因多样性、物种多样性和生态系统多样性[77]。生物多样性并不是平均分布在地球上的，陆地靠近赤道的地区物种更为丰富[78]，主要因为温暖的气候条件和较高的初级生产力[79]；而海洋生物多样性最丰富的地区在西太平洋的海岸线一带，因为此处位于中纬度地带，海洋表面温度最高。

危害：生物多样性影响人类健康的许多方面[80]，包括饮食健康和营养安全、传染病传播、医疗科学和药用资源、社会和心理健康[81]，如缺乏淡水对农业生物多样性和食物资源有不利影响；缓冲传染病传播的物种很容易消失，幸存的物种往往会增加疾病的传播，如西尼罗河病毒、莱姆病和汉坦病毒[82]；生物多样性还提供药物发现和药用资源的支持作用[83]，大约80%的世界人口从自然获得初级卫生保健的药物[84]。此外，生物多样性还在减少灾害风险和灾后救援恢复工作中担任着重要的角色[85]。由于许多工业材料直接来自生物，包括建筑材料、纤维、染料、橡胶和石油等，因而生物多样性也是很重要的资源，丧失它会对长期经济可持续发展构成威胁[86]。

原因：地球上有生命以来已经经历了五次主要的物种大灭绝事件，而人类出现以来发生的第六次生物多样性减少和遗传多样性损失被命名为全新世灭绝（Holocene Extinction），主要是由人类的影响引起的，特别是栖息地破坏。部分生物学家认为，以现在的灭绝速度足以在100年内消除地球上的大多数物种[87]。栖息地破坏、外来物种入侵、基因污染、过度捕捞、人口过多是生物多样性减少的主要原因[88,89]，此外全球变暖也是生物多样性的威胁之一[90]。栖息地被破坏在物种灭绝中发挥了关键作用，尤其是热带森林破坏[91]。入侵物种在新的栖息地占优势会对原生物种多样性造成影响[92]。通过基因污染，如不受控制的杂交、基因渗透和遗传淹没可以威胁到特有物种[93]。过度捕捞影响生物多样性的可持续发展，而世界渔业中大约25%存在过度捕捞现象[94]。大规模的人口增长比其他任何单一因素对生物多样性有更多的影响，至少21世纪中期原始生物多样性栖息地的损失可能很大程度上取决于全球人口出生率[95]。如果全球继续以目前的趋势变暖，生物多样性较高的珊瑚礁区域将在百年内消失[96]。

趋势：Mora等研究认为，地球上肉眼可见的物种总数约为870万，海洋物种约为220万[97]。而2016年5月的一项研究表明，地球上可能生存约1万亿个物种，目前只确认了十万分之一[98]。2006年许多物种被正式列为罕见或濒临灭绝的物种，此外科学家估计还有数百万的物种正遭受威胁却没被正式公认。国际自然保护联盟红色名录（IUCN Red List）中对40177个物种评价得出，大约有40%，即16119个物种濒临灭绝[99]。2015年的一项研究预测表明，在人类常规发展情景下，气候变化和土地利用变化的联合影响将使多达35%的世界陆地食肉动物和有蹄类动物在2050年有较高的濒危风险[100]。

措施：国际上对于生物多样性的保护最早表现于1975年签署的华盛顿公约，即《濒危野生动植物国际贸易公约》，至1995年年底共有128个缔约国。最有影响力的是1992年联合国环境与发展大会上150多个国家签署的《生物多样性公约》。湿地公约、波恩会议以及一些区域公约和双边协定也强调了生物多样性的保护。此外，世界自然保护联盟、世界野生动物基金会、国际鸟盟等国际保护组织对于生物多样性的保护也贡献了不少力量。各国对于生物多样性的保护除了立法和司法，还设有保护野生动物及其栖息地的保护区，如国家公园、野生动物保护区、森林保护区、动物园、植物园等。

六、酸雨频繁

酸雨是指pH值小于5.6的雨水、冻雨、雪、雹、露等大气降水。1872年，英国化学家罗伯特·安格斯·史密斯分析伦敦市雨水成分发现其呈酸性，且市区雨水含硫酸或酸性的硫酸盐，而农村雨水只含碳酸铵，酸性不大，于是史密斯在他的著作《空气和降雨：化学气候学的开端》中首次提出“酸雨”一词[101]。但是直到20世纪40年代，科学家才开始广泛观察和研究酸雨这一现象[102]。

危害：酸雨会危害鱼类和其他水生生物，酸雨已经消灭了一些昆虫和鱼类，包括一些位于地理敏感地区的湖泊和溪流中的溪红点鲑，如美国的阿迪朗达克山脉[103]。酸雨可以严重影响土壤生物化学，一些微生物无法容忍低pH值的变化而死亡，因为这些微生物的酶会因为酸而变性[104]；酸雨还能浸出土壤营养物和矿物质中的铝和镁离子，改变其毒性，从而影响敏感的物种[105,106]。酸雨对森林也会造成严重的危害，除了叶丛受损外，还通过土壤酸化影响树木生长，高海拔森林特别脆弱，因为它们常常被比雨更酸的云和雾包围[107,108]。酸雨并不直接影响人类健康，但是形成酸雨之前的微粒（二氧化硫和氮氧化物）对人体有不利影响，形成的大量细颗粒物飘浮在空气中被人体吸入会引发心脏和肺部疾病[103]。另外，酸雨会损坏建筑物、历史纪念物、雕像等，尤其是含大量碳酸钙的石灰石和大理石，还会加速腐蚀金属，特别是铁、钢和铜[109]。

原因：导致酸雨的最主要的气体是二氧化硫，而氮氧化物的排放对于酸雨的贡献也越来越大。自然原因造成的酸性气体排放主要来源于火山爆发，而雨水中硝酸的重要来源是植物固氮以及闪电等。人为原因通过工厂、机动车、电力生产等燃烧化石能源排放的硫氧化物和氮氧化物是酸雨的主要成因。1995年左右，每年有70百万吨来自化石燃料燃烧和工业的硫以二氧化硫形式排入大气，2.8百万吨来自森林大火，7～8百万吨来自火山[110]。酸性降水还分为湿沉积和干沉积。湿沉积可以是任何形式的降水（如雨、雪等）将空气中的酸吸收并带到地表。干沉积发生在缺乏降水时，酸沉积在颗粒和气体上降到地表、植物或其他物体表面，干沉降可以负责20%～60%的总酸沉积[111]。

趋势：世界上受酸雨影响最严重的三大区域为北美、西北欧和中国。根据监测站的数据，中国酸雨区主要分布在长江以南的广大地区，北方也存在小范围的酸雨区，1993—2005年酸雨发生范围总体呈扩大趋势，北方范围扩大明显，南方基本不变[112];2005—2011年全国酸雨城市比例、酸雨发生频率及酸雨覆盖面积总体均呈下降趋势，仍以硫酸型酸雨为主，硝酸盐对酸雨的贡献逐年增加[113]。有研究预测，到2020年我国现有酸雨区将继续扩大，降水的酸性还会升高[99]。

措施：为解决酸雨问题，在国际层面，1979年通过《控制长距离越境空气污染公约》,1983年美国、加拿大和欧洲各国等32个国家签字生效。1985年，欧洲21个国家又签署了赫尔辛基议定书，规定到1993年年底，各国将硫氧化物排放量削减到1980年排放量的70%。在国家层面，除了直接管制手段，还采取了经济刺激措施，如美国1990年《清洁空气法》修正案中建立的二氧化硫排放交易制度，此外还有排污税、燃料税、经济补助等。在技术层面，包括对原煤进行洗选加工，减少硫含量；优先开发和使用各种低硫燃料；改进燃烧技术，减少燃烧过程中二氧化硫和氮氧化物的产生量；采用烟气脱硫装置，脱除烟气中的二氧化硫和氮氧化物；改进汽车发动机技术，安装尾气净化装置，减少氮氧化物的排放等。

七、海洋酸化

2003年，“海洋酸化”这一术语第一次出现在《自然》杂志中[114]。海洋表面pH值降低，碳酸盐离子浓度下降，碳酸盐矿物从饱和状态变为不饱和状态，这一过程称为海洋酸化。北冰洋已经有了酸化现象，并且会因为海冰的消失而更加严重[115,116]。据估计，1765年至1994年，人为源二氧化碳吸收导致全球海洋表面pH值下降了0.08[117]，其中北大西洋北部下降最多，为0.10；亚热带南太平洋下降最少，为0.05[118]。地球系统模拟结果显示，在过去的十年中海洋酸度超过历史上类似时期[119]。

危害：海洋酸化会改变海洋化学[120]，还会对海洋生态系统产生重大威胁[121]。海洋酸化改变了海洋化学，影响生物对溶解在海水中的微量必需元素铁的利用率，会降低硅藻和球藻的铁吸收率[122]。海洋酸化会严重威胁生产碳酸钙的海洋壳类生物的生长，如牡蛎、蟹和珊瑚等[123]。海洋酸化使碳酸根离子浓度下降，降低了文石的饱和水平，文石是牡蛎幼虫用来生成它们成长贝壳的矿物质形式的碳酸钙。研究表明，如果文石饱和状态低于1.5，贝类的幼虫将因无法形成它们的贝壳而死亡[124]。大气中二氧化碳增长导致的海洋变暖和酸化都会降低全球珊瑚的钙化率，导致矿物质沉积，新生和生长中的珊瑚骨骼畸形和多孔，常规排放情景下，到2100年，新生珊瑚在海洋表层水中将难以有效构建骨骼[125]。海洋酸化改变了珊瑚的组成结构，改变了底层浮游动物的栖息地而使浮游生物减少[126]。由于浮游生物是珊瑚和滤食性鱼类的主要营养来源，这会影响整个海洋生态系统；珊瑚、棘皮动物、软体动物比甲壳类动物对于酸化更敏感，幼鱼甚至可能比低等无脊椎动物更敏感，可能导致物种组成的长期变化[127]。此外，海洋酸化会影响到海洋动物的移动和定位能力，甚至将它们吸引到天敌附近[128]。海洋酸化会增加海洋双壳类生物中的镉积累，对海鲜食品安全有潜在威胁[129]。

原因：人为排放CO2是海洋变暖和海洋酸化的主要原因，人类活动释放的CO2约有30%～40%从大气中进入海洋、河流和湖泊溶解。为了实现化学平衡，CO2与水反应生成碳酸，这些额外的碳酸分子与水分子继续反应生成碳酸氢离子和水合氢离子，从而增加了海洋酸度（氢离子浓度）[130]。此外，其他水质问题也会加重海洋酸化，比如农业和城市径流。大型河流和河口富营养化的水排放入海能影响区域海洋酸度，当藻类死亡时，以藻为食的细菌呼吸会释放二氧化碳，如果大型河流中含有大量可以缓冲酸液的矿物质也可以抑制酸化。另外，深海冷水上涌是表层海水酸化的自然原因，如美国西海岸生态系统已受到高水平酸度影响，原因是深海冷水沿西海岸上涌，而冷水能够溶解更多的二氧化碳[131]。

趋势：据IPCC第五次工作报告，通过未来的大气和海洋二氧化碳浓度预计，到21世纪末，全球海洋表面平均pH值可能低于现在值的0.2～0.4。由于pH值是氢浓度的对数，所以改变一个单位对应着10倍氢离子浓度的变化。如果不改变现代农业的耕作方式，世界上的海洋酸度上升可能会在22世纪摧毁美国沿海的牡蛎、蛤和其他贝类生产以及以此为支柱产业的社区，环绕美国的23个沿海生物区中有16个对于海洋酸化敏感，最危险的是墨西哥湾沿岸地区和大西洋海岸[126]。有模型预测表明，如果CO2排放不减少，表层水中文石将维持不饱和状态到2105年，并且保持约600年；深层水文石饱和层的顶部将在2140年上升到达表面混合层的底部，并可能保持在那儿长达千年，依靠饱和文石生存的生物将长期受到威胁[132]。接下来的世纪，海洋酸循环可能达到使世界各地的鱼类面临中毒的威胁，到2100年，高碳酸血症和二氧化碳严重中毒可能会影响世界海洋中一半的鱼类[133]。

措施：2009年，105个科学院成员对海洋酸化联合发表了一份声明：在海洋管理和政策中纳入气候因素[134]，建议到2050年，全球二氧化碳排放量比1990年的水平减少至少50%[135]。2009年，世界各国领导人还呼吁：海洋酸化是大气中的二氧化碳浓度增加的直接和真实的结果，要通过振兴行动如减少过度捕捞和污染，在海洋生态系统增加弹性减缓海洋酸化，并稳定大气中的二氧化碳浓度为450×10-6。《联合国气候变化框架公约》的目标将全球变暖相对于工业化前水平限制在2°C以下，将意味着海洋表面的pH值下降0.16，这是一个巨大的变化[136]。其他控制海洋酸化的方法还有2009年国际科学院委员会提出的气候工程，比如在海水中加入化学物质以抵消海洋酸化的影响，但成本昂贵，作用有限，还可能带来不可预知的危险[137]。

八、森林锐减

1990—1997年，每年损失5.8±140万公顷的潮湿热带森林，另有2.3± 70万公顷的森林明显退化[138]。全球评估显示，1990—2005年后5年的森林净损失率明显低于前5年；虽然全球森林砍伐率仍然很高，维持在1300万公顷/年，但由于造林和森林的自然再生，有18个国家的森林覆盖率开始增加。2000—2012年，世界各地有230万平方公里的森林被砍倒，曾经覆盖地球的1600万平方公里森林只有620万平方公里保持最初的样子[139]。

危害：森林锐减会影响水循环，导致干旱。根据Escobar的新闻报道，亚马孙地区在2015年下半年的降水量仅为2014年同时期的一半，亚马孙雨林降雨模式的变化是由于人类活动导致的森林砍伐和栖息地退化，热带森林砍伐能影响区域降雨量甚至导致全球变暖，对农业的负面影响甚至会超过热带区域的范围[140]。巴西2015年经历了自1930年以来的最严重干旱，并造成能源紧张，水危机蔓延影响到该国东南部的大部分区域的粮食生产、工业活动和数百万人[141]。1950—1980年，中国森林砍伐严重的北部和西北部，平均年降水量减少了三分之一[142]。清除森林植被的主要方法是用火，而森林大火会向大气中排放大量颗粒物质，降低空气质量并影响人类健康[143,144]。有研究表明，减少森林砍伐对提升空气质量和减少对人类的危害有效[145]。森林砍伐正在持续改变气候和地理[146]。森林砍伐是全球变暖的贡献，通常被视为增强温室效应的主要原因之一[147]，来自毁林和森林退化的二氧化碳排放贡献了约12%的人为二氧化碳排放总量[148]。森林是生物多样性最丰富的生态系统，森林锐减会导致生物多样性下降及全球范围内许多物种的灭绝[149]，森林群落生境还是许多不可替代的新药来源（如紫杉醇），森林锐减还会降低遗传多样性（如农作物抵抗）[150]。

原因：巴西亚马孙森林被砍伐主要原因是经济发展将其转化成养牛场和农业用地[151]。种植业是马来西亚婆罗洲过去四十年毁林的主要驱动力，自2005年以来，印度尼西亚森林转化为工业种植园的速度急剧上升[152]。根据《联合国气候变化框架公约》（UNFCCC），森林砍伐的直接原因是农业：自给农业砍伐的森林占48%；商业化农业砍伐的森林占32%；伐木占14%的森林砍伐；木材燃料占5%的森林砍伐[153]。当代森林砍伐还包括其他原因，如人口增长[154]和战争[155,156]。

趋势：据估计，由于热带雨林的砍伐，我们每天正在失去137个植物、动物和昆虫物种，相当于每年50000个物种[157]。一些科学家预测，除非在全球基础上实施重要的措施，否则到2030年只会剩下10%的原始森林和另外10%正在退化的森林，将有80%的森林和其中成千上万的不可替代的物种消失[158,159]。2000—2005年亚洲森林增加了100万公顷，1992—2001年萨尔瓦多热带森林扩大逾20%，基于这些趋势，一项研究表明，到2050年全球森林的面积将增加10%[160]。

措施：自2005年以来，《联合国气候变化框架公约》（UFCCC）下的谈判很重视减少毁林和森林退化而减少的碳排放量对于减缓气候变化的作用，很多政府、企业团体和民间社会组织制定了有时间限制的目标以达到零森林削减[161]。主要国际组织包括联合国和世界银行，已经开发出旨在遏制森林砍伐的REDD程序，直接使用货币或其他奖励，以鼓励发展中国家限制和遏制森林砍伐。2009年12月，在哥本哈根达成一项协议，共同承诺发达国家2010—2012年通过国际投资机构为额外资源投资（包括林业）将近300亿美元。在2014年，联合国粮食及农业组织和合作伙伴推出一组开源软件工具，可以协助国家收集、生产和传播森林资源的状态信息。各国政府则因地制宜，制定合适的法律以保护森林，如巴西政府通过公共政策干预牛肉和大豆供应链，减少对亚马孙森林的砍伐，以及印度森林权利法案等[162]。此外，世界许多地方，特别是东亚国家，通过植树造林增加森林覆盖的土地面积。

九、重金属污染

自20世纪50年代日本出现的“水俣病”和“骨痛病”被查明分别是由重金属汞（Hg）和镉（Cd）污染引起后，重金属污染问题引起了世界各国的普遍关注。水体、土壤和大气中的重金属污染问题都比较突出。2003年，我国黄河、淮河、松花江、辽河等十大流域的重金属超标断面的污染程度均为超Ⅴ类[163]。国外同样存在水体重金属污染问题，如波兰由采矿和冶炼废物导致约50%的地表水达不到水质三级标准[164]。沉积物中的金属污染也一直是世界范围内问题[165]，例如我国江河湖库底质的重金属污染率高达80.1%[166]。我国耕地重金属污染的面积约占耕地总量的1/6，其中镉污染概率为25.2%，远超过其他几种土壤重金属元素，此外也有一些区域发生镍、汞、砷和铅土壤污染，但是锌、铬和铜元素发生污染的概率较小[167]。每年自然和人为来源排放到全球大气中的汞约5000～8000吨，包括放射性汞。

危害：八大环境污染事件中有两件为重金属污染引起，即水俣病和骨痛病：含汞的工业废水污染水体，使水俣湾的鱼中毒，人食用毒鱼后生病，称为“水俣病”。1972年日本环境厅公布：水俣湾和新县阿贺野川下游有汞中毒者283人，其中60人死亡。锌、铅冶炼厂等排放的含镉废水污染了神通川水体，两岸居民利用河水灌溉农田，使稻米和饮用水含镉，人长期食用后得“骨痛病”。据统计，1963年至1979年3月共有患者130人，其中死亡81人。不止八大环境污染事件，世界各地受重金属污染的环境问题也不容小视。例如中国环境保护部统计，2009年环保部接报的12起重金属、类金属污染事件，致使4035人血铅超标，182人镉超标，引发32起群体事件[168]。

重金属污染可通过各种途径对人类和生态环境产生危害，除了通过进入水体影响人类健康外，含有重金属的沉积物对水质和生态系统健康也具有重大危害[169,170]。污水处理厂的含有重金属的二级污泥过度暴露在环境中也可通过食物链造成严重的健康和环境障碍，这些过量的金属还会在土壤生态系统中威胁生态、农业生产和地下水安全[171]。重金属在土壤中不能为微生物分解，会在土壤中不断积累，影响土壤性质，甚至可以转化为毒性更大的烷基化合物，被植物和其他生物吸收、富集，进而通过食物链在人、畜体内蓄积，直接影响植物、动物甚至人类健康[172]。大气颗粒物中的重金属污染危害也不容忽视，其不可降解，呼吸进入人体后，会造成各种人体机能障碍，甚至引发各种疾病。其中砷、铬、镍、铅和镉具有一定的致癌能力，砷和镉对人体有潜在致畸作用，而铅和汞则对胎儿有毒性作用[173,174]。

原因：重金属通过矿山开采、金属冶炼、金属加工及化工生产废水、化石燃料的燃烧、施用农药化肥和生活垃圾等人为污染源，以及地质侵蚀、风化等天然源形式进入水体[175]。根据化学和地质条件，排放到地表水中的重金属被迅速分配到颗粒物质中并掺入沉积物中，而沉积物通常具有优异的金属保留能力[176]。重金属和微量元素在水体沉积物中的累积程度主要取决于从工业和其他人为活动排放的废物量[177,178,179]。过去50年中，大量的铬、铜、铅和锌排放到全球环境中，其中大部分进入土壤，引起了土壤重金属污染[180]。而污水灌溉、重金属农药和化肥施用，金属矿场废弃物、交通运输、大气沉降等则是土壤重金属元素的主要来源[181,182]。污水灌溉使土壤重金属污染，然后积累于蔬菜作物中[183]，对土壤重金属积累的风险高于大气沉积和化肥施用[184]。

措施：各国都有专门环境法来保护水、土壤和大气，环境保护走在前面的国家对于某一个方面甚至有好几部法律各司其职。如美国保护土壤的法律就有避免废物进入环境，从源头控制的《资源保护与恢复法》，以及针对已经进入环境的有害废物进行清除的末端控制法律——《棕色地块法》[185]。也有些国家根据国情专门针对重金属污染进行防治的。如2011年2月，中国国务院正式批复《重金属污染综合防治“十二五”规划》用以防治重金属污染。此外，环境技术的发展也为重金属的去除提供了各种有效的方法，如降低废水中重金属浓度的方法有离子交换、吸附、化学沉淀、膜分离等[186,187,188]，去除污泥中的重金属的方法有生物吸附、化学封存（连续提取、浸出，或使用螯合剂）、电动学和污泥酸化处理等[189]，粉煤灰中重金属的去除技术有添加粉煤灰混合黏结剂、湿法处理去除重金属、热处理去除重金属等[190]。

十、核污染

第二次世界大战后，人为放射性物质大量出现，主要有137Cs、134Cs、90Sr、240Pu、131I等[191]。20世纪50年代开始利用核反应堆发电，此后核电的发电量一直持续增长，在电力生产中占有重要的地位。1979年3月28日，美国三里岛核泄漏事故让核工业界开始认真对待核电生产存在发生事故甚至严重事故的可能性，并加强核电厂的安全设计，而之后的切尔诺贝利核泄漏则让世界警惕核污染带来的危害[192]。根据国际原子能机构（IAEA）的资料，1997年，全世界32个国家正在运行和建造的核电厂有480座，占全球能源的6%，占总发电量的17%[193]。2009年，全球生产的铀达到50572吨，哈萨克斯坦、加拿大、澳大利亚是三大铀生产商，总产量占全球的63%[194]。

危害：1986年4月26日，位于乌克兰边境的切尔诺贝利核电站4号反应堆爆炸，离核电站30公里以内的地区被辟为隔离区，严格限制人员进入，被称为“死亡区”，仅在当年就至少有6名消防队员死于急性放射性疾病。大量锶、铯、钚等放射性物质扩散到乌克兰、白俄罗斯、俄罗斯及其他欧洲国家，受影响地区的儿童甲状腺癌发病率有明显的增高，1986—1995年，15岁以下的儿童中确诊有约800例，其中白俄罗斯大于400例[195]。2006年出版的世界卫生组织健康影响报告预测约有4000人因此死于癌症[196]。2011年，由地震和海啸引起的福岛核泄漏则是自1986年以来世界上最糟糕的核事故，50000个家庭流离失所，辐射泄漏到空气、土壤和海洋，导致蔬菜和鱼辐射超标而不能出口。福岛核泄漏在5年内污染了世界最大的海洋，并且仍然每天泄漏300吨放射性废物入海，致使海星等海洋动物畸形，对海洋生态系统产生了极大的威胁[197]。

原因：核污染来源有几个方面。一是核试验、核武器的制造和使用，如第二次世界大战期间美国向日本长崎投掷原子弹，放射性核污染影响使几十个劫后余生者变成了没有生育能力、形象怪异、智力低下的“昆虫人”[198]。二是放射性同位素的生产和应用，如铀的开采主要应用于核电站燃料的使用，而现今铀的开采和铣削对环境极具危险[199]。三是核能生产和核事故，使用核能过程中至少有3个废物流可能影响到环境：反应堆的乏燃料（包括裂变产物和钚浪费）；在反应堆操作过程中铀矿加工产生的尾渣和废石；事故中释放大量危险放射性物质[200]。四是矿物的开采、冶炼和应用，煤、石油、泥炭、天然气、地热水（或蒸汽）和某些矿砂中放射性元素的含量也比较高，其开采、冶炼和应用一定程度上也会释放放射性废物到环境中，带来一定的污染，如煤矿会排放放射性物质氡，磷酸盐矿物中含有放射性核素232钍、40钾、238钚和226镭等[192]。

趋势：根据联合国原子辐射效应科学委员会提供的世界范围内1970年至1989年所有核反应堆按5年平均的放射性废气、废液的归一化排放量数据，可看出世界范围内核电厂向环境排放的放射性污染物在减少，这种降低趋势反映了核燃料质量的提高及核电厂运行性能和标准的提高[201]。

措施：国际原子能机构为保证和维持核动力的安全，曾制定了核安全标准计划（NUSS计划），发布了一系列涉及核动力安全的法规和导则。此后，IAEA又制定了放射性废物安全标准（RADWASS），目的是向IAEA成员国提供放射性废物管理的基本安全指导原则和实施这些原则所需要采取的步骤，以便安全管理放射性废物[202]。关于核安全最重要的两个合约是1994年通过的《核安全公约》和1997年通过的《乏燃料管理安全和放射性废物管理安全联合公约》，通过国际合作在世界范围内实现高水平核安全[203]。

由以上十大生态环境问题可以看出，自工业化以来，人口剧增、经济和科技的快速发展，以及对资源不合理的开发与利用，使生态平衡遭到严重破坏，生态环境日益恶化，全球爆发的环境问题越来越多，越来越具有全球性趋势，严重地威胁着人类的生存与发展。