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第五章 生物與生物間及其與環境的相互關係

人類對環境的影響

                   環境污染

一、 引言

?        自從人類在地球出現以後,已經開始「污染」這個星球。作為一種社會生物,他不斷從環境中移除其所需物質,亦製造「垃圾」。若這些「垃圾」數量處於低水平,自然能把它們作循環而處理掉。但時至今日,環境已經不能負荷人類所製造的大量和不同種類的污染物。

?        當考慮污染問題要注意以下兩方面:

Ø      有毒物質是人類引入環境中的。

Ø      要留意每種污染物帶來的後果。

?        污染可以定義為「基於人類的活動而對環境附加了額外物質能量,而且附加的速率超過環境所能容納的速率。這些因素對人類的環境和人類本身帶來不良的後果,可以透過直接的過程(如危害健康)或間接的過程(如透過水、農業和生物製品、甚至對自然的欣賞)。」

?        按照以上定義,污染不單是一個健康問題,它更是:

Ø      經濟問題:影響天然資源的運用

Ø      保護問題:它會影響所有生物及天然資源

Ø      審美問題:它影響人類的環境的觀感

 

二、 污染物

2.1  非生物可降解污染物

?        在自然環境中不會自行分解或以很慢速度分解的物質,如DDT

?        它們會累積,並沿食物鏈於較高食性層次的生物體內積聚。

?        對策:從生物圈中移除;立法禁止使用這類物品;完全禁止生產這類物品,取而代之要找尋替換物。

 

2.2  生物可降解污染物

?        涉及所有能被生物分解的物質,當它的生產速率高於其分解率時就會造成污染。

附錄:不同人類活動所造成的污染

人類活動

污染物

成份

污染

駕駛和燃燒

廢氣

?        二氧化碳

?        一氧化碳

?        二氧化硫

?        二氧化氮

?        碳微粒

?       

空氣污染

家居活動

家居廢物

?        清潔劑

?        垃圾

?        塑膠

?        金屬罐

?        氯氟化碳化合物(CFCs

?        污水

水質污染

 

陸地污染

 

空氣污染

 

水質污染

農業活動

農業廢物

?        化學肥料(無機)

?        禽畜糞便

陸地和水污染

工業活動

工業廢料

 

 

 

廢氣

?        可溶性重金屬化合物

?        熱水

?        原油

?        二氧化硫

?        二氧化氮

?        碳微粒

水質污染

 

 

空氣污染

 

三、 空氣污染

3.1  空氣污染物的來源和種類

?        來源主要來自兩方面:

1.    燃燒化石燃料:產生二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫和碳微粒。主要來自發電廠、化工廠、及物質的燃燒(焚化)。

2.    汽車廢氣:製造空氣中二氧化碳和鉛的主要來源。

?        空氣污染物有兩種:

i.    微粒

?        煙塵的微粒,包括未完全燃燒的碳微粒、鉛等。

?        細菌和真菌的孢子。

?        放射性粒子。

ii.   氣體污染物

?        一氧化碳和二氧化碳。

?        含有硫的氣體(如H2S, SO2)。

?        氮氧化物(如NO2, NO)。

 

3.2  空氣污染物的影響

(A)  煙霧

?        覆蓋香港上空的灰霧引致:

            i.      能見度下降

            ii.      減少陽光穿透而到達地面

            iii.      減少光合作用

?        當煙及廢氣被困在霧內,累積的污染物增加,形成煙霧smog = smoke + fog),對植物和動物都有害。19521247日倫敦煙霧很密,視野僅達一米,在一星期內導致4000人死亡,當中主要是患支氣管炎的老人和小孩。

?        在一些背山面海的地區(如洛杉磯),溫度較低的海洋氣流會帶到陸地上,被困在暖空氣層之下,形成溫度逆轉temperature inversion),防止污染物藉空氣對流而帶走,加劇空氣污染。

?        空氣中的氮氧化物和碳氫化合物等一級污染物在強烈的陽光作用下經一系列的光化作用反應而形成一種淺藍色的光化煙霧photochemical smog),當中包括過氧化乙醯硝酸酯peroxyacetyl nitrate, PAN)和臭氧ozone)。這類光化學煙霧會刺激呼吸道和眼睛。

 

(B)  一氧化碳和二氧化碳

?        一氧化碳來自不完全燃燒化石燃料。它與紅血球的血紅素作不可逆的結合,減少血液的携氧量。人類會因而死亡。

?        二氧化碳阻慢熱能從地球表面流失,導致溫室效應。

 

(C)  二氧化硫

?        刺激眼、鼻腔的黏膜而造成損害,感覺不適,加劇哮喘。增加至3ppm時會聞臭味,5ppm會有呼吸障礙。

?        導致酸雨,影響泥土pH值,繼而影響植物生長。

?        地衣對二氧化硫很敏感,可用作二氧化硫污染空氣的指標。

?        由於地衣和苔蘚植物都是沒有角質層的陸生植物,它們對溶解於水的空氣污染物是較敏感的。

 

3.3  空氣污染的控制

?        廢物進行焚化前先把有毒物質清除。

?        焚化爐和工廠排出的廢氣要先經過過濾、靜電沉澱、或以溶劑把其溶解,清除煙中的污染物。

?        立法控制廢氣的排放:工廠排出過量廢氣會被罰款;汽車需要定期檢查其排氣裝置,排出的廢氣不可超越環保署標準。

?        種植綠色植物有助清除二氧化碳。

?        使用無鉛汽油和無煙燃料,減少懸浮粒子。

?        多使用集體運輸交通工具取締私家車。

 

四、 水質污染

4.1  淡水污染

(A)  污染來源

?        未經處理的家居污水及垃圾

?        農業:動物廢物、肥料及殺蟲劑

?        工廠排出污水

?        土壤侵蝕增加的粉砂

 

(B)  未經處理的家居污水造成的污染

?        家居垃圾會阻礙天然的水流,亦會使水處於停滯,令水質變壞。

?        當垃圾內有較多有機物,氧會加快被消耗,自然淨化作用self-purification)停止。厭氧菌會加快繁殖,其作用會使原來的水生生物急速死亡,水質亦受影響而不適宜飲用。

?        污水含有清潔劑,於水內會出現泡沫,減少氧溶解於水的表面;而它所含的磷酸鹽亦會產生富養化作用eutrophication)。

 

(C)  農業造成的污染

?        農業廢物通常帶有磷酸鹽和硝酸鹽。硝酸鹽是食用水中其中一種最嚴重的污染物,因為它不能透過簡單的方法分離,進入河流後會引致藻花和富養化作用。

?        殺蟲劑(包括DDT)會在食物鏈中不斷積累。

?        殺真菌劑(如有機汞化合物)於魚和貝類體內積聚,進食後會致死。

 

(D) 工廠污水造成的污染

?        工業廢料污水內帶有劇毒的重金屬,如鉛、汞、鉻等,都會危害水生生物的生命。倘若以受污染的水作灌溉,農作物將受污染,繼而影響人的健康。

?        工業污水的溫度通常比室溫的水溫高,因而造成熱污染thermal pollution)。熱水會降低氧的溶解量,同時會增加水生生物的代謝率,以致加速氧的消耗。生物因而加快把水流經其呼吸器官(如鰓),使生物更易受到其他污染物的影響。

 

(E)  粉砂造成的污染

?        對土地未能善用(農業、林業、礦業),容易引致土壤侵蝕。河流中有過量的粉砂增加了水的混濁性,減少光的穿透,減低了水生植物的光合作用率。

 

(F)  監察水質

?        量度BOD5Biological Oxygen demand in 5 days),即五日內氧氣的消耗量。BOD5越高,污染程度越嚴重。

?        利用生物作指標估量水質:有機污染物在淡水中很普遍,污染物越多,微生物對環境的氧消耗越快。某些對氧較敏感的生物會消失,而食腐質生物detritus feeders)會增加。(參考筆記第79頁及課本第471頁)

 

Organism

Pollution Tolerance Category

Pollutional Status of Water

Stonefly nymphs

Mayfly nymphs

Dragonfly nymphs

Snails with operculum

Water net

A

Clean

N.B. Organisms from categories B, C & D may also be present

Caddisfly larvae

Freshwater shrimps

Pondweeds

Mosquito larvae

Snails without operculum

B

Some pollution

N.B. Organisms from categories C & D may also be present

Blood worms

C

Fairly serious pollution

N.B. Organisms from categories D may also be present

Sludge worms

Sewage fungus

D

Highly polluted water

No apparent animal life

E

?        生物指標並非絕對的量度,因為生物的出現並非單受污染影響。然而,若在環境中只找到污染類別的生物,明顯水系統已受到嚴重的有機物污染。

 

附錄 水質污染及缺氧情況

 

水體污染會引起水質的惡化,其中需氧物質污染是較普遍的一種。

 

(1)  溶解氧(Dissolved Oxygen

通常記為DO,指溶解於水中的氧的量,以每升水中氧氣的毫克數表示,懸浮和溶解於水體中的有機污染物,在有溶解氧時,會因需氧微生物作用,氧化分解為簡單的、穩定的無機物,如二氧化碳、水、硝酸鹽和磷酸鹽等,使水體得到淨化。這一過程要消耗一定量的溶解氧。溶解氧除水體中原有的以外,主要來自水面復氧和水體中水生植物光合作用。這個過程中,復氧和耗氧同時進行。溶解氧的變化狀況反映了水體中有機污染物淨化的過程,因而可把溶解氧作為評價水體自淨能力的標誌。溶解氧含量較高,表示水體自淨能力較強;溶解氧含量較低,表示水體中污染物不易被氧化分解。水中溶解氧的含量同空氣中氧的分壓、大氣壓力和水溫有直接關係。在正常狀態下,地面水中溶解氧應接近飽和狀態,否則,因為缺少氧氣,魚類等水生生物會因得不到足夠氧量,造成因缺氧窒息而死的現象。這時,在無氧或缺氧情況下,厭氧性菌類就會繁殖起來,產生甲烷、硫化氫等,使水體發臭腐化,水質變壤。

 

(2)  生物需氧量(Biological Oxygen Demand

通常記為BOD,地面水水體中微生物分解有機物的過程中消耗水中的溶解氧的量,是水體受有機物污染的最主要指標之一,它反映水中可被微生物分解的有機物總量(以每升水中消耗溶解氧的毫克數來表示)。BOD小於1毫克/升,表示水體清潔;若大於34毫克/升,表示已受到有機物的污染。

 

(3)  化學需氧量(Chemical Oxygen Demand

通常記為COD,指水體中能被氧化的物質在規定條件下進行化學氧化過程中所消耗氧化物質的量。因為水中各種化學需氧量祇表示在規定條件下水中可被氧化物質的需氧量的總和,因此它主要反映水體受有機物污染的程度。

 

 

4.2  海水污染

(A)  油污染

?        油對魚類產生討厭的氣味,內含的有毒添加物會積聚於魚肉內。

?        水面的油污減低水的含氧量,積聚於魚鰓表面的油污會引致魚窒息

?        油不單殺死海洋生物,當油到達海岸線會殺死軟體動物節肢動物

?        海鳥因羽毛沾油而不能飛翔,油還降低其保溫能力,造成低溫致死,亦增加其患上肺炎的機會。

?        油污染沙灘,亦影響了渡假人士的消閒娛樂。

 

(B)  家居和農業污水

?        污水於未處理前而排放,而排放口又近岸,岸邊會受到嚴重污染。

?        水中適量的有機物會短暫增加初級生產量(增加了浮游植物的生長)。然而污水中大量有機物卻需要細菌的需氧分解,消耗水中的氧。對氧較敏感的魚會被殺。氧被耗盡,厭氧菌的分解產生甲和硫化氫,對海洋生物有毒害性影響。

?        無機物的增加(尤其磷和氮)引致藻花。浮游生物大量死亡引致缺氧。某些藻花是由帶顏色的鞭毛蟲所致,形成紅潮。一些紅潮含有神經毒素,於雙殼動物體內積聚。

?        污水內的病原體減低了魚穫的衛生程度,於背殼類動物尤其明顯。進食後會引致食物中毒和疾病。

?        懸浮固體減低了光的穿透力,減少初級生產量。

?        農業污水內的除草劑和除蟲劑是有毒的,非生物可降解的,並沿食物鏈積聚。

 

附錄 藻花(紅潮)

Red tides are not new to Hong Kong.  In fact, the earliest description dates back some 130 years.  However, until the end of the 1970s they were rare occurrences and noteworthy for that reason.  Since then, they have become noteworthy because of their prevalence.  For the years 1986-1990 the numbers were 26, 33, 85, 24 and 28 compared to 3, 2 and 1 for 1977, 1978 and 1979.

Red tides are so called because the algae which are mainly responsible for them (the dinoflagellates鞭毛蟲) contain red, orange and yellow pigments (色素) and, when they occur in large numbers, they give the water its characteristic colour.

The sudden large scale growth (blooming) of these algae is related to organic enrichment of the water and so they are correlated with increasing organic pollution.  The majority of red tides have two major effects: firstly, they cause fish kills as a result of intense deoxygenation of the water coupled with physical clogging of the fish’s gills (魚鰓被阻塞); and secondly, they result in minor irritations (刺激) (mainly respiratory tract, skin and eye) in bathers.

However, there are a few red tide species which produce toxins and these can be accumulated in filter-feeding bivalves (濾食性雙殼動物) to levels which result in poisoning when consumed.

The first toxic red tide was noted in Hong Kong in Junk Bay in 1989 and shellfish sales were banned for three weeks.  Paralytic Shellfish Poisoning (PSP) toxin levels as high as 13,500 mouse units/kg were found in the shellfish (the safety limit being about 40,000 mu kg-1).  The second episode was in 1990 in southern waters when even higher levels were found (more than 20,000 mu kg-1).  No deaths have occurred so far in Hong Kong as a result of PSP or other toxins, but numerous cases of minor to severe symptoms have been recorded.

 

 

五、 全球性污染問題

?        所謂全球性污染問題,是特別指一些因污染而引發的世界性問題,而這些問題不是單一個國家能夠解決的。

?        要解決這些污染問題,必須透過國際間的公約締結和協商。

?        全球性污染包括全球暖化、臭氧層損耗和酸雨。

 

5.1  全球暖化(Global Warming

?        全球暖化是指全球性的氣溫上升,這溫度改變是基於大氣中的二氧化碳和溫室氣體(如甲烷)濃度的增加。

?        大氣的二氧化碳增加是由於:

i.     地球上的工業活動和汽車等排出二氧化碳。

ii.     熱帶雨林的樹木受到大量砍伐,樹木數量下降,減少二氧化碳的消耗。

?        再加上城市排放的煙塵使大氣混濁度增加,這空氣組合的改變防止紅外線被反射離開大氣層,使紅外線困在大氣層內,起了加熱作用。

?        全球暖化的後果:

i.     全球溫度增加及二氧化碳濃度增加會加快光合作用率及植物生長率,然而二氧化碳釋放速度遠超光合作用的使用量(大概只有三分之一額外二氧化碳能被植物消耗掉)。此外,植物的生長還有其他限制性因素,如光度、礦物質。

ii.     溫暖的空氣加速了蒸騰作用,使大氣的濕度提升。這會增加大氣的雲量,減少陽光進入地球,繼而減少光合作用。

iii.    全球暖化將會使兩極的冰塊溶化,水位上升,引致氾濫,使陸生植物的生存空間減少。由於熱帶雨林通常處於低窪地區,所以會最受影響。森林的減少會加劇溫室效應。

?        控制方法:

           i.           控制二氧化碳排放量和能源使用:

?     1987年於蒙特利爾簽署《管制製造及使用氯氟碳化合物草約》。

?     1992年於巴西里約熱內盧簽署有關《氣候轉變公約》,試圖至2000年把二氧化碳排放穩定在1990年水平。

?     香港政府於1991年成立一能量效率諮詢委員會(Energy Efficiency Advisory Committee)負責對節省能源及高效率利用能源提供建議。

         ii.           以核能取締化石燃料的使用。

        iii.           大量造林和防止濫伐林木,把二氧化碳固定在有機物中。

        iv.           禁止或限制使用氯氟碳化合物。

 

5.2  臭氧層損耗

?        離地面高空的大氣層約25-40公里有一層稀薄的臭氧層,作用是阻止過多的紫外線進入地面,對生命起保護作用。

?        污染物如CFC(氯氟碳化合物)存在於噴霧、致冷劑、發泡膠之中,其性能極穩定。進入大氣中積存起來,在受到強列紫外線照射而分解,放出的氯原子破壞臭氧層,造成損耗,甚至於南極出現了破洞。

?        臭氧層損耗使過量的紫外線進入地球,增加人患上皮膚癌的機會。

?        控制方法:

i.             控制氯氟碳化合物的使用:

?        1987年於蒙特利爾發達國家簽署了《管制製造及使用氯氟碳化合物草約》。

?        1990年舉行了第二次大會,規定減產,並訂下停止使用的目標。

ii.            使用替代品,如二甲醚(dimethyl ether, DME)、壓縮氣體等。

iii.           減少發泡膠工業對氯氟碳化合物的消耗。

 

練習

議論題

(a)     香港的填海工程,涉及在本港及鄰近海域進行龐大的挖泥作業,從海底挖沙造陸。這些工程對海洋生物與在挖泥區、填海區的海洋生態系統有何影響?試加以討論。

(b)     地球上的熱帶雨林正遭受迅速毀滅,原因何在?討論毀滅森林的生態後果。

(c)     以「香港空氣污染與棄置固體廢物所引致的污染對健康構成危害」為題,撰寫文章一篇,並就上述每種污染,解釋香港特區政府可用作減低污染程度的兩種措施。

(d)     「人類需要清水,可惜地球上水源有限。人類的活動不斷污染這珍貴的資源,影響深遠。」以這題材,撰寫文章一篇。文章須論及有何方法可節省用水及減少對水的污染。

(e)     在香港市區和郊區植樹,可如何改善人類及各種生物的生活環境?

(f)     沿岸保護區,例如香港的「海岸公園」,應履行甚麼任務?若要在本港選擇一地區以設立沿岸保護區,你會考慮哪些準則?

資料來源:以撒之家