第三節 生態環境問題

生態環境是人類生存發展的物質基礎和制約因素，人口增長，從環境中取得食物、資源、能源的數量必然要增長。人口的增長要求工農業迅速發展，為人類提供越來越多的工農業產品，再經過人類的消費過程（生活消費與生產消費），變為“廢物”排入環境。而環境的承載能力和環境容量是有限的，如果人口的增長、生產的發展，不考慮生態環境條件的制約作用，超出了其容許極限，就會導致生態的破壞與環境的污染，造成資源的枯竭和人類健康的損害[15]。

生態環境問題的產生分自然因素和人為因素兩種。自然因素是不可控制的，人為因素是人類活動對生態系統的影響。人類活動造成的全球性生態環境問題有氣候變化、酸雨頻繁、海洋酸化、森林銳減、生物多樣性銳減、灰霾、臭氧空洞、水土流失、重金屬污染和核污染等。

一、氣候變化

20世紀60年代，古氣候學開始引起地球物理科學家的關注[28]。70年代，歷史罕見的嚴重干旱和其他氣候異常現象相繼在世界各地出現，造成嚴重損失，自此世界氣象組織（WMO）加大了對氣候的研究。為保護世界氣候，1979年召開第一次世界氣候大會，推動了1988年成立專為評估氣候變化及其影響的聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）。1992年通過《聯合國氣候變化框架公約》（UNFCCC），其目標是將大氣中溫室氣體濃度穩定在不對氣候系統造成危害的水平，并確立了發達國家與發展中國家“共同但有區別的責任”原則；1997年通過《京都議定書》，確定了發達國家2008—2012年的量化減排指標；2007年達成巴厘島路線圖，確定就加強UNFCCC和《京都議定書》的實施分頭展開談判，是世界應對氣候變化的基本框架和實施路線[29];2009年《哥本哈根協議》通過，主要商討《京都議定書》一期承諾到期后的未來應對氣候變化的全球行動；2015年達成《巴黎協定》，為2020年后全球應對氣候變化行動作出安排，近200個締約方將把“2100年之前，全球氣溫升高控制在2℃以內”作為目標，并為控制升溫幅度在1.5℃以內而努力。

危害：氣候變化除了對環境產生影響使冰川積雪融化加速之外，還會對人類經濟社會產生重大影響[30]。根據IPCC報告，如果溫度升高超過2.5℃，全球所有區域都可能遭受不利影響，發展中國家所受損失尤為嚴重；如果升溫4℃，則可能對全球生態系統帶來不可逆的損害，造成全球經濟重大損失。全球變暖將使本來就缺水的地區變得更加干旱，溫度較高使土壤和植物的蒸發量增加，而這種溫度的喪失又不能被降雨量的增加所彌補，因此干旱的發生率會增加，從而影響作物產量。據2006年中國發布的《氣候變化國家評估報告》，氣候變化對中國的影響主要集中在農業、水資源、自然生態系統和海岸帶等方面，可能導致農業生產不穩定性增加、南方地區洪澇災害加重、北方地區水資源供需矛盾加劇、森林和草原等生態系統退化、生物災害頻發、生物多樣性銳減、臺風和風暴潮頻發、沿海地帶災害加劇和有關重大工程建設和運營安全受到影響等。

原因：全球氣候變化與大氣中的溫室氣體濃度變化密切相關[31]。人為排放的溫室氣體，尤其是化石燃料燃燒產生的CO2導致了地球氣候變暖[32]；非二氧化碳溫室氣體，如CH4、N2O和臭氧消耗物質（主要來自其他源，非化石燃料），也顯著導致氣候變暖[33,34]。化石燃料燃燒、森林砍伐和土地利用變化等則是人為排放溫室氣體的主要原因。

趨勢：大氣、海洋和陸地生物圈中碳循環對于氣候的響應是制約現代全球碳預算和預測未來氣候的一個關鍵挑戰[35,36,37]，但累計CO2排放量仍是穩定情景下估計全球變暖峰值的有效指標[38]。當人為碳排放總量達到1萬億噸（3.67萬億噸CO2）時，有極大可能相比于工業化前（1990年）的溫度導致全球變暖峰值達到2℃，而且約一半的碳已經隨工業化進程排出[39]。更有相關預測表明：如果溫室氣體排放不加遏制，到21世紀末時全球平均地表溫度將升高6.4℃[40]；還將導致南極冰川融化，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：為應對氣候變化，國際合作方面，聯合國已通過《氣候變化框架公約》、《京都議定書》、《哥本哈根協議》等一系列國際公約，使發達國家和發展中國家協商合力削減溫室氣體排放量。而為達到巴黎氣候協議的目的，各國提交了概述2020年后削減溫室氣體排放行動的國家自主貢獻預案（INDCs）[42]。政策制定方面，除了溫度、區域氣候影響的有關因素[43]，還要綜合考慮海平面上升、海洋酸化、生物多樣性喪失、土地利用變化和地面凈初級生產力等全面限制人為排放源[44]。應用經濟手段如碳排放交易，以及在創新的、具有成本效益的無碳排放技術和能源研究上加大投資[45]等靈活應對氣候變化。制定保護生態系統的措施，以保持全球碳循環平衡[46,47]。科學技術方面，對去除空氣中的二氧化碳的可行性以及對環境風險進行評估[48]，制定適當的能源發展戰略，加大溫室氣體吸收途徑，如固碳技術的研究。

二、灰霾

1943年7月，一片淺藍色煙霧籠罩了美國洛杉磯的整個天空，城中65歲以上老人死亡400多人，多數居民患上眼睛紅腫、喉炎、呼吸道惡化等疾病[49]。此后洛杉磯仍長期遭受煙霧的困擾，影響著居民健康和生活生產的方方面面，還帶來極大的經濟損失。當時的洛杉磯已經擁有了250萬輛汽車，大約每天需消耗1100噸汽油，排出1000多噸碳氫化合物、300多噸氮氧化合物、700多噸一氧化碳，此外工業燃燒石油也排放了大量廢氣，這些烯烴類碳氫化合物和氮氧化合物在強烈的紫外線照射下產生光化學反應，是劇毒光化學煙霧的形成原因[50]。

1952年12月，英國首都倫敦被黃色煙霧籠罩多天，能見度極低，在此期間共死亡4703人，與以往同期相比多了3000～4000人，此后兩個月還有8000多人相繼病死。煙霧的主要危害是引發支氣管炎、冠心病、肺結核、心臟衰竭及其他呼吸道疾病，對45歲以上老人及1歲以下幼兒的影響尤其明顯。從工業革命之后，煤炭成為工業和家庭的核心燃料，燃燒釋放的煙塵急劇增加，是倫敦煙霧形成的主要原因。煙塵中還含有三氧化二鐵，能促進空氣中的二氧化硫氧化，進而生成硫酸液負載在煙塵或霧滴上，吸入后會使人們發病率增加。

2013年1月，中國首都北京及華東、東北、西南的部分地區被嚴重霧霾籠罩，涉及人口約8億人[51]。這期間北京各大醫院呼吸內科、過敏源測試科等接診人數在短短幾天時間里飆升了7～8倍，能見度極差的天氣還導致了交通事故頻發。而此次霧霾是以煤炭消費為主的火電、鋼鐵、水泥等行業以及居民采暖排放的尾氣，使用非清潔油品的機動車排放尾氣和基礎設施建設造成的揚塵三種類型污染物混合造成的。

危害：除了大規模嚴重灰霾事件導致的大面積人類健康影響和經濟損失之外，長期不同程度的灰霾影響著世界上大多數的人。世界衛生組織（WH O）收集的近103個國家的3000個城市空氣質量最新數據顯示，世界各地超過80%的城市空氣質量不利于人們健康生活，在低收入和中等收入國家的10萬人口以上的城市中有98%遭受嚴重空氣污染，而高收入國家同樣規模的城市中也有56%忍受著空氣污染。自2011年以來，室外細顆粒物（PM）水平上升了8%，特別是在中東、東南亞和非洲的發展中城市。目前，空氣污染最嚴重的前30個城市中有8個在印度，城市空氣質量最差的則是尼日利亞的奧尼查，其PM濃度約是世界衛生組織建議濃度的30倍[52]。根據2010年的全球疾病負擔的評估，全球室外空氣污染導致每年約330萬人過早死亡，且大多數是由PM2.5導致的。Lelieveld等預測室外空氣污染對于過早死亡的貢獻可能在2050年翻一番[49]。

原因：沿著與發達國家相同的軌跡，發展中國家快速的工業化和城市化導致了空氣污染的日益嚴重，伴隨著極端不利擴散的天氣條件，大量排放的一次污染物（二氧化硫、一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化合物、懸浮顆粒物）和二次氣溶膠的形成驅動了嚴重的灰霾污染事件發生[50]。PM2.5主要來自住宅使用源、交通源、發電源以及農業源排放。歐洲2013年數據顯示，交通源中海運和公路運輸在人為排放氮氧化合物和PM2.5中貢獻較大，且海運對于人為源硫氧化物排放的貢獻也很突出，航空和鐵路對這三種污染物的貢獻則較少。世界范圍內海運和港口的排放量也不容忽視，2007—2012年，海運每年的氮氧化合物排放量占人為源排放的15%，硫氧化合物占13%，二氧化碳占3%[53]。

措施：政策和法律措施是減少灰霾對環境、經濟和健康造成不利影響的重要手段。例如美國政府為治理洛杉磯光化學煙霧采取的一系列措施：1955年出臺第一部治理空氣污染的《空氣污染控制法》,1963年通過《清潔空氣法》,1967年簽署《空氣質量控制法》等；還從各方面對汽車尾氣排放進行了治理，如要求出售的汽車必須是“清潔的”、采取多種方式鼓勵共乘、燃料泵裝配橡皮套、替代清潔燃料等。英國為治理倫敦煙霧也制定了一系列法律和政策來重點治理煤煙：1956年出臺《清潔空氣法案》、《制堿等工廠法》;1974年頒布《控制公害法》，還通過改變能源結構，增加清潔能源比例以及疏散人口和工業企業等改善空氣質量；20世紀80年代之后，汽車尾氣逐漸取代煤煙成為英國大氣的主要污染源，政府又出臺了一系列控制汽車尾氣排放、改善公共交通系統、控制小車數量以及增加綠化的政令來改善城市環境。中國為防治霧霾，2012年發布《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》;2013年9月發布《大氣污染防治行動計劃》，此計劃目標為2017年全國可吸入顆粒物PM10的濃度要比2012年的水平下降10%，京津冀、長江三角洲和珠江三角洲地區的細顆粒污染物PM2.5水平則要分別下降25%、20%和15%。中國政府制定的措施還包括減少電力生產中煤炭的使用比例，提高燃油標準，逐步淘汰高污染車輛并限制大城市的小轎車數量等。此外，還有用經濟激勵手段鼓勵行業減少排放和促進清潔技術的發展，如有利于煤炭和原油的清潔替代能源定價機制，以及稅收和投資者只支持綠色能源企業的要求，成立17億美元的基金來幫助企業滿足新的環保標準等[54]。

三、臭氧空洞

1984年，英國科學家在南極進行考察時發現了臭氧空洞，此后臭氧空洞的問題引起了世界的關注。如1986年美國航空航天局與阿根廷、智利、法國、新西蘭、英國等政府及化學品制造商協會等研究機構曾對此進行過合作研究 [55]。2011年春天北極上空臭氧減少情況超出先前的觀測記錄，首次出現像南極上空那樣的臭氧空洞，主要是因為北極地區罕見而長時間的寒冬而形成[56]。除了南北兩極之外，青藏高原上空也發現了臭氧分布稀薄區。

危害：臭氧層中臭氧的減少，會使照射到地面的太陽光紫外線增強，其中波長為240～329納米的紫外線對生物細胞具有很強的殺傷作用，對生物圈中的生態系統和各種生物，包括人類，都會產生不利的影響。大氣中的臭氧每減少1%，照射到地面的紫外線就會增加2%，人的皮膚癌患病率就會增加3%，還會受到白內障、免疫系統缺陷和發育停滯等疾病的襲擊。臭氧濃度的變化還會影響到平流層大氣的溫度和運動，以及全球的熱平衡和氣候變化。

原因：臭氧空洞形成最被廣為接受的自然因素是在初春，極夜結束，太陽輻射加熱空氣，產生上升運動，將對流層臭氧濃度低的空氣輸入平流層，使得平流層臭氧含量減小，容易出現臭氧洞。人為因素是工業上大量使用氟利昂氣體，以及空氣污染排放的氧化氮、鹵代烴等氣溶膠物質。通常，氟利昂是比較穩定的物質，然而，當它被大氣環流帶到平流層（16～30千米）時，由于受太陽紫外線的照射，容易形成游離的氯離子。這些氯離子非常活潑，容易與臭氧起化學反應，把臭氧變成氧分子和氧原子，從而使臭氧層被破壞和臭氧總量減少。氧化氮、鹵代烴釋放出的鹵素離子也能達到相似的效果而造成臭氧空洞。

趨勢：據美國國家航空航天局（NASA）和美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）的衛星數據顯示，臭氧層空洞的歷史最大值發生在2000年9月6日，面積達2990萬平方公里，相當于美國、加拿大和墨西哥國土面積的總和。到2012年，他們記錄到的臭氧空洞的當年最大值，發生在9月22日，面積為2120萬平方公里，已縮小了29.1%。而2012年南極臭氧層空洞的平均面積最小值為1790萬平方公里，這也是過去20年來的第二小值。這些數據都表現了相對樂觀的結果，也已經有多項研究表明南極上空的臭氧空洞逐步停止惡化，并正在緩慢修復中，如2008年的研究報道臭氧層濃度下降的速度已經開始放緩[57],2011年的研究表明，臭氧水平已經開始反彈[58]。2014年由世界氣象組織的評估發現臭氧空洞在低緯度和高海拔地區開始愈合[59]。南極臭氧空洞完全愈合還需要幾十年的時間，但是較小的北極臭氧空洞變數更多，目前還沒有顯示愈合的趨勢[60]。

措施：為防止臭氧空洞繼續擴大，1987年簽訂全球性條約蒙特利爾議定書，禁止使用氯氟烴和含氯化學品作為制冷劑。為了推動氟利昂替代物質和技術的開發和使用，逐步淘汰消耗臭氧層物質，許多國家采取了一系列政策措施。一類是傳統的環境管制措施，如禁用、限制、配額和技術標準，并對違反規定實施嚴厲處罰，歐盟國家和一些經濟轉軌國家廣泛采用了這類措施。一類是經濟手段，如征收稅費、資助替代物質和技術開發等。美國對生產和使用消耗臭氧層物質實行了征稅和可交易許可證等措施。另外，許多國家的政府、企業和民間團體還發起了自愿行動，采用各種環境標志，鼓勵生產者和消費者生產和使用不帶有消耗臭氧層物質的材料和產品，其中綠色冰箱標志得到了非常廣泛的應用。為了實施議定書的規定，1990年6月在倫敦召開的議定書締約國第二次會議上，決定設立多邊基金，對發展中國家淘汰有關物質提供資金援助和技術支持。1991年建立了臨時多邊基金，1994年轉為正式多邊基金。到1995年年底，多邊基金共集資4.5億美元，在發展中國家安排了1100多個項目。

四、水土流失

早在1937年，澳大利亞科學家就發現，在干旱地區，畜牧業的發展和兔子泛濫導致了地表植物大量毀壞。在風力的作用下，大量的土壤受到侵蝕，久而久之成為沙漠地帶[61]。1944年，新西蘭科學家發現過度放牧造成植被覆蓋率下降，導致土壤侵蝕達至少50年之久。隨著風和雨水的沖刷，土壤受到侵蝕，很多地方的森林變成了灌木叢，而大部土地因為沒有進行森林的修復變成了荒漠，土壤中的礦藏資源隨著土壤侵蝕遭到流失[62]。

危害：水土流失的直接危害是減少耕地的面積，導致土壤貧瘠和荒漠化。在過去的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，世界農業土地喪失平均約1毫米的表層土，這看起來可能不是很多，但需要10年的土壤生成來彌補這一損失，這些新生成的土壤還不是肥沃的，要加入昂貴的化肥來調節[64]。而耕作水土流失后的劣質土壤，會增加溫室氣體的排放量。在半干旱地區，由于干旱和暴風的相互沖擊，土壤的水土流失加劇，易造成土地荒漠化。據聯合國環境規劃署初步估計，荒漠化威脅著地球上4800萬平方公里的土地，約占世界陸地表面積的1/3，影響著至少8.5億人的生活。

水土流失還是造成水體富營養化的一個原因。隨著雨水的沖刷，大量土壤有機質流入河流，而大量人工合成化肥的使用，使土壤的營養物大量增加，而且造成土壤的污染，也會隨雨水的沖刷進入河流，加速河流富營養化。海岸線上的水土流失還會造成鹽藻的流失。鹽藻是保護海岸線濕地，提供重要防護作用的生態系統的組成部分，具有抗風暴、去除影響物質、固碳的作用。而近十年這部分生態系統遭到了嚴重的破壞，已經成為全球的海岸線生態環境問題[63]。

原因：1936年Kurbatov教授就指出，水土流失分為自然的、人為的和地質災害性的[65]。然而，在人類出現之前，自然侵蝕降低地球土層速率很低，平均每百萬年約24米。在人類活動出現后，自然侵蝕降低地球土層速率平均每百萬年約360米，是人類活動出現前的15倍[66]。在人類活動中，對土壤水土流失影響最大的就是農業。每年，世界上240億噸的土壤被吹走或沖走，很大程度上是因為耕作。研究表明，原始犁的工作影響到5～8英寸的土壤，1930年出現機械化犁后，加速了土壤的損失[67]。此外，與天然植被下的維護量相比，耕作導致土壤中50%的碳流失。耕作導致土壤含碳量減少，土壤貧瘠，加速了水土流失的進程。人類對土壤的改造也是造成水土流失的另一大原因。梯田在傳統意義上有著涵養水土減少水土流失的作用，但是一旦失去了人力的管制，水土流失速率便會激增，土壤迅速被破壞，墨西哥天花侵襲后造成的大量水土流失就是一個很好的例子[68]。

措施：為減少水土流失，早在1936年，美國總統富蘭克林·羅斯福簽署了一項“土地自然資源”的保護行動，來保護土壤水土流失以及植被的健康生長，防止土壤流失到水體中 [69]。1985年，美國環保部建立了Conservation Reserve Program將不適合耕作的土壤改成草地，用以存儲水、碳和養分。2006年，歐盟也提出保護土壤防止水土流失、滑坡和鹽漬化的議案[70]。

為了對抗水土流失的影響，一些農民采取了減少傷害的耕作方法，如加拿大將耕作土壤分割為條狀，美國在大風地區建立植被防護帶，保護少植被覆蓋的土壤[71]，美國田納西河谷種植間隔9英寸的毛竹有效地防止水土流失[72]等。研究人員建議政府循環進行耕作和畜牧工作以減少耕地損失的災難[64]。在土壤破壞嚴重的地方養殖家禽，使用家禽的糞便作為有機質來提高土壤的營養成分。農民采用豬的糞便肥沃土壤，然后種植糧食，不僅保護了土壤，而且使得土壤的營養大幅度提高[73]。

在這些實踐中，免耕農業（no-tillage）是現有的最佳實踐方法。免耕農業是一種保護性耕作制度，主要目的是防止土壤侵蝕。免耕技術在播種時將肥料注入土壤中后就不再攪動土壤，通過土壤小洞培養植物，且其不需要每年播種。對全球48種作物60個國家保護性農業的統計結果表明，免耕農業不僅可以防止水土流失，而且會提高農作物的產量[74]。研究表明，免耕農場每年土壤侵蝕率0.082，接近自然侵蝕速度0.03，而傳統土壤侵蝕速度1.5毫米/年，是自然侵蝕速度的50倍。然而，現階段的免耕技術尚不完善，其產量較低且耕作環境嚴苛[73]，所以現在只限于小農場，不能擴大[65]。此外，免耕農業會導致雜草生長，傳統農耕方式使用除草劑會繼續對土壤造成危害。有機方法除去雜草的影響還有待進一步的探究。與傳統技術相比，免耕技術可使土壤表層碳量有所提升，但差異不顯著。在初期，一氧化二氮排放可能會增加，但后期會逐步下降。而兩者甲烷的排放量基本相同。因此，在未來免耕農業實踐的過程中應該考慮減弱溫室氣體的排放量[75]。

五、生物多樣性銳減

生物多樣性一詞最早于1968年被野生動物學家和環保主義者Raymond F.Dasmann使用[76]。生物多樣性是指不同生態系統中有機體的數量和種類，包含基因多樣性、物種多樣性和生態系統多樣性[77]。生物多樣性并不是平均分布在地球上的，陸地靠近赤道的地區物種更為豐富[78]，主要因為溫暖的氣候條件和較高的初級生產力[79]；而海洋生物多樣性最豐富的地區在西太平洋的海岸線一帶，因為此處位于中緯度地帶，海洋表面溫度最高。

危害：生物多樣性影響人類健康的許多方面[80]，包括飲食健康和營養安全、傳染病傳播、醫療科學和藥用資源、社會和心理健康[81]，如缺乏淡水對農業生物多樣性和食物資源有不利影響；緩沖傳染病傳播的物種很容易消失，幸存的物種往往會增加疾病的傳播，如西尼羅河病毒、萊姆病和漢坦病毒[82]；生物多樣性還提供藥物發現和藥用資源的支持作用[83]，大約80%的世界人口從自然獲得初級衛生保健的藥物[84]。此外，生物多樣性還在減少災害風險和災后救援恢復工作中擔任著重要的角色[85]。由于許多工業材料直接來自生物，包括建筑材料、纖維、染料、橡膠和石油等，因而生物多樣性也是很重要的資源，喪失它會對長期經濟可持續發展構成威脅[86]。

原因：地球上有生命以來已經經歷了五次主要的物種大滅絕事件，而人類出現以來發生的第六次生物多樣性減少和遺傳多樣性損失被命名為全新世滅絕（Holocene Extinction），主要是由人類的影響引起的，特別是棲息地破壞。部分生物學家認為，以現在的滅絕速度足以在100年內消除地球上的大多數物種[87]。棲息地破壞、外來物種入侵、基因污染、過度捕撈、人口過多是生物多樣性減少的主要原因[88,89]，此外全球變暖也是生物多樣性的威脅之一[90]。棲息地被破壞在物種滅絕中發揮了關鍵作用，尤其是熱帶森林破壞[91]。入侵物種在新的棲息地占優勢會對原生物種多樣性造成影響[92]。通過基因污染，如不受控制的雜交、基因滲透和遺傳淹沒可以威脅到特有物種[93]。過度捕撈影響生物多樣性的可持續發展，而世界漁業中大約25%存在過度捕撈現象[94]。大規模的人口增長比其他任何單一因素對生物多樣性有更多的影響，至少21世紀中期原始生物多樣性棲息地的損失可能很大程度上取決于全球人口出生率[95]。如果全球繼續以目前的趨勢變暖，生物多樣性較高的珊瑚礁區域將在百年內消失[96]。

趨勢：Mora等研究認為，地球上肉眼可見的物種總數約為870萬，海洋物種約為220萬[97]。而2016年5月的一項研究表明，地球上可能生存約1萬億個物種，目前只確認了十萬分之一[98]。2006年許多物種被正式列為罕見或瀕臨滅絕的物種，此外科學家估計還有數百萬的物種正遭受威脅卻沒被正式公認。國際自然保護聯盟紅色名錄（IUCN Red List）中對40177個物種評價得出，大約有40%，即16119個物種瀕臨滅絕[99]。2015年的一項研究預測表明，在人類常規發展情景下，氣候變化和土地利用變化的聯合影響將使多達35%的世界陸地食肉動物和有蹄類動物在2050年有較高的瀕危風險[100]。

措施：國際上對于生物多樣性的保護最早表現于1975年簽署的華盛頓公約，即《瀕危野生動植物國際貿易公約》，至1995年年底共有128個締約國。最有影響力的是1992年聯合國環境與發展大會上150多個國家簽署的《生物多樣性公約》。濕地公約、波恩會議以及一些區域公約和雙邊協定也強調了生物多樣性的保護。此外，世界自然保護聯盟、世界野生動物基金會、國際鳥盟等國際保護組織對于生物多樣性的保護也貢獻了不少力量。各國對于生物多樣性的保護除了立法和司法，還設有保護野生動物及其棲息地的保護區，如國家公園、野生動物保護區、森林保護區、動物園、植物園等。

六、酸雨頻繁

酸雨是指pH值小于5.6的雨水、凍雨、雪、雹、露等大氣降水。1872年，英國化學家羅伯特·安格斯·史密斯分析倫敦市雨水成分發現其呈酸性，且市區雨水含硫酸或酸性的硫酸鹽，而農村雨水只含碳酸銨，酸性不大，于是史密斯在他的著作《空氣和降雨：化學氣候學的開端》中首次提出“酸雨”一詞[101]。但是直到20世紀40年代，科學家才開始廣泛觀察和研究酸雨這一現象[102]。

危害：酸雨會危害魚類和其他水生生物，酸雨已經消滅了一些昆蟲和魚類，包括一些位于地理敏感地區的湖泊和溪流中的溪紅點鮭，如美國的阿迪朗達克山脈[103]。酸雨可以嚴重影響土壤生物化學，一些微生物無法容忍低pH值的變化而死亡，因為這些微生物的酶會因為酸而變性[104]；酸雨還能浸出土壤營養物和礦物質中的鋁和鎂離子，改變其毒性，從而影響敏感的物種[105,106]。酸雨對森林也會造成嚴重的危害，除了葉叢受損外，還通過土壤酸化影響樹木生長，高海拔森林特別脆弱，因為它們常常被比雨更酸的云和霧包圍[107,108]。酸雨并不直接影響人類健康，但是形成酸雨之前的微粒（二氧化硫和氮氧化物）對人體有不利影響，形成的大量細顆粒物飄浮在空氣中被人體吸入會引發心臟和肺部疾病[103]。另外，酸雨會損壞建筑物、歷史紀念物、雕像等，尤其是含大量碳酸鈣的石灰石和大理石，還會加速腐蝕金屬，特別是鐵、鋼和銅[109]。

原因：導致酸雨的最主要的氣體是二氧化硫，而氮氧化物的排放對于酸雨的貢獻也越來越大。自然原因造成的酸性氣體排放主要來源于火山爆發，而雨水中硝酸的重要來源是植物固氮以及閃電等。人為原因通過工廠、機動車、電力生產等燃燒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70百萬噸來自化石燃料燃燒和工業的硫以二氧化硫形式排入大氣，2.8百萬噸來自森林大火，7～8百萬噸來自火山[110]。酸性降水還分為濕沉積和干沉積。濕沉積可以是任何形式的降水（如雨、雪等）將空氣中的酸吸收并帶到地表。干沉積發生在缺乏降水時，酸沉積在顆粒和氣體上降到地表、植物或其他物體表面，干沉降可以負責20%～60%的總酸沉積[111]。

趨勢：世界上受酸雨影響最嚴重的三大區域為北美、西北歐和中國。根據監測站的數據，中國酸雨區主要分布在長江以南的廣大地區，北方也存在小范圍的酸雨區，1993—2005年酸雨發生范圍總體呈擴大趨勢，北方范圍擴大明顯，南方基本不變[112];2005—2011年全國酸雨城市比例、酸雨發生頻率及酸雨覆蓋面積總體均呈下降趨勢，仍以硫酸型酸雨為主，硝酸鹽對酸雨的貢獻逐年增加[113]。有研究預測，到2020年我國現有酸雨區將繼續擴大，降水的酸性還會升高[99]。

措施：為解決酸雨問題，在國際層面，1979年通過《控制長距離越境空氣污染公約》,1983年美國、加拿大和歐洲各國等32個國家簽字生效。1985年，歐洲21個國家又簽署了赫爾辛基議定書，規定到1993年年底，各國將硫氧化物排放量削減到1980年排放量的70%。在國家層面，除了直接管制手段，還采取了經濟刺激措施，如美國1990年《清潔空氣法》修正案中建立的二氧化硫排放交易制度，此外還有排污稅、燃料稅、經濟補助等。在技術層面，包括對原煤進行洗選加工，減少硫含量；優先開發和使用各種低硫燃料；改進燃燒技術，減少燃燒過程中二氧化硫和氮氧化物的產生量；采用煙氣脫硫裝置，脫除煙氣中的二氧化硫和氮氧化物；改進汽車發動機技術，安裝尾氣凈化裝置，減少氮氧化物的排放等。

七、海洋酸化

2003年，“海洋酸化”這一術語第一次出現在《自然》雜志中[114]。海洋表面pH值降低，碳酸鹽離子濃度下降，碳酸鹽礦物從飽和狀態變為不飽和狀態，這一過程稱為海洋酸化。北冰洋已經有了酸化現象，并且會因為海冰的消失而更加嚴重[115,116]。據估計，1765年至1994年，人為源二氧化碳吸收導致全球海洋表面pH值下降了0.08[117]，其中北大西洋北部下降最多，為0.10；亞熱帶南太平洋下降最少，為0.05[118]。地球系統模擬結果顯示，在過去的十年中海洋酸度超過歷史上類似時期[119]。

危害：海洋酸化會改變海洋化學[120]，還會對海洋生態系統產生重大威脅[121]。海洋酸化改變了海洋化學，影響生物對溶解在海水中的微量必需元素鐵的利用率，會降低硅藻和球藻的鐵吸收率[122]。海洋酸化會嚴重威脅生產碳酸鈣的海洋殼類生物的生長，如牡蠣、蟹和珊瑚等[123]。海洋酸化使碳酸根離子濃度下降，降低了文石的飽和水平，文石是牡蠣幼蟲用來生成它們成長貝殼的礦物質形式的碳酸鈣。研究表明，如果文石飽和狀態低于1.5，貝類的幼蟲將因無法形成它們的貝殼而死亡[124]。大氣中二氧化碳增長導致的海洋變暖和酸化都會降低全球珊瑚的鈣化率，導致礦物質沉積，新生和生長中的珊瑚骨骼畸形和多孔，常規排放情景下，到2100年，新生珊瑚在海洋表層水中將難以有效構建骨骼[125]。海洋酸化改變了珊瑚的組成結構，改變了底層浮游動物的棲息地而使浮游生物減少[126]。由于浮游生物是珊瑚和濾食性魚類的主要營養來源，這會影響整個海洋生態系統；珊瑚、棘皮動物、軟體動物比甲殼類動物對于酸化更敏感，幼魚甚至可能比低等無脊椎動物更敏感，可能導致物種組成的長期變化[127]。此外，海洋酸化會影響到海洋動物的移動和定位能力，甚至將它們吸引到天敵附近[128]。海洋酸化會增加海洋雙殼類生物中的鎘積累，對海鮮食品安全有潛在威脅[129]。

原因：人為排放CO2是海洋變暖和海洋酸化的主要原因，人類活動釋放的CO2約有30%～40%從大氣中進入海洋、河流和湖泊溶解。為了實現化學平衡，CO2與水反應生成碳酸，這些額外的碳酸分子與水分子繼續反應生成碳酸氫離子和水合氫離子，從而增加了海洋酸度（氫離子濃度）[130]。此外，其他水質問題也會加重海洋酸化，比如農業和城市徑流。大型河流和河口富營養化的水排放入海能影響區域海洋酸度，當藻類死亡時，以藻為食的細菌呼吸會釋放二氧化碳，如果大型河流中含有大量可以緩沖酸液的礦物質也可以抑制酸化。另外，深海冷水上涌是表層海水酸化的自然原因，如美國西海岸生態系統已受到高水平酸度影響，原因是深海冷水沿西海岸上涌，而冷水能夠溶解更多的二氧化碳[131]。

趨勢：據IPCC第五次工作報告，通過未來的大氣和海洋二氧化碳濃度預計，到21世紀末，全球海洋表面平均pH值可能低于現在值的0.2～0.4。由于pH值是氫濃度的對數，所以改變一個單位對應著10倍氫離子濃度的變化。如果不改變現代農業的耕作方式，世界上的海洋酸度上升可能會在22世紀摧毀美國沿海的牡蠣、蛤和其他貝類生產以及以此為支柱產業的社區，環繞美國的23個沿海生物區中有16個對于海洋酸化敏感，最危險的是墨西哥灣沿岸地區和大西洋海岸[126]。有模型預測表明，如果CO2排放不減少，表層水中文石將維持不飽和狀態到2105年，并且保持約600年；深層水文石飽和層的頂部將在2140年上升到達表面混合層的底部，并可能保持在那兒長達千年，依靠飽和文石生存的生物將長期受到威脅[132]。接下來的世紀，海洋酸循環可能達到使世界各地的魚類面臨中毒的威脅，到2100年，高碳酸血癥和二氧化碳嚴重中毒可能會影響世界海洋中一半的魚類[133]。

措施：2009年，105個科學院成員對海洋酸化聯合發表了一份聲明：在海洋管理和政策中納入氣候因素[134]，建議到2050年，全球二氧化碳排放量比1990年的水平減少至少50%[135]。2009年，世界各國領導人還呼吁：海洋酸化是大氣中的二氧化碳濃度增加的直接和真實的結果，要通過振興行動如減少過度捕撈和污染，在海洋生態系統增加彈性減緩海洋酸化，并穩定大氣中的二氧化碳濃度為450×10-6。《聯合國氣候變化框架公約》的目標將全球變暖相對于工業化前水平限制在2°C以下，將意味著海洋表面的pH值下降0.16，這是一個巨大的變化[136]。其他控制海洋酸化的方法還有2009年國際科學院委員會提出的氣候工程，比如在海水中加入化學物質以抵消海洋酸化的影響，但成本昂貴，作用有限，還可能帶來不可預知的危險[137]。

八、森林銳減

1990—1997年，每年損失5.8±140萬公頃的潮濕熱帶森林，另有2.3± 70萬公頃的森林明顯退化[138]。全球評估顯示，1990—2005年后5年的森林凈損失率明顯低于前5年；雖然全球森林砍伐率仍然很高，維持在1300萬公頃/年，但由于造林和森林的自然再生，有18個國家的森林覆蓋率開始增加。2000—2012年，世界各地有230萬平方公里的森林被砍倒，曾經覆蓋地球的1600萬平方公里森林只有620萬平方公里保持最初的樣子[139]。

危害：森林銳減會影響水循環，導致干旱。根據Escobar的新聞報道，亞馬孫地區在2015年下半年的降水量僅為2014年同時期的一半，亞馬孫雨林降雨模式的變化是由于人類活動導致的森林砍伐和棲息地退化，熱帶森林砍伐能影響區域降雨量甚至導致全球變暖，對農業的負面影響甚至會超過熱帶區域的范圍[140]。巴西2015年經歷了自1930年以來的最嚴重干旱，并造成能源緊張，水危機蔓延影響到該國東南部的大部分區域的糧食生產、工業活動和數百萬人[141]。1950—1980年，中國森林砍伐嚴重的北部和西北部，平均年降水量減少了三分之一[142]。清除森林植被的主要方法是用火，而森林大火會向大氣中排放大量顆粒物質，降低空氣質量并影響人類健康[143,144]。有研究表明，減少森林砍伐對提升空氣質量和減少對人類的危害有效[145]。森林砍伐正在持續改變氣候和地理[146]。森林砍伐是全球變暖的貢獻，通常被視為增強溫室效應的主要原因之一[147]，來自毀林和森林退化的二氧化碳排放貢獻了約12%的人為二氧化碳排放總量[148]。森林是生物多樣性最豐富的生態系統，森林銳減會導致生物多樣性下降及全球范圍內許多物種的滅絕[149]，森林群落生境還是許多不可替代的新藥來源（如紫杉醇），森林銳減還會降低遺傳多樣性（如農作物抵抗）[150]。

原因：巴西亞馬孫森林被砍伐主要原因是經濟發展將其轉化成養牛場和農業用地[151]。種植業是馬來西亞婆羅洲過去四十年毀林的主要驅動力，自2005年以來，印度尼西亞森林轉化為工業種植園的速度急劇上升[152]。根據《聯合國氣候變化框架公約》（UNFCCC），森林砍伐的直接原因是農業：自給農業砍伐的森林占48%；商業化農業砍伐的森林占32%；伐木占14%的森林砍伐；木材燃料占5%的森林砍伐[153]。當代森林砍伐還包括其他原因，如人口增長[154]和戰爭[155,156]。

趨勢：據估計，由于熱帶雨林的砍伐，我們每天正在失去137個植物、動物和昆蟲物種，相當于每年50000個物種[157]。一些科學家預測，除非在全球基礎上實施重要的措施，否則到2030年只會剩下10%的原始森林和另外10%正在退化的森林，將有80%的森林和其中成千上萬的不可替代的物種消失[158,159]。2000—2005年亞洲森林增加了100萬公頃，1992—2001年薩爾瓦多熱帶森林擴大逾20%，基于這些趨勢，一項研究表明，到2050年全球森林的面積將增加10%[160]。

措施：自2005年以來，《聯合國氣候變化框架公約》（UFCCC）下的談判很重視減少毀林和森林退化而減少的碳排放量對于減緩氣候變化的作用，很多政府、企業團體和民間社會組織制定了有時間限制的目標以達到零森林削減[161]。主要國際組織包括聯合國和世界銀行，已經開發出旨在遏制森林砍伐的REDD程序，直接使用貨幣或其他獎勵，以鼓勵發展中國家限制和遏制森林砍伐。2009年12月，在哥本哈根達成一項協議，共同承諾發達國家2010—2012年通過國際投資機構為額外資源投資（包括林業）將近300億美元。在2014年，聯合國糧食及農業組織和合作伙伴推出一組開源軟件工具，可以協助國家收集、生產和傳播森林資源的狀態信息。各國政府則因地制宜，制定合適的法律以保護森林，如巴西政府通過公共政策干預牛肉和大豆供應鏈，減少對亞馬孫森林的砍伐，以及印度森林權利法案等[162]。此外，世界許多地方，特別是東亞國家，通過植樹造林增加森林覆蓋的土地面積。

九、重金屬污染

自20世紀50年代日本出現的“水俁病”和“骨痛病”被查明分別是由重金屬汞（Hg）和鎘（Cd）污染引起后，重金屬污染問題引起了世界各國的普遍關注。水體、土壤和大氣中的重金屬污染問題都比較突出。2003年，我國黃河、淮河、松花江、遼河等十大流域的重金屬超標斷面的污染程度均為超Ⅴ類[163]。國外同樣存在水體重金屬污染問題，如波蘭由采礦和冶煉廢物導致約50%的地表水達不到水質三級標準[164]。沉積物中的金屬污染也一直是世界范圍內問題[165]，例如我國江河湖庫底質的重金屬污染率高達80.1%[166]。我國耕地重金屬污染的面積約占耕地總量的1/6，其中鎘污染概率為25.2%，遠超過其他幾種土壤重金屬元素，此外也有一些區域發生鎳、汞、砷和鉛土壤污染，但是鋅、鉻和銅元素發生污染的概率較小[167]。每年自然和人為來源排放到全球大氣中的汞約5000～8000噸，包括放射性汞。

危害：八大環境污染事件中有兩件為重金屬污染引起，即水俁病和骨痛病：含汞的工業廢水污染水體，使水俁灣的魚中毒，人食用毒魚后生病，稱為“水俁病”。1972年日本環境廳公布：水俁灣和新縣阿賀野川下游有汞中毒者283人，其中60人死亡。鋅、鉛冶煉廠等排放的含鎘廢水污染了神通川水體，兩岸居民利用河水灌溉農田，使稻米和飲用水含鎘，人長期食用后得“骨痛病”。據統計，1963年至1979年3月共有患者130人，其中死亡81人。不止八大環境污染事件，世界各地受重金屬污染的環境問題也不容小視。例如中國環境保護部統計，2009年環保部接報的12起重金屬、類金屬污染事件，致使4035人血鉛超標，182人鎘超標，引發32起群體事件[168]。

重金屬污染可通過各種途徑對人類和生態環境產生危害，除了通過進入水體影響人類健康外，含有重金屬的沉積物對水質和生態系統健康也具有重大危害[169,170]。污水處理廠的含有重金屬的二級污泥過度暴露在環境中也可通過食物鏈造成嚴重的健康和環境障礙，這些過量的金屬還會在土壤生態系統中威脅生態、農業生產和地下水安全[171]。重金屬在土壤中不能為微生物分解，會在土壤中不斷積累，影響土壤性質，甚至可以轉化為毒性更大的烷基化合物，被植物和其他生物吸收、富集，進而通過食物鏈在人、畜體內蓄積，直接影響植物、動物甚至人類健康[172]。大氣顆粒物中的重金屬污染危害也不容忽視，其不可降解，呼吸進入人體后，會造成各種人體機能障礙，甚至引發各種疾病。其中砷、鉻、鎳、鉛和鎘具有一定的致癌能力，砷和鎘對人體有潛在致畸作用，而鉛和汞則對胎兒有毒性作用[173,174]。

原因：重金屬通過礦山開采、金屬冶煉、金屬加工及化工生產廢水、化石燃料的燃燒、施用農藥化肥和生活垃圾等人為污染源，以及地質侵蝕、風化等天然源形式進入水體[175]。根據化學和地質條件，排放到地表水中的重金屬被迅速分配到顆粒物質中并摻入沉積物中，而沉積物通常具有優異的金屬保留能力[176]。重金屬和微量元素在水體沉積物中的累積程度主要取決于從工業和其他人為活動排放的廢物量[177,178,179]。過去50年中，大量的鉻、銅、鉛和鋅排放到全球環境中，其中大部分進入土壤，引起了土壤重金屬污染[180]。而污水灌溉、重金屬農藥和化肥施用，金屬礦場廢棄物、交通運輸、大氣沉降等則是土壤重金屬元素的主要來源[181,182]。污水灌溉使土壤重金屬污染，然后積累于蔬菜作物中[183]，對土壤重金屬積累的風險高于大氣沉積和化肥施用[184]。

措施：各國都有專門環境法來保護水、土壤和大氣，環境保護走在前面的國家對于某一個方面甚至有好幾部法律各司其職。如美國保護土壤的法律就有避免廢物進入環境，從源頭控制的《資源保護與恢復法》，以及針對已經進入環境的有害廢物進行清除的末端控制法律——《棕色地塊法》[185]。也有些國家根據國情專門針對重金屬污染進行防治的。如2011年2月，中國國務院正式批復《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》用以防治重金屬污染。此外，環境技術的發展也為重金屬的去除提供了各種有效的方法，如降低廢水中重金屬濃度的方法有離子交換、吸附、化學沉淀、膜分離等[186,187,188]，去除污泥中的重金屬的方法有生物吸附、化學封存（連續提取、浸出，或使用螯合劑）、電動學和污泥酸化處理等[189]，粉煤灰中重金屬的去除技術有添加粉煤灰混合黏結劑、濕法處理去除重金屬、熱處理去除重金屬等[190]。

十、核污染

第二次世界大戰后，人為放射性物質大量出現，主要有137Cs、134Cs、90Sr、240Pu、131I等[191]。20世紀50年代開始利用核反應堆發電，此后核電的發電量一直持續增長，在電力生產中占有重要的地位。1979年3月28日，美國三里島核泄漏事故讓核工業界開始認真對待核電生產存在發生事故甚至嚴重事故的可能性，并加強核電廠的安全設計，而之后的切爾諾貝利核泄漏則讓世界警惕核污染帶來的危害[192]。根據國際原子能機構（IAEA）的資料，1997年，全世界32個國家正在運行和建造的核電廠有480座，占全球能源的6%，占總發電量的17%[193]。2009年，全球生產的鈾達到50572噸，哈薩克斯坦、加拿大、澳大利亞是三大鈾生產商，總產量占全球的63%[194]。

危害：1986年4月26日，位于烏克蘭邊境的切爾諾貝利核電站4號反應堆爆炸，離核電站30公里以內的地區被辟為隔離區，嚴格限制人員進入，被稱為“死亡區”，僅在當年就至少有6名消防隊員死于急性放射性疾病。大量鍶、銫、钚等放射性物質擴散到烏克蘭、白俄羅斯、俄羅斯及其他歐洲國家，受影響地區的兒童甲狀腺癌發病率有明顯的增高，1986—1995年，15歲以下的兒童中確診有約800例，其中白俄羅斯大于400例[195]。2006年出版的世界衛生組織健康影響報告預測約有4000人因此死于癌癥[196]。2011年，由地震和海嘯引起的福島核泄漏則是自1986年以來世界上最糟糕的核事故，50000個家庭流離失所，輻射泄漏到空氣、土壤和海洋，導致蔬菜和魚輻射超標而不能出口。福島核泄漏在5年內污染了世界最大的海洋，并且仍然每天泄漏300噸放射性廢物入海，致使海星等海洋動物畸形，對海洋生態系統產生了極大的威脅[197]。

原因：核污染來源有幾個方面。一是核試驗、核武器的制造和使用，如第二次世界大戰期間美國向日本長崎投擲原子彈，放射性核污染影響使幾十個劫后余生者變成了沒有生育能力、形象怪異、智力低下的“昆蟲人”[198]。二是放射性同位素的生產和應用，如鈾的開采主要應用于核電站燃料的使用，而現今鈾的開采和銑削對環境極具危險[199]。三是核能生產和核事故，使用核能過程中至少有3個廢物流可能影響到環境：反應堆的乏燃料（包括裂變產物和钚浪費）；在反應堆操作過程中鈾礦加工產生的尾渣和廢石；事故中釋放大量危險放射性物質[200]。四是礦物的開采、冶煉和應用，煤、石油、泥炭、天然氣、地熱水（或蒸汽）和某些礦砂中放射性元素的含量也比較高，其開采、冶煉和應用一定程度上也會釋放放射性廢物到環境中，帶來一定的污染，如煤礦會排放放射性物質氡，磷酸鹽礦物中含有放射性核素232釷、40鉀、238钚和226鐳等[192]。

趨勢：根據聯合國原子輻射效應科學委員會提供的世界范圍內1970年至1989年所有核反應堆按5年平均的放射性廢氣、廢液的歸一化排放量數據，可看出世界范圍內核電廠向環境排放的放射性污染物在減少，這種降低趨勢反映了核燃料質量的提高及核電廠運行性能和標準的提高[201]。

措施：國際原子能機構為保證和維持核動力的安全，曾制定了核安全標準計劃（NUSS計劃），發布了一系列涉及核動力安全的法規和導則。此后，IAEA又制定了放射性廢物安全標準（RADWASS），目的是向IAEA成員國提供放射性廢物管理的基本安全指導原則和實施這些原則所需要采取的步驟，以便安全管理放射性廢物[202]。關于核安全最重要的兩個合約是1994年通過的《核安全公約》和1997年通過的《乏燃料管理安全和放射性廢物管理安全聯合公約》，通過國際合作在世界范圍內實現高水平核安全[203]。

由以上十大生態環境問題可以看出，自工業化以來，人口劇增、經濟和科技的快速發展，以及對資源不合理的開發與利用，使生態平衡遭到嚴重破壞，生態環境日益惡化，全球爆發的環境問題越來越多，越來越具有全球性趨勢，嚴重地威脅著人類的生存與發展。