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人类影响与全球变化：土壤和水污染

课程概述​

本讲主要探讨人类活动对地球土壤和水资源造成的污染及其影响。

土壤与土壤污染 (Soil and Soil Pollution)​

  • 什么是土壤 (What is soil?): 地球表面未固结的矿物或有机物质，是陆地植物生长的自然介质。
  • 土壤组成 (What is the soil composed of?): 主要由矿物质、有机质、水和空气组成。
  • 土壤多样性 (Diversity of Soils): 存在多种类型的土壤。
  • 土壤的重要性 (Why are soils important?): 连接大气圈、水圈、生物圈和岩石圈，是地球的皮肤，是终极资源和缓慢可再生资源。
  • 土壤质量 (Soil Quality): 土壤在生态系统边界内（有时也在边界外）发挥功能的能力，以维持生物生产力和多样性，保持环境质量，促进植物和动物健康。
  • 土壤污染 (Soil pollution): 影响土壤质量的最令人担忧的问题之一。
  • 土壤污染的来源和类型 (Soil pollution: Sources and Types):
    • 土地利用 (Land use):
      • 农田污染 (Agricultural land pollution): 污水灌溉、农药化肥。
      • 城市工业土壤污染 (Urban industrial soil pollution): 生活垃圾、城市化进程及产业结构调整导致工业用地转为其他用途。
      • 矿区土壤污染 (Mining soil pollution): 矿山开采、金属选冶、尾矿库。
  • 土壤污染的影响 (Impacts of soil pollution):
    • 农田污染 (Agricultural land pollution): 影响农产品安全。
    • 土地修复 (land restoration): 需要对污染土地进行修复。
  • 结论: 中国土壤污染状况调查显示，土壤总超标率为 16.1%，主要污染物包括镉、镍、铜、砷、汞、铅等。不同土地利用类型污染情况不同，耕地、林地、草地、未利用地和建设用地均存在超标现象。

地表水污染 (Surface water pollution)​

  • 地表水污染的来源和类型 (Surface water pollution: Sources and Types):
    • 人为污染 (Anthropogenic pollution) (主要原因): 工业废水、生活污水、农药化肥等。
    • 自然污染 (Natural pollution): 特殊地质条件、天然植物腐烂、自然灾害等。
  • 水质分级 (Five grades of water quality): 中国将水质分为五级（I-V），I-III 级经适当处理可用于饮用，IV-V 级及劣于 V 级不可用于饮用。
  • 地表水污染问题 (Surface water pollution issues):
    • 富营养化 (Eutrophication): 水体中营养物质过多导致藻类过度生长。
    • 藻华 (Algae Blooms): 大量藻类繁殖导致水体变色。
    • 赤潮 (Red Tide): 有害藻类大量繁殖。
    • 微塑料 (microplastics): 直径小于 5 毫米的塑料颗粒，存在于海洋、空气、土壤和生物体中。
  • 结论: 中国主要河流和珠江流域的水质在持续改善，但仍存在部分断面水质较差的情况。水库水质也存在砷、氨氮、总磷、五日生化需氧量等主要污染物。微塑料污染是一个全球性问题。

地下水污染 (Groundwater pollution)​

  • 地下水的重要性 (Why groundwater is important?): 占世界淡水资源的 96.5%，是重要的饮用水、农业灌溉、工业用水来源，也是河流、湖泊和湿地的重要补给源。
  • 地下水污染的来源和类型 (Groundwater pollution: Sources and Types):
    • 城市化 (Urbanization): 地下储罐泄漏、加油站、垃圾填埋场、工业活动。
    • 采矿 (Mining): 酸性矿山排水、重金属、放射性污染。
    • 农业 (Agricultural): 化肥和农药、畜禽养殖。
    • 海水入侵 (Seawater intrusion): 沿海地区过度开采地下水导致海水或地下咸水入侵。
    • 地球化学来源 (Geochemistry sources): 地层中天然存在的高砷、高氟等。
  • 地下水污染事件 (Major groundwater pollution incidents in China): 发生过多次严重的地下水污染事件。
  • 结论: 地下水是重要的淡水资源，但面临城市化、采矿、农业等人为活动以及自然地球化学来源的污染威胁。地下储罐泄漏、垃圾填埋场、化肥农药的过度使用以及沿海地区的海水入侵是主要的污染途径。高砷和高氟等地球化学污染也会导致地方性疾病。

其他全球环境问题 (Other global environmental issues)​

  • 电子垃圾污染 (E-waste pollution): 影响空气、土壤、水和人类。
  • 核污染 (Nuclear pollution): 采矿、废弃物、事故等导致。核能作为低碳能源，也存在危险性。
  • COVID-19 大流行 (COVID19 Pandemics): 导致塑料垃圾释放增加。
  • 地球面临的三大环境危机 (Earth faces three major environmental crises): 气候变化、生物多样性丧失和污染。
  • 生物多样性 (Biodiversity): 物种多样性与生态空间大小相关。气候变化对生物多样性产生多层次影响。
  • 亚马逊雨林 (Amazon): 面临全球临界点风险，降雨减少和火灾频率增加可能导致其从碳汇转变为碳源，对全球气候系统产生正反馈。森林面积持续减少。
  • 人类世 (The Anthropocene): 保罗·克鲁岑提出，指人类活动对地球地质和生态系统产生显著影响的时期。

总结​

人类活动对地球的土壤和水资源造成了严重的污染，包括农业污染、工业污染、城市污染等。这些污染不仅影响环境质量，也对人类健康和生态系统产生负面影响。此外，电子垃圾、核污染、塑料垃圾等也是全球面临的重要环境问题。气候变化、生物多样性丧失和污染是当前地球面临的三大环境危机，亚马逊雨林等关键生态系统也面临临界点风险。人类世的概念强调了人类活动对地球的深远影响。