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杨志峰《环境科学概论》（第2版）笔记和课后习题（含考研真题）详解试读：
第一篇 环境与环境问题
第1章 绪 论
1.1 复习笔记
【知识框架】【重点难点归纳】一、环境及类型
1．环境的概念（1）概念
①环境是指与体系有关的周围客观事物的总和，体系是指被研究的对象，即中心事物。
②生态学中的环境是指某一特定生物体或生物群体以外的空间，以及直接或间接影响该生物体或生物群体生存的一切事物的总和。
③环境科学中所研究的环境是指以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体，包括自然环境和人工环境。（2）自然环境和人工环境的关系
自然环境是人类生存与发展的物质基础，人工环境是人类自然属性和社会属性共同作用的结果。自然环境和人工环境之间存在着物质、能量和信息流动，见图1-1。图1-1 人与环境关系图
2．环境的类型（见图1-2）图1-2 环境类型图
3．环境的特性（见表1-1）表1-1 环境的特性
特性具体内容环境中各部分联系紧密、相互制约，各个要素相互整体性依存、相互影响不同时空尺度下区生态环境特征变化很大，不同国区域性家和地区的文化、经济和社会具有明显的差异性环境系统具有一定抗干扰的自我调节能力，只要干相对稳定扰强度不超过环境所能承受的界限，环境系统表现性出动态的平衡性和相对的稳定性环境变化引发的影响不能很快反映出来，问题本质具有不确滞后性定和难预测特性环境的脆太阳耀斑和外来星球撞击的影响，地球承载力和人
弱性口之间产生的矛盾
二、环境科学及其发展
1．环境科学的形成与发展阶段（见表1-2）表1-2 环境科学的形成与发展阶段内容阶段①“环境问题”的提出。20世纪50年代，环境质量恶化，环境功能退化，公害事件频发，严重影响了人类的生存和生活，环境问题得到了人们的广泛关注。在这个阶段，近代环境科学思想产生，其标志是蕾切尔·卡逊的《寂静的春天》。②“环境科学”的诞生。在卡逊思想的指引下，研环境科学究环境问题，在各个原有学科基础上创立了分支学分化发展科，如环境生物学、环境化学、环境地学、环境物阶段理学、环境工程学等。③多学科发展。环境科学的诞生时期由于各学科还是处于分散研究的阶段，所以环境科学也只是一个多学科的集合概念，还没有形成一个较完整的统一体系环境科学的研究在与自然科学交叉和分化之后，开环境科学始扩展到了社会科学、经济科学和人文科学等领交叉与整域，并确立了走“可持续发展”道路合阶段以2009年哥本哈根世界气候变化大会为标志。21世从环境问纪，环境科学大学科的特征日渐明显，各分支学科题全球化形成独特的学科特点和思维模式，并与其他学科交与定量环叉渗透，进入定量环境模型构建阶段境模型构建阶段
2．环境科学研究对象（见表1-3）表1-3 环境科学研究对象具体内容要点环境科学以“人类—环境”这一矛盾体为其特定的研究对对象，研究“人类—环境”之间的对立统一关系象探讨人类社会持续发展对环境的影响及环境质量的变化规律，从而通过调整人类自身的行为来保护和改善环境，为社目会、经济、环境的可持续发展提供科学依据的
3．环境科学的任务
①探讨人类社会持续发展对环境的影响及其环境质量的变化规律，了解全球环境变化的历史、演化机理、环境结构及基本特性等，从而为改善环境和创造新环境提供科学依据。
②揭示人类活动同自然环境之间的关系，探索环境变化对人类生存和地球环境安全的影响。
③探索和发现环境污染物在环境中的迁移、转化、作用机理及对人体的影响，探索污染物对人体健康危害的机理及环境规律，从而为人类健康的生活提供服务和指导。
④帮助人类树立正确的科学发展观，研究和探讨环境污染控制技术和管理手段，寻求解决区域环境问题的最佳方案，为制定区域环境管理体制与政策提供理论指导，推进可持续发展战略的实施。
4．分支学科
按环境科学性质及作用分为基础环境学、应用环境学和社会环境学，每一学科分支又包括许多更细的分支学科（见图1-3）。图1-3 环境科学及其分支学科
三、环境科学思想与方法论（见表1-4）表1-4 环境科学思想与方法论内容要点环境科学的特点是强调研究对象的整体性，把人类与环境整体系统看作是具有特定结构和功能的有机整体性环境科学所研究的环境是一个复杂的、有时、空、量、序系统变化的动态系统和开放系统性环境科学的研究范围涉及人类经济活动和社会行为的各个领域，包括管理、经济、科技、军事等部门及文化教育等人类社会的各个方面。生态系统的破坏是在多种环境问题综合综合作用下产生的，环境问题都是多种因素综合作用的结性果环境的各组成成分除了本身的特征外，各成分之间都有相互作用，系统越复杂，彼此的调节能力越强。另外，环境复杂问题的人为性、隐蔽性、不确定性与加速性、动态发展性性与可变性加大了环境问题及环境科学理论与实践的复杂性
四、学习目标与要求
1．学习目标
①环境科学研究的主要内容及其分支学科，现代环境科学的特点和任务。
②现代环境科学发展趋势、学科前沿和环境热点问题、基本理论和方法。
③通过学习培养与环境友好的价值观和伦理观，环境科学思维与研究技巧，建立全球和局部环境的时空概念，树立从我做起和从现在做起的环境行为准则。
④为下一步专业课程的选择和专业方向的确定提供必要的参考信息和导引。
2．学习要求
①环境信息收集、分析和合作能力的培养；
②科学思维的培养；
③科学研究基本素质和能力的培养。
1.2 课后习题详解
1．环境的定义及类型是什么?
答：（1）环境的定义
①环境是指与体系有关的周围客观事物的总和，体系是指被研究的对象，即中心事物。环境是一个相对的概念，它以某项中心事物作为参照系，因中心事物的不同而不同，随中心事物的变化而变化，中心事物与环境之间存在着对立统一的相互关系。
②环境科学中所研究的环境是指以人类为主体的外部世界，即人类赖以生存和发展的物质条件的综合体，包括自然环境和人工环境。（2）环境的类型（见图1-1）图1-1 环境类型图
2．你认为环境科学的研究对象、任务是什么?
答：（1）环境科学的研究对象
环境科学以“人类—环境”这一矛盾体为其特定的研究对象，研究“人类—环境”之间的对立统一关系，其目的在于探讨人类社会持续发展对环境的影响及环境质量的变化规律，从而通过调整人类自身的行为来保护和改善环境，为社会、经济、环境的可持续发展提供科学依据。（2）环境科学的任务
①探讨人类社会持续发展对环境的影响及其环境质量的变化规律，了解全球环境变化的历史、演化机理、环境结构及基本特性等，从而为改善环境和创造新环境提供科学依据。
②揭示人类活动同自然环境之间的关系，探索环境变化对人类生存和地球环境安全的影响。
③探索和发现环境污染物在环境中的迁移、转化、作用机理及对人体的影响，探索污染物对人体健康危害的机理及环境规律，从而为人类健康的生活提供服务和指导。
④帮助人类树立正确的科学发展观，研究和探讨环境污染控制技术和管理手段，对不同时空尺度下环境问题的解决途径进行系统优化，从区域环境的整体上调节控制“人类一环境”系统，寻求解决区域环境问题的最佳方案，为制定区域环境管理体制与政策提供理论指导，推进可持续发展战略的实施。
3．说明环境科学的形成和发展阶段，并分析其发展前景。
答：（1）环境科学的形成和发展阶段
①环境科学分化发展阶段
a．“环境问题”的提出。
20世纪50年代，环境质量恶化，环境功能退化，公害事件频发，严重影响了人类的生存和生活，环境问题得到了人们的广泛关注。为了迫切解决这些问题，历史上第一次把人为活动所引起的“环境问题”同自然因素所造成的“灾害”区分开来，并作为专门的科学研究领域。在这个阶段，近代环境科学思想产生，其标志是蕾切尔·卡逊的《寂静的春天》。
b．“环境科学”的诞生。
在卡逊思想的指引下，各学科专家从自身学科的角度，运用其理论和方法，研究环境问题，在各个原有学科基础上创立了分支学科。从“环境问题”的提出到“环境科学”的诞生，完成了环境科学发展史上一次质的飞跃。由于各学科还是处于分散研究的阶段，所以环境科学也只是一个多学科的集合概念，还没有形成一个较完整的统一体系。因此，这一阶段又称多学科发展阶段。
②环境科学交叉与整合阶段
环境科学的研究在与自然科学交叉和分化之后，开始扩展到了社会科学、经济科学和人文科学等领域。自1987年《我们共同的未来》发表以来，特别是1992年联合国环境与发展会议以后，确立了走“可持续发展”道路，即在经济和社会的发展过程中同时合理利用资源、防治环境污染，走经济、社会和环境协调发展的道路。
③从环境问题全球化与定量环境模型构建阶段
进入21世纪，全球环境变化成为引人关注的焦点，环境问题的复杂性和大尺度下环境问题的不确定性成为科学难题，环境科学大学科的特征日渐明显，各分支学科进入了逐渐脱离其母学科，形成独特的学科特点和思维模式，并与系统科学、数学、物理和计算机等跨学科交叉渗透，进入定量环境模型构建阶段。（2）环境科学发展前景
随着人类在控制环境污染方面所取得的进展，环境科学这一新兴学科也日趋成熟，并形成自己的基础理论和研究方法。
①将从分门别类研究环境和环境问题，逐步发展到从整体上进行综合研究。
关于生态平衡的问题,如果单从生态系统的自然演变过程来研究，是不能充分阐明它的演变规律的。只有把生态系统和人类经济社会系统作为一个整体来研究，才能彻底揭示生态平衡问题的本质，阐明它从平衡到不平衡，又从不平衡到新的平衡的发展规律。人类要掌握并运用这一发展规律，有目的地控制生态系统的演变过程，使生态系统的发展越来越适宜于人类的生存和发展。通过这种研究，逐渐形成生态系统和经济社会系统的相互关系的理论。
②环境科学的方法论的发展
例如在环境质量评价中，逐步建立起一个将环境的历史研究同现状研究结合起来，将微观研究同宏观研究结合起来，将静态研究同动态研究结合起来的研究方法；并且运用数学统计理论、数学模式和规范的评价程序，形成一套基本上能够全面、准确地评定环境质量的评价方法。
4．如何理解环境科学的学科交叉和跨学科的交叉渗透?
答：（1）环境科学的学科交叉分析
环境科学按其性质及作用可以分为基础环境学、应用环境学和社会环境学。
①基础环境学是从各基础学科的角度应用学科原理和理论对环境问题进行研究，是环境科学体系的基础；
②应用环境学是基础理论的实际应用，主要是把一些应用科学如工程技术等运用于环境科学研究中；
③社会环境学是环境科学与社会科学相互渗透形成的交叉学科，它以人类一社会环境为研究对象，主要运用社会科学研究的方法，研究社会、经济、环境三大规律的联合作用，并对人的行为和观念进行调控。（2）跨学科的交叉渗透分析
环境科学各个分支学科具有自身特点，但实际上它们又互相渗透、互相依存，既具有个性，又具有共性。
例如，环境毒理学研究的是环境污染物，它不仅要研究对生物个体的损害作用，而且要研究对整个生态系统的损害作用及其防治对策，它具有特有的研究对象，但是由于环境污染物种类繁多，因此，环境毒理学包含环境化学、环境物理学、环境医学、环境监测等学科的内容，它们共同的目的都是为了弄清环境污染对生物机体的影响，从而采取相应的防治措施。
5．通过阅读环境科学经典著作，总结环境科学的发展趋势与热点问题。
答：（1）环境科学的发展趋势
①研究人—地（自然）系统协调发展的机制
研究人口、资源、环境与经济发展之间的关系变化的一般规律和持续发展的基本原理是十分关键的。尤其需要在过去研究“国情分析”的基础上，对我国近几年人口－资源－环境－经济作一个全面深入的分析，研究它们之间内在的定量关系，并由此明确中国持续发展分阶段的目标和相应的发展模式，以建立环境与发展的动态调控模型，预测中国生态、环境变化趋势，为决策者提供可选择的方案和途径。
②加强研究对污染控制成龙配套的适用技术
其中包括清洁生产的高新技术，并应进一步加强我国区域环境污染控制的研究。我国环境污染有明显的地方性和区域性特点，不同污染类型和环境破坏的区域环境问题十分突出，并具有很强的紧迫性、现实性和挑战性。
③在环境保护和污染防治上需因地制宜
实行污染物最少化的排放和清洁生产工艺，走污水、废弃物资源化的途径。在统一的环保政策下，按区域制定环境政策，分区控制、治理，分区保护、建设，分区管理，对症下药，以最少的环保投资，获得最大的“三效益”。（2）环境科学的热点问题
①C、N、P、S的生物地球化学循环与农业、能源、水资源持续发展的研究
能源（主要是煤）的合理开发利用，碳、硫等生物地球化学循环和大气污染的控制；氮、磷等生物地球化学与水环境污染的防治和农业持续发展；环境演变的地质记录和规律。
②人－地（自然）系统的调控和区域可持续发展的研究
可持续发展的指标体系，评价方法论；我国人口、资源、环境的承载力；环境管理。
③水资源合理开发利用
区域水循环变化规律，污水资源化及水污染控制的配套适用技术的研究。
④土地资源合理利用和保护
土被的变化规律，土地退化的综合防治和土地复垦的配套适用技术研究。
⑤环境污染的区域控制理论与方法
城市地区，乡镇工业和矿业地区，流域（河、湖），海陆交错带和近海区域。
⑥稀土等重金属和有机污染物的环境行为、生物（健康）效应和控制对策的研究
Hg、Cd、Pb、Cr等重金属；有机污染物（优先有机污染物、三致有机污染物等）。
⑦固体废弃物无害化、资源化、放射性废料的安全和无害化的研究。
⑧环境污染防治技术和监测技术的新理论和新方法（包括污染源治理的新工艺）的研究。
⑨保护生物多样性的研究。
1.3 考研真题与典型题详解
一、填空题
根据不同的原则，环境划分也不同。按环境主体，环境可分为______和______。【答案】人类环境；生物环境【解析】环境类型的划分涉及的范围广而复杂。根据不同的原则，环境划分也不同。按环境主体，环境可分为人类环境和生物环境。按照环境空间，环境可分为星际环境、全球环境、区域环境、聚落环境、特定空间环境等。
二、名词解释
1．环境问题[四川师范大学2015年研]
答：从广义理解，环境问题是指由自然力或人力引起生态平衡破坏，最后直接或间接影响人类的生存和发展的一切客观存在的问题。从狭义上理解，环境问题是指由于人类的生产和生活活动，使自然生态系统失去平衡，反过来影响人类生存和发展的一切问题。一般情况下，人们多从狭义上理解环境问题，它可分为环境污染和生态破坏两大类。
2．环境承载力
答：环境承载力是指某一环境状态和结构在不发生对人类生存发展有害变化的前提下，所能承受的人类社会作用在规模、强度和速度上的限值，是环境的基本属性——环境具有有限性的自我调节能力的量度。环境承载力可作为判断人类社会经济活动与环境是否协调的依据。
三、简答题
1．简述环境的特性。
答：环境的特性如下：（1）环境的整体性
环境中的各部分之间存在着紧密的相互联系、相互制约关系。环境中大气、水、土壤、生物及声、光、电等各个环境要素相互依存，相互影响。环境中的各种变化也不是孤立的，而是多种因素的综合反映。局部地区的环境污染或环境破坏，总会对其他地区造成影响和危害。一般化学农药的残留时间较长，它们通过大气环流、海洋环流以及食物链进入南北极，危害动植物的生存。（2）环境的区域性
由于纬度和经度的差异，导致了地球热量和水分在各个自然环境的分布不同，形成了陆地生态系统和水域生态系统的垂直地带性分布和水平地带性分布的特点，这是自然环境的基本特征。不同时空尺度下区域生态环境特征变化很大，不同国家和地区的文化、经济和社会具有明显的差异性，使得对于自然—社会和环境复合巨系统规律的探索和运用面临困难。（3）环境的相对稳定性
在一定的时空尺度下，环境具有相对稳定的特点。所谓相对稳定是指环境通过物流、能流和信息流而处于不断变化中，但环境系统具有一定抗干扰的自我调节能力。只要干扰强度不超过环境所能承受的界限，环境系统的结构和功能就能得以逐渐恢复，表现出动态的平衡性和相对的稳定性。（4）环境变化的滞后性
自然环境受到外界影响后，其产生的变化往往是潜在的和滞后的，这主要表现为：
①引发的许多影响不能很快反映出来；
②环境受到影响后，发生变化的范围和影响程度在当时很难了解问题的本质，具有不确定和难预测的特性；
③一旦环境被破坏，所需的恢复时间较长，尤其是当超过阈值之后，自然恢复的成本、时间和难度成倍的增加。（5）环境的脆弱性
地球会受到各种各样因素的影响，从以上特点可以看出它具有一定的脆弱性。主要体现在以下两个方面：
①来自宇宙的影响
太阳耀斑在短时间内可以释放出相当于100亿颗百万吨级氢弹爆炸的能量，这样大的能量会引起局部区域的瞬时加热和可见光、紫外线、红外线、x射线、高能粒子及宇宙线等的增强，可能破坏大气电离层结构，影响无线电通信，或者产生磁暴，使罗盘失去作用。
②来自人类的影响
地球及其存在的资源能供养人口的数量是有限度的，即地球承载力是有限的，而人口在不断增长，所以二者之间必然会产生矛盾，所以在地球的脆弱性中重要的一方面是来源于人口的快速膨胀，人类活动对地球环境的影响和破坏的频度、强度以及范围均是空前的。
2．环境科学具有哪些特点？
答：环境科学以“人类—环境”系统为特定整体，针对不断变化的环境问题，通过自然科学、社会科学和技术科学跨学科理论与方法的综合运用，构成不同于传统学科的交叉关系学科理论基础，逐渐形成特有的科学思想和方法论。
环境科学的特点如下：（1）整体性
环境科学的特点是强调研究对象的整体性，把人类与环境系统看作是具有特定结构和功能的有机整体。环境科学是在科学整体化过程中，充分运用各种学科知识，对人类活动引起的环境变化及其相互作用和影响，以及控制的途径和方法进行系统的综合研究。（2）系统性
环境科学所研究的环境是一个复杂的、有时、空、量、序变化的动态系统和开放系统。环境构成一个系统，是由于在各子系统和各组成成分之间，存在着相互作用，并构成一定的网络结构。环境系统内外存在着物质、能量和信息的变化和交换，并在交换流通中实现自组织，维持其结构功能的有序性，一旦交换和流通停止，环境系统就会自发地趋向无序，最后导致环境问题。（3）综合性
环境是一个有机整体，涉及面非常广，几乎关系到每一个自然因素和一定的社会因素，所以解决环境问题，必须作多学科的综合研究。环境科学的研究范围涉及人类经济活动和社会行为的各个领域，包括管理、经济、科技、军事等部门及文化教育等人类社会的各个方面。环境科学的形成过程、特定的研究对象，以及非常广泛的学科基础和研究领域，决定了它是一门综合性很强的学科。（4）复杂性
环境科学所研究的人类为主体的环境是庞大而复杂的多级系统。环境的各组成成分除了本身的特征外，各成分之间都有相互作用，它使系统具有自我调节的能力，保持系统本身的稳定和平衡，这种相互作用越复杂，彼此的调节能力就越强，因此环境的结构与功能越复杂，其稳定性就越大，越容易保持平衡；反之，结构与功能越简单，稳定性越小。
第2章 自然环境
2.1 复习笔记
【知识框架】【重点难点归纳】一、地球表层系统
1．地球表层系统概述
①距地面15～40km处有一个臭氧层，保护地球不受高能紫外线的伤害；
②适量CO的存在，使地球保持着有利于生物生长的温度；2
③地球土壤圈为植物提供了营养和生长的基地；
④厚度适中的地壳将岩浆覆盖于地下足够的深度，但又能维持一定的构造运动和火山活动，从而实现地壳深部和浅部一定的物质交换。
2．大地女神假说
Gaia是地球自我调节理论的简称，中心思想是生命活动创造了今天地球的环境。Gaia假说的主要论点是：
①地球上的所有生物都在不断地、主动积极地对地球环境起着调节作用。
②上述调节作用使地球生态系统保持稳定性，而此稳定性的实现是基于Gaia系统内部生物的各个部分相互有序、协调地合作。
③只有把生物和环境看成一个整体才能真正了解地球。
④在地球进化系统中包括地球上所有的生物和物质环境，即强调生物对地球进化的作用和影响，气候和化学组成的调节是该进化系统的自发应变特性，进化本身是渐进和间断地结合。
二、自然环境的圈层结构
1．大气圈（1）大气圈的组成和精细平衡
①大气圈的组成
大气是由多种气体、水汽、液体颗粒和悬浮固体杂质组成的混合物。
a．稳定组分包括氮（体积分数约为78％）、氧（约为21％）、氩（0.9％）、氦、氪、氙、氢、甲烷等。这些组分之间的比例，从地表到90km的高度范围内都是稳定的。
b．不稳定组分包括二氧化碳、二氧化硫、臭氧和水汽等；还有一些固态和液态杂质，主要是火山、地震、岩石风化、森林火灾和人为活动产生的烟尘、硫化物和氮氧化物等。
②大气圈精细平衡
地球各圈层，尤其是生物圈各组分与大气圈进行着活跃的物质和能量交换，使大气各组分之间保持着极其精细的平衡。大气圈各组分之间的精细平衡是地质历史过程的结果，破坏这种平衡也就是破坏了人类和各种生物赖以生存的基础。（2）大气的垂直结构（见表2-1）表2-1 大气的垂直分层及各层特点名称厚度温度变化主要特点对流平均随高度增最活跃；存在对流和水平运动、层12km加而下降雨雪云雾等天气现象；大气污染多在此层平流约12～随高度增存在近似等温层，又称同温层，层50km加而上升此层以上氧和臭氧吸收太阳辐射，温度随高度增加而上升；大气多水平运动，飞机飞行在此层中间约50～随高度增最冷；大气对流运动，出现夜光层80km加而下降云，有流星；约60～80km处为均质层向非均质层的过渡层；无线电波在此层80～热成随高度增温度上升极快；射线作用空气分800km层加而上升子大都发生电离，成为原子、离子和自由电子，又称电离层；火箭、激光、多数流星在此层＞800km逸散随高度增又称外大气层，大气稀薄，地心层加而上升引力小，运动速度快的质点可完全摆脱地球引力场逸散入宇宙空间
2．水圈（1）水圈概念和结构
水圈是指由大气圈、海洋、陆地水体（河流、湖泊、冰川）、土壤和岩石孔隙以及生物体中的气、液、固各态水组成的连续圈层。水圈组成如表2-2所示。表2-2 总水圈大气雨岩石地下水圈中圈中雹、雪、霰岩浆水的水的水水蒸气水合水生物体液（细胞外液）狭义陆地水 泉水、沼泽水圈中水圈细胞液（细胞内液）塘水、湖水的水生物聚合水化物（键河水、河口区水合水）冰川、冰盖与雪盖海洋水 浅海水大洋水海洋沉积物孔隙水（2）水的重要性（见表2-3）表2-3 水的重要性质内容性质①水具有高比热容与高蒸发热的特性；②水在4℃时密度最大，冰的密度要比液态水小，这样气温急剧下降时，较重水层向水底沉降，与下部水形成循环，实现溶解氧和其他营养物的均匀分布；物理性质③水无色透明，太阳光中的可见光和波长较长的紫外线可透过并到达一定深度，为水生植物光合作用提供条件，而对生物体有害的短波紫外线被阻挡在外①水是极好的溶剂，生命过程中的营养物和废物溶解其中，有利于营养物和废物的输送；化学②在所有液体中，水有最高的相对介电常数，有利于营性质养物的吸收和生物体内的生化反应（3）人类对水圈的利用和影响
①人类对水圈的利用图2-1 地球上水的分布
目前，世界上的水资源约70％用于农业，余下多用于城市用水和生活用水。农业中不科学的灌溉、不进行水的回收利用；生活中缺乏节约意识；工业废水直接排入江河等一系列行为都对水资源造成了大量的浪费和污染。
②人类对水圈的影响（见表2-4）表2-4 人类对水圈的影响内容影响a．大量开采利用地下水。直接导致地下水位大幅度下降甚至地下含水层枯竭，间接导致地面沉降。直接b．不合理开发利用地表水。引起湖泊消失、河流断流和影响河口等湿地退化a．修建大型水库。易触发地震，淹没大量农田，影响渔业发展，改变河流入海口生态环境，使原有的生态系统平衡被打破，还有修库带来的库区移民问题等。b．河流渠道化。改变了河流原有的物理性状，改变了整个水生生态系统乃至生存的环境，将给水生生态系统带间接来灾难性的影响。影响c．水体过度利用。超过水生生态系统的负荷，破坏原有的生态系统结构和功能，超强度和频度持续地利用各类水体开展养殖、生产和旅游等开发活动，严重影响水生生态系统的健康与可持续发展
3．岩石圈（1）岩石圈的概念
岩石圈作为地球内部圈层的最外层，人类生存环境的底层，分为地壳和上地幔顶部。地壳是由硅铝层和硅镁层组成。（2）人类对岩石圈的影响
人类开发利用岩石圈，必然要改变原有的地质地貌环境，破坏岩石圈的原貌；从中获取自己所需之后又要排出废物，岩石圈与其他圈层都紧密相连，不断地进行着物质和能量的交换，故人类对岩石圈的影响必将间接影响到其他圈层。
4．土壤圈（1）土壤圈基本组成（见图2-2）图2-2 土壤组成图
这些组分决定了土壤具有吸附性、缓冲性、氧化还原性以及自净功能，对于土壤自身的稳定与修复起到了重要的作用。（2）土壤圈与其他圈层的关系
①土壤圈覆盖在岩石圈上，对岩石圈有保护作用。
②土壤圈通过气体与污染物的吸收、交换、释放与大气圈相作用，从而影响大气变化。
③土壤圈中的物质要迁移运动，依赖于水；土壤圈反过来又影响降水的重新分配及水圈的化学组成。
④土壤圈的分布对生物圈的分布起到了决定性的作用。
5．生物圈
生物圈是地球上所有生物及其生存环境的总称。从海平面以下10km到海平面以上9km，生物圈作为地球上最大的生态系统，使地球各圈层相互联系，对其他圈层的影响也是最大的。
三、自然环境中物质循环、能量流动与信息传递
1．物质循环（1）物质循环的特点
①物质在生态系统中作循环式运动，这表明任何一种物质或元素都可以重复利用。
②物质循环是一个复杂的过程，这主要是由于：
a．环境介质多样，物质在陆地生态系统和水域生态系统中的循环明显不同；涉及的元素众多，形态各异。
b．循环过程中存在多种化学作用。物质在循环中被氧化、还原、分解等。
c．环境污染物，特别是难降解的污染物，在物质循环过程中很难消除，还会通过食物网进行迁移和生物富集。（2）物质循环的类型
①水循环
水循环是物质循环的核心，是物质循环的驱动力，主要表现在：
a．水循环是陆地生态系统与水域生态系统连接的桥梁。在水循环中，物质的主要贮存库是海洋，见图2-3。图2-3 水循环
b．水循环可以在循环过程中携带大量的物质，将物质从一个生态系统搬运到另一个生态系统。
②气体型循环
该循环具有明显的全球性，物质的主要贮存库是大气和海洋，它是三大物质循环中循环性能最为完善的。
a．碳循环（见图2-4）。图2-4 碳循环
b．氮循环。氮循环过程包括生态系统中生物和非生物之间氮的循环（见图2-5）。图2-5 氮循环
③沉积型循环
沉积型循环主要是矿质元素的循环，如磷、硫、钾等，它们主要是通过岩石风化及人类活动等作用释放出来，又通过沉积进入地壳。
④有毒有害物质循环
对有机体有毒有害的物质，如汞、镉、砷、铬、铜等重金属以及各种有毒有机物，进入生态系统，通过食物链富集或分解。
2．能量流动（1）能量流动基本过程
①能量的固定过程。主要通过绿色植物进行，把太阳能转化为生物化学能。
②分解还原过程。主要通过分解者完成，把有机物还原为水、二氧化碳等无机物。
③贮存与矿化过程。有一部分生物体埋入地下进入矿化过程。（2）生态系统中能量流动的特点（见表2-5）表2-5 能量流动的特点具体内容特点①太阳能以光能的形式输入生态系统以后，不再以光能的形式返回；②自养生物被异养生物摄食后，能量就由自养生物流到异养生物体内，也不能再返回给自养生物；单向性③从总的能量流动途径而言，能量只是一次性流经生态系统，是不可逆的经过各个营养级的能量逐级递减，根据通过各营养级的能量流量，从低到高就构成了一个能量锥体或能量递减性金字塔（见图2-6）从太阳能固定到生态系统后，能量流动的过程实际上能量的就是一个低质量能向高质量能转化的过程质量逐渐提高生态系统的能量是不断变化的，它取决于输入端和输出端消化率与新生物量的产生速率等因素，处于动态变动性变化之中图2-6 能量金字塔（3）能量转化效率
生态效率是指各能量参数在各营养级之间及内部传递与转化的效率。一般用摄取量（I）、同化量（A）、呼吸量（R）、生产量（P）这四个参数来计算生态系统中能量流动的生态效率。
①摄取量（I）。生物所摄取的能量。
②同化量（A）。生物在所摄取的食物中吸收的食物能量，对植物来说是光合作用所固定的能量，对动物来说是消化管中吸收的食物能量，对分解者来说是细胞外产物的吸收。
③呼吸量（R）。生物在新陈代谢等各种活动中所消耗的全部能量。
④生产量（P）。生物呼吸消耗后所净剩的同化能量。对植物来说，就是净初级生产量（NP），对动物来说，是同化量减去呼吸量后剩下的能量。
3．信息传递（1）信息传递的特点
①信息传递往往是双向的，有信息的输入，也有信息的反馈。
②生态系统中的生物种类繁多，所包含的信息也是复杂多样的。
③信息量大。（2）生态系统中的信息种类（见图2-7）图2-7 信息分类
四、自然环境的地带性规律
1．陆地生态系统分布规律（1）水平地带性
①由于热量沿纬度变化，生态系统也随之发生有规律地更替，从赤道向北极依次出现了热带雨林、常绿阔叶林、落叶阔叶林、北方针叶林与苔原。
②由于水分沿经度变化，生态系统也发生了经度更替，如北美大陆和欧亚大陆由沿海湿润区的森林，经半干旱的草原到干旱区的荒漠。（2）垂直地带性
①垂直带分布（见图2-8）图2-8 垂直带分布图
②垂直带与水平带的关系（见图2-9）图2-9 垂直带与水平带关系图
2．水生生态系统的分布特征
水生生态系统在不同的水域深度具有不同的生物群落分布，与陆地生态系统相似，仍然表现出一定的水平和垂直分布特征。
2.2 课后习题详解
1.Gaia假说的主要论点是什么?你是否赞同此假说的观点?你的科学依据是什么?若不赞同，你对地球如何形成现今的环境条件有何看法?
答：（1）Gaia假说的主要论点
①地球上的所有生物都在不断地、主动积极地对地球环境起着调节作用。
②正是上述调节作用使地球生态系统保持稳定性，而此稳定性的实现是基于Gaia系统内部生物的各个部分相互有序、协调地合作。
③强调只有把生物和环境看成一个整体才能真正了解地球。
④在地球进化系统中包括地球上所有的生物和物质环境，即强调生物对地球进化的作用和影响，气候和化学组成的调节是该进化系统的自发应变特性，进化本身是渐进和间断地结合。（2）我赞同Gaia假说，Gaia假说作为一种理论是可以检验的，目前研究检验整个地球上所有生物之间的相互作用及其对环境条件的控制，还有较大难度，Lovelock通过建立理想的雏菊世界模型，意在解释证明Gaia理论，对Gaia假说所进行的检验已有部分得到了肯定，科学依据如表2-1所示。表2-1 Gaia假说预测检验时间／预测内容检验及其结果年1968火星无生命，来自大气的证1977年发射旅行者1号和据2号飞行器1971通过生物合成可以从海洋向1973年发现二甲基磷和陆地转移必要元素二甲基碘1973过去两亿年间大气中氧含量认为受到火及磷循环的调保持在21％±5％的范围节1987通过生物促进岩石风化控制1989年微生物大大加强而调节气候C0岩石风化作用21987藻类释放二甲基硫控制云量仍在验证而调节气候1988太古代大气化学组成以甲烷仍在验证为主
2．你认为人类开发利用化石燃料和矿石原料对环境造成了哪些影响?
答：人类开发利用化石燃料和矿石原料对环境的影响如下：（1）岩石圈作为化石燃料和矿物原料的大仓库，人类开发它们，必然要改变原有的地质地貌环境，破坏岩石圈的原貌。（2）人类从岩石圈获取自己所需之后又要排出废物，岩石圈与其他圈层都紧密相连，不断地进行着物质和能量的交换，必将间接影响到其他圈层。（3）化石燃料属于不可再生能源，目前仍是能源的主要消费形式，人类对矿物资源的利用也呈指数增长的趋势，从而造成对资源越来越大的压力。（4）化石燃料燃烧时产生的污染物造成全球气候变化，燃料中的碳转变为二氧化碳进入大气，使大气中二氧化碳的浓度增大，从而导致温室效应，改变了全球的气候，危害生态平衡。（5）火电站发电所剩“余热”被排出到河流、湖泊、大气或海洋中，在多数情况下会引起热污染。例如，这种废热水进入水域时，其温度比水域的温度平均要高出7～8℃，以致明显改变原有的生态环境。
3．为保护生物圈和维持生态系统的平衡，你认为人类在利用和改造自然时应该怎么做?对现在出现的某些局部不平衡人类应该如何挽救?
答：（1）为保护生物圈和维持生态系统的平衡，人类在利用和改造自然时应注意：
①正确认识自然
现代科学技术的飞速发展大大增强了人类改造和利用自然的能力，但是人类对自然的认识还是相当有限的，在自然科学各个领域仍然有不少问题需要人们去探索。只有不断深化和拓展对自然的认识，发现和掌握客观规律，用于指导实践，才能正确处理人与自然的关系，为实现人与自然和谐相处创造有利条件。
②科学改造自然
人类为了生存和发展，必然要在一定范围内改造自然，但是这种改造有科学与不科学之分。以科学为指导，自觉遵循客观规律，就能科学地改造自然，在一定范围内使自然更好地满足人类的需要；相反，不注重科学，违反客观规律，盲目地改造自然，结果往往得不偿失，甚至适得其反。在一定的历史时期，由于科学技术水平和其他条件的限制，人们改造自然的活动难免存在一些未知领域，因此，既要大胆探索，又要慎重行事，力求减少盲目性。
③合理利用自然
利用自然有合理与不合理之分。合理利用自然就是按照客观规律的要求，尽可能降低消耗，提高效率，减少破坏和污染；不合理利用自然则往往违反客观规律，消耗高、效率低、破坏大。必须大力发展循环经济，尽可能实现资源循环利用、综合利用和安全清洁生产。只有不断提高利用自然的合理性，才能实现人与自然和谐相处。
④有效保护自然
人们改造和利用自然难免造成一些破坏，即使是科学改造和合理利用自然，也无法做到零破坏。如果只是认识、改造和利用自然，向自然索取，而不注意有效保护自然，那么自然不断受到破坏，生产力发展到一定水平就会停滞，甚至走向崩溃。所以，需要保护自然，使破坏不超过自然可以承受的程度，并帮助自然尽快修复所遭到的人为破坏。（2）对出现的某些局部不平衡，应注意以下方面：
①优化产业结构，发展循环经济，推广清洁生产，从源头上控制环境污染
要大力推动产业结构优化升级，加快发展先进制造业、高新技术产业和服务业，形成一个有利于资源节约和环境保护的产业体系。严格执行产业政策和环保标准，下决心依法淘汰那些高消耗、高排放、低效益的落后工艺技术和生产能力，严禁新上那些浪费资源、污染环境的建设项目。
②实施重大生态建设和环境整治工程，有效遏制生态环境恶化趋势
坚持生态保护与治理并重，重点控制不合理的资源开发活动。优先保护天然植被，坚持因地制宜，重视自然恢复；继续实施天然林保护、天然草原植被恢复、退耕还林、退牧还草、退田还湖、防沙治沙、水土保持和防治石漠化等生态治理工程；严格控制土地退化和草原沙化。
③加快环境科技创新，加强污染专项整治，强化污染物排放总量控制
要加大重点流域水污染防治力度，把饮用水安全作为重点，消除环境隐患，防止发生重大环境污染事件；要加强大气污染防治，不断改善城市空气质量；积极开展土壤污染防治，减少农村面源污染；加强危险化学品管理，妥善处置危险废物和医疗废物，努力让广大人民群众喝上干净的水、呼吸清洁的空气、吃上放心的食物，在良好的环境中生产生活。
4．自然生态系统的三大功能是什么?对于人类构建循环经济社会有哪些启示?
答：（1）自然生态系统的三大功能是物质循环，能量流动，信息传递。
①物质循环
生态系统之间矿物元素的输入和输出，以及它们在大气圈、水圈、岩石圈之间和生物间的交换称为物质循环，又称生物地球化学循环。物质循环具有以下特点：
a．物质在生态系统中作循环式运动，这表明任何一种物质或元素都可以重复利用。
b．物质循环是一个复杂的过程，这主要是由于：
第一，环境介质多样，物质在陆地生态系统和水域生态系统中的循环明显不同；涉及的元素众多，形态各异。
第二，循环过程中存在多种化学作用。物质在循环中被氧化、还原、分解等。
第三，环境污染物，特别是难降解的污染物，在物质循环过程中很难消除，还会通过食物网进行迁移和生物富集，治理污染花费的代价和潜在的环境风险是巨大的。
②能量流动
能量是生态系统的动力，是一切生命活动的基础。生态系统中能量流动有三个基本过程：
a．能量的固定过程，主要通过绿色植物进行，把太阳能转化为生物化学能。
b．分解还原过程，主要通过分解者完成，把有机物还原为水、二氧化碳等无机物。
c．贮存与矿化过程，有一部分生物体埋入地下进入矿化过程。
③信息传递
信息传递表现在系统中各生命成分之间存在着各种信息流通，在信息传递过程中伴随着一定的物质和能量的消耗。正是有了信息流，生态系统才具有了自我调节的能力。信息传递具有以下几个特点：
a．信息传递往往是双向的，有信息的输入，也有信息的反馈。
b．生态系统传递信息的多样性。
c．信息量大。（2）对于人类构建循环经济社会的启示
循环经济以“减量化、再利用、资源化”为原则，以低消耗、低排放、高效率为特征，符合可持续发展理念的经济增长模式，是对“大量生产、大量消费、大量废弃”的传统增长模式的根本变革，是按照自然生态系统物质循环和能量流动方式运行的经济模式。
人类构建循环经济社会时，参照自然生态系统的三大功能，即物质循环、能量流动、信息传递原理，运用生态学规律来指导人类社会的经济活动，其目的是通过资源高效和循环利用，实现污染的低排放甚至零排放，保护环境，实现社会、经济与环境的可持续发展。循环经济是把清洁生产和废弃物的综合利用融为一体的经济，本质上是一种生态经济，要求运用生态学规律来指导人类社会的经济活动。
2.3 考研真题与典型题详解
一、选择题
生态系统中能量流动有两个显著特点，一是能量在流动过程中，数量逐级_______；二是能量流动是_______的，_______的。（ ）[北京师范大学2010年研]
A．增加，单向，不可逆
B．减少，单向，不可逆
C．增加，多向，可逆
D．减少，多向，可逆【答案】B【解析】生态系统中能量流动的特点包括：①单向性，生态系统内能量单向流动；②递减性，经过各个营养级的能量逐级递减，根据通过各营养级的能量流量，从低到高就构成了一个能量锥体或能量金字塔；③能量的质量逐渐提高，能量流动的另一个趋势是把低质量能转化为高质量能，从太阳能固定到生态系统后，能量流动的过程实际上就是一个低质量能向高质量能转化的过程；④变动性，与物理系统不同，生态系统的能量是不断变化的，它取决于输入端和输出端消化率与新生物量的产生速率等因素。因此，其处于动态变化之中。
二、填空题
1．根据大气的物理性质差异和垂直运动状况，可将大气圈分为五层，分别是________、________、________、________和________。[北京师范大学2010年研]【答案】对流层；平流层；中间层；热成层；逸散层【解析】根据大气在垂直方向上温度、化学成分、荷电、运动状况等的差异，大气圈由低到高依次被分为五层：①对流层，存在对流和水平运动、雨雪云雾等天气现象，大气污染多在此层；②平流层，氧和臭氧吸收太阳辐射，温度随高度增加而上升，大气多水平运动，飞机飞行在此层；③中间层，最冷，大气对流运动，出现夜光云，有流星；④热成层，又称电离层，火箭、激光、多数流星在此层；⑤逸散层，大气稀薄，地心引力小，运动速度快的质点可完全摆脱地球引力场逸散入宇宙空间。
2．大气是由多种气体、水汽、________和________组成的混合物。其组分可分为________和________。【答案】液体颗粒；悬浮固体杂质；稳定组分；不稳定组分【解析】大气是由多种气体、水汽、液体颗粒和悬浮固体杂质组成的混合物。其组分可分为稳定组分和不稳定组分。稳定组分包括氮（体积分数约为78％）、氧（约为21％）、氩（0.9％）、氦、氪、氙、氢、甲烷等，这些组分之间的比例，从地表到90km的高度范围内都是稳定的。不稳定组分包括二氧化碳、二氧化硫、臭氧和水汽等，还有一些固态和液态杂质，主要是火山、地震、岩石风化、森林火灾和人为活动产生的烟尘、硫化物和氮氧化物等。
三、名词解释
1．土壤圈及其构成[中山大学2014年研]
答：土壤圈是覆盖于地球陆地表面和浅水域底部的土壤所构成的一种连续体或覆盖层，是构成自然环境的五大圈之一，平均厚度为825m，面积约为1.3×10km。土壤圈主要是由土壤构成，土壤是指以母质为基础，在物理、化学和生物的长期共同作用下，不断演化而成的土状物质，它由固相、液相和气相物质以及生物体四部分组成，各部分之间相互作用，形成了一个复杂的体系。
2．生物圈[四川师范大学2012年研]
答：生物圈是指地球上所有生物及其生存环境的总称，包括海平面以下10km到海平面以上9km。生物圈作为地球上最大的生态系统，使地球各圈层相互联系，对其他圈层的影响相当大。
3．物质循环
答：物质循环是指生态系统之间矿物元素的输入和输出，以及它们在大气圈、水圈、岩石圈之间和生物间的交换。如生态系统从大气、水和土壤等环境中获得营养物质，通过绿色植物吸收，进入生态系统，被其他生物重复利用，最后通过分解者再归还于环境的过程。
4．生态效率
答：生态效率是指各能量参数在各营养级之间及内部传递与转化的效率。计算生态系统中能量流动的生态效率参数包括：①摄取量，是指生物所摄取的能量；②同化量，是指生物在所摄取的食物中吸收的食物能量；③呼吸量，是指生物在新陈代谢等各种活动中所消耗的全部能量；④生产量，是指生物呼吸消耗后所净剩的同化能量。
四、简答题
1．简述人类对水圈的影响。
答：水对人类和生态环境十分重要，人类的生活、娱乐以及生产都离不开水，但是可供人类使用的淡水却很少。随着人口增长和经济发展，人类对水资源的需求量大幅度增加，水资源的供需矛盾日益尖锐。人类对水圈的影响分为直接影响和间接影响。（1）直接影响
①大量开采利用地下水，直接导致地下水位大幅度下降甚至地下含水层枯竭，间接导致地面沉降。
②过度不合理开发利用地表水，引起的后果有湖泊消失、河流断流和河口等湿地退化。（2）间接影响
①修建大型水库，兴建水库虽然对防洪、发电等有很多益处，但它易触发地震，淹没大量农田，影响渔业发展，改变河流入海口生态环境，使原有的生态系统平衡被打破，还有修库带来的库区移民问题等。
②河流渠道化，所谓渠道化是指为了防洪或其他目的将小河流整段或河流某段裁弯取直、挖宽挖深。河流渠道化虽有利于排水防洪，但它改变了河流原有的物理性状，改变了整个水生生态系统乃至生存的环境，将给水生生态系统带来灾难性的影响。
③水体过度利用，超过水生生态系统的负荷，破坏原有的生态系统结构和功能，超强度和频度持续地利用各类水体开展养殖、生产和旅游等开发活动，严重影响水生生态系统的健康与可持续发展。
综上所述，人类应该加强对水资源的管理，实现对水资源更有效地利用，协调好与水圈的关系。
2．简述物质循环的特点和类型。
答：（1）物质循环的特点
①物质在生态系统中作循环式运动，这表明任何一种物质或元素都可以重复利用。
②物质循环是一个复杂的过程，这主要是由于：
a．环境介质多样，物质在陆地生态系统和水域生态系统中的循环明显不同；涉及的元素众多，形态各异。
b．循环过程中存在多种化学作用，物质在循环中被氧化、还原、分解等。
c．环境污染物，特别是难降解的污染物，在物质循环过程中很难消除，还会通过食物网进行迁移和生物富集，治理污染花费的代价和潜在的环境风险是巨大的。（2）物质循环的类型
根据循环中元素的属性，通常可将物质循环分为四大类型，即水循环、气体型循环、沉积型循环以及有毒有害物质循环。
①水循环
水循环是物质循环的核心，是物质循环的驱动力。主要表现在：
a．水循环是陆地生态系统与水域生态系统连接的桥梁。
b．水循环是优秀的物质“搬运工”。
②气体型循环
该循环具有明显的全球性，物质的主要贮存库是大气和海洋，它是三大物质循环中循环性能最为完善的。
a．碳循环
无论是水域系统中的碳循环还是陆地系统中的碳循环，都是生产者（陆地植物、水生植物）通过光合作用，将大气中的二氧化碳固定在有机物中，通过食物链传递给其他生物的过程。
b．氮循环
氮循环是通过闪电、火山爆发、生物固氮等自然途径或工业固氮等人工途径可以把氮固定，氮进入生态系统以后，经过消化作用成为亚硝酸盐或硝酸盐，被绿色植物吸收以后转化为氨基酸，合成蛋白质，然后植食动物利用植物蛋白质合成动物蛋白质，在动物代谢过程中，一部分蛋白质分解为含氮的排泄物（尿酸、尿素），另一部分又经细菌的作用分解释放出氮的过程。
③沉积型循环
沉积型循环主要是矿质元素的循环，如磷、硫、钾等，它们主要是通过岩石风化及人类活动等作用释放出来，又通过沉积进入地壳。
④有毒有害物质循环
有毒有害物质循环是指那些对有机体有毒有害的物质，如汞、镉、砷、铬、铜等重金属以及各种有毒有机物，进入生态系统，通过食物链富集或分解的过程。
第3章 人工环境
3.1 复习笔记
【知识框架】【重点难点归纳】一、人工环境类型及特点
1．人工环境的类型（见表3-1）表3-1 人工环境的类型类型分类依据以人类聚集地为中心，可以分为城市环境、乡镇环境、城郊过渡带和点状环境农村农业和林业等大面积的人工工程，空间特征可以分为农田环境、人工森林环境面状环境和水利环境公路和铁路环境等交通线路线状环境人类控制的程完全人工环境，不完全人工环境度高低
2．人工环境的特点
①人类作为主导因子，环境人工化明显；
②人工环境的多样化；
③人工环境的脆弱性；
④环境污染严重。
二、城市环境
1．城市（1）城市的概念
城市是指以人为中心的，以一定的环境条件为背景、以经济为基础的社会、经济、自然综合体，是人类占绝对优势的自然—经济—社会复合生态系统。（2）城市环境
①城市人口的数量和密度较大。
②城市环境组成独特、结构复杂、功能多样。
③城市环境限制因子多，人与自然、城市与周边地区矛盾集中。
④形成特殊的城市景观。（3）城市环境空间特征（见表3-2）表3-2 城市环境与环境问题的空间特征
2．城市化（1）城市化的特点
①工业化导致城市人口的迅速增加；
②单个城市地域的扩大及城市关系圈的形成和变化；
③形成城市特有的生活方式、组织结构和文化；
④拥有现代市政服务与管理系统；
⑤具有一定量的流动人口。（2）中国城市化发展趋势
中国内地建制市（暂未包括台湾、香港、澳门）达到668个，2008年城镇人口6.0667亿人，占总人口45.7％。中国城市化发展趋势为国际化、连绵化、郊区化。
3．城郊过渡带（1）城郊过渡带环境特征
①城市系统与乡村系统的交错地带
城市人口和乡村人口混杂，常住人口和暂住人口混居，工商业区及居住区交错；社会服务水平落后；处于一种低效运行状态。
②环境污染严重的地区
大量垃圾、废物随意堆放在城郊过渡带，使这一带成了天然的垃圾堆放场，严重影响当地居民的健康。
③基础设施和生态环境建设的薄弱地区
土地利用规划与管理不严格，造成无计划扩张。基础设施建设不完善，由自然或农业景观变为半城市地区。（2）城郊过渡带的发展
城郊过渡带的发展有两个可以选择的前景，盲目扩张和严格控制和管理。
三、乡镇与农村环境
1．乡村环境（见表3-3）表3-3 乡村环境特征类环境特征型
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]