酸雨给地球生态环境和人类的社会经济带来严重的影响和破坏。酸雨使土壤酸化,降低土壤肥力,许多有毒物质被植物根系吸收,毒害根系,杀死根毛,使植物不能从土壤中吸收水分和养分,抑制植物的生长发育。酸雨使河流、湖泊的水体酸化,抑制水生生物的生长和繁殖,甚至导致鱼苗窒息死亡;酸雨还杀死水中的浮游生物,减少鱼类食物来源,使水生生态系统紊乱;酸雨污染河流湖泊和地下水,直接或间接危害人体健康。酸雨通过淋洗植物表面(叶、茎)的直接伤害或通过对土壤的间接伤害,促使森林衰亡,诱使病虫害暴发,造成森林大片死亡。欧洲每年排出2.2×107t 硫,毁灭了大片森林。我国四川、广西等省区已有1000km2森林濒临死亡。酸雨对金属、石料、木料、水泥等建筑材料有腐蚀作用,世界上已有许多古建筑和石雕艺术品遭酸雨腐蚀破坏,如加拿大的议会大厦、我国的乐山大佛等。酸雨还直接危害电线、铁轨、桥梁和房屋。
目前,世界上已形成了三大酸雨区:一是以德、法、英等国家为中心,涉及大半个欧洲的北欧酸雨区;二是20世纪50年代后期形成的包括美国和加拿大在内的北美酸雨区。这两个酸雨区的总面积已达1×107km2,降水的pH值小于5.0,有的甚至小于4.0。我国在70年代中期开始形成的覆盖四川、贵州、广东、广西、湖南、湖北、江西、浙江、江苏和青岛等省市部分地区,面积为2×106km2的酸雨区是世界第三大酸雨区。我国酸雨区面积虽小,但发展扩大之快,降水酸化速率之高,在世界上是罕见的。由于大气污染是不分国界的,所以酸雨是全球性的灾害。
酸雨的危害已引起世界各国的普遍关注。联合国多次召开国际会议讨论酸雨问题,许多国家把控制酸雨列为重大科研项目。全世界已有40多个国家通过有关污染限制。1993年在印度召开的“无害环境生物技术应用国际合作会议”上,专家们提出要利用生物技术预防、阻止和逆转环境恶化,增强自然资源的持续发展和应用,保持环境完整性和生态平衡。专家们认为,利用生物技术治理环境具有巨大的潜力。煤是当前最重要的能源之一,但煤中含有硫,燃烧时放出SO2等有害气体。
煤中的硫有无机硫和有机硫两种。无机硫大部分以矿物质的形式存在,其中主要的是黄铁矿。生物学家利用微生物脱硫,将2价铁变成3价铁,把单体硫变成硫酸,取得了很好效果。例如,日本中央电力研究所从土壤中分离出一种硫杆菌,它是一种铁氧化细菌,能有效地去除煤中的无机硫。美国煤气研究所筛选出一种新的微生物菌株,它能从煤中分离有机硫而不降低煤的质量。捷克筛选出的一种酸热硫化杆菌,可脱除黄铁矿中75%的硫。据1991年的统计,捷克利用生物技术已平均脱去煤中无机硫的78.5%,有机硫的23.4%。目前,科学家已发现能脱去黄铁矿中硫的微生物,以及氧化亚铁硫杆菌、氧化硫杆菌等。日本财团法人电力中央研究所最近开发出的利用微生物脱硫的新技术,可除去70%的无机硫,还可减少60%的粉尘。这种技术原理简单,设备价廉,特别适合无力购买昂贵脱硫设备的发展中国家使用。生物技术脱硫符合“源头治理”和“清洁生产”的原则,因而是一种极有发展前途的治理方法,越来越受到世界各国的重视。
2.4.5森林锐减
在今天的地球上,我们的绿色屏障——森林正以平均每年1.06×105km2的速度消失。森林的减少使其涵养水源的功能受到破坏,造成了物种的减少和水土流失,使对CO2的吸收减少,进而又加剧了温室效应。
1.森林的功能
(1)防风固沙,改良土壤。森林浓密的林冠具有很强的透风“弹性”,能有效地减低风的动能,把灾害性的大风变成无害的小风;森林植被根群交错,能固定流沙;残根落叶可以补充土壤中的有机质,改良土壤结构;在森林庇护下,土壤蒸发量减少,地下水位相对降低,可抑制土壤盐分上升,减轻土壤盐碱化程度。
(2)涵养水源,保持水土。降水通过林冠截留、枯枝落叶层吸收以及疏松林地表层的渗透,改变了分配比率和汇流历时,能使大部分地表径流变为缓缓入河的地下径流,减轻土壤流失,调节河流的洪枯流量,增强抗御旱涝灾害的能力。
(3)调节气候,防冻防灼。树叶的蒸腾能增加空气湿度,促进水分的小循环,有利于降水的形成;蒸腾作用要吸收热量,可降低附近气温;夜晚林冠又阻挡着地面热量的辐射,能缩小昼夜间温差,预防或减轻霜冻和日灼的危害。森林调节气候的作用和海洋相似,越是在干旱地区,效益越加明显。
(4)净化大气,保护环境。林木在光合作用过程中吸收CO2,释放O2,能增加空气中的游离O;枝叶阻拦、吸附空气中的飘尘、油烟、炭粒以及铅、汞等金属微粒混凝物质,能起到过滤大气的作用。很多树木还能吸收、同化空气中的SO2、HF、Cl2等有毒气体和安息香吡啉等致癌物质,发挥吸毒作用;不少树种还能分泌植物杀菌素,程度不同地杀死空气中的细菌。
森林生态效益现已普遍受到世界各国重视,保护森林成为人类面临的重大课题。
2.森林面积减少的原因
(1)砍伐林木。温带森林的砍伐历史很长,在工业化过程中,欧洲、北美等地的温带森林有1/3被砍伐掉了。热带森林的大规模开发只有30多年的历史,自欧洲国家进入非洲,美国进入中南美,日本进入东南亚,寻求热带林木资源以来,在这一期间,各发达国家进口的热带木材增长了十几倍,达到世界木材和纸浆供给量的10%左右。近年来,为了保护热带森林,越来越多的国家已禁止出口原木。
开垦林地是为了满足人口增长对粮食的需求,但发展中国家开垦了大量的林地,特别是农民非法烧荒耕作,刀耕火种,造成了对森林的严重破坏。据估计,热带地区半数以上的森林被毁是由烧荒开垦造成的。在人口稀少时,农民在耕作一段时间后就转移到其他地方开垦,原来耕作过的林地肥力和森林都能比较快地恢复,刀耕火种尚不对森林构成多大危害。但是,随着人口增长,所开垦林地的耕作强度和持续时间都增加了,这加剧了林地土壤侵蚀,严重损害了森林植被再生和恢复能力。
(2)采集薪材。全世界约有一半人口用薪柴作炊事的主要燃料,每年有1亿多立方米的林木从热带森林中运出用作燃料。随着人口的增长,对薪材的需求量也相应增长,采伐林木的压力越来越大。
(3)大规模放牧。为了满足美国等国对牛肉的需求,中南美地区特别是南美亚马逊地区,人们砍伐和烧毁了大量森林,使之变为大规模的牧场。
(4)空气污染。在欧美等国,空气污染对森林退化也产生了显着影响。据1994年欧洲委员会对32个国家的调查,由于空气污染等原因,欧洲大陆有26.4%的森林有中等或严重的落叶。
3.影响和危害
(1)产生气候异常。没有森林,水从地表的蒸发量显着增加,引起地表热平衡和对流层内热分布的变化,地面附近气温上升,降雨时空分布相应发生变化,由此会产生气候异常,造成局部地区的气候恶化,如降雨减少、风沙增加等。
(2)增加CO2排放。森林对调节大气中CO2含量有重要作用。科学家认为,世界森林总体上每年净吸收大约1.5×109tCO2,相当于化石燃料燃烧释放的CO2的1/4。森林砍伐减少了森林吸收CO2的能力,把原本贮藏在生物体及周围土壤中的碳释放了出来。据联合国粮农组织估计,由于砍伐热带森林,每年向大气层释放了1.5×109t 以上的CO2。
(3)物种灭绝和生物多样性减少。森林生态系统是物种最为丰富的地区之一。由于世界范围的森林破坏,数千种动植物物种受到灭绝的威胁,热带雨林中的动植物物种可能包括了已知物种的一半,它们正在以每年460万种的速度消失。
(4)加剧水土流失。大规模森林砍伐通常造成严重的水土流失,使土壤中的N、P、K 等营养物质丢失,泥沙下泻,危害水利、交通、工矿事业。许多水土流失地区每年损失土层0.2~1cm,严重流失地方达2cm,使肥沃的表层土变薄,农作物产量下降,土地沙化、滑坡和泥石流等自然灾害加剧。
(5)减少水源涵养,加剧洪涝灾害。森林破坏从根本上降低了土壤的保水能力,加之土壤侵蚀造成的河湖淤积,导致大面积的洪水泛滥,加剧了洪涝的影响和危害。黄河每年有4×108t 泥沙沉积在下游河道,使河床每年升高10cm,现在下游的许多地段河床高出地面3~6m,甚至高达12m。
4.保护森林的国际行动
20世纪80年代以后,保护森林,特别是保护热带雨林成为全世界高度关注的一个焦点。1985年,联合国粮农组织制定了热带林行动计划;1992年,联合国环发大会通过了“关于森林的原则声明”。目前,越来越多的国家认识到了森林在维护生物多样性和气候稳定方面的重要作用,在建立可持续森林管理的标准和指标、实施控制森林滥伐的综合政策措施等问题上,达成了国际共识。保护森林的一个重要行动领域是推动森林的可持续管理。1990年,国际热带木材组织第一个制订了热带森林可持续管理标准和指南。1994年,在重新谈判国际热带木材协定后,木材生产国和消费国达成了如下协议:木材消费国必须遵守国际木材组织的2000年目标,即到2000年,所有的森林产品必须产于可持续管理的森林。这在实际上要求发达国家同热带地区的发展中国家遵守同样的森林可持续管理原则。联合国粮农组织等国际组织也在其他区域进行了制定森林可持续管理指南的活动。控制森林破坏的另外一个国际行动是限制木材的国际贸易,《濒危野生动植物物种国际贸易公约》将一些有重要商业价值的木材列人了控制清单,《国际热带木材协定》也涉及木材的国际贸易。一些国际性非政府组织,如森林管理委员会(FSC),也制定了森林可持续管理原则和标准,监督森林产品的贸易。
2.4.6土地荒漠化
简单地说,土地荒漠化就是指土地退化,也叫“沙漠化”。1992年联合国环境与发展大会对荒漠化的概念作了这样的定义:“荒漠化是由于气候变化和人类不合理的经济活动等因素,使干旱、半干旱和具有干旱灾害的半湿润地区的土地发生了退化。”
1.世界土地荒漠化的基本状况
荒漠化是指在干旱、半干旱和某些半湿润、湿润地区,由于气候变化和人类活动等各种因素所造成的土地退化,它使土地生物和经济生产潜力减少,甚至基本丧失。荒漠化大致有4类:一是风力作用下的,以出现风蚀地、粗化地表和流动沙丘为标志性形态。二是流水作用下的,以出现劣地和石质坡地作为标志性形态。三是物理和化学作用下的,主要表现为土壤板结、细颗粒减少、土壤水分减少所造成的土壤干化和土壤有机质的显着下降,结果出现土壤养分的迅速减少和土壤的盐渍化。四是工矿开发造成的,主要表现为土地资源损毁和土壤严重污染,致使土地生产力严重下降,甚至绝收。
荒漠化是当今世界最严重的环境与社会经济问题。联合国环境规划署曾三次系统评估了全球荒漠化状况。从1991年底为联合国环发大会所准备报告的评估结果来看,全球荒漠化面积已从1984年的3.475×107km2增加到1991年的3.592×107km2,约占全球陆地面积的1/4,已影响到了全世界1/6的人口(约9亿人)、100多个国家和地区。据估计,在全球3.5×107km2亿公顷受到荒漠化影响的土地中,水浇地有2.7×105km2,旱地有1.73×106km2,牧场有3.071×107km2。
从荒漠化的扩展速度来看,全球每年有6×104km2的土地变为荒漠,其中3.2×104km2是牧场,2.5×104km2是旱地,1.25×103km2是水浇地。另外,还有2.1×105km2土地因退化而不能生长谷物。
非洲大陆有世界上最大的旱地,大约是2×107km2,占非洲陆地总面积的65%。目前非洲36个国家受到干旱和荒漠化不同程度的影响,估计将近5×105km2土地半退化或严重退化,占农业耕地和永久草原的1/3。根据联合国环境规划署的调查,在撒哈拉南侧每年有1.5×104km2的土地变成荒漠,在1958-1975年间,仅苏丹撒哈拉沙漠就向南蔓延了90~100km。亚大地区也是荒漠化比较突出的一个地区,共有8.6×105km2的干旱地、半干旱地和半湿润地,7×105km2雨灌作物地和1.6×105km2灌溉作物地受到荒漠化影响,这意味着亚洲总共有35%的生产用地受到荒漠化影响。遭受荒漠化影响最严重的国家依次是中国、阿富汗、蒙古、巴基斯坦和印度。从受荒漠化影响的人口的分布情况来看,亚洲是世界上受荒漠化影响的人口分布最集中的地区。