環境的科學(全彩插圖第6版)（簡體書）

生命離不開環境，而我們現在卻面臨越來越多的環境危機。人類又該如何挑起拯救環境的重任？本書共15章，每一章的主題都明確獨立，又相互聯繫。第1章讓我們了解了地球環境，認識環境科學；第2至6章從生物群落、人口和自然方面描述了地球的生態系統與問題；第7至14章，主要講述人類活動與生產需要對環境資源的影響；最後的第15章，介紹現存的環境政策，並提出可持續發展的目標和可行性方法。

l 全面了解現代環境危機，豐富具體的案例傳達著環境與人類千絲萬縷的聯繫。

l 精準的數據、積極且公正的觀點、全面更新的科學探索和延伸觀察專欄。

l 從單一物種到世界資源，以全球視野包羅重要環境議題。

l 人類在自然界的適當位置是什麼？我們該如何保護賴以生存的環境？這本書都會告訴你。

l 世界前途由你塑造，本書將有助於你成長為一位合格的環境公民，保護地球資源。

變革年代的科學

2009年，一個由25位跨學科杰出科學家組成的小組發出警告，人類已經接近或者超過地球生態系統10個至關重要組成部分的極限或閾值。他們報告稱，最直接的危機是氣候變化、生物多樣性喪失和氮污染，這幾項均已超過可持續的變化速率。他們警告，我們不能逾越的其他界線還有平流層臭氧消耗、海洋酸化、全球淡水使用和化學污染。發生在2010年世界地球日的墨西哥灣大規模溢油事件說明了我們依賴化石燃料的環境代價。新近在太平洋中心發現兩個得克薩斯州面積大小的塑料垃圾漩渦，同樣提醒我們要審視我們的生活方式。所有這些征兆都發出這樣的警示，需要采取新的態度來對待我們的星球。為我們集體對地球的影響而自鳴得意，這不再是一種安全的態度。

與此同時，盡管有這些沒完沒了的危機，但是也存在希望的跡象。幾乎各地的人口增長都在放慢。新技術提供了化石燃料的替代品。太陽能、風能、生物質能和地熱能等可再生能源，有可能滿足我們的全部能源需求。保護與節約措施正在減少對能源、水、土壤和其他其他各種物料的浪費。各地區與各國都在減少碳排放，較好的公共衛生條件結合飲食情況，改善，顯著地增加了世界範圍內兒童的成活率。

公民行動正在幫助改善環境狀況。2007年，美國學生領導的小組“行動起來”組織了1 400起示威活動，要求采取行動延緩全球氣候變暖；其後繼者，名為“350.org”的小組發起了幾千次附加的集會和協作小組活動，並在181個國家采取實際行為參與全球變化方面的工作。所有這些事件表明，世界各地的人們都在關心自己的社區，並有幫助人類及其他物種生存的願望。

環境科學能夠給予你了解這些問題的知識，並幫助你找到解決辦法的工具。你將在本書中發現對環境科學原理方面簡明而全面的討論。你將研討生態學、地質學、氣候學和經濟學等方面的基本課題，以及在保護生物多樣性、地景a保護和可持續資源利用等方面的實際應用。世界前途由你塑造。希望本書有助於你成長為一位合格的環境公民，並為子孫後代保護地球的資源。

本書有何與眾不同之處

積極而公正的觀點

如果想讓人們把環境科學的概念牢記於心，就必須得到所有人都能夠為更可持續的世界做貢獻的途徑的積極信息。本書通過每一章開篇的案例研究，舉例說明當前的重大問題如何與實際的環境問題相聯繫。這些案例研究大部分展示的是正面例子，說明人們正在為尋找解決環境問題的方法而努力。它們還揭示了科學研究的方法，幫助讀者了解科學家如何研究複雜的問題。除了這些介紹性的故事，書中各處還不時出現其他科學家如何研究環境問題的實例，反復闡釋這些問題的現實意義。

強調可持續性的綜合途徑

環境問題及其解決辦法存在於管控著自然界的自然系統與人文系統的交點上。本書提出一套綜合途徑，用以研究自然科學——生物學、生態學、地質學、空氣和水資源，以及影響自然界的人文系統——糧食與農業、人口增長、城鎮化、環境健康、資源經濟與政策。雖然強調純自然系統很具吸引力，但是我們認為，如果讀者對形成決策的文化、經濟和政治一無所知，他們就永遠都不會明白為什麼珊瑚礁會受到威脅，為什麼熱帶雨林中的林木正在被砍伐。

精確的數據

本書全部圖表選用可得到的精確數據。希望這些數據能讓讀者感受到可用於環境科學方面的各類信息。書中引用的數據源包括地理信息系統（GIS）數據和地圖、最新人口普查數據、國際新聞與數據源，以及聯邦數據收集部門的數據。本書每一章都有反映能源、糧食、氣候、人口趨勢和其他重要事務等方面事件的許多資料。

主動學習與批判性思維

向科學家學習如何處理問題，能幫助大家養成獨立、有序和客觀思考的習慣，不過需要積極參與才能掌握這些技巧。本書融入了許多輔助資料，鼓勵讀者獨立思考。數據與理論並非永遠不變的真理，而是有待檢查與測試的證據。

·“科學探索”專欄通過展示科學家用以探索複雜環境問題的方法論，提升學生的科學素養。

·“你能做些什麼？”專欄通過對環境友好的決策承擔個人責任，鼓勵讀者“另辟蹊徑”。正文中提供了科學家和市民在基礎理論與實踐兩方面如何為解決環境問題而努力的許多實例。

·“問題與討論”專欄是各章開篇挑戰性的開放式問題，鼓勵讀者對該章所述的問題與原理進行更深入的獨立思考。

本版更新了哪些內容

本版最精彩的部分是增強了正文的可讀性與信息傳授，每章增加了一個突出關鍵概念的雙頁面專欄“延伸觀察”。這些專欄將照片、圖解與拓展性說明結合起來，讓讀者可以更密切地關注這些核心概念。“主動學習”欄目鼓勵讀者運用批判性思維和本章所了解的概念提出解決措施。圖解、數字和表格提供了環境科學中重要主題的清晰與全新的討論。

各章的新內容

·第1章更新了全球環境問題與改善、批判性思考、概率與統計等方面的討論。新增加“科學探索”專欄討論了解了用以通貫全書的各種趨勢的公用數據庫。

·第2章展開了對科學懷疑論關鍵因素不確定性的討論。關於大沼澤生態系統新的開篇案例研究，為討論生態系統中的系統、養分、能流和物流提供了一種結構。

·第3章新的開篇案例是關於達爾文及進化論的解釋。“科學探索”專欄還探討了蒂爾曼等人關於生物多樣性與穩定性的研究。兩頁的“延伸觀察”集中討論了進化的含義以及它為什麼是一個重要概念。

·第4章大部分統計學和人口數據已經更新。“延伸觀察”中著重討論生態足跡。

·第5章納入了關於生態系統與生物多樣性經濟利益的新段落，強調經濟與生物多樣性的利益未必相互衝突，還討論了瀕危物種的保護問題。

·第6章新專欄介紹了北方斑點鸮的振興計劃。新的數據分析專欄對讀者在當地環境進行邊緣效應，勘查野外工作給予具體指導。兩頁的“延伸觀察”探索了保護熱帶雨林的REDD 機制。

·第7章更新了關於糧食生產、營養、肥胖症和健康方面的研究。更新了圖解和數據，擴展了對農藥與其他農業投入評論的討論。

·第8章關於調控基因表達的表觀基因組及其作用的新專欄。本章“延伸觀察”專欄舉例說明了家庭裝修庭裝修的有毒物質。

·第9章是本書更新最徹底的章節之一，包括氣候變化最新的證據和爭論。其中新增加的一節討論了關於氣候變化證據的辯論，還有一個新專欄討論了我們如何得知氣候正在發生的變化。哥本哈根氣候大會和歐洲80萬年冰芯記錄（EPICA）的新數據和圖表也進行了更新。對氣候變化的機制與效應也做了進一步的解釋。

·第10章從米德湖變幹和美國西北部缺水的案例研究了入手。本章“延伸觀察”的重點是水處理策略。

·第11章以海地地震的新案例開始。有幾節新內容研究了稀土金屬和美國東部煤田甲烷氣開發的戰略重要性。

“延伸觀察”專欄講述家用電子產品物料資源的複雜性以及電子垃圾處置的問題。

·第12章的開篇用日照市作為案例，說明中國在可再生能源方面的領先地位，日照是世界上第一個碳平衡的城市。專欄中關於乙醇生產的內容已經更新，還更新了有關燃料供應的討論，包括新近美國環保署對移除山頂采礦法的限制。對現實事件的討論包括美國東部的馬塞勒斯頁巖甲烷氣田和2010年墨西哥灣溢油事件。還討論了智能電表和節能問題，以及美國建立核電站的新推動力。本章重要的增補是雅各布森（Jacobseon）和德盧基（Delucchi）提出的提供美國全部能源使用的實用性建議。本章的“延伸觀察”說明了我們如何能完成這項任務。

·第13章包括對塑料垃圾、海洋垃圾渦旋、堆肥和甲烷產生的討論。更新了垃圾產生的數據並增加了我們如何消費、處置與回收利用城市廢物流各組成部分的考察。

·第14章強調城市既是具有可持續性機會的地方，也是面臨重大挑戰的地方。本章開篇的新案例研究是德國弗萊堡的一個無汽車郊區沃邦。“延伸觀察”舉例說明綠色城市規劃的原理。

·第15章用凱霍加河的新案例研究強調環境立法的效益。新增加的一節回顧了幾項重要的環境法。更新了對政策制定的討論，包括最高法院重要性的新形象。最後強調將可持續性作為政策的目標結束本章。

第1章 了解我們的環境

第2章 環境系統:聯繫、循環、環流與反饋環路

第3章 進化、物種相互作用與生物群落

第4章 人口

第5章 生物群系與生物多樣性

第6章 環境保護:森林、草原、公園和自然保護區

第7章 糧食與農業

第8章 環境健康與毒理學

第9章 空氣:氣候與污染

第10章 水資源與水污染

第11章 環境地質學與地球資源

第12章 能量

第13章 固體垃圾與危險廢物

第14章 經濟與城鎮化

第15章 環境政策與可持續性

拯救阿坡島的珊瑚礁

在清早的捕魚活動之後，村民們乘著帶支架的獨木舟優雅地滑過阿坡島（Apo Island）海灘，他們相互詢問所獲如何。得到的回答是：“Tunay mabuti!（非常好！）”幾乎每條獨木舟上都有一籃子魚，足夠一家人幾天之需，而且還有富余可以供應市場。島上的生活曾經如此美好。30年前，這個島和菲律賓的其他許多島嶼一樣，作為居民食物和生計支柱的漁業遭遇了災難性的衰退。急劇增長的人口，加上使用毀滅性的捕魚方法，諸如使用炸藥或氰化物、小網眼刺網、深海拖網和敲震法（muroami ①，用重物敲擊珊瑚礁把魚趕進漁網的捕魚技術）等，損害了珊瑚礁生境，耗盡了魚類資源。

1979年，附近內格羅島上的西裡曼大學（Silliman University，Negros Island）的科學家訪問了阿坡島，並向島民解釋如果建立海洋避難所就可能扭轉這種衰退局面。散布海島四周的珊瑚礁對漁民捕捉的許多海洋物種起著食物來源和孵化場的作用。他們提出，保護這些繁殖場是維持健康漁業的關鍵（圖1.1）。科學家們把村民從阿坡島帶到無人居住的蘇米龍島（Sumilon Island），那裡的禁漁保留區裡魚蝦成群。

幾經商討之後，有若干家庭決定沿一段海岸建立一個海洋庇護所。最初該海域有高質量的珊瑚礁，但沒多少魚。參與者的家庭輪番看守，以確保無他人侵入該禁漁區。幾年之後，庇護區內魚的數量和大小都增加、增大了很多，魚群多得“向外流”，漁獲量超過了周圍海域。到1985年，阿坡島的村民通過投票，決定在島的四周建立一個寬達500米的海洋庇護所。

現在該保護區內已允許捕魚，但僅限於使用影響小的捕魚方法，例如手持魚竿、竹羅網、大眼網、手拋網和不帶水下呼吸裝置的捕魚叉等。禁止使用會破壞珊瑚礁的方法，例如炸藥、氰化物、拖網和敲震法等。村民們通過保護珊瑚礁，守護著作為整個海洋生態系統基礎的孵化場。魚苗在珊瑚礁庇護所長大後，擴散到相鄰水域，形成種類豐富的水產品。漁民反映，他們省卻去遠處捕魚的時間，在小島周圍就能大獲豐收。

阿坡島庇護所取得了極大的成功。受此啟發，不僅是菲律賓，世界各地共建立了400多處海洋庇護所。並非所有庇護所都發揮了應有的作用，不過有許多庇護所像阿坡島一樣，在恢復附近水域的魚類種群方面取得了令人矚目的進展。

全世界對魚類產卵場重要性的認識亦在增長。來自聯合國環境規劃署（UNEP）的報告稱，世界上75%的漁場已處於或超過最大可捕撈量的水平。聯合國環境規劃署鼓勵世界各國建立海洋保護區，以保障各自可持續發展的漁業。

現在阿坡島上豐富的海洋資源和澄清透明的海水中美麗的珊瑚礁吸引著國際遊客。兩家小旅店和一家潛水店為島民提供了就業崗位。其他村民向遊客提供住宿、出售食物、推銷T恤。海島政府收取潛水費，用於建立學校、改善海島供水和為145戶家庭供電。男人們大多依然以捕魚為主業，但事實上他們無須遠航或辛勞地工作就能捕獲所需的魚，這就意味著他們有時間從事其他活動，例如指導潛水或完成家務。

家庭收入的增加使大多數少年能到內格羅上中學。許多孩子繼續進入大學或修習技術課程。有些學生還在菲律賓其他地方找到工作，他們寄回家的錢能使阿坡島家庭保持富足。其他學生回到故鄉，擔任教師、開設餐館或潛水用品商店。由於他們能夠做一些更為積極的事來改善環境和生活狀況，村民們就有可能參加提升個人技能的項目，這是他們在過去不可能奢求的。

尋求以有限的可利用資源為基礎的可持續生活方式，而不損害生態系統為我們提供的生命支持系統，是對環境科學提出的不尋常的挑戰。應對這些挑戰，如果要想取得長遠的成功，必須是生態上健康的、經濟上可持續的並能為社會所接受的。有時候，如同本案例所示，基於生態學知識的行動和局部行動會在全球範圍內得到推廣，取得積極的效果。在人類與環境問題上，經濟部門、政策部門、規劃部門和社會機構都起著重要作用。本書後面將會討論上述規則，不過作為了解地球環境的基礎，我們得首先從生態學的基本原理著手。