環(huán)境科學(xué)理論問題分析

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1環(huán)境科學(xué)研究對象的內(nèi)涵和外延辨析

美國科學(xué)基金會(huì)的國家科學(xué)局［3］認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)是研究圍繞著人的空氣、陸地、水、能源和生命等所有系統(tǒng)的科學(xué)；斯特拉勒（StrahlerA．N．）等［3］認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)是研究地球的各種自然系統(tǒng)和各種過程及其對人類的意義和影響的科學(xué)；Bouwer等［4］認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)是研究人與環(huán)境關(guān)系，解決環(huán)境問題的跨領(lǐng)域科學(xué)；Nebel等［5］認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)是研究與人類環(huán)境關(guān)系最密切的問題的科學(xué)；Smith等［6］認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)是研究人類對環(huán)境影響的科學(xué)；Boersema等［7］認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)是研究人為環(huán)境問題的科學(xué)；劉培桐等［8］認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)以“人類－環(huán)境”系統(tǒng)為研究對象，是研究該系統(tǒng)發(fā)生和發(fā)展、調(diào)節(jié)和控制以及改造和利用的科學(xué)；左玉輝等［9］認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)是研究人與環(huán)境相互作用規(guī)律的科學(xué)；何強(qiáng)等［10］認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)是研究人類活動(dòng)與其環(huán)境質(zhì)量關(guān)系的科學(xué)；莫祥銀［11］等認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)是研究人類在認(rèn)識自然和改造自然中的人和環(huán)境之間相互關(guān)系的科學(xué)；竇貽儉等［12］認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)是主要研究環(huán)境結(jié)構(gòu)與狀態(tài)的運(yùn)行變化規(guī)律及其與人類社會(huì)活動(dòng)之間關(guān)系，研究人類社會(huì)與環(huán)境之間協(xié)同演化、持續(xù)發(fā)展的規(guī)律和具體途徑的科學(xué)；盧昌義等［13］認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)是研究人類活動(dòng)所引起的環(huán)境質(zhì)量變化和保護(hù)與改善環(huán)境的科學(xué)；王越飛等［14］認(rèn)為，人類生態(tài)系統(tǒng)是環(huán)境科學(xué)的研究對象．

可以看出，國內(nèi)外學(xué)者對環(huán)境科學(xué)研究對象的認(rèn)識大致可歸納為三類：一是人與環(huán)境相互作用而形成的復(fù)雜系統(tǒng)［3－6，8－12］，二是由人類活動(dòng)引起的環(huán)境問題［7，13］，三是人類生態(tài)系統(tǒng)［14］．筆者認(rèn)為，將環(huán)境科學(xué)的研究對象定義為“人類－環(huán)境”系統(tǒng)和人類生態(tài)系統(tǒng)值得商榷，因?yàn)檫@兩者都不是環(huán)境科學(xué)特有的研究對象，如地理學(xué)就將“人（類）地（地理環(huán)境）關(guān)系”或“人地關(guān)系地域系統(tǒng)”作為研究對象［25－26］，人類生態(tài)系統(tǒng)是人類生態(tài)學(xué)的研究對象［27］．“環(huán)境問題”有狹義和廣義之分．廣義的環(huán)境問題是指任何不利于人類生存和發(fā)展的自然環(huán)境結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化，廣義環(huán)境問題中的一些自然現(xiàn)象（如地震、泥石流、滑坡、森林火災(zāi)、病蟲害、洪澇和干旱災(zāi)害）雖然也對人類生存和發(fā)展構(gòu)成威脅，但主要誘因不是人類活動(dòng)，也不是近幾十年來才出現(xiàn)的問題，同時(shí)人類也不能改變這些自然現(xiàn)象的發(fā)生與發(fā)展，不應(yīng)包括在環(huán)境科學(xué)研究內(nèi)容之中．狹義的環(huán)境問題是指由于人為因素引起的任何不利于人類生存和發(fā)展的自然環(huán)境結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化．主要包括環(huán)境污染和環(huán)境破壞兩大類．如生產(chǎn)和生活引起的大氣、水體、土壤等環(huán)境介質(zhì)的污染，亂砍濫伐引起的森林破壞和生物多樣性下降，過度放牧引起的草原退化，大面積開墾草原引起的沙漠化和土地沙化等等．從環(huán)境科學(xué)的發(fā)展過程可以看出，它是隨著狹義的環(huán)境問題的出現(xiàn)而出現(xiàn)的，也是隨著狹義環(huán)境問題的日益嚴(yán)重而發(fā)展的．故判斷某一研究領(lǐng)域是否屬于環(huán)境科學(xué)的范疇，要看其是否解決狹義環(huán)境問題為準(zhǔn)繩．例如，純粹的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的研究屬于生態(tài)學(xué)范疇，而不應(yīng)屬于環(huán)境科學(xué)的范疇；若進(jìn)行人致的生態(tài)問題的形成、發(fā)展與防治的研究，則屬于環(huán)境科學(xué)的范疇．進(jìn)行自然環(huán)境的結(jié)構(gòu)和功能的研究屬于自然地理學(xué)的范疇，而不屬于環(huán)境科學(xué)的范疇；若進(jìn)行人為源污染物在自然環(huán)境的遷移、轉(zhuǎn)化、危害、區(qū)域差異及其防治的研究，則屬于環(huán)境科學(xué)的范疇．根據(jù)系統(tǒng)論觀點(diǎn)，狹義環(huán)境問題所涉及到的自然要素眾多（大氣、水體、土壤、生物等），彼此相互聯(lián)系、相互制約，共同構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)．為了維持“環(huán)境科學(xué)”的傳統(tǒng)名稱，筆者將該系統(tǒng)稱為環(huán)境系統(tǒng)．

將環(huán)境系統(tǒng)作為環(huán)境科學(xué)的研究對象的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）明晰了環(huán)境科學(xué)探究對象的“系統(tǒng)”與“環(huán)境”的界限，此處的“系統(tǒng)”即由自然要素組成的環(huán)境系統(tǒng)，此處的“環(huán)境”是獨(dú)立于環(huán)境系統(tǒng)的人類活動(dòng)．（2）有利于認(rèn)識環(huán)境問題的本質(zhì)和構(gòu)建環(huán)境系統(tǒng)數(shù)值模型．制約環(huán)境系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)變化的終極驅(qū)動(dòng)力有兩個(gè)，一是來自于“環(huán)境”的太陽輻射，它是該系統(tǒng)一切運(yùn)動(dòng)變化過程的能量源泉，也是其存在和發(fā)展的前提［28］；另一個(gè)也來自于“環(huán)境”，就是人類活動(dòng)．太陽輻射對環(huán)境系統(tǒng)演化是正向（功能提高）的，人類活動(dòng)對系統(tǒng)演化可以是正向的，也可以是負(fù)向（功能退化）的，關(guān)鍵依賴于人類活動(dòng)的性質(zhì)（是否有利于系統(tǒng)功能的提高）［29］．在深入研究環(huán)境系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)、功能和發(fā)展變化的基礎(chǔ)上，構(gòu)建其仿真性的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是環(huán)境科學(xué)的基本任務(wù)．環(huán)境系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型不僅要包括系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)狀態(tài)變量，還要包括來自于“環(huán)境”的控制參量．對于狹義環(huán)境問題來說，控制參量就是人類活動(dòng)．

2環(huán)境科學(xué)基本原理

環(huán)境科學(xué)研究者大多是從其他相關(guān)學(xué)科轉(zhuǎn)變過來，按照原有的學(xué)科背景進(jìn)行環(huán)境問題研究，形成眾多環(huán)境科學(xué)的分支學(xué)科，分支學(xué)科是相關(guān)學(xué)科的理論、方法與環(huán)境問題的結(jié)合．相關(guān)學(xué)科的理論是比較完善，故分支學(xué)科的理論也相對比較完善．但是，環(huán)境科學(xué)作為一門獨(dú)立的學(xué)科，是否有自身獨(dú)特的基本理論，或者其基本原理究竟是什么尚未達(dá)成普遍共識．不少學(xué)者認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)沒有獨(dú)特的基本原理，只是借助其他學(xué)科的基本原理研究環(huán)境問題而已．與此相反，有些學(xué)者認(rèn)為環(huán)境科學(xué)有其獨(dú)特的基本原理．例如Boersema等［7］把環(huán)境科學(xué)原理分為普適性原理和特殊原理，普適性原理包括可持續(xù)發(fā)展原理、能量守恒定律、質(zhì)能守恒定律、物質(zhì)守恒原理、熵原理、進(jìn)化原理、系統(tǒng)觀念、生態(tài)學(xué)原理、人口學(xué)原理和惡性循環(huán)原理，特殊原理包括獨(dú)立分析法、非獨(dú)立分析法、經(jīng)濟(jì)思想起源指導(dǎo)原則、法學(xué)及其原理的指導(dǎo)原則、社會(huì)科學(xué)起源的指導(dǎo)原則、未來重要性原則、全球變化原則．昝廷全等［15］認(rèn)為，極限協(xié)同原理是環(huán)境科學(xué)的一條基本原理，只有當(dāng)環(huán)境變化速度超過人體結(jié)構(gòu)的適應(yīng)調(diào)節(jié)速度最大極限，或人體結(jié)構(gòu)的適應(yīng)調(diào)節(jié)過程超出人體結(jié)構(gòu)的最大正常范圍時(shí)，環(huán)境的變化才對人體產(chǎn)生顯著的影響．李長生［16］認(rèn)為，環(huán)境科學(xué)基礎(chǔ)理論研究就是要揭示蘊(yùn)藏在環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部的客觀規(guī)律，即環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律．楊志峰等［22］認(rèn)為環(huán)境各個(gè)分支學(xué)科（如環(huán)境物理、環(huán)境化學(xué)、環(huán)境生態(tài)、環(huán)境地學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)、環(huán)境倫理學(xué)等等）的基本理論即組成環(huán)境科學(xué)的基本理論．左玉輝［17］認(rèn)為，環(huán)境多樣性原理、人與環(huán)境協(xié)調(diào)原理、規(guī)律規(guī)則原理和五律協(xié)同原理構(gòu)成了環(huán)境學(xué)的基本原理．筆者認(rèn)為，既然環(huán)境科學(xué)具有獨(dú)特的研究對象，是人類知識（文明）體系中不可或缺的獨(dú)立科學(xué)，那么必然有基本原理．環(huán)境科學(xué)的基本原理是整個(gè)學(xué)科的基礎(chǔ)理論，是解決環(huán)境問題應(yīng)該遵循的一般規(guī)律．根據(jù)前人研究的工作基礎(chǔ)，綜合分析環(huán)境各個(gè)分支學(xué)科的理論，作者提出如下四條環(huán)境科學(xué)基本原理．

2．1環(huán)境系統(tǒng)性原理

環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部包括眾多的子系統(tǒng)，不論什么級別的環(huán)境系統(tǒng)，都具有的相同性質(zhì)和原理，此即環(huán)境系統(tǒng)性原理．環(huán)境系統(tǒng)性原理主要包括以下幾個(gè)方面．第一，環(huán)境系統(tǒng)的整體性．環(huán)境系統(tǒng)的整體性是指該系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間通過物質(zhì)流、能量流和信息流相互發(fā)生聯(lián)系，某種要素的變化會(huì)引起其他要素乃至整個(gè)系統(tǒng)變化的性質(zhì)．環(huán)境系統(tǒng)包括水體、大氣、土壤、生物四個(gè)圈層．這四個(gè)圈層相互聯(lián)系、相互制約，缺少任何圈層都不能構(gòu)成一個(gè)完整的環(huán)境系統(tǒng)．同時(shí)，任一圈層發(fā)生變化，都會(huì)影響其他圈層的改變，從而導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的變化．例如水質(zhì)發(fā)生變化，必然影響土壤環(huán)境質(zhì)量，繼而影響生物的生存環(huán)境和生物量，同時(shí)水和大氣之間發(fā)生物質(zhì)交換，對大氣環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生不利影響．第二，環(huán)境系統(tǒng)的多樣性．環(huán)境系統(tǒng)的多樣性首先表現(xiàn)為物質(zhì)組成的多樣性，環(huán)境系統(tǒng)由生物和非生物組成，生物又有植物、動(dòng)物、微生物等不同類型；非生物的物質(zhì)又有各種天然物質(zhì)（大氣、水體、土壤和巖石等）和人工合成物質(zhì)等等．其次表現(xiàn)為環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多樣性，例如，環(huán)境系統(tǒng)中有高山、河谷、平原等不同的地貌結(jié)構(gòu)，也有森林、草原、荒漠等都不同的生物結(jié)構(gòu)，還有城市、鄉(xiāng)村、郊區(qū)等不同的人居結(jié)構(gòu)．再次表現(xiàn)為環(huán)境系統(tǒng)功能的多樣性，由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定功能，所以環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的多樣性必然伴隨著功能的多樣性．第三，環(huán)境系統(tǒng)的開放性．人類不停地從環(huán)境系統(tǒng)中取得有用物質(zhì)和能量，同時(shí)又將人類生產(chǎn)和生活過程中的廢棄物質(zhì)和多余能量不停地向環(huán)境排放，故環(huán)境系統(tǒng)是人類生存與發(fā)展的原料庫，同時(shí)也是人類生產(chǎn)和生活的廢物排放庫．例如，人類從環(huán)境系統(tǒng)的河流等水體獲得水資源，經(jīng)過凈化后，通過城市的配水系統(tǒng)供給居民的生活和工業(yè)用水等；人類生產(chǎn)和生活排放的廢（污）水又通過城市的排水系統(tǒng)進(jìn)入河流．再如，人類在利用環(huán)境系統(tǒng)中的煤炭資源作為人類生活和生產(chǎn)的能量來源，在煤炭燃燒過程中，不斷向環(huán)境系統(tǒng)排放廢氣和固體廢棄物．第四，環(huán)境系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性．環(huán)境系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性是指環(huán)境系統(tǒng)狀態(tài)隨著時(shí)間不斷變化的性質(zhì)．環(huán)境系統(tǒng)的變化是絕對，不變是相對的．環(huán)境系統(tǒng)的變化多種多樣，有周期性變化也有隨機(jī)性變化，有非線性變化也有線性變化，有漸進(jìn)型變化也有是突變型變化．例如，在某地區(qū)的工業(yè)化過程中，最初工業(yè)化水平低，人類活動(dòng)向環(huán)境系統(tǒng)排放的廢水較少，且主要是生活污水，水環(huán)境質(zhì)量較好；隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，工業(yè)廢水排放量增加，生活污水量增加，水環(huán)境質(zhì)量開始出現(xiàn)惡化．當(dāng)排放的廢（污）水量在某個(gè)臨界值之內(nèi)的時(shí)候，環(huán)境系統(tǒng)的變化是漸變（量變）過程，水環(huán)境質(zhì)量不會(huì)發(fā)生明顯下降；一旦廢（污）水量達(dá)到臨界值以后，水環(huán)境質(zhì)量就會(huì)急劇惡化，發(fā)生突變（質(zhì)變）．環(huán)境系統(tǒng)性原理的整體性、多樣性、開放性和動(dòng)態(tài)性是相互聯(lián)系，從不同方面刻畫了環(huán)境系統(tǒng)特征．一般來說，多樣性明顯的環(huán)境系統(tǒng)，由于系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間，以及系統(tǒng)與環(huán)境之間的物質(zhì)、能量和信息聯(lián)系廣泛，抗干擾能力強(qiáng)大，所以系統(tǒng)就表現(xiàn)出明顯的整體性和開放性，而其動(dòng)態(tài)性則不明顯．

2．2環(huán)境容量原理

狹義環(huán)境問題的實(shí)質(zhì)，是人類活動(dòng)的干擾使環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或功能發(fā)生改變，當(dāng)改變量超出了環(huán)境系統(tǒng)所能承受的界限，環(huán)境系統(tǒng)發(fā)生突變，最終對人類造成了危害．即環(huán)境問題的出現(xiàn)都是由于人類活動(dòng)使環(huán)境系統(tǒng)的改變突破了環(huán)境容量造成的．環(huán)境系統(tǒng)在不發(fā)生質(zhì)變（突變）的前提下，接納外來物質(zhì)（污染物）的最大能力或者為外界供應(yīng)物質(zhì)或能量（資源）的最大能力定義為環(huán)境容量；即環(huán)境容量是指在不改變環(huán)境質(zhì)量的前提下，人類活動(dòng)向環(huán)境系統(tǒng)排放外來物質(zhì)或者從環(huán)境中開發(fā)某種物質(zhì)的最大量．環(huán)境容量的大小是由該環(huán)境系統(tǒng)的組成和結(jié)構(gòu)決定的，是環(huán)境系統(tǒng)功能的一個(gè)表現(xiàn)形式，環(huán)境系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、多樣性越大、開放度越大，那么其容量就越大．環(huán)境容量具有有限性、變化性、可調(diào)控性等特點(diǎn)．第一，環(huán)境容量是有限的．任何環(huán)境系統(tǒng)的容量都是有限的，在這個(gè)上限之下，人類活動(dòng)對環(huán)境系統(tǒng)的干擾（向環(huán)境排放某種物質(zhì)或從環(huán)境提取某種物質(zhì)）是不會(huì)導(dǎo)致環(huán)境系統(tǒng)的質(zhì)量改變的．環(huán)境容量的有限性是我們進(jìn)行環(huán)境立法、環(huán)境評價(jià)、環(huán)境管理的基礎(chǔ)．第二，環(huán)境容量是變化的．環(huán)境系統(tǒng)的容量在特定條件下是一個(gè)定值，但隨著時(shí)空的變化，環(huán)境容量是變化的．環(huán)境容量不僅隨著環(huán)境系統(tǒng)周圍條件的變化而變化，而且還隨著環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部組成和結(jié)構(gòu)的變化而變化．環(huán)境容量的變化性，要求我們進(jìn)行環(huán)境管理工作時(shí)，在借鑒別人經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，要有“變化”理念，不能形而上學(xué)、死搬硬套，要隨著時(shí)間和空間的變化而對環(huán)境法規(guī)和環(huán)境評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的修正，以適應(yīng)環(huán)境容量的變化．第三，環(huán)境容量是可調(diào)控的．環(huán)境容量的可調(diào)控性是人們在研究環(huán)境容量的影響因素（環(huán)境系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能，外部條件等）、變化規(guī)律基礎(chǔ)上，通過改變某一（些）環(huán)境因素，對環(huán)境容量進(jìn)行調(diào)控，讓環(huán)境系統(tǒng)向著有利于人類的方向轉(zhuǎn)變．例如，水污染控制技術(shù)就是在水環(huán)境容量研究的基礎(chǔ)上，通過改變水溫、pH、溶解氧、氧化還原電位、生物量、攪拌程度等影響因素，增加水環(huán)境容量，提高水環(huán)境質(zhì)量，達(dá)到水污染控制目的．水污染的微生物處理單元（活性污泥處理系統(tǒng)）是通過人工充氧、強(qiáng)化攪拌、加大生物量等工程措施，來實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的凈化，實(shí)質(zhì)也就是增大了人工環(huán)境系統(tǒng)（生物處理單元）的環(huán)境容量．

2．3人與環(huán)境共生原理

“共生”概念最早由德國真菌學(xué)家AntondeBary提出，指兩個(gè)或者多個(gè)生物在生理上相互依存度達(dá)到平衡的狀態(tài)．后來這一概念被引申到其他的自然學(xué)科和社會(huì)學(xué)科中．自然界是一個(gè)共生體，動(dòng)物、植物、人類之間需要相互和諧，才能共生共榮．共生理論的哲學(xué)含義就是雙方共存、互利共贏［30］．按照馬克思唯物主義世界觀，人類本身就是自然界的一部分，人類與環(huán)境之間的物質(zhì)與能量交換是不可避免．人類是自然環(huán)境發(fā)展的產(chǎn)物，環(huán)境是人類發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類發(fā)展又對環(huán)境系統(tǒng)造成影響．左玉輝［17］提出的人與環(huán)境和諧原理只是人與環(huán)境共生的一個(gè)方面，人與環(huán)境的和諧的判斷標(biāo)準(zhǔn)是人類的可持續(xù)發(fā)展，帶有很大的主觀性，人與環(huán)境共生是把人與環(huán)境平等對待，雙方共存，互利共贏．人類與環(huán)境的共生理論要求人類在決策的時(shí)候，不但要追求人類利益的最大化，同時(shí)還要使環(huán)境系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展，也就是最后追求人類的發(fā)展與環(huán)境可持續(xù)的雙方共存、互利共贏．人類與環(huán)境的共生理論包括以下兩個(gè)方面．第一，人類和環(huán)境系統(tǒng)的共同發(fā)展是以人與環(huán)境系統(tǒng)的共生為前提．人類的發(fā)展規(guī)劃不但要考慮人類自身的利益，還要考慮環(huán)境系統(tǒng)的可持續(xù)性，要慎重審視人類的發(fā)展規(guī)劃是否改變了環(huán)境系統(tǒng)的穩(wěn)定性和多樣性，是否突破了環(huán)境容量，是否有利于環(huán)境系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，是否對環(huán)境系統(tǒng)造成危害等等．如果人類活動(dòng)對環(huán)境系統(tǒng)造成了危害，那么通過環(huán)境系統(tǒng)的一系列的反饋機(jī)制，最后一定會(huì)反作用人類，對人類的健康與發(fā)展造成危害．第二，人類與環(huán)境系統(tǒng)的共生是以人類和環(huán)境系統(tǒng)的共同發(fā)展為目的的．人與環(huán)境系統(tǒng)的共生是人類在環(huán)境問題發(fā)生、發(fā)展與治理的過程中逐漸認(rèn)識到的一條基本規(guī)律，人與環(huán)境的共生最終目的就是達(dá)到人類和環(huán)境系統(tǒng)的共同發(fā)展．

2．4熵原理

熵是表征系統(tǒng)無序度大小的物理量，與其功能呈反相關(guān)．高熵對應(yīng)系統(tǒng)無序，功能弱??；低熵對應(yīng)系統(tǒng)有序，功能強(qiáng)大［31］．對于環(huán)境系統(tǒng)來說，高熵對應(yīng)環(huán)境污染和破壞，質(zhì)量下降；低熵對應(yīng)環(huán)境質(zhì)量提高．按照耗散結(jié)構(gòu)理論［31－32］，環(huán)境系統(tǒng)無疑是一個(gè)耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)．耗散結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的熵變化（ΔS）有兩部分組成，一是系統(tǒng)內(nèi)部不可逆過程導(dǎo)致的熵產(chǎn)生（diS），二是系統(tǒng)與環(huán)境之間的熵交換（deS），即：ΔS＜0，表示環(huán)境質(zhì)量不斷提高；ΔS＞0，表示環(huán)境質(zhì)量惡化．熱力學(xué)第二定律表明，永遠(yuǎn)有diS＞0，所以要想使ΔS＜0，必須要求deS＜0，且其絕對值大于diS，即在負(fù)熵流存在的情況下環(huán)境質(zhì)量才能提高，否則環(huán)境質(zhì)量將下降．對于環(huán)境系統(tǒng)來說，影響deS大小和正負(fù)號的因素是太陽輻射和人類活動(dòng)．太陽活動(dòng)輸入到系統(tǒng)的deS總是負(fù)的，有利于環(huán)境系統(tǒng)的存在和發(fā)展；而人類活動(dòng)向系統(tǒng)輸入的deS可正可負(fù)．當(dāng)人類向環(huán)境系統(tǒng)輸入的物質(zhì)和能量有利于系統(tǒng)的熵值降低（環(huán)境治理投入），則deS的符號是負(fù)的；反之，人類向環(huán)境系統(tǒng)輸入的物質(zhì)和能量非但不能降低系統(tǒng)的熵值，而且使系統(tǒng)熵值進(jìn)一步增大（人類從環(huán)境系統(tǒng)大量開發(fā)利用自然資源或向環(huán)境輸入有害物質(zhì)和能量），那么deS的符號則是正的．在人類社會(huì)出現(xiàn)以前，太陽輻射向環(huán)境系統(tǒng)輸入的負(fù)熵大于diS，因此系統(tǒng)的總熵在不斷減小，環(huán)境系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能逐漸有序化，環(huán)境質(zhì)量出現(xiàn)正向演替．自從人類社會(huì)出現(xiàn)之后，人類開始從環(huán)境系統(tǒng)中開發(fā)利用自然資源，以求得經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活水平的提高．人類開發(fā)利用自然資源、產(chǎn)品生產(chǎn)、運(yùn)輸和消費(fèi)各個(gè)環(huán)節(jié)的能量轉(zhuǎn)化都受熱力學(xué)第二定律的制約，不可能百分之百地利用有用物質(zhì)和能量，必然以不同的技術(shù)水平伴隨著或多或少的無用物質(zhì)和能量產(chǎn)出（熵產(chǎn)生，deS＞0），從而使環(huán)境系統(tǒng)的熵增加．在農(nóng)業(yè)社會(huì)之前，由于人口規(guī)模小、技術(shù)水平低、開發(fā)利用自然資源的規(guī)模和強(qiáng)度較小，向環(huán)境系統(tǒng)排放的正熵有限，連同系統(tǒng)內(nèi)部的diS仍不足以抵消太陽輻射的負(fù)熵輸入，所以系統(tǒng)的總熵依然小于零，環(huán)境系統(tǒng)沒有遭到污染和破壞．自從進(jìn)入工業(yè)化社會(huì)以后，隨著人口急劇膨脹和技術(shù)水平的提高，自然資源遭到大規(guī)模開發(fā)利用，向環(huán)境系統(tǒng)排放的正熵越來越多，連同系統(tǒng)內(nèi)部的diS已超過了太陽輻射的負(fù)熵輸入，使總熵開始大于零，從而出現(xiàn)了各種環(huán)境問題．通過資源開發(fā)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境污染的熵分析，可以得出如下結(jié)論：當(dāng)前環(huán)境問題出現(xiàn)的實(shí)質(zhì)是由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度太快、規(guī)模太大，人類活動(dòng)導(dǎo)致的熵產(chǎn)生連同系統(tǒng)內(nèi)部不可逆熵產(chǎn)生超過了太陽輻射的負(fù)熵輸入，使環(huán)境系統(tǒng)的總熵大于零，自然環(huán)境的熵平衡被打破造成的．因此，熵原理是環(huán)境科學(xué)的基本原理之一．

3環(huán)境科學(xué)體系

20世紀(jì)80年代以來，很多學(xué)者對環(huán)境科學(xué)體系進(jìn)行了探討．不同學(xué)者對環(huán)境科學(xué)體系的劃分原則和劃分方案各不相同，直到目前為止尚未取得一致意見．劉培桐［8］、楊志峰［22］、徐國林［18］等學(xué)者根據(jù)環(huán)境科學(xué)研究對象的性質(zhì)和內(nèi)容不同，將環(huán)境科學(xué)體系劃分為理論環(huán)境學(xué)、部分環(huán)境學(xué)和綜合環(huán)境學(xué)三個(gè)一級分支科學(xué)，每個(gè)一級分支學(xué)科又劃分為若干二級分支學(xué)科．何強(qiáng)［10］、陳英旭［19］等把環(huán)境科學(xué)看作是自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的邊緣交叉科學(xué)，將環(huán)境科學(xué)體系劃分為環(huán)境基礎(chǔ)科學(xué)、環(huán)境社會(huì)科學(xué)和環(huán)境技術(shù)科學(xué)三個(gè)一級分支學(xué)科，每個(gè)一級分支學(xué)科又劃分出若干的二級分支學(xué)科．王飛越［14］、李焰［20］等學(xué)者以環(huán)境問題的研究程序、空間組織水平、研究對象特征和時(shí)間特征為軸支撐起多維環(huán)境科學(xué)體系，如按照研究程序劃分為一般理論環(huán)境學(xué)和應(yīng)用環(huán)境學(xué)，按照組織水平劃分為全球環(huán)境學(xué)、區(qū)域環(huán)境學(xué)和聚落環(huán)境學(xué)等，按照研究對象特征劃分為自然環(huán)境學(xué)、技術(shù)環(huán)境學(xué)和社會(huì)環(huán)境學(xué)等，按照時(shí)間特征劃分為環(huán)境歷史研究、環(huán)境現(xiàn)狀分析和環(huán)境預(yù)測等．李春景等［21］根據(jù)現(xiàn)代學(xué)科的聚散共生規(guī)律將環(huán)境科學(xué)劃分為倫理環(huán)境學(xué)、基礎(chǔ)環(huán)境學(xué)、部門環(huán)境學(xué)和工程環(huán)境學(xué)等．錢學(xué)森［33］站在人類認(rèn)知事物的一般規(guī)律和科學(xué)技術(shù)發(fā)展軌跡的高度，提出任何一門發(fā)展完善的科學(xué)都應(yīng)該包括哲學(xué)、基礎(chǔ)理論、技術(shù)（應(yīng)用）理論和工程技術(shù)四個(gè)學(xué)科層次，彼此聯(lián)系一個(gè)完整的學(xué)科體系．馬建華等［23］曾根據(jù)這種學(xué)科層次劃分的思想，把環(huán)境科學(xué)體系劃分為環(huán)境哲學(xué)、環(huán)境學(xué)、環(huán)境技術(shù)學(xué)和環(huán)境工程四個(gè)層次，每個(gè)層次又劃分為若干級別的分支學(xué)科（圖1）．根據(jù)環(huán)境科學(xué)體系劃分方案和當(dāng)前出現(xiàn)的分支學(xué)科現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)未來科學(xué)發(fā)展方向和重點(diǎn)研究領(lǐng)域，以完善環(huán)境科學(xué)體系．環(huán)境哲學(xué)層次主要從認(rèn)識論和方法論上探討人與環(huán)境系統(tǒng)相互作用的本質(zhì)．環(huán)境基礎(chǔ)理論層次主要探討環(huán)境系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)、功能及形成發(fā)育（演化）規(guī)律，以及人與環(huán)境相互關(guān)系的機(jī)制，將其概括為環(huán)境學(xué)．環(huán)境技術(shù)理論層次是介于環(huán)境基礎(chǔ)理論和環(huán)境工程之間的過渡性層次，主要任務(wù)是解決環(huán)境工程技術(shù)有關(guān)的應(yīng)用理論問題．環(huán)境工程層次利用工程技術(shù)的方法和手段來控制環(huán)境污染、改善環(huán)境質(zhì)量的學(xué)科，它不僅要提供合理利用、保護(hù)自然資源的一整套技術(shù)途徑和措施，而且還要研究開發(fā)廢物資源化技術(shù)、改革生產(chǎn)工藝、發(fā)展無廢或少廢閉路生產(chǎn)系統(tǒng)．環(huán)境哲學(xué)是在其他三個(gè)學(xué)科層次基礎(chǔ)上經(jīng)過科學(xué)歸納和概括而形成的，沒有深入的理論研究和工程技術(shù)實(shí)踐，就不可能出現(xiàn)科學(xué)的環(huán)境哲學(xué)．環(huán)境哲學(xué)可為環(huán)境科學(xué)其他三個(gè)層次的研究提供認(rèn)識論和方法論指導(dǎo)．環(huán)境基礎(chǔ)理論和技術(shù)理論是工程技術(shù)的理論基礎(chǔ)，離開基礎(chǔ)理論和技術(shù)理論，必然導(dǎo)致工程技術(shù)實(shí)踐上的盲目性，不可能達(dá)到治理環(huán)境的目的．環(huán)境工程技術(shù)實(shí)踐反過來又可以驗(yàn)證和促進(jìn)基礎(chǔ)理論和技術(shù)理論研究．所以，這四個(gè)層次的研究相互聯(lián)系、促進(jìn)，共同構(gòu)成了完整的環(huán)境科學(xué)體系．根據(jù)上述環(huán)境科學(xué)體系劃分，結(jié)合當(dāng)前環(huán)境科學(xué)的研究現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的環(huán)境科學(xué)研究主要集中于基礎(chǔ)理論層次的自然環(huán)境學(xué)、技術(shù)理論層次和工程技術(shù)層次，完整的環(huán)境科學(xué)研究體系尚不健全，在很多方面還未涉及或者缺乏深入研究．今后應(yīng)在進(jìn)一步推進(jìn)原有環(huán)境科學(xué)分支研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)開展下列領(lǐng)域的研究．

（1）盡快開展綜合環(huán)境學(xué)研究．以往的環(huán)境科學(xué)研究大都是研究者根據(jù)自己的學(xué)術(shù)背景對某一（些）環(huán)境要素的研究，大大促進(jìn)了分支學(xué)科的發(fā)展．對于環(huán)境系統(tǒng)的綜合基礎(chǔ)理論研究還很欠缺，迄今為止綜合環(huán)境學(xué)尚未誕生．前已述及，環(huán)境系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜巨系統(tǒng)，有其獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，單獨(dú)從某一要素進(jìn)行研究不可能從總體上揭示環(huán)境系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律，所以今后必須加強(qiáng)綜合環(huán)境學(xué)研究．系統(tǒng)科學(xué)的出現(xiàn)與發(fā)展為我們開展綜合環(huán)境學(xué)研究提供了契機(jī)，可借助系統(tǒng)科學(xué)的理論與方法，建立區(qū)域性或全球性的環(huán)境系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，通過穩(wěn)定性分析、分叉與突變理論、混沌與分形理論、耗散結(jié)構(gòu)理論以及協(xié)同進(jìn)化理論開展綜合環(huán)境學(xué)研究．

（2）加強(qiáng)環(huán)境哲學(xué)研究．隨著環(huán)境科學(xué)基礎(chǔ)理論和工程技術(shù)的研究的推進(jìn)，必然要求在哲學(xué)層面上歸納和提升，作為人類文明成果的一部分固化下來，為環(huán)境科學(xué)的進(jìn)一步研究提供普遍指導(dǎo)．從目前情況看，環(huán)境哲學(xué)還比較貧困，所以今后要以馬克思辯證唯物主義為指導(dǎo)，對環(huán)境科學(xué)各分支學(xué)科的理論研究成果以其實(shí)踐上的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)進(jìn)行哲學(xué)概括和總結(jié)，以揭示環(huán)境問題的本質(zhì)．

（3）進(jìn)一步促進(jìn)其他新興和交叉科學(xué)發(fā)展．隨著環(huán)境科學(xué)研究的深入，研究領(lǐng)域必將逐漸拓展，新的分支學(xué)科會(huì)不斷涌現(xiàn)，這不僅是綜合環(huán)境學(xué)研究的必要，也是環(huán)境哲學(xué)研究的必要．

4結(jié)論

1）環(huán)境科學(xué)應(yīng)以研究人類活動(dòng)引起的任何不利于人類生存和發(fā)展的自然環(huán)境結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化為己任，研究對象是與人類活動(dòng)密切相關(guān)的、由近地面自然成分組成的“環(huán)境系統(tǒng)”．

2）根據(jù)環(huán)境系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)變化特點(diǎn)，以及人與環(huán)境系統(tǒng)之間的關(guān)系，將環(huán)境系統(tǒng)的基本原理概括為環(huán)境系統(tǒng)性原理、環(huán)境容量原理、人與環(huán)境共生原理和熵原理等四個(gè)方面．

3）根據(jù)錢學(xué)森關(guān)于科學(xué)體系劃分思想，將環(huán)境科學(xué)體系劃分為環(huán)境哲學(xué)、環(huán)境學(xué)、環(huán)境技術(shù)學(xué)和環(huán)境工程四個(gè)基本層次，每個(gè)基本層次下又包括不同等級層次的分支學(xué)科，構(gòu)成一個(gè)相互聯(lián)系、相互制約的分科體系．在該體系中，綜合環(huán)境學(xué)尚未形成，環(huán)境哲學(xué)比較貧困，是今后環(huán)境科學(xué)理論研究的重點(diǎn)方向．

4）隨著環(huán)境科學(xué)研究的不斷深入，對其研究對象、基本原理和學(xué)科體系等理論問題的認(rèn)識會(huì)更加明晰．