自然环境是人类生存、繁衍的物质基础；保护和改善自然环境，是人类维护自身生存和发展的前提。这是人类与自然环境关系的两个方面，缺少一个就会给人类带来灾难。
我们生活的自然环境，是地球的表层，由空气、水和岩石（包括土壤）构成大气圈、水圈、岩石圈，在这三个圈的交汇处是生物生存的生物圈。这四个圈在太阳能的作用下，进行着物质循环和能量流动，使人类（生物）得以生存和发展。
地球上的生命据科学测定，人体血液中的60多种化学元素的含量比例，同地壳各种化学元素的含量比例十分相似。这表明人是环境的产物。人类与环境的关系，还表现在人体的物质和环境中的物质进行着交换的关系。比如，人体通过新陈代谢，吸入氧气，呼出二氧化碳；喝清洁的水，吃丰富的食物，来维持人体的发育、生长和遗传，这就使人体的物质和环境中的物质进行着交换。如果这种平衡关系破坏了，将会危害人体健康。
人工生物圈实验
从1991年9月26日起的两年中，美国科学界进行了人工生物圈实验。八名男女科学家自愿住进了一个由玻璃和钢架建成的3.1英亩的人造小世界里，从事两年的生态实验。除了一部电传机和电能供给外，他们与外界完全隔离，而且，除患严重疾病外，任何人不得离开这个地方。这项实验被称为“生物圈二号”。
“生物圈二号”就像一个巨大的“生态球”，在拱型玻璃罩下，里面有3800种动植物。此外还有湖泊、沙漠、树林、沼泽、草地和农田、楼房，以及制造人工风雨的装置。两年里，八位科学家要亲自饲养家禽、牧畜，种植农作物，方能维持生活。在这里，任何东西也不会浪费，都会循环使用，比如人吸入氧气呼出二氧化碳，绿色植物进行光合作用则正好相反。任何农药都严禁使用，庄稼有病虫害，将用瓢虫、黄小蜂进行生物防治。
在这个生物圈里，科学家将对生态环境严格控制。如果食草动物过多，将引起草地破坏，就必须猎食一些食草动物，如果一种植物灭亡了，他们将取出试管内储存的植物细胞，重新培养。科学家们需要进行大量的实验，才能维持生存、净化环境，稍有不慎，生态危机就会出现。
“生物圈二号”实验为世界瞩目。可惜，到1993年，科学家无奈地宣布这项实验失败。这个事实再一次告诉人们，地球是人类唯一的家园，无法再造，我们更应好好保护它。
人与生物圈计划的宗旨
人与生物圈计划的宗旨是：通过自然科学与社会科学的结合，基础理论与应用技术研究的结合，科技、生产管理人员与决策者的结合，对生物圈及其不同区域的结构、功能进行研究，预测人类活动对生物圈及其资源的变化，预测这种变化对人类本身的影响，为合理利用和保护生物圈的资源，保存遗传基因的多样性，改善人类与环境的关系提供科学依据。
人与生物圈计划共有14个研究项目，在由30个理事国组成的“人与生物圈国际协调理事会”领导下，负责协调国际性合作，促进世界生物圈保护区网的建立，组织研究成果和情报资料的交流，举办各种训练班，等等。
现在，已有100多个国家和地区参加了人与生物圈计划，1万多名科学家参加了研究工作，研究课题已有1000多个。具有不同代表性的生物圈保护区已经有200多个，形成了一个全球性的生物圈保护网。
我国于1972年参加人与生物圈计划，并且一直是“人与生物圈国际协调理事会”的理事国；我国还成立了中华人民共和国人与生物圈国家委员会。
《人类环境宣言》的共同原则
七个共同的观点是：
（1）人是环境的产物，也是环境的塑造者。由于当代科学技术突飞猛进的发展，人类已具有空前规模地改变环境的能力。
（2）保护和改善人类环境，关系到各国人民的福利和经济发展，是人民的迫切愿望，是各国政府的责任。
（3）人类改变环境的能力，如妥善地加以运用，可为人民带来福利；如运用不当，会造成不可估量的损害。地球上已出现许多日益加剧危害环境的迹象，在人为环境，特别是生活、工作环境中，已出现了有害人体健康的重大缺陷。
（4）在发展中国家，首先要致力于发展，同时也必须保护和改善环境。在工业发达国家，环境问题是由工业和技术发展产生的。
（5）人口的自然增长不断引起环境问题，要采取适当的方针和措施进行解决。
（6）当今历史阶段要求人们在计划行动时，更加谨慎地考虑到将给环境带来的后果。为了在自然界获得自由，人类必须运用知识同自然取得协调，以便建设更良好的环境。
（7）为达到这个环境目标，要求每个公民、团体、机关、企业都负起责任，共同创造未来的世界环境。各国政府对大规模的环境政策和行动负有特别重大的责任。
热岛效应
热岛效应指城市地区由于人口稠密，工业集中，造成温度高于周围地区的现象。在温度空间分布图上，城市好像是一个温暖的岛屿，所以称为热岛。热岛形成的主要原因有：
（1）城市上空污染物质的保温作用，增加了大气的逆辐射；
（2）城市建筑物和道路的建材发挥了地表热交换及大气动力学特性，更易大量吸收辐射热；
（3）城市大量高层建筑减低风速，使热量平衡的水平输送相对困难；
（4）城市居民生产、生活形成丰富的人工热源。城市热岛效应具有阻止大气污染物扩散稀释的不良作用，并可以造成城市风等局部地区气象异常。热岛效应的强度与局部地区气象条件（如云量、风速等）、季节、地形、建筑以及城市规模、性质有关。其温度分布一般是工商业和人口集中的城市中心区域温度最高，随着与市中心距离的增加，温度不断下降。
热污染
热污染是指人类活动中影响和危害热环境的现象。人类的生活和生产实践活动，要求一定的热环境。为了获得和维持一个适宜的热环境，人类除了利用天然的太阳能外，还大量地消耗各种燃料。在燃料的消耗过程中，不仅产生大量含有害物质或放射性物质的污染物，还会产生大量的二氧化碳、水蒸气和热水等一些对人体无直接危害的物质。这些物质虽然对人体无直接危害，但对环境产生了增温效应。这种在能源消耗和转换过程中，能引起环境不良增温效应的污染就叫做热污染。当前，伴随着世界能源消耗的与日俱增，人类向周围环境散发的热量也越来越多。主要包括向大气散热和向水体散热两个方面。
让沙漠变成绿洲
有人曾经预言，在21世纪，人类将有能力使地球上的大部或全部沙漠变成一片片水草丰美的绿洲。当然，靠挥锹铲土和人工挖渠不行，靠植树造林和设置障碍也不行。所使用的方法是“超巨型工程”和机器人。
人类要想合理地控制自然和改造自然.需要极大的劳动工作量，尤其像改造沙漠这样的工作更是如此。所以必须使用机器人，人本身的力量很难胜任这项巨大的工程。在21世纪中叶，机器人将是人类的主要生产工具。一位名叫保罗·肯尼迪的美国人在他的《为21世纪做准备》一书中谈到了机器人的商业化问题，书中说：“机器人给初次目睹这种新技术的参观者留下了深刻的印象。同当年在英国的工厂看到蒸汽机时目瞪口呆的参观者一样，到日本法纳克公司的自动化工厂参观的外国人看到机器人的一举一动感到十分畏惧：机器人在厂房里到处走动，哧哧地焊接着线路板，用机器眼检验它们所做的工作。即使是在夜幕降临之后，它们仍然在黑暗中从容地工作着。”
大约到2050年，机器人将成为寻常之物，据统计，在1994年，全世界已生产了60多万台各种用途的机器人，其中日本占7成左右。即使按比较保守的估计，全球机器人总数以每年平均20％的速度增长，以1994年的60万台为基点，从1994年到2030年的36年中，机器人的总数将达到60万乘以1.2的36次方（20％的增长速度），即5.1亿台。如果按30％的速度递增，将达到75.8亿台。按这个估计，完全没有必要担心在21世纪的沙漠改造中缺少劳力了。而且，参与社会生产的机器人越多，社会产品（包括机器人本身）就会越便宜，甚至趋近于“趋零价”。
在21世纪，将有一批批具有改造沙漠经验的巨大机器人开进沙漠。它们能在沙漠上行走自如，巨大的推沙板矗立在它们的前面，它们行动时排成一排，在黄沙中向前推进。高大的沙丘往复推几次便平平展展。
与此同时，在海边建造的大型海水淡化厂已将淡化逐级提升上来，喷灌干燥的沙漠。淡化厂的副产品有海底矿物和海洋生物，还有许多有用的化学物质，更重要的是核聚变的燃料——氘与氚，它们被送到核电站，发出的能量再被用来淡化海水。
淡化的海水伴随着“固沙液肥”滋润着沙漠。然后由无人驾驶飞机播撒草籽。几周后再来看，原来黄沙漫漫已经变成绿色草原了。
日本的植物工厂
植物工厂被认为是一种可高水平控制环境的植物常年生长系统。植物工厂可以栽种所有植物，而且不使用土，采用水耕栽培。地上部分控制光、温度、湿度以及二氧化碳浓度，地下部分则调整培养液中的肥料成分及ｐＨ和氧气量，以此创造条件，使所栽培的蔬菜能够在短期内最有效地收获。这种植物工厂是使农业工业化，并实现保证蔬菜供给的系统。与以往的农业生产相比，植物工厂的劳动强度较小，这种植物工厂有可能拯救农业人口高龄化和后继乏人的日本农业。
植物工厂可分为两种类型：一种是利用人工照明的“完全控制型”，另一种是利用太阳光照射的“太阳光利用型”。三浦园艺农场采用的是完全控制型。日本静冈市的山脚下有一座园艺农场。农场的主人三浦称他的农场为“植物工厂”。三浦农园的植物工厂里有一张办公桌，在一面墙上嵌入着多种测量仪。三浦利用这些仪器监测掌握温室里的生菜的生长情况。
植物工厂分为播种和育苗用的育苗室和在植物收获之前的生长室。三浦园艺农场的主要产品是生菜。这种蔬菜在育苗室中培育11天，在生长室中生长20天左右，共计31天即可收获。而采用一般方法种植的生菜据说需要大约40天才可收获。
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酸雨
酸雨是指pH值小于5.6的雨水、冻雨、雪、雹、露等大气降水。大量的环境监测资料表明，由于大气层中的酸性物质增加，地球大部分地区上空的云水正在变酸，如不加控制，酸雨区的面积将继续扩大，给人类带来的危害也将与日俱增。现已确认，大气中的二氧化硫和二气化氮是形成酸雨的主要物质。美国测定的酸雨成分中，硫酸占60%，硝酸占32%，盐酸占6%，其余是碳酸和少量有机酸。大气中的二氧化硫和二氧化氮主要来源于煤和石油的燃烧，它们在空气中氧化剂的作用下形成溶解于雨水的种酸。据统计，全球每年排放进大气的二氧化硫约1亿吨，二氧化氮约5000万吨，所以，酸雨主要是人类生产活动和生活造成的。
酸雨，这一名称最早在1872年英国化学家史密斯所着《空气和酸雨：化学气候学的开端》中采用，但未受重视。
20世纪60年代，瑞典一名年轻的土壤学家奥顿发现，酸雨是欧洲的一种大面积污染现象，降水和地面水的酸性越来越高，导致森林生长缓慢、植物病害增加、物质材料腐蚀加快。1972年，瑞典政府组成的一个科学小组向斯德哥尔摩人类环境会议提交了一份题为《跨国界的大气污染：大气和降水中的硫对环境的影响》的报告。从此，酸雨开始成为举世瞩目的研究课题，一些国家相继开展了这方面的研究工作。
酸雨的分布
全球已形成三大酸雨区。我国覆盖四川、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，面积达200多万平方千米的酸雨区是世界三大酸雨区之一。我国酸雨区面积扩大之快、降水酸化率之高，在世界上是罕见的。世界上另两个酸雨区是以德、法、英等国为中心，波及大半个欧洲的北欧酸雨区和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大约1000多万平方千米，降水的pH值小于0.5，有的甚至小于0.4。
酸雨的危害
酸雨给地球生态环境和人类社会经济都带来严重的影响和破坏。研究表明，酸雨对土壤、水体、森林、建筑、名胜古迹等人文景观均带来严重危害，不仅造成重大经济损失，更危及人类生存和发展。酸雨使土壤酸化，肥力降低，有毒物质更毒害作物根系，杀死根毛，导致发育不良或死亡。酸雨还杀死水中的浮游生物，减少鱼类食物来源，破坏水生生态系统；酸雨污染河流、湖泊和地下水，直接或间接危害人体健康；酸雨对森林的危害更不容忽视，酸雨淋洗植物表面，直接伤害或通过土壤间接伤害植物，促使森林衰亡。酸雨对金属、石料、水泥、木材等建筑材料均有很强的腐蚀作用，因而对电线、铁轨、桥梁、房屋等均会造成严重损害。
在酸雨区，酸雨造成的破坏比比皆是，触目惊心，如在瑞典的9万多个湖泊中，已有2万多个遭到酸雨危害，4000多个成为无鱼湖。美国和加拿大许多湖泊成为死水，鱼类、浮游生物、甚至水草和藻类均一扫而光。北美酸雨区已发现大片森林死于酸雨。德、法、瑞典、丹麦等国已有700多万公顷森林正在衰亡，我国四川、广西等省有10多万公顷森林也正在衰亡。世界上许多古建筑和石雕艺术品遭酸雨腐蚀而严重损坏，如我国的乐山大佛、加拿大的议会大厦等。最近发现，北京芦沟桥的石狮和附近的石碑，五塔寺的金刚宝塔等均遭酸雨侵蚀而严重损坏。
酸雨控制区
酸雨控制区是指为避免或减少酸雨的发生，国家有关部门经国务院批准划定的对能够形成酸雨的污染物的排放加以严格控制的一定区域。它要根据某一地区的气象、地形、土壤等自然条件，在已经产生和可能产生酸雨的地区划定。1998年国务院批准了国家环境保护局呈报的酸雨控制区划分方案。目前的酸雨控制区涉及到上海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、湖北、湖南、广东、广西、重庆、四川、贵州、云南14个省、自治区、直辖市的全部或部分地区。按照《大气污染防治法》的规定，在酸雨控制区内，新建、扩建排放二氧化硫的火电厂和其他大中型企业，超过规定的污染物排放标准或者总量控制指标的，必须建设配套脱硫、除尘或者采取其他控制二氧化硫排放、除尘的措施；已建企业超过规定的污染物排放标准排放大气污染物的，依法限期治理。
四位一体的自然界
