环境控制论

1952 年 12 月 5 日，英国伦敦上空突然浓烟滚滚，黑雾弥漫，天昏地暗。

许多居民感到胸闷气急、喉痛咳嗽、呕吐不止，在几天之内就有 4000 余人死亡。紧接着，整个英国大雾笼罩，气温逆转，又造成了数千人死亡。人们恐怖地称之为“杀人的烟雾”。这是怎么回事呢？

1961 年 1 月，美国得克萨斯州科罗里达河下游，突然出现了大量的死鱼，

10 千米，50 千米，一直扩散到 300 多千米的河面上。据统计，当地所有的

27 种鱼类全部死亡，连重达 30 多千克的蓝猫鱼也未能幸免。是谁杀死了这么多的河鱼呢？

1953 年开始，日本九洲的水俣县出现了一种奇怪的病人，耳聋眼瞎，四肢麻木，精神亢奋，一会儿酣睡如泥，一会儿又兴奋异常，身体渐渐弯曲， 最后惨痛呼叫而死。到 1972 年，全镇有 180 多人患了这种“水俣病”。这究竟是什么原因呢？

现代社会中发生的诸如此类的致命灾害，引起了世界各国人民和科学家的密切关注。美国海洋生物学家卡逊女士经过详细调查研究，于 1962 年写成了近代环境污染对生态的严重影响，唤起了人们对古老生态学的兴趣，被人们誉为开创了一个新的“生态学时代”。卡逊在书中通过大量骇人听闻的材料表明，人类如果破坏了赖以生存的生态环境系统，必然会遭到自然界的严重报复。她的呼吁，立刻得到了各国科学家的热烈响应。通过对生态和环境污染的系统研究，许多谜团被解开了。比如上面提到的英国伦敦烟雾事件， 原来是英国大多数居民家的取暖烧煤排气中，含有三氧化二铁成分，能促进空气中的二氧化硫氧化，生成液态酸沫，附着在烟尘上或凝聚在雾核中，进入人的呼吸系统，使人突然发病，并加速慢性病患者的死亡。美国科罗里达河的死鱼事件，则是一家生产农药的工厂长期排放污水的恶果。日本的水俣病，也是因为该河流上游有个工厂排放含汞废水而酿成的灾难。

大量事实说明，人作用于环境，环境也反作用于人。随着现代工农业生产的发展，生态环境的污染程度日益加剧，严重影响着人类社会的发展速度、动植物的正常生存，这不仅关系到当代人们的身体健康，而且关系到子孙后代的繁衍昌盛。污染控制和环境保护无疑已成为世界各国政府刻不容缓的重要任务，“保护环境，造福人类，功在当代，利在千秋”的思想，已为世人普遍接受，环境控制论正是在这一浪高过一浪的呼声中诞生了。

顾名思义，环境控制论是专门研究生态环境的质量变化、污染控制与处理、环境保护与优化的科学原理及技术措施的一门科学，其范围涉及到地球主物圈（包括大气、海洋、湖泊、河流、土壤等）和人类生产活动的各个领域。它以生态学和地球化学为基础，以控制论、现代控制理论和大系统理

论的思想方法为工具，并利用化学、生物学、物理学、医学和工程技术知识研究环境综合治理和优化，是一门多学科交叉和综合的边缘性学科。环境控制论的出现，人类自觉运用科学手段来研究和保护环境，是社会文明的一大进步，是现代科学向深度和广度进军的一个重要标志。

环境控制论首先面临的是环境污染问题。所谓环境污染，是指由于人为的或自然的因素，使环境中原来的组成元素或状态发生了变化，扰乱并破坏了生态系统与人们的正常生活条件，致使人类生存的环境恶化；或者污染物质进入生态系统，沿着食物链（比如说“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米，虾米吃

稀泥”（藻类））转移、循环和聚集，最后进入人体，危害人体的身体健康。现代社会中环境污染的主要来源如下图所示。

面对如此众多和复杂的污染源，要做到环境综合治理和优化，首先应利用控制论的黑箱方法（即系统辨识方法），建立环境系统的动态数学模型， 并在此基础上提出环境保护的有效措施。由于电子计算机技术的发展，要做到这一点并非难事，特别是计算机的仿真技术，更为我们分析和模拟环境系统提供了有效手段。

利用系统分析方法研究环境自净能力，是环境控制论的另一项重要内容。我们知道，自然环境对污染物质都有一定的净化能力。比如，污染物质进入河流，会慢慢稀释，然后在光合和微生物的作用下氧化、分解、还原、沉淀，水质会逐渐恢复常态。进入土壤的污染物质，同样会在土壤中微生物的作用下分解、还原。这些都是自然界生态系统内部反馈控制作用的结果， 当然这种反馈控制实现系统动态平衡的作用是有限的。因此我们应认真摸索自然界对不同污染物质的不同净化能力，掌握它们的规律，据此制定污染控制和环境保护的有效措施。

随着现代经济向纵深发展，环境科学的重要性也日益显著。可以预见， 在未来的历史长河中，环境问题仍将伴随着我们，困扰着我们，使我们不得不在发展生产与保护环境二者之间不断地进行平衡和调整，以使脆弱的生态系统不至于受到严重破坏。为了保证人类社会和经济的健康发展，我们就必须从根本上摸清地球上各种生态、环境系统的内部变化规律，掌握其发展趋势，提出合理开发和保护生态环境系统的最优方案。诚然，环境控制论还只是一门尚未完善的学科，仍有许多领域是一片未知的海洋，需要我们用全部的智慧去探索和研究。