人類—環境系統、人類與環境的關係及人類與環境相互作用等歷來是地球科學（尤其是地理學）、人類生態學、哲學及社會學研究的主題，這些問題是一些不可迴避且古老而又常新的論題。因為只要有人類存在，人類就不可避免地要同其賴以生存的基點和舞台——地理環境發生複雜的相互作用。惟其如此，中外先哲都對這些關切宏旨的主題作過深沉的思考。近代，隨著人類在愈益拓展著的深度和廣度上向自然界進軍，自然界也愈益強勁地回敬人類。自然環境與人類社會發展的相互作用更加深切地引起世人關注。
整個20世紀科學技術的迅猛發展加速了人類更高層次文明的繁榮，亦增強了人類對自然環境的影響能力。當前，人類正生活在一個轉變時代，全球性的人口、資源、環境與發展的關係問題日益突出。人類與環境的相互作用引起的全球環境問題，正成為人類生存和社會經濟發展面臨的最嚴重的挑戰。1972年在瑞典首都斯德哥爾摩召開了以“只有一個地球”為主題的第一次人類環境大會，1992年在巴西里約熱內盧召開了以“環境和發展“為主題的第二次人類環境大會。這些事實充分表明，環境問題已引起世界各國的廣泛關注。有效地解決環境問題已成為世界各國的共識和共同責任。”人類與環境相互作用“與”環境與發展的相互關係“等問題，已列入聯合國《二十一世紀議程》，是今後長時期擺在各國科學家、政治家和高層決策者面前的重大主題。
基本介紹
界定,演化,系統劃分,生態圈,智慧圈,人類圈,研究學科,地理學,環境科學,人類生態學,地球系統科學,
界定
從最一般的意義上講，環境相對於中心事物而言的。與某一中心事物有關的周圍事物，就是這個事物的環境。
按前一概念，環境指生物體周圍的其他生物和無機自然界，它們與作為主體的生物之間存在著種種客觀的生存、營養關係和因果關係。從這個意義上講，人類—環境系統中的人類與環境的關係顯然有一部分同於這種關係。因為從生物生態學角度看，人類與別的有機體一樣，也參與生物圈的運作。人類在自然食物網中的位置是一級、二級或三級消費者。與別的動物一樣，人也吸入氧氣，呼出二氧化碳。人死亡以後，身體有機質被微生物分解，轉化為自然界中的無機物質。作為一個生物體，人體也與周圍環境進行物質和能量交換。在這方面最著名的例子是，早在20世紀60年代，英國地球化學家埃利克、漢米爾頓等測定並在對數坐標中比較岩石和人體血液中六十多種元素的豐度後發現，除了原生質中的碳、氫、氧、氮和岩石圈中的矽以外，人體中元素的豐度與地殼中元素的豐度之間有驚人的相關性。這一情況向人們展示了人體不是超自然的特殊物質，而是地殼物質演化的產物。人體的組成是人類在漫長歲月中，通過新陳代謝與環境進行物質、能量交換，並通過遺傳、變異等過程建立動態平衡的結果。
環境保護
環境保護人類—環境系統中的人一般是指人的群體，是指具有不同文化水平和不同的社會組織程度的人的群體。可以將其簡稱為“文化人”、“文明人”或“社會人”。從這個角度看，人類已經從動物本能和天然遺傳中解放了出來。目前，人類的進化主要是在文化方面，而不是在生物學方面。人類具有如戴拉·德夏丹所指的反射性意識能力，即有增加自己智力的自覺性能力。人類的才能部分是由遺傳造成的，但更主要地應歸功於其文化的發展。因此，廣義上的環境既指人類賴以生存的自然條件和物質基礎（自然資源），也是指人類的生產活動、生活活動和社會活動影響下而形成的環境。有些學者把以“社會人”為中心的廣義環境分為以下四類：
- 第一環境，即自然環境，或叫原生環境，其中包括對人類有益的自然條件和對人類有用的自然資源，也包括對人類有害的自然災害過程，如地震、火山等；
- 第三環境，即由人工所建造的房屋、道路、城市和各項設施組成的人工環境；
- 第四環境，即由經濟、政治、文化等因素所構成的社會環境。
演化
在人類環—境系統中，自人類出現以來，作為中心事物的人經歷了生物人—原始人—社會人的演化過程。相當於中心事物的人的環境經歷了自然環境—人工與自然環境—人工環境與社會環境的演化過程。從歷史的進程來看，可將人類—環境系統的演化過程簡略地分為以下三個階段：
從人類-環境系統的演變過程中可以總結出以下幾點：
- 自然環境是自為存在的，人為環境是人為存在的，人工與自然環境是共為存在的。人類與自然環境的關係更為根本，但人類與人為環境的關係更為直接和緊密。人為環境必須存在於並適應和依賴於自為環境。
- 人為環境不是單純依賴和被動地適應自為環境，而是能不斷地改造自為環境為共為環境，使之更適合於自身的需要。但是，這種改造不論從規模上還是從程度上都應不破壞自為環境的平衡為限。
- 人類與自為環境的關係並不能因人為環境的產生而被取代。
- 人類—環境系統的演化是單向的，不可逆的。
從環境系統演化歷史來看，舊平衡的破壞，新平衡的建立是歷史發展的正常規律，環境系統始終處於動態平衡之中。人類為謀求生存和發展，就會不斷改造自然，打破原有的平衡，並企圖建立新的平衡。但人類在改造自然的過程中，常常由於盲目或受到科學技術水平的限制，未能收到預期的效果，甚至得到相反的結果。一種設計往往對此地有利，而對另一地方有害；或者是短期有利，長期不利。
系統劃分
生態圈
生態圈（ecosphere)一詞的提出是為了在討論人類環境問題時，強調一個最基本和最重要的概念——生態系統。生態圈被定義為地球及其所有生態系統的總稱，也就是人類賴以生存的環境。生態圈也可作為生物圈的同義詞語使用。
智慧圈
智慧圈（noosphere)最初由法國哲學家德哈·德夏丹提出。在希臘語中noos意為理智、智慧、思想。智慧圈是指超越生物圈的思想圈，又被稱為理智圈。維爾納茨基在1945年定義智慧圈是按人類意志和興趣而塑造的生物圈，即受人類控制和影響的生物圈。隨著社會文明的發展，人類對自然界的控制和影響愈來愈大。所以智慧圈是社會文明發展到一定階段才出現的。維爾納茨基將受人類影響較大和受人類控制很強的人工生態系統：農業生態系統和工業生態系統分別稱為農業圈（agrosphere）和技術圈（technosphere，又稱工藝圈)。
人類圈
人類圈在《大英百科全書》中被認為是現代生物圈的一部分，或生物圈發展的現階段。中國學者陳之榮曾撰文把人類圈從生物圈中提升出來，作為一個與地球其他圈層並列的地球圈層，並論述了它與生物圈的差別。陳之榮指出，“人類圈”概念是"人類“概念的一部分，它是從地球圈層的角度來研究人類：它強調人類的全球特性；強調物質流、能量流和信息流在人類圈內部及在與地球其他圈層聯繫中的作用。例如在三個無機圈層中，物質流和能量流占絕對統治地位，而信息流的作用則微不足道；在生物圈中信息流的地位已明顯提高，但對於生物體來說，物質和能量輸入仍比信息輸入重要，生物圈的整體性主要通過食物鏈和食物網來實現；與上述地球圈層不同，人類圈（尤其是近代的人類圈）中信息流比物質流和能量流更重要，從某種意義上說，人類圈的進化主要就是信息庫（即文化）的進化。
研究學科
當前人類生存和發展遭受環境問題嚴重困擾的現實，要求人們對歷史的經驗進行反思和重新總結，驅使人們去探討和研究一系列全新的當代問題。在這種情況下，綜合性的新興交叉學科——環境地理學與地球系統科學應運而生。地理學和生態學等傳統的古老學科也在新的起點和高度上拓展自己的研究內容。當前以人類—環境系統、人類與環境相互作用及環境與發展等為主題的學科有現代地理科學、環境科學、人類生態學和地球系統科學。
儘管這些學科的產生和發展各有自己的起點和途徑，儘管這些學科的學者在背景、科學興趣、研究問題角度等方面各有差別，但他們都看到了當前人類在人口、資源、環境和發展方面所面臨的嚴峻挑戰，都感到了解決這一問題的緊迫性，都希望自己的學科在解決這些問題上有所作為和做出較大貢獻。因此，它們正行進在殊途同歸的方向上，做著某些共同的事，研究著某些類似的問題。其具體表現在：
- 都在認真思考自己學科的目標和任務，對其進行調整和給出更完善、合理和確切的定義；
- 為了達到新目標，都在促進自己的學科與相關學科交叉。
這一歷程導致了一個結果：使這些學科之間具備了某些共同特徵，或正在具備這些共同特徵。這一事實充分表明，不管什麼學科，只要它研究人類—環境系統，研究人類與環境相互作用或研究環境與發展等問題，就必須遵循某些共同的科學認識論和方法論，其關鍵是必須強調事物的整體性與對其進行綜合研究。
地理學
地理學的研究始終離不開人類與環境的關係。近代地理學區域學派的創始人德國學者赫特納（1859—1941）認為，地理學是“探討人類與自然環境相互作用的一門科學”。美國地理學家哈特向認為，“地理學最關心的是人文世界與非人文世界之間的關係”。另一位美國地理學家馬什在其所著《人與自然：或人類活動改變的自然地理學》一書中指出，“擺在這門引人注目的學科的新的耕耘者面前最為重要的理論，可能是這樣一個問題，即外部的自然條件對人類的社會生活與社會進步的影響有多大多深的問題”。再一位著名的美國地理學家巴羅斯（1877—1960）主張，地理學的目的不僅在於考查環境本身的特徵和客觀存在的自然現象，而且在於研究人類對於自然環境的反應。他指出，“地理學的中心點正在從極端的自然方面穩步地轉移到人文方面，直到越來越多的地理學者把他們的論題規定為完全論述人類的人類與自然環境的相互作用和影響”。
一般認為，現代地理學的研究有四大學派：區域學派、綜合景觀學派、生態—環境學派和數量區位學派。現代地理學的生態—環境學派從生態環境角度研究人類與環境的相互作用、影響、變化規律和調控。由於此學派的早期代表人物德國地理學家拉采爾（1844—1904）與美國地理學家辛普爾（1863—1932）在有關論著中帶有地理環境決定論的思想，導致此學派在20世紀20年代和30年代在西方和蘇聯，50年代在中國都受到激烈的批判。但自60年代以後，隨著全球性的人口、資源、環境和發展問題的出現，該學派克服了過去只重視研究“地”對“人”的單向作用和影響，而開始全面地研究人類與環境的相互作用。
當代地理學家、前國際地理學會主席懷斯在1980年於東京召開的第24屆國際地理大會的開幕詞中指出，“由於一度忽略了人地關係的總體把握，我們失去了套用其理論、知識和技能以服務於全球問題的機會”，“如何去和諧自然環境與人類文化的關係已成為國際地理學界所面臨的主要任務”。
中國地理學者陳傳康和牛文元曾論述，開展人地系統最佳化原理研究的必要性和迫切性。他們指出，人地系統最佳化原理研究“以人類活動和人類發展為中心，研究自然條件、自然資源和自然演替的合理匹配，開發與調控……從巨觀和整體角度去綜合認識區域本質的巨大系統”，“國土整治、自然改造、經濟開發、區域規劃、發展戰略、巨觀控制等國民經濟中的重大問題，無一例外地都是自然—社會—經濟的巨大系統。其結構、功能、行為、效益是否合理，其發展、演替、模擬、預報是否準確，關鍵在於對人地系統的綜合識別與綜合平衡”。
中國自然科學發展戰略調研報告《地理科學》一書建議，把“環境演變及其效應的研究”列為中國地理學近期發展戰略重點領域。其主要研究內容是：
- 全新地理環境演變研究；
- 全球環境變化及其區域回響；
- 土地系統及土地人口承載力的研究；
- 環境質量評價、預測與區劃的綜合研究；
- 自然災害及減災對策的研究。
環境科學
環境科學是20世紀後半葉以來發展最快，普及最為迅速的學科。在短短二三十年時間裡，環境科學的辭彙、術語從大學教科書和科技期刊進入了公眾的日常生活範疇。它們每天都要出現在各類新聞媒體上。環境意識的有無和強弱已成為判斷一國國民素質高低的一個重要標誌。一個國家和地區的社會發展政策的制定和實施，若沒有環境學者的參與是不可思議的。在科學發展史上，只有少數幾門學科能在開創以後如此短的時間內獲得如此之大的影響力。
儘管如此，由於諸多因素的影響，各學者對這門新學科的任務、目標和內容等尚缺乏共識。
美國地理學家A.N.斯特拉勒和A.H.斯特拉勒在其合著的《環境地學——自然系統與人類的相互作用》一書中指出，作為一門新興學科的環境科學其大部分內容並不是新的，而是源於一系列傳統學科：生物學、化學、物理學、地球科學等。這門學科之所以“新”，主要是“新”在它的觀點上，“新”在它把地球上的各個系統看成是一個緊密聯繫和相互作用的整體，尤其是“新”在它把人類看成是這個大系統的重要組成部分。該書指出，人類與自然系統的相互作用主要表現為人類與自然物理過程的相互作用和人類與生物過程的相互作用。前者屬地球科學的內容，後者屬生態科學的內容。在這裡，地球科學和生態科學是相互支持的。該書作者還形象地指出，環境科學類似於一枚硬幣，它有兩個面，一個是研究自然環境力（如洪水、颱風、地震、土石流等）對人類的影響，另一個是研究人類活動（如空氣污染、水污染等）對自然環境的影響。《中國大百科全書·環境科學卷》對”環境科學“詞條的闡述近似於他們對環境科學的闡述。
盧瑪在他的《環境科學導論》一書中寫道：”環境科學的內容和資料幾乎均來源於生物學、物理學、化學和社會科學的有關內容，但環境科學卻不是上述科學的匯集與拼合。這門學科的獨特性在於它套用整體觀和系統論，研究上述學科所研究的現象和過程間複雜的相互作用。具體地說，環境科學不僅研究生態系統的結構和功能，而且研究社會、經濟和文化對生物圈的影響，也研究物理、化學和生物過程對社會、經濟和文化過程的影響。
環境保護
環境保護普爾多姆和安德遜合著的《環境科學》一書對環境科學的性質、特點、任務等進行了專門討論。作者首先指出，任何學者對環境問題和環境科學的理解，不能不受到該學者的哲學觀點、專業知識範圍、興趣、對環境和生活質量要求等多方面因素的影響。他們在寫該書時對環境科學所下的定義是：環境科學是套用多種學科的知識、理論和方法研究環境和管理環境的科學。環境科學的目標是：
- 保護人類免受環境因素的負影響；
- 保護區域和全球的環境免受人類活動的負影響；
- 為保護人體健康和提高生活水準二不斷地改善環境質量。
泰勒·米勒所著《環境與生存》一書是已再版6次具有廣泛影響的環境科學概論性著作。該書雖未對環境科學的對象、任務等單列章節進行討論，但從全書內容上看，作者專門闡述對人類生存和社會發展有重大影響的一系列重大挑戰性問題：人口、資源、環境退化、污染等。作者在該書提出了協調“人類與環境相互作用”和“人地關係”時應遵循的近60個原理、原則和定律。
環境科學在中國的發展與在國際上的發展幾乎是同步的。早在環境科學開始迅猛發展的20世紀70年代，中國不少學者就曾對當時新興的環境科學的對象、任務、內容等進行過廣泛的討論。中國生態學家馬世駿在1983年指出，“環境科學是研究近代社會經濟發展過程中出現的環境質量變化的科學。它研究環境質量變化的起因、過程和後果，並找出解決環境問題的途徑和技術措施”。中國地理學家劉陪桐在1982年指出，“環境科學是以人類—環境系統為研究對象，研究人類—環境系統的發生、發展、調節和控制，以及改造和利用的科學”。
人類生態學
早期的生態學形成於19世紀60年代，是研究生物與其生存環境之間關係的一門學科，是生物學的一個分支學科。在20世紀後葉，生態學有了重大發展和認識上的飛躍。新的生態學建立在生命科學和地球科學的基礎上，引進了物理科學，特別是系統科學的概念。
“人類生態學”一詞出現於20世紀20年代。早期的人類生態學有兩個差異很大的概念。一個為人文地理學家所定義，認為人類生態學中的人類是指文明社會以前的人類，並認為，人類生態學研究無文化時期原始人群與自然環境的關係，而研究有文化人群與自然環境關係的學科稱為文化生態學；另一個為社會學家所定義，美國芝加哥大學城市社會學家派克（1864—1944）等在《社會學導論》一書中提出了“人類生態學”一詞，並指出，人類生態學研究人類與環境之間的關係，是社會學的一個分支。1925年，派克、布爾吉斯和麥肯奇三人合著的《城市》一書認為，城市的空間環境影響城市的居民生活。由於空間布局不合理，有可能導致環境問題的產生。而要解決這些問題，就應該從解決城市環境入手，即社會問題可以通過調整人類與環境的關係來解決。
而在今天，由於人類社會在人類—環境系統中的重要地位和人類活動對地球環境的深刻作用。20世紀70年代以來，人類生態學重新興起，成為介於社會科學和自然科學之間的一門新的邊緣科學。它研究人口、資源、環境三者之間的關係。由於人口與資源的關係是需求與供應的關係，屬經濟平衡範疇，又由於資源與環境的關係是開發與更新或排放與容納的關係，屬生態平衡範疇，所以人類生態學又被某些學者稱之為生態經濟學。
1971年，聯合國教科文組織制定了國際人與生物圈研究計畫。該計畫指出，生態學是“研究人與自然界（生物圈）相互關係的科學”，而不僅是研究生物與環境關係的科學。生態學是包括人類在內的自然科學，是包括自然在內的人文科學。
中國生態學家馬世駿在1989年指出，“協調人類與自然的關係，以改善人類的生態環境，是（20世紀）90年代生態研究的重要方向”。中國學者王發曾在1992年曾闡述他對人類生態學學科性質的認識。他指出，“人類生態學應該發展成為一門以生態學原理為基礎，與多種社會科學和自然科學相匯合，以人類—環境系統為對象，以最佳化人類行為決策為中樞，以協調人口、社會、經濟、資源、環境相互關係為目標的現代科學。……人類生態學的根本任務是：考察人類的生存方式和環境對人類生存的作用，研究人類群體之間、人類活動與環境之間相互作用、相互依賴和相互制約的機理；解決和預防嚴重威脅人類生存與環境質量的生態問題，以推動人類—環境系統協同而健康地發展。當前研究的重點應是：人類生態學的理論和方法、人類發展與環境、生態農業、城市生態系統、人口生態問題、經濟生態問題、資源生態問題、環境生態問題、人類生態決策等”。
地球系統科學
現代崛起這門新學科有三個基本原因：
第一，科學發展的必然。過去三十多年對大陸、海洋、大氣、生物圈和冰蓋的研究表明，地球各部分之間存在著極為複雜的相互作用。它顯著地影響著地球過去和未來的演變。這些新認識要求科學界採用系統方法，把地球作為一個整體系統，不僅繼續深入研究地球系統的各個組成部分，更為重要的是研究地球系統各部分之間的相互作用、影響和後果。
第二，巨大的實際效益。當代科學技術發展的事實表明，基礎研究成果轉化為技術並套用於人類需求的周期日益縮短。科學上的每一個重大突破都給人類帶來巨大的經濟效益和社會效益。當代大氣科學最大的實際效益是日益精確的全球天氣預報。20世紀60年代由於高速電子計算機問世，使得大氣過程的數值模擬成為現實。與此同時，1960年第一顆實驗衛星的發射成功，從空間對地球表面和大氣進行全球觀測方面取得了嶄新的發展。1966年第一批極軌氣象衛星投入使用，1974年一系列地球靜止環境衛星開始運作。這些空間飛行器能夠連續地獲得全球溫度、雲覆蓋和其他大氣變數，以補充原有的地面和高空觀測。目前的區域天氣預報幾乎完全是依靠這些資料的數值預報。陸地和海洋的研究也給人類帶來很多實際利益。研究地殼運動和板塊構造可以發現潛在的火山爆發和地震活動區，並作出預報。特別是通過研究特定地球化學過程，人類已經知道地球上的石油、天然氣和金屬礦床的分布情況。從衛星觀測到的海洋顏色中可以識別浮游生物的密集區和捕捉時間，這樣就可以開發漁業資源。所有這些都說明對地球本身的科學問題做全面系統的深入探究，有助於進一步開發地球的豐富寶藏。
第三，人類的新需求——全球環境變化研究。由於地球是人類賴以生存和發展的物質源泉和環境，因而人類總是把自己的命運與地球的演化和太陽對地球的影響緊密地聯繫在一起。長期以來，一般認為地球演變的主要因素源於自然變化，如日地間距離變化、大氣和海洋湍流、地殼板塊漂移、造山運動、火山爆發、冰川伸縮，以及河流變動等過程。但在近幾個世紀裡，人類的社會經濟和技術活動，卻對全球變化產生了明顯的影響。人類自身已不僅是地球系統的一部分，並且直接成為全球變化的影響力。在這種情況下，若人類違背客觀規律，危害了自然界，那么，自然界也會以種種方式報復人類。因此人類必須審慎從事，必須尊重自然規律，才可能支配自然界。全人類對自然賴以生存的地球的未來負有新的責任。而這些只有基於理智的行動，科學地研究地球系統的整體行為，積累完整的知識，才能合理地支配和管理地球。
地球系統科學在內容上雖然仍以傳統地球科學為基礎，但其重點被放在對地球各部分之間的相互作用和相互關係的認識上，以便把地球各部分的組合作為一個統一的動力學系統加以研究。地球系統科學方法的基點是把地球看成是一個時、空尺度極寬的，各種相互作用過程的聯合體，而不是各個部分的簡單集合，特別重視了解岩石圈、物理氣候系統（大氣、海洋與陸地地面）和生物圈之間的相互作用。地球系統中各種現象和過程的空間尺度可以從幾毫米到地球周長，時間尺度可以從幾秒到幾十億年。由於地球各部分之間存在著耦合性，一個部分發生的變化可以從空間和時間是影響到其他各個部分。由於地球系統是非線性的，故某一時間尺度的變化會傳播到其他時間尺度。這決定了地球系統科學的主要方法是按時、空尺度，而不是按學科對各種地球過程進行研究。通過這種方法，以達到了解、描述、模擬和預測地球過去和未來演變的情況。
了解、描述、模擬和預測地球過去和未來演變的情況，關係到保護未來幾代人生存環境的戰略制定。美國宇航局諮詢委員會於1983年成立了地球系統科學委員會。這個委員會特彆強調把地球作為一個整體系統，以制定全球變化研究整體規劃的重要性。並與1985年6月召開了專門討論會，就今後10~15年地球系統科學的研究戰略取得了一致意見。地球系統科學的近期目的為通過對地球系統各部分及其相互作用的研究，了解其相互作用和演變機制，預測它們在各種時間尺度上的演變趨勢，達到對整個地球系統從全球尺度範圍內有一個科學認識。地球系統科學的當前任務是發展和增強人類對預測未來十年到一個世紀內因自然因素和人類活動所引起的各種變化的能力。在這方面，地球系統科學當前面臨的挑戰和困難是很難把由人類活動引起的變化，與長達幾十年到幾個世紀內因自然因素髮生的變化過程中區分出來。
