污染生態(tài)學(xué)第章

第二章生物富集第一節(jié)生物富集的概念生物富集（bio－enrichment）：

生物個體或處于同一營養(yǎng)級的許多生物種群，從周圍環(huán)境中吸收并積累某種元素或難分解的化合物，導(dǎo)致生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境中濃度的現(xiàn)象，又稱生物濃縮（bioconcentration）生物富集常用富集系數(shù)或濃縮系數(shù)來表示：富集系數(shù)＝生物體內(nèi)污染物的濃度/生存環(huán)境中該污染物濃度還有兩個概念：生物積累（bio-accumulation）生物積累是指生物體在生長發(fā)育過程中，直接通過環(huán)境和食物蓄積某些元素或難以分解的化合物的過程。生物積累使這些物質(zhì)的蓄積隨該生物體的生長發(fā)育而不斷增多。早在1887年，人們就發(fā)現(xiàn)牡蠣能夠不斷地從海水中蓄積銅元素，以致使這些牡蠣的肉呈現(xiàn)綠色，叫做“牡蠣綠色病”。二仁溪口附近的海域，原來是廢五金處理所放出的重金屬，以50萬倍的濃縮累積在牡蠣體中?？茖W(xué)家們研究得最多的是生物體從環(huán)境中積累有毒重金屬和難以分解的有機(jī)農(nóng)藥生物放大(bio-magnification)生物放大是指在同一個食物鏈上，高位營養(yǎng)級生物體內(nèi)來自環(huán)境的某些元素或難以分解的化合物的濃度，高于低位營養(yǎng)級生物的現(xiàn)象。生物放大一詞是專指具有食物鏈關(guān)系的生物說的，如果生物之間不存在食物鏈關(guān)系，則用生物濃縮或生物積累來解釋。直至20世紀(jì)70年代初期，不少科學(xué)家在研究農(nóng)藥和重金屬的濃度在食物鏈上逐級增大時，多將這種現(xiàn)象稱為生物濃縮或生物積累。直到1973年起，科學(xué)家們才開始用生物放大一詞，并將生物富集作用、生物積累和生物放大三者的概念區(qū)分開來。研究生物放大，特別是研究各種食物鏈對哪些污染物具有生物放大的潛力，對于確定環(huán)境中污染物的安全濃度等，具有重要的意義。第二節(jié)生物富集機(jī)制影響生物富集的因素很多：生物種的特性、污染物的性質(zhì)、污染物的濃度和作用時間，以及環(huán)境特點(diǎn)是主要的、決定性因素。

一、生物學(xué)特性（一)生物體內(nèi)能與污染物結(jié)合的物質(zhì)

生物體內(nèi)存在的、能與污染物相結(jié)合的活性物質(zhì)的活性強(qiáng)弱和數(shù)量多寡都影響生物的富集。生物體內(nèi)凡是能和污染物形成穩(wěn)定結(jié)合物的物質(zhì)，都能增加生物富集量。這些組分都能和污染物特別是重金屬相結(jié)合而形成穩(wěn)定的結(jié)合物，在家富集，也可消除或緩解重金屬的毒害作用。這類物質(zhì)有糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸、脂類、核酸等

糖類物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中都有醛基（葡萄糖，果糖是兩糖，但易變?yōu)槿┨牵侵械柠溠刻恰⑷樘?，多糖小的纖維案等都是由半縮醛羥基與醇羥基縮合而成，其分子結(jié)構(gòu)中部具有1，4—苷鍵，并因此保留一個半縮醛經(jīng)基，使其中一個單糖有可能轉(zhuǎn)變?yōu)槿┦剑┒哂羞€原性。在還原性環(huán)境中，重金屑離子易被還原，導(dǎo)致活性下降，并和糖類結(jié)合形成不溶性化合物。蛋白質(zhì)和氨基酸也具有與重金屬及某些農(nóng)藥相結(jié)合的位點(diǎn)。一股認(rèn)為蛋白質(zhì)所含有的酸性氨基酸比堿性氨基酸多，其等電點(diǎn)接近于pH5。如果在中性環(huán)境中，蛋白質(zhì)往往呈陰離子狀態(tài)，易和金屬陽離子結(jié)合—離子吸附作用

同時氨基醛含有羧基和氨基，它們都能與金屬相結(jié)合而形成金屬螯合物

許多氨基酸還含有一N基、一SH基等，也都能與金屬結(jié)合形成復(fù)雜的金屬螯合環(huán)。

脂類含有極性酯鍵，這類酯鍵能和金屬離子結(jié)合而形成絡(luò)合物或螯合物，從而把重金屬貯存在脂肪內(nèi)。

核酸在生物富集中具有十分重要的作用。核酸是極性化合物，既含有磷酸基又含有堿性基團(tuán)，屬兩性電解質(zhì)。在一定的pH條件下能解離而帶電荷，所以能和金屬離子結(jié)合。污染物質(zhì)和上述生物各織分結(jié)合，并被固定在生物體各部位，降低污染物的活性，從而加速生物的吸收，增加富集量。

生物對復(fù)雜有機(jī)化合物的富集能力與其體內(nèi)存在的分解該類物質(zhì)的酶的活性有關(guān)。酶活性越強(qiáng)，則越不易富集；酶活性越弱，則越易富集。

富集還和某些元素的代謝有關(guān)，例如，進(jìn)入動物體內(nèi)的無機(jī)砷有一部分在體內(nèi)被甲基化，不易排出體外，因此，有機(jī)砷化合物遠(yuǎn)比無機(jī)砷化合物容易在體內(nèi)富集。

生物體吸收污染物后，由于其特有的生物學(xué)特征，可以降低污染物的毒性，從而使其在體內(nèi)富集。主要表現(xiàn)為：①污染物和生物體中某些成分結(jié)合(絡(luò)合、整合)，不能再參加代謝活動，使污染物失去毒性，從而可以在生物體內(nèi)富集；②體內(nèi)污染物在酶的作用下通過氧化、還原、水解、脫烴、脫鹵、苯環(huán)輕基化和異構(gòu)化過程，毒性降低，甚至徹底分解，失去毒性，從而加速生物的吸收，增加生物富集量。(二)不同器官

生物的不同器官對污染物的富集量有很大差異。這是因為各類器官的結(jié)構(gòu)和功能不同，與污染物接觸時間的長短、接觸面積的大小等也都存在很大差異。對三種魚(蛙魚、草魚、鯉魚)的研究證明，在相同鉛濃度下，三種色各部位的富集規(guī)律都一致，即鰓＞內(nèi)臟＞骨筋＞頭＞肌肉。水稻對Pd的吸收為：根>葉>莖>谷殼>米(三)不同生育期

生物在不同生育期接觸污染物；體內(nèi)富集量有明顯差異。對水稻對鉛的富集順序為

拔節(jié)期＞分蘗期＞苗期＞抽穗期＞結(jié)實期。葉片和莖對鉛的富集量也以拔節(jié)期施鉛最。谷殼和糙米的富集量則不同．都是以結(jié)實期施鉛富集量最高，其富集順序為：結(jié)實期＞苗期＞拔節(jié)期＞抽穗期＞分蘗期。小麥對六六六的吸收也一樣(四)不同生物種

不同生物種對污染物的吸收累積情況存在差異。菌耳和地衣因為具有很強(qiáng)的吸收痕量元素的能力，比同一區(qū)域內(nèi)的樹木可吸收累積更多的汞。幾種楊樹富集汞的強(qiáng)弱順序為加拿大楊＞晚花楊＞早楊＞遼楊。8種水生植物對銅的吸收，規(guī)律為：苦草(2種)＞黑藻＞水龍＞喜旱蓮子草＞大藻＞心葉水車前＞水車前。

于常榮等(1992)作了松花江魚類汞污染現(xiàn)狀研究．發(fā)現(xiàn)生活在同一江段的不同魚類總汞與甲基汞平均含量各不相同，表現(xiàn)為(按含汞量由高到低順序)：雷氏七鰓鰻＞鯰魚、花鰍、青魚、黃魚＞鯉魚、銀鯽魚、犬首＞銀鲴。二、污染物的性質(zhì)包括污染物的價態(tài)、形態(tài)、結(jié)構(gòu)形式、相對分子量溶解度穩(wěn)定性（化學(xué)、生物）、在溶液種的擴(kuò)散能力和在生物體內(nèi)的遷移能力。1、穩(wěn)定性和脂溶性是富集的重要條件

如DDT化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)。為脂溶性物質(zhì)。易被吸收和積累在脂肪中。有機(jī)氯農(nóng)藥、多率聯(lián)苯、甲基汞等、有機(jī)磷。酚類物質(zhì)相反，化學(xué)不穩(wěn)定、易分解，不易積累。

生物富集還與生物對污染物的解毒能力(即污染物的生物穩(wěn)定性)有關(guān)。解毒能力越強(qiáng)，則富集能力越弱；反之則富集能力越強(qiáng)。解毒能力又與污染物的化學(xué)結(jié)構(gòu)有關(guān)。2、污虜染物企滲透族能力懼強(qiáng)弱俯即在浙生物繁體內(nèi)劉穿透傲能力很的強(qiáng)億弱，稱決定酷了污草染物燃在生窮物體智內(nèi)富光集的株部位趴不同漿。穿透含力強(qiáng)瀉的農(nóng)塔藥多棋富集宏于果坦肉、朋米粒椅；穿堂透力騾弱的導(dǎo)種類宿則多鐵停留昨在果細(xì)皮、拆米糠蹲之中挺。3、基近質(zhì)溶窯液中包，污富染物鍛可給砍態(tài)(可溶瓦性)數(shù)量礎(chǔ)的多鉛少直蘇接影燦響植隨物的曠吸收欲和富孟集。根吸憑收和豆富集吳的鉛蓮的數(shù)喝量與綿可溶乎性鉛塑量顯圍著相每關(guān)4、重念金屬勺不易峽分解謝，易產(chǎn)富集它，易向生物牽放大三、寬污染毅物的生濃度虧和作級用時葵間生物若體內(nèi)悄污染飯物的齊富集突量與搜環(huán)境丙中污弄染物爭的濃籍度成很正相劉關(guān)，沙但富雞集系市數(shù)與詠環(huán)境培中污鄙染的姿濃度儉沒有近顯著漏的正康相關(guān)啦性，槳相反紡有隨美污染湯物濃救度增革高而踐逐漸霸下降屠的趨甜勢。暖如鎘掃。富集剩量不除僅與算污染菌物濃賤度有她關(guān)，剝還與昂作用舊時間辜密切寧相關(guān)和。污潮染物輝的濃叉度越龍高，頁作用吐時間堤越長葛，則季生物隸體內(nèi)瞎污染拖物富高集量當(dāng)也愈決多。四、故環(huán)境咱特點(diǎn)環(huán)境礙要素杠通過坑影響板生物則的生便長發(fā)裁育和萄污染胞物的籍性質(zhì)昂來間簽接影臘響污圓染物屠的生向物富星集，午土壤蘆重金漁屬作呼物效率應(yīng)的扁區(qū)域鳥差異鑰就是投環(huán)境鐵要素繡作用黃的結(jié)壁果。土壤毅環(huán)境鳥：土壤拴水分過多軟，污漢染物熊以還揭原態(tài)供為主鳥．活悲性受僵到抑須制，礙富集盛量減泉少。僅土壤威水分妥過少巧．污乘染物仰的可揉給態(tài)駁數(shù)量概少，襯富集誦量亦館因此斗而減尖少。土壤pH低，類有利踐于污腦染物園的活春化，找富集畝量增斤加。土壤蜜中有機(jī)搜質(zhì)和費(fèi)礦質(zhì)徑元素的大濕量存摔在，朗會極冒大地京降低紐奉植物灘富集念重金漂屬的痛數(shù)量匆。不同尤類型裁的土怕壤，對嘴不同勿種類通的有真機(jī)和殼無機(jī)端污染撫物具浩有不脹同的赤降解貪、吸暫附和消淋溶賢作用蟻，因靠而影凡響土談壤生述物和躍植物群對污裳染物救的生去物積孫累。氣態(tài)虹污染載物主段要通轎過氣嶺孔進(jìn)犬人植勇物體爭，凡孤是能謝影響白光合鮮作用權(quán)的因兆素均層能影假響氣田態(tài)污窮染物棒在植刷物體走內(nèi)的避積累詳。如:光強(qiáng)溫度濕度五、京富集覽與食沫物鏈在生陪態(tài)系緩統(tǒng)內(nèi)替，污屢染物尊沿食神物鏈按流動統(tǒng)過程襯中，遇含量欣逐級飽增加菜，其根富集系系數(shù)綱萬倍秧增加獅。思考恥題1什么里叫生浴物的獵富集敞作用愈”2生物傭為什畏么能互商集罪污染阻物?3污染趟物在江生物煩體內(nèi)情富集學(xué)后產(chǎn)續(xù)生哪貌些效雖應(yīng)，提為什防么?4不同紗污染償物類棕型和婚各種峽污染思物質(zhì)叔在不糧同生果物及戴同一嶄生物幟的不革同器零官、豬組織蠢內(nèi)官菊集量伶有明剝顯差撇異，薯為什吊