污染生态生物富集

1、污染生态学污染生态学 pollution ecology pollution ecology第二章第二章 生物富集生物富集卜凡卜凡 第一节第一节 生物富集的概念 第二节第二节 生物富集机制 第三节第三节 影响生物富集的因素 第四节第四节 研究生物富集的方法第一节第一节 生物富集的概念生物富集的概念生物从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解化合物，生物从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解化合物，导致生物体内该物质的浓度超过环境浓度的现象导致生物体内该物质的浓度超过环境浓度的现象生物生物富集（又称为生物浓缩）富集（又称为生物浓缩）生物富集常用富集系数或浓缩系数表示生物富集常用富集系数或浓缩系数表

2、示富集系数富集系数 生物体内污染物浓度生物体内污染物浓度/ /环境中污染物浓度环境中污染物浓度生物富集系数生物富集系数（BCF） 含义：含义：BCFBCF是生物组织（干重）中化合物的浓度和溶解在水是生物组织（干重）中化合物的浓度和溶解在水中的浓度之比。也可以认为是生物对化合物的吸收速率与中的浓度之比。也可以认为是生物对化合物的吸收速率与生物体内化合物净化速率之比生物体内化合物净化速率之比。 生物体内污染物的浓度生物体内污染物的浓度/ /生存环境中该污染物浓度生存环境中该污染物浓度 生物积累（bio-accumulation） 定义：生物积累是指同一生物个体在其整个代谢活跃期的不同阶段，机体内来

3、自环境的元素或难分解化合物的浓缩系数不断增加的现象。 生物在其整个代谢活跃期内都在通过吸收、吸附、吞食等各种过程，从周围环境中蓄积某些元素或难分解的化合物，以致随生物的生长发育，浓缩系数不断增大，这种现象称为生物积累（又称生物学积累）。生物积累的程度同样用浓缩系数表示。 定义定义：指在生态系统的同一食物链上，由于高营养级生物以低营养级生物为食，某种元素或难分解的化合物在机体中的浓度随营养级的提高而逐步增大的过程。 生物积累生物积累是指同一生物个体在生长发育的不同阶段生物富集系数不断增加的现象。 生物放大生物放大是指在同一食物链上，生物富集系数从低位营养级到高位营养级逐级增大的现象。第二节第二节

4、 生物富集的机制生物富集的机制l 1.生物学特性生物学特性l 2.污染物的性质污染物的性质l 3.污染物的浓度和作用时间污染物的浓度和作用时间l 4.环境特点环境特点l 5.富集与食物链富集与食物链1 1、生物学特性、生物学特性生物学特性包括生物学特性包括5 5个方面：个方面：第一、第一、生物体内能与污染物结合的物质生物体内能与污染物结合的物质第二、不同器官第二、不同器官第三、不同生育期第三、不同生育期第四、不同生物种第四、不同生物种第五、超积累的植物第五、超积累的植物和微生物和微生物第一、生物体内能与污染物结合的物质 生物体内凡是能和污染物形成稳定结合物的物质，都能增加生物富集量。这些组分都

5、能和污染物特别是重金属相结合而形成稳定的结合物，增加富集，也可消除或缓解重金属的毒害作用。 这类物质有：糖类、蛋白质、脂肪类和核酸类以：糖类、蛋白质、脂肪类和核酸类以及一些有机小分子。及一些有机小分子。 有机分子对污染物结合能力的强弱和结合数量的多少取决于：有机分子上能够与污染物相结合的有机分子上能够与污染物相结合的活性物质的活性强弱和数量多寡活性物质的活性强弱和数量多寡。 如果在中性环境中，蛋白质往往呈阴离子状态，易和金属阳离子结合离子吸附作用： 同时氨基醛含有羧基和氨基，它们都能与金属相结合而形成金属螯合物： 许多氨基酸还含有一N基、一SH基等，也都能与金属结合形成复杂的金属螯合环，稳定性

6、增强。 生物体吸收污染物后，由于其特有的生物学特征，可以降低污染物的毒性，从而使其在体内富集。 主要表现为： 污染物和生物体中某些成分结合(络合、螯合)，不能再参加代谢活动，使污染物失去毒性，从而可以在生物体内富集； 体内污染物在酶的作用下通过氧化、还原、水解、脱烃、脱卤、苯环轻基化和异构化过程，毒性降低，甚至彻底分解，失去毒性，从而加速生物的吸收，增加生物富集量。第二、第二、不同不同器官器官生物不同器官对污染物的富集程度存在很大差异生物不同器官对污染物的富集程度存在很大差异: :鱼类对鱼类对PbPb的积累表现为：的积累表现为：鳃内脏骨骼肌肉。鸡对鸡对PbPb的积累表现为：的积累表现为：骨骼内

7、脏肌肉鸡蛋。水稻对水稻对PbPb的积累表现为：的积累表现为：根叶茎谷壳米。第三、不同生育期生物在不同生育期接触污染物；体内富集量有明显差异。对水稻对铅的富集顺序为 叶片和茎对铅的富集量也是拔节期最大。谷壳和糙米的富集量则不同都是以结实期铅富集量最高，其富集顺序为： 小麦对六六六的吸收也一样第四、不同生物种 不同生物种对污染物的吸收累积情况也存在差异。 菌耳和地衣因为具有很强的吸收痕量元素的能力，比同一区域内的树木可吸收累积更多的汞。 几种杨树富集汞的强弱顺序： 8种水生植物对铜的吸收，规律为：第五、超积累植物和微生物超积累植物：能超量吸收和积累重金属的植物。 Jaffre等（1976）在他们的

8、论文题目中首次使用该概念，Brooks等（1977）用该概念定义含Ni浓度超过1000mg/kg的植物。重金属在土壤和普通植物中的平均含量重金属在土壤和普通植物中的平均含量及超积累植物的临界标准及超积累植物的临界标准mg/kg.DW元素 正常土壤 普通植物含量 超积累植物的临界标准Cd0.1100Co1011000Cr6011000Cu20101000Mn8508010000Ni4021000Pb1051000Se0.11000Zn507010000Ni的超积累植物：318种，主要包括大戟科（83）、十字花科（82）、紫箢属（）、大风子科（）黄杨科（）、茜草科（），其他种来自个不同的科。的超积

9、累植物主要是十字花科的遏蓝菜属及蓼科、堇菜科的某些种类。的超积累植物主要是十字花科的遏蓝菜属植物。的超积累植物包括十字花科的遏蓝菜属植物和浮萍。和的超积累植物较少。的超积累植物主要是黄芪属植物。2 2、污染物的性质、污染物的性质污染物的性质包括：污染物的性质包括：第一、污染物的价态第一、污染物的价态第二、污染物的形态第二、污染物的形态第三、污染物的结构第三、污染物的结构第四、污染物的相对分子量第四、污染物的相对分子量第五、污染物的溶解度第五、污染物的溶解度第六、污染物的物理稳定性第六、污染物的物理稳定性第七、污染物的化学稳定性第七、污染物的化学稳定性第八、污染物的生物稳定性第八、污染物的生物稳

10、定性第九、污染物在溶液中的扩散能力第九、污染物在溶液中的扩散能力第十、污染物在生物体内的迁移能力第十、污染物在生物体内的迁移能力 稳定性稳定性是富集的重要条件 污染物渗透能力强弱即在生物体内扩散迁移扩散迁移能力的强弱，决定了污染物在生物体内富集的部位不同。 基质溶液中，污染物溶解度溶解度数量的多少直接影响植物的吸收和富集。重点3 3、污染物的浓度和作用时间、污染物的浓度和作用时间污染物的浓度越高、作用时间越长，则生物体内污染物的富集量相对越多。4 4、环境特点、环境特点 土壤水分过高，污染物以还原态为主，活性受到抑制，植物富土壤水分过高，污染物以还原态为主，活性受到抑制，植物富集量减少；集量减

11、少； 土壤水分过低，污染物可给量数量减少，植物富集量亦减少；土壤水分过低，污染物可给量数量减少，植物富集量亦减少； 土壤土壤pHpH值降低，有利于污染物质活化，植物富集量增加；值降低，有利于污染物质活化，植物富集量增加； 土壤中大量有机质和矿物质的增加，降低植物对污染物的富集土壤中大量有机质和矿物质的增加，降低植物对污染物的富集量；量； 土壤类型能够影响植物对污染物的富集量。土壤类型能够影响植物对污染物的富集量。富集与食物链富集与食物链 在生态系统内，污染物沿食物链流动过程中，含量逐级增加，其富集系数在各营养级中均可达到惊人的程度。 生物富集的研究，可在个体（单独生物种）和食物链两个水平上进行。 生物富集的研究，无论在哪个水平上进行，都可以采取野外采样调查、室内分析的方法和室内模拟实验的方法。 前者的优点在于污染物的富集是各种因素综合作用的结果，与实际情况相符；后者的优点在于影响富集的各种因素便于控制，便于分析各个因素各自的作用和它们的综合作用。 也可以将两种方法结合，互相印证。第三节第三节 研究生物富集的方法研究生物富集的方法模拟研究法模拟研究法调查试验法调查试验法模拟研究法模拟研究法 在一个容器内，栽培和放养若干种生物，并按食物、营养关系组成若干条食物链。在这样一个小小的生