污染生态学第章

第二章生物富集第一节生物富集的概念生物富集（bio－enrichment）：

生物个体或处于同一营养级的许多生物种群，从周围环境中吸收并积累某种元素或难分解的化合物，导致生物体内该物质的浓度超过环境中浓度的现象，又称生物浓缩（bioconcentration）生物富集常用富集系数或浓缩系数来表示：富集系数＝生物体内污染物的浓度/生存环境中该污染物浓度还有两个概念：生物积累（bio-accumulation）生物积累是指生物体在生长发育过程中，直接通过环境和食物蓄积某些元素或难以分解的化合物的过程。生物积累使这些物质的蓄积随该生物体的生长发育而不断增多。早在1887年，人们就发现牡蛎能够不断地从海水中蓄积铜元素，以致使这些牡蛎的肉呈现绿色，叫做“牡蛎绿色病”。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。科学家们研究得最多的是生物体从环境中积累有毒重金属和难以分解的有机农药生物放大(bio-magnification)生物放大是指在同一个食物链上，高位营养级生物体内来自环境的某些元素或难以分解的化合物的浓度，高于低位营养级生物的现象。生物放大一词是专指具有食物链关系的生物说的，如果生物之间不存在食物链关系，则用生物浓缩或生物积累来解释。直至20世纪70年代初期，不少科学家在研究农药和重金属的浓度在食物链上逐级增大时，多将这种现象称为生物浓缩或生物积累。直到1973年起，科学家们才开始用生物放大一词，并将生物富集作用、生物积累和生物放大三者的概念区分开来。研究生物放大，特别是研究各种食物链对哪些污染物具有生物放大的潜力，对于确定环境中污染物的安全浓度等，具有重要的意义。第二节生物富集机制影响生物富集的因素很多：生物种的特性、污染物的性质、污染物的浓度和作用时间，以及环境特点是主要的、决定性因素。

一、生物学特性（一)生物体内能与污染物结合的物质

生物体内存在的、能与污染物相结合的活性物质的活性强弱和数量多寡都影响生物的富集。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。这些组分都能和污染物特别是重金属相结合而形成稳定的结合物，在家富集，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、氨基酸、脂类、核酸等

糖类物质分子结构中都有醛基（葡萄糖，果糖是两糖，但易变为醛糖，二糖中的麦芽糖、乳糖，多糖小的纤维案等都是由半缩醛羟基与醇羟基缩合而成，其分子结构中部具有1，4—苷键，并因此保留一个半缩醛经基，使其中一个单糖有可能转变为醛式）而具有还原性。在还原性环境中，重金屑离子易被还原，导致活性下降，并和糖类结合形成不溶性化合物。蛋白质和氨基酸也具有与重金属及某些农药相结合的位点。一股认为蛋白质所含有的酸性氨基酸比碱性氨基酸多，其等电点接近于pH5。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。

脂类含有极性酯键，这类酯键能和金属离子结合而形成络合物或螯合物，从而把重金属贮存在脂肪内。

核酸在生物富集中具有十分重要的作用。核酸是极性化合物，既含有磷酸基又含有碱性基团，属两性电解质。在一定的pH条件下能解离而带电荷，所以能和金属离子结合。污染物质和上述生物各织分结合，并被固定在生物体各部位，降低污染物的活性，从而加速生物的吸收，增加富集量。

生物对复杂有机化合物的富集能力与其体内存在的分解该类物质的酶的活性有关。酶活性越强，则越不易富集；酶活性越弱，则越易富集。

富集还和某些元素的代谢有关，例如，进入动物体内的无机砷有一部分在体内被甲基化，不易排出体外，因此，有机砷化合物远比无机砷化合物容易在体内富集。

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：①污染物和生物体中某些成分结合(络合、整合)，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；②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。(二)不同器官

生物的不同器官对污染物的富集量有很大差异。这是因为各类器官的结构和功能不同，与污染物接触时间的长短、接触面积的大小等也都存在很大差异。对三种鱼(蛙鱼、草鱼、鲤鱼)的研究证明，在相同铅浓度下，三种色各部位的富集规律都一致，即鳃＞内脏＞骨筋＞头＞肌肉。水稻对Pd的吸收为：根>叶>茎>谷壳>米(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

拔节期＞分蘖期＞苗期＞抽穗期＞结实期。叶片和茎对铅的富集量也以拔节期施铅最。谷壳和糙米的富集量则不同．都是以结实期施铅富集量最高，其富集顺序为：结实期＞苗期＞拔节期＞抽穗期＞分蘖期。小麦对六六六的吸收也一样(四)不同生物种

不同生物种对污染物的吸收累积情况存在差异。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为加拿大杨＞晚花杨＞早杨＞辽杨。8种水生植物对铜的吸收，规律为：苦草(2种)＞黑藻＞水龙＞喜旱莲子草＞大藻＞心叶水车前＞水车前。

于常荣等(1992)作了松花江鱼类汞污染现状研究．发现生活在同一江段的不同鱼类总汞与甲基汞平均含量各不相同，表现为(按含汞量由高到低顺序)：雷氏七鳃鳗＞鲶鱼、花鳅、青鱼、黄鱼＞鲤鱼、银鲫鱼、犬首＞银鲴。二、污染物的性质包括污染物的价态、形态、结构形式、相对分子量溶解度稳定性（化学、生物）、在溶液种的扩散能力和在生物体内的迁移能力。1、稳定性和脂溶性是富集的重要条件

如DDT化学稳定性强。为脂溶性物质。易被吸收和积累在脂肪中。有机氯农药、多率联苯、甲基汞等、有机磷。酚类物质相反，化学不稳定、易分解，不易积累。

生物富集还与生物对污染物的解毒能力(即污染物的生物稳定性)有关。解毒能力越强，则富集能力越弱；反之则富集能力越强。解毒能力又与污染物的化学结构有关。2、污虏染物企渗透族能力惧强弱俯即在浙生物繁体内刘穿透傲能力很的强亿弱，称决定酷了污草染物燃在生穷物体智内富光集的株部位趴不同浆。穿透含力强泻的农塔药多棋富集宏于果坦肉、朋米粒椅；穿堂透力骡弱的导种类宿则多铁停留昨在果细皮、拆米糠蹲之中挺。3、基近质溶窑液中包，污富染物锻可给砍态(可溶瓦性)数量础的多铅少直苏接影灿响植随物的旷吸收欲和富孟集。根吸凭收和豆富集吴的铅莲的数喝量与绵可溶乎性铅塑量显围著相每关4、重念金属勺不易峡分解谢，易产富集它，易向生物牵放大三、宽污染毅物的生浓度亏和作级用时葵间生物若体内悄污染饭物的齐富集突量与搜环境丙中污弄染物争的浓籍度成很正相刘关，沙但富鸡集系市数与咏环境培中污鄙染的姿浓度俭没有近显著漏的正康相关啦性，桨相反纺有随美污染汤物浓救度增革高而践逐渐霸下降屠的趋甜势。暖如镉扫。富集剩量不除仅与算污染菌物浓贱度有她关，剥还与昂作用旧时间辜密切宁相关和。污潮染物辉的浓叉度越龙高，页作用吐时间堤越长葛，则季生物隶体内瞎污染拖物富高集量当也愈决多。四、故环境咱特点环境碍要素杠通过坑影响板生物则的生便长发裁育和萄污染胞物的籍性质昂来间签接影腊响污圆染物屠的生向物富星集，午土壤芦重金渔属作呼物效率应的扁区域鸟差异钥就是投环境铁要素绣作用黄的结壁果。土壤毅环境鸟：土壤拴水分过多软，污汉染物熊以还揭原态供为主鸟．活悲性受僵到抑须制，碍富集盛量减泉少。仅土壤威水分妥过少巧．污乘染物仰的可揉给态驳数量概少，衬富集诵量亦馆因此斗而减尖少。土壤pH低，类有利践于污脑染物园的活春化，找富集亩量增斤加。土壤蜜中有机搜质和费矿质径元素的大湿量存摔在，朗会极冒大地京降低纽奉植物滩富集念重金漂属的痛数量匆。不同尤类型裁的土怕壤，对嘴不同勿种类通的有真机和壳无机端污染抚物具浩有不胀同的赤降解贪、吸暂附和消淋溶贤作用蚁，因靠而影凡响土谈壤生述物和跃植物群对污裳染物救的生去物积孙累。气态虹污染载物主段要通轿过气岭孔进犬人植勇物体争，凡孤是能谢影响白光合鲜作用权的因兆素均层能影假响气田态污穷染物棒在植刷物体走内的避积累详。如:光强温度湿度五、京富集览与食沫物链在生陪态系缓统内替，污屡染物尊沿食神物链按流动统过程衬中，遇含量欣逐级饱增加菜，其根富集系系数纲万倍秧增加狮。思考耻题1什么里叫生浴物的猎富集敞作用愈”2生物佣为什畏么能互商集罪污染阻物?3污染趟物在江生物烦体内情富集学后产续生哪貌些效虽应，提为什防么?4不同纱污染偿物类棕型和婚各种峡污染思物质叔在不粮同生果物及戴同一崭生物帜的不革同器零官、猪组织蠢内官菊集量伶有明剥显差撇异，薯为什吊