污染生態(tài)生物富集PPT課件

1、第二章第二章 生物富集生物富集卜凡卜凡第1頁(yè)/共35頁(yè)第一節(jié)第一節(jié) 生物富集的概念第二節(jié)第二節(jié) 生物富集機(jī)制第三節(jié)第三節(jié) 影響生物富集的因素第四節(jié)第四節(jié) 研究生物富集的方法第2頁(yè)/共35頁(yè)第一節(jié)第一節(jié) 生物富集的概念生物富集的概念生物從周圍環(huán)境中吸收并積累某種元素或難分解化合物，生物從周圍環(huán)境中吸收并積累某種元素或難分解化合物，導(dǎo)致生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過(guò)環(huán)境濃度的現(xiàn)象導(dǎo)致生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過(guò)環(huán)境濃度的現(xiàn)象生生物富集（又稱為生物濃縮）物富集（又稱為生物濃縮）生物富集常用富集系數(shù)或濃縮系數(shù)表示生物富集常用富集系數(shù)或濃縮系數(shù)表示富集系數(shù)富集系數(shù) 生物體內(nèi)污染物濃度生物體內(nèi)污染物濃度/ /環(huán)境中

2、污染物濃度環(huán)境中污染物濃度第3頁(yè)/共35頁(yè)第4頁(yè)/共35頁(yè)生物富集系數(shù)生物富集系數(shù)（BCF） 含義：含義：BCFBCF是生物組織（干重）中化合物的濃度和溶解在是生物組織（干重）中化合物的濃度和溶解在水中的濃度之比。也可以認(rèn)為是生物對(duì)化合物的吸收速水中的濃度之比。也可以認(rèn)為是生物對(duì)化合物的吸收速率與生物體內(nèi)化合物凈化速率之比率與生物體內(nèi)化合物凈化速率之比。 生物體內(nèi)污染物的濃度生物體內(nèi)污染物的濃度/ /生存環(huán)境中該污染物濃度生存環(huán)境中該污染物濃度 第5頁(yè)/共35頁(yè)生物積累（bio-accumulation） 定義：生物積累是指同一生物個(gè)體在其整個(gè)代謝活躍期的不同階段，機(jī)體內(nèi)來(lái)自環(huán)境的元素或難分解

3、化合物的濃縮系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象。 生物在其整個(gè)代謝活躍期內(nèi)都在通過(guò)吸收、吸附、吞食等各種過(guò)程，從周圍環(huán)境中蓄積某些元素或難分解的化合物，以致隨生物的生長(zhǎng)發(fā)育，濃縮系數(shù)不斷增大，這種現(xiàn)象稱為生物積累（又稱生物學(xué)積累）。生物積累的程度同樣用濃縮系數(shù)表示。第6頁(yè)/共35頁(yè) 定義定義：指在生態(tài)系統(tǒng)的同一食物鏈上，由于高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物以低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物為食，某種元素或難分解的化合物在機(jī)體中的濃度隨營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高而逐步增大的過(guò)程。 第7頁(yè)/共35頁(yè) 生物積累生物積累是指同一生物個(gè)體在生長(zhǎng)發(fā)育的不同階段生物富集系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象。 生物放大生物放大是指在同一食物鏈上，生物富集系數(shù)從低位營(yíng)養(yǎng)級(jí)到高位營(yíng)養(yǎng)級(jí)逐級(jí)增大的現(xiàn)象

4、。第8頁(yè)/共35頁(yè)第9頁(yè)/共35頁(yè)第二節(jié)第二節(jié) 生物富集的機(jī)制生物富集的機(jī)制l 1.生物學(xué)特性生物學(xué)特性l 2.污染物的性質(zhì)污染物的性質(zhì)l 3.污染物的濃度和作用時(shí)間污染物的濃度和作用時(shí)間l 4.環(huán)境特點(diǎn)環(huán)境特點(diǎn)l 5.富集與食物鏈富集與食物鏈第10頁(yè)/共35頁(yè)1 1、生物學(xué)特性、生物學(xué)特性生物學(xué)特性包括生物學(xué)特性包括5 5個(gè)方面：個(gè)方面：第一、第一、生物體內(nèi)能與污染物結(jié)合的物質(zhì)生物體內(nèi)能與污染物結(jié)合的物質(zhì)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、不同生物種第四、不同生物種第五、超積累的植物第五、超積累的植物和微生物和微生物第11頁(yè)/共35頁(yè)第一、生物體內(nèi)能與污染物結(jié)合

5、的物質(zhì) 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，增加富集，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)、脂肪類和核酸類：糖類、蛋白質(zhì)、脂肪類和核酸類以及一些有機(jī)小分子。以及一些有機(jī)小分子。有機(jī)分子對(duì)污染物結(jié)合能力的強(qiáng)弱和結(jié)合數(shù)量的多少取決于：有機(jī)分子上能夠與污染物相結(jié)有機(jī)分子上能夠與污染物相結(jié)合的活性物質(zhì)的活性強(qiáng)弱和數(shù)量多寡合的活性物質(zhì)的活性強(qiáng)弱和數(shù)量多寡。第12頁(yè)/共35頁(yè)第13頁(yè)/共35頁(yè) 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(yáng)離子結(jié)合離子吸附作用： 同時(shí)氨基醛含有羧基和氨基，它們

6、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)，穩(wěn)定性增強(qiáng)。第14頁(yè)/共35頁(yè) 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： 污染物和生物體中某些成分結(jié)合(絡(luò)合、螯合)，不能再參加代謝活動(dòng)，使污染物失去毒性，從而可以在生物體內(nèi)富集； 體內(nèi)污染物在酶的作用下通過(guò)氧化、還原、水解、脫烴、脫鹵、苯環(huán)輕基化和異構(gòu)化過(guò)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。第15頁(yè)/共35頁(yè)第二、第二、不同不同器官器官生物不同器官對(duì)污染物的富集程度存在很大差異生物不同器

7、官對(duì)污染物的富集程度存在很大差異: :魚類對(duì)魚類對(duì)PbPb的積累表現(xiàn)為：的積累表現(xiàn)為：鰓內(nèi)臟骨骼肌肉。雞對(duì)雞對(duì)PbPb的積累表現(xiàn)為：的積累表現(xiàn)為：骨骼內(nèi)臟肌肉雞蛋。水稻對(duì)水稻對(duì)PbPb的積累表現(xiàn)為：的積累表現(xiàn)為：根葉莖谷殼米。第16頁(yè)/共35頁(yè)第17頁(yè)/共35頁(yè)第三、不同生育期第三、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(duì)水稻對(duì)鉛的富集順序?yàn)?葉片和莖對(duì)鉛的富集量也是拔節(jié)期最大。第18頁(yè)/共35頁(yè)谷殼和糙米的富集量則不同都是以結(jié)實(shí)期鉛富集量最高，其富集順序?yàn)椋?小麥對(duì)六六六的吸收也一樣第19頁(yè)/共35頁(yè)第四、不同生物種第四、不同生物種 不同生物種對(duì)污染物的吸收累積情況也存

8、在差異。 菌耳和地衣因?yàn)榫哂泻軓?qiáng)的吸收痕量元素的能力，比同一區(qū)域內(nèi)的樹(shù)木可吸收累積更多的汞。 幾種楊樹(shù)富集汞的強(qiáng)弱順序： 8種水生植物對(duì)銅的吸收，規(guī)律為：第20頁(yè)/共35頁(yè)第21頁(yè)/共35頁(yè)第五、超積累植物和微生物超積累植物：能超量吸收和積累重金屬的植物。 Jaffre等（1976）在他們的論文題目中首次使用該概念，Brooks等（1977）用該概念定義含Ni濃度超過(guò)1000mg/kg的植物。重金屬在土壤和普通植物中的平均含量重金屬在土壤和普通植物中的平均含量及超積累植物的臨界標(biāo)準(zhǔn)及超積累植物的臨界標(biāo)準(zhǔn)mg/kg.DW元素 正常土壤 普通植物含量 超積累植物的臨界標(biāo)準(zhǔn)Cd0.1100Co101

9、1000Cr6011000Cu20101000Mn8508010000Ni4021000Pb1051000Se0.11000Zn507010000第22頁(yè)/共35頁(yè)Ni的超積累植物：318種，主要包括大戟科（83）、十字花科（82）、紫箢屬（）、大風(fēng)子科（）黃楊科（）、茜草科（），其他種來(lái)自個(gè)不同的科。的超積累植物主要是十字花科的遏藍(lán)菜屬及蓼科、堇菜科的某些種類。的超積累植物主要是十字花科的遏藍(lán)菜屬植物。的超積累植物包括十字花科的遏藍(lán)菜屬植物和浮萍。和的超積累植物較少。的超積累植物主要是黃芪屬植物。第23頁(yè)/共35頁(yè)2 2、污染物的性質(zhì)、污染物的性質(zhì)污染物的性質(zhì)包括：污染物的性質(zhì)包括：第一、污

10、染物的價(jià)態(tài)第一、污染物的價(jià)態(tài)第二、污染物的形態(tài)第二、污染物的形態(tài)第三、污染物的結(jié)構(gòu)第三、污染物的結(jié)構(gòu)第四、污染物的相對(duì)分子量第四、污染物的相對(duì)分子量第五、污染物的溶解度第五、污染物的溶解度第六、污染物的物理穩(wěn)定性第六、污染物的物理穩(wěn)定性第七、污染物的化學(xué)穩(wěn)定性第七、污染物的化學(xué)穩(wěn)定性第八、污染物的生物穩(wěn)定性第八、污染物的生物穩(wěn)定性第九、污染物在溶液中的擴(kuò)散能力第九、污染物在溶液中的擴(kuò)散能力第十、污染物在生物體內(nèi)的遷移能力第十、污染物在生物體內(nèi)的遷移能力第24頁(yè)/共35頁(yè) 穩(wěn)定性穩(wěn)定性是富集的重要條件 污染物滲透能力強(qiáng)弱即在生物體內(nèi)擴(kuò)散遷移擴(kuò)散遷移能力的強(qiáng)弱，決定了污染物在生物體內(nèi)富集的部位不同

11、。 基質(zhì)溶液中，污染物溶解度溶解度數(shù)量的多少直接影響植物的吸收和富集。重點(diǎn)第25頁(yè)/共35頁(yè)3 3、污染物的濃度和作用時(shí)間、污染物的濃度和作用時(shí)間污染物的濃度越高、作用時(shí)間越長(zhǎng)，則生物體內(nèi)污染物的富集量相對(duì)越多。第26頁(yè)/共35頁(yè)4 4、環(huán)境特點(diǎn)、環(huán)境特點(diǎn) 土壤水分過(guò)高，污染物以還原態(tài)為主，活性受到抑制，植物土壤水分過(guò)高，污染物以還原態(tài)為主，活性受到抑制，植物富集量減少；富集量減少； 土壤水分過(guò)低，污染物可給量數(shù)量減少，植物富集量亦減少；土壤水分過(guò)低，污染物可給量數(shù)量減少，植物富集量亦減少； 土壤土壤pHpH值降低，有利于污染物質(zhì)活化，植物富集量增加；值降低，有利于污染物質(zhì)活化，植物富集量增加

12、； 土壤中大量有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)的增加，降低植物對(duì)污染物的富土壤中大量有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)的增加，降低植物對(duì)污染物的富集量；集量； 土壤類型能夠影響植物對(duì)污染物的富集量。土壤類型能夠影響植物對(duì)污染物的富集量。第27頁(yè)/共35頁(yè)富集與食物鏈富集與食物鏈 在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，污染物沿食物鏈流動(dòng)過(guò)程中，含量逐級(jí)增加，其富集系數(shù)在各營(yíng)養(yǎng)級(jí)中均可達(dá)到驚人的程度。第28頁(yè)/共35頁(yè)第29頁(yè)/共35頁(yè) 生物富集的研究，可在個(gè)體（單獨(dú)生物種）和食物鏈兩個(gè)水平上進(jìn)行。 生物富集的研究，無(wú)論在哪個(gè)水平上進(jìn)行，都可以采取野外采樣調(diào)查、室內(nèi)分析的方法和室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)的方法。 前者的優(yōu)點(diǎn)在于污染物的富集是各種因素綜合作用的結(jié)果，與實(shí)際情況相符；后者的優(yōu)點(diǎn)在于影響富集的各種因素便于控制，便于分析各個(gè)因素各自的作用和它們的綜合作用。 也可以將兩種方法結(jié)合，互相印證。第三節(jié)第三節(jié) 研究生物富集的方法研究生物富集的方法第30頁(yè)/共35頁(yè)模擬研究法模擬研究法調(diào)查試驗(yàn)法調(diào)查試驗(yàn)法第31頁(yè)/共35頁(yè)模擬研究法模擬研究法 在一個(gè)容器內(nèi)，栽培和放養(yǎng)若干種生物，并按食物、營(yíng)養(yǎng)關(guān)系組成若干條食物鏈。在這樣一個(gè)小小的生態(tài)系統(tǒng)中，研究污染物在食物鏈中的遷移、富集規(guī)律。高粱一毛蟲