污染生態(tài)生物富集

污染生態(tài)學(xué)pollutionecology第二章生物富集卜凡第二章生物富集第一節(jié)生物富集的概念第二節(jié)生物富集機制第三節(jié)影響生物富集的因素第四節(jié)研究生物富集的方法

第一節(jié)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，導(dǎo)致生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境濃度的現(xiàn)象——生物富集（又稱為生物濃縮）生物富集常用富集系數(shù)或濃縮系數(shù)表示富集系數(shù)生物體內(nèi)污染物濃度/環(huán)境中污染物濃度生物富集系數(shù)（BCF）含義：BCF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。也可以認為是生物對化合物的吸收速率與生物體內(nèi)化合物凈化速率之比。生物體內(nèi)污染物的濃度/生存環(huán)境中該污染物濃度

生物積累（bio-accumulation）定義：生物積累是指同一生物個體在其整個代謝活躍期的不同階段，機體內(nèi)來自環(huán)境的元素或難分解化合物的濃縮系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象。生物在其整個代謝活躍期內(nèi)都在通過吸收、吸附、吞食等各種過程，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。生物放大(bio-magnification)定義：指在生態(tài)系統(tǒng)的同一食物鏈上，由于高營養(yǎng)級生物以低營養(yǎng)級生物為食，某種元素或難分解的化合物在機體中的濃度隨營養(yǎng)級的提高而逐步增大的過程。

生物積累和生物放大生物積累是指同一生物個體在生長發(fā)育的不同階段生物富集系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象。生物放大是指在同一食物鏈上，生物富集系數(shù)從低位營養(yǎng)級到高位營養(yǎng)級逐級增大的現(xiàn)象。第二節(jié)生物富集的機制1.生物學(xué)特性2.污染物的性質(zhì)3.污染物的濃度和作用時間4.環(huán)境特點5.富集與食物鏈1、生物學(xué)特性生物學(xué)特性包括5個方面：第一、生物體內(nèi)能與污染物結(jié)合的物質(zhì)第二、不同器官第三、不同生育期第四、不同生物種第五、超積累的植物和微生物第一、生物體內(nèi)能與污染物結(jié)合的物質(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)、脂肪類和核酸類以及一些有機小分子。有機分子對污染物結(jié)合能力的強弱和結(jié)合數(shù)量的多少取決于：有機分子上能夠與污染物相結(jié)合的活性物質(zhì)的活性強弱和數(shù)量多寡。

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)，穩(wěn)定性增強。

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、螯合)，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。第二、不同器官生物不同器官對污染物的富集程度存在很大差異:魚類對Pb的積累表現(xiàn)為：鰓>內(nèi)臟>骨骼>肌肉。雞對Pb的積累表現(xiàn)為：骨骼>內(nèi)臟>肌肉>雞蛋。水稻對Pb的積累表現(xiàn)為：根>葉>莖>谷殼>米。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是拔節(jié)期最大。谷殼和糙米的富集量則不同．都是以結(jié)實期鉛富集量最高，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第四、不同生物種

不同生物種對污染物的吸收累積情況也存在差異。菌耳和地衣因為具有很強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弱順序：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。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1000mg/kg的植物。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Cd0.1100Co1011000Cr6011000Cu20101000Mn8508010000Ni4021000Pb1051000Se0.11000Zn507010000Ni的超積累植物：318種，主要包括大戟科（83）、十字花科（82）、紫箢屬（２７）、大風(fēng)子科（１９）黃楊科（１７）、茜草科（１２），其他７８種來自３１個不同的科。Ｚｎ的超積累植物主要是十字花科的遏藍菜屬及蓼科、堇菜科的某些種類。Ｐｂ的超積累植物主要是十字花科的遏藍菜屬植物。Ｃｄ的超積累植物包括十字花科的遏藍菜屬植物和浮萍。Ｃｏ和Ｃｕ的超積累植物較少。Ｓｅ的超積累植物主要是黃芪屬植物。2、污染物的性質(zhì)污染物的性質(zhì)包括：第一、污染物的價態(tài)第二、污染物的形態(tài)第三、污染物的結(jié)構(gòu)第四、污染物的相對分子量第五、污染物的溶解度第六、污染物的物理穩(wěn)定性第七、污染物的化學(xué)穩(wěn)定性第八、污染物的生物穩(wěn)定性第九、污染物在溶液中的擴散能力第十、污染物在生物體內(nèi)的遷移能力穩(wěn)定性是富集的重要條件污染物滲透能力強弱即在生物體內(nèi)擴散遷移能力的強弱，決定了污染物在生物體內(nèi)富集的部位不同?；|(zhì)溶液中，污染物溶解度數(shù)量的多少直接影響植物的吸收和富集。重點3、污染物的濃度和作用時間污染物的濃度越高、作用時間越長，則生物體內(nèi)污染物的富集量相對越多。4、環(huán)境特點土壤水分過高，污染物以還原態(tài)為主，活性受到抑制，植物富集量減少；土壤水分過低，污染物可給量數(shù)量減少，植物富集量亦減少；土壤pH值降低，有利于污染物質(zhì)活化，植物富集量增加；土壤中大量有機質(zhì)和礦物質(zhì)的增加，降低植物對污染物的富集量；土壤類型能夠影響植物對污染物的富集量。富集與食物鏈

在生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，污染物沿食物鏈流動過程中，含量逐級增加，其富集系數(shù)在各營養(yǎng)級中均可達到驚人的程度。生物富集的研究，可在個體（單獨生物種）和食物鏈兩個水平上進行。生物富集的研究，無論在哪個水平上進行，都可以采取野外采樣調(diào)查、室內(nèi)分析的方法和室內(nèi)模擬實驗的方法。前者的優(yōu)點在于污染物的富集是各種因素綜合作用的結(jié)果，與實際情況相符；后者的優(yōu)點在于影響富集的各種因素便于控制，便于分析各個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)研究生物富集的方法模擬研究法調(diào)查試驗法模擬研究法

在一個容器內(nèi)，栽培和放養(yǎng)若干種生物，并按食物、營養(yǎng)關(guān)系組成若干條食物鏈。在這樣一個小小的生態(tài)系統(tǒng)中，研究污染物在食物鏈中的遷移、富集規(guī)律。高粱一毛蟲一硅藻一浮游生物一孑孓一食蚊魚高粱一毛蟲一綠藻一瓶螺→→→→→→→→