生物扩大生物富集

生生物物扩扩大大作作用用 指某些在 自然界不能降解或难降解的 化学物质 在环境中通过食物链的延长和营养级的增加在 生物体 内逐级富集 浓度越来越大的现象 许多有机氯杀虫剂和 多氯联苯 都有明显的生物放大现象 了解这种 现象对评价化学物质对人体健康和环境的影响有着重要意义 生生物物放放大大 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 生生物物放放大大与与食食物物链链 在生态环境中 由于食物链的关系 一些物质如金属元素 或有机物质 可以在不同的生物体内经吸 收后逐级传递 不断积聚浓缩 或者某些物质在环境中的起始浓度不很高 通过食物链的逐级传递 使浓 度逐步提高 最后形成了生物富集或生物放大作用 例如 海水中汞的浓度为 0 0001mg L 时 浮游生 物体内含汞量可达 001 0 002mg L 小鱼体内可达 0 2 0 5mg L 而大鱼体内可达 1 5 mg L 大鱼体内 汞比海水含汞量高 1 万 6 万倍 生物放大作用可使环境中低浓度的物质 在最后一级体内的含量提高几 十倍甚至成千上万倍 因而可能对人和环境造成较大的危害 生物放大作用是通过食物链完成的 而食物链可以分为几种形态 在生态系统中 根据生物间的食物 关系 可将食物链分为四类 一是捕食性食物链 它是以植物为基础 后者捕食前者 如青草 野兔 狐狸 狼 虎 二是碎食性食物链 指的是以碎食物为基础形成的食物链 如树叶碎片及小藻类 虾 蟹 鱼 食鱼的鸟类 三是寄生性食物链 是以大动物为基础 小动物寄生到大动物上形成的食物链 如哺乳 类 跳蚤 原生动物 细菌 过滤性病毒 四是腐生性食物链 指的是以腐烂的动植物尸体为基础 然后被 微生物所利用 生生物物放放大大 作用就是通过食物链完成的 总的说来 初级生产者所产生和固定的能量 物 质 通过一系列取食和被食的关系而在生态系统中传递 便可形成生物富集或生物放大 多多种种有有害害物物 质质的的放放大大作作用用 DDT 等杀虫剂通过食物链的逐步浓缩 能充分说明它们对人类健康的危害 1962 年 美国的雷切 尔 卡逊在其 寂静的春天 中充分描述了以 DDT 为代表的杀虫剂对环境 生物和人类健康的危害 甚 至连美国的国鸟 白头海雕 也因杀虫剂的使用而几乎灭绝 但是 DDT 的生物放大危害作用并没有得到充 分揭示 一项研究结果表明 DDT 在海水中的浓度为 5 0 X 10 11g 而在浮游植物 中则为 4 0 X 10 8g 在蛤蜊中为 4 2 X 10 7g 到银鸥时就达 75 5 X 10 6g DDT 从初始浓度到食物链最后一级的浓度 扩大了百万倍 这就是典型的生物扩大作用 DDT 对英国雀鹰 Accipiter nisus 的影响也是灾难性 的 早在 20 世纪 60 年代 雀鹰遭受了显著的毁灭 部分原因是由于DDT 的生物放大作用 由于使母 鸟吃了富集 DDT 的小虫和其他食物 它产下的卵的卵壳太薄 使得卵在孵出小鸟之前就很容易破碎 因而 对雀鹰造成灭顶之灾 中国科学院 水生生物研究所的研究人员还发现 我国典型湖泊底泥中 19 世纪早期已存在微量 二恶 英 主要存在 土壤的表层 一旦 沉积很难通过环境物理因素再转移 但却可通过食物链再传给其它生物 转移到环境中 因此 湖泊底泥中高浓度的二恶英可通过生物富集或生物放大对水生物和人类的健康产生 极大威胁 通过实验还发现了二恶英在食物链中生物放大的直接证据 并提出了生物放大模型 从而否定 了国际学术界过去一直认为二恶英在食物链中只存在生物积累而不存在生物放大的观点 由于生物放大作用 杀虫剂及其他有害物质对人和生物的危害就变得十分惊人 一些毒素在身体组织 中累积 不能变性或不能代谢 这就导致杀虫剂在食物链中每向上传递一级 浓度就会增加 而顶级取食 者会遭受最高剂量的危害 食食物物中中被被放放大大的的毒毒素素 由于生物放大作用的存在 环境污染对人和生物的危害也呈现富集或放大作用 因此生物放大作用也 威胁着人类食物链 比如各种副食 肉类和鱼类 但是 这种危害一直难以引起人们的关注 比如 重 金属铅 汞 镉等原本就对人和生物有害 但通过食物链的放大作用 对人和生物的危害就更大了 铅 对人体的危害主要是造成 神经系统 造血系统和肾脏的损伤 汞是以 甲基汞的形式对人体造成伤害 甲 基汞在体内代谢缓慢 可引起蓄积 中毒 而且可通过 血脑屏障 进入大脑 与 大脑皮层 的巯基结合 影 响脑细胞的功能 镉对机体的危害是破坏 肾脏的近曲小管 造成 钙等营养素的丢失 使病人骨质脱钙而 发生骨痛 这几种重金属在食物链中对人体的伤害主要是通过食物链的放大作用完成的 环境中的铅容易污染的 食品主要是蔬菜 由于环境中的铅在土壤中以凝结状态存在 因此通过作物根系吸收量不大 主要是通 过叶片从大气吸收 所以蔬菜中铅含量富集程度以叶菜最高 其次是根 茎类 果菜类 对食品中铅含量 的调查显示 靠近公路两侧的 蔬菜的铅含量远远高于远离 公路的蔬菜 这既说明含铅汽油是污染源 也 说明了铅的放大作用途径 汞主要蓄积于鱼体 脂肪中 鱼是汞的天然 浓缩器 鱼龄越大 体内富集的汞就越多 不同鱼种富集 汞的能力不同 鱼体中汞的含量也不同 一般来说 食肉鱼体内汞含量大于食草鱼 吃鱼的鸟在体内 蓄积的汞更多 所以 人们在选择鱼的消费时 也应当有一个顺序 即从草鱼到食肉鱼 从 淡水鱼到 海鱼 尽管江水中汞含量较低 但通过食物链的生物放大作用 鲶鱼等食肉鱼中汞的含量也大大增加 因此也应当成为人们 消费时的一种不宜选择的标准 此外与 DDT 同属于有机氯杀虫剂的 狄氏剂在鳝鱼和苍鹭中的富集作用是最大的 人如果食用这两种 食物 人实际上就是食物链的终端 在人体中必然导致狄氏剂的大剂量中毒 因此 消费者更不能把 诸如苍鹭那些吃鱼的 鸟类当作野味来消费 镉是通过 水生生物 的养殖进入食品链的 镉的生物放大作用表现为 海产品中镉的含量是海水的 4500 倍 作物的根系也可吸收土壤中的镉 镉污染地区的蔬菜 粮食等食品中的镉含量远高于无污染 地区 不同作物对镉的富集程度不同 镉 含量也不尽相同 比如蔬菜中镉含量顺序是 按富集系数大小 排列 芹菜叶 0 1150 菠菜 0 0956 莴笋 0 0469 大白菜 0 0452 油菜 0 0437 小白菜 0 0417 芹菜茎 0 0390 韭菜 0 0365 茄子 0 0240 圆白菜 0 0105 黄瓜 0 0062 菜花 0 0059 因此 这可以作为人们消费食物时避免有害重金属元 素生物放大作用的一个参考 生物放大一词是就有食物链关系来说的 如不存在这种关系 机体中物质浓度 高于环境介质的现象 则分别使用生物浓缩 生物积累两个名词 20 世纪 60 70 年代初期 阐述农药或重金 属的浓度在食物链上各级机体中逐步增加的事例时 不少人都把这种现象称为生物浓缩或生物积累 到 1973 年 才有人开始应用生物放大一词 把它同生物积累和生物浓缩的概念区分开来 后来 学者们设计了各种实 验系统 包括模式生态系统 以进行生物积累和生物放大作用的研究 最先注意到的是水生态系统中有机氯农药的生物放大现象 1966 年有人报道在美国图尔湖和克拉马斯南部保 护区内 DDT 对生物群落的污染 DDT 是一种有机氯杀虫剂 易溶于脂肪而积累于动物的脂肪体内 经检验证实 通过生物放大 在colymbsruficollis poggei的脂肪体中 DDT 的浓度竟比湖水高出 76 万多倍 北极的陆地 生态系统中 在地衣 北美驯鹿 狼的食物链上 也明显地存在着对 137铯的生物放大现象 生物机体中的137铯 的放射性强度随着营养级的提高而增大 许多文献报道和说法使人产生了一种印象 似乎绝大多数的元素和难分解化合物在每一个水生态系统中都有生 物放大现象 实际上 对于大多数元素来说 生物放大并不是一种普遍现象 至于氯烃类化合物是否在所有的 水生食物链上发生生物放大现象 也存在着许多疑问 各种生物对不同物质的生物放大作用也有差别 例如 汞和银都能被脂首鱼 Pimephales pronelas 积累 但脂 首鱼对汞有生物放大作用 而对银则没有 又如在一个海洋模式生态系统中研究藤壶 蛤 牡蛎 蓝蟹和沙蚕 等 5 种动物对于铁 钡 锌 锰 镉 铜 硒 砷 铬 汞等 10 种重金属的生物放大作用 结果发现 藤壶 和沙蚕的生物放大能力较大 牡蛎和蛤次之 蓝蟹最小 食物链上营养级较高的生物机体内所含元素或难分解化合物的浓度 一般说来 高于营养级比它低些的生物 但是因为处于食物链上的任何生物体内所含某种物质 例如有机氯杀虫剂 的浓度都取决于它的摄取和消除的 相对速度 所以处于食物链中部的生物体内所积累的该物质的浓度 也有可能大于营养级比它高的生物 如图中 无脊椎动物的浓缩系数就大于石斑鱼 由于生物放大作用 进入环境中的毒物 即使是微量的 也会使生物尤其是处于高位营养级的生物受到毒害 甚至威胁人类健康 因此 对污染物的排放 不仅要规定浓度的限制 也要考虑总量的限制 深入研究生物放大作用 特别是鉴别食物链对哪些污染物具有生物放大的潜力 对于探讨污染物在环境中的迁 移 以及确定环境中污染物的安全浓度 都具有理论和现实意义 生态危机生态危机 严重的生态平衡失调 从而威胁到人类的生存时 称为生态危机 ecological crisis 即由于人类盲目的 生产和生活活动而导致的局部甚至整个生物圈结构和功能的失调 生态平衡失调起初往往不易被人们觉察 如 果一旦出现生态危机就很难在短期内恢复平衡 也就是说 生态危机并不是指一般意义上的自然灾害问题 而 是指由于人的活动所引起的环境质量下降 生态秩序紊乱 生命维持系统瓦解 从而危害人的利益 威胁人类 生存和发展的现象 到目前为止已经威胁人类生存并已被人类认识到的环境问题主要有 全球变暖 臭氧层破全球变暖 臭氧层破 坏 酸雨 淡水资源危机 能源短缺 森林资源锐减 土地荒漠化 物种加速灭绝 垃圾成灾 有毒化学品污坏 酸雨 淡水资源危机 能源短缺 森林资源锐减 土地荒漠化 物种加速灭绝 垃圾成灾 有毒化学品污 染染等众多方面 1 全球变暖全球变暖是指全球气温升高 近 100 多年来 全球平均气温经历了冷 暖 冷 暖两次波动 总得看为上升趋势 进入八十年代后 全球气温明显上升 1981 1990 年全球平均气温比 100 年前上升了 0 48 导致全球变暖的主要原因是人类在近一个世纪以来大量使用矿物燃料 如煤 石油等 排放出大 量的 CO2 等多种温室气体 由于这些温室气体对来自太阳辐射的短波具有高度的透过性 而对地球反射出来的 长波辐射具有高度的吸收性 也就是常说的温室效应 导致全球气候变暖 全球变暖的后果 会使全球降水 量重新分配 冰川和冻土消融 海平面上升等 既危害自然生态系统的平衡 更威胁人类的食物供应和居住环 境 2 臭氧层破坏在地球大气层近地面约 20 30 公里的平流层里存在着一个臭氧层 其中臭氧含量占这一高度 气体总量的十万分之一 臭氧含量虽然极微 却具有强烈的吸收紫外线的功能 因此 它能挡住太阳紫外辐射 对地球生物的伤害 保护地球上的一切生命 然而人类生产和生活所排放出的一些污染物 如冰箱空调等设备 制冷剂的氟氯烃类化合物以及其它用途的氟溴烃类等化合物 它们受到紫外线的照射后可被激化 形成活性很 强的原子与臭氧层的臭氧 O3 作用 使其变成氧分子 O2 这种作用连锁般地发生 臭氧迅速耗减 使臭 氧层遭到破坏 南极的臭氧层空洞 就是臭氧层破坏的一个最显著的标志 到 1994 年 南极上空的臭氧层破 坏面积已达 2400 万平方公里 南极上空的臭氧层是在 20 亿年里形成的 可是在一个世纪里就被破坏了 60 北半球上空的臭氧层也比以往任何时候都薄 欧洲和北美上空的臭氧层平均减少了 10 15 西伯利 亚上空甚至减少了 35 因此科学家警告说 地球上空臭氧层破坏的程度远比一般人想象的要严重的多 3 酸雨是由于空气中二氧化硫和氮氧化物等酸性污染物引起的 pH 值小于 5 6 的酸性降水 受酸雨危害的地区 出现了土壤和湖泊酸化 植被和生态系统遭受破坏 建筑材料 金属结构和文物被腐蚀等等一系列严重的环境 问题 酸雨在五 六十年代最早出现于北欧及中欧 当时北欧的酸雨是欧洲中部工业酸性废气迁移所至 七十 年代以来 许多工业化国家采取各种措施防治城市和工业的大气污染 其中一个重要的措施是增加烟囱的高度 这一措施虽然有效地改变了排放地区的大气环境质量 但大气污染物远距离迁移的问题却更加严重 污染物越 过国界进入邻国 甚至飘浮很远的距离 形成了更广泛的跨国酸雨 此外 全世界使用矿物燃料的量有增无减 也使得受酸雨危害的地区进一步扩大 全球受酸雨危害严重的有欧洲 北美及东亚地区 我国在八十年代 酸 雨主要发生在西南地区 到九十年代中期 已发展到长江以南 青藏高原以东及四川盆地的广大地区 4 淡水资源危机地球表面虽然 2 3 被水覆盖 但是 97 为无法饮用的海水 只有不到 3 是淡水 其中又有 2 封存于极地冰川之中 在仅有的 1 淡水中 25 为工业用水 70 为农业用水 只有很少的一部分可供 饮用和其它生活用途 然而 在这样一个缺水的世界里 水却被大量滥用 浪费和污染 加之 区域分布不均 匀 致使世界上缺水现象十分普遍 全球淡水危机日趋严重 目前世界上 100 多个国家和地区缺水 其中 28 个国家被列为严重缺水的国家和地区 预测再过 20 30 年 严重缺水的国家和地区将达 46 52 个 缺水人口 将达 28 33 亿人 我国广大的北方和沿海地区水资源严重不足 据统计我国北方缺水区总面积达 58 万平方公 里 全国 500 多座城市中 有 300 多座城市缺水 每年缺水量达 58 亿立方米 这些缺水城市主要集中在华北 沿海和省会城市 工业型城市 世界上任何一种生物都离不开水 人们贴切地把水比喻 quot 生命的源泉 然而 随着地球上人口的激增 生产迅速发展 水已经变得比以往任何时候都要珍贵 一些河流和湖泊的枯竭 地下水的耗尽和湿地的消失 不仅给人类生存带来严重威胁 而且许多生物也正随着人类生产和生活造成的河 流改道 湿地干化和生态环境恶化而灭绝 不少大河如美国的科罗拉多河 中国的黄河都已雄风不再 昔日 奔流到海不复回 的壮丽景象已成为历史的记忆了 5 资源 能源短缺当前 世界上资源和能源短缺问题已经在大多数国家甚至全球范围内出现 这种现象的出 现 主要是人类无计划 不合理地大规模开采所至 本世纪九十年代初全世界消耗能源总数约 100 亿吨标准煤 预测到 2000 年能源消耗量将翻一番 从目前石油 煤 水利和核能发展的情况来看 要满足这种需求量是十 分困难的 因此 在新能源 如太阳能 快中子反应堆电站 核聚变电站等 开发利用尚未取得较大突破之前 世界能源供应将日趋紧张 此外 其它不可再生性矿产资源的储量也在日益减少 这些资源终究会被消耗殆尽 6 森林锐减森林是人类赖以生存的生态系统中的一个重要的组成部分 地球上曾经有 76 亿公顷的森林 到 本世纪时下降为 55 亿公顷 到 1976 年已经减少到 28 亿公顷 由于世界人口的增长 对耕地 牧场 木材的 需求量日益增加 导致对森林的过度采伐和开垦 使森林受到前所未有的破坏 据统计 全世界每年约有 1200 万公顷的森林消失 其中占绝大多数是对全球生态平衡至关重要的热带雨林 对热带雨林的破坏主要发 生在热带地区的发展中国家 尤以巴西的亚马逊情况最为严重 亚马逊森林居世界热带雨林之首 但是 到九 十年代初期这一地区的森林覆盖率比原来减少了 11 相当于 70 万平方公里 平均每 5 秒钟就有差不多有一 个足球场大小的森林消失 此外 在亚太地区 非洲的热带雨林也在遭到破坏 7 土地荒漠化简单地说土地荒漠化就是指土地退化 1992 年联合国环境与发展大会对荒漠化的概念作了这 样的定义 荒漠化是由于气候变化和人类不合理的经济活动等因素 使干旱 半干旱和具有干旱灾害的半湿 润地区的土地发生了退化 1996 年 6 月 17 日第二个世界防治荒漠化和干旱日 联合国防治荒漠化公约秘书处 发表公报指出 当前世界荒漠化现象仍在加剧 全球现有 12 亿多人受到荒漠化的直接威胁 其中有 1 35 亿人 在短期内有失去土地的危险 荒漠化已经不再是一个单纯的生态环境问题 而且演变为经济问题和社会问题 它给人类带来贫困和社会不稳定 到 1996 年为止 全球荒漠化的土地已达到 3600 万平方公里 占到整个地 球陆地面积的 1 4 相当于俄罗斯 加拿大 中国和美国国土面积的总和 全世界受荒漠化影响的国家有 100 多个 尽管各国人民都在进行着同荒漠化的抗争 但荒漠化却以每年 5 7 万平方公里的速度扩大 相当于爱 尔兰的面积 到二十世纪末 全球将损失约 1 3 的耕地 在人类当今诸多的环境问题中 荒漠化是最为严重的 灾难之一 对