8 生物富集 环境生态学基础电子教案

生物富集 主要内容 一 生物富集概念二 生物富集机制三 研究生物富集的方法 一 生物富集的概念 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 称为生物富集 又称生物浓缩 富集系数 浓缩系数 生物体内污染物的浓度与其生存环境中该污染物浓度的比值 生物积累 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 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 二 生物富集机制 影响生物富集的因素包括 生物学特性污染物的性质污染物的浓度和作用时间环境特点 一 生物学特性 1 生物体内能与污染物结合的物质2 不同器官3 不同生育期4 不同生物钟5 超量累积的植物 1 生物体内能与污染物结合的物质 1 污染物与生物体内某些成分结合 络合 螯合 不能参加代谢活动 使污染物失去毒性 在生物体内富集 2 污染物在酶的作用下通过氧化 还原 水解等过程 毒性降低 甚至分解 失去毒性 加速生物吸收 增加富集量 3 金属元素在生物体内的半衰期长 则易富集 4 元素的生物体内的代谢机制有关 1 生物体内能与污染物结合的物质 糖类 葡萄糖和果糖 二糖中的麦芽糖 乳糖 多糖中的纤维素等 分子结构中都含有醛基或易转变为醛基的结构 还原环境中 重金属易被还原使活性降低 和糖类结合形成不溶性化合物 蛋白质 所含酸性氨基酸比碱性氨基酸多 在中性环境中 往往呈阴离子状态 易和金属阳离子结合 如金属硫蛋白及类金属硫蛋白 氨基酸 含有羧基和氨基 能与金属结合形成金属螯合物 脂类 含有极性酯健 能和金属离子结合形成络合物或螯合物 从而将重金属贮存在脂肪内 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pH条件下能解离而带电荷 与金属离子结合 2 酶的作用 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 越不易富集 如鱼 3 金属元素的生物半衰期 生物半衰期长 则易富集 如甲基汞 狗 鱼640 780d 鲤鱼230d 鲶鱼190d 人70天 大鼠70 80天 无机汞 鼠类50d 4 元素代谢 无机砷进入动物体内一部分代谢为甲基砷 有机砷化合物易在体内富集 2 不同器官 由于各类器官的结构和功能不同 与污染物接触时间的长短 接触面积的大小等存在差异 因此富集量不同 在相同铅浓度下 鱼的各部位的富集规律鳃 内脏 骨骼 头 肌肉鳃是呼吸器官大量接触 随血液循环进入内脏 鳞片的含铅量高 由于面积大 分泌粘液吸附卵的含量低 鸡的各部位含铅量 骨骼 肠 肝 肚内小蛋 肉 蛋239 7895 2591 1563 5650 2046 73水稻 根 叶 茎 谷壳 米5357 5282 277 23 12 5水生维管束植物各器官富集规律同陆生植物 但器官之间差异不明显 3 不同生育期 水稻 根对铅的富集顺序 拔节期 分蘖期 苗期 抽穗期 结实期谷壳和糙米 结实期 苗期 拔节期 抽穗期 分蘖期小麦 以扬花期为界 之前浓度不超标 之后 特别是灌浆期 残量很高 结实期接触污染物 禾谷类可食部分富集污染物量最高 植物地上部分含铅量与根部含铅量呈正相关 与地上部分干重成反比 根部含铅量随施铅后植株生长天数增加有一定增加 随生育期后延 地上部分含铅量与根含铅量之间的相关关系逐渐减弱 鱼类和哺乳动物体内 有机氯化物含量存在季节波动 富集量在产卵期下降 产卵结束后增加 4 不同生物种 菌耳和第一具有很强的吸收痕量元素的能力 对汞的吸收能力强 对于汞的富集能力 加拿大杨 晚花杨 旱杨 辽杨水生植物对铜的吸收 苦草 黑藻 水龙 喜旱莲子草 大藻 心叶水车前 水车前鱼对汞的富集 雷氏七鳃鳗 鲶鱼 青鱼 黄鱼 鲤鱼无鳞鱼易于富集污染物 肉食性鱼类对有机物的富集能力高于曹氏和杂食性鱼类 海洋生物比淡水生物富集的砷要多 作物从土壤中吸收残存农药的能力有种类上的差异 最容易从土壤中吸收农药的作物是胡萝卜 其次是草莓 菠菜 萝卜 马铃薯 甘蔗 而番茄 茄子 卷心菜 白菜不容易吸收农药 根菜 薯类吸收农药能力强 叶菜类 果菜类弱 黄瓜除外 5 超量积累的植物 重金属超量积累植物 1 体内某一元素浓度大于一定的临界值 2 植物吸收的重金属大部分分布在地上部 3 在重金属污染的土壤中这类植物能良好的生长 不会发生毒害现象 已发现360多种 大部分为十字花科植物 高山甘薯Cu天蓝遏蓝菜Cd圆叶遏蓝菜Pb天蓝遏蓝Zn粗脉叶澳洲坚果Mn 二 污染物的性质 污染物的价态 形态 结构形式 相对分子质量 溶解度或溶解性质 物理稳定性 化学稳定性 生物稳定性 在溶液中的扩散能力和在生物体内的迁移能力等都会影响生物富集作用 其中 化学稳定性和高脂溶性是生物富集的重要条件 氯化碳氢化合物 DDT 具有很高的理化和生物稳定性 且属脂溶性物质 比在水中的溶解度大500万倍 有机氯农药难以化学降解和生物降解 易富集 已禁用 有机磷农药和氨基甲酸脂类农药 较易生物降解 在水中溶解度较大 但当水中浓度较高时生物会大量吸收 酚类污染物具有较高水溶性 易生物降解 但五氯苯酚脂溶性强 除草剂具有较高的水溶性 易挥发 多氯联苯 PCB 具有高的化学稳定性和热稳定性 难溶于水 不易分解 极易富集 如日本米糠油事件 甲基汞具有高的化学稳定性 生物对污染物的解毒能力有关 解毒能力越强 富集能力越弱 污染物渗透能力强弱即在生物体内的穿透能力的强弱决定了污染物在生物体内富集的部位不同 穿透力强的多富集于果肉 米粒 穿透力弱的多停留在果皮 米糠之中 重金属是特殊的污染物 1 在环境中不会被降解 只发生形态和价态变化 在土壤中的迁移能力很差 2 许多重金属是生物生长发育所必需的营养元素 如铜 锌等 具有很强的生物富集效应 超过一定浓度时被称为污染物 3 在微生物的作用下转化为毒性更强的重金属化合物 4 进入生物体内不易被排出生物放大作用明显 三 污染物的浓度和作用时间 富集量与环境中污染物的浓度成正相关 富集系数与环境中污染的浓度没有显著相关 相反随污染物浓度增高而逐渐下降的趋势 污染物浓度越高 作用时间越长 富集量越多 如淡水中的砷浓度较海水中的低 四 环境特点 环境要素通过影响生物的生长发育和污染物的性质来间接影响污染物的生物富集 土壤水分过多 污染物以还原态为主 富集量减少 水分过少 污染物可给态数量少 富集量减少 土壤pH低 有利于污染物活化 富集量增加 土壤中有机质和矿物质元素大量存在 降低植物富集重金属的数量 不同类型土壤对不同种类的有机和无机污染具有不同的降解 吸附和淋溶作用 影响积