生物扩大生物富集

《生物扩大生物富集》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

生物扩大作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。生物放大与食物链　　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1-5mg/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。生物放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。多种有害物质的放大作用　　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5.0X10-11g，而在浮游植物中则为4.0X10-8g，在蛤蜊中为4.2X10-7g，到银鸥时就达75.5X10-6g。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（Accipiternisus）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。食物中被放大的毒素　　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colymbsruficollispoggei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(Pimephalespronelas)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 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（ecologicalcrisis），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。对于受荒漠化威胁的人们来说，荒漠化意味着他们将失去最基本的生存基础--有生产能力的土地的消失。(8）物种加速灭绝物种就是指生物种类。现今地球上生存着500～1000万种生物。一般来说物种灭绝速度与物种生成的速度应是平衡的。但是，由于人类活动破坏了这种平衡，使物种灭绝速度加快，据《世界自然资源保护大纲》估计，每年有数千种动植物灭绝，到2000年地球上10～20％的动植物即50～100万种动植物将消失。而且，灭绝速度越来越快。世界野生生物基金会发出警告：本世纪鸟类每年灭绝一种，在热带雨林，每天至少灭绝一个物种。物种灭绝将对整个地球的食物供给带来威胁，对人类社会发展带来的损失和影响是难以预料和挽回的。(9）垃圾成灾全球每年产生垃圾近100亿吨，而且处理垃圾的能力远远赶不上垃圾增加的速度，特别是一些发达国家，已处于垃圾危机之中。美国素有垃圾大国之称，其生活垃圾主要靠表土掩埋。过去几十年内，美国已经使用了一半以上可填埋垃圾的土地，30年后，剩余的这种土地也将全部用完。我国的垃圾排放量也相当可观，在许多城市周围，排满了一座座垃圾山，除了占用大量土地外，还污染环境。危险垃圾，特别是有毒、有害垃圾的处理问题（包括运送、存放），因其造成的危害更为严重、产生的危害更为深远，而成了当今世界各国面临的一个十分棘手的环境问题。(10）有毒化学品污染市场上约有7～8万种化学品。对人体健康和生态环境有危害的约有3.5万种。其中有致癌、致畸、致突变作用的约500余种。随着工农业生产的发展，如今每年又有1000～2000种新的化学品投入市场。由于化学品的广泛使用，全球的大气、水体、土壤乃至生物都受到了不同程度的污染、毒害，连南极的企鹅也未能幸免。自五十年代以来，涉及有毒有害化学品的污染事件日益增多，如果不采取有效防治措施，将对人类和动植物造成严重的危害。物造成严重的危害。