生物擴(kuò)大生物富集

1、生物擴(kuò)大作用指某些在自然界不能降解或難降解的化學(xué)物質(zhì)，在環(huán)境中通過食物鏈的延長和營養(yǎng)級的增加在生物體內(nèi)逐級富集，濃度越來越大的現(xiàn)象。許多有機(jī)氯殺蟲劑和多氯聯(lián)苯都有明顯的生物放大現(xiàn)象。了解這種現(xiàn)象對評價化學(xué)物質(zhì)對人體健康和環(huán)境的影響有著重要意義。生物放大是指在同一個食物鏈上，高位營養(yǎng)級生物體內(nèi)來自環(huán)境的某些元素或難以分解的化合物的濃度，高于低位營養(yǎng)級生物的現(xiàn)象。生物放大一詞是專指具有食物鏈關(guān)系的生物說的，如果生物之間不存在食物鏈關(guān)系，則用生物濃縮或生物積累來解釋。直至20世紀(jì)70年代初期，不少科學(xué)家在研究農(nóng)藥和重金屬的濃度在食物鏈上逐級增大時，多將這種現(xiàn)象稱為生物濃縮或生物積累。直到197年3起

2、，科學(xué)家們才開始用生物放大一詞，并將生物富集作用、生物積累和生物放大三者的概念區(qū)分開來。研究生物放大，特別是研究各種食物鏈對哪些污染物具有生物放大的潛力，對于確定環(huán)境中污染物的安全濃度等，具有重要的意義。生物放大與食物鏈在生態(tài)環(huán)境中，由于食物鏈的關(guān)系，一些物質(zhì)如金屬元素或有機(jī)物質(zhì)，可以在不同的生物體內(nèi)經(jīng)吸收后逐級傳遞，不斷積聚濃縮；或者某些物質(zhì)在環(huán)境中的起始濃度不很高，通過食物鏈的逐級傳遞，使?jié)舛戎鸩教岣?，最后形成了生物富集或生物放大作用。例如，海水中汞的濃度為時，浮游生物體內(nèi)含汞量可達(dá)0小魚體內(nèi)可達(dá)，而大魚體內(nèi)可達(dá)，大魚體內(nèi)汞比海水含汞量高1萬-6萬倍。生物放大作用可使環(huán)境中低濃度的物質(zhì)，在

3、最后一級體內(nèi)的含量提高幾十倍甚至成千上萬倍，因而可能對人和環(huán)境造成較大的危害。生物放大作用是通過食物鏈完成的，而食物鏈可以分為幾種形態(tài)。在生態(tài)系統(tǒng)中，根據(jù)生物間的食物關(guān)系，可將食物鏈分為四類。一是捕食性食物鏈，它是以植物為基礎(chǔ)，后者捕食前者。如青草-野兔-狐貍-狼-虎。二是碎食性食物鏈，指的是以碎食物為基礎(chǔ)形成的食物鏈。如樹葉碎片及小藻類-蝦（蟹）-魚-食魚的鳥類。三是寄生性食物鏈，是以大動物為基礎(chǔ)，小動物寄生到大動物上形成的食物鏈。如哺乳類-跳蚤-原生動物-細(xì)菌-過濾性病毒。四是腐生性食物鏈，指的是以腐爛的動植物尸體為基礎(chǔ)，然后被微生物所利用。生物放大作用就是通過食物鏈完成的?？偟恼f來，初級

4、生產(chǎn)者所產(chǎn)生和固定的能量、物質(zhì)，通過一系列取食和被食的關(guān)系而在生態(tài)系統(tǒng)中傳遞，便可形成生物富集或生物放大。多種有害物質(zhì)的放大作用等殺蟲劑通過食物鏈的逐步濃縮，能充分說明它們對人類健康的危害。年，美國的雷切爾卡遜在其寂靜的春天中充分描述了以為代表的殺蟲劑對環(huán)境、生物和人類健康的危害，甚至連美國的國鳥白頭海雕也因殺蟲劑的使用而幾乎滅絕。但是，的生物放大危害作用并沒有得到充分揭示。一項研究結(jié)果表明，在海水中的濃度為1而在浮游植物中則為-在蛤蜊中為，到銀鷗時就達(dá)。從初始濃度到食物鏈最后一級的濃度擴(kuò)大了百萬倍，這就是典型的生物擴(kuò)大作用。對英國雀鷹（）的影響也是災(zāi)難性的。早在世紀(jì)年代，雀鷹遭受了顯著的毀滅

5、，部分原因是由于的生物放大作用，由于使母鳥吃了富集的小蟲和其他食物，它產(chǎn)下的卵的卵殼太薄，使得卵在孵出小鳥之前就很容易破碎，因而對雀鷹造成滅頂之災(zāi)。中國科學(xué)院水生生物研究所的研究人員還發(fā)現(xiàn)，我國典型湖泊底泥中世紀(jì)早期已存在微量二惡英，主要存在土壤的表層，一旦沉積很難通過環(huán)境物理因素再轉(zhuǎn)移，但卻可通過食物鏈再傳給其它生物，轉(zhuǎn)移到環(huán)境中。因此，湖泊底泥中高濃度的二惡英可通過生物富集或生物放大對水生物和人類的健康產(chǎn)生極大威脅。通過實驗還發(fā)現(xiàn)了二惡英在食物鏈中生物放大的直接證據(jù)，并提出了生物放大模型，從而否定了國際學(xué)術(shù)界過去一直認(rèn)為二惡英在食物鏈中只存在生物積累而不存在生物放大的觀點。由于生物放大作用

6、，殺蟲劑及其他有害物質(zhì)對人和生物的危害就變得十分驚人。一些毒素在身體組織中累積，不能變性或不能代謝，這就導(dǎo)致殺蟲劑在食物鏈中每向上傳遞一級，濃度就會增加，而頂級取食者會遭受最高劑量的危害。食物中被放大的毒素由于生物放大作用的存在，環(huán)境污染對人和生物的危害也呈現(xiàn)富集或放大作用，因此生物放大作用也威脅著人類食物鏈，比如各種副食、肉類和魚類。但是，這種危害一直難以引起人們的關(guān)注.比如，重金屬鉛、汞、鎘等原本就對人和生物有害，但通過食物鏈的放大作用，對人和生物的危害就更大了。鉛對人體的危害主要是造成神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)和腎臟的損傷。汞是以甲基汞的形式對人體造成傷害，甲基汞在體內(nèi)代謝緩慢，可引起蓄積中毒，

7、而且可通過血腦屏障進(jìn)入大腦，與大腦皮層的巰基結(jié)合，影響腦細(xì)胞的功能。鎘對機(jī)體的危害是破壞腎臟的近曲小管，造成鈣等營養(yǎng)素的丟失，使病人骨質(zhì)脫鈣而發(fā)生骨痛這幾種重金屬在食物鏈中對人體的傷害主要是通過食物鏈的放大作用完成的。環(huán)境中的鉛容易污染的食品主要是蔬菜，由于環(huán)境中的鉛在土壤中以凝結(jié)狀態(tài)存在，因此通過作物根系吸收量不大，主要是通過葉片從大氣吸收，所以蔬菜中鉛含量富集程度以葉菜最高，其次是根、莖類、果菜類。對食品中鉛含量的調(diào)查顯示，靠近公路兩側(cè)的蔬菜的鉛含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于遠(yuǎn)離公路的蔬菜，這既說明含鉛汽油是污染源，也說明了鉛的放大作用途徑。汞主要蓄積于魚體脂肪中，魚是汞的天然濃縮器，魚齡越大，體內(nèi)富集的汞

8、就越多。不同魚種富集汞的能力不同，魚體中汞的含量也不同，一般來說，食肉魚體內(nèi)汞含量大于食草魚，吃魚的鳥在體內(nèi)蓄積的汞更多。所以，人們在選擇魚的消費時，也應(yīng)當(dāng)有一個順序，即從草魚到食肉魚，從淡水魚到海魚。盡管江水中汞含量較低，但通過食物鏈的生物放大作用，鯰魚等食肉魚中汞的含量也大大增加，因此也應(yīng)當(dāng)成為人們消費時的一種不宜選擇的標(biāo)準(zhǔn)。此外與同屬于有機(jī)氯殺蟲劑的狄氏劑在鰭魚和蒼鷺中的富集作用是最大的。人如果食用這兩種食物，人實際上就是食物鏈的終端，在人體中必然導(dǎo)致狄氏劑的大劑量中毒。因此，消費者更不能把諸如蒼鷺那些吃魚的鳥類當(dāng)作野味來消費。鎘是通過水生生物的養(yǎng)殖進(jìn)入食品鏈的。鎘的生物放大作用表現(xiàn)為，

9、海產(chǎn)品中鎘的含量是海水的450倍0。作物的根系也可吸收土壤中的鎘，鎘污染地區(qū)的蔬菜、糧食等食品中的鎘含量遠(yuǎn)高于無污染地區(qū)。不同作物對鎘的富集程度不同，鎘含量也不盡相同，比如蔬菜中鎘含量順序是（按富集系數(shù)大小排列）：芹菜葉（1菠菜（9萬筍（4大白菜（4油菜（4小白菜（4芹菜莖（3韭菜（3茄子（2圓白菜（1黃瓜（0.00）62菜花（0.00）5。9因此，這可以作為人們消費食物時避免有害重金屬元素生物放大作用的一個參考。生物放大一詞是就有食物鏈關(guān)系來說的。如不存在這種關(guān)系，機(jī)體中物質(zhì)濃度高于環(huán)境介質(zhì)的現(xiàn)象，則分別使用生物濃縮、生物積累兩個名詞。世紀(jì)年代初期，闡述農(nóng)藥或重金屬的濃度在食物鏈上各級機(jī)體中

10、逐步增加的事例時，不少人都把這種現(xiàn)象稱為生物濃縮或生物積累。到197年3，才有人開始應(yīng)用生物放大一詞，把它同生物積累和生物濃縮的概念區(qū)分開來。后來，學(xué)者們設(shè)計了各種實驗系統(tǒng)，包括模式生態(tài)系統(tǒng)，以進(jìn)行生物積累和生物放大作用的研究。最先注意到的是水生態(tài)系統(tǒng)中有機(jī)氯農(nóng)藥的生物放大現(xiàn)象。196年6有人報道在美國圖爾湖和克拉馬斯南部保護(hù)區(qū)內(nèi)對生物群落的污染。是一種有機(jī)氯殺蟲劑，易溶于脂肪而積累于動物的脂肪體內(nèi)。經(jīng)檢驗證實，通過生物放大在的脂肪體中的濃度竟比湖水高出萬多倍。北極的陸地生態(tài)系統(tǒng)中，在地衣-北美馴鹿-狼的食物鏈上，也明顯地存在著對13銫7的生物放大現(xiàn)象。生物機(jī)體中的13銫7的放射性強度隨著營養(yǎng)

11、級的提高而增大。許多文獻(xiàn)報道和說法使人產(chǎn)生了一種印象，似乎絕大多數(shù)的元素和難分解化合物在每一個水生態(tài)系統(tǒng)中都有生物放大現(xiàn)象。實際上，對于大多數(shù)元素來說，生物放大并不是一種普遍現(xiàn)象。至于氯烴類化合物是否在所有的水生食物鏈上發(fā)生生物放大現(xiàn)象，也存在著許多疑問。各種生物對不同物質(zhì)的生物放大作用也有差別。例如汞和銀都能被脂首魚積累，但脂首魚對汞有生物放大作用，而對銀則沒有。又如在一個海洋模式生態(tài)系統(tǒng)中研究藤壺、蛤、牡蠣、藍(lán)蟹和沙蠶等5種動物對于鐵、鋇、鋅、錳、鎘、銅、硒、砷、鉻、汞等10種重金屬的生物放大作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，藤壺和沙蠶的生物放大能力較大，牡蠣和蛤次之，藍(lán)蟹最小。食物鏈上營養(yǎng)級較高的生物機(jī)體

12、內(nèi)所含元素或難分解化合物的濃度，一般說來，高于營養(yǎng)級比它低些的生物。但是因為處于食物鏈上的任何生物體內(nèi)所含某種物質(zhì)（例如有機(jī)氯殺蟲劑）的濃度都取決于它的攝取和消除的相對速度，所以處于食物鏈中部的生物體內(nèi)所積累的該物質(zhì)的濃度,也有可能大于營養(yǎng)級比它高的生物,如圖中無脊椎動物的濃縮系數(shù)就大于石斑魚。由于生物放大作用，進(jìn)入環(huán)境中的毒物，即使是微量的，也會使生物尤其是處于高位營養(yǎng)級的生物受到毒害，甚至威脅人類健康。因此，對污染物的排放，不僅要規(guī)定濃度的限制，也要考慮總量的限制。深入研究生物放大作用，特別是鑒別食物鏈對哪些污染物具有生物放大的潛力，對于探討污染物在環(huán)境中的遷移，以及確定環(huán)境中污染物的安全

13、濃度，都具有理論和現(xiàn)實意義。生態(tài)危機(jī)嚴(yán)重的生態(tài)平衡失調(diào)，從而威脅到人類的生存時，稱為生態(tài)危機(jī)（a,即由于人類盲目的生產(chǎn)和生活活動而導(dǎo)致的局部甚至整個生物圈結(jié)構(gòu)和功能的失調(diào)。生態(tài)平衡失調(diào)起初往往不易被人們覺察，如果一旦出現(xiàn)生態(tài)危機(jī)就很難在短期內(nèi)恢復(fù)平衡。也就是說，生態(tài)危機(jī)并不是指一般意義上的自然災(zāi)害問題，而是指由于人的活動所引起的環(huán)境質(zhì)量下降、生態(tài)秩序紊亂、生命維持系統(tǒng)瓦解，從而危害人的利益、威脅人類生存和發(fā)展的現(xiàn)象。到目前為止已經(jīng)威脅人類生存并已被人類認(rèn)識到的環(huán)境問題主要有：全球變暖、臭氧層破壞、酸雨、淡水資源危機(jī)、能源短缺、森林資源銳減、土地荒漠化、物種加速滅絕、垃圾成災(zāi)、有毒化學(xué)品污染等眾

14、多方面。（1）全球變暖全球變暖是指全球氣溫升高。近10多0年來，全球平均氣溫經(jīng)歷了冷暖冷暖兩次波動，總得看為上升趨勢。進(jìn)入八十年代后,全球氣溫明顯上升。年全球平均氣溫比年前上升了48導(dǎo)致全球變暖的主要原因是人類在近一個世紀(jì)以來大量使用礦物燃料（如煤、石油等），排放出大量的等多種溫室氣體。由于這些溫室氣體對來自太陽輻射的短波具有高度的透過性，而對地球反射出來的長波輻射具有高度的吸收性，也就是常說的溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球氣候變暖。全球變暖的后果，會使全球降水量重新分配，冰川和凍土消融，海平面上升等，既危害自然生態(tài)系統(tǒng)的平衡，更威脅人類的食物供應(yīng)和居住環(huán)境。（2）臭氧層破壞在地球大氣層近地面約2030公

15、里的平流層里存在著一個臭氧層，其中臭氧含量占這一高度氣體總量的十萬分之一。臭氧含量雖然極微，卻具有強烈的吸收紫外線的功能，因此，它能擋住太陽紫外輻射對地球生物的傷害，保護(hù)地球上的一切生命。然而人類生產(chǎn)和生活所排放出的一些污染物，如冰箱空調(diào)等設(shè)備制冷劑的氟氯烴類化合物以及其它用途的氟溴烴類等化合物，它們受到紫外線的照射后可被激化，形成活性很強的原子與臭氧層的臭氧（3作用，使其變成氧分子（2,這種作用連鎖般地發(fā)生，臭氧迅速耗減，使臭氧層遭到破壞。南極的臭氧層空洞，就是臭氧層破壞的一個最顯著的標(biāo)志。到199年4，南極上空的臭氧層破壞面積已達(dá)240萬0平方公里。南極上空的臭氧層是在20億年里形成的，可

16、是在一個世紀(jì)里就被破壞了60。北半球上空的臭氧層也比以往任何時候都薄，歐洲和北美上空的臭氧層平均減少了1015，西伯利亞上空甚至減少了。因此科學(xué)家警告說，地球上空臭氧層破壞的程度遠(yuǎn)比一般人想象的要嚴(yán)重的多。酸雨是由于空氣中二氧化硫和氮氧化物等酸性污染物引起的值小于的酸性降水。受酸雨危害的地區(qū)，出現(xiàn)了土壤和湖泊酸化，植被和生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞，建筑材料、金屬結(jié)構(gòu)和文物被腐蝕等等一系列嚴(yán)重的環(huán)境問題。酸雨在五、六十年代最早出現(xiàn)于北歐及中歐，當(dāng)時北歐的酸雨是歐洲中部工業(yè)酸性廢氣遷移所至，七十年代以來，許多工業(yè)化國家采取各種措施防治城市和工業(yè)的大氣污染，其中一個重要的措施是增加煙囪的高度，這一措施雖然有效

17、地改變了排放地區(qū)的大氣環(huán)境質(zhì)量，但大氣污染物遠(yuǎn)距離遷移的問題卻更加嚴(yán)重，污染物越過國界進(jìn)入鄰國，甚至飄浮很遠(yuǎn)的距離，形成了更廣泛的跨國酸雨。此外，全世界使用礦物燃料的量有增無減，也使得受酸雨危害的地區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大。全球受酸雨危害嚴(yán)重的有歐洲、北美及東亞地區(qū)。我國在八十年代，酸雨主要發(fā)生在西南地區(qū)，到九十年代中期，已發(fā)展到長江以南、青藏高原以東及四川盆地的廣大地區(qū)。（4）淡水資源危機(jī)地球表面雖然2/被3水覆蓋，但是97為無法飲用的海水，只有不到3是淡水，其中又有2封存于極地冰川之中。在僅有的1淡水中，25為工業(yè)用水，70為農(nóng)業(yè)用水，只有很少的一部分可供飲用和其它生活用途。然而，在這樣一個缺水的世界

18、里，水卻被大量濫用、浪費和污染。加之，區(qū)域分布不均勻，致使世界上缺水現(xiàn)象十分普遍，全球淡水危機(jī)日趨嚴(yán)重。目前世界上10多0個國家和地區(qū)缺水，其中28個國家被列為嚴(yán)重缺水的國家和地區(qū)。預(yù)測再過2030年，嚴(yán)重缺水的國家和地區(qū)將達(dá)4652個，缺水人口將達(dá)2833億人。我國廣大的北方和沿海地區(qū)水資源嚴(yán)重不足，據(jù)統(tǒng)計我國北方缺水區(qū)總面積達(dá)58萬平方公里。全國50多0座城市中，有30多0座城市缺水，每年缺水量達(dá)58億立方米，這些缺水城市主要集中在華北、沿海和省會城市、工業(yè)型城市。世界上任何一種生物都離不開水，人們貼切地把水比喻生命的源泉然而，隨著地球上人口的激增，生產(chǎn)迅速發(fā)展，水已經(jīng)變得比以往任何時候都

19、要珍貴。一些河流和湖泊的枯竭，地下水的耗盡和濕地的消失，不僅給人類生存帶來嚴(yán)重威脅，而且許多生物也正隨著人類生產(chǎn)和生活造成的河流改道、濕地干化和生態(tài)環(huán)境惡化而滅絕。不少大河如美國的科羅拉多河、中國的黃河都已雄風(fēng)不再，昔日奔流到海不復(fù)回的壯麗景象已成為歷史的記憶了。（5）資源、能源短缺當(dāng)前，世界上資源和能源短缺問題已經(jīng)在大多數(shù)國家甚至全球范圍內(nèi)出現(xiàn)。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，主要是人類無計劃、不合理地大規(guī)模開采所至。本世紀(jì)九十年代初全世界消耗能源總數(shù)約10億0噸標(biāo)準(zhǔn)煤，預(yù)測到200年0能源消耗量將翻一番。從目前石油、煤、水利和核能發(fā)展的情況來看，要滿足這種需求量是十分困難的。因此，在新能源（如太陽能、快中

20、子反應(yīng)堆電站、核聚變電站等）開發(fā)利用尚未取得較大突破之前，世界能源供應(yīng)將日趨緊張。此外，其它不可再生性礦產(chǎn)資源的儲量也在日益減少，這些資源終究會被消耗殆盡。森林銳減森林是人類賴以生存的生態(tài)系統(tǒng)中的一個重要的組成部分。地球上曾經(jīng)有76億公頃的森林，到本世紀(jì)時下降為55億公頃，到197年6已經(jīng)減少到28億公頃。由于世界人口的增長，對耕地、牧場、木材的需求量日益增加，導(dǎo)致對森林的過度采伐和開墾，使森林受到前所未有的破壞。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年約有120萬0公頃的森林消失，其中占絕大多數(shù)是對全球生態(tài)平衡至關(guān)重要的熱帶雨林。對熱帶雨林的破壞主要發(fā)生在熱帶地區(qū)的發(fā)展中國家，尤以巴西的亞馬遜情況最為嚴(yán)重。亞馬遜

21、森林居世界熱帶雨林之首，但是，到九十年代初期這一地區(qū)的森林覆蓋率比原來減少了11，相當(dāng)于70萬平方公里，平均每5秒鐘就有差不多有一個足球場大小的森林消失。此外，在亞太地區(qū)、非洲的熱帶雨林也在遭到破壞。土地荒漠化簡單地說土地荒漠化就是指土地退化。199年2聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會對荒漠化的概念作了這樣的定義：荒漠化是由于氣候變化和人類不合理的經(jīng)濟(jì)活動等因素，使干旱、半干旱和具有干旱災(zāi)害的半濕潤地區(qū)的土地發(fā)生了退化。199年66月17日第二個世界防治荒漠化和干旱日，聯(lián)合國防治荒漠化公約秘書處發(fā)表公報指出：當(dāng)前世界荒漠化現(xiàn)象仍在加劇。全球現(xiàn)有12億多人受到荒漠化的直接威脅，其中有1.3億5人在短期內(nèi)有失去土地的危險。荒漠化已經(jīng)不再是一個單純的生態(tài)環(huán)境問題，而且演變?yōu)榻?jīng)濟(jì)問題和社會問題，它給人類帶來貧困和社會不穩(wěn)定。到199年6為止，全球荒漠化的土地已達(dá)到36萬0平0方公里，占到整個地球陸地面積的1/，4相當(dāng)于俄羅斯、加拿大、中國和美國國土面積的總和。全世界受荒漠化影響的國家有10多0個，盡管各國人民都在進(jìn)行著同荒漠化的抗?fàn)帲哪瘏s以每年萬平方公里的速度擴(kuò)大，相當(dāng)于愛爾蘭的面積。到二十世紀(jì)末，全球?qū)p失約1/的3耕地。在人類當(dāng)今諸多的環(huán)境問題中，荒漠化是最為嚴(yán)重的災(zāi)難之一。對于受荒漠化威脅的人們來說，荒漠化意味著他們將失去最基本的生存基礎(chǔ)有生產(chǎn)