水污染生態(tài)學

1、關于水污染生態(tài)學第一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2目前，中國大部分城市和地區(qū)水環(huán)境質量繼續(xù)惡化：我國現(xiàn)有污水的年排放量已達365億噸，城市污水處理率僅7%，80%以上未經處理的污水排入各種水體，引起水環(huán)境不同程度的污染。全國1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域污染嚴重。50%的重點城鎮(zhèn)水源地達不到國家飲用水衛(wèi)生標準。全國有監(jiān)測的1200多條河流已有850條受到污染，集中在遼河、海河、淮河、長江中下游以及珠江三角洲等工業(yè)發(fā)達地區(qū)。湖泊富營養(yǎng)化嚴重。第二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月3第一節(jié) 水生生態(tài)系統(tǒng)中主要污染物質及其來源第二節(jié) 污染物在水生生態(tài)系統(tǒng)中的遷移

2、與積累第三節(jié) 污染物在水生生態(tài)系統(tǒng)中的轉化與降解第四節(jié) 污染物對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響主要內容第三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月4脅迫(stress)：是生態(tài)學家從工程學中借來的一個詞匯，用來表達各種不利生態(tài)因子所引起的生物體生理生化變化以及種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)層次上的生態(tài)變化，這種變化又稱之為脅迫效應。在水生態(tài)方面，脅迫分為天然和人為兩種類型。 天然脅迫指正常的環(huán)境因子變化，如溫度、光周期、光強、流速、營養(yǎng)、溶解氧等因子的變化導致水生生物在結構與功能上的變化。 人為脅迫指由于人為原因，如有毒化學物、熱、營養(yǎng)物的富集等對水生生物所產生的影響。1.1 脅迫與污染 1.水生生態(tài)系統(tǒng)中主要污

3、染物質及其來源第四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月5水污染：指由于人為的原因使水質發(fā)生改變，導致水的任何有益的用途受到現(xiàn)實的或潛在的損害的過程，即進入水體的外來物的含量超過了水體的本底含量和自凈能力，對水生生物及人體健康的不利影響和人類經濟活動因素。研究水生生態(tài)系統(tǒng)（水體）污染主要研究水污染，同時也研究底質（底泥）和水生生物體污染。1.1 脅迫與污染 1.水生生態(tài)系統(tǒng)中主要污染物質及其來源第五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月6污水水質指標來反映水體被污染的程度：懸浮物，是污水中呈固體狀的不溶解物質，是水體污染基本指標之一。有機污染物濃度：生物化學需氧量BOD，化學需氧量CO

4、D，總有機碳TOC和總需氧量TOD。pH值，生活污水的pH值為7.2-7.6；工業(yè)污水的pH值就較復雜，變化較大。pH值對污水處理及綜合利用，對水中生物的生長繁殖，對排水管道等都有很大影響。1.2 水污染的指標第六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月71.2 水污染的指標污水的細菌污染指標：毫升水中細菌的總數(shù)和大腸菌數(shù)，水中含有大腸菌，表明已被污染。污水中有毒物質指標：我國已制定過“地面水中有毒物質的最高容許濃度”的標準，列出了40種有毒物質。主要包括重金屬、有毒有機物及部分營養(yǎng)鹽等。第七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月8內源：指有害物質來源于系統(tǒng)內部，即由系統(tǒng)內部產生或儲存的

5、有害物質，被釋放出來引起水體污染。外源：指來自系統(tǒng)以外污染源，外源通常又分為兩種形式；點源：主要指工業(yè)污染源和生活污染源；P162面源：農村污水和灌溉水是水污染的主要面源。1.3 主要污染來源第八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月91、需氧污染物：生活污水和某些工業(yè)廢水中所含碳水化合物、蛋白質、脂肪和木質素等有機化合物在微生物作用下最終分解為簡單的無機物質，這些有機物在分解過程中需要消耗大量的氧，影響水質，故稱為需氧污染物。 1.4 水體中的主要污染物及來源和分布對水體有較大影響的污染物共有十種：第九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月10鵝公巖橋下生活污水直排長江工業(yè)污水第十張

6、，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月112、植物營養(yǎng)物：植物營養(yǎng)物主要是指氮、磷、鉀、硫及其化合物。過多的營養(yǎng)物質進入天然水體，將惡化水體質量，影響水生生態(tài)系統(tǒng)的結構、功能以及漁業(yè)的發(fā)展和危害人體健康，導致水體富營養(yǎng)化。1.4 水體中的主要污染物及來源和分布第十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月12農業(yè)用水第十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月133、重金屬：重金屬是一類典型的環(huán)境污染物，主要包括汞、鎘、鉛、鉻、類金屬砷、鋅、銅、鎳、錫、鉈等生物毒性顯著及含量過高時具有生物毒性的元素。最主要的特性是在水體中不能被微生物降解，只能發(fā)生形態(tài)的轉化，以及分散和富集的過程，統(tǒng)稱

7、為金屬遷移。其物理化學過程包括：（1）沉淀作用：重金屬生成氧化物、磷化物、碳酸鹽等而沉淀（2）吸附作用（3）氧化/還原作用（4）絡合作用第十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月14湘江重金屬污染第十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月154、農藥：農藥的使用對防治農作物病蟲害、提高農業(yè)產量、解決糧食供應問題起到非常重要的作用。類似化肥使用，大部分農藥仍通過降水與徑流進入水體。農藥污染第十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月165、石油：石油也是構成水體污染的代表性物質。6、酚類化合物：水體中酚類的來源主要是冶金、煤氣、煉焦、石油化工、塑料等工業(yè)部門排放的含酚廢水。江蘇省

8、鹽城市水廠受酚類化合物污染第十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月177、氰化物：水體中氰化物主要來自化學、電鍍、煤氣、煉焦等工業(yè)行業(yè)排放的廢水，劇毒物質。8、酸堿及一般無機鹽類：酸性廢水三方面來源：礦山排水，是酸性廢水的主要來源，由硫化礦物的氧化作用。冶金和金屬加工酸洗廢水酸雨，由雨水淋洗含二氧化硫氣體后形成堿性廢水主要來自于堿法造紙、人造纖維、制堿、制革等工業(yè)廢水。酸、堿性廢水彼此中和，可產生各種鹽類，酸堿污染必然伴隨著無機鹽類污染。第十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月18含硫廢氣導致的“酸雨”第十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月199、放射性物質：主要來源

9、有三個途徑：放射性同位素在化學、冶金、醫(yī)學、農業(yè)等部門的應用，隨污水和地表徑流造成水體污染。核電站，為解決能源問題。核武器的試驗，主要是大氣中放射性塵埃的沉降和地表徑流。核電站第十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月2010、微型病原生物及致癌物： 病原微生物主要來自生活污水、醫(yī)院廢水、制革、屠宰、洗毛等工業(yè)廢水以及畜牧污水。 微型病原生物有三類：病菌可以引起疾病的細菌，如大腸桿菌、痢疾桿菌等；病毒如麻癥、流行性感冒、傳染性肝炎病毒等；寄生蟲如虐原蟲、血吸蟲、蛔蟲等。 致癌物，如煉焦廢水的焦油含有多種致癌芳香烴；印染廢水中有多種芳香胺類致癌物（聯(lián)苯胺、2-萘胺）；植物營養(yǎng)物中的亞硝基化

10、合物、有機氯化合物等制肝癌；重金屬中鉻、鎳可致肺癌等。第二十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月21大致可分三個層次：污染物在生物個體內的轉移：各種生物對污染物的吸收、積累，在個體不同部位、組織或器官的轉移，以及污染物被排出體外的過程。是污染物在生態(tài)系統(tǒng)中遷移和積累的基礎，與生物的生理生化特性密切相關。污染物在食物鏈上的轉移：是污染生態(tài)學的關鍵問題污染物在水體中的轉移 三個方面既有區(qū)別又有聯(lián)系，污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移和積累既包括微觀上從分子水平闡明吸收、積累機制方面的內容，又包括宏觀上闡明污染物在水生生態(tài)系統(tǒng)中的格局和過程。2.污染物在水生生態(tài)系統(tǒng)中的遷移與積累第二十一張，PPT共四十

11、八頁，創(chuàng)作于2022年6月22各類生物對污染物的吸收方式和途徑各有其特點。水生植物和微生物：水生微生物和浮游植物主要吸收水中的污染物，其對污染物的吸收，亦可分為主動吸收和被動吸收。水生動物對污染物的吸收：水生動物既可以直接從水中吸收各種污染物，又可以通過取食的途徑攝取被污染的食物、懸浮物和沉積淤泥中的污染物。污染物主要經過動物的體表、鰓和腸道吸收污染物。2.1 水生生物對污染物的吸收第二十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月23較小的動物個體或處于食物鏈低營養(yǎng)級的生物，直接從水中吸收污染物一般是較為重要的途徑；而個體較大的動物或處于食物鏈高營養(yǎng)級的動物，取食往往是吸收污染物的主要途徑。

12、同一種動物，對不同污染物吸收的途徑也不完全相同。在急性污染的情況下，動物從水中吸收是比較重要的途徑；而在慢性污染的情況下，取食的途徑一般較為重要。與食物的供應情況有關。當食物充足時，則從取食的途徑吸收污染物更為重要。第二十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月24 生物能吸收環(huán)境中的有毒物質，并能把這些有毒物質儲存在體內，生物的這種儲存毒物量隨時間的推移而不斷增加生物富集。2.2 遷移和積累1、生物富集機制生物富集主要決定于種的生物學特性、毒物的性質以及環(huán)境特點。生物學特性：生物富集主要決定于生物本身特性，特別是決定于生物體內存在著和毒物相結合的某類物質活性強弱和數(shù)量多少，生物體內凡是能

13、和毒物形成穩(wěn)定結合物的物質，都能增加生物富集量。污染物的特性：生物富集量的大小，還決定于污染物的性質，即決定于污染物的物質結構、元素價態(tài)、存在形態(tài)、溶解度以及環(huán)境因子的影響。第二十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月252、影響生物富集的因素污染物濃度與富集：一般來說，水中污染物的濃度越高，生物體對污染物的積累量越多。不同器官富集的差異：生物不同部位富集毒物量是不同的。毒物性質與富集：毒物的性質也是決定植物體內分配差異的主要原因。污染物濃度與富集系數(shù)：生物體內污染物含量與環(huán)境介質中污染物濃度呈極顯著相關，但富集系數(shù)與環(huán)境中毒物濃度沒有顯著相關性。第二十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于20

14、22年6月26環(huán)境因子與生物富集：溫度、鹽度和光照等環(huán)境物理因素，能明顯地影響海洋生物對污染物質的吸收和積累。生物因素：能影響生物個體對污染物質吸收的因素很多，如年齡、體重、不同發(fā)育階段、性別等。食物鏈與生物富集：食物鏈和食物網是生態(tài)系統(tǒng)的基本營養(yǎng)結構，也是污染物在生態(tài)系統(tǒng)遷移和轉化的重要途徑，而污染物能否沿著食物鏈積累，取決于污染物在環(huán)境中是否比較穩(wěn)定的，能夠被吸收的，不易被生物體在代謝過程中所分解的。第二十六張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月27 污染物進入水生生態(tài)系統(tǒng)后，直接和間接地接觸各類水生生物，產生生物降解和生物積累的過程。 生物降解是指生態(tài)系中的生物能對天然的和合成的有機

15、物質進行破壞和礦化作用的過程，主要有三個方面：污染物和生物體某些成分結合（絡合、螯合），不再參加代謝活動，使污染物失去或減輕毒性；污染物在酶的作用下通過氧化、還原、水解、脫鹵、芳環(huán)羥基化和異構化過程，使毒物的毒性降低，甚至徹底失去毒性；生物通過分泌、排泄，把毒物排出體外。3.污染物在水生生態(tài)系統(tǒng)中的轉化與降解第二十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月28微生物對天然的和合成的有機化合物進行生化分解，通過礦化作用和轉化作用形成無機物(碳水化合物、水、硝酸鹽、磷酸鹽、金屬氧化物等)微生物在轉化過程中能夠把所有的(天然和人工的)有機物轉變?yōu)榛A化合物(氨基酸、嘌呤堿、嘧啶堿、細胞基礎代謝循環(huán)

16、中的基質等幾十種物質)，并從中得到主要的能量，這種轉化稱為預制代謝反應。通過轉化作用改變和簡化了有機物質的結構，這就是微生物的降解作用。3.1 微生物的降解作用第二十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月293.2 水生生物的降解作用2008年7月19日上午，由共青團天津市委、市水產局和今晚經濟周報聯(lián)合舉辦的“保護母親河”海河水生生物增殖放流儀式在海河岸邊舉行。此次放流活動向海河投放鰱魚160萬尾，鳙魚140萬尾，共計300萬尾，對水域生態(tài)環(huán)境修復將起到積極的促進作用。第二十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月30重金屬的生物轉化：重金屬污染物進入生物體后，在有關酶系統(tǒng)的催化作用

17、下，改變其原來的理化性質，被稱為生物轉化作用。汞的生物甲基化：金屬汞和二價離子汞等無機汞，在微生物和其他生物的作用下，轉化成甲基汞和二甲基汞。3.3 幾種典型污染物的生物轉化和降解第三十張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月31其他一些重金屬的生物轉化：As對人和動物的中樞神經系統(tǒng)、大多數(shù)高等和某些低等生物均有毒性，無機離子亞砷酸()的毒性要比砷酸鹽()大，揮發(fā)性三甲基砷(CH3)3As也有毒性。 單(雙)甲基砷化合物 三甲基砷化物無機砷酸鹽 二甲基砷酸鹽青霉素菌甲烷桿菌第三十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月32石油的生物降解：很多水生生物都能夠一定程度的降解石油烴，如藻類、水

18、生植物、水生動物等，但主要的降解生物仍是細菌、真菌等微生物。微生物對石油烴的降解是在一系列酶的作用下完成的。物理特性：液態(tài)芳烴在水烴界面時能被細菌代謝，但在固態(tài)時很難被利用?；瘜W特性：通常將石油分為飽和烴類、芳烴類、含氮、硫和氧以及瀝青烯。這些組分的變化往往影響其生物降解的速率。第三十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月33溫度：烴類的降解活動有相當寬的溫度范圍，從0以下直到70均能發(fā)現(xiàn)：溫度能明顯地影響烴類的降解速率。溫度可以直接影響微生物的生長和繁殖，又可以影響石油的理化性質。營養(yǎng)鹽：大多數(shù)學者認為，N和P是石油生物降解的限制因子，F(xiàn)loodgate提出了“氮需要量”的概念。氧：盡

19、管在厭氧條件下微生物也能降解烴類，但比在好氧條件下慢得多。鹽度、壓力、微量元素、有機氯農藥第三十三張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月34有機氯農藥的生物降解：DDT的生物降解：已有研究結果表明，微生物、藻類、浮游生物、脊椎動物和人都能不同程度地對DDT進行代謝。代謝產物：DDT的主要代謝機制，是還原去氯，通過去氯DDT轉化成DDD，這個機制是1963年Kallman和Andrew、用酵母進行試驗首先發(fā)現(xiàn)的，次年，Barker也用實驗證明了。第三十四張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月35水生生物對DDT的代謝：Patil于1972年從海水、水表層膜和沉積物中分離出100株微生物，

20、經試驗其中有35株微生物能夠降解pp-DDT，主要產物是pp-DDD。此后，不斷有實驗發(fā)現(xiàn)一些藻類、浮游生物、水生無脊椎動物和魚類能代謝DDT。六六六的生物降解：六六六在環(huán)境中的穩(wěn)定性比DDT差，較易分解。六六六在環(huán)境中被迅速地降解，主要由于微生物作用的結果。第三十五張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月36 污染物進入水生生態(tài)系統(tǒng)以后，勢必參與其生物地球化學循環(huán)，存在于水生生態(tài)系統(tǒng)的各個組分中，對生態(tài)系統(tǒng)各組分產生影響（即生態(tài)效應）。當生物體內污染物積累到一定數(shù)量后，就會出現(xiàn)受害癥狀，生理受阻、發(fā)育停滯，甚至死亡，直到系統(tǒng)結構、功能受損、崩潰。4.污染物對水生生態(tài)系統(tǒng)的影響第三十六張，P

21、PT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月371.對水生植物生長發(fā)育的影響：不同濃度的重金屬離子(Hg、Cd等)對水生植物根生長產生明顯的影響。鳳眼蓮和荇菜試驗結果表明，低濃度(0.005mg/L)時能夠促進其生長，而后隨其濃度的增高，根的生長量減少，增長率降低，斷根增加，這種抑制作用主要是根尖生長點的細胞分裂受到抑制，最終導致生物產量的降低。4.1 對水生植物的影響第三十七張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月382.對水生植物生理生化過程的影響：對細胞膜透性的影響：細胞膜透性是評價植物對污染物反應的基本方法之一，實驗表明，細胞外滲液電導度和鉀離子濃度，均與水體鎘濃度呈非常顯著的正相關關系。對

22、光合作用的影響：鎘對綠藻光合作用的影響非常顯著，鎘污染可以影響葉綠素含量，也可以引起色素比率的改變。第三十八張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月39對呼吸作用的影響：污染物對水生植物呼吸作用的影響非常明顯。重金屬對呼吸作用的影響與其對呼吸酶的干擾有關，低濃度鎘對酶活性的刺激是呼吸增強的原因，鎘刺激三羧酸循環(huán)以產生能量，但隨鎘濃度增加，酶活性受抑，呼吸作用下降。此外，污染物還能影響植物體內的化學組成成分。如鎘影響高等水生植物可溶性糖的含量。第三十九張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月404.2 對水生動物的影響污染物會直接影響生活在湖泊、江河中的水生動物。第四十張，PPT共四十八頁，

23、創(chuàng)作于2022年6月41重金屬能嚴重影響和破壞魚類的呼吸器官，導致呼吸機能減弱。三種有機氯農藥可使鯰魚的紅血球和血紅蛋白下降；對水鳥及哺乳動物的繁殖有嚴重的影響。某些污染物還能誘發(fā)動物癌癥，如二甲亞硝胺喂虹鱒。污染物對動物生理的改變必將影響動物的繁殖，因而嚴重影響種群的延續(xù)。如巴倫支海和波地尼亞灣海豹繁殖率極低，育齡雌海豹懷孕率只有27%，體內PCBs含量較高是主要原因。第四十一張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月421.水體富營養(yǎng)化的概念：指水體接納過量的氮、磷等營養(yǎng)物質，使藻類以及其他水生生物異常繁殖，水體透明度和溶解氧變化，造成水質惡化，加速水體老化，從而使水生生態(tài)系統(tǒng)和水功能受到影響和破環(huán)，嚴重的甚至發(fā)生“水華”。4.3 水體富營養(yǎng)化第四十二張，PPT共四十八頁，創(chuàng)作于2022年6月432.富營養(yǎng)化的危害：水質惡化：水體中藍藻和綠藻大量繁殖，浮游植物個體數(shù)劇增；水體中懸浮物數(shù)量增加；產生有異味的有機物質；水體pH上