环境生物学第四章环境污染物在生态系统中的行为

第四章环境污染物在生态系统中的行为一、环境污染概述1.环境污染（EnvironmentalPollution）:有害物质或因子进入环境，并在环境中扩散、迁移、转化，使环境系统结构与功能发生变化，对人类以及其他生物生存、发展产生不利影响的现象。通常，环境污染主要指人类活动所引起的环境质量下降而有害于人类及其它生物的正常生存和发展的现象。自然过程引起的同类现象称为自然突变或异常。2.环境效应——环境污染所导致的环境变化⑴环境生物效应:指各种环境因素变化而导致生态系统变异的效果,如水利工程、森林砍伐、癌症患者增多。⑵环境化学效应:在多种环境条件的影响下，物质之间的化学反应所引起的环境效果。如环境的酸化、土壤的盐碱化、地下水硬度的升高、光化学烟雾的发生等。⑶环境物理效应:环境物理效应是物理作用引起的环境效果。如热岛效应、温室效应、噪声、地面沉降等。3.污染源（PollutionSource）工业污染源农业污染源交通运输污染源生活污染源污染物的自然来源（NaturalSource）:自然界向环境排放，如：活动的火山污染物的人为来源（ArtificialSource）:来自人类活动，影响范围广、危害大4.污染物（Pollutant）：进入环境后使环境的正常组成结构、状态和性质发生变化，直接或间接有害于人类生存和发展物质。生产性污染物和生活污染物一次污染物和二次污染物：二次污染物：进人大气一次污染物之间相互作用；一次污染物与正常大气组分发生化学反应；太阳辐射下引起光化学反应而产生新污染物，它常比一次污染物对环境和人体危害更为严重。优先污染物（PriorityPollutant）：在众多的污染物中筛选出的潜在危险大的作为优先研究和控制对象的污染物，亦称优先控制污染物。主要针对下列污染物：有毒有机化学污染物、生物难降解性物质、具有生物积累性、三致性污染物。环境污染的特点：影响范围大；作用时间长；污染物浓度低、情况复杂；污染容易、治理难。二、污染物在环境中的迁移1.迁移：污染物在环境中发生的空间位置的移动及其引起的富集、分散和消失的过程。2.污染物进入环境的主要途径（1）人类活动过程中无意排放(如交通事故和火灾)。（2）工业三废(废水、废气和固体废物徘放)。（3）人类活动过程中故意应用。注：①进入环境的污染物可以在各个环境要素（水、气、土）中发生迁移并输送到很远的距离。②污染物的长距离传送，往往由局部性污染引发区域性污染甚至全球性污染，这也是环境污染成为当代主要环境问题的原因之一。3．污染物的迁移和转化（污染物的环境行为）：污染物进入环境后由于自身物理化学性质的决定和环境因素的影响，在空间位置或形态特征等方面发生一系列复杂的变化，又叫污染物的环境行为（environmentalbehavior）。4.污染物在环境中的迁移方式㈠机械迁移:废水、废气、废渣的排放、丢弃、搬运以及各种有毒、有害物质在生产、生活中的应用包括：水的机械迁移作用,气的机械迁移作用,重力的机械迁移作用㈡物理－化学迁移★污染物在环境中迁移的最重要的形式。（1）溶解－沉淀作用、络合－螯合作用、吸附－解吸作用、氧化－还原作用、水解作用（2）化学分解、光化学分解、生物化学分解㈢生物迁移:污染物通过生物体的吸附、吸收、代谢、死亡等过程而发生的迁移.例：生物通过食物链对重金属的放大积累作用A.生物浓缩:生物体内该污染物的浓度超过环境中的浓度。B.生物积累:生物在其整个代谢活跃期间通过吸收、吸附、吞食等各种过程，从周围环境中蓄积某些元素或难分解化合物，以致随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象，又称生物学积累。C.生物放大：在生态系统中，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某元素或难分解化合物在生物机体中浓度随营养级的提高而逐步增大的现象，又称生物学放大。D.生物浓缩系数（BioconcentrationFactor,BCF）:作用：用于阐述生物浓缩、生物积累和生物放大平衡浓缩系数：生物通过吸收、吸附、吞食、排出等过程，经历一段时间后达到平衡状态时的浓缩系数。即物质交换达到动态平衡时的浓缩系数。一般多用来表示某种物质在水中的浓度同在水生生物体内的浓度之间的关系.三个概念的有何区别？生物浓缩：C体内C环境生物积累：t（生长期），生物放大：营养级，研究意义:①阐明人类的接触时间、浓度、途径、方式和条件，即接触的真实情况。②迁移与转化的相互关系：迁移为转化提供了环境条件，转化又为迁移提供了新的理化特征等物质基础。环境中该污染物的浓度生物体内污染物的浓度BCFK5.污染物的形态和分布⑴污染物的形态:环境中污染物的外部形状、化学组成和内部结构的表现形式。⑵污染物的分布:污染物在环境多组分间分布，不仅指在环境空间的浓度分布，而且还指污染物不同形态、不同相态之间的分配。三、污染物在环境中转化1.污染物转化（transformationofpollutants）:污染物在环境中通过物理的、化学的或生物学的作用改变形态或转变成另一物质的过程。2.转化形式：一、物理转化:指污染物通过蒸发、渗透、凝聚、吸附，以及放射性元素的蜕变等一种或几种过程实现的转化。与污染物的迁移关系密切，如有机物的蒸发。二、化学转化:通过各种化学反应而发生的转化，如氧化-还原、水解、络合、光化学反应。如：大气中的光化学烟雾水体中主要为氧化-还原与水解络合，例砷的价态变化土壤中农药的降解:吸附催化而加速塑料的降解。三、生物转化与生物降解作用:转化的结果：两种可能：污染物转化为无毒物质或易降解结构;污染物的毒性增强或转化为难降解结构四、污染物的生物地球化学循环:生物的合成作用和矿化作用所引起的污染物周而复始的循环运动过程合成作用：生物（主要是绿色植物）将吸收的环境化学物质转变为生物体本身的有机物质的过程。矿化作用：生物通过代谢作用（包括微生物的分解作用）将生物体的有机物质转化为无机物质或简单的有机物。循环过程（植物-动物-微生物）环境污染物对人体的毒作用的特点1.多种污染物联合作用，少数情况下是一种污染物的毒作用2.多数情况下是低浓度，少数情况下是…3.多数是长期作用，少数情况是一次作用4.多种途径，如呼吸道、消化道、器官移植等5.物理、化学和生物学的作用，发生一系列变化（转化），产生不同的危害6.在污染范围内作用于整个人群，其中高危人群受到的影响较早、较重四、污染物在生物体内生物转运、转化1.生物转运（biotransport）：外来化合物在生物体内发生位移的过程，包括吸收，分布和排泄。是指环境污染物经各种途径和方式同生物机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。这些过程都需要通过细胞的膜结构。结果:污染物在生物体内位移;不同器官、组织等接触不同浓度的污染物I、生物膜功能：能保持细胞和细胞器内部理化性质的稳定选择性地允许或不允许某些物质透过，以使吸收和排出一些物质传递信息生物膜上的酶类(如混合功能氧化酶类等)对化学物质的生物转化过程起催化作用II、毒物的跨膜转运方式1.膜蛋白是膜功能主要体现者。核基因组编码蛋白质中30%左右为膜蛋白2.膜蛋白在膜中的运动:1.侧向扩散2.旋转运动3.膜脂和膜蛋白处于不断的运动状态，称为膜的流动性，是细胞进行生命活动的必要条件。4.膜流动性的生理意义:当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。污染物毒性与生物膜什么特性有关？通透性毒物的跨膜转运方式生物膜对物质的转运不起主动作用非脂溶性的、分子量较大的化学物质必须与生物膜组成成分发生可逆性结合，形成复合物膜行使载体的功能，运转、释放、再次转运特点方式浓度梯度载体？耗能？其它特点简单扩散高浓度低浓度（顺）无否脂溶性有机化合物的主要转运方式滤过过程通过膜上的亲水性孔道主动转运低浓度高浓度（逆）有耗能水溶性大分子化合物的主要方式易化扩散高浓度低浓度（顺）有否胞饮作用内吞物质为液体吞噬作用内吞物质为固体物质二、生物转运的过程(一）、污染物在哺乳动物体内生物转Ⅰ、吸收：环境化学物自接触部位，经各种途径透过机体的生物膜而进入血液的过程.消化道：最主要的途径，饮水和进入食物链的环境污染物部位：可在消化道的任何部位，主要在小肠（有机碱）、胃（有机酸）方式：主要胃简单扩散，也有滤过与主动运输呼吸道：生产性毒物（蒸汽、气体、气溶胶）侵入机体的主要途径部位：主要在肺部吸收特点：对脂溶性、非脂溶性和离子都具有高度的通透性，速度仅次于静脉注射方式：被动扩散、吞噬作用皮肤：部位：1、表皮2、皮肤附属器（毛囊、汗腺及皮脂腺）吸收特点：对脂溶性、非脂溶性和离子都具有高度的通透性，速度仅次于静脉注射方式:简单扩散三．生物转化的过程相I过程（反应）:外源性化合物在有关酶系统的催化下经由氧化、还原或水解反应改变其化学结构，形成某些活性基团（－OH、－SH、－COOH、－NH2）或进一步使这些活性基团暴露。主要类型：氧化（微粒体混合功能氧化酶系（MFOS）催化的氧化反应），还原，水解相II过程（反应）:相I过程产生的一级代谢物在另外的酶系统催化下通过上述活性基团与细胞内的某些化合物结合，生成结合产物（二级代谢物）或带有某些基团的外源性化合物与细胞内物质结合反应。主要类型：结合反应四．微生物对生物外源性物质的转化主要有以下几种形式：脱卤（主要是脱氯），如DDT的脱氯还原，将生物外源性物质上的取代基，特别是硝基，进行还原；水合反应，如对有机氰的水合反应，形成无毒的含氮有机化合物※外源性化合物生物转化：解毒作用（失活）：毒性降低，易于排出，或使其转变为易于被其它微生物所降解的化合物。增毒作用（活化）：使其毒性增加Ⅱ.分布(distribution):环境化学物被吸收进入血液和体液后，随血液和淋巴的流动分散到全身各组织的过程。1、分布具体的过程：⑴外来物质与内源性物质结合：血浆蛋白、脂蛋白、多肽、有机酸⑵运输：主要途径是循环系统⑶分布：同一外来物质在生物体不同组织间的分布有相当大的差异Ⅲ、排泄主要从肾脏，其次是经肝脏，挥发性物质可经呼吸道随呼出气排出1.肾脏排泄：过程：肾小球滤过肾小管重吸收肾小管主动转运2.肝脏排泄：主要转化部位；也可被肝细胞直接排泌入胆汁，不再进入血液循环转运系统：输送有机酸系统、输送有机碱系统、输送中性化合物系统、金属转运系统；过程：主动转运去向：肝肠循环3.肺：对象：由呼吸道进入体内的气态、挥发性液态及不溶解的颗粒状外来物过程：简单扩散4.其他：乳汁汗液唾液毛发，指甲：有些毒物如重金属可通过指甲和毛发排出（二）、污染物在植物体内生物转运的过程Ⅰ、污染物在植物体的吸收进入植物体内三条途径：1、根部吸收以及随后随蒸腾流而运输到植物各部分2、暴露在空气中的植物地上部分，主要通过叶片上的气孔：大气污染物3、通过植物地上表皮渗透：有机污染物(蒸气态)Ⅱ、污染物在植物体内的运输运输部位：XB在植物体内的远距离运输主要由维管系统完成,包括木质部导管和韧皮部筛管运输方向：根部吸收的无机离子主要经木质部向上运输；植物叶片吸收磷酸以后沿着韧皮部向下运输；也有部分叶片吸收的磷酸从韧皮部横向运输到木质部Ⅲ、污染物在植物体内的分布污染物在植物体内分布的影响因素1、XB能否进入通道：重金属进入运输唯一的通道是穿过内皮层的原生质体进入内皮层以内2、运输距离：通常XB在植物体内的分布格局与其在植物体内的运输距离有关Ⅳ、植物对污染物的排泄:无专门的排泄系统，但仍然需要向体外排泄体内多余的物质和代谢废物，主要排泄方式有：分泌五生物对污染物在环境中行为的影响A、生物引起的污染生物污染（BiologicalPollution）：对人和生物有害微生物、寄生虫等病原体和变应原等污染水、气、土壤和食品，影响生物产量和质量，危害人类健康。生物性污染来自于：⑴微生物及其产物的污染:※作用分解作用;微生物是地球生物演化中的先锋种类：微生物（细菌和蓝细菌）是最早出现的生物体，在生物发展进化的初始阶段起着不可替代的作用。微生物在物质循环中的作用：地球上90%以上有机物的矿化都是由细菌和真菌完成。※危害微生物致病菌污染，对