生物擴大生物富集

1、生物擴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

2、生物濃縮或生物積累來解釋。直至20世紀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1973年起，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)如金屬元素或有機物質(zhì)

3、，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?.0001mgL時，浮游生物體內(nèi)含汞量可達0010.002mgL，小魚體內(nèi)可達0.20.5mgL，而大魚體內(nèi)可達15mgL，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

4、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菌過濾性病毒。四是腐生性食物鏈，指的是以腐爛的動

5、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。總的說來，初級生產(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DDT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。1962年，美國的雷切爾卡遜在其《寂靜的春天》中充分描述了以DDT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

6、。但是，DDT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，DDT在海水中的濃度為5.0X1011g，而在浮游植物中則為4.0X108g，在蛤蜊中為4.2X107g，到銀鷗時就達75.5X106g。DDT從初始濃度到食物鏈最后一級的濃度擴大了百萬倍，這就是典型的生物擴大作用。DDT對英國雀鷹（Accipiternisus）的影響也是災(zāi)難性的。早在20世紀60年代，雀鷹遭受了顯著的毀滅，部分原因是由于DDT的生物放大作用，由于使

7、母鳥吃了富集DDT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19世紀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

8、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，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

9、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，而且可通過血腦屏障進入大腦，與大腦皮層的巰基結(jié)合，影嚴重的生態(tài)平衡失調(diào)，從而威脅到人類的生存時，稱為生態(tài)危機（ecologicalcrisis），即

10、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)危機就很難在短期內(nèi)恢復(fù)平衡。也就是說，生態(tài)危機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識到的環(huán)境問題主要有：全球變暖、臭氧層破全球變暖、臭氧層破壞、酸雨、淡水資源危機、

11、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)品污壞、酸雨、淡水資源危機、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)品污染等眾多方面。（1）全球變暖全球變暖是指全球氣溫升高。近100多年來，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。進入八十年代后，全球氣溫明顯上升。1981～1990年全球平均氣溫比100年前上升了0.48℃。導(dǎo)致全球變暖的主要原因是人類在近一個世紀以來大

12、量使用礦物燃料（如煤、石油等），排放出大量的CO2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20～30公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

13、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（O3）作用，使其變成氧分子（O2），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

14、的標志。到1994年，南極上空的臭氧層破壞面積已達2400萬平方公里。南極上空的臭氧層是在20億年里形成的，可是在一個世紀里就被破壞了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10～15％，西伯利亞上空甚至減少了35％。因此科學(xué)家警告說，地球上空臭氧層破壞的程度遠比一般人想象的要嚴重的多。(3)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pH值小于5.6的酸性降水。受酸雨危害的地區(qū)，出現(xiàn)了土

15、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，但大氣污染物遠距離遷移的問題卻更加嚴重，污染物越過國界進入鄰國，甚至飄浮很遠的距離，形成了更廣泛的跨國酸雨。此

16、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)進一步擴大。全球受酸雨危害嚴重的有歐洲、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）淡水資源危機地球表面雖然23被水覆蓋，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

17、。然而，在這樣一個缺水的世界里，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，全球淡水危機日趨嚴重。目前世界上100多個國家和地區(qū)缺水，其中28個國家被列為嚴重缺水的國家和地區(qū)。預(yù)測再過20～30年，嚴重缺水的國家和地區(qū)將達46～52個，缺水人口將達28～33億人。我國廣大的北方和沿海地區(qū)水資源嚴重不足，據(jù)統(tǒng)計我國北方缺水區(qū)總面積達58萬平方公里。全國500多座城市中，有300多座城市缺水，每年缺水量達5

18、8億立方米，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quot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)