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(guò)食物鏈的延長(zhǎng)和營(yíng)養(yǎng)級(jí)的增加在生物體內(nèi)逐級(jí)富集，濃度越來(lái)越大的現(xiàn)象。許多有機(jī)氯殺蟲(chóng)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(duì)評(píng)價(jià)化學(xué)物質(zhì)對(duì)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(gè)食物鏈上，高位營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物體內(nèi)來(lái)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(yíng)養(yǎng)級(jí)生物的現(xiàn)象。生物放大一詞是專(zhuān)指具有食物鏈關(guān)系的生物說(shuō)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(lái)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(jí)增大時(shí)，多將這種現(xiàn)象稱(chēng)為生物濃縮或生物積累。直到1973年起，科學(xué)家們才開(kāi)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(kāi)來(lái)。研究生物放大，特別是研究各種食物鏈對(duì)哪些污染物具有生物放大的潛力，對(duì)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)

3、，可以在不同的生物體內(nèi)經(jīng)吸收后逐級(jí)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(guò)食物鏈的逐級(jí)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(shí)，浮游生物體內(nèi)含汞量可達(dá)0010.002mgL，小魚(yú)體內(nèi)可達(dá)0.20.5mgL，而大魚(yú)體內(nèi)可達(dá)15mgL，大魚(yú)體內(nèi)汞比海水含汞量高1萬(wàn)6萬(wàn)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(jí)體內(nèi)的含量提高幾十倍甚至成千上萬(wàn)倍，因而可能對(duì)

4、人和環(huán)境造成較大的危害。生物放大作用是通過(guò)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(lèi)。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(shù)葉碎片及小藻類(lèi)蝦（蟹）魚(yú)食魚(yú)的鳥(niǎo)類(lèi)。三是寄生性食物鏈，是以大動(dòng)物為基礎(chǔ)，小動(dòng)物寄生到大動(dòng)物上形成的食物鏈。如哺乳類(lèi)跳蚤原生動(dòng)物細(xì)菌過(guò)濾性病毒。四是腐生性食物鏈，指的是以腐爛的動(dòng)

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(guò)食物鏈完成的?？偟恼f(shuō)來(lái)，初級(jí)生產(chǎn)者所產(chǎn)生和固定的能量、物質(zhì)，通過(guò)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(chóng)劑通過(guò)食物鏈的逐步濃縮，能充分說(shuō)明它們對(duì)人類(lèi)健康的危害。1962年，美國(guó)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(chóng)劑對(duì)環(huán)境、生物和人類(lèi)健康的危害，甚至連美國(guó)的國(guó)鳥(niǎo)白頭海雕也因殺蟲(chóng)劑的使用而幾乎滅絕

6、。但是，DDT的生物放大危害作用并沒(méi)有得到充分揭示。一項(xiàng)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(shí)就達(dá)75.5X106g。DDT從初始濃度到食物鏈最后一級(jí)的濃度擴(kuò)大了百萬(wàn)倍，這就是典型的生物擴(kuò)大作用。DDT對(duì)英國(guó)雀鷹（Accipiternisus）的影響也是災(zāi)難性的。早在20世紀(jì)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(niǎo)吃了富集DDT的小蟲(chóng)和其他食物，它產(chǎn)下的卵的卵殼太薄，使得卵在孵出小鳥(niǎo)之前就很容易破碎，因而對(duì)雀鷹造成滅頂之災(zāi)。中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所的研究人員還發(fā)現(xiàn)，我國(guó)典型湖泊底泥中19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(guò)環(huán)境物理因素再轉(zhuǎn)移，但卻可通過(guò)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(guò)生物富集或生物放大對(duì)水生物和人類(lèi)的健康產(chǎn)生極大威脅。通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(guó)際學(xué)術(shù)界過(guò)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(diǎn)。由于生物放大作用，殺蟲(chóng)劑及其他有害物質(zhì)對(duì)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(chóng)劑在食物鏈中每向上傳遞一級(jí)，濃度就會(huì)增加，而頂級(jí)取食者會(huì)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(duì)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(lèi)食物

9、鏈，比如各種副食、肉類(lèi)和魚(yú)類(lèi)。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(duì)人和生物有害，但通過(guò)食物鏈的放大作用，對(duì)人和生物的危害就更大了。鉛對(duì)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(duì)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(guò)血腦屏障進(jìn)入大腦，與大腦皮層的巰基結(jié)合，影嚴(yán)重的生態(tài)平衡失調(diào)，從而威脅到人類(lèi)的生存時(shí)，稱(chēng)為生態(tài)危機(jī)（ecologicalcrisis），即

10、由于人類(lèi)盲目的生產(chǎn)和生活活動(dòng)而導(dǎo)致的局部甚至整個(gè)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(jué)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(shuō)，生態(tài)危機(jī)并不是指一般意義上的自然災(zāi)害問(wèn)題，而是指由于人的活動(dòng)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(lèi)生存和發(fā)展的現(xiàn)象。到目前為止已經(jīng)威脅人類(lèi)生存并已被人類(lèi)認(rèn)識(shí)到的環(huán)境問(wèn)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(jī)、

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(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(lái)，全球平均氣溫經(jīng)歷了冷－暖－冷－暖兩次波動(dòng)，總得看為上升趨勢(shì)。進(jìn)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(lèi)在近一個(gè)世紀(jì)以來(lái)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(duì)來(lái)自太陽(yáng)輻射的短波具有高度的透過(guò)性，而對(duì)地球反射出來(lái)的長(zhǎng)波輻射具有高度的吸收性，也就是常說(shuō)的溫室效應(yīng)“，導(dǎo)致全球氣候變暖。全球變暖的后果，會(huì)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(lèi)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(gè)臭氧層，其中臭氧含量占這一高度氣體總

13、量的十萬(wàn)分之一。臭氧含量雖然極微，卻具有強(qiáng)烈的吸收紫外線(xiàn)的功能，因此，它能擋住太陽(yáng)紫外輻射對(duì)地球生物的傷害，保護(hù)地球上的一切生命。然而人類(lèi)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(lèi)化合物以及其它用途的氟溴烴類(lèi)等化合物，它們受到紫外線(xiàn)的照射后可被激化，形成活性很強(qiáng)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(gè)最顯著

14、的標(biāo)志。到1994年，南極上空的臭氧層破壞面積已達(dá)2400萬(wàn)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(gè)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(shí)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(shuō)，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。(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(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。酸雨在五、六十年代最早出現(xiàn)于北歐及中歐，當(dāng)時(shí)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(lái)，許多工業(yè)化國(guó)家采取各種措施防治城市和工業(yè)的大氣污染，其中一個(gè)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(yuǎn)距離遷移的問(wèn)題卻更加嚴(yán)重，污染物越過(guò)國(guó)界進(jìn)入鄰國(guó)，甚至飄浮很遠(yuǎn)的距離，形成了更廣泛的跨國(guó)酸雨。此

16、外，全世界使用礦物燃料的量有增無(wú)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(guó)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(zhǎng)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23被水覆蓋，但是97％為無(wú)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(gè)缺水的世界里，水卻被大量濫用、浪費(fèi)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100多個(gè)國(guó)家和地區(qū)缺水，其中28個(gè)國(guó)家被列為嚴(yán)重缺水的國(guó)家和地區(qū)。預(yù)測(cè)再過(guò)20～30年，嚴(yán)重缺水的國(guó)家和地區(qū)將達(dá)46～52個(gè)，缺水人口將達(dá)28～33億人。我國(guó)廣大的北方和沿海地區(qū)水資源嚴(yán)重不足，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)北方缺水區(qū)總面積達(dá)58萬(wàn)平方公里。全國(guó)500多座城市中，有300多座城市缺水，每年缺水量達(dá)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(huì)城市、工業(yè)型城市。世界上任何一種生物都離不開(kāi)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(shí)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(lèi)生存帶來(lái)嚴(yán)重威脅，而且許多生物也正隨著人類(lèi)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(guó)的科羅拉多河、中國(guó)的黃河都已雄風(fēng)不再，昔日“奔流到海不復(fù)