污染物在生物链中的生物富集

生态学

污染物在生物链中的生物富集

草业科学

王佩羽

10090305068

污染物在生物链中的生物富集

王佩羽草业科学10090503068

摘要：

在生态环境中，由于食物链的关系，一些物质如金属元素或有机物质，可以在不同的生物体内经吸收后逐级传递，不断积聚浓缩；或者某些物质在环境中的起始浓度不很高，通过食物链的逐级传递，使浓度逐步提高,最后形成了生物富集或生物放大作用。对整条食物链进行系统而完整的研究，国内外学者对污染物在水生陆生食物链中的生物积累、生物放大和预测模型探讨。开展对污染物在食物链中积累、放大及相关预测模型更深入更完整的研究,已成为当前生态学和环境科学研究的重点课题和前沿领域。

关键词：污染物；生物放大；生物积累；食物链

人类在改造客观世界、提高生活质量的同时，对环境的破坏日益加重。随着环境质量的下降，许多动物的栖息地遭到破坏，生物多样性和生态平衡受到严重威胁。在生态环境中,由于食物链的关系,一些物质如金属元素或有机物质,可以在不同的生物体内经吸收后逐级传递,不断积聚浓缩;或者某些物质在环境中的起始浓度不很高,通过食物链的逐级传递,使浓度逐步提高,最后形成了生物富集或生物放大作用

研究生物放大,特别是研究各种食物链对哪些污染物具有生物放大的潜力,对于确定环境中污染物的安全浓度等,具有重要的意义.

1 重金属污染

重金属污染是陆地生态系统中的重金属浓度超过自然背景水平且导致生态破坏或环境质量下降的一种现象。重金属主要是指汞、镉、铅、铜、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属，以及具有一定毒性的锌、钴、镍、锡等。

1.1重金属在海洋食物链中的传递

近年来，金属在不同海洋食物链中摄食富集的定量研究得到越来越多的关注。自然环境中生物体内金属的浓度并不一定和生物在食物链中所处的营养级有相关关系，金属在生物体内的富集还受到生物的同化，排出等过程以及其它生理生化因子的影响[1]。在经典的海洋浮游生物食物链中（浮游植物--桡足类--鱼类）桡足类往往可以很有效地排出体内的金属，同时鱼类的金属同化率又很低，所以该食物链中金属的浓度随食物链水平增加而减少。

目前研究发现只有甲基汞和铯会被食物链所放大。在以腹足动物为顶级捕食者的底栖食物链中，因为生物结合金属的效率很高，高同化率和低排出率导致金属浓度在生物体内得到放大。重金属在生物体内的可利用性可以通过测定同化率、排出率等参数、并结合考虑生物对该金属的消化行为，运用一个简易的动态模型来估算。已有的研究中人们多考虑金属的化学性质对食物链传递的影响。着重介绍了近年来国外对金属在不同海洋食物链（底栖和浮游）中的传递的研究成果，强调在金属的生物可利用性评估中，要充分考虑到动物的生理、生化过程的影响，同时也必须认识到不同的海洋生物有着复杂且不同的金属代谢机制[2]。1.1.1不同海洋食物链中各营养级的金属蓄积

关于海洋食物链上不同营养级的生物体内金属的蓄积已经有很多报道，目前可用常规的方法测定金属在不同生物体或器官中的浓度，大量的研究证实，生物体内的金属浓度差异不仅存在于种间，也存在于种内。

大多数金属经过食物链传递被生物富集的规律目前尚难以准确地掌握。但是对某些金属人们已经有了较深入的了解。例如沿浮游植物--浮游动物--鱼类这一浮游生物食物链的传递

过程中，Cd的浓度通常会随着营养级的升高而降低。Hg却相反。

金属在生物体内的浓度同时与生物蓄积金属的特定生理方式有关。例如在深海缩甲虾体内Cd的浓度就远比食物中的含量高。一般而言，金属沿着底栖或浮游生物食物链的传递过程中，经过不同的营养级浓度会被生物放大还是稀释，不同的食物链或金属有不同的规律。同时，食物链之间错综复杂的关系如何影响金属向高营养级的输送至今仍不清楚，由于不同生物对金属的代谢机制不同，食物链关系越错综复杂，金属生物可利用性的变化也越大，目前这方面的研究才刚刚起步，对于不同金属在不同海洋食物链或在不同海洋生态系中的传递差异了解还甚少。

1.1.2浮游植物到浮游动物再到鱼类的金属传递

多年中, 科研人员深入研究了海洋中浮游动物，主要为桡足类，对浮游植物的金属同化率早期的实验结果得出，桡足类对金属的同化率和金属在浮游植物细胞质中的含量有直接的关系，意味着桡足类的肠道通过时间会比较短，虽然这一假说得到了一些实验数据的支持，但它仍有一定的局限性，其中最大的一个不足是仍将桡足类的消化过程考虑成一个简单的物理过程，而忽略了金属在肠道中发生的化学过程。

最近关于桡足类对硅藻细胞壁碎屑自身粪便颗粒以及活体浮游植物中的金属同化率研究证明桡足类的摄食机制远较液相摄食假说复杂。研究结果也发现食物种类、质量对金属同化率的影响很小。在一定范围内，随着GPT的增长，金属的同化率是升高的，直到一个最大的域值，超过这个域值后，同化率将成为一个定值。近期也有报道说，金属可以和金属硫蛋白结合，但是这种结合是否会影响金属同化率尚不清楚。此外，对各种生理以及生化条件对桡足类金属同化率的影响机制也不是十分清晰。一般认为，必需金属的同化率比非必需金属的同化率来得高，但金属同化率又受到其它环境因素的影响，根据目前的了解, 一般金属的颗粒活性越强其同化率就越低，不同桡足类生物之间的金属同化率没有明显差异。但令人费解的是, 金属的周转率并不受食物水平的影响, 显然, 金属在桡足类具有高排出率的机制尚有待进一步研究。

1.1.3 浮游植物到滤食性双壳类再到腹足类动物的金属传递

放射性示踪脉冲给食技术已经成为研究海洋双壳类对食物相金属的同化率的常用手段，近年来对贝类的同化率做了大量的研究，结果表明软体动物对不同食物的同化率有很大差异，与绿藻结合的金属同化率通常最低[3]。主要原因是藻的细胞壁太厚，不易消化。和食物质量的影响相比，金属本身的理化性质对同化率的影响更大。

在海洋底栖食物链中，腹足动物和棘皮动物常处最高营养级。已有的研究发现，它们对金属的同化率很高。

金属和金属硫蛋白（易被生物利用）以及矿化解毒颗粒（难以被生物利用）的结合是腹足动物高金属同化率的可能原因。自然条件下腹足动物体内就含有很高的金属硫蛋白。肠道内也有很多含金属配位基的解毒颗粒，因而造成金属的高同化率。与此同时，金属的排出速率又是异常地低，一些金属在腹足类的生物半衰期可达到数年。已有的研究表明，腹足类可能为金属排出速率最低的一类生物。

海洋无脊椎动物富集金属的复杂机制以及金属的结合形态对其在食物链中的传递的控制作用都尚待进一步研究)更重要的是，虽然这个领域已有一些指导性的原理，还需要着重探讨物理化学性质对金属生物可利用性的影响。在决定金属传递因子的参数中，动物的摄食率难以被准确测定，现在只能给出一个摄食率高值和低值的大概区间，而摄食率本身受食物量、组成成分和摄食选择性的影响。因此传递因子数值随之变化，因此水生动物的摄食生理，例如对食物的选择性是否影响金属在食物链中的传递尚待进一步研究。未来的研究重点之一仍是生物的生理生化过程对金属的生物可利用性的调控。

1.2 重金属污染对鸟类的影响