第6章 水污染生态学

天然胁迫指正常的环境因子变化，如温度、光周期、光强、流 速、营养、溶解氧等因子的变化导致水生生物在结构与功能上的 变化。 人为胁迫指由于人为原因，如有毒化学物、热、营养物的富集 等对水生生物所产生的影响。
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1.水生生态系统中主要污染物质及其来源

水污染：指由于人为的原因使水质发生改变，导致水的任
的理化性质。 ④营养盐：大多数学者认为，N和P是石油生物降解的限制 因子，Floodgate提出了“氮需要量”的概念。 ⑤氧：尽管在厌氧条件下微生物也能降解烃类，但比在好氧
条件下慢得多。
⑥盐度、压力、微量元素、有机氯农药
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有机氯农药的生物降解：
①DDT的生物降解：已有研究结果表明，微生物、藻类、 浮游生物、脊椎动物和人都能不同程度地对DDT进行代谢。 ②代谢产物：DDT的主要代谢机制，是还原去氯，通过去
中污染物浓度呈极显著相关，但富集系数与环境中毒物浓
度没有显著相关性。
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⑤环境因子与生物富集：温度、盐度和光照等环境物理因素，能 明显地影响海洋生物对污染物质的吸收和积累。
⑥生物因素：能影响生物个体对污染物质吸收的因素很多，如年
龄、体重、不同发育阶段、性别等。 ⑦食物链与生物富集：食物链和食物网是生态系统的基本营养结 构，也是污染物在生态系统迁移和转化的重要途径，而污染物 能否沿着食物链积累，取决于污染物在环境中是否比较稳定的， 能够被吸收的，不易被生物体在代谢过程中所分解的。
主要途径。 ②同一种动物，对不同污染物吸收的途径也不完全相同。 ③在急性污染的情况下，动物从水中吸收是比较重要的途径； 而在慢性污染的情况下，取食的途径一般较为重要。 ④与食物的供应情况有关。当食物充足时，则从取食的途径 吸收污染物更为重要。
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生物能吸收环境中的有毒物质，并能把这些有毒物质储存在体内，生 物的这种储存毒物量随时间的推移而不断增加——生物富集。
结构、元素价态、存在形态、溶解度以及环境因子的影响。
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2、影响生物富集的因素
①污染物浓度与富集：一般来说，水中污染物的浓度越高，
生物体对污染物的积累量越多。
②不同器官富集的差异：生物不同部位富集毒物量是不同的。 ③毒物性质与富集：毒物的性质也是决定植物体内分配差异 的主要原因。 ④污染物浓度与富集系数：生物体内污染物含量与环境介质
1、生物富集机制
生物富集主要决定于种的生物学特性、毒物的性质以及环境特点。


生物学特性：
生物富集主要决定于生物本身特性，特别是决定于生物体内存在着和 毒物相结合的某类物质活性强弱和数量多少，生物体内凡是能和毒物
形成稳定结合物的物质，都能增加生物富集量。


污染物的特性：
生物富集量的大小，还决定于污染物的性质，即决定于污染物的物质
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2.污染物在水生生态系统中的迁移与积累
大致可分三个层次： ①污染物在生物个体内的转移：各种生物对污染物的吸收、积累，在
个体不同部位、组织或器官的转移，以及污染物被排出体外的过程。是 污染物在生态系统中迁移和积累的基础，与生物的生理生化特性密切相 关。
②污染物在食物链上的转移：是污染生态学的关键问题
水生动物对污染物的吸收：

水生动物既可以直接从水中吸收各种污染物，又可以通过取食
的途径摄取被污染的食物、悬浮物和沉积淤泥中的污染物。污
染物主要经过动物的体表、鳃和肠道吸收污染物。
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①较小的动物个体或处于食物链低营养级的生物，直接从水 中吸收污染物一般是较为重要的途径；而个体较大的动物
或处于食物链高营养级的动物，取食往往是吸收污染物的
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目前，中国大部分城市和地区水环境质量继续恶化：

我国现有污水的年排放量已达365亿吨，城市污水处理率仅7%，80%
以上未经处理的污水排入各种水体，引起水环境不同程度的污染。

全国1/3以上的河段受到污染，90%以上的城市水域污染严重。50%的 重点城镇水源地达不到国家饮用水卫生标准。

全国有监测的1200多条河流已有850条受到污染，集中在辽河、海河、
氯DDT转化成DDD，这个机制是1963年Kallman和Andrew、
用酵母进行试验首先发现的，次年，Barker也用实验证明
了。
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③水生生物对DDT的代谢：

Patil于1972年从海水、水表层膜和沉积物中分离出100株
微生物，经试验其中有35株微生物能够降解p'p-DDT，主
要产物是p'p-DDD。此后，不断有实验发现一些藻类、浮
水中含有大肠菌，表明已被污染。
⑤污水中有毒物质指标：我国已制定过“地面水中有毒物
质的最高容许浓度”的标准，列出了40种有毒物质。主
要包括重金属、有毒有机物及部分营养盐等。
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内源：指有害物质来源于系统内部，即由系统内部产生或储 存的有害物质，被释放出来引起水体污染。

外源：指来自系统以外污染源，外源通常又分为两种形式；
具有生物毒性的元素。

最主要的特性是在水体中不能被微生物降解，只能发生形态的 转化，以及分散和富集的过程，统称为金属迁移。其物理化学 过程包括：

（1）沉淀作用：重金属生成氧化物、磷化物、碳酸盐等而沉淀
（2）吸附作用
（3）氧化/还原作用 （4）络合作用
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湘江重金属污染
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4、农药：
所有的(天然和人工的)有机物转变为基础化合物(氨基酸、 嘌呤碱、嘧啶碱、细胞基础代谢循环中的基质等几十种物 质)，并从中得到主要的能量，这种转化称为预制代谢反 应。通过转化作用改变和简化了有机物质的结构，这就是
微生物的降解作用。
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2008年7月19日上午，由共 青团天津市委、市水产局和 今晚经济周报联合举办的 “保护母亲河”海河水生生 物增殖放流仪式在海河岸边 举行。此次放流活动向海河 投放鲢鱼160万尾，鳙鱼 140万尾，共计300万尾， 对水域生态环境修复将起到 积极的促进作用。
①点源：主要指工业污染源和生活污染源；P162 ②面源：农村污水和灌溉水是水污染的主要面源。
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对水体有较大影响的污染物共有十种：
1、需氧污染物：

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生活污水和某些工业废水中所含碳水化合物、蛋白质、脂 肪和木质素等有机化合物在微生物作用下最终分解为简单 的无机物质，这些有机物在分解过程中需要消耗大量的氧， 影响水质，故称为需氧污染物。
③污染物在水体中的转移
三个方面既有区别又有联系，污染物在生态系统中的迁移和积
累既包括微观上从分子水平阐明吸收、积累机制方面的内容， 又包括宏观上阐明污染物在水生生态系统中的格局和过程。
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各类生物对污染物的吸收方式和途径各有其特点。
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，其对污染物的 吸收，亦可分为主动吸收和被动吸收。
②污染物在酶的作用下通过氧化、还原、水解、脱卤、芳环羟基化和异
构化过程，使毒物的毒性降低，甚至彻底失去毒性； ③生物通过分泌、排泄，把毒物排出体外。
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微生物对天然的和合成的有机化合物进行生化分解，通过 矿化作用和转化作用形成无机物(碳水化合物、水、硝酸
盐、磷酸盐、金属氧化物等)微生物在转化过程中能够把
②有机污染物浓度：生物化学需氧量BOD，化学需氧量
COD，总有机碳TOC和总需氧量TOD。 ③pH值，生活污水的pH值为7.2-7.6；工业污水的pH值
就较复杂，变化较大。pH值对污水处理及综合利用，对
水中生物的生长繁殖，对排水管道等都有很大影响。
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④污水的细菌污染指标：毫升水中细菌的总数和大肠菌数，
淮河、长江中下游以及珠江三角洲等工业发达地区。

湖泊富营养化严重。
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主要内容
第一节 水生生态系统中主要污染物质及其来源
第二节 污染物在水生生态系统中的迁移与积累
第三节 污染物在水生生态系统中的转化与降解
第四节 污染物对水生生态系统的影响
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1.水生生态系统中主要污染物质及其来源

胁迫(stress)：是生态学家从工程学中借来的一个词汇，用来 表达各种不利生态因子所引起的生物体生理生化变化以及种群、 群落、生态系统层次上的生态变化，这种变化又称之为胁迫效 应。 在水生态方面，胁迫分为天然和人为两种类型。
游生物、水生无脊椎动物和鱼类能代谢DDT。
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重金属的生物转化：

重金属污染物进入生物体后，在有关酶系统的催化作用下， 改变其原来的理化性质，被称为生物转化作用。
①汞的生物甲基化：金属汞和二价离子汞等无机汞，在微生
物和其他生物的作用下，转化成甲基汞和二甲基汞。
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②其他一些重金属的生物转化：As对人和动物的中枢神经 系统、大多数高等和某些低等生物均有毒性，无机离子亚
砷酸(Ⅲ)的毒性要比砷酸盐(Ⅴ)大，挥发性三甲基砷
[(CH3)3As]也有毒性。 单(双)甲基砷化合物 无机砷酸盐
青霉素菌
三甲基砷化物
甲烷杆菌
二甲基砷酸盐
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石油的生物降解：
很多水生生物都能够一定程度的降解石油烃，如藻类、水生植 物、水生动物等，但主要的降解生物仍是细菌、真菌等微生物。 微生物对石油烃的降解是在一系列酶的作用下完成的。
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3.污染物在水生生态系统中的转化与降解
污染物进入水生生态系统后，直接和间接地接触各类水生 生物，产生生物降解和生物积累的过程。 生物降解是指生态系中的生物能对天然的和合成的有机物 质进行破坏和矿化作用的过程，主要有三个方面：
①污染物和生物体某些成分结合（络合、螯合），不再参加代谢活动， 使污染物失去或减轻毒性；
酸、碱性废水彼此中和，可产生各种盐类，酸碱污染必然伴随着无机 盐类污染。
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含硫废气导致的“酸雨”
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9、放射性物质：
主要来源有三个途径： ①放射性同位素在化学、冶金、医学、农业等部门的应用，随污水和 地表径流造成水体污染。 ②核电站，为解决能源问题。 ③核武器的试验，主要是大气中放射性尘埃的沉降和地表径流。
核 电 站
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10、微型病原生物及致癌物：
病原微生物主要来自生活污水、医院废水、制革、屠宰、洗 毛等工业废水以及畜牧污水。
微型病原生物有三类：
①病菌——可以引起疾病的细菌，如大肠杆菌、痢疾杆菌等； ②病毒——如麻症、流行性感冒、传染性肝炎病毒等； ③寄生虫——如虐原虫、血吸虫、蛔虫等。 致癌物，如炼焦废水的焦油含有多种致癌芳香烃；印染废水 中有多种芳香胺类致癌物（联苯胺、2-萘胺）；植物营养物 中的亚硝基化合物、有机氯化合物等制肝癌；重金属中铬、 镍可致肺癌等。
何有益的用途受到现实的或潜在的损害的过程，即进入水 体的外来物的含量超过了水体的本底含量和自净能力，对 水生生物及人体健康的不利影响和人类经济活动因素。

研究水生生态系统（水体）污染主要研究水污染，同时也
研究底质（底泥）和水生生物体污染。
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污水水质指标来反映水体被污染的程度：
基本指标之一。
①悬浮物，是污水中呈固体状的不溶解物质，是水体污染
①物理特性：液态芳烃在水烃界面时能被细菌代谢，但在固态时
很难被利用。 ②化学特性：通常将石油分为饱和烃类、芳烃类、含氮、硫和氧 以及沥青烯。这些组分的变化往往影响其生物降解的速率。
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③温度：烃类的降解活动有相当宽的温度范围，从0℃以下 直到70℃均能发现：温度能明显地影响烃类的降解速率。
温度可以直接影响微生物的生长和繁殖，又可以影响石油

农药的使用对防治农作物病虫害、提高农业产量、解决粮食供
应问题起到非常重要的作用。类似化肥使用，大部分农药仍通
过降水与径流进入水体。
农 药 污 染
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5、石油：

石油也是构成水体污染的代表性物质。
6、酚类化合物：

水体中酚类的来源主要是冶金、煤气、炼焦、石油化工、塑料 等工业部门排放的含酚废水。
江苏省盐城市水厂受酚类化合物污染
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7、氰化物：

水体中氰化物主要来自化学、电镀、煤气、炼焦等工业行业排放的 废水，剧毒物质。
8、酸碱及一般无机盐类：
酸性废水三方面来源： ①矿山排水，是酸性废水的主要来源，由硫化矿物的氧化作用。
②冶金和金属加工酸洗废水
③酸雨，由雨水淋洗含二氧化硫气体后形成 碱性废水主要来自于碱法造纸、人造纤维、制碱、制革等工业废水。
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工 业 污 水
鹅公岩桥下生活污水直排长江
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2、植物营养物：

植物营养物主要是指氮、磷、钾、硫及其化合物。过多的
营养物质进入天然水体，将恶化水体质量，影响水生生态
系统的结构、功能以及渔业的发展和危害人体健康，导致
水体富营养化。
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农 业 用 水
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3、重金属：

重金属是一类典型的环境污染物，主要包括汞、镉、铅、铬、 类金属砷、锌、铜、镍、锡、铊等生物毒性显著及含量过高时