第一章环境污染的生物效应

例二：酸雨（Acid Rain）
图1－2光化学烟雾实例
图1-3光化学烟雾形成过程
NO2（微量） 刺激眼睛 NO2 + UV → NO2 * NO* 2 → NO + O O + O 2 → O3 O3 + NO → NO2 + O2 O3 + HC → ↓ 醛类及其它氧化物 醛类
O3
复杂的有机化合物
分类：
1．生产性污染物 工业生产所形成的“三废”，如果未经 处理或处理不当即大量排放到环境中去，就 可能造成污染。 农业生产中长期使用的农药（杀虫剂、 杀菌剂、除草剂、植物生长调节剂等）造成 了农作物、畜产品及野生生物中农药残留； 空气、水、土壤也可能受到不同程度的污染。
2．生活性污染物 粪便、垃圾、污水等生活废弃物的处理不当，也 是污染空气、水、土壤及其孳生蚊蝇的重要原因。随 着人口增长和消费水平的不断提高，生活垃圾的数量 大幅度上升，垃圾的性质也发生了变化，如生活垃圾 中增加了塑料及其他高分子化合物等成分，使无害化 处理增加了很大困难。粪便可用作肥料，但如果无害 化处理不当，也可造成某些疾病的传播。


循环过程：植物吸收空气、水、土壤中的无机养分后 合成植物的有机质，植物的有机质被动物吸收后合成 动物的有机质，动物、植物死后残体经微生物分解成 为无机物回到空气、水、土壤中。这一过程是地质环 境与生物体之间物质的循环过程。这种循环过程区域 范围很小，一般是就地进行。相对地质大循环而言， 也称为生物小循环。 循环机理：
二、污染源（Pollution Source）
定义：造成环境污染的污染物发生源称 之为污染源，通常指向环境排放有害物 质或对环境产生有害物质的场所，设备 和装置。
按人类社会活动功能来分： 工业污染源：工业生产中的
一些环节，如原料生产、加工 过程、燃烧过程、加热和冷却 过程、成品整理过程等使用的 生产设备或生产场所都可能成 为工业污染源。通过排放废气、 废水、废渣和废热污染大气、 水体和土壤；还产生噪声、振 动来危害周围环境。
污染物的分布

污染物的分布
定义：指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。 例：汞形态的分布
三、 污染物在环境中的转化

转化的定义
指污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用改变形态或转 变成另一种物质的过程。

转化的形式
物理转化： 化学转化 生物转化
环境污染的分类
生物污染
按污染物性质
化学污染
物理污染
废气污染 废水污染 按污染物形态 固体废弃物污染 噪声污染 辐射污染
环境效应——环境污染所导致的环境变化

源自文库


环境生物效应：指各种环境因素变化而导致 生态系统变异的结果。恐龙灭绝，水利工程 的修建。 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： 酸雨、光化学烟雾等。 环境物理效应：物理作用引起的环境效果。 如热岛效应、热污染、噪声污染等。
例：生物通过食物链对重金属的放大积累作用。
影响迁移的因素：

内部因素
•
•
污染物自身的物理化学性质：组成该物质的元素所具有的组 成化合物的能力、形成不同的电价离子能力、水解能力、形 成络合物的能力、被胶体吸附的能力 原子的电负性、离子半径、电价、离子电位和化合物的键性、 溶解度等都是影响迁移的主要理化参数。
无机配位体：OH－、Cl－、CO32-、HCO3－等 有机配位体：

配合作用
• •

生物降解作用
土壤中的转化
•
土壤是环境中微生物最活跃的场所，故生物降解起重要作 用。
氧垂曲线（Oxygen Sag Curve）

氧垂曲线的定义
•
在河流受到有机物污染时，由于有机物的氧化分解作用，水 体的DO发生变化。从污染源到河流下游一定距离内，可绘制 一条DO逐渐变化的曲线，称之为氧垂曲线。
四、优先污染物（Priority Pollutant）：

指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、 • 三致性的污染物
第二节 污染物在环境中的迁移与转化

农业污染源：在农业
生产过程中对环境造成 有害影响的农田和各种 农业设施称为农业污染 源。不合理施用化肥和 农药会破坏土壤结构和 自然生态系统，特别是 破坏土壤生态系统（农 药污染）。

交通运输污染源：对
周围环境造成污染的交 通运输设施和设备。这 类污染源发出噪声，引 起振动，排放废气，泄 漏有害液体，排放洗刷 废水（包括油轮压舱 水），散发粉尘等，都 会污染环境。
2.特殊转运
定义：特殊转运指有一定的载体，具有较强的专一性，有一定 的选择性和主动性，生物膜主动选择某种机体需要或由机体 排出的物质进行的转运。 （1）主动转运：主动转运的主要特点是可逆浓度梯度进行转运， 转运过程消耗能量的转运方式。能量来自细胞代谢活动所产 生的代谢能（ATP）的释放。许多外源化学物的代谢产物经 由肾脏和肝脏排出，主要是借助主动转运。机体需要的某些 营养物质，例如某些糖类、氨基酸、核酸和无机盐等由肠道 吸收进入血液的过程，必须通过主动转运逆浓度梯度吸收。 （2）促进扩散：促进扩散的特点是需要载体，顺浓度梯度由 高浓度向低浓度而且不需要细胞供给能量的扩散性转运。葡 萄糖、某些氨基酸、甘油、嘌呤碱等亲水化合物，由于不溶 于脂肪，不能借助简单扩散进转运，所以可在具有特定载体 和顺浓度梯度的情况下进行转运。
植物细胞的结构
细胞壁
植物细胞 原生质体
质膜 细胞质 细胞器 胞基质 核膜 细胞核 核 核仁
后含物
细胞质：为核膜以外质膜以内的所有 有生命物质的总称。 （1）质膜： 结构： 在电子显微镜下可见到三层结 构:两侧呈两个暗带(各厚2nm),主要成份为 蛋白质；中间夹一个明带(厚约3.5nm)，主 要成份为类脂;这种在电子显微镜下显示出 三层结构组成为一个单位的膜，称为单位 膜。 主要功能：控制细胞与外界环境进行 物质交换。质膜具有选择透性。
第一章 环境污染物在生态系统中的行为
本章将讨论以下内容： 环境污染概述 污染物在环境中的迁移与转化 污染物在生物体内的生物转运和生物转化 污染物在生物体内的浓缩、积累和放大 生物对污染物在环境中行为的影响
第一节 环境污染概述
一、环境污染

什么是环境污染（Environmental Pollution） • 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。而自然过程引起 的同类现象称为自然突变或异常。
一、 污染物在环境中的迁移


迁移的定义： • 迁移是指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。 污染物进入环境的途径包括： • （1）人类活动过程中无意排放，交通 • （2）废物的排放，工业三废 • （3）人类活动过程中故意应用，杀虫剂
污染物在环境中的迁移方式

水体中的转化
水体中的转化主要通过下列途径： 氧化－还原作用
•
•
•
天然水体本身是一个氧化－还原体系，含有多种无机、有 机氧化剂和还原剂，如DO、Fe3+、Mn4+、S2－、有机化合物 等，对污染物的转化起重要作用。 水体中的氧化还原类型、速率和平衡，在很大程度上决定 了水中重要污染物的性质。如：厌氧性湖泊 水体中的许多氧化还原反应均为微生物催化反应。

几种重要的形态分类
•
•
• 胶体可分为气溶胶、水溶胶和固溶胶(体)等。气溶
胶有飘尘、烟气和雾等形态。烟气和雾混合形成的 烟雾，以及各种腐烂物质、臭味物质散发的恶臭味 气体也属此类。 • 有机结合态：是由生物吸收积累起来的污染物，如 农产品中的残留农药，鱼类富集的汞等，可以直接 或间接地对人和生物产生毒作用。 • 难溶态：以硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硫化物、氧 化物等形态存在的难溶物质，广泛地分布于岩石、 土壤、河湖底泥和各种固体废弃物（特别是废渣） 中，性质稳定，其中的有害物质经过风化和生物分 解而释出。
第三节 污染物在生物体内的生物转运和生 物转化
一、生物转运

生物转运的概念 • 生物转运：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。
植物细胞的结构 植物细胞由原生质体和细胞壁两部 分组成。 原生质体：是由生命物质——原生 质所构成，它是细胞进行各类代谢活动 的主要场所，是细胞中最重要的部分。 细胞壁：是包围在原生质体外面的 坚韧外壳。保护细胞内的原生质体及使 细胞具有一定的形状。
酸碱条件 氧化－还原条件 胶体的种类、数量 络合配位体的数量、性质

外部因素
二、污染物的形态和分布

污染物的形态
• •
定义：指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。 污染物的存在形态包括： 价态，如Cr（VI）、 Cr（III） 化合态，如有机汞和无机汞 结构态，如同分异构体 络合态
机械迁移
（1）水的机械迁移作用（扩散和水流搬运） （2）气的机械迁移作用（扩散和气流搬运） （3）重力的机械迁移作用

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

生物迁移：通过生物的吸收、代谢、生长和死亡等实现的 运转。
质膜的分子结构：
磷脂是组成生物膜的主要成份。磷 脂有一个含有磷酸的亲水的头部和一个 含有含有脂肪酸的“烃链”疏水的尾部。 另外在膜上还分布有大量的蛋白质团块。 这些蛋白质大多是特异的酶类，在一定 的条件下，它们具有“识别”、“捕获” 和“释放”物质的能力。从而对物质的 透过起主要的控制作用。
• 细胞膜（生物膜）有多种：细胞质膜、内
紫外光 NO
汽车排气 HC NO2
太阳 紫外光
HC + O2 + NO2 + UV ↓ O3 + 甲醛 + PAN + 氧化产物 O3 伤害植物 PAN 伤害植物 刺激眼睛
氧化产物
聚合与核长大
气溶胶 光雾
甲醛、 丙稀醛等 刺激眼睛
图1－4 酸沉降形成示意图
自然源、电厂 以及内燃机等 排放出的污染 物在大气中发 生化学反应产 生导致酸沉降 的化学物质。
离子态：许多种污染物可溶于水形成离子态，如阳离子Hg2+、Cd2+、 Pb2+等）、阴离子（F-、CN-、S2-等）、络合阴离子(Cr2O崼、CrO 厈、CdCl婣)等。离子态的物质有活性大、毒性强、易于迁移的特点。 代换态：代换态是水体或土壤溶液中存在的离子或分子态的物质，在 物理化学的作用下产生的各种同价离子代换的表现形式。这种代换受 质量法则制约，并与离子化合价和离子半径有关，如浓度高的离子可 以将浓度低的离子代换出来。

生活污染源
①消耗能源排出废气造成 大气污染。 ②排出生活污水（包括粪 便）造成水体污染。 ③排出的厨房垃圾、废塑 料、废纸、金属、煤灰 和碴土等城市垃圾造成 环境污染。
三、污染物（Pollutant）
污染物 • 指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的 生存和发展的物质。

根据有机物在水体中分解变化和DO的变化，可把受 污河流分成几段:
清洁区：未受污染 分解区 腐败区 恢复区
四、污染物的生物地球化学循环

生物地球化学循环的概念
指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。 注：合成作用指生物（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。 矿化作用指生物通过代谢作用（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。

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
大气中的转化

大气中的转化：以光化学氧化、催化氧化反应为主 例一：光化学烟雾（Photochemical Smog）
光化学烟雾是大气中氮氧化物和碳氢化合物在紫外线照射下反应
生成的多种污染物的混合物。
光化学烟雾最具危害的两种物质是臭氧 (O3) 和过氧乙酰硝酸酯 (peroxyacetylnitrates , PAN)。
质网膜、线粒体膜、核膜等； 它们基本的 化学组成、分子结构、功能有共同的特征
（一）污染物通过细胞的方式
1 、被动转运 定义：被动转运是指物质或离子顺着浓度梯度或电位梯度通过细 胞膜的扩散过程。 （1）简单扩散：简单扩散又称脂溶扩散，指外源化学物从浓度 高侧直接穿过生物膜向浓度低侧进行的扩散性转运，是外源 化学物通过生物膜的主要方式。 （2）滤过 透过生物膜上亲水溶性孔道的过程。借助于流体静压和 渗透压使水通过膜上的微孔，化学物随之转运。