| 词条 | 生物放大 |
| 释义 | § 科技名词定义 中文名称：生物放大 英文名称：biomagnification;biological magnification 其他名称：生物浓缩(biological concentration) 定义1：生物有机体内污染物质的浓度随食物链的延长和营养等级的增加而增加的现象。 所属学科：海洋科技（一级学科）；海洋科学（二级学科）；环境海洋学（三级学科） 定义2：有毒化学物质(如农药)通过食物链在不同营养级动物(包括昆虫)间逐级大幅度积累、浓缩的情况。 所属学科：昆虫学（一级学科）；昆虫生态学（二级学科） 定义3：在生态系统的同一食物链上，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某种元素或难分解化合物在机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象。 所属学科：生态学（一级学科）；污染生态学（二级学科） 定义4：在水生生态系的同一食物链上，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某些化学物质在生物体内的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象。 所属学科：水产学（一级学科）；渔业环境保护（二级学科） 定义5：生物体内某些物质、元素或难分解的化合物的浓度随着食物链的延长和营养等级的增加而增加的现象。 所属学科：资源科技（一级学科）；资源生态学（二级学科） § 概述 生物放大指某些在自然界不能降解或难降解的化学物质，在环境中通过食物链的延长和营养级的增加在生物体内逐级富集，浓度越来越大的现象。许多有机氯杀虫剂和多氯联苯都有明显的生物放大现象。了解这种现象对评价化学物质对人体健康和环境的影响有着重要意义。 生物放大是指在同一个食物链上，高位营养级生物体内来自环境的某些元素或难以分解的化合物的浓度，高于低位营养级生物的现象。生物放大一词是专指具有食物链关系的生物说的，如果生物之间不存在食物链关系，则用生物浓缩或生物积累来解释。直至20世纪70年代初期，不少科学家在研究农药和重金属的浓度在食物链上逐级增大时，多将这种现象称为生物浓缩或生物积累。直到1973年起，科学家们才开始用生物放大一词，并将生物富集作用、生物积累和生物放大三者的概念区分开来。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。 § 生物放大与食物链 生物放大在生态环境中，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。例如，海水中汞的浓度为0.0001mg/L时，浮游生物体内含汞量可达001-0.002mg/L，小鱼体内可达0.2-0.5mg/L，而大鱼体内可达1-5 mg/L，大鱼体内汞比海水含汞量高1万-6万倍。生物放大作用可使环境中低浓度的物质，在最后一级体内的含量提高几十倍甚至成千上万倍，因而可能对人和环境造成较大的危害。 生物放大作用是通过食物链完成的，而食物链可以分为几种形态。在生态系统中，根据生物间的食物关系，可将食物链分为四类。一是捕食性食物链，它是以植物为基础，后者捕食前者。如青草-野兔-狐狸-狼-虎。二是碎食性食物链，指的是以碎食物为基础形成的食物链。如树叶碎片及小藻类-虾（蟹）-鱼-食鱼的鸟类。三是寄生性食物链，是以大动物为基础，小动物寄生到大动物上形成的食物链。如哺乳类-跳蚤-原生动物-细菌-过滤性病毒。四是腐生性食物链，指的是以腐烂的动植物尸体为基础，然后被微生物所利用。 生物放大作用就是通过食物链完成的。总的说来，初级生产者所产生和固定的能量、物质，通过一系列取食和被食的关系而在生态系统中传递，便可形成生物富集或生物放大。 § 有害物质的放大作用 DDT等杀虫剂通过食物链的逐步浓缩，能充分说明它们对人类健康的危害。1962年，美国的雷切尔·卡逊在其《寂静的春天》中充分描述了以DDT为代表的杀虫剂对环境、生物和人类健康的危害，甚至连美国的国鸟白头海雕也因杀虫剂的使用而几乎灭绝。但是，DDT的生物放大危害作用并没有得到充分揭示。 一项研究结果表明，DDT在海水中的浓度为5.0 X 10-11g，而在浮游植物中则为4.0 X 10-8g，在蛤蜊中为4.2 X 10-7g，到银鸥时就达75.5 X 10-6g。DDT从初始浓度到食物链最后一级的浓度扩大了百万倍，这就是典型的生物扩大作用。 DDT对英国雀鹰（Accipiter nisus）的影响也是灾难性的。早在 20世纪 60年代，雀鹰遭受了显著的毁灭，部分原因是由于DDT的生物放大作用，由于使母鸟吃了富集DDT的小虫和其他食物，它产下的卵的卵壳太薄，使得卵在孵出小鸟之前就很容易破碎，因而对雀鹰造成灭顶之灾。 中国科学院水生生物研究所的研究人员还发现，我国典型湖泊底泥中19世纪早期已存在微量二恶英，主要存在土壤的表层，一旦沉积很难通过环境物理因素再转移，但却可通过食物链再传给其它生物，转移到环境中。因此，湖泊底泥中高浓度的二恶英可通过生物富集或生物放大对水生物和人类的健康产生极大威胁。通过实验还发现了二恶英在食物链中生物放大的直接证据，并提出了生物放大模型，从而否定了国际学术界过去一直认为二恶英在食物链中只存在生物积累而不存在生物放大的观点。 由于生物放大作用，杀虫剂及其他有害物质对人和生物的危害就变得十分惊人。一些毒素在身体组织中累积，不能变性或不能代谢，这就导致杀虫剂在食物链中每向上传递一级，浓度就会增加，而顶级取食者会遭受最高剂量的危害。 § 食物中被放大的毒素 生物放大由于生物放大作用的存在，环境污染对人和生物的危害也呈现富集或放大作用，因此生物放大作用也威胁着人类食物链，比如各种副食、肉类和鱼类。但是，这种危害一直难以引起人们的关注。 比如，重金属铅、汞、镉等原本就对人和生物有害，但通过食物链的放大作用，对人和生物的危害就更大了。铅对人体的危害主要是造成神经系统、造血系统和肾脏的损伤。汞是以甲基汞的形式对人体造成伤害，甲基汞在体内代谢缓慢，可引起蓄积中毒，而且可通过血脑屏障进入大脑，与大脑皮层的巯基结合，影响脑细胞的功能。镉对机体的危害是破坏肾脏的近曲小管，造成钙等营养素的丢失，使病人骨质脱钙而发生骨痛?? 这几种重金属在食物链中对人体的伤害主要是通过食物链的放大作用完成的。环境中的铅容易污染的食品主要是蔬菜，由于环境中的铅在土壤中以凝结状态存在，因此通过作物根系吸收量不大，主要是通过叶片从大气吸收，所以蔬菜中铅含量富集程度以叶菜最高，其次是根、茎类、果菜类。对食品中铅含量的调查显示，靠近公路两侧的蔬菜的铅含量远远高于远离公路的蔬菜，这既说明含铅汽油是污染源，也说明了铅的放大作用途径。 汞主要蓄积于鱼体脂肪中，鱼是汞的天然浓缩器，鱼龄越大，体内富集的汞就越多。不同鱼种富集汞的能力不同，鱼体中汞的含量也不同，一般来说，食肉鱼体内汞含量大于食草鱼，吃鱼的鸟在体内蓄积的汞更多。所以，人们在选择鱼的消费时，也应当有一个顺序，即从草鱼到食肉鱼，从淡水鱼到海鱼。尽管江水中汞含量较低，但通过食物链的生物放大作用，鲶鱼等食肉鱼中汞的含量也大大增加，因此也应当成为人们消费时的一种不宜选择的标准。 此外与DDT同属于有机氯杀虫剂的狄氏剂在鳝鱼和苍鹭中的富集作用是最大的。人如果食用这两种食物，人实际上就是食物链的终端，在人体中必然导致狄氏剂的大剂量中毒。因此，消费者更不能把诸如苍鹭那些吃鱼的鸟类当作野味来消费。 镉是通过水生生物的养殖进入食品链的。镉的生物放大作用表现为，海产品中镉的含量是海水的4500倍。作物的根系也可吸收土壤中的镉，镉污染地区的蔬菜、粮食等食品中的镉含量远高于无污染地区。不同作物对镉的富集程度不同，镉含量也不尽相同，比如蔬菜中镉含量顺序是（按富集系数大小排列）：芹菜叶（0.1150）＞菠菜（0.0956）＞莴笋（0.0469）＞大白菜（0.0452）＞油菜（0.0437）＞小白菜（0.0417）＞芹菜茎（0.0390）＞韭菜（0.0365）＞茄子（0.0240）＞圆白菜（0.0105）＞黄瓜（0.0062）＞菜花（0.0059）。因此，这可以作为人们消费食物时避免有害重金属元素生物放大作用的一个参考。 § 消除生物放大的危害 为了防止有害物质通过食物链的生物放大作用造成对人、生物和环境的污染，就必须采取一些措施。首先是在源头上下功夫，减少对环境的污染。比如，对于铅的污染，除了使用无铅汽油以减少污染和铅在食物链中的富集放大，还应禁止在冶炼厂附近等铅污染严重的地区种植富集铅的作物，而应选择一些不宜富集铅的作物。 其次，防止有害物质的生物放大作用也可以采用“以其人之道，还治其人之身”的方法，即通过培植或发现对污染物有较高降解效能的菌株、植物，用于对土壤、水、肥的净化处理。美国拉尔夫·彼特等人在实验室培育出14个酵母和细菌菌株，专“吃”对环境有害的化学物质，将污染物转化为CO2、水和其他无害化合物。而经特定有机化合物驯化的活性污泥，可降解多种近似的化合物。例如用苯胺驯化的活性污泥，除可降解各种取代基的苯胺外，还可降解苯、酚及10多种化学物质。 我国研究人员也发现，我国的蜈蚣草能对多种重金属有强大的吸毒作用，它富集砷的能力高于其他植物二三十万倍，富集镉的能力也使国外最受推崇的遏蓝菜黯然失色。 § 相关条文 在生态系统的同一食物链上，由于高营养级生物以低营养级生物为食物，某种元素或难分解化合物在机体中的浓度随着营养级的提高而逐步增大的现象，又称生物学放大。生物放大的结果使食物链上高营养级生物机体中这种物质的浓度显著地超过环境中的浓度。生物放大的程度，同生物浓缩、生物积累一样，也用浓缩系数来表示。 生物放大一词是就有食物链关系来说的。如不存在这种关系，机体中物质浓度高于环境介质的现象，则分别使用生物浓缩、生物积累两个名词。20世纪60～70年代初期，阐述农药或重金属的浓度在食物链上各级机体中逐步增加的事例时，不少人都把这种现象称为生物浓缩或生物积累。到1973年，才有人开始应用生物放大一词，把它同生物积累和生物浓缩的概念区分开来。后来，学者们设计了各种实验系统，包括模式生态系统，以进行生物积累和生物放大作用的研究。 最先注意到的是水生态系统中有机氯农药的生物放大现象。1966年有人报道在美国图尔湖和克拉马斯南部保护区内DDT对生物群落的污染。DDT是一种有机氯杀虫剂，易溶于脂肪而积累于动物的脂肪体内。经检验证实，通过生物放大,在小(Colуmbsruficollis poggei)的脂肪体中,DDT的浓度竟比湖水高出76万多倍。当地生物放大现象图示如: 北极的陆地生态系统中，在地衣-北美驯鹿-狼的食物链上，也明显地存在着对137铯的生物放大现象。生物机体中的137铯的放射性强度随着营养级的提高而增大。 许多文献报道和说法使人产生了一种印象，似乎绝大多数的元素和难分解化合物在每一个水生态系统中都有生物放大现象。实际上，对于大多数元素来说，生物放大并不是一种普遍现象。至于氯烃类化合物是否在所有的水生食物链上发生生物放大现象，也存在着许多疑问。 各种生物对不同物质的生物放大作用也有差别。例如,汞和银都能被脂首鱼(Pimephales pronelas)积累，但脂首鱼对汞有生物放大作用，而对银则没有。又如在一个海洋模式生态系统中研究藤壶、蛤、牡蛎、蓝蟹和沙蚕等5种动物对于铁、钡、锌、锰、镉、铜、硒、砷、铬、汞等10种重金属的生物放大作用，结果发现，藤壶和沙蚕的生物放大能力较大，牡蛎和蛤次之，蓝蟹最小。 食物链上营养级较高的生物机体内所含元素或难分解化合物的浓度，一般说来，高于营养级比它低些的生物。但是因为处于食物链上的任何生物体内所含某种物质（例如有机氯杀虫剂）的浓度都取决于它的摄取和消除的相对速度，所以处于食物链中部的生物体内所积累的该物质的浓度,也有可能大于营养级比它高的生物,如图中无脊椎动物的浓缩系数就大于石斑鱼。 由于生物放大作用，进入环境中的毒物，即使是微量的，也会使生物尤其是处于高位营养级的生物受到毒害，甚至威胁人类健康。因此，对污染物的排放，不仅要规定浓度的限制，也要考虑总量的限制。 深入研究生物放大作用，特别是鉴别食物链对哪些污染物具有生物放大的潜力，对于探讨污染物在环境中的迁移，以及确定环境中污染物的安全浓度，都具有理论和现实意义。 § 参考书目 S.Ahuja，et al.,(ed.)，Progress in Analytical Chemistry, Vol.5, Chemical Analysis of the Environment and Other Modern Techniques,Plenum Press，New York,1973. A.R.Isensee,et al.,Distribution of Alkyl Arsenicals in Model Ecosystem, Environmental Science and Technology Vol.7,No.9,pp.841～844,1973. H.J.M.Bowen, Environmental Chemistry of Elements,Academic Press,new York,1979. § 相关连接 |
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