7章-水環(huán)境毒理學(xué)課件

1第七章

水環(huán)境毒理學(xué)1第七章

水環(huán)境毒理學(xué)創(chuàng)新之處1、更改PPT背景2、在73-84頁(yè)增加富營(yíng)養(yǎng)化內(nèi)容3、刪除原36,37頁(yè)酶的特性，有點(diǎn)多余，與介紹的生物轉(zhuǎn)化關(guān)系不大4、在97-98頁(yè)中對(duì)納米材料水生態(tài)毒理學(xué)的研究的不足進(jìn)行濃縮提煉5、對(duì)格式和字體不正確的部分進(jìn)行修正創(chuàng)新之處1、更改PPT背景3第一節(jié)概述第二節(jié)

污染物在水體中的遷移第三節(jié)污染物在水體中的轉(zhuǎn)化第四節(jié)水環(huán)污染物的毒性作用及機(jī)理第五節(jié)水體富營(yíng)養(yǎng)化第六節(jié)納米材料的水生態(tài)毒理學(xué)研究進(jìn)展3第一節(jié)概述4一、水體及水體污染二、水體自凈作用及機(jī)理三、水體中主要污染物種類及類型第一節(jié)概述4一、水體及水體污染第一節(jié)概述5一、水體及水體污染

1.水體概念

水體是河流、湖泊、沼澤、水庫(kù)、地下水、冰川和海洋等“貯水體”的總稱。在環(huán)境科學(xué)中，水體不僅包括水，還包括水中的懸浮物、底泥及水中生物等。5一、水體及水體污染6水體可以根據(jù)類型或區(qū)域劃分按照類型分為：海洋水體、內(nèi)陸水體（地表水體和地下水體），地表水體可分為：河流、湖泊、水庫(kù)等。按照區(qū)域劃分的水體，是指某一具體的被水覆蓋的地段，例如長(zhǎng)江、黃河、太湖等。6水體可以根據(jù)類型或區(qū)域劃分72.水體污染

是指由于人類活動(dòng)排入水體的污染物在數(shù)量上超過該物質(zhì)在水體中的本底含量和水體的環(huán)境容量，從而導(dǎo)致水體的物理特征、化學(xué)特征和生物特征發(fā)生不良變化，破壞了水中固有的生態(tài)系統(tǒng)，破壞了水體的功能及其在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活中的作用。72.水體污染8水體污染的原因可以分為三個(gè)方面：改變了水體的自然狀況；水體質(zhì)量變劣破壞了原來的用途；

超過了水體的自凈能力。8水體污染的原因可以分為三個(gè)方面：9二、水體自凈作用及機(jī)理

1、水體自凈作用自然環(huán)境包括水環(huán)境，對(duì)污染物質(zhì)都具有一定的承受能力，即所謂環(huán)境容量。水體能夠在其環(huán)境容量的范圍內(nèi)，經(jīng)過水體的物理、化學(xué)和生物的作用，使排入的污染物的濃度和毒性隨著時(shí)間的推移在向下流動(dòng)的過程中自然降低，稱之為水體的自凈作用。簡(jiǎn)單說：水體受到污染后，逐漸從不清潔到清潔。

9二、水體自凈作用及機(jī)理102、水體自凈作用的機(jī)理水體自凈作用的過程非常復(fù)雜，其機(jī)理分為：①物理過程②化學(xué)及物理化學(xué)過程③生物化學(xué)過程

102、水體自凈作用的機(jī)理11物理過程：包括稀釋、混合、擴(kuò)散、揮發(fā)、沉淀等。這一系列過程使污染物濃度得以降低。稀釋和混合是水環(huán)境最普遍的現(xiàn)象，又是復(fù)雜過程，在水體自凈中起重要作用。

化學(xué)及物理化學(xué)過程：通過氧化、還原、吸附、凝聚、中和等反應(yīng)使其濃度降低。

生物化學(xué)過程：污染物中的有機(jī)物，由于水體中微生物的代謝活動(dòng)而被分解、氧化并轉(zhuǎn)化為無害、穩(wěn)定的無機(jī)物，從而使其濃度降低。11物理過程：包括稀釋、混合、擴(kuò)散、揮發(fā)、沉淀等。這一系12三、水體中主要污染物種類及類型

水體中的污染物按其種類和性質(zhì)一般可分為四大類，既無機(jī)無毒物、無機(jī)有毒物、有機(jī)無毒物和有機(jī)有毒物。另外，還有放射性物質(zhì)、生物污染物質(zhì)和熱污染等。12三、水體中主要污染物種類及類型13（一）無機(jī)無毒物三種類型：一是屬于砂粒礦渣一類的顆粒狀的物質(zhì)；二是酸、堿無機(jī)鹽類；三則是氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。13（一）無機(jī)無毒物14（二）無機(jī)有毒物無機(jī)有毒物分為兩類：一類是毒性作用快，易為人們所注意；另一類則是通過食物在人體內(nèi)逐漸富集，達(dá)到一定濃度后才顯示出癥狀，不易為人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)，但危害一經(jīng)形成，則就可能鑄成大禍，如日本發(fā)生的水俁病和痛痛病。14（二）無機(jī)有毒物15（三）有機(jī)無毒物（需氧有機(jī)物）1、水體中氧污染物的來源主要來自生活污水、牲畜污水以及屠宰、肉類加工、罐頭等食品工業(yè)和制革、造紙、印染、焦化等工業(yè)廢水。從排水的量來看，生活污水是需氧污染物質(zhì)的最主要來源，未經(jīng)處理的生活污水，其BOD5值平均為200mg/L左右，牲畜飼養(yǎng)場(chǎng)污水的BOD5值可能高于生活污水5倍左右。15（三）有機(jī)無毒物（需氧有機(jī)物）162、有機(jī)污染物對(duì)水體的危害

有機(jī)污染物對(duì)水體污染的危害主要在于對(duì)漁業(yè)水產(chǎn)資源的破壞。水中含有充足的溶解氧是保證魚類生長(zhǎng)、繁殖的必要條件之一，絕大部分魚類只能用鰓以水中的溶解氧呼吸、維持生命活動(dòng)。一旦水中溶解氧下降，各種魚類就要產(chǎn)生不同的反應(yīng)。162、有機(jī)污染物對(duì)水體的危害17（四）有機(jī)有毒物這類物質(zhì)多屬于人工合成的有機(jī)物質(zhì)，如農(nóng)藥（DDT、六六六等有機(jī)氯農(nóng)藥）、醛、酮、酚以及聚氯聯(lián)苯、芳香族氨基化合物、高分子合成聚合物（塑料、合成橡膠、人造纖維）、染料等。17（四）有機(jī)有毒物18一、污染物進(jìn)入水體的途徑二、污染物在水環(huán)境中的分布、轉(zhuǎn)移三、生物對(duì)污染物的吸收四、生物濃縮、生物積累和生物放大第二節(jié)

污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化

18一、污染物進(jìn)入水體的途徑第二節(jié)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)19一、污染物進(jìn)入水體的途徑

1．通過大氣沉降進(jìn)入地表水環(huán)境

降水（濕沉降）或吸附沉降（干沉降）是空氣中的污染物質(zhì)和過量的CO2等氣體進(jìn)入地表水體及產(chǎn)生環(huán)境污染的兩種途徑。

2．通過下滲進(jìn)入地下水環(huán)境

由于糞池、垃圾填埋場(chǎng)、地下輸油管、灌溉、農(nóng)藥等的滲漏以及來自天然污染源的海水入侵等原因造成地下水污染。19一、污染物進(jìn)入水體的途徑20

3．通過地表徑流入地表水環(huán)境污染物進(jìn)入地表水環(huán)境有以下幾種途徑：①有毒化學(xué)物質(zhì)在化學(xué)品生產(chǎn)、排放、流通和使用過程中，直接或間接被釋放于環(huán)境，或隨廢水排入水體。②有毒化學(xué)品由于突發(fā)事故造成了大量外泄，污染水體。10月29日京福高速公路丁醇車輛泄漏的污染③有毒有害廢棄物處理、處置不當(dāng)，其中有毒的化學(xué)品通過淋溶，滲透等途徑進(jìn)入水體。203．通過地表徑流入地表水環(huán)境21二、污染物在水環(huán)境中的分布、轉(zhuǎn)移

在流動(dòng)的河流等水體中污染物會(huì)隨水的流動(dòng)向下游擴(kuò)散。非水溶性的污染物進(jìn)入水體后，會(huì)很快的沉降到水體的底部。水體中的污染物還會(huì)被水生生物吸收或吸附在其表面而進(jìn)入生物體。在風(fēng)的作用下，沉降在水體底部的污染物也可以重新在水體中懸浮，使污染物混合。21二、污染物在水環(huán)境中的分布、轉(zhuǎn)移22三、生物對(duì)污染物的吸收

哺乳動(dòng)物對(duì)污染物的吸收主要通過三種途徑，分別是：經(jīng)消化道吸收、經(jīng)呼吸道吸收和經(jīng)皮膚吸收。對(duì)于水生生物魚類，其主要的吸收途徑是通過魚鰓，被動(dòng)擴(kuò)散是其主要機(jī)理。

影響污染物進(jìn)入魚體的主要因素有：①換氣速度（水通過鰓的速度）；②通過鰓瓣的擴(kuò)散速度；③血液流過鰓的速度；④水體中污水層的厚度與鰓的形狀。22三、生物對(duì)污染物的吸收23

水生植物對(duì)水中的污染物吸收主要通過根部，浮水和沉水植物與水接觸面積較大，通過植物根、莖、葉的表面都可以吸收污染物。23水生植物對(duì)水中的污染物吸收主要通24四、生物濃縮、生物積累和生物放大

1、生物濃縮

生物濃縮（Bioconcentration）是指生物機(jī)體或處于同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的許多生物種群，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難分解的化合物，使生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境的濃度現(xiàn)象，又稱生物學(xué)濃縮，生物學(xué)富集。24四、生物濃縮、生物積累和生物放大25

生物濃縮的程度用濃縮系數(shù)或富集因子（BioconcenFactor,BCF）來表示，是指生物機(jī)體內(nèi)某種物質(zhì)的濃度和環(huán)境中該物質(zhì)濃度的比值。生物濃縮程度的大小與物質(zhì)本身的性質(zhì)以及生物和環(huán)境因素相關(guān)。25生物濃縮的程度用濃縮系數(shù)或富集因子（B262、生物積累

生物積累（Bioaccumulation）是指生物在其整個(gè)代謝活躍期通過吸收、吸附、吞食等各種過程，從周圍環(huán)境中蓄積某些元素或難分解的化合物，以致隨著生長(zhǎng)發(fā)育，濃縮系數(shù)不斷增大的現(xiàn)象，又稱生物學(xué)積累。生物積累程度也用濃縮系數(shù)表示。262、生物積累273、生物放大

生物放大（Biomagnification）是指生態(tài)系統(tǒng)中，由于高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物以低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物為食物，某種元素或難分解化合物在生物機(jī)體中的濃度隨著營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高而逐步增大的現(xiàn)象，又稱為生物學(xué)放大。生物放大的結(jié)果使食物鏈上高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物機(jī)體中這種物質(zhì)的濃度顯著地超過環(huán)境濃度。生物放大的程度也用濃縮系數(shù)來表示。273、生物放大28

由于生物放大作用，進(jìn)入環(huán)境中的污染物，即使是微量的，也會(huì)使生物尤其是處于高位營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物受到毒害，甚至威脅人類健康。近年來，研究發(fā)現(xiàn)許多環(huán)境致癌物質(zhì)在環(huán)境中是極其微量的，如二噁英，它具有難降解和生物放大作用，通過食物鏈轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致人群健康的危害。28由于生物放大作用，進(jìn)入環(huán)境中的污染294、生物濃縮系數(shù)

生物濃縮系數(shù)（BioconcentrationFactor,BCF）是指生物體內(nèi)某種元素或難分解的化合物的濃度同它所生存的環(huán)境中該物質(zhì)的濃度比值，可用以表示生物濃縮的程度，又稱濃縮系數(shù)（ConcentrationFator）、生物富集系數(shù)、生物積累率等。闡述生物濃縮、生物積累和生物放大這些現(xiàn)象，都用濃縮系數(shù)的值來表示相應(yīng)的數(shù)量關(guān)系。294、生物濃縮系數(shù)30一、轉(zhuǎn)化的反應(yīng)類型

水體中污染物的轉(zhuǎn)化過程十分復(fù)雜。它包括物理、化學(xué)、生物、物理化學(xué)、生物化學(xué)等基本作用及其綜合作用，但在一定條件下往往又以某種作用為主。第三節(jié)污染物在水體中的轉(zhuǎn)化

30一、轉(zhuǎn)化的反應(yīng)類型第三節(jié)污染物在水體中的轉(zhuǎn)化311.物理作用

它是指污染物進(jìn)入水體后改變其物理性狀、空間位置，而不改變其化學(xué)性質(zhì)，不參與生物作用的過程。311.物理作用322.化學(xué)與物理化學(xué)作用它是指污染物進(jìn)入水體后，以簡(jiǎn)單或復(fù)雜的離子或分子狀態(tài)隨水遷移，不僅在位置上移動(dòng)，而且發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)或形態(tài)、價(jià)態(tài)上的轉(zhuǎn)化，水質(zhì)發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)的變化，但未參與生物作用。例如，酸化、堿化-中和，氧化-還原，分解-化合，沉淀-溶解，吸附-解吸，膠溶-凝膠等作用過程。322.化學(xué)與物理化學(xué)作用333.生物與生物化學(xué)作用

進(jìn)入水體的污染物，特別是有機(jī)污染物，除能發(fā)生一般的化學(xué)轉(zhuǎn)化外，還能發(fā)生光化學(xué)作用和生物化學(xué)作用。生物與生物化學(xué)作用是指污染物通過生物的生理生化作用及食物鏈的傳遞過程中發(fā)生特有的生命作用過程，生化作用大致分為生物轉(zhuǎn)化作用和生物放大作用。333.生物與生物化學(xué)作用34（1）生物轉(zhuǎn)化作用

物質(zhì)在生物作用下經(jīng)受的化學(xué)變化，稱為生物轉(zhuǎn)化或代謝（轉(zhuǎn)化）。生物轉(zhuǎn)化、化學(xué)轉(zhuǎn)化和光化學(xué)轉(zhuǎn)化構(gòu)成了污染物質(zhì)在環(huán)境中的三大主要轉(zhuǎn)化類型。通過生物轉(zhuǎn)化，污染物質(zhì)的毒性也隨之改變。34（1）生物轉(zhuǎn)化作用35對(duì)于污染物質(zhì)在環(huán)境中的生物轉(zhuǎn)化，微生物起著關(guān)鍵作用。生物物化的結(jié)果既可能促進(jìn)轉(zhuǎn)化成毒性強(qiáng)的物質(zhì)，也可能促進(jìn)轉(zhuǎn)化成毒性弱的物質(zhì)，既有惡性轉(zhuǎn)化（生物轉(zhuǎn)化）和良性轉(zhuǎn)化（生物解毒）兩種作用。例如，無機(jī)汞化合物在微生物作用下，既能轉(zhuǎn)化為毒性更大的有機(jī)汞，也可能在另一類微生物作用下還原成毒性較小的單質(zhì)汞。35對(duì)于污染物質(zhì)在環(huán)境中的生物轉(zhuǎn)化，微生物起36絕大多數(shù)的生物轉(zhuǎn)化是在機(jī)體的酶參與和控制下進(jìn)行的。酶是一類由細(xì)胞制造和分泌的、以蛋白質(zhì)為主要成分的、具有催化活性的生物催化劑。其中，在酶催化下發(fā)生轉(zhuǎn)化的物質(zhì)稱為底物或基質(zhì)；底物所發(fā)生的轉(zhuǎn)化稱為酶促反應(yīng)。36絕大多數(shù)的生物轉(zhuǎn)化是在機(jī)體的酶參與37

酶的種類很多。根據(jù)起催化作用的場(chǎng)所，酶分為胞外酶和胞內(nèi)酶兩大類。這兩大類都在細(xì)胞中產(chǎn)生，但是胞外酶能通過細(xì)胞膜，在細(xì)胞外對(duì)底物起催化作用，通常是催化底物水解；而胞內(nèi)酶不能通過細(xì)胞膜，僅能在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮各種催化作用。如多糖水解，在胞外水解酶催化下水解成二糖和單糖，而后才能被微生物攝入細(xì)胞內(nèi)。二糖經(jīng)胞內(nèi)水解酶催化，繼續(xù)水解為單糖。37酶的種類很多。根據(jù)起催化作用的場(chǎng)38有機(jī)物在生物體細(xì)胞內(nèi)的氧化稱作為生物氧化，并伴隨有能量釋放。有機(jī)物通過生物氧化及其他生物轉(zhuǎn)化，可以變成更小更簡(jiǎn)單的分子，這一過程就是有機(jī)物的生物降解。如果有機(jī)物降解成CO2、H2O等簡(jiǎn)單無機(jī)物，則為完全降解；否則，為不完全降解。38有機(jī)物在生物體細(xì)胞內(nèi)的氧化稱作為生物氧化，并39（2）生物放大作用在生態(tài)系統(tǒng)中的同一食物鏈上，由于高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物以低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物為基礎(chǔ)，某種元素或難分解化合物在機(jī)體中的濃度隨營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高，而逐步增大的現(xiàn)象，稱為生物放大作用。許多有機(jī)氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯等都有明顯生物放大現(xiàn)象。39（2）生物放大作用40

但是，生物放大并不是在所有條件下都能發(fā)生。如果生物體通過非吞食方式，從周圍環(huán)境吸收某種元素或難分解的化合物，在體內(nèi)蓄積，使其濃度超過環(huán)境中濃度的現(xiàn)象，稱為生物富集作用，又稱生物濃縮作用。4041

其富集程度用濃縮系數(shù)來表示，即某元素或難分解化合物在生物體內(nèi)的濃度與生物生長(zhǎng)環(huán)境中該物質(zhì)的濃度之比。它與環(huán)境中元素的種類和濃度，不同生物的生理特征以及環(huán)境因素有關(guān)。通常，重金屬元素和許多難分解、脫溶性高的有機(jī)物具有較高的濃縮系數(shù)。

總之，生物積累、放大和富集可從不同側(cè)面探討環(huán)境污染物的遷移、轉(zhuǎn)化及可能造成的危害。41其富集程度用濃縮系數(shù)來表示，即某元素或難分解化合物在42二、影響轉(zhuǎn)化的因素

水體中污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)化是錯(cuò)綜復(fù)雜的，影響因素也很多。例如：水文、水中微生物、水面上的氧氣交換速度、水溫、太陽(yáng)輻射、污染物質(zhì)的性質(zhì)與濃度、水體的化學(xué)性質(zhì)、時(shí)間等。1.水文一般的污染物進(jìn)入水體后，利用天然水體擴(kuò)散加以分布，這種擴(kuò)散分布情況因每個(gè)水體水文條件不同而異。包括水體的地理特征、形態(tài)、流速、流量、潮汐、海流等。42二、影響轉(zhuǎn)化的因素432.水中微生物水體中有機(jī)污染物的分解，主要是由于存在于水中的各種微生物造成的生物化學(xué)好氣性分解和嫌氣性分解。也就是說，這種轉(zhuǎn)化在很大程度上要受到存在于水中微生物的數(shù)量和種類的支配。特別是對(duì)于特定的污染物質(zhì)來說，存在著可使它特殊分解的微生物，具有重要意義。432.水中微生物443.水面上的氧氣交換速度水中溶解的氧氣量對(duì)自凈作用有很大的關(guān)系，因而從空氣通過水面的氧補(bǔ)給速度對(duì)自凈作用很重要。氣體交換速度本身，受到各種因素支配，如大氣及水中的氧氣壓、溫度、水面狀態(tài)、水的流動(dòng)方式。水中含有物質(zhì)本身，有些也影響氣體交換，例如洗滌劑在水面形成的泡沫或油膜覆蓋水面，都會(huì)使氣體交換速度大大降低。443.水面上的氧氣交換速度454.水溫水溫不僅對(duì)參與污染物質(zhì)分解的化學(xué)反應(yīng)速度有影響，而且對(duì)微生物的活動(dòng)力也是一個(gè)重要因素。另一方面，水溫高，水中溶解氧飽和量低。但當(dāng)水溫低至水面結(jié)冰時(shí)，空氣與水面氣體交還被隔絕，水中溶解氧因補(bǔ)給減少而降低。454.水溫465.太陽(yáng)輻射光的條件與自凈作用關(guān)系很大，有許多污染物在太陽(yáng)輻射下（特別是紫外線）下能直接分解，如除草劑五氯酚（鈉）等。浮游植物與水中植物與太陽(yáng)輻射進(jìn)行光合作用，產(chǎn)生大量氧氣，供應(yīng)有機(jī)物分解所需要的部分氧。此外，紫外線對(duì)某些分解污染物的微生物也有抑制作用。465.太陽(yáng)輻射476.污染物的性質(zhì)與濃度不同的污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化的速度有顯著的差異。如碳水化合物、油脂的分解速度比六六六要快得多。有些污染物質(zhì)在好氣條件下易分解，有些在嫌氣條件下易分解。當(dāng)污染物低于某一濃度時(shí)，對(duì)微生物的活動(dòng)有促進(jìn)作用；當(dāng)污染物濃度高于這一濃度，微生物的活動(dòng)就會(huì)受到抑制。476.污染物的性質(zhì)與濃度487.水體的化學(xué)性質(zhì)水體的化學(xué)性質(zhì)對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化有重要影響。酸堿條件不但影響水體中微生物的活性，而且對(duì)污染物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)、遷移、沉淀都有重要的作用。氧化還原電位的不同也能使某些金屬發(fā)生價(jià)態(tài)變化，生成不同的化合物，影響遷移的性質(zhì)。

8.時(shí)間污染物與水體的混合，水體對(duì)污染物的稀釋以及微生物對(duì)有機(jī)物的生物化學(xué)分解，都需要時(shí)間。487.水體的化學(xué)性質(zhì)49一、水體污染類型及其對(duì)生物影響的途徑和方式二、水體污染物對(duì)人類健康的影響三、水體污染物對(duì)水生生物的影響（魚、藻、蚤）四、水體污染對(duì)植物的影響（污灌、水稻）第四節(jié)水環(huán)污染物的毒性作用及機(jī)理49一、水體污染類型及其對(duì)生物影響的途徑和方式第四節(jié)水環(huán)污50一、水體污染類型及其對(duì)生物影響的途徑和方式水生生態(tài)系統(tǒng)處于不斷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而人類每時(shí)每刻都會(huì)影響甚至改變水域外境。人類的生產(chǎn)活動(dòng)和生活活動(dòng)所產(chǎn)生的物質(zhì)，在進(jìn)入水生生態(tài)系統(tǒng)后，如果量值達(dá)到一定限度，并在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生直接或間接有害水生生物的作用，則稱之為有毒有害物質(zhì)或污染物。引起水體污染的污染物類型及它們對(duì)水生生物產(chǎn)生的影響途徑與方式不盡相同，但所造成的危害都是一樣的。50一、水體污染類型及其對(duì)生物影響的途徑和方式511.有機(jī)污染（城鎮(zhèn)生活污水）城鎮(zhèn)生活污水含氮、硫、磷較高，在厭氣細(xì)菌的作用下，易產(chǎn)生有惡臭的物質(zhì)，如硫化氫。這種氣體毒性很大，可直接殺死許多種類的生物。有機(jī)物在水中的礦化或細(xì)菌的分解，需要消耗大量的氧氣，使水中的溶解氧很快下降、嚴(yán)重時(shí)溶解氧降至零；存這種條件下，絕大部分種類的水生生物就會(huì)窒息、死亡。511.有機(jī)污染（城鎮(zhèn)生活污水）522.重金屬污染當(dāng)進(jìn)入生物體內(nèi)的重金屬達(dá)到閾值濃度時(shí)，能擾亂或破壞生物的正常生理功能，引起暫時(shí)或持久的病變，甚至中毒死亡。即使在水體中重金屬濃度較低的條件下，經(jīng)過食物鏈作用，濃度也可以逐級(jí)累積和放大（生物濃縮和生物放大）。如無機(jī)汞在水中微生物的作用下會(huì)轉(zhuǎn)化成毒性更大的甲基汞。522.重金屬污染533.農(nóng)藥污染

近40年來，人工合成農(nóng)藥迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用。殘留在農(nóng)作物、果樹、森林、土壤表面的農(nóng)藥經(jīng)雨水沖刷及其它途徑進(jìn)入水體，直接或間接對(duì)水生生物產(chǎn)生危害。敏感的魚類，會(huì)在很低濃度的對(duì)硫磷、馬拉硫磷影響下中毒死亡。而尚存的某些忍耐種類如鯽魚則出現(xiàn)脊椎骨粘連和扭曲，魚體嚴(yán)重畸形的癥狀。533.農(nóng)藥污染54

另外，有些有機(jī)氯農(nóng)藥如六六六和DDT，不僅毒性大，而且在水環(huán)境中殘留時(shí)間長(zhǎng)，容易在生物體中積累，被水生生物逐次依營(yíng)養(yǎng)等級(jí)而放大。毒物的這種隨食物鏈的放大作用對(duì)水生生物構(gòu)成潛在威脅，特別對(duì)位于食物鏈末級(jí)的生物危害更大。如食肉的鳥類吃了富集了高濃度DDT的魚類，可大批死亡。盡管六六六、DDT農(nóng)藥早己在許多國(guó)家，其中包括中國(guó)禁止生產(chǎn)使用，但實(shí)際上目前仍有不少國(guó)家和地區(qū)繼續(xù)使用。54另外，有些有機(jī)氯農(nóng)藥如六六六和DDT，不僅毒554.赤潮赤潮的發(fā)生機(jī)制與日益加劇的海洋環(huán)境污染關(guān)系密切。大量含有氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽類的有機(jī)污水的排放大大刺激了某些單細(xì)胞的鞭毛藻類，如夜光藻、原甲藻、裸甲藻等急劇繁殖和高度密集，很快遍布海灣、河口，使這一帶的水體改變顏色，惡化水體環(huán)境。554.赤潮56赤潮的危害包括：（1）引起海水缺氧或無氧狀態(tài)，致使許多需氧生物窒息死亡，特別是營(yíng)底棲生活的蝦、貝類受害程度更加嚴(yán)重，幾乎可全部死亡。（2）赤潮引發(fā)甲藻產(chǎn)生殺魚毒素，微小的含量即可造成魚類大批死亡；（3）某些赤潮生物排出的分泌粘液及這些藻類死亡分解產(chǎn)生的粘液能附著于貝類和魚類的鰓上，造成它們的呼吸困難，嚴(yán)重者可能致死。56赤潮的危害包括：575.酸雨酸雨主要由于煤和石油在燃燒過程中排放的大量二氧化硫和氮氧化物在長(zhǎng)程傳輸中形成的，又以濕和干的沉降形式返回地面。酸雨的最嚴(yán)重后果是降低湖泊、河流、水庫(kù)的pH值，使水體酸化，破壞水生生態(tài)系的平衡，甚全直接殺滅眾多水生生物種類，引起物種組成的變化和多樣性的大幅度減少。575.酸雨58

多數(shù)生物種類僅能忍受pH值5.5左右，而在4.5—4.8范圍內(nèi)將被殺死。在自然水體中，許多的敏感魚種，均會(huì)因pH值稍有降低而死亡。魚類如長(zhǎng)期生活在低pH值的水環(huán)境條件下，生長(zhǎng)和繁殖受到抑制，結(jié)果是魚的種類減少，種群密度逐漸變小，最后導(dǎo)致魚群消失。

58多數(shù)生物種類僅能忍受pH值5.5左右，而在459酸雨對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者高等水生植物和藻類的影響也十分明顯。浮游動(dòng)物在水生生態(tài)系統(tǒng)中起著有機(jī)物轉(zhuǎn)化和魚類生產(chǎn)的餌料基礎(chǔ)作用。在酸性影響的湖泊中，浮游動(dòng)物種群數(shù)量減少，多樣性降低，生物量下降。底棲動(dòng)物對(duì)酸雨的侵害反應(yīng)尤為敏感，軟體動(dòng)物在酸化水體中很少出現(xiàn)。兩棲類動(dòng)物以坑塘洼淀為產(chǎn)卵場(chǎng)所，受酸雨危害嚴(yán)重。

59酸雨對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)中的生產(chǎn)者高等水生植物和藻類的影響也十綜上所述，盡管各種污染的影響途徑和方式不盡相同，但結(jié)果都是造成水生生物種類減少，群落組成發(fā)生改變，最后導(dǎo)致水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能遭到破壞。綜上所述，盡管各種污染的影響途徑和方式不盡相同，但結(jié)果都是造61二、水體污染物對(duì)人類健康的影響人類活動(dòng)產(chǎn)生的污染物很大一部分以水溶液的形式排放。同時(shí)，其他類型的環(huán)境污染最終也常常通過各種途徑進(jìn)入水體。所以，環(huán)境污染物非常容易進(jìn)入水體，對(duì)人體健康產(chǎn)生多種危害，常見的有：生物地球化學(xué)性疾病，急、慢性中毒，致突變、致癌變、致畸變作用，公害病以及介水傳染病等。輕者對(duì)身體健康產(chǎn)生一定的影響和危害，嚴(yán)重者引起嚴(yán)重疾病甚至死亡。61二、水體污染物對(duì)人類健康的影響621．飲用水污染

經(jīng)飲用水傳播的疾病，主要有霍亂、傷寒、痢疾、胃腸炎（可分別由致病性大腸桿菌、沙門氏菌、腸道病毒或寄生蟲原蟲等多種病原體引起）及肝炎等。

飲水中的化學(xué)物質(zhì)可分為三類，即有機(jī)物、無機(jī)物和放射性物質(zhì)。飲用水經(jīng)氯化物消毒而產(chǎn)生的副產(chǎn)物具有生殖毒性。例如氯仿、2-氯酚和2，4-二氯酚被母體攝入后，對(duì)胚胎和幼仔具有低毒性；其它的一些氯化副產(chǎn)物也有一定的致癌變作用。621．飲用水污染63

2．水環(huán)境污染隨著人類對(duì)自然資源的大規(guī)模開發(fā)和利用，同時(shí)向水體排放大量的各類污染物，如在工業(yè)（包括礦業(yè)）、農(nóng)業(yè)和城鎮(zhèn)生活排放的污水中，許多對(duì)人體健康有害的化合物如有機(jī)污染物、重金屬物質(zhì)和病菌等，通過各種途徑進(jìn)入人類生活用水的水環(huán)境中，從而給人類健康帶來嚴(yán)重的威脅。632．水環(huán)境污染643．食用受污染的食品水中的污染物通過食物鏈進(jìn)入到人類每天都在食用的各種食品中，對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。從我國(guó)水污染的現(xiàn)狀看，水污染較為嚴(yán)重，絕大部分污水未經(jīng)處理就用于農(nóng)田灌溉，灌溉水質(zhì)不符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，污水中污染物超標(biāo)，已達(dá)到影響食品的品質(zhì)，進(jìn)而危害人體健康的程度。643．食用受污染的食品65三、水體污染物對(duì)水生生物的影響（魚、藻、蚤）當(dāng)水體受到嚴(yán)重污染時(shí)，改變了水生生物賴以生存的環(huán)境條件，從而導(dǎo)致生物的生理活動(dòng)受到不同程度的抑制、干擾、破壞，使生物的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，種群、個(gè)體、直到細(xì)胞和遺傳密碼等發(fā)生變化。其最直接的影響結(jié)果是某些忍耐型種類的個(gè)體數(shù)量大為增加（特別是有機(jī)污染）而形成優(yōu)勢(shì)種群，而許多敏感型種類則衰落直至死亡。65三、水體污染物對(duì)水生生物的影響（魚、藻、蚤）661.對(duì)魚類的影響

在水生資源中，魚類資源具有最大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，與人民生活關(guān)系最為密切。水體受到污染后，魚類首當(dāng)其沖，受危害程度十分嚴(yán)重。對(duì)我國(guó)878條河流的調(diào)查表明，在92806公里河道中，己有5322公里成為魚蝦滅絕的臭水。黃河局部河段的污染十分嚴(yán)重，破壞了魚類賴以生存的環(huán)境。目前的魚類的規(guī)格變小，產(chǎn)量下降。661.對(duì)魚類的影響67

上海淀山湖由于近年來許多企業(yè)的興起，流入湖泊中的污染物總量驟增，改變了水生生物的棲息環(huán)境，導(dǎo)致了魚類群落發(fā)生很大變化：一是種類組成趨于簡(jiǎn)單。二是食性結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。三是體型向小型化發(fā)展。白洋淀是華北地區(qū)最大的淡水湖泊，素有“華北明珠”的美稱。但是，目前淀區(qū)水質(zhì)污染日趨嚴(yán)重，特別是氮、磷含量的大大過剩，促進(jìn)了湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程。67上海淀山湖由于近年來許多企業(yè)的興起，流68

2.對(duì)底棲動(dòng)物的影響許多種類對(duì)污染壓迫反應(yīng)敏感，因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者常利用底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的變化作為一種良好的水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)。在未受污染的河流環(huán)境中，底棲動(dòng)物分布較為均勻，種類數(shù)量較多。河流受到污染后，生物的種類和數(shù)量發(fā)生變化，底棲動(dòng)物的群落結(jié)構(gòu)也發(fā)生相應(yīng)的改變，一般特征是種類數(shù)量減少，耐污種類的個(gè)體數(shù)量增加。682.對(duì)底棲動(dòng)物的影響693.對(duì)浮游生物的影響浮游生物包括浮游植物和浮游動(dòng)物。浮游植物通過光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物為其它水生生物的繁衍提供所必需的能量來源。浮游植物的產(chǎn)量和現(xiàn)存量是衡量水域生產(chǎn)能力的主要參數(shù)。浮游動(dòng)物一方面是鰱、鳙等經(jīng)濟(jì)魚類的基礎(chǔ)餌料，另一方面制約著藻類和微生物的過剩發(fā)生和發(fā)展，加之某些種類本身能吸收、吸附和代謝一定量的污染物質(zhì)，因此，在污染水體的自凈過程中起著重要的作用。693.對(duì)浮游生物的影響70

浮游生物對(duì)污染反應(yīng)敏感，許多種類被廣泛用來作為水質(zhì)評(píng)價(jià)的指示生物。當(dāng)水體受到污染后（特別是有機(jī)物污染），浮游生物的群落結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生一系列的變化，許多敏感種類消失，一些忍耐型種類大量繁殖，出現(xiàn)很高的個(gè)體數(shù)量而形成優(yōu)勢(shì)種群。在較高濃度的重金屬污染水體中，許多浮游生物種類可被直接殺死，使其種類多樣件受到十分明顯的損害。70浮游生物對(duì)污染反應(yīng)敏感，許多種類被廣泛用來作為水質(zhì)評(píng)71四、水體污染對(duì)植物的影響（污灌、水稻）水體污染對(duì)陸生生物的影響主要通過污灌（污水灌溉）的方式進(jìn)入。污灌會(huì)引起農(nóng)作物有害物質(zhì)含量增加，污灌可不同程度污染農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。若引灌不當(dāng)則造成農(nóng)田重金屬和有機(jī)污染物積累，破壞土壤內(nèi)部以及土壤與其他系統(tǒng)間的生態(tài)平衡，使有害污染物在農(nóng)產(chǎn)品中富集并通過食物鏈危害人體健康。71四、水體污染對(duì)植物的影響（污灌、水稻）72

沈撫污灌區(qū)隨著污灌的進(jìn)行，土壤中石油烴含量增加的結(jié)果最終導(dǎo)致水稻的米糠及精白米石油烴含量的增加，而且隨著污灌年限的增加，這種危害也將越來越嚴(yán)重。石油烴中除了烷烴和環(huán)烷烴之外，我們最關(guān)注的是環(huán)芳烴中毒性較強(qiáng)的致癌物質(zhì)的代表苯并（a）芘。據(jù)當(dāng)?shù)鼐用穹从成驌峁鄥^(qū)附近地區(qū)癌癥發(fā)病率也相應(yīng)較高，因此污灌對(duì)土壤的污染和對(duì)人類的危害是不容忽視的。72沈撫污灌區(qū)隨著污灌的進(jìn)行，土壤中石油烴含量增加的結(jié)果73一、水體富營(yíng)養(yǎng)化的定義、類型及特征

1、水體富營(yíng)養(yǎng)化的概念由于氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量過多而引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象稱為水體富營(yíng)養(yǎng)化，一般發(fā)生在湖泊、江河、海灣等緩流水體中。富營(yíng)養(yǎng)化是湖泊分類和演化的一種概念，是湖泊水體老化的一種自然現(xiàn)象。富營(yíng)養(yǎng)化將大大地促進(jìn)湖泊由貧營(yíng)養(yǎng)湖發(fā)展為富營(yíng)養(yǎng)湖，進(jìn)一步又發(fā)展為沼澤地和干地。第五節(jié)水體的富營(yíng)養(yǎng)化73一、水體富營(yíng)養(yǎng)化的定義、類型及特征第五節(jié)水體的富營(yíng)養(yǎng)化2.水體富營(yíng)養(yǎng)化的類型（1）天然富營(yíng)養(yǎng)化：湖泊演變的自然過程，湖泊形成的幼年時(shí)期，均處于貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，隨著時(shí)間的推移和環(huán)境的變化，逐漸使湖水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度增加，其來源為天然因素。a.天然降水b.地表土壤的侵蝕、淋溶c.浮游動(dòng)植物生長(zhǎng)、死亡、分解、釋放。

經(jīng)過這種方式和途徑，經(jīng)過千萬(wàn)年的天然演化過程，原來的貧營(yíng)養(yǎng)型就逐漸演變成富營(yíng)養(yǎng)型。2.水體富營(yíng)養(yǎng)化的類型（2）人為富營(yíng)養(yǎng)化：由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)大量進(jìn)入湖泊水體，加速了湖泊演化的過程，其來源：a.城市生活污水帶來大量N、P

b.農(nóng)村施用的化肥、牲畜糞便，經(jīng)面源污染而進(jìn)入。一般認(rèn)為，農(nóng)業(yè)區(qū)排出的P為森林地區(qū)輸出量的5～10倍，而城市又為農(nóng)業(yè)區(qū)的5倍左右。

（2）人為富營(yíng)養(yǎng)化：由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)大量3.水體富營(yíng)養(yǎng)化的特征（1）浮游生物大量繁殖，水中溶解氧含量降低。（2）水體中藻類的種類減少，個(gè)體迅速增加，特別是藍(lán)藻、紅藻的個(gè)體數(shù)量猛增，而其它藻類逐漸減少(硅、綠)。（3）因占優(yōu)勢(shì)的浮游藻類顏色不同，水面往往呈現(xiàn)藍(lán)、紅、棕、乳白等顏色，海水中出現(xiàn)叫“赤潮”、淡水中稱“水華”。3.水體富營(yíng)養(yǎng)化的特征二、水體富營(yíng)養(yǎng)化成因及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要來源

1.水體富營(yíng)養(yǎng)化的成因：根本原因是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的增加使得藻類和有機(jī)物增加所致。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)主要是磷，其次是氮，還有碳、微量元素或維生素等。水體富營(yíng)養(yǎng)化過程為可用下列反應(yīng)式表示：106CO2+16N03-+HP042-+122H20+18H十+能量+微量元素—C106H2630110N16P1（藻類原生質(zhì)）+13802二、水體富營(yíng)養(yǎng)化成因及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要來源2.營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要來源（1）生活污水及工業(yè)廢水我國(guó)近海水域富營(yíng)養(yǎng)化、頻繁發(fā)生赤潮的重要原因是大多數(shù)處于人口稠密處的湖泊、水庫(kù)至少80％的氮和50％的磷來自于污水排放。

污染治理速度跟不上污染負(fù)荷新增速度，是水體富營(yíng)養(yǎng)化難以根治的首要原因。其次，當(dāng)前我國(guó)的污水處理廠大多為二級(jí)處理工藝，氮的去除率為20％～40％，磷的去除率僅為5％～20％，尾水仍能造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。2.營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要來源（2）農(nóng)業(yè)面源污染農(nóng)用化肥的主要成分是磷和氮。農(nóng)田被大量施肥后，若農(nóng)田水上流失以后，土壤中的氮、磷進(jìn)入水體，造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，農(nóng)用化肥的全球產(chǎn)量從1950年到1990年氮量由不足1000×104t上升到8000×104t。專家預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到13500×104t。（2）農(nóng)業(yè)面源污染（3）大氣工業(yè)廢氣或汽車燃燒的尾氣直接排入大氣后，造成空氣中的氮、磷化合物的含量嚴(yán)重超標(biāo)，當(dāng)下雨時(shí)，這些化合物就隨雨水降落匯集到水體中，導(dǎo)致水體的富營(yíng)養(yǎng)化。（3）大氣4）水產(chǎn)漁業(yè)養(yǎng)殖日前人工漁業(yè)養(yǎng)殖規(guī)模集約化，投喂的高蛋白餌料及魚蝦排泄物等這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。這種人工漁業(yè)養(yǎng)殖既給經(jīng)營(yíng)者帶來利益，同時(shí)給他們帶來?yè)p失，原因在于:隨著水體中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的增加，藻類物質(zhì)的大量繁殖，水體中的溶解氧就會(huì)大量的減少，影響魚蝦生長(zhǎng)，爆發(fā)魚病。

4）水產(chǎn)漁業(yè)養(yǎng)殖5）底泥中氮、磷的溶出營(yíng)養(yǎng)元素在水體及其底部沉積物間存在溶解—沉積動(dòng)態(tài)平衡:外源性營(yíng)養(yǎng)物進(jìn)人水體后通過物理、化學(xué)和生物學(xué)作用，沉積到底泥中；而當(dāng)水體營(yíng)養(yǎng)物含量降到一定限度時(shí)，底泥中的營(yíng)養(yǎng)物將釋放到水體中。5）底泥中氮、磷的溶出三、水體富營(yíng)養(yǎng)化的危害藻類在水體中占據(jù)的空間越來越大，使魚類活動(dòng)的空間越來越少，衰死藻類將沉積塘底；藻類種類逐漸減少，并由以硅藻和綠藻為主轉(zhuǎn)為以藍(lán)藻為主，而藍(lán)藻有不少種有膠質(zhì)膜，不適于作魚餌料，而其中有一些種屬是有毒的；藻類過度生長(zhǎng)繁殖將造成水體中溶解氧的急劇變化，藻類的呼吸作用和死亡的藻類分解作用消耗大量的氧，有可能在一定時(shí)間內(nèi)使水體處于嚴(yán)重缺氧狀態(tài)，嚴(yán)重影響魚類生存。三、水體富營(yíng)養(yǎng)化的危害產(chǎn)生的危害有：1.危害人體健康

2.降低水體經(jīng)濟(jì)價(jià)值

3.加劇水資源危機(jī)

4.影響水體壽命產(chǎn)生的危害有：85

納米材料的粒徑非常小，處于原子簇和宏觀粒子交界的過渡區(qū)域。它和微米級(jí)的材料相比，具有非常大的比表面積和特殊的量子效應(yīng)，這使其擁有了許多奇異的特性。第六節(jié)納米材料的水生態(tài)毒理學(xué)研究進(jìn)展85納米材料的粒徑非常小，處于原子簇和宏觀粒子交界的86

近年來，越來越多的納米材料應(yīng)用于環(huán)境治理，但是在應(yīng)用這些納米材料治理環(huán)境的同時(shí)，納米材料也進(jìn)入了水環(huán)境，可能會(huì)直接或間接影響到水生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)部分。雖然納米材料的疏水性及在天然水體中的強(qiáng)團(tuán)聚沉淀作用減輕了納米材料的生物毒性，但是納米材料對(duì)水環(huán)境造成的危害還是不可忽視的。因此，有關(guān)納米材料及其產(chǎn)品的水環(huán)境行為、毒性機(jī)制及對(duì)水生生物的毒理效應(yīng)的研究越來越受到重視。86近年來，越來越多的納米材料應(yīng)用于環(huán)境治理，但是在871.納米材料的特性及分類納米材料平均粒徑在100nm以下，其中平均粒徑為20～100nm的為超細(xì)粉，平均粒徑小于20nm的為超微粉。納米材料具有相當(dāng)大的比表面積，具有許多宏觀物體所不具備的新異物理、化學(xué)特性，如體積效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等。871.納米材料的特性及分類88

納米材料按化學(xué)組成可分為納米金屬、納米晶體、納米陶瓷、納米玻璃、納米高分子和納米復(fù)合材料；按材料物性可分為納米半導(dǎo)體、納米磁性材料、納米非線性光學(xué)材料、納米鐵電體、納米超導(dǎo)材料和納米熱電材料等；按應(yīng)用可分為納米電子材料、納米光電子材料、納米生物醫(yī)用材料、納米敏感材料和納米儲(chǔ)能材料等。88納米材料按化學(xué)組成可分為納米金屬、納米晶體、納米陶892.納米材料的水環(huán)境行為及其可能的毒性機(jī)制研究一、納米材料的水環(huán)境行為1）團(tuán)聚作用納米材料的粒徑小、比表面積大、表面活性高，一旦進(jìn)入水體就很難分散，極易發(fā)生團(tuán)聚。2）吸附作用一般來說，納米材料表面都帶有電荷，如納米TiO2的零電勢(shì)點(diǎn)為5.2，而天然水體的pH一般都高于此值，所以天然水體中納米TiO2表面都帶有負(fù)電荷。另外，納米材料擁有大比表面積，可以吸附多種類型的分子。892.納米材料的水環(huán)境行為及其可能的毒性機(jī)制研究903）生物積蓄生物降解與生物積蓄是相互聯(lián)系的，能在生物體內(nèi)積蓄的納米材料一般不被生物降解，而目前生產(chǎn)的納米材料以不可生物降解的居多，所以納米材料在生物體內(nèi)的積蓄作用不可忽略。4）納米材料與有機(jī)質(zhì)的相互作用有機(jī)質(zhì)是天然水體中普遍存在的物質(zhì)，由于納米材料具有較強(qiáng)的吸附性能，所以存在于天然水體中的納米材料極有可能與其中的有機(jī)質(zhì)相互作用，從而改變納米材料本身的特性，進(jìn)而影響到納米材料的水生態(tài)毒性。903）生物積蓄915）納米材料的水環(huán)境微界面行為由于較強(qiáng)的吸附作用，納米顆粒會(huì)富集在天然水體中的各種大顆粒物表面，組成微界面，且微界面的納米材料的濃度高于天然水體中的濃度,因此微界面上納米材料的水環(huán)境行為會(huì)更強(qiáng)烈。同時(shí)，納米顆粒穩(wěn)定的吸附在水體微界面上，這使得納米顆粒能夠隨著水體懸浮大顆粒物進(jìn)行長(zhǎng)距離大范圍的遷移，從而會(huì)拓寬納米材料的水環(huán)境毒理學(xué)影響范圍。另外，微界面也是污染物遷移轉(zhuǎn)化及最終環(huán)境歸宿的重要載體和途徑。915）納米材料的水環(huán)境微界面行為92二、納米材料可能的毒性機(jī)制因?yàn)榧{米材料的多種水體環(huán)境行為，所以其粒徑、表面積及表面特征等會(huì)發(fā)生一系列的改變，這些改變均會(huì)間接或直接影響到納米材料的水生態(tài)毒理效應(yīng)。小粒徑、大比表面積、特殊的表面結(jié)構(gòu)與特征以及產(chǎn)生活性氧化自由基等因素對(duì)納米材料的毒性作用有重要的影響。一般認(rèn)為粒徑越小、比表面積越大，納米材料的毒性越強(qiáng)。92二、納米材料可能的毒性機(jī)制93

USENKO等分別對(duì)比了納米C60、納米C70(兩者具有相同的化學(xué)組成、表面結(jié)構(gòu)和不同的粒徑)和納米C60(OH)24

、納米C60(兩者具有不同的表面特征)對(duì)斑馬魚胚胎的毒理效應(yīng)。對(duì)比結(jié)果發(fā)現(xiàn)，納米C60、納米C70的粒徑變化沒有明顯影響其毒性；納米C60(OH)24對(duì)斑馬魚胚胎的毒性明顯弱于納米C60。這說明納米材料的表面特征對(duì)納米材料的毒性具有較強(qiáng)的影響。93USENKO等分別對(duì)比了納米C60、納米C943.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究1）對(duì)水生動(dòng)物的毒理效應(yīng)水生動(dòng)物對(duì)納米材料的攝取途徑主要包括通過攝食過程進(jìn)入生物體內(nèi)和納米材料直接穿透表皮進(jìn)入生物體。FEDERICI等研究表明，納米TiO2顆粒會(huì)在虹鱒魚的消化道和鰓內(nèi)積蓄，并且通過消化道和表皮攝取的納米TiO2顆粒可以轉(zhuǎn)運(yùn)到其他的器官組織中。毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)表明，不管從細(xì)胞水平還是生物個(gè)體水平來看，納米材料對(duì)水生動(dòng)物均有一定的毒性作用。943.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究952）對(duì)浮游植物的毒理效應(yīng)浮游植物作為水環(huán)境中重要的生產(chǎn)者，在整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)中占重要的地位，納米材料對(duì)浮游植物的毒害及浮游植物對(duì)納米顆粒的積蓄均能直接或間接地影響整個(gè)水生態(tài)系統(tǒng)。文獻(xiàn)表明，納米材料能夠?qū)Ω∮沃参锂a(chǎn)生毒理效應(yīng)。當(dāng)納米C60為90mg/L時(shí)，對(duì)藻(Pseudokirchneriellasubcapitata)生長(zhǎng)速率的抑制大約為30%，當(dāng)藻與納米C60顆粒團(tuán)聚體接觸時(shí)，會(huì)加速水體中其他污染物(如菲等)在藻細(xì)胞內(nèi)的富集。952）對(duì)浮游植物的毒理效應(yīng)963）對(duì)微生物的毒理效應(yīng)微生物在維持水生態(tài)平衡中起著至關(guān)重要的作用，所以具有抗菌作用的納米材料進(jìn)入水環(huán)境后是否會(huì)對(duì)水體微生物產(chǎn)生毒理作用至關(guān)重要?，F(xiàn)有的許多研究表明，納米材料具有胞內(nèi)毒性，對(duì)微生物具有抑制殺滅作用，而且在實(shí)際應(yīng)用中已將納米材料用于殺毒抗菌等方面。而且，納米顆粒懸浮液的滅菌活性隨著納米顆粒濃度的升高而加強(qiáng)；革蘭氏陽(yáng)性菌對(duì)納米顆粒的敏感性要強(qiáng)于革蘭氏陰性菌，這可能與細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)及細(xì)胞的代謝方式相關(guān)。963）對(duì)微生物的毒理效應(yīng)974研究展望水生態(tài)系統(tǒng)中可能受到納米材料影響的種群數(shù)量很大，其可能對(duì)個(gè)體、種群甚至生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，所以對(duì)納米材料進(jìn)行水生態(tài)毒理學(xué)研究很重要，但是目前關(guān)于納米材料水生態(tài)毒理學(xué)的研究還有很多不足：974研究展望98(1)現(xiàn)有的資料大部分都著重于研究納米材料對(duì)魚類的毒理效應(yīng)，對(duì)于水生態(tài)系統(tǒng)中其他生物；

(2)現(xiàn)有的研究主要集中于研究常見的納米材料，而大部分納米材料的水生態(tài)毒理效應(yīng)及其相應(yīng)的微米級(jí)材料的差別還缺乏研究；(3)對(duì)納米材料的致毒機(jī)制的研究還不夠深入；98(1)現(xiàn)有的資料大部分都著重于研究納米材料對(duì)魚類的毒理效99(4)目前已有的研究中，很多納米顆粒懸浮液的制備過程中都加入了表面活性劑等物質(zhì)所表現(xiàn)出來的毒性作用很難確定;(5)納米顆粒的團(tuán)聚作用隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而增強(qiáng)，水體中的納米顆粒團(tuán)聚成大顆粒，比表面積減小，小尺寸效應(yīng)也可能會(huì)消失，因此試驗(yàn)測(cè)得的納米材料毒性并不能反映其潛在的毒性。99(4)目前已有的研究中，很多納米顆粒懸浮液的制備過程中都100

因此，今后的努力方向仍是加強(qiáng)以下各個(gè)方面的研究工作:(1)毒理學(xué)研究測(cè)試方法以及生態(tài)評(píng)價(jià)方法。納米材料具有不同于常規(guī)微米級(jí)材料的特性及生態(tài)毒理性，這就決定了常規(guī)的生態(tài)毒理學(xué)研究與評(píng)價(jià)方法可能已不再適合研究評(píng)價(jià)納米污染物的生態(tài)毒性。所以有必要評(píng)價(jià)常規(guī)毒理學(xué)測(cè)試與評(píng)價(jià)方法是否適用于研究納米材料，在此基礎(chǔ)上開發(fā)新的方法或?qū)ΜF(xiàn)有方法進(jìn)行改進(jìn)(如對(duì)特殊敏感器官的毒理學(xué)研究方法)；100因此，今后的努力方向仍是加強(qiáng)以下各個(gè)方面的研101

研發(fā)新的適用于水體納米污染物的儀器設(shè)備(如水中納米污染物的檢測(cè)設(shè)備)，為研究納米材料毒性提供技術(shù)支持；結(jié)合實(shí)驗(yàn)室和野外環(huán)境情況，研究納米污染物與其他污染物相互作用時(shí)的水生態(tài)毒性；結(jié)合多個(gè)水平(生物個(gè)體水平、組織器官水平及分子水平)進(jìn)行毒理學(xué)研究；101研發(fā)新的適用于水體納米污染物的儀器設(shè)備102(2)

環(huán)境行為研究。納米材料在水體中的行為直接關(guān)系到其毒理效應(yīng)，加強(qiáng)這方面的研究對(duì)于預(yù)測(cè)納米材料的潛在毒性作用很重要。應(yīng)該建立納米材料在水體中的遷移轉(zhuǎn)化研究模型，以研究納米材料在水體中長(zhǎng)距離、大范圍的環(huán)境遷移以及納米材料在水體中特性改變等。納米材料在水體中的生物積累及生物降解也需要進(jìn)一步的研究。102(2)環(huán)境行為研究。103(3)水環(huán)境毒性研究。主要為：納米材料在水生態(tài)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)歸、毒性(包括對(duì)水生植物、動(dòng)物以及微生物的毒理學(xué)效應(yīng))的研究；納米材料對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)中關(guān)鍵物種的毒理學(xué)機(jī)制、毒物代謝動(dòng)力學(xué)等效應(yīng)的研究；納米材料與天然水體中的有機(jī)質(zhì)以及水體中已有的其他污染物，如重金屬、持久性有機(jī)污染物等是否有交互作用及作用大小的研究；納米材料在水生態(tài)系統(tǒng)中的低劑量慢性毒性及急性亞急性毒性的研究。103(3)水環(huán)境毒性研究。104

納米材料的水生態(tài)毒理學(xué)研究是納米生物環(huán)境安全性評(píng)價(jià)的一個(gè)重要方面，該領(lǐng)域的研究還處于起步階段。隨著納米科技的迅速發(fā)展，納米材料受到世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，納米材料多方面的水生態(tài)毒理學(xué)研究對(duì)納米材料的水環(huán)境安全性評(píng)價(jià)具有深遠(yuǎn)的意義。104納米材料的水生態(tài)毒理學(xué)研究是納米生物演講完畢，謝謝觀看！演講完畢，謝謝觀看！106第七章

水環(huán)境毒理學(xué)1第七章

水環(huán)境毒理學(xué)創(chuàng)新之處1、更改PPT背景2、在73-84頁(yè)增加富營(yíng)養(yǎng)化內(nèi)容3、刪除原36,37頁(yè)酶的特性，有點(diǎn)多余，與介紹的生物轉(zhuǎn)化關(guān)系不大4、在97-98頁(yè)中對(duì)納米材料水生態(tài)毒理學(xué)的研究的不足進(jìn)行濃縮提煉5、對(duì)格式和字體不正確的部分進(jìn)行修正創(chuàng)新之處1、更改PPT背景108第一節(jié)概述第二節(jié)

污染物在水體中的遷移第三節(jié)污染物在水體中的轉(zhuǎn)化第四節(jié)水環(huán)污染物的毒性作用及機(jī)理第五節(jié)水體富營(yíng)養(yǎng)化第六節(jié)納米材料的水生態(tài)毒理學(xué)研究進(jìn)展3第一節(jié)概述109一、水體及水體污染二、水體自凈作用及機(jī)理三、水體中主要污染物種類及類型第一節(jié)概述4一、水體及水體污染第一節(jié)概述110一、水體及水體污染

1.水體概念

水體是河流、湖泊、沼澤、水庫(kù)、地下水、冰川和海洋等“貯水體”的總稱。在環(huán)境科學(xué)中，水體不僅包括水，還包括水中的懸浮物、底泥及水中生物等。5一、水體及水體污染111水體可以根據(jù)類型或區(qū)域劃分按照類型分為：海洋水體、內(nèi)陸水體（地表水體和地下水體），地表水體可分為：河流、湖泊、水庫(kù)等。按照區(qū)域劃分的水體，是指某一具體的被水覆蓋的地段，例如長(zhǎng)江、黃河、太湖等。6水體可以根據(jù)類型或區(qū)域劃分1122.水體污染

是指由于人類活動(dòng)排入水體的污染物在數(shù)量上超過該物質(zhì)在水體中的本底含量和水體的環(huán)境容量，從而導(dǎo)致水體的物理特征、化學(xué)特征和生物特征發(fā)生不良變化，破壞了水中固有的生態(tài)系統(tǒng)，破壞了水體的功能及其在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活中的作用。72.水體污染113水體污染的原因可以分為三個(gè)方面：改變了水體的自然狀況；水體質(zhì)量變劣破壞了原來的用途；

超過了水體的自凈能力。8水體污染的原因可以分為三個(gè)方面：114二、水體自凈作用及機(jī)理

1、水體自凈作用自然環(huán)境包括水環(huán)境，對(duì)污染物質(zhì)都具有一定的承受能力，即所謂環(huán)境容量。水體能夠在其環(huán)境容量的范圍內(nèi)，經(jīng)過水體的物理、化學(xué)和生物的作用，使排入的污染物的濃度和毒性隨著時(shí)間的推移在向下流動(dòng)的過程中自然降低，稱之為水體的自凈作用。簡(jiǎn)單說：水體受到污染后，逐漸從不清潔到清潔。

9二、水體自凈作用及機(jī)理1152、水體自凈作用的機(jī)理水體自凈作用的過程非常復(fù)雜，其機(jī)理分為：①物理過程②化學(xué)及物理化學(xué)過程③生物化學(xué)過程

102、水體自凈作用的機(jī)理116物理過程：包括稀釋、混合、擴(kuò)散、揮發(fā)、沉淀等。這一系列過程使污染物濃度得以降低。稀釋和混合是水環(huán)境最普遍的現(xiàn)象，又是復(fù)雜過程，在水體自凈中起重要作用。

化學(xué)及物理化學(xué)過程：通過氧化、還原、吸附、凝聚、中和等反應(yīng)使其濃度降低。

生物化學(xué)過程：污染物中的有機(jī)物，由于水體中微生物的代謝活動(dòng)而被分解、氧化并轉(zhuǎn)化為無害、穩(wěn)定的無機(jī)物，從而使其濃度降低。11物理過程：包括稀釋、混合、擴(kuò)散、揮發(fā)、沉淀等。這一系117三、水體中主要污染物種類及類型

水體中的污染物按其種類和性質(zhì)一般可分為四大類，既無機(jī)無毒物、無機(jī)有毒物、有機(jī)無毒物和有機(jī)有毒物。另外，還有放射性物質(zhì)、生物污染物質(zhì)和熱污染等。12三、水體中主要污染物種類及類型118（一）無機(jī)無毒物三種類型：一是屬于砂粒礦渣一類的顆粒狀的物質(zhì)；二是酸、堿無機(jī)鹽類；三則是氮、磷等植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。13（一）無機(jī)無毒物119（二）無機(jī)有毒物無機(jī)有毒物分為兩類：一類是毒性作用快，易為人們所注意；另一類則是通過食物在人體內(nèi)逐漸富集，達(dá)到一定濃度后才顯示出癥狀，不易為人們及時(shí)發(fā)現(xiàn)，但危害一經(jīng)形成，則就可能鑄成大禍，如日本發(fā)生的水俁病和痛痛病。14（二）無機(jī)有毒物120（三）有機(jī)無毒物（需氧有機(jī)物）1、水體中氧污染物的來源主要來自生活污水、牲畜污水以及屠宰、肉類加工、罐頭等食品工業(yè)和制革、造紙、印染、焦化等工業(yè)廢水。從排水的量來看，生活污水是需氧污染物質(zhì)的最主要來源，未經(jīng)處理的生活污水，其BOD5值平均為200mg/L左右，牲畜飼養(yǎng)場(chǎng)污水的BOD5值可能高于生活污水5倍左右。15（三）有機(jī)無毒物（需氧有機(jī)物）1212、有機(jī)污染物對(duì)水體的危害

有機(jī)污染物對(duì)水體污染的危害主要在于對(duì)漁業(yè)水產(chǎn)資源的破壞。水中含有充足的溶解氧是保證魚類生長(zhǎng)、繁殖的必要條件之一，絕大部分魚類只能用鰓以水中的溶解氧呼吸、維持生命活動(dòng)。一旦水中溶解氧下降，各種魚類就要產(chǎn)生不同的反應(yīng)。162、有機(jī)污染物對(duì)水體的危害122（四）有機(jī)有毒物這類物質(zhì)多屬于人工合成的有機(jī)物質(zhì)，如農(nóng)藥（DDT、六六六等有機(jī)氯農(nóng)藥）、醛、酮、酚以及聚氯聯(lián)苯、芳香族氨基化合物、高分子合成聚合物（塑料、合成橡膠、人造纖維）、染料等。17（四）有機(jī)有毒物123一、污染物進(jìn)入水體的途徑二、污染物在水環(huán)境中的分布、轉(zhuǎn)移三、生物對(duì)污染物的吸收四、生物濃縮、生物積累和生物放大第二節(jié)

污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化

18一、污染物進(jìn)入水體的途徑第二節(jié)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)124一、污染物進(jìn)入水體的途徑

1．通過大氣沉降進(jìn)入地表水環(huán)境

降水（濕沉降）或吸附沉降（干沉降）是空氣中的污染物質(zhì)和過量的CO2等氣體進(jìn)入地表水體及產(chǎn)生環(huán)境污染的兩種途徑。

2．通過下滲進(jìn)入地下水環(huán)境

由于糞池、垃圾填埋場(chǎng)、地下輸油管、灌溉、農(nóng)藥等的滲漏以及來自天然污染源的海水入侵等原因造成地下水污染。19一、污染物進(jìn)入水體的途徑125

3．通過地表徑流入地表水環(huán)境污染物進(jìn)入地表水環(huán)境有以下幾種途徑：①有毒化學(xué)物質(zhì)在化學(xué)品生產(chǎn)、排放、流通和使用過程中，直接或間接被釋放于環(huán)境，或隨廢水排入水體。②有毒化學(xué)品由于突發(fā)事故造成了大量外泄，污染水體。10月29日京福高速公路丁醇車輛泄漏的污染③有毒有害廢棄物處理、處置不當(dāng)，其中有毒的化學(xué)品通過淋溶，滲透等途徑進(jìn)入水體。203．通過地表徑流入地表水環(huán)境126二、污染物在水環(huán)境中的分布、轉(zhuǎn)移

在流動(dòng)的河流等水體中污染物會(huì)隨水的流動(dòng)向下游擴(kuò)散。非水溶性的污染物進(jìn)入水體后，會(huì)很快的沉降到水體的底部。水體中的污染物還會(huì)被水生生物吸收或吸附在其表面而進(jìn)入生物體。在風(fēng)的作用下，沉降在水體底部的污染物也可以重新在水體中懸浮，使污染物混合。21二、污染物在水環(huán)境中的分布、轉(zhuǎn)移127三、生物對(duì)污染物的吸收

哺乳動(dòng)物對(duì)污染物的吸收主要通過三種途徑，分別是：經(jīng)消化道吸收、經(jīng)呼吸道吸收和經(jīng)皮膚吸收。對(duì)于水生生物魚類，其主要的吸收途徑是通過魚鰓，被動(dòng)擴(kuò)散是其主要機(jī)理。

影響污染物進(jìn)入魚體的主要因素有：①換氣速度（水通過鰓的速度）；②通過鰓瓣的擴(kuò)散速度；③血液流過鰓的速度；④水體中污水層的厚度與鰓的形狀。22三、生物對(duì)污染物的吸收128

水生植物對(duì)水中的污染物吸收主要通過根部，浮水和沉水植物與水接觸面積較大，通過植物根、莖、葉的表面都可以吸收污染物。23水生植物對(duì)水中的污染物吸收主要通129四、生物濃縮、生物積累和生物放大

1、生物濃縮

生物濃縮（Bioconcentration）是指生物機(jī)體或處于同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)上的許多生物種群，從周圍環(huán)境中蓄積某種元素或難分解的化合物，使生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境的濃度現(xiàn)象，又稱生物學(xué)濃縮，生物學(xué)富集。24四、生物濃縮、生物積累和生物放大130

生物濃縮的程度用濃縮系數(shù)或富集因子（BioconcenFactor,BCF）來表示，是指生物機(jī)體內(nèi)某種物質(zhì)的濃度和環(huán)境中該物質(zhì)濃度的比值。生物濃縮程度的大小與物質(zhì)本身的性質(zhì)以及生物和環(huán)境因素相關(guān)。25生物濃縮的程度用濃縮系數(shù)或富集因子（B1312、生物積累

生物積累（Bioaccumulation）是指生物在其整個(gè)代謝活躍期通過吸收、吸附、吞食等各種過程，從周圍環(huán)境中蓄積某些元素或難分解的化合物，以致隨著生長(zhǎng)發(fā)育，濃縮系數(shù)不斷增大的現(xiàn)象，又稱生物學(xué)積累。生物積累程度也用濃縮系數(shù)表示。262、生物積累1323、生物放大

生物放大（Biomagnification）是指生態(tài)系統(tǒng)中，由于高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物以低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物為食物，某種元素或難分解化合物在生物機(jī)體中的濃度隨著營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高而逐步增大的現(xiàn)象，又稱為生物學(xué)放大。生物放大的結(jié)果使食物鏈上高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物機(jī)體中這種物質(zhì)的濃度顯著地超過環(huán)境濃度。生物放大的程度也用濃縮系數(shù)來表示。273、生物放大133

由于生物放大作用，進(jìn)入環(huán)境中的污染物，即使是微量的，也會(huì)使生物尤其是處于高位營(yíng)養(yǎng)級(jí)的生物受到毒害，甚至威脅人類健康。近年來，研究發(fā)現(xiàn)許多環(huán)境致癌物質(zhì)在環(huán)境中是極其微量的，如二噁英，它具有難降解和生物放大作用，通過食物鏈轉(zhuǎn)移，導(dǎo)致人群健康的危害。28由于生物放大作用，進(jìn)入環(huán)境中的污染1344、生物濃縮系數(shù)

生物濃縮系數(shù)（BioconcentrationFactor,BCF）是指生物體內(nèi)某種元素或難分解的化合物的濃度同它所生存的環(huán)境中該物質(zhì)的濃度比值，可用以表示生物濃縮的程度，又稱濃縮系數(shù)（ConcentrationFator）、生物富集系數(shù)、生物積累率等。闡述生物濃縮、生物積累和生物放大這些現(xiàn)象，都用濃縮系數(shù)的值來表示相應(yīng)的數(shù)量關(guān)系。294、生物濃縮系數(shù)135一、轉(zhuǎn)化的反應(yīng)類型

水體中污染物的轉(zhuǎn)化過程十分復(fù)雜。它包括物理、化學(xué)、生物、物理化學(xué)、生物化學(xué)等基本作用及其綜合作用，但在一定條件下往往又以某種作用為主。第三節(jié)污染物在水體中的轉(zhuǎn)化

30一、轉(zhuǎn)化的反應(yīng)類型第三節(jié)污染物在水體中的轉(zhuǎn)化1361.物理作用

它是指污染物進(jìn)入水體后改變其物理性狀、空間位置，而不改變其化學(xué)性質(zhì)，不參與生物作用的過程。311.物理作用1372.化學(xué)與物理化學(xué)作用它是指污染物進(jìn)入水體后，以簡(jiǎn)單或復(fù)雜的離子或分子狀態(tài)隨水遷移，不僅在位置上移動(dòng)，而且發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)或形態(tài)、價(jià)態(tài)上的轉(zhuǎn)化，水質(zhì)發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)的變化，但未參與生物作用。例如，酸化、堿化-中和，氧化-還原，分解-化合，沉淀-溶解，吸附-解吸，膠溶-凝膠等作用過程。322.化學(xué)與物理化學(xué)作用1383.生物與生物化學(xué)作用

進(jìn)入水體的污染物，特別是有機(jī)污染物，除能發(fā)生一般的化學(xué)轉(zhuǎn)化外，還能發(fā)生光化學(xué)作用和生物化學(xué)作用。生物與生物化學(xué)作用是指污染物通過生物的生理生化作用及食物鏈的傳遞過程中發(fā)生特有的生命作用過程，生化作用大致分為生物轉(zhuǎn)化作用和生物放大作用。333.生物與生物化學(xué)作用139（1）生物轉(zhuǎn)化作用

物質(zhì)在生物作用下經(jīng)受的化學(xué)變化，稱為生物轉(zhuǎn)化或代謝（轉(zhuǎn)化）。生物轉(zhuǎn)化、化學(xué)轉(zhuǎn)化和光化學(xué)轉(zhuǎn)化構(gòu)成了污染物質(zhì)在環(huán)境中的三大主要轉(zhuǎn)化類型。通過生物轉(zhuǎn)化，污染物質(zhì)的毒性也隨之改變。34（1）生物轉(zhuǎn)化作用140對(duì)于污染物質(zhì)在環(huán)境中的生物轉(zhuǎn)化，微生物起著關(guān)鍵作用。生物物化的結(jié)果既可能促進(jìn)轉(zhuǎn)化成毒性強(qiáng)的物質(zhì)，也可能促進(jìn)轉(zhuǎn)化成毒性弱的物質(zhì)，既有惡性轉(zhuǎn)化（生物轉(zhuǎn)化）和良性轉(zhuǎn)化（生物解毒）兩種作用。例如，無機(jī)汞化合物在微生物作用下，既能轉(zhuǎn)化為毒性更大的有機(jī)汞，也可能在另一類微生物作用下還原成毒性較小的單質(zhì)汞。35對(duì)于污染物質(zhì)在環(huán)境中的生物轉(zhuǎn)化，微生物起141絕大多數(shù)的生物轉(zhuǎn)化是在機(jī)體的酶參與和控制下進(jìn)行的。酶是一類由細(xì)胞制造和分泌的、以蛋白質(zhì)為主要成分的、具有催化活性的生物催化劑。其中，在酶催化下發(fā)生轉(zhuǎn)化的物質(zhì)稱為底物或基質(zhì)；底物所發(fā)生的轉(zhuǎn)化稱為酶促反應(yīng)。36絕大多數(shù)的生物轉(zhuǎn)化是在機(jī)體的酶參與142

酶的種類很多。根據(jù)起催化作用的場(chǎng)所，酶分為胞外酶和胞內(nèi)酶兩大類。這兩大類都在細(xì)胞中產(chǎn)生，但是胞外酶能通過細(xì)胞膜，在細(xì)胞外對(duì)底物起催化作用，通常是催化底物水解；而胞內(nèi)酶不能通過細(xì)胞膜，僅能在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮各種催化作用。如多糖水解，在胞外水解酶催化下水解成二糖和單糖，而后才能被微生物攝入細(xì)胞內(nèi)。二糖經(jīng)胞內(nèi)水解酶催化，繼續(xù)水解為單糖。37酶的種類很多。根據(jù)起催化作用的場(chǎng)143有機(jī)物在生物體細(xì)胞內(nèi)的氧化稱作為生物氧化，并伴隨有能量釋放。有機(jī)物通過生物氧化及其他生物轉(zhuǎn)化，可以變成更小更簡(jiǎn)單的分子，這一過程就是有機(jī)物的生物降解。如果有機(jī)物降解成CO2、H2O等簡(jiǎn)單無機(jī)物，則為完全降解；否則，為不完全降解。38有機(jī)物在生物體細(xì)胞內(nèi)的氧化稱作為生物氧化，并144（2）生物放大作用在生態(tài)系統(tǒng)中的同一食物鏈上，由于高營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物以低營(yíng)養(yǎng)級(jí)生物為基礎(chǔ)，某種元素或難分解化合物在機(jī)體中的濃度隨營(yíng)養(yǎng)級(jí)的提高，而逐步增大的現(xiàn)象，稱為生物放大作用。許多有機(jī)氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯等都有明顯生物放大現(xiàn)象。39（2）生物放大作用145

但是，生物放大并不是在所有條件下都能發(fā)生。如果生物體通過非吞食方式，從周圍環(huán)境吸收某種元素或難分解的化合物，在體內(nèi)蓄積，使其濃度超過環(huán)境中濃度的現(xiàn)象，稱為生物富集作用，又稱生物濃縮作用。40146

其富集程度用濃縮系數(shù)來表示，即某元素或難分解化合物在生物體內(nèi)的濃度與生物生長(zhǎng)環(huán)境中該物質(zhì)的濃度之比。它與環(huán)境中元素的種類和濃度，不同生物的生理特征以及環(huán)境因素有關(guān)。通常，重金屬元素和許多難分解、脫溶性高的有機(jī)物具有較高的濃縮系數(shù)。

總之，生物積累、放大和富集可從不同側(cè)面探討環(huán)境污染物的遷移、轉(zhuǎn)化及可能造成的危害。41其富集程度用濃縮系數(shù)來表示，即某元素或難分解化合物在147二、影響轉(zhuǎn)化的因素

水體中污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)化是錯(cuò)綜復(fù)雜的，影響因素也很多。例如：水文、水中微生物、水面上的氧氣交換速度、水溫、太陽(yáng)輻射、污染物質(zhì)的性質(zhì)與濃度、水體的化學(xué)性質(zhì)、時(shí)間等。1.水文一般的污染物進(jìn)入水體后，利用天然水體擴(kuò)散加以分布，這種擴(kuò)散分布情況因每個(gè)水體水文條件不同而異。包括水體的地理特征、形態(tài)、流速、流量、潮汐、海流等。42二、影響轉(zhuǎn)化的因素1482.水中微生物水體中有機(jī)污染物的分解，主要是由于存在于水中的各種微生物造成的生物化學(xué)好氣性分解和嫌氣性分解。也就是說，這種轉(zhuǎn)化在很大程度上要受到存在于水中微生物的數(shù)量和種類的支配。特別是對(duì)于特定的污染物質(zhì)來說，存在著可使它特殊分解的微生物，具有重要意義。432.水中微生物1493.水面上的氧氣交換速度水中溶解的氧氣量對(duì)自凈作用有很大的關(guān)系，因而從空氣通過水面的氧補(bǔ)給速度對(duì)自凈作用很重要。氣體交換速度本身，受到各種因素支配，如大氣及水中的氧氣壓、溫度、水面狀態(tài)、水的流動(dòng)方式。水中含有物質(zhì)本身，有些也影響氣體交換，例如洗滌劑在水面形成的泡沫或油膜覆蓋水面，都會(huì)使氣體交換速度大大降低。443.水面上的氧氣交換速度1504.水溫水溫不僅對(duì)參與污染物質(zhì)分解的化學(xué)反應(yīng)速度有影響，而且對(duì)微生物的活動(dòng)力也是一個(gè)重要因素。另一方面，水溫高，水中溶解氧飽和量低。但當(dāng)水溫低至水面結(jié)冰時(shí)，空氣與水面氣體交還被隔絕，水中溶解氧因補(bǔ)給減少而降低。454.水溫1515.太陽(yáng)輻射光的條件與自凈作用關(guān)系很大，有許多污染物在太陽(yáng)輻射下（特別是紫外線）下能直接分解，如除草劑五氯酚（鈉）等。浮游植物與水中植物與太陽(yáng)輻射進(jìn)行光合作用，產(chǎn)生大量氧氣，供應(yīng)有機(jī)物分解所需要的部分氧。此外，紫外線對(duì)某些分解污染物的微生物也有抑制作用。465.太陽(yáng)輻射1526.污染物的性質(zhì)與濃度不同的污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化的速度有顯著的差異。如碳水化合物、油脂的分解速度比六六六要快得多。有些污染物質(zhì)在好氣條件下易分解，有些在嫌氣條件下易分解。當(dāng)污染物低于某一濃度時(shí)，對(duì)微生物的活動(dòng)有促進(jìn)作用；當(dāng)污染物濃度高于這一濃度，微生物的活動(dòng)就會(huì)受到抑制。476.污染物的性質(zhì)與濃度1537.水體的化學(xué)性質(zhì)水體的化學(xué)性質(zhì)對(duì)污染物的轉(zhuǎn)化有重要影響。酸堿條件不但影響水體中微生物的活性，而且對(duì)污染物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)、遷移、沉淀都有重要的作用。氧化還原電位的不同也能使某些金屬發(fā)生價(jià)態(tài)變化，生成不同的化合物，影響遷移的性質(zhì)。

8.時(shí)間污染物與水體的混合，水體對(duì)污染物的稀釋以及微生物對(duì)有機(jī)物的生物化學(xué)分解，都需要時(shí)間。487.水體的化學(xué)性質(zhì)154一、水體污染類型及其對(duì)生物影響的途徑和方式二、水體污染物對(duì)人類健康的影響三、水體污染物對(duì)水生生物的影響（魚、藻、蚤）四、水體污染對(duì)植物的影響（污灌、水稻）第四節(jié)水環(huán)污染物的毒性作用及機(jī)理49一、水體污染類型及其對(duì)生物影響的途徑和方式第四節(jié)水環(huán)污155一、水體污染類型及其對(duì)生物影響的途徑和方式水生生態(tài)系統(tǒng)處于不斷的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而人類每時(shí)每刻都會(huì)影響甚至改變水域外境。人類的生產(chǎn)活動(dòng)和生活活動(dòng)所產(chǎn)生的物質(zhì)，在進(jìn)入水生生態(tài)系統(tǒng)后，如果量值達(dá)到一定限度，并在一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生直接或間接有害水生生物的作用，則稱之為有毒有害物質(zhì)或污染物。引起水體污染的污染物類型及它們對(duì)水生生物產(chǎn)生的影響途徑與方式不盡相同，但所造成的危害都是一樣的。50一、水體污染類型及其對(duì)生物影響的途徑和方式1561.有機(jī)污染（城鎮(zhèn)生活污水）城鎮(zhèn)生活污水含氮、硫、磷較高，在厭氣細(xì)菌的作用下，易產(chǎn)生有惡臭的物質(zhì)，如硫化氫。這種氣體毒性很大，可直接殺死許多種類的生物。有機(jī)物在水中的礦化或細(xì)菌的分解，需要消耗大量的氧氣，使水中的溶解氧很快下降、嚴(yán)重時(shí)溶解氧降至零；存這種條件下，絕大部分種類的水生生物就會(huì)窒息、死亡。511.有機(jī)污染（城鎮(zhèn)生活污水）1572.重金屬污染當(dāng)進(jìn)入生物體內(nèi)的重金屬達(dá)到閾值濃度時(shí)，能擾亂或破壞生物的正常生理功能，引起暫時(shí)或持久的病變，甚至中毒死亡。即使在水體中重金屬濃度較低的條件下，經(jīng)過食物鏈作用，濃度也可以逐級(jí)累積和放大（生物濃縮和生物放大）。如無機(jī)汞在水中微生物的作用下會(huì)轉(zhuǎn)化成毒性更大的甲基汞。522.重金屬污染1583.農(nóng)藥污染

近40年來，人工合成農(nóng)藥迅速發(fā)展，廣泛應(yīng)用。殘留在農(nóng)作物、果樹、森林、土壤表面的農(nóng)藥經(jīng)雨水沖刷及其它途徑進(jìn)入水體，直接或間接對(duì)水生生物產(chǎn)生危害。敏感的魚類，會(huì)在很低濃度的對(duì)硫磷、馬拉硫磷影響下中毒死亡。而尚存的某些忍耐種類如鯽魚則出現(xiàn)脊椎骨粘連和扭曲，魚體嚴(yán)重畸形的癥狀。533.農(nóng)藥污染159

另外，有些有機(jī)氯農(nóng)藥如六六六和DDT，不僅毒性大，而且在水環(huán)境中殘留時(shí)間長(zhǎng)，容易在生物體中積累，被水生生物逐次依營(yíng)養(yǎng)等級(jí)而放大。毒物的這種隨食物鏈的放大作用對(duì)水生生物構(gòu)成潛在威脅，特別對(duì)位于食物鏈末級(jí)的生物危害更大。如食肉的鳥類吃了富集了高濃度DDT的魚類，可大批死亡。盡管六六六、DDT農(nóng)藥早己在許多國(guó)家，其中包括中國(guó)禁止生產(chǎn)使用，但實(shí)際上目前仍有不少國(guó)家和地區(qū)繼續(xù)使用。54另外，有些有機(jī)氯農(nóng)藥如六六六和DDT，不僅毒1604.赤潮赤潮的發(fā)生機(jī)制與日益加劇的海洋環(huán)境污染關(guān)系密切。大量含有氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽類的有機(jī)污水的排放大大刺激了某些單細(xì)胞的鞭毛藻類，如夜光藻、原甲藻、裸甲藻等急劇繁殖和高度密集，很快遍布海灣、河口，使這一帶的水體改變顏色，惡化水體環(huán)境。554.赤潮161赤潮的危害包括：（1）引起海水缺氧或無氧狀態(tài)，致使許多需氧生物窒息死亡，特別是營(yíng)底棲生活的蝦、貝類受害程度更加嚴(yán)重，幾乎可全部死亡。（2）赤潮引發(fā)甲藻產(chǎn)生殺魚毒素，微小的含量即可造成魚類大批死亡；（3）某些赤潮生物排出的分泌粘液及這些藻類死亡分解產(chǎn)生的粘液能附著于貝類和魚類的鰓上，造成它們的呼吸困難，嚴(yán)重者可能致死。56赤潮的危害包括：1625.酸雨酸雨主要由于煤和石油在燃燒過程中排放的大量二氧化硫和氮氧化物在長(zhǎng)程傳輸中形成的，又以濕和干的沉降形式返回地面。酸雨的最嚴(yán)重后果是降低湖泊、河流、水庫(kù)的pH值，使水體酸化，破壞水生生態(tài)系的平衡，甚全直接殺滅眾多水生生物種類，引起物種組成的變化和多樣性的大幅度減少。575.酸雨163

多數(shù)生物種類僅能忍受pH值5.5左右，而在4.5—4.8范圍內(nèi)將被殺死。在自然水體中，許多的敏感魚