環(huán)境毒理學(xué)基礎(chǔ)

第八章水環(huán)境毒理學(xué)本章內(nèi)容第一節(jié)

水域生態(tài)環(huán)境概述第二節(jié)

污染物在水體與生物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化第三節(jié)

污染物的毒性作用及機(jī)理第四節(jié)

水體環(huán)境污染對人類健康的影響第五節(jié)

水域生態(tài)毒理學(xué)第一節(jié)水域生態(tài)環(huán)境概述

一、水域生態(tài)環(huán)境的特點(diǎn)

水環(huán)境是一個開放和動態(tài)的體系，其中生物與非生物環(huán)境是相互關(guān)聯(lián)和相互作用的。水環(huán)境的特點(diǎn)有：水密度大，具有較大的浮力水體具有折射性水域中物質(zhì)循環(huán)的速率比陸地快水域具有復(fù)雜的垂直分層和流動性浮游生物代謝率高、繁殖快返回本章目錄

二、水域生態(tài)環(huán)境的組成

水域生態(tài)環(huán)境由非生物和生物組成。非生物包括：水及其主要離子、溶解性氣體、微量元素、膠體和懸浮物質(zhì)等。生物組成包括：生產(chǎn)者、消費(fèi)者和分解者。生產(chǎn)者主要是藻類。消費(fèi)者有初級消費(fèi)者和高級消費(fèi)者，如很小的浮游動物和底棲動物等。分解者主要是細(xì)菌和真菌。

三、水環(huán)境中污染物的類型

從環(huán)境毒理學(xué)的角度，把進(jìn)入水體的污染物分為物理性、化學(xué)性和生物性污染物三類。物理性污染物包括非溶解性污染物、熱污染及放射性污染。化學(xué)性污染物包括有機(jī)污染物和無機(jī)污染物。生物性污染物包括致病細(xì)菌、致病病毒及寄生蟲等。

自第二次世界大戰(zhàn)以來，大量環(huán)境污染物進(jìn)入水體，環(huán)境公害事件不斷發(fā)生；同時近幾十年來，許多國家在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時，卻付出了沉重的環(huán)境污染的代價。生態(tài)后果表現(xiàn)為生物多樣性銳減、近海赤潮頻繁、湖泊富營養(yǎng)化嚴(yán)重、河流酸化和水質(zhì)惡化及污染事故經(jīng)常發(fā)生。具體表現(xiàn)為：對水生生物的直接損害；對水生生物群落與功能的影響；對水生生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能影響。四、環(huán)境污染對水域生態(tài)系統(tǒng)的損害返回本章目錄第二節(jié)污染物在水體與生

物體內(nèi)的遷移轉(zhuǎn)化污染物進(jìn)入水體的途徑污染物在水環(huán)境中的分布和轉(zhuǎn)移生物對污染物的吸收生物富集返回本章目錄一、污染物進(jìn)入水體的途徑通過大氣沉降進(jìn)入地表水環(huán)境通過下滲進(jìn)入地下水環(huán)境通過地表徑流進(jìn)入地表水環(huán)境污染物進(jìn)入水體后發(fā)生各種反應(yīng)，根據(jù)污染物的不同性質(zhì)可產(chǎn)生不同的污染過程。有機(jī)污染物一般通過吸附作用、揮發(fā)作用、水解作用、光解作用、生物富集和生物降解作用等過程進(jìn)行遷移轉(zhuǎn)化。重金屬在水體中發(fā)生形態(tài)間的相互轉(zhuǎn)化及分散和富集過程，即重金屬遷移，這主要與重金屬的沉淀、絡(luò)合、螯合、吸附和氧化還原等作用有關(guān)。二、污染物在水環(huán)境中的分布和轉(zhuǎn)移人與動物對外源性化合物的吸收途徑主要有經(jīng)消化道、呼吸道和皮膚吸收。陸生植物可通過根和葉的表面吸收污染物。質(zhì)體流（massflow）是其主要的吸收途徑。即污染物隨蒸騰拉力在植物吸收水分時與水一起到達(dá)植物的根部，并隨水向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)。另一吸收途徑是通過葉表面擴(kuò)散進(jìn)入根部。水生植物中挺水植物主要通過根吸收植物，浮水植物和沉水植物與水的接觸面積較大，通過植物根、莖、葉的表面吸收污染物。三、生物對污染物的吸收生物個體或處于同一營養(yǎng)級的許多生物種群從周圍環(huán)境吸收并積累某種元素或難分解的化合物，導(dǎo)致生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境中濃度的現(xiàn)象，稱為生物富集（bio-enrichment）或生物濃縮（bio-concentration）。

也有人用生物放大（bio-magnification）及生物積累（bio-accumulation）來描述生物富集現(xiàn)象，前者是指同一生物個體在生長發(fā)育的不同階段生物富集系數(shù)不斷增加的現(xiàn)象；后者是指同一生物鏈中，生物富集系數(shù)從低級營養(yǎng)級到高級營養(yǎng)級逐步增大的現(xiàn)象。

四、生物富集 影響生物富集的因素很多，生物種的特性、污染物的性質(zhì)、污染物的濃度與作用時間及環(huán)境特點(diǎn)等均是生物富集的影響因子。不同種類的生物、處在不同發(fā)育期的生物和不同的器官生物富集規(guī)律不同。 以鰱魚為例，其不同器官富集金屬鉛的量從大到小順序為：鰓＞鱗＞內(nèi)臟＞骨骼＞頭部＞肌肉。

對水稻的研究表明，根在不同時期對鉛的富集量大小順序為：拔節(jié)期>分蘗期>苗期>抽穗期>結(jié)實(shí)期。

以美國長島河口區(qū)生物對DDT的富集為例，不同生物的DDT含量順序為：海鳥>大魚>小魚>浮游生物>大氣,其相應(yīng)的富集系數(shù):8.33×106>6.6×105>1.67×105>1.3×104。返回本章目錄第三節(jié)污染物的毒性

作用及機(jī)理分子水平的毒性效應(yīng)細(xì)胞與亞細(xì)胞水平的毒性效應(yīng)個體水平的毒性效應(yīng)種群、群落水平的毒性效應(yīng)生態(tài)系統(tǒng)水平的毒性效應(yīng)不同生態(tài)環(huán)境因子對污染物毒性的影響返回本章目錄

一、分子水平的毒性效應(yīng)

現(xiàn)階段分子生物學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展使從分子水平探索污染物對水生生物和人體產(chǎn)生毒性作用的機(jī)制成為可能，從而使人們可以盡快確定環(huán)境污染物的早期檢測終點(diǎn)（endpoint）并進(jìn)行早期預(yù)測。檢測的指標(biāo)包括：DNA損傷、混合功能氧化酶和膽堿酯酶等。二、細(xì)胞與亞細(xì)胞水平的毒性效應(yīng)

動物、植物在受到污染物的影響而尚未出現(xiàn)可見癥狀之前，在組織和細(xì)胞中已出現(xiàn)生理生化和亞細(xì)胞顯微結(jié)構(gòu)等微觀的變化。如對植物根、葉細(xì)胞核、線粒體、染色體、核仁等的影響。圖①示56mg/m3SO2組，箭頭示正常肝組織中核碎裂細(xì)胞HE×400；圖②示112mg/m3SO2組，肝組織中多處點(diǎn)狀壞死HE×200；圖③示168mg/m3SO2組，肝組織灶狀壞死HE×200。來源：二氧化硫?qū)Ω闻K組織學(xué)結(jié)構(gòu)的影響，白劍英孟紫強(qiáng)，中華病理學(xué)雜志，2004年2期二氧化硫染毒后肝臟病理學(xué)改變光鏡觀察圖1.對動植物形態(tài)結(jié)構(gòu)的影響：如骨骼變形、肢體變形、腫瘤形成等。2.對種子生活力的影響：種子發(fā)芽率降低等。3.對動物生長、繁殖和行為的影響：如抑制卵黃形成、抑制黃體生成素（LH）對排卵的誘導(dǎo)作用，使卵中胚胎發(fā)育受阻。嚴(yán)重時水生動物繁殖停止、行為改變。三、個體水平的毒性效應(yīng)2002年6月10日至12日，我國河南省襄城縣紫云鎮(zhèn)黃南村新寨水庫中大量死魚漂浮在水面上來源：新華網(wǎng)新疆頻道

1.種群效應(yīng):對于較高濃度污染物水生生物種群數(shù)量的減少甚至滅亡,而較低濃度下長期接觸污染物的生物種群可能對毒物產(chǎn)生耐性和抗性.不同種群對水污染的敏感性和耐性不同.2.群落效應(yīng):對于較高濃度污染物水生生物某些種群已不復(fù)存在,某些種群明顯減少,某些種類具有很大的波動變化.如大型底棲生物受原油泄漏這種災(zāi)難性事件影響后種群變化很大或單甲脒農(nóng)藥對藻類、浮游動物和水生植物、底棲動物、好氧異養(yǎng)菌等的影響。四、種群、群落水平的毒性效應(yīng)在水環(huán)境中，污染物影響水生生物種群和群落結(jié)構(gòu)變化，使生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能受到損害。當(dāng)污染物在一定的時空范圍內(nèi)持續(xù)作用于水生生態(tài)系統(tǒng)時，生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)流動和能量流動受阻，生態(tài)系統(tǒng)健康（ecosystemhealth）受到影響，逐步走向衰退。長期環(huán)境污染對生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)效應(yīng)：

(1)生物多樣性的喪失，包括遺傳多樣性的喪失、物種多樣性的喪失和生態(tài)系統(tǒng)多樣性的喪失；

(2)生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜性降低；

(3)自我調(diào)控能力下降。五、生態(tài)系統(tǒng)水平的毒性效應(yīng)水體溫度：溫度主要改變變溫生物的生理過程，對生物的代謝活動和生物積累有一定的影響。溫度對水中污染物質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化作用、酶的誘導(dǎo)、殘留停滯和毒性均有很大影響。水體pH:通常魚類生長的最適pH為5～9;pH在5.5以下時魚類生長受阻，產(chǎn)量下降；pH在5以下時魚類生殖功能失調(diào)，繁殖停止。魚胚和魚苗階段是魚類生活周期中對低pH最為敏感而且最易死亡的階段。六、不同生態(tài)環(huán)境因子對污染物毒性的影響光照：太陽光可以直接與很多有機(jī)污染物反應(yīng)，溶解有機(jī)碳提供光化學(xué)反應(yīng)媒介，誘發(fā)光化學(xué)變化。光解作用是有機(jī)污染物真正的分解過程，因為它可不可逆地改變反應(yīng)分子，強(qiáng)烈地影響水環(huán)境中某些污染物的歸趨。水流速和流量的影響：水體的混合稀釋能力因流速、河量、河床形狀的不同而異。流速大，流量大，河床彎曲不平，則其混合稀釋能力較強(qiáng)。湖泊由于水交換緩慢，更容易積累污染物質(zhì)。返回本章目錄第四節(jié)水體環(huán)境污染對

人類健康的影響一、水污染對人體健康的影響二、水生生物毒素對人體健康的危害三、赤潮和水華的毒性作用四、水環(huán)境污染中毒案例返回本章目錄1.飲用水污染有一般化學(xué)物質(zhì)、有毒化學(xué)物質(zhì)和微生物污染引起的健康問題。如飲用水中硬度引起的健康問題，居住在軟水地區(qū)的人，一旦進(jìn)入飲用水極硬的地區(qū)，可因一時的不適應(yīng)而出現(xiàn)腹瀉和消化不良等胃腸道功能紊亂癥狀和體征。另外硬水對泌尿系統(tǒng)結(jié)石形成可能有一定影響。飲用水經(jīng)氯化消毒而產(chǎn)生的副產(chǎn)物具有生殖毒性。許多有致突變作用。飲用水受微生物污染可傳播霍亂、傷寒、痢疾、胃腸炎及肝炎等介水傳染疾病。浙江省嘉興市一家星級賓館冷水管流出的黃水來源：新華網(wǎng)一、水污染對人體健康的影響

2.水環(huán)境污染人類對自然資源的大規(guī)模開發(fā)和利用的同時也向水體排放大量的各類污染物，危害人類健康。許多對人體健康有害的化合物（有機(jī)污染物、重金屬等）和病菌通過各種途徑進(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。2001年5月27日，武漢東湖風(fēng)光村官橋湖發(fā)生大面積“翻塘”

2005年11月，受污染的松花江3.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，對人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。如污水灌溉引起的鎘在人群體內(nèi)的積累，有些已有“痛痛病”的早期癥狀。菜農(nóng)在污水中勞作痛痛病病人

有毒的水生動物包括爬行動物、兩棲動物、魚類、腔腸動物、螺類、貝類、棘皮動物、海龜類等。它們對人體的毒性和作用機(jī)理各不相同。如豚毒魚類產(chǎn)生河豚毒素，該毒素可阻礙神經(jīng)和肌肉的傳導(dǎo)、使骨骼肌、橫隔肌及呼吸神經(jīng)中樞麻痹。人一般食用后10～45min內(nèi)出現(xiàn)眩暈、惡心、嘔吐、全身麻木、運(yùn)動不協(xié)調(diào)甚至癱瘓等現(xiàn)象，嚴(yán)重時呼吸困難、血壓下降、心率失常，最終因呼吸衰亡而死亡。二、水生生物毒素對人體健康的危害三、赤潮和水華的毒性作用赤潮是海洋中某些微?。?～20μm)的浮游藻類、原生動物或更小的細(xì)菌，在一定的條件下暴發(fā)性繁殖或突然性聚集，引起水體變色的一種現(xiàn)象。赤潮是海洋環(huán)境污染的一種危險信號。300種赤潮種中約有70種產(chǎn)生毒素，可通過食用魚或貝類等對人類造成危害，造成人類消化系統(tǒng)或神經(jīng)系統(tǒng)中毒，嚴(yán)重還可致死。1999年7月16日遼東灣夜光蟲赤潮

2001年7月7日,黃海海域發(fā)生的赤潮來源：2001年青島市海洋環(huán)境質(zhì)量公報

水華（waterbloom）是一種普遍發(fā)生的淡水污染現(xiàn)象。水華是由水中藻類引起的，如藍(lán)藻、綠藻和硅藻等。水華發(fā)生時，水體呈藍(lán)色或綠色。我國淡水富營養(yǎng)化水華頻繁發(fā)生，面積逐年擴(kuò)散，持續(xù)時間逐年延長。水華產(chǎn)生的藻毒素造成的最大危害是引起魚類死亡，使飲用水源受到威脅并通過食物鏈影響人類的健康。藍(lán)藻水華能損害肝臟，具有促癌效應(yīng)，直接威脅人類的健康和生存。2005年6月，太湖局部湖區(qū)出現(xiàn)藍(lán)藻水華

水俁病：水俁病是甲基汞中毒引起的以腦損害為主要特征的疾病，因發(fā)現(xiàn)于日本水俁灣地區(qū)而得名。本病的致病因子是甲基汞。水體遭受含無機(jī)汞的廢水污染，無機(jī)汞被水體中的微生物轉(zhuǎn)化而形成的甲基汞，被魚、貝類吸收和富集于體內(nèi)。人食用含甲基汞的魚、貝類后，甲基汞經(jīng)吸收而聚積于腦組織，長期蓄積到一定水平，產(chǎn)生實(shí)質(zhì)損害而得本病。表現(xiàn)為小腦性運(yùn)動失調(diào)、視野縮小及發(fā)音困難等。四、水環(huán)境污染中毒案例河流污染事故：主要是各種突發(fā)性污染。如1994年7月，淮河發(fā)生特大污染事故，造成沿河安徽省淮南、懷遠(yuǎn)、蚌埠及江蘇省淮陰市出現(xiàn)飲水困難，魚蟹死亡上萬噸，持續(xù)2個月，經(jīng)濟(jì)損失以億元計。漁民望著成堆的死蟹只能“自認(rèn)倒霉”來源：人民網(wǎng)

返回本章目錄第五節(jié)水域生態(tài)毒理學(xué)一、河口生態(tài)毒理學(xué)二、濕地生態(tài)毒理學(xué)三、海岸帶生態(tài)毒理學(xué)返回本章目錄

生態(tài)毒理學(xué)是生態(tài)學(xué)和環(huán)境毒理學(xué)相互滲透而形成的交叉學(xué)科，是環(huán)境毒理學(xué)的重要分支。重點(diǎn)研究毒物、環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)三者之間的相互關(guān)系，目的是控制污染物對生態(tài)系統(tǒng)的毒性影響，保護(hù)人類及其生活環(huán)境。水生態(tài)毒理學(xué)研究集中在個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)這4個層次，特別關(guān)注不同污染物及其相互作用與生態(tài)系統(tǒng)損害和恢復(fù)的關(guān)系，主要探討因受環(huán)境污染物影響而產(chǎn)生異常變化的信號指標(biāo)、生物轉(zhuǎn)化、生物降解、致毒和解毒機(jī)制，目前已成為國內(nèi)外關(guān)注與研究的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

河口生態(tài)毒理學(xué)（ecotoxicologyofestuary）是以河口為研究對象，定量研究污染物在個體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)各個層次上的毒性機(jī)制、環(huán)境中的行為及其與環(huán)境因素的相互影響。探索毒物在河口生態(tài)系統(tǒng)中的遷移、轉(zhuǎn)化與歸宿，建立可預(yù)測模型。其目的是在于減少人類對河口生態(tài)系統(tǒng)造成的破壞，并遏制生態(tài)環(huán)境的繼續(xù)惡化。一、河口生態(tài)毒理學(xué)河口概念：河口是指海水和淡水交匯和混合的部分封閉的沿岸海灣，它受潮汐作用的強(qiáng)烈影響，理化條件具有很大的波動性。河口生態(tài)系統(tǒng)位于河流生態(tài)系統(tǒng)與海洋生態(tài)系統(tǒng)的交匯處，是地球上兩類水域生態(tài)系之間的過渡區(qū)。河水和海水在河口區(qū)相互混合，水的鹽度從河水的接近于零連續(xù)增加到正常海水的數(shù)值，水體中的生物群落也因為處于淡水與海洋生態(tài)系統(tǒng)之間的過度狀態(tài)具有許多獨(dú)特的種群。日本木曽三川河口來源：

日本雄物川河口來源：黃河故道刁口河口來源：河口生態(tài)系統(tǒng)組成生物部分生產(chǎn)者消費(fèi)者分解者高等植物和浮游植物各類動物腐生和寄生菌類非生物部分無機(jī)物質(zhì)氣候因素有機(jī)物質(zhì)河口獨(dú)特環(huán)境因素

由于河口是淡水和海水交匯區(qū)域，使得上溯入河川營生殖洄游的魚類和在河口區(qū)營生殖洄游和索餌洄游的動物均將河口作為調(diào)節(jié)滲透壓、產(chǎn)卵和繁殖的理想場所。

河口區(qū)的生態(tài)環(huán)境特征：廣鹽性、廣溫性和耐低氧性是河口生物的重要生態(tài)特征。環(huán)境特征表現(xiàn)為如下指標(biāo)：鹽度、溫度、底質(zhì)性質(zhì)、波浪和流速、渾濁度以及營養(yǎng)物質(zhì)的富集。

河口區(qū)環(huán)境污染：河口區(qū)城市人口的急劇增加，工廠的污水和居民生活廢水大量傾瀉到河口區(qū)，使河口水域各種污染物質(zhì)含量很高。河流經(jīng)過農(nóng)田時有相當(dāng)部分的肥料和農(nóng)藥經(jīng)雨水沖刷而匯入河口區(qū)。大量的養(yǎng)殖廢水（包括人工投餌的殘餌，養(yǎng)殖對象的各種排泄物和養(yǎng)殖過程中使用的各種藥物）通過交換進(jìn)入河口區(qū)。停留在河口灣的船舶所產(chǎn)生的燃料油泄露和生活廢水等傾倒入海。濕地是介于陸地和水生環(huán)境之間的過渡帶，并兼有兩種生態(tài)系統(tǒng)的某些特征。濕地具有獨(dú)特的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，在全球生態(tài)系統(tǒng)中具有重要地位。特別是在凈化水污染和水域生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)與重建方面，濕地由于具有顯著的生態(tài)環(huán)境效益而開始被廣泛利用。二、濕地生態(tài)毒理學(xué)

（ecotoxicologyofwetland）東灘濕地青海——高山濕地(海拔4000m)

濕地的分類：濕地淡水濕地生態(tài)系統(tǒng)濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)淡水湖泊生態(tài)系統(tǒng)沼澤生態(tài)系統(tǒng)

濕地生態(tài)系統(tǒng)具有重要的凈化水源的功能，主要通過以下途徑發(fā)揮作用：排除水中營養(yǎng)物質(zhì)：進(jìn)入濕地生態(tài)系統(tǒng)的氮可通過植物、微生物的聚集沉積作用、脫氮作用而將其從水中排除。阻截懸浮物：濕地生態(tài)系統(tǒng)通過吸附、沉降和植物的吸收等作用阻截懸浮物而使水體得到改善。這一過程起到清除細(xì)菌和病毒的作用，并可將水中金屬物質(zhì)一同消除。降解有機(jī)物：濕地的pH都偏低，有助于酸催