水環(huán)境毒理學(xué)概述(ppt 104頁).ppt

1、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頁增加富營養(yǎng)化內(nèi)容 3、刪除原36,37頁酶的特性，有點多余，與介紹的生物轉(zhuǎn)化關(guān)系不大 4、在97-98頁中對納米材料水生態(tài)毒理學(xué)的研究的不足進行濃縮提煉 5、對格式和字體不正確的部分進行修正,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理 第五節(jié) 水體富營養(yǎng)化 第六節(jié) 納米材料的水生態(tài)毒理學(xué)研究進展,4,一、水體及水體污染 二、水體自凈作用及機理 三、水體中主要污染物種類及類型,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、

2、水庫、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。,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，例如長江、黃河、太湖等。,7,2.水體污染 是指由于人類活動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)濟發(fā)展和人民生活中的作用。,8,水體污染的原因可以分為三個方面： 改變了水

3、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。,9,二、水體自凈作用及機理 1、水體自凈作用 自然環(huán)境包括水環(huán)境，對污染物質(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間的推移在向下流動的過程中自然降低，稱之為水體的自凈作用。 簡單說：水體受到污染后，逐漸從不清潔到清潔。,10,2、水體自凈作用的機理 水體自凈作用的過程非常復(fù)雜，其機理分為： 物理過程 化學(xué)及物理化學(xué)過程 生物化學(xué)過程,11, 物理過程：包括稀釋、混合、擴散、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

4、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：污染物中的有機物，由于水體中微生物的代謝活動而被分解、氧化并轉(zhuǎn)化為無害、穩(wěn)定的無機物，從而使其濃度降低。,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，既無機無毒物、無機有毒物、有機無毒物和有機有毒物。另外，還有放射性物質(zhì)、生物污染物質(zhì)和熱污染等。,13,（一）無機無毒物 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、堿無機鹽類； 三則是氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)。,14,（二）無機有毒物 無機有毒物

5、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，達到一定濃度后才顯示出癥狀，不易為人們及時發(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。,15,（三）有機無毒物（需氧有機物） 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)場污水的BOD5值可能高于生活污水5倍左右。,16,2、有機污染物對水體的危害 有機污染物對水體污染的危害主要在于對漁業(yè)水產(chǎn)資

6、源的破壞。水中含有充足的溶解氧是保證魚類生長、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。一旦水中溶解氧下降，各種魚類就要產(chǎn)生不同的反應(yīng)。,17,（四）有機有毒物 這類物質(zhì)多屬于人工合成的有機物質(zhì)，如農(nóng)藥（DDT、六六六等有機氯農(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。,18,一、污染物進入水體的途徑 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,19,一、污染物進入水體的途徑 1通過大氣沉降進入地表水環(huán)境 降水（濕沉降）或

7、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通過下滲進入地下水環(huán)境 由于糞池、垃圾填埋場、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。,20,3通過地表徑流入地表水環(huán)境 污染物進入地表水環(huán)境有以下幾種途徑： 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。 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 有毒有害廢棄物處理、處置不當，其中有毒的化學(xué)品通過淋溶，滲透等途徑進入水體。,21,二、污染物在水環(huán)境中的分布、轉(zhuǎn)

8、移 在流動的河流等水體中污染物會隨水的流動向下游擴散。非水溶性的污染物進入水體后，會很快的沉降到水體的底部。水體中的污染物還會被水生生物吸收或吸附在其表面而進入生物體。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。,22,三、生物對污染物的吸收 哺乳動物對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。 對于水生生物魚類，其主要的吸收途徑是通過魚鰓， 被動擴散是其主要機理。 影響污染物進入魚體的主要因素有： 換氣速度（水通過鰓的速度）； 通過鰓瓣的擴散速度； 血液流過鰓的速度； 水體中污水層的厚度與鰓的形狀。,23,水生植物對水中的污

9、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。,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）是指生物機體或處于同一營養(yǎng)級上的許多生物種群，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。,25,生物濃縮的程度用濃縮系數(shù)或富集因子（Bioconcen Factor,BCF）來表示，是指生物機體內(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)。,26,2、生物積累 生物積累（Bioa

10、ccumulation）是指生物在其整個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。,27,3、生物放大 生物放大（Biomagnification）是指生態(tài)系統(tǒng)中，由于高營養(yǎng)級生物以低營養(yǎng)級生物為食物，某種元素或難分解化合物在生物機體中的濃度隨著營養(yǎng)級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)果使食物鏈上高營養(yǎng)級生物機體中這種物質(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。,28,由于生物放大作用，進入環(huán)境中的污染物，即使是微量的，也會使

11、生物尤其是處于高位營養(yǎng)級的生物受到毒害，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。,29,4、生物濃縮系數(shù) 生物濃縮系數(shù)（Bioconcentration Factor, 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)（Concentration Fator）、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。,30,一、轉(zhuǎn)化的反應(yīng)類型 水體中污染物的轉(zhuǎn)化過

12、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,31,1.物理作用 它是指污染物進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。,32,2.化學(xué)與物理化學(xué)作用 它是指污染物進入水體后，以簡單或復(fù)雜的離子或分子狀態(tài)隨水遷移，不僅在位置上移動，而且發(fā)生了化學(xué)性質(zhì)或形態(tài)、價態(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。,33,3.生物與生物化學(xué)作用 進入水體的污染物，特別

13、是有機污染物，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。,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。,35,對于污染物質(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)果既可能促進轉(zhuǎn)化成毒性強的物質(zhì)，也可能促進轉(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

14、。例如，無機汞化合物在微生物作用下，既能轉(zhuǎn)化為毒性更大的有機汞，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。,36,絕大多數(shù)的生物轉(zhuǎn)化是在機體的酶參與和控制下進行的。酶是一類由細胞制造和分泌的、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)。,37,酶的種類很多。根據(jù)起催化作用的場 所，酶分為胞外酶和胞內(nèi)酶兩大類。這兩大類 都在細胞中產(chǎn)生，但是胞外酶能通過細胞膜， 在細胞外對底物起催化作用，通常是催化底物 水解；而胞內(nèi)酶不能通過細胞膜，僅能在細胞 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

15、糖，而后才能被微 生物攝入細胞內(nèi)。二糖經(jīng)胞內(nèi)水解酶催化，繼 續(xù)水解為單糖。,38,有機物在生物體細胞內(nèi)的氧化稱作為生物氧化，并伴隨有能量釋放。有機物通過生物氧化及其他生物轉(zhuǎn)化，可以變成更小更簡單的分子，這一過程就是有機物的生物降解。如果有機物降解成CO2、H2O等簡單無機物，則為完全降解；否則，為不完全降解。,39,（2）生物放大作用 在生態(tài)系統(tǒng)中的同一食物鏈上，由于高營養(yǎng)級生物以低營養(yǎng)級生物為基礎(chǔ)，某種元素或難分解化合物在機體中的濃度隨營養(yǎng)級的提高，而逐步增大的現(xiàn)象，稱為生物放大作用。許多有機氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯等都有明顯生物放大現(xiàn)象。,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

16、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。,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生物體內(nèi)的濃度與生物生長環(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。,42,二、影響轉(zhuǎn)化的因素 水體中污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)化是錯綜復(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、太陽輻射、污染

17、物質(zhì)的性質(zhì)與濃度、水體的化學(xué)性質(zhì)、時間等。 1.水文 一般的污染物進入水體后，利用天然水體擴散加以分布，這種擴散分布情況因每個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。,43,2.水中微生物 水體中有機污染物的分解，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。,44,3.水面上的氧氣交換速度 水中溶解的氧氣量對自凈作用有很大的關(guān)系，因而從空氣通過水面的氧補給速度對自凈作用很重要。氣體交換速度本

18、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，都會使氣體交換速度大大降低。,45,4.水溫 水溫不僅對參與污染物質(zhì)分解的化學(xué)反應(yīng)速度有影響，而且對微生物的活動力也是一個重要因素。另一方面，水溫高，水中溶解氧飽和量低。但當水溫低至水面結(jié)冰時，空氣與水面氣體交還被隔絕，水中溶解氧因補給減少而降低。,46,5.太陽輻射 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輻射進行光合作用，產(chǎn)生大量氧氣，供應(yīng)有機物分解

19、所需要的部分氧。此外，紫外線對某些分解污染物的微生物也有抑制作用。,47,6.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。當污染物低于某一濃度時，對微生物的活動有促進作用；當污染物濃度高于這一濃度，微生物的活動就會受到抑制。,48,7.水體的化學(xué)性質(zhì) 水體的化學(xué)性質(zhì)對污染物的轉(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)生價態(tài)變化，生成不同的化合物，影響遷移的性質(zhì)。 8.時間 污染物與水體

20、的混合，水體對污染物的稀釋以及微生物對有機物的生物化學(xué)分解，都需要時間。,49,一、水體污染類型及其對生物影響的途徑和方式 二、水體污染物對人類健康的影響 三、水體污染物對水生生物的影響（魚、藻、蚤） 四、水體污染對植物的影響（污灌、水稻）,第四節(jié) 水環(huán)污染物的毒性作用及機理,50,一、水體污染類型及其對生物影響的途徑和方式 水生生態(tài)系統(tǒng)處于不斷的運動狀態(tài)。而人類每時每刻都會影響甚至改變水域外境。人類的生產(chǎn)活動和生活活動所產(chǎn)生的物質(zhì)，在進入水生生態(tài)系統(tǒng)后，如果量值達到一定限度，并在一定時間內(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水生生

21、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。,51,1.有機污染（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。有機物在水中的礦化或細菌的分解，需要消耗大量的氧氣，使水中的溶解氧很快下降、嚴重時溶解氧降至零；存這種條件下，絕大部分種類的水生生物就會窒息、死亡。,52,2.重金屬污染 當進入生物體內(nèi)的重金屬達到閾值濃度時，能擾亂或破壞生物的正常生理功能，引起暫時或持久的病變，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，濃度也可以逐級累積和放大（生物濃縮和生物放大）。

22、如無機汞在水中微生物的作用下會轉(zhuǎn)化成毒性更大的甲基汞。,53,3.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入水體，直接或間接對水生生物產(chǎn)生危害。敏感的魚類，會在很低濃度的對硫磷、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，魚體嚴重畸形的癥狀。,54,另外，有些有機氯農(nóng)藥如六六六和DDT，不僅毒性大，而且在水環(huán)境中殘留時間長，容易在生物體中積累，被水生生物逐次依營養(yǎng)等級而放大。毒物的這種隨食物鏈的放大作用對水生生物構(gòu)成潛在威脅，特別對位于食物鏈末級的生物危害更大。如食肉的鳥類吃了富集了高濃度

23、DDT的魚類，可大批死亡。盡管六六六、DDT農(nóng)藥早己在許多國家，其中包括中國禁止生產(chǎn)使用，但實際上目前仍有不少國家和地區(qū)繼續(xù)使用。,55,4.赤潮 赤潮的發(fā)生機制與日益加劇的海洋環(huán)境污染關(guān)系密切。大量含有氮、磷等營養(yǎng)鹽類的有機污水的排放大大刺激了某些單細胞的鞭毛藻類，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。,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，特別是營底棲生活的蝦、貝類受害程度更加嚴重，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

24、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，嚴重者可能致死。,57,5.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。 酸雨的最嚴重后果是降低湖泊、河流、水庫的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。,58,多數(shù)生物種類僅能忍受pH值5.5左右，而在4.54.8范圍內(nèi)將被殺死。在自然水體中，許多的敏感魚種，均會因pH值稍有降低而死亡。魚類如長期生活在低pH值的水環(huán)境條件下，生長和繁殖受到抑制，結(jié)果是魚的種類減少

25、，種群密度逐漸變小，最后導(dǎo)致魚群消失。,59,酸雨對水生生態(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。 浮游動物在水生生態(tài)系統(tǒng)中起著有機物轉(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，浮游動物種群數(shù)量減少，多樣性降低，生物量下降。 底棲動物對酸雨的侵害反應(yīng)尤為敏感，軟體動物在酸化水體中很少出現(xiàn)。 兩棲類動物以坑塘洼淀為產(chǎn)卵場所，受酸雨危害嚴重。,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。,61,二、水體污染物對人類健康的影響 人類活動產(chǎn)生的污染物很大一部分以水溶液的形式排放。同時，其他

26、類型的環(huán)境污染最終也常常通過各種途徑進入水體。所以，環(huán)境污染物非常容易進入水體，對人體健康產(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。輕者對身體健康產(chǎn)生一定的影響和危害，嚴重者引起嚴重疾病甚至死亡。,62,1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，即有機物、無機物和放射性物質(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，對胚胎和幼仔具有低毒性；其

27、它的一些氯化副產(chǎn)物也有一定的致癌變作用。,63,2水環(huán)境污染 隨著人類對自然資源的大規(guī)模開發(fā)和利用，同時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，許多對人體健康有害的化合物如有機污染物、重金屬物質(zhì)和病菌等，通過各種途徑進入人類生活用水的水環(huán)境中，從而給人類健康帶來嚴重的威脅。,64,3食用受污染的食品 水中的污染物通過食物鏈進入到人類每天都在食用的各種食品中，對人體健康產(chǎn)生嚴重的危害。從我國水污染的現(xiàn)狀看，水污染較為嚴重，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)標準，污水中污染物超標，已達到影響食品的品質(zhì)，進而危害人體健康的程度。,65

28、,三、水體污染物對水生生物的影響（魚、藻、蚤） 當水體受到嚴重污染時，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、個體、直到細胞和遺傳密碼等發(fā)生變化。其最直接的影響結(jié)果是某些忍耐型種類的個體數(shù)量大為增加（特別是有機污染）而形成優(yōu)勢種群，而許多敏感型種類則衰落直至死亡。,66,1.對魚類的影響 在水生資源中，魚類資源具有最大的經(jīng)濟價值，與人民生活關(guān)系最為密切。水體受到污染后，魚類首當其沖，受危害程度十分嚴重。 對我國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

29、嚴重，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。,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)污染日趨嚴重，特別是氮、磷含量的大大過剩，促進了湖泊的富營養(yǎng)化進程。,68,2.對底棲動物的影響 許多種類對污染壓迫反應(yīng)敏感，因此，國內(nèi)外學(xué)者常利用底棲動物群落結(jié)構(gòu)的變化作為一種良好的水質(zhì)監(jiān)測指標。 在未受污染的河流環(huán)境中，底棲動物分布較為均勻，種類數(shù)量較多。河流受到

30、污染后，生物的種類和數(shù)量發(fā)生變化，底棲動物的群落結(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，耐污種類的個體數(shù)量增加。,69,3.對浮游生物的影響 浮游生物包括浮游植物和浮游動物。 浮游植物通過光合作用產(chǎn)生的有機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)。 浮游動物一方面是鰱、鳙等經(jīng)濟魚類的基礎(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。,70,浮游生物對污染反應(yīng)敏感，許多種類被廣泛用來作為水質(zhì)評價的指示生物。當水體受到污染后（特別是有機物污

31、染），浮游生物的群落結(jié)構(gòu)會發(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)很高的個體數(shù)量而形成優(yōu)勢種群。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。,71,四、水體污染對植物的影響（污灌、水稻） 水體污染對陸生生物的影響主要通過污灌（污水灌溉）的方式進入。污灌會引起農(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。若引灌不當則造成農(nóng)田重金屬和有機污染物積累，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。,72,沈撫污灌區(qū)隨著污灌的進行，土壤中石油烴含量增加的結(jié)果最終導(dǎo)致水稻

32、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)芳烴中毒性較強的致癌物質(zhì)的代表苯并（a）芘。據(jù)當?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，因此污灌對土壤的污染和對人類的危害是不容忽視的。,73,一、水體富營養(yǎng)化的定義、類型及特征 1、水體富營養(yǎng)化的概念 由于氮、磷等植物營養(yǎng)物質(zhì)含量過多而引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象稱為水體富營養(yǎng)化，一般發(fā)生在湖泊、江河、海灣等緩流水體中。 富營養(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。富營養(yǎng)化將大大地促進湖泊由貧營養(yǎng)湖發(fā)展為富營養(yǎng)湖，進一步又發(fā)展為沼澤地和干地。,第五

33、節(jié) 水體的富營養(yǎng)化,2.水體富營養(yǎng)化的類型 （1）天然富營養(yǎng)化：湖泊演變的自然過程，湖泊形成的幼年時期，均處于貧營養(yǎng)狀態(tài)，隨著時間的推移和環(huán)境的變化，逐漸使湖水中營養(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.浮游動植物生長、死亡、分解、釋放。 經(jīng)過這種方式和途徑，經(jīng)過千萬年的天然演化過程，原來的貧營養(yǎng)型就逐漸演變成富營養(yǎng)型。,（2）人為富營養(yǎng)化：由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，使營養(yǎng)物質(zhì)大量進入湖泊水體，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)面源污染而進入。一般認為，農(nóng)業(yè)區(qū)排出的P為森林地區(qū)輸出量的510

34、倍，而城市又為農(nóng)業(yè)區(qū)的5倍左右。,3. 水體富營養(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，個體迅速增加，特別是藍藻、紅藻的個體數(shù)量猛增，而其它藻類逐漸減少(硅、綠)。 （3）因占優(yōu)勢的浮游藻類顏色不同，水面往往呈現(xiàn)藍、紅、棕、乳白等顏色，海水中出現(xiàn)叫“赤潮”、淡水中稱“水華”。,二、水體富營養(yǎng)化成因及營養(yǎng)物質(zhì)的主要來源 1.水體富營養(yǎng)化的成因： 根本原因是營養(yǎng)物質(zhì)的增加使得藻類和有機物增加所致。營養(yǎng)物質(zhì)主要是磷，其次是氮，還有碳、微量元素或維生素等。 水體富營養(yǎng)化過程為可用下列反應(yīng)式表示：106CO2+ 16N03-+HP042-+122H20+ 1

35、8H十+能量+微量元素C106H2630110N16P1（藻類原生質(zhì)）+13802,2. 營養(yǎng)物質(zhì)的主要來源 （1）生活污水及工業(yè)廢水 我國近海水域富營養(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荷新增速度，是水體富營養(yǎng)化難以根治的首要原因。其次，當前我國的污水處理廠大多為二級處理工藝，氮的去除率為2040，磷的去除率僅為520，尾水仍能造成水體富營養(yǎng)化。,（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、磷進入水體，造成水體的富營養(yǎng)化。據(jù)資料統(tǒng)計，農(nóng)用化肥的全球產(chǎn)

36、量從1950年到1990年氮量由不足1000 104t上升到8000104t。專家預(yù)計到2030年將達到13500104t。,（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、磷化合物的含量嚴重超標，當下雨時，這些化合物就隨雨水降落匯集到水體中，導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化。,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養(yǎng)物質(zhì)造成水體富營養(yǎng)化。這種人工漁業(yè)養(yǎng)殖既給經(jīng)營者帶來利益，同時給他們帶來損失，原因在于:隨著水體中的營養(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大量的減少，影響魚蝦生長，爆發(fā)魚病。,5）底泥中氮、磷的溶出 營養(yǎng)元素在水體

37、及其底部沉積物間存在溶解沉積動態(tài)平衡:外源性營養(yǎng)物進人水體后通過物理、化學(xué)和生物學(xué)作用，沉積到底泥中；而當水體營養(yǎng)物含量降到一定限度時，底泥中的營養(yǎng)物將釋放到水體中。,三、水體富營養(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)為以藍藻為主，而藍藻有不少種有膠質(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，有可能在一定時間內(nèi)使水體處于嚴重缺氧狀態(tài)，嚴重影響魚類生存。,產(chǎn)生的危害有： 1.危害人體健康 2.降低水體經(jīng)濟價值

38、 3.加劇水資源危機 4.影響水體壽命,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)研究進展,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，納米材料也進入了水環(huán)境，可能會直接或間接影響到水生態(tài)系統(tǒng)的各個部分。雖然納米材料的疏水性及在天然水體中的強團聚沉淀作用減輕了納米材料的生物毒性，但是納米材料對水環(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、毒性機制及對水生生物的毒理效應(yīng)的研究越來越受到重視

39、。,87,1.納米材料的特性及分類 納米材料平均粒徑在 100 nm以下，其中平均粒徑為 20100 nm的為超細粉，平均粒徑小于 20 nm的為超微粉。納米材料具有相當大的比表面積，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。,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能材料等。,89,2.納米材料

40、的水環(huán)境行為及其可能的毒性機制研究 一、納米材料的水環(huán)境行為 1）團聚作用 納米材料的粒徑小、比表面積大、表面活性高，一旦進入水體就很難分散，極易發(fā)生團聚。 2）吸附作用 一般來說，納米材料表面都帶有電荷，如納米TiO2的零電勢點為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。,90,3）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）納米材料與有機質(zhì)的相互作用 有機質(zhì)是天然

41、水體中普遍存在的物質(zhì)，由于納米材料具有較強的吸附性能，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質(zhì)相互作用，從而改變納米材料本身的特性，進而影響到納米材料的水生態(tài)毒性。,91,5）納米材料的水環(huán)境微界面行為 由于較強的吸附作用，納米顆粒會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)境行為會更強烈。同時，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行長距離大范圍的遷移，從而會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。,92,二

42、、納米材料可能的毒性機制 因為納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發(fā)生一系列的改變，這些改變均會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納米材料的毒性作用有重要的影響。一般認為粒徑越小、 比表面積越大，納米材料的毒性越強。,93,USENKO等分別對比了納米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)對斑馬魚胚胎的毒理效應(yīng)。對比結(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

43、(OH)24對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納米材料的毒性具有較強的影響。,94,3.納米材料水生態(tài)毒理效應(yīng)的研究 1）對水生動物的毒理效應(yīng) 水生動物對納米材料的攝取途徑主要包括通過攝食過程進入生物體內(nèi)和納米材料直接穿透表皮進入生物體。FEDERICI等研究表明，納米 TiO2顆粒會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?？梢赞D(zhuǎn)運到其他的器官組織中。毒理學(xué)實驗表明，不管從細胞水平還是生物個體水平來看，納米材料對水生動物均有一定的毒性作用。,95,2）對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，在整個水生態(tài)系統(tǒng)中占重要的地位，納米材料對浮游植物的毒害及浮游植物對納米顆粒的積蓄均能直接或間接地影響整個水生態(tài)系統(tǒng)。文獻表明，納米材料能夠?qū)Ω∮沃参锂a(chǎn)生毒理效應(yīng)。當納米 C60為90mg/L時，對藻( Pseudokirchneriell