环境污染物在生态系统培训资料.ppt

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1、环境污染物在生态系统2009 环境污染不仅具体地指有害物质或因子进入环境污染不仅具体地指有害物质或因子进入环境系统，导致其结构和功能发生不利于人类环境系统，导致其结构和功能发生不利于人类及生物正常生存和发展的变化，而且也包含各及生物正常生存和发展的变化，而且也包含各种变化所衍生的环境效应。种变化所衍生的环境效应。环境生物效应环境生物效应 指各种环境因素变化而导致生态系统变异指各种环境因素变化而导致生态系统变异的效果。的效果。环境生物效应的机理及其反应过程研环境生物效应的机理及其反应过程研究包括：究包括：污染物的毒性、毒理、吸收和积累；污染物的毒性、毒理、吸收和积累；多种污染物的拮抗作用和协同作

2、用；生物解毒多种污染物的拮抗作用和协同作用；生物解毒酶的种类、数量以及解毒机理。酶的种类、数量以及解毒机理。环境化学效应环境化学效应 在多种环境条件的影响下物质之间的化学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反应所引起的环境效果 环境的酸化、土壤盐碱化、水硬度升高、环境的酸化、土壤盐碱化、水硬度升高、光化学烟雾的发生。光化学烟雾的发生。环境物理效应环境物理效应 物理作用引起的环境效果物理作用引起的环境效果 热岛效应、温室效应、噪声、地面沉降。热岛效应、温室效应、噪声、地面沉降。二、污染源二、污染源 造造成成环环境境污污染染的的污污染染物物发发生生源源。指指向向环环境境排排放放

3、有有害害物物质质或或对对环环境境产产生生有有害害物物质质的的场场所所、设备和装置设备和装置。按污染物的来源划分按污染物的来源划分天然污染源：天然污染源：指自然界自行向环境排放有害指自然界自行向环境排放有害 物质或造成有害影响的场所。物质或造成有害影响的场所。人为污染源：人为污染源：指人类社会活动所形成的污染指人类社会活动所形成的污染 源，是研究和控制的主要对象。源，是研究和控制的主要对象。人为污染源分类：人为污染源分类：按排放污染物的种类划分按排放污染物的种类划分 有机污染源有机污染源 无机污染源无机污染源 热污染源热污染源 噪声污染源噪声污染源 放射性污染源放射性污染源 病原体污染源（有害生

4、物）病原体污染源（有害生物）同时排放多种污染物的混合污染源同时排放多种污染物的混合污染源按污染的主要对象划分按污染的主要对象划分 大气污染源大气污染源 水体污染源水体污染源 土壤污染源土壤污染源按排放污染物的空间分布方式划分按排放污染物的空间分布方式划分 点污染源点污染源 集中在集中在某一地点某一地点或或小范围小范围排放污染物排放污染物 面污染源面污染源 在一个大面积范围排放污染物在一个大面积范围排放污染物（一）工业污染源（一）工业污染源1.1.形成工业污染源的环节形成工业污染源的环节 原料生产、加工、燃烧、加热和冷却、成原料生产、加工、燃烧、加热和冷却、成品整理等过程使用的生产设备或生产场所

5、。品整理等过程使用的生产设备或生产场所。2.2.特征：特征：一般属于点污染源，但废渣堆放场一般属于点污染源，但废渣堆放场和工业区降水径流也构成面源污染。和工业区降水径流也构成面源污染。3.3.对环境的危害形式对环境的危害形式 废气、废水、废渣和废热排放，污染大气、废气、废水、废渣和废热排放，污染大气、土壤和水体；产生噪声、振动、核辐射危害土壤和水体；产生噪声、振动、核辐射危害周围的环境。周围的环境。（二）农业污染源（二）农业污染源 在农业生产过程中对环境造成有害影响的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。农田和各种农业设施称为农业污染源。1.1.产生过程产生过程

6、 不合理施用化肥和农药使用不合理施用化肥和农药使用 机械使用机械使用 一些农业设施一些农业设施2.2.对环境的影响对环境的影响 破坏土壤结构和自然生态系统，导致污染破坏土壤结构和自然生态系统，导致污染物迁移和转化，危害生物、水体和大气。物迁移和转化，危害生物、水体和大气。(三三)交通运输污染源交通运输污染源指对环境造成污染的交通运输设施和设备指对环境造成污染的交通运输设施和设备 运行中发出噪声、引起振动；运行中发出噪声、引起振动；运载的有毒有害物的泄漏；运载的有毒有害物的泄漏；燃油燃烧、城市汽车的尾气。燃油燃烧、城市汽车的尾气。主要污染物：主要污染物：一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物、二一氧化碳

7、、氮氧化物、碳氢化合物、二氧化硫、铅化合物、苯并氧化硫、铅化合物、苯并(a)(a)芘、石油和石芘、石油和石油制品，有毒有害的运载物。油制品，有毒有害的运载物。（四）生活污染源（四）生活污染源人类消费活动产生的废水、废气和固体废物。人类消费活动产生的废水、废气和固体废物。污染源污染环境的途径污染源污染环境的途径 消耗能源排出废气造成大气污染。消耗能源排出废气造成大气污染。排出生活污水造成水体污染。生活污水中排出生活污水造成水体污染。生活污水中含有机物、合成洗涤剂和氯化物以及致病菌、含有机物、合成洗涤剂和氯化物以及致病菌、病毒和寄生虫卵等。病毒和寄生虫卵等。城市垃圾、废塑料、废纸、金属、煤灰和城市

8、垃圾、废塑料、废纸、金属、煤灰和碴土等造成环境污染。碴土等造成环境污染。三、污染物三、污染物 指指进进入入环环境境后后，使使环环境境的的正正常常组组成成结结构构、状状态态和和性性质质发发生生变变化化、直直接接或或间间接接有有害害于于人人类生存和发展的物质。类生存和发展的物质。污染物划分：污染物划分：自然界释放自然界释放 人类活动产生人类活动产生 环境科学中主要研究人类生产和生活排环境科学中主要研究人类生产和生活排放的污染物。放的污染物。人类活动中废物产生过程示意图人类活动中废物产生过程示意图（一）生产性污染物（一）生产性污染物 通过人类的生产活动造成的污染物。通过人类的生产活动造成的污染物。导

9、致环境污染的原因：导致环境污染的原因：污染物未经处理或处理不力，控制不严污染物未经处理或处理不力，控制不严而排放到环境中，并达到一定的限度。而排放到环境中，并达到一定的限度。影响工业污染物产生的主要因素：影响工业污染物产生的主要因素：技术经济发展水平技术经济发展水平 生产工艺及防治措施生产工艺及防治措施（二）生活污染物（二）生活污染物 随着人口数量的剧增以及消费模式、消随着人口数量的剧增以及消费模式、消费水平的改变，生活废弃物日益增多，并费水平的改变，生活废弃物日益增多，并且种类日趋复杂。且种类日趋复杂。1.1.人类自身的新陈代谢产生的废物人类自身的新陈代谢产生的废物2.2.生活用品消费过程产

10、生的废物生活用品消费过程产生的废物 洗涤剂洗涤剂 高分子化合物高分子化合物 电器电器 四、优先污染物四、优先污染物 指对人类生存环境危害大、在环境中数指对人类生存环境危害大、在环境中数量增加迅速、其含量接近或超过环境标准量增加迅速、其含量接近或超过环境标准的污染物。的污染物。美国最早开展优先监测，上世纪美国最早开展优先监测，上世纪7070年代年代就明确规定了就明确规定了129129种优先污染物；日本在种优先污染物；日本在19861986年确定的年确定的优先优先污染物为污染物为189189种；欧共体种；欧共体在关于水质项目的排放标准的技术报告中，在关于水质项目的排放标准的技术报告中，列出了列出了

11、“黑名单黑名单”和和“灰名单灰名单”；我国初；我国初步提出的水中优先控制污染物有步提出的水中优先控制污染物有6868种。种。第二节第二节 污染物在环境中的迁移与转化污染物在环境中的迁移与转化 一、污染物在环境中的迁移一、污染物在环境中的迁移污染物进入环境的主要途径：污染物进入环境的主要途径：人类活动过程中无意释放（意外事故）人类活动过程中无意释放（意外事故）生产活动正常排放（废水、废气和固废）生产活动正常排放（废水、废气和固废）人类活动中故意的应用（杀虫剂、农药）人类活动中故意的应用（杀虫剂、农药）（一）迁移方式（一）迁移方式1.1.机械迁移机械迁移 机械迁移包括：机械迁移包括：水的机械迁移作

12、用，即污染物在水体中水的机械迁移作用，即污染物在水体中 的扩散作用和被水流搬运；的扩散作用和被水流搬运；气的机械迁移作用，即污染物在大气中气的机械迁移作用，即污染物在大气中的扩散和被气流搬运；的扩散和被气流搬运；重力的机械迁移作用。重力的机械迁移作用。2.2.物理化学迁移物理化学迁移 物理化学迁移是污染物在环境中迁移的最重物理化学迁移是污染物在环境中迁移的最重要的形式，这种迁移的结果决定了污染物在环要的形式，这种迁移的结果决定了污染物在环境中的存在形式、富集状况和潜在危害程度。境中的存在形式、富集状况和潜在危害程度。无机污染物无机污染物 以简单的离子、络离子或可溶性分子的形式以简单的离子、络离

13、子或可溶性分子的形式在环境中迁移。其物理化学作用包括：溶解在环境中迁移。其物理化学作用包括：溶解沉淀；氧化还原；水解；络合；吸附和解吸。沉淀；氧化还原；水解；络合；吸附和解吸。有机污染物有机污染物 除上述作用外，还可通过化学分解、光化学除上述作用外，还可通过化学分解、光化学分解和生物化学变化等作用实现迁移。分解和生物化学变化等作用实现迁移。3.3.生物迁移生物迁移 污染物通过生物的吸收、代谢、生长、污染物通过生物的吸收、代谢、生长、死亡等过程实现的迁移，其过程非常复杂，死亡等过程实现的迁移，其过程非常复杂，与各生物种属的生理、生化和遗传、变异作与各生物种属的生理、生化和遗传、变异作用有关。用有

14、关。生物体对污染物具有选择吸收和积累作生物体对污染物具有选择吸收和积累作用，生物体对污染物也具有降解代谢能力。用，生物体对污染物也具有降解代谢能力。生物通过食物链对某些污染物生物通过食物链对某些污染物(如重金属如重金属和稳定的有毒有机物质和稳定的有毒有机物质)的放大积累作用是生的放大积累作用是生物迁移的一种表现形式。物迁移的一种表现形式。(二二)影响迁移的因素影响迁移的因素制约污染物在环境中迁移的因素制约污染物在环境中迁移的因素1.1.内部因素内部因素 与迁移作用有关的污染物的性质与迁移作用有关的污染物的性质 指组成化合物的能力、形成不同电价离子指组成化合物的能力、形成不同电价离子的能力、水解

15、能力、形成络合物的能力、被的能力、水解能力、形成络合物的能力、被胶体吸附的能力；胶体吸附的能力；原子的电负性、离子半径、电价、离子电原子的电负性、离子半径、电价、离子电价、化合物的键性、溶解度等。价、化合物的键性、溶解度等。迁移的特点迁移的特点 （1 1）由共价键结合的污染物易进行气迁移，）由共价键结合的污染物易进行气迁移，由离子键结合的污染物易进行水迁移；由离子键结合的污染物易进行水迁移；（2 2）低价离子的水迁移能力大于高价离子）低价离子的水迁移能力大于高价离子的迁移能力；的迁移能力；（3 3）由离子半径差别较大的离子构成的化）由离子半径差别较大的离子构成的化合物迁移能力较强；合物迁移能力

16、较强；（4 4）重金属离子由于有较高的离子电价，）重金属离子由于有较高的离子电价，因而具有较强的水解能力和易以络离子的形因而具有较强的水解能力和易以络离子的形式进行迁移。式进行迁移。2.2.外部因素外部因素 外部环境的理化条件外部环境的理化条件 酸酸碱碱性性、氧氧化化还还原原状状态态、土土壤壤胶胶体体的的种种类类和和数量、络合配位体的数量和性质等。数量、络合配位体的数量和性质等。区域自然地理条件区域自然地理条件 气气候候、地地形形、水水文文、土土壤壤种种类类等等。气气候候条条件件对对污污染染物物迁迁移移的的影影响响最最为为明明显显，主主要要表表现现为为两两个个最最重重要要的的气气候候因因子子热

17、热量量和和水水分分之之间间的的配配合合状状况况，直直接接影影响响污污染染物物在在环环境境中中化化学学变变化化的的强度和速度。强度和速度。二、污染物的形态和分布二、污染物的形态和分布 环环境境中中污污染染物物的的形形态态是是环环境境中中污污染染物物的的外外部部形形状状、化化学学组组成成和和内内部部结结构构的的表表现现形形式式。污污染物的形态随环境条件的变化而转化。染物的形态随环境条件的变化而转化。（一）污染物的形态（一）污染物的形态 一般指价态、化合态、结构态、络合态等，一般指价态、化合态、结构态、络合态等，不同形态的污染物在环境中有不同的化学行为，不同形态的污染物在环境中有不同的化学行为，并表

18、现出不同的污染效应。并表现出不同的污染效应。环境中污染物的形态通常包括：环境中污染物的形态通常包括：离子态离子态能够溶于水的无机污染物易形成离子态；能够溶于水的无机污染物易形成离子态；代换态代换态水体或土壤溶液中存在的离子或分子态的物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质，在物理化学的作用下产生的2 2相间的代相间的代换；换；胶体态胶体态污染物以溶胶形式分散在环境中；污染物以溶胶形式分散在环境中；有机结合态有机结合态由有机物固定或生物吸收积累的污染物；由有机物固定或生物吸收积累的污染物；难溶态难溶态以硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硫化物、氧以硅酸盐、碳酸盐、硫酸盐、硫化

19、物、氧化物等形态存在的难溶污染物。化物等形态存在的难溶污染物。广泛地分布于岩石、土壤、河湖底泥和各广泛地分布于岩石、土壤、河湖底泥和各种固体废弃物种固体废弃物(特别是废渣特别是废渣)中，性质稳定，中，性质稳定，其中的有毒有害物经过风化和生物分解能其中的有毒有害物经过风化和生物分解能够释放出来，具有潜在的污染危害。够释放出来，具有潜在的污染危害。（二）污染物的分布（二）污染物的分布三、污染物在环境中的转化三、污染物在环境中的转化 污染物在环境中通过物理、化学或生物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的作用改变形态或转变成另一种物质的过程称为污染物的转化。称为污

20、染物的转化。污染物的转化与迁移不同，后者只是空污染物的转化与迁移不同，后者只是空间位置的相对移动。间位置的相对移动。在现实环境中，环境污染物的迁移和转在现实环境中，环境污染物的迁移和转化往往是伴随进行的。化往往是伴随进行的。（一）转化形式（一）转化形式1.1.物理转化物理转化 通过蒸发、渗透、凝聚、吸附以及放射性元通过蒸发、渗透、凝聚、吸附以及放射性元素的蜕变等过程来实现的转化。素的蜕变等过程来实现的转化。2.2.化学转化化学转化 通过化学反应发生的转化，如氧化还原反应、通过化学反应发生的转化，如氧化还原反应、水解反应、络合反应、光化学反应等。水解反应、络合反应、光化学反应等。3.3.生物转化

21、生物转化 通过生物的吸收和代谢作用而发生的变化。通过生物的吸收和代谢作用而发生的变化。(二二)污染物在大气中的转化污染物在大气中的转化光催化氧化光催化氧化碳氢化合物和氮氧化物等气态污染物碳氢化合物和氮氧化物等气态污染物(一次污染一次污染物物)在紫外线作用下发生光化学氧化反应在紫外线作用下发生光化学氧化反应,产生产生臭氧、过氧乙酰硝酸酯及其他类似的氧化性物臭氧、过氧乙酰硝酸酯及其他类似的氧化性物质质(二次污染物二次污染物)。参与光化学氧化过程的一次污染物和二次污染参与光化学氧化过程的一次污染物和二次污染物的混合物物的混合物(包括气体污染物和气溶胶包括气体污染物和气溶胶)所形成所形成的烟雾现象，称

22、为的烟雾现象，称为光化学烟雾光化学烟雾。碳氢化合物和氮氧化物的光化学氧过程：碳氢化合物和氮氧化物的光化学氧过程：NO NO2 2的光解；的光解；碳氢化合物、碳氢化合物、HOHO 、O O 等自由基和等自由基和O O3 3氧化；氧化；醛、酮、醇、酸等产物以及中间产物自由基醛、酮、醇、酸等产物以及中间产物自由基（RORO2 2、HOHO2 2、RCORCO）的生成；）的生成；过氧自由基引起过氧自由基引起NONO向向NONO2 2转化，导致转化，导致O O3 3和过氧和过氧乙酰硝酸酯生成。乙酰硝酸酯生成。二氧化硫的光化学氧化和金属氧化物催化氧化：二氧化硫的光化学氧化和金属氧化物催化氧化：转化为三氧化

23、硫，再溶于大气中的水生成硫转化为三氧化硫，再溶于大气中的水生成硫酸或硫酸盐，在空气中形成硫酸雾。酸或硫酸盐，在空气中形成硫酸雾。(三三)污染物在水体中的转化污染物在水体中的转化 1.1.氧化还原作用氧化还原作用（1 1）水体中的氧化还原体系）水体中的氧化还原体系含有许多无机及有机氧化剂和还原剂含有许多无机及有机氧化剂和还原剂 溶解氧溶解氧 Fe(III)/Fe(II)Fe(III)/Fe(II)、Mn(IV)/Mn(II)Mn(IV)/Mn(II)SO SO4 42-2-/S/S2-2-、NONO3 3-/NO/N/NO/N2 2O/NO/N2 2 有机有机-C/CO-C/CO2 2（氧化）（

24、氧化）有机有机-C/CH-C/CH4 4（还原）（还原）这些过程对污染物转化起着重要作用。这些过程对污染物转化起着重要作用。（2 2）氧化还原作用包括化学和生物学过程）氧化还原作用包括化学和生物学过程化学过程：化学过程：将按照热力学原理，依据氧化还原电位高将按照热力学原理，依据氧化还原电位高低自发进行。低自发进行。生物学过程：生物学过程：受水体中微生物的影响，在微生物参与的受水体中微生物的影响，在微生物参与的能量交换和电子传递中进行，大多数符合热能量交换和电子传递中进行，大多数符合热力学原理。力学原理。生物学和化学作用可同时进行、相互促进生物学和化学作用可同时进行、相互促进或相互制约（抑制）。

25、或相互制约（抑制）。（3 3）水体氧化还原的特征）水体氧化还原的特征氧垂曲线氧垂曲线 河河流流受受到到大大量量有有机机物物污污染染时时，随随着着污污染染源源到到河河流流下下游游一一定定距距离离内内，溶溶解解氧氧的的变变化化是是由由高高到到低低、再再逐逐步步恢恢复复到到原原来来的的水水平平，由此可绘制成溶解氧变化曲线。由此可绘制成溶解氧变化曲线。（4 4）有机污染物对河流污染的分区性）有机污染物对河流污染的分区性清洁区：清洁区：氧及时得到补充，未受污染氧及时得到补充，未受污染。分分解解区区：细细菌菌对对有有机机污污染染物物分分解解，消消耗耗溶溶解解氧氧，而而通通过过大大气气补补充充的的氧氧不不能

26、能弥弥补补消消耗耗的的氧氧，因因此此，水水体体中中溶溶解解氧氧下下降降，此此时时细菌个数增加。细菌个数增加。腐败区：腐败区：溶解氧消耗殆尽，水体进行缺氧分解。溶解氧消耗殆尽，水体进行缺氧分解。恢恢复复区区：有有机机物物降降解解接接近近完完成成，溶溶解解氧氧上上升升并并接近饱和。接近饱和。清洁区：清洁区：水体环境改善，又恢复到原始状态。水体环境改善，又恢复到原始状态。2.2.配合作用配合作用水体中存在的配位体水体中存在的配位体无机配位体：无机配位体：OHOH-、ClCl-、COCO3 32-2-、HCOHCO3 3-有机配位体：有机配位体：氨基酸、腐殖酸、由废水带入氨基酸、腐殖酸、由废水带入 的

27、洗涤剂、清洁剂、农药和大的洗涤剂、清洁剂、农药和大 分子环状化合物等。分子环状化合物等。各种配位体可以与水中重金属污染物进各种配位体可以与水中重金属污染物进行配合反应，改变其性质和存在状态，影响行配合反应，改变其性质和存在状态，影响污染物在水体中的迁移、反应和生物效应。污染物在水体中的迁移、反应和生物效应。3.3.生物降解作用生物降解作用污染物的生物降解过程包括：污染物的生物降解过程包括：（1 1）小分子的污染物被微生物同化吸收，形）小分子的污染物被微生物同化吸收，形成新的大分子化合物，使得污染物的性质发成新的大分子化合物，使得污染物的性质发生改变。生改变。例如：例如：水体中的微生物，特别是底

28、泥中的厌水体中的微生物，特别是底泥中的厌氧微生物可使得无机汞（氧微生物可使得无机汞（HgHg2+2+）转化为一甲基）转化为一甲基汞或二甲基汞，从而有利于生物吸收，向生汞或二甲基汞，从而有利于生物吸收，向生物体内转移，并形成新的金属有机大分子。物体内转移，并形成新的金属有机大分子。（2 2）有机污染物被微生物分解，氧化形成）有机污染物被微生物分解，氧化形成R-OHR-OH、RCO-RCO-、R-CHOR-CHO、RCOOHRCOOH、COCO2 2和水（最和水（最终产物）或还原加终产物）或还原加H H2 2、最终断链，产生、最终断链，产生CHCH4 4（最终产物）。也使得有机污染物的性质（最终产

29、物）。也使得有机污染物的性质发生改变，降低或增加其毒性。发生改变，降低或增加其毒性。例如：例如：底泥中的厌氧微生物使得芳香化合底泥中的厌氧微生物使得芳香化合物、卤代烃转化，开环或脱卤，产生小分物、卤代烃转化，开环或脱卤，产生小分子有机物，从而增加了微生物的利用能力，子有机物，从而增加了微生物的利用能力，促进有机大分子的生物代谢。促进有机大分子的生物代谢。（四）污染物在土壤中的转化（四）污染物在土壤中的转化 1.1.污染物性质影响污染物在土壤中的转化及污染物性质影响污染物在土壤中的转化及其行。其行。2.2.土壤微生物对污染物的降解具有重要的作土壤微生物对污染物的降解具有重要的作用。用。3.3.土

30、壤中的固、液、气三相的分布是控制污土壤中的固、液、气三相的分布是控制污染物运动和微生物活动的重要因素。染物运动和微生物活动的重要因素。4.4.土壤的土壤的pHpH、温度、组成及微生物种群和数、温度、组成及微生物种群和数量是污染物生物转化的重要条件。量是污染物生物转化的重要条件。四、污染物的生物地球化学循环四、污染物的生物地球化学循环生生物物合合成成作作用用：指指生生物物将将所所吸吸收收的的环环境境化化学学物质转变成为生物体的有机物质的过程。物质转变成为生物体的有机物质的过程。生生物物分分解解作作用用(矿矿化化作作用用)：生生物物通通过过代代谢谢作作用用将将生生物物体体的的有有机机物物质质转转化

31、化为为无无机机物物质质或或简简单有机物的过程。单有机物的过程。污污染染物物的的生生物物地地球球化化学学循循环环：是是生生物物的的合合成成作作用用和和矿矿化化作作用用所所引引起起的的污污染染物物周周而而复复始始的的循环运动过程。循环运动过程。(一一)循环过程循环过程地质环境和生物体之间的物质循环地质环境和生物体之间的物质循环植植物物吸吸收收空空气气、水水、土土壤壤中中的的无无机机养养分分合合成成植植物物体体的的有有机机物物质质植植物物的的有有机机物物质质被被动动物物吸吸收收合合成成动动物物的的有有机机质质动动、植植物物的的残残体体经经微微生生物物分分解解作作用用无无机机物物质质回到空气、水、土壤

32、之中。回到空气、水、土壤之中。这这种种循循环环过过程程区区域域范范围围较较小小，相相对对于于地地质大循环来说，也称为生物小循环。质大循环来说，也称为生物小循环。(二二)循环机理循环机理 污染物质随着营养物被生物吸人体内，污污染物质随着营养物被生物吸人体内，污染物在环境染物在环境(水、土、气水、土、气)与生物群落之间交换，与生物群落之间交换，引起污染物的生物地球化学循环。引起污染物的生物地球化学循环。过程：过程：污染物的迁移、转化、分散、富集。污染物的迁移、转化、分散、富集。导致：导致：污染物的组成、形态和性质发生变化。污染物的组成、形态和性质发生变化。例如：例如：酚类污染物被微生物分解成为水和

33、二氧化酚类污染物被微生物分解成为水和二氧化碳，供植物体生长需要。植物生长过程又可以碳，供植物体生长需要。植物生长过程又可以合成酚，植物死后，残体内酚被微生物分解。合成酚，植物死后，残体内酚被微生物分解。第三节第三节 污染物的生物转运和生物转化污染物的生物转运和生物转化一、生物转运一、生物转运 指环境污染物经各种途径和方式同生物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机体接触而被吸收、分布和排泄等过程的总称。称。环境污染物被生物机体吸收、分布和排环境污染物被生物机体吸收、分布和排泄的过程都需要穿越细胞膜。泄的过程都需要穿越细胞膜。生物转运机理与生物膜的结构和功能有

34、关。生物转运机理与生物膜的结构和功能有关。生物膜的组成和特性生物膜的组成和特性组成：组成：脂质分子（磷酯类），蛋白质分子脂质分子（磷酯类），蛋白质分子特性：特性：亲水的磷酸部分和碱基部分，向着膜的亲水的磷酸部分和碱基部分，向着膜的 内外表面；疏水的脂肪酸部分，向着膜的中心；内外表面；疏水的脂肪酸部分，向着膜的中心；蛋白质分子镶嵌在脂质分子层内；疏水性氨基蛋白质分子镶嵌在脂质分子层内；疏水性氨基酸多在膜内；亲水性氨基酸则露在膜外。酸多在膜内；亲水性氨基酸则露在膜外。生物膜上的某些特殊蛋白质可以是环境污染物生物膜上的某些特殊蛋白质可以是环境污染物的专一性受体。的专一性受体。例如例如:有机磷化合物的

35、专一性受体是生物膜表面有机磷化合物的专一性受体是生物膜表面上的乙酰胆碱酯酶。上的乙酰胆碱酯酶。（一）污染物透过细胞膜的方式（一）污染物透过细胞膜的方式 1.1.被动转运（简单扩散和滤过）被动转运（简单扩散和滤过）简单扩散简单扩散:污染物由生物膜的高浓度一侧，透污染物由生物膜的高浓度一侧，透过生物膜向低浓度一侧转运，是脂溶性有机过生物膜向低浓度一侧转运，是脂溶性有机化合物的主要转运方式。化合物的主要转运方式。滤过滤过:污染物通过生物膜上的亲水性孔道的转污染物通过生物膜上的亲水性孔道的转运过程。亲水性孔道由生物膜中蛋白质分子运过程。亲水性孔道由生物膜中蛋白质分子的亲水性氨基酸组成，直径约为的亲水性

36、氨基酸组成，直径约为0.4-4nm0.4-4nm。滤。滤过是分子直径小于生物膜亲水性孔道直径的过是分子直径小于生物膜亲水性孔道直径的水溶性化合物的主要转运方式。水溶性化合物的主要转运方式。特点特点:生物膜不起主动作用，不消耗细胞的生物膜不起主动作用，不消耗细胞的代谢能量。代谢能量。2.2.特殊转运（主动转运和易化扩散）特殊转运（主动转运和易化扩散）主动转运主动转运:污染物逆浓度梯度由低浓度向高浓度一污染物逆浓度梯度由低浓度向高浓度一侧转运，并消耗细胞代谢能量侧转运，并消耗细胞代谢能量水溶性大水溶性大分子化合物的主要转运形式，对已吸收的分子化合物的主要转运形式，对已吸收的污染物从体内排出具有重要

37、意义。污染物从体内排出具有重要意义。例如：例如：肾、肝，其细胞膜均具有主动转运肾、肝，其细胞膜均具有主动转运有机酸及有机碱的载体，因而可转运相应有机酸及有机碱的载体，因而可转运相应的毒物。的毒物。易化扩散易化扩散(促进扩散或载体扩散促进扩散或载体扩散):):污染物与生物膜的载体结合，由生物膜污染物与生物膜的载体结合，由生物膜高浓度一侧向低浓度一侧转运，不能逆浓度高浓度一侧向低浓度一侧转运，不能逆浓度梯度，也不消耗细胞代谢能。梯度，也不消耗细胞代谢能。特点特点:具有特定结构的污染物和生物膜中的蛋具有特定结构的污染物和生物膜中的蛋白质构成的载体形成可逆性复合物进行的转白质构成的载体形成可逆性复合物

38、进行的转运运;生物膜有主动选择性。生物膜有主动选择性。3.3.胞饮作用胞饮作用 生物膜具有可塑性和流动性，对颗粒状物质生物膜具有可塑性和流动性，对颗粒状物质和液粒，细胞可通过细胞膜的变形移动和收缩，和液粒，细胞可通过细胞膜的变形移动和收缩，把它们包围起来最后摄入细胞内。把它们包围起来最后摄入细胞内。污染物以何种方式通过污染物以何种方式通过细胞膜，主要取决于污细胞膜，主要取决于污染物本身的化学结构、染物本身的化学结构、理化性质及各种组织细理化性质及各种组织细胞膜的结构特征。胞膜的结构特征。（二）污染物的吸收（二）污染物的吸收1.1.通过呼吸系统吸收通过呼吸系统吸收 气态污染物经呼吸系统吸收的机理

39、气态污染物经呼吸系统吸收的机理 (1)(1)气体和蒸气气体和蒸气 在肺泡中主要经过被动扩散作用，通过呼吸在肺泡中主要经过被动扩散作用，通过呼吸膜吸入血液中，其吸收速度与肺泡和血液中毒膜吸入血液中，其吸收速度与肺泡和血液中毒物的浓度物的浓度(分压分压)差呈正比。差呈正比。(2)(2)气溶胶和颗粒状物质气溶胶和颗粒状物质 以被动扩散方式通过细胞膜吸收，颗粒大小以被动扩散方式通过细胞膜吸收，颗粒大小对吸收与有明显影响，在生物学上有意义的颗对吸收与有明显影响，在生物学上有意义的颗粒大小通常为粒大小通常为0.110um0.110um。2 2消化系统吸收消化系统吸收 在消化系统通过在消化系统通过简单扩散简

40、单扩散跨越细胞膜吸收。跨越细胞膜吸收。吸吸收收速速率率与与污污染染物物浓浓度度和和性性质质有有关关，浓浓度度越越高高吸吸收收越越多多，脂脂溶溶性性物物质质较较易易吸吸收收，水水溶溶性性易易离离解或难溶于水的物质则不易吸收。解或难溶于水的物质则不易吸收。当与污染物形成不易吸收的复合物，或者改当与污染物形成不易吸收的复合物，或者改变酸碱度时，可影响吸收过程。变酸碱度时，可影响吸收过程。小肠的酶系可以使已与毒物结合的蛋白质或小肠的酶系可以使已与毒物结合的蛋白质或脂肪分解，使毒物游离释放则又可促进吸收。脂肪分解，使毒物游离释放则又可促进吸收。3.3.皮肤吸收皮肤吸收 指污染物透过皮肤进入血液的过程。指

41、污染物透过皮肤进入血液的过程。(1)(1)污染物经皮肤吸收的途径污染物经皮肤吸收的途径 通过表皮脂质屏障是主要的吸收途径，通过表皮脂质屏障是主要的吸收途径，即污染物即污染物角质层角质层透明层透明层+颗粒层颗粒层生发生发层和基膜层和基膜(最薄的表皮只有角质层和生发层最薄的表皮只有角质层和生发层)真皮。污染物需要通过许多细胞层，最后真皮。污染物需要通过许多细胞层，最后进入血液；进入血液；通过汗腺、皮脂腺和毛囊等皮肤附属器，通过汗腺、皮脂腺和毛囊等皮肤附属器，绕过表皮屏障随意直接进入真皮。绕过表皮屏障随意直接进入真皮。(2)(2)污染物经皮吸收的两个不同阶段污染物经皮吸收的两个不同阶段第一阶段（穿透

42、相）第一阶段（穿透相）脂脂溶溶性性污污染染物物通通过过简简单单扩扩散散透透过过表表皮皮角角质质层层进入真皮，其穿透的速度与脂溶性有关；进入真皮，其穿透的速度与脂溶性有关；非非脂脂溶溶性性物物质质以以滤滤过过方方式式进进入入，但但角角质质层层细细胞胞所所能能提提供供的的通通道道极极为为有有限限，且且覆覆盖盖在在皮皮肤肤表表面面的的皮皮脂脂腺腺分分泌泌物物具具疏疏水水性性，阻阻止止亲亲水水性性物物质质通过，故非脂溶性物质不易通过表皮。通过，故非脂溶性物质不易通过表皮。第二阶段（吸收相）第二阶段（吸收相）污污染染物物由由真真皮皮进进入入毛毛细细血血管管。毒毒物物的的扩扩散散速速度度取决于本身的水溶性

43、。取决于本身的水溶性。4.4.植物对污染物的吸收植物对污染物的吸收 污染物进入植物体内的途径污染物进入植物体内的途径 根吸收并随蒸腾流而输送到植物各部分根吸收并随蒸腾流而输送到植物各部分 根根吸吸收收污污染染物物方方式式有有主主动动吸吸收收和和被被动动吸吸收收，前者需消耗能量，后者包括扩散和质流。前者需消耗能量，后者包括扩散和质流。气孔吸收气孔吸收 植植物物叶叶片片上上的的气气孔孔从从周周围围空空气气中中吸吸收收污污染染物物，是植物吸收大气污染物的主要方式。是植物吸收大气污染物的主要方式。有机化合物经过植物表皮渗透而摄入体内。有机化合物经过植物表皮渗透而摄入体内。(三三)污染物在生物体内的分布

44、污染物在生物体内的分布1.1.在动物体内分布在动物体内分布 污染物在动物体内分布是指环境污染物污染物在动物体内分布是指环境污染物随血液或其他体液的流动，分散到全身各组随血液或其他体液的流动，分散到全身各组织细胞的过程。织细胞的过程。污染物的分布与其性质和形态有关，并污染物的分布与其性质和形态有关，并在血液、尿液、肝、肾、肌肉、脂肪、骨骼在血液、尿液、肝、肾、肌肉、脂肪、骨骼等中分布不同。等中分布不同。2.2.在植物体内分布在植物体内分布 根系根系 茎茎 叶片叶片 籽壳籽壳 籽食籽食（四）污染物的排泄（四）污染物的排泄 污污染染物物的的排排泄泄是是指指进进入入机机体体的的环环境境污污染染物物及其

45、代谢转化产物被机体清除的过程。及其代谢转化产物被机体清除的过程。1 1肾脏排泄肾脏排泄 肾肾脏脏是是毒毒物物最最重重要要的的排排泄泄器器官官，其其转转运运方方式是肾小球式是肾小球滤过滤过和肾小管和肾小管主动转运主动转运。进进入入机机体体的的环环境境污污染染物物，一一般般都都可可经经肾肾小小球球滤滤过过进进入入尿尿液液。有有些些存存在在于于血血浆浆中中的的污污染染物物则则可可通通过过肾肾小小管管的的近近曲曲小小管管上上皮皮细细胞胞主主动动转运转运，而进入肾小管腔，随尿液排出。，而进入肾小管腔，随尿液排出。2.2.随同胆汁排泄随同胆汁排泄 是是一一种种主主要要排排泄泄途途径径。肠肠胃胃道道吸吸收收

46、的的环环境境污污染染物物，通通过过静静脉脉循循环环进进入入肝肝脏脏，被被代代谢谢转转化化。其其代代谢谢物物和和未未经经代代谢谢的的环环境境污污染染物物，主主要通过要通过主动转运主动转运，进入胆汁，随粪便排出。，进入胆汁，随粪便排出。3.3.其他排泄途径其他排泄途径 有些环境污染物还可随同呼出的气体、汁有些环境污染物还可随同呼出的气体、汁液等排出体外。此外，有些污染物还可通过液等排出体外。此外，有些污染物还可通过乳汁排泄，对婴儿可能造成不良影响。乳汁排泄，对婴儿可能造成不良影响。二、污染物在体内的生物转化二、污染物在体内的生物转化（一）生物转化的概念（一）生物转化的概念 指外源化合物进入生物机体

47、后在有关酶系指外源化合物进入生物机体后在有关酶系统的催化作用下的代谢变化过程。统的催化作用下的代谢变化过程。外源化合物指除了营养元素及维持正常生外源化合物指除了营养元素及维持正常生理功能和生命所必需的物质以外，存在于环境理功能和生命所必需的物质以外，存在于环境之中，可与机体接触并进入机体，引起机体发之中，可与机体接触并进入机体，引起机体发生生物学变化的物质，又称为外来化合物或外生生物学变化的物质，又称为外来化合物或外源性生物活性物质，包括药物、日用化学品、源性生物活性物质，包括药物、日用化学品、工业化学品、食品添加剂、环境污染物等。工业化学品、食品添加剂、环境污染物等。(二二)生物转化的过程生

48、物转化的过程生物转化可分为生物转化可分为 I I、II II 两个连续的作用过程。两个连续的作用过程。过程过程I I（相（相I I反应）：反应）：外源性化合物在有关酶系统的催化下经由氧化、外源性化合物在有关酶系统的催化下经由氧化、还原或水解反应改变其化学结构，形成某些活还原或水解反应改变其化学结构，形成某些活性基团性基团(如一如一OHOH、一、一SHSH、一、一COOHCOOH、一、一NHNH2 2等等)或进或进一步使这些活性基团暴露。一步使这些活性基团暴露。过程过程IIII（相（相IIII反应）：反应）：相相I I反应产生的一级代谢物在另外的一些酶系统反应产生的一级代谢物在另外的一些酶系统催

49、化下通过上述活性基团与细胞内的某些化合催化下通过上述活性基团与细胞内的某些化合物结合，生成结合产物物结合，生成结合产物(二级代谢物二级代谢物)。结合产。结合产物的极性物的极性(亲水性亲水性)一般有所增强，利于排出。一般有所增强，利于排出。1 1相相I I反应反应(1)(1)氧化反应氧化反应 氧化反应由位于细胞微粒体上的混合功能氧化反应由位于细胞微粒体上的混合功能氧化酶系催化下进行。氧化酶系催化下进行。O O2 2 的作用：一个氧还原为水，另一个氧进的作用：一个氧还原为水，另一个氧进入底物中，称微粒体混合功能氧化酶（入底物中，称微粒体混合功能氧化酶（MFOMFO）。）。外源性有机污染物的氧化过程

50、：外源性有机污染物的氧化过程：NADPHNADPH2 2 ：还原型辅酶：还原型辅酶IIII；NADPNADP：氧化型辅酶：氧化型辅酶IIII微粒体混合功能氧化酶参与的主要反应微粒体混合功能氧化酶参与的主要反应a.a.脂肪族羟化脂肪族羟化 脂肪族侧链脂肪族侧链(R)通常在末端第一个碳原子或通常在末端第一个碳原子或第二个碳原子被氧化。第二个碳原子被氧化。例如：例如：农药八甲磷农药八甲磷(OMPA)在体内转化成在体内转化成N一羟甲基一羟甲基OMPA。b.b.芳香族羟化芳香族羟化 芳香族化合物在芳香环上的芳香族化合物在芳香环上的H H被羟化为酚类。被羟化为酚类。苯、苯胺、苯、苯胺、3,4 3,4 苯并