第二章微生物与污染物在环境中的行为2(精).pdf

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1、 第二章微生物与污染物在环境中的行为 生态系统 在必定的空间内 生物成分和非生物成分经过物质循环和能量流动相互作用、相互依存而构成的一个生态学功能单位。生态学 研究生物与其四周生物和非生物环境之间相互关系的一门科学。微生物与生态学 研究微生物与其四周生物和非生物环境之间相互关系。包含 各样环境中的微生物的种类、分布 微生物和其余生物的关系 微生物与物质循环。第一节微生物与生态环境 一、空气的微生物 、微生物惹起的污染 、空气中微生物的种类、数目 、微生物的逗留时间和分布范围 、微生物惹起的污染 生物污染 是指对人和生物有害的病原微生物、寄生虫、病原体等 污染水、气、土壤和食品 影响生物产量和质

2、量 危害人类健康 所产生的污染。如 水体受氮、磷等物质污染惹起藻类及其余生物大批生殖产生水体富营养 化。病原微生物 能使动物与植物致病的微生物 称为病原微生物或致病微生物。空气的微生物污染污水办理与污水浇灌可惹起空气污染。因为液滴的飞散或污水中气泡上调破碎 都可产生带菌的气溶胶 并随风飘散。试考证明 在上调的气泡表面所含有菌数要比污水中多 倍。有报导 在污灌的下风处 检出肠道病毒。有的国家严禁污水浇灌减少含菌气溶胶的流传。、空气中微生物的种类、数目 空气中微生物的数目与环境状况、环境绿化程度等有关。环境卫生 绿化程度好 灰尘颗粒少 则空气中微生物数目少 反之 微生物就多。一般公共场所、医院、宿

3、舍、城市街道的空气中 灰尘多 微生物的种类和数目 多。而在高峰、丛林地带、终年积雪的山脉或极地上空 微生物的数目很少。空气中的微生物没有固定的类群 其分布常因地域而不一样。常有的真菌 曲霉、毛霉、白地霉和色串孢霉等 主假如这些真菌的孢子。常有的细菌 芽孢杆菌、微球菌和产色素细菌等。还有一些人类的病原菌 如结核杆菌、白喉杆菌、肺炎球菌、溶血链球菌、金黄色葡萄球菌、麻疹病毒、流感病毒和脊髓灰质病毒等。、微生物的逗留时间和分布范围 微生物在空气中逗留的时间和分布的范围 取决于气流的强弱、灰尘颗粒的大 小、空气的相对湿度、紫外辐射的强弱以及微生物的适应性和对恶劣环境的抵挡能 力。空气中的微生物随风水平

4、流传的距离几乎是无穷的 好多微生物的分布是全世界性的。二、水体中的微生物 、水体中的病原微生物对水质的影响 致病菌 一般对营养要求苛刻所以一般在水中只好存活 天 水表微生物 会受辐射等作用而被杀灭 原生动物的吞噬作用使水体中的病原微生物数目减少。饮用水的微生物指标 总菌数个 大肠杆菌个。、水体的微生物污染 水体中的病原体主要来自动物的粪便。、沙门氏菌 一类能运动、无芽孢、阴性 需氧微生物。污染的水源 致令人体肠、胃病 伤寒暴发流行。、志贺氏菌属 一类不可以运动、不产芽孢、阴性 需氧微生物。惹起细菌性痢 疾。、霍乱弧菌 历次大的霍乱暴发 与饮用水的污染有关。、肠道病毒 主要有脊髓灰质炎病毒等。、

5、甲型肝炎病毒等 都能惹起水体污染。、水体中微生物的种类和分布规律 水体 有天然水体和人工水体两种。天然水体包含 大海、江河、湖泊等。人工水体 有水库、河流、下水道、各样污水办理系统等。水体是微生物分布的次日然场所。淡水中微生物的种类和分布 土壤中大多半细菌、放线菌和真菌 在水体中都能找到 成为淡水中的固有种 类。包含 一些能分解各样有机物的腐生菌 如芽孢杆菌、变形杆菌、大肠杆菌、粪链球 菌等 甚至还含有 惹起伤寒、痢疾、霍乱、肝炎等人类病原菌。在较洁净的河流、湖泊等水域 常有细菌有 绿硫细菌、紫色细菌、蓝细菌、柄细菌、赭色纤发菌、球衣菌和 荧光假单胞菌等。藻类 如绿藻、硅藻等、原生动物 如钟虫

6、及其余固着型纤毛虫、变形虫、鞭毛 虫等 和后生动物 如枝角类、桡足类等。地下水、自流井、山泉及温泉 石油岩石地下水含分解烃的细菌 含铁泉水有铁细菌 含硫温泉有硫黄细菌。微生物在静水水域的垂直分布规律 上层水体 水面下深处 主要有好氧细菌 如假单胞菌、柄杆菌、浮游球衣菌等、真菌和藻类 中层水体 水深主要有光合细菌 如红硫细菌和绿硫细菌以及厌氧细菌 基层水体以下及湖底泥 主要有脱硫弧菌属、甲烷杆菌属和甲烷球菌属等厌氧细菌和放线菌。微生物的数目 以深处为最多 跟着深度的增添而减少。微生物在淡水体中水平分布规律 沿岸水域有机物许多微生物种类和数目也多 离岸越远的水域 微生物种类和数目越少。大海微生物的

7、分布 生活在海水中的微生物 绝大多半是耐盐、嗜冷、耐高浸透压和耐高静水压力的种类。常有的微生物有 假单胞菌属、弧菌属、黄色杆菌属、无色杆菌属及芽孢杆菌属等。在海水中垂直分布规律 距海面以下至处 微生物数目许多 以下 微生物的数目随海水深度的增添而减少 在海底堆积物上 因有很丰富的有机物微生物的数目增加。垂直分布 海面有好氧的异养菌 再往下为兼性厌氧微生物 海底有兼性厌氧菌、厌氧异养菌及硫酸复原菌等。水平分布 在近海岸因为有机物含量多微生物许多 离海岸越远 微生物越少。、水体污染物的转归 是指污染物在水环境中的空间位移和形态改变。前者表现为量的变化后者则是质的转变。污染物的迁徙 是指污染物从某一

8、地址转移到另一地址 从一种介质转移到另一种介质的过 程。转归形式 生物富集 指某些重金属或有毒物质在环境中开端浓度不必定很高 可是随食品链逐级传达的过程中 该物质在生物体内的浓度渐渐高升的现象发生浓集作用的必备条件 环境中化学物质易为生物汲取 进入生物体内的化学物质较难分解和排泄 在生物富集过程中多经过食品链进行 污染物在生物体内富集和渐渐累积时 尚不对该生物造成致命伤害。污染物的转变 主要指污染物在水体中所发生的物理、化学、光化学和生物学作用。经过此等作用 污染物改变了原有的形态或分子构造 以致改变了污染物固有化学性质、毒性及生态学效应。水体中有机物的自净过程分三阶段 第一阶段化学氧化分解数

9、小时 第二阶段生物化学氧化分解 多日 第三阶段含氮有机物的消化过程 数月。三、土壤中的微生物 土壤是固体无机物 岩石和矿物质、有机物、水、空气和生物构成的复合物 是 微生物的适合生境。土壤微生物种类多、数目多、代谢潜力巨大 是主要的微生物源是微生物的大本营。、土壤中微生物的数目和分布 土壤中微生物的数目和分布 主要受营养物、含水量、氧、温度、等因子的影响 并随土壤种类的不一样有很大变化。土壤微生物的数目和分布受季节影响 微生物的数目与土层的深度有关一般土壤表层微生物最多跟着土层的加深 微生物的数目逐渐减少。、土壤的微生物污染用未经完全办理的动物粪便施肥。用未经办理的生活污水、医院污水和含有病原

10、体的工业废水进行农田浇灌 利用污泥施肥。带病动物尸体办理不妥。细菌 生物量 单位体积内活细胞的重量。细菌 每克肥土可含亿个细菌。以每亩半尺深为耕种层土壤计 细菌活重约斤。放线菌 土壤中放线菌数目仅次于细菌。几万 几百万 克土壤。多分布在有机物较丰富的碱性土壤中。因为菌体大 其生物量与细菌靠近。真菌 真菌主要分布在靠近地面的土层中。以丝状体和孢子体形式存在于土壤中。几千 几十万个 每克土壤。因为菌体粗大 其生物量不低于细菌。如酵母在果园土壤里含量几十万个 土壤。藻类和原生动物 藻类万个 克土。原生动物万个 克土。以纤毛虫 鞭毛虫、肉足虫等为主。它们以其余微生物和有机物碎片为食 对其余几类微生物的

11、数目起调理作用。、土壤污染的自净过程 病原体的死灭 有机物的净化 有机物的无机化 、含氮有机物微生物氨或氨盐 氨化阶段氧、亚硝酸盐菌亚硝酸盐硝酸盐菌 硝酸盐 、含碳、硫、磷的有机物亦有各自的无机化门路。有机物的腐殖质化 有机物在土壤微生物的作用下分解成为简单的化合物的同时 又从头合成复杂的高分子化合物 称为腐殖质。化学污染物在土壤中的迁徙、转变和残留。四、微生物代谢产物与环境 、硫化氢 产硫化氢的微生物 主要有两种 一是 反硫化细菌 将硫酸盐复原为硫化氢 二是 异养微生物 在分解有机硫化物时开释硫化氢。下水道中淤泥 此中的厌氧菌产生硫化氢、二氧化碳等气体 使维修工中毒和窒息死亡。每年陆地有机质

12、腐化分解而产生的硫化氢有 吨。大气中硫化氢的主要根源是微生物。微生物产生的硫化氢要比工业产生量大得 多。、生物毒素 生物毒素 是一大类生物活性物质的总称 是由动物、植物和微生物等产生的对其余生物物种有迫害作用 其实不行复制的化学物质 也称为天然毒素。依照根源 分为动物毒素、植物毒素和微生物毒素。动物毒素的主要成分是多聚肽、酶和胺类等。植物毒素 分为酚类化合物、氰化合物、生物碱、萜类化合物以及酶、多肽和氨基酸等。微生物毒素 是微生物在生长生殖过程中产生的一种次级代谢产物。、植物毒素对空气的污染 植物把大批毒素开释于大气中形成大气污染 使其余植物中毒 甚至死亡。洋槐树皮 挥发一种能杀死四周杂草的物

13、质使根系范围内的草不可以生长 丁香、薄荷、月桂等 能分泌大批芬芳物质 对相邻植物的生长有克制作用。桧柏的挥发性油 含醚和三氯甲烷 使其余花卉植物的呼吸减缓、生长停止。植物克制剂 芥菜类 芥菜油、异硫氰酸烯丙酯和 苯乙基异硫氰酸 鼠尾草 能产生挥发性单萜烯 胡桃树 产生羟萘醌 对一些草本和木本植物有剧毒。、植物毒素对土壤的污染 有些植物把毒素经过根尖大批排放于土壤中 对其余植物的根系汲取加以抑 制。牛鞭草 根部分泌醛类物质 对豆科植物 绿豆生进步行封闭 使之根系生长差 根瘤菌也显然减少。胡桃树 树根会发散一种羟萘醌的化学物质 在土壤中水解氧化后 拥有极大的毒性 能造成其余植物 如松树、苹果、马铃

14、薯、西红柿、桦木及多种草木植物的受害或致死。、微生物毒素 、霉菌毒素 已确立构造的黄曲霉毒素有 种 此中以黄曲霉毒素 毒性最大 致癌性最 强。其毒性比砒霜大倍以上 比敌百虫大倍。其致癌性比奶油黄强倍 比二甲基亚硝胺大倍。是已知致癌物中最强的一种肝癌致癌剂。对 二甲氨基偶氮苯又称奶油黄 作食用色素 它在体内代谢产生致癌物。已停止使用。、黄曲霉毒的除去 黄曲霉生殖的温度为 最适合。耐热 在压力下 加热到 小时 约减少裂解温度为 一般烹饪难以除去。黄曲霉毒素污染粮食、豆类、蔬菜、肉类、乳品、水果等。可打破黄曲霉毒素的六碳环内酯 形成香豆素钠盐。加盐酸 香豆素钠盐又可变为。香豆素钠盐溶于水 在水洗时可

15、被洗去 所以植物油可采纳碱炼去 毒。五、微生物与生物环境间的相互关系 、互生 二种能够独自生活的生物 当它们生活在一同时 经过各自的代谢活动而有益于对方 或偏利于一方的一种生活方式。“可分可合 合比分好”。如金黄色葡萄球菌的生长为本来在平板上不可以生长的嗜血流感菌供给生长因子 后者在其菌苔四周形成卫星菌落。又如 本来不可以在含青霉素的平板上生长的受体菌在转变子 含有质粒周 围形成卫星菌落内酰胺酶分泌到胞外所致。、共生 二种生物共居在一同 相互分工协作、相依为命 甚至形成在生理上表现出必定的分工 在组织和形态上产生了新的构造的特别的共生体。互惠共生 两者均得利。偏利共生 一方得利 但另一方其实不

16、受害。、微生物间的共生关系 地衣藻类和真菌的共生体。共生菌从基质中汲取水分和无机养料 共生藻进行光合作用 合成有机物 形成有固定形态的叶状构造 真菌无规则地环绕藻类细胞 或两者构成必定的层次摆列。地衣生殖时 在表面上生出球状粉芽 粉芽中含有少许的藻类细胞和真菌菌丝 粉芽离开母体分布到适合的环境中 发育成新的地衣。、细菌与原生动物间的共生关系 细菌栖息于原生动物细胞内获取营养和保护环境而且这些细菌在原生动物细 胞外都不可以生长 原生动物经过共生菌获取生长所需要的维生素及其余生长因子。、微生物和植物间的共生关系 根瘤菌与豆科植物间的共生形成根瘤共生体根瘤菌固定大气中的气态氮为植物供给氮修养料 豆科

17、植物的根的分泌物能刺激根瘤菌的生长 同时 还为根瘤菌供给保护和稳固的生长条件。、寄生 一种小型生物生活在另一种相对较大型生物的体内或体表 从中获得营养和进 行生长生殖 同时使后者承受伤害甚至被杀死的现象。、拮抗 某种生物产生的代谢产物可克制它种生物的生长发育甚至将后者杀死。、竞争 两个种群因需要同样的生长基质或其余环境因子 以致增添率和种群密度遇到 限制时发生的相互作用其结果对两各种群都是不利的。、捕食 一各种群被另一各种群完整吞食 捕食者种群从被食者种群获取营养 而对被食者种群产生不利影响。第二节微生物对污染物的转变 一、碳循环 二、氮循环 三、微生物对金属的转变 有机污染物的生物净化机理

18、实质 被微生物转变为无机物 依赖 好氧分解与厌氧分解。好氧分解细菌是此中的主力军原理 好氧有机物呼吸 厌氧分解 厌氧细菌 原理 发酵、厌氧无机盐呼吸 一、碳循环 、碳源污染物的转变 包含 糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等。一糖类污染物发问 哪些糖类会成为污染物 难溶的多糖。难溶解的多糖数目较大时才会使自净时间大大增添 进而对环境造成污染。这种多糖主假如 纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、淀粉。、纤维素的转变 葡萄糖高聚物 每个纤维素分子含 个葡萄糖基1糖苷键。根源 棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等。微生物分解门路 分解纤维素的微生物 好氧细菌 粘细菌、镰状纤维菌

19、和纤维弧菌。厌氧细菌 产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。放线菌 链霉菌属。真菌 青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。、半纤维素的转变 存在于植物细胞壁的杂多糖。造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。分解过程 循环 聚糖酶 半纤维素 单糖糖醛酸 各样发酵产物 厌氧分解 分解纤维素的微生物大多半能分解半纤维素。很多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。、木质素的转变木质素存在于除苔藓和藻类外全部植物的细胞壁中 由松柏 醇、香豆醇和芥子醇聚合而成的高度分枝多聚物。木质素降解的意义怎样实现工业化白腐菌降解木质素 确证的只有真菌中

20、的黄孢原毛平革菌 疑似的只有软腐菌。黄孢原平毛革菌是白腐真菌的一种 隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。白腐 树皮上木质素被该菌分解后漏出白色的纤维素部分。二油脂的转变 根源 毛纺厂、油脂厂、肉联厂、制革厂废水。降解油脂较快的微生物 细菌 荧光杆菌、绿脓杆菌、灵杆菌。丝状菌 放线菌、分支杆菌。真菌 青霉、乳霉、曲霉。门路 水解 氧化 三石油的转变 、降解石油的微生物 降解石油的微生物好多据报导有多种。细菌 假单胞菌、棒杆菌属、微球菌属、产碱杆菌属。放线菌 诺卡氏菌。酵母菌 假丝酵母。霉菌 青霉属、曲霉属。藻类 蓝藻和绿藻。石油的降解机理 链烷烃的降解 无支链环烷烃的降解以环己烷为

21、例 芬芳烃 芬芳烃广泛拥有生物毒性 但在低浓度范围内它们能够不一样程度的被微生物分解。已知降解不一样芬芳烃的细菌类型 二、人工合成的难降解碳源污染物的转变 难降解 关于自然生态环境系统 假如一种化合物滞留可达几个月或几年之久 或在人工生物办理系统 几小时或几日以内还未能被分解或除去 称犯难降解。发问 为何这些有机物难于生物降解 微生物缺少相应的水解酶种类 稳固剂、表面活性剂、人工合成的聚合物、杀虫剂、除草剂以及工艺废品等。、氯苯类 用途 稳固剂 润滑油、绝缘油、增塑剂、油漆、热载体、油墨等都含有。危害 急性中毒 是一种致癌因子 米糠油事件。降解菌 产碱杆菌、不动杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌以及沙雷

22、氏菌的突变体 经过共代谢达成氯苯的完整降解。共代谢研究进展及其成就对环保的应用现状 、清洗剂 可分为阴离子型、阳离子型、非离子型、两性电解质四类。我国当前生产的清洗剂属于阴离子型烷基苯磺酸钠。较早开发的是非线性的丙烯四聚物型烷基苯磺酸盐 降解清洗剂的微生物 细菌 假单胞菌、邻单胞菌、黄单胞菌、产碱单胞菌、产碱杆菌、微球菌、大多半固氮菌。放线菌 诺卡氏菌。因为这些微生物的作用 固然每年排放入环境中的清洗剂数目逐年递加 但环境中并无发生清洗剂的显然增添。因此清洗剂一般不会惹起环境的有机污染。清洗剂当前存在的问题主假如清洗剂中的增添剂聚磷酸盐造成的水体富营养化问题。清洗剂的降解机理 二、氮循环 蛋白

23、质、氨基酸、尿素、胺类、腈化物、硝基化合物等。一蛋白质的转变根源生活污水、屠宰废水、罐头食品加工废水、制革废水 等。、降解蛋白质的微生物 好氧细菌 链球菌和葡萄球菌。好氧芽孢细菌 枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌。兼性厌氧菌 变形杆菌、假单胞菌。厌氧菌 腐败梭状芽孢杆菌、生孢梭状芽孢杆菌。别的 还有曲霉、毛霉和木霉等真菌以及链霉菌放线菌。、降解机理 典型含氮有机物的转变 氰化物、乙腈、丙腈、正丁腈、丙烯腈等腈类化合物及硝基化合物。根源 化工腈纶废水、国防工业废水、电镀废水等。危害 生物迫害、环境累积。降解典型含氮有机物的微生物细菌 紫色杆菌、假单胞菌。放线菌 诺卡氏菌。真菌 氧化性酵母

24、菌和霉菌中的赤霉菌茄科病镰刀霉、木霉及担子菌等。降解机理 三、微生物对金属的转变 、金属进入环境的门路 金属元素 可由 焚烧燃料、施用农药、采矿、冶金等多种门路进入环境。金属作为地壳的天然构造成分 以多种形式存在于环境中。人们关怀的是 汞、砷、铅、锡、锑、铜、镉、铬、镍和钒这些元素 在空气、水和土壤、以及食品残渣中 以什么样的化学形态 存在于环境中。、金属的迫害作用 取决于 存在状态 重金属的浓度。微生物拥有适应金属化合物的生长 并代谢这些物质的活性。微生物的代谢活动可改变环境中金属的存在状态 改变它们的性质 包含生物效 应。环境中微生物对金属的转变 主假如氧化复原和甲基化作用。、汞的氧化、复

25、原和甲基化 环境中的无机汞有以下三种形式存在、和。、汞的氧化和复原 在有氧条件下 某些细菌 如柠檬酸细菌、枯草芽孢杆菌等、使元素汞氧化。此外有些细菌 如铜绿假单胞菌、变形杆菌 使无机或有机汞化物中的二价汞离子复原为元素汞。酵母菌也有复原作用在含汞培育基上的酵母菌菌落表面表现汞的银色金属光 泽。、汞的甲基化 不论在好氧或厌氧条件下 都可能存在能使汞甲基化的微生物。如 有产甲烷菌、荧光假单胞菌、草分枝杆菌、芽孢杆菌等 真菌中有粗拙链孢霉、黑曲霉以及酿酒酵母等。汞的生物甲基化常常与甲基钴氨素有关。把甲基转移给汞 甲基钴氨素是钴氨素的衍生物。钴氨素即维生素是一种辅酶 很多微生物细胞都含有。甲基钴氨素中

26、的甲基是活性基团 易被亲电子的汞离子争夺而形成甲基汞。甲基钴氨素 也许还有其余产甲基的媒介物把甲基转移给汞等重金属离子 后 自己成为复原态。含甲基汞的微生物 鱼 鱼体表面黏液中有很多含甲基钴氨素的微生物 把无机汞加入这种黏液 检测到无机汞被甲基化了。动物肠道 大鼠肠道里的微生物也含有甲基钴氨素。把大鼠盲肠的内含物与 放在一同 在试管里转变为了氯化甲基汞。从大鼠肠道里分 离出的细菌中 大肠杆菌也有甲基化作用。粪便 从人粪便中分别到的各样细菌 大多也能使无机汞甲基化。汞的甲基化过程在环境中可自觉进行 能降解甲基汞的微生物包含 需氧菌、兼性厌氧菌和专性厌氧菌。在自然界 形成甲基汞的同时进行着脱甲基作

27、用。在天然水体的堆积物中 甲基化和脱甲基化过程保持动向均衡。所以 在一般状况下 环境中甲基汞浓度保持在最低水平。可是 在有机污染严重、值较低的环境中简单形成和开释甲基汞。一是甲基汞溶于水 为鱼贝汲取而浓缩 二是甲基汞逸出水体进人大气 污染扩大。、砷的氧化、复原和甲基化 砷 是介于金属和非金属之间的两性元素 天性活跃 俗称类金属。它是高等动物保持生命所必要的微量元素。与其余微量元素同样砷有严格的剂量效应关系 低浓度 砷有益于机体生长和生殖 过度则有毒性并致癌。元素砷 不溶于水和强酸 几乎无毒。砷的有机、无机化合物有毒毒性大于。砒霜的是三价砷化物。、砷的氧化和复原 使亚砷酸盐氧化为砷酸盐的微生物

28、假单胞菌、黄单胞菌、节杆菌、产碱菌等能氧化亚砷酸盐为砷酸盐 使之毒性 减弱。微生物使湖泊中亚砷酸盐氧化为砷酸盐的这种活性 是生物能够生计的主要原 因。土壤中也存在砷的氧化。当施入亚砷酸盐后 三价砷渐渐消逝 而产生五价砷。使砷酸盐复原为亚砷酸盐的微生物 有些细菌 如酵母菌、小球藻等 可使砷酸盐复原为更毒的亚砷酸盐。大海中的细菌也有这种复原作用。只管以为是热力学上最稳固的形式 实质上海水中三价砷很迟缓的氧化。、砷的甲基化 能转变无机砷为甲基砷的微生物 细菌 如甲烷杆菌和脱硫弧菌 酵母菌如假丝酵母 霉菌如镰刀霉、曲霉、拟青霉都能转变无机砷为甲基砷。砷化物加到颜猜中色彩特别娇艳。含砷壁纸 令人中毒。经

29、研究 致命因子是在墙壁纸上生长的霉菌的代谢产物 三甲基砷 是一种挥发性的、有大蒜气味的剧毒物质。土壤里也发生砷的转变用砷化物作为杀虫剂和除草剂对农民存有潜伏危害。砷的生物甲基化中 甲基供体也是甲基钴氨素。第三节污染物对生态系统的影响 一、生态系统污染 、生态系统污染的界线 生态系统污染 是指污染物的输入改变了本来生态系统的正常组分、构造和功能 以致系统有序性和稳固性的降低甚至丧失。污染因素对生态系统的危害有一个界线 只有超出这个界线 才能判断为生态系统遇到污染。这一界线是由生态系统的最大限度的抗扰乱能力所决定的 主要包含无机环境容量和生物净化作用。环境容量是以生态系统为基础 在必定地区与一按限

30、期内 保证系统处于良性循环状态 无机环境所能容纳污染物的最大负荷量。环境容量越大 生物对污染物的抗性作用越强 越不简单造成生态系统污染。环境容量理论上由两部分构成即 为基本环境容量 也称稀释容量 为改动环境容量 也称自净容量。前者主要表征的是自然环境的特征 是指无机环境的基质种类和理化性质的不一样和稀释作用的关系 后者主要表征的是污染物的特征 是指无机环境对不一样性质、浓度、作用时间的污染物的降解、化合作用。生物的净化作用表现为对污染物的抗性作用和无害化作用 主要指生物的汲取、富集、代谢、分解作用。所以 生态系统的物种种类必定程度上也决定着这个生态系统的抗扰乱能力。无机环境的作用与生物的净化作

31、用其实不是相互割裂 而是在生态系统内经过物质循环与能量流动有机地联合起来的 生物之间也经过营养构造联系在一同 从整体上表现为生态系统的抗扰乱能力。、生态系统污染的程度 生态系统污染的程度是生态恢复最重要的决议依照之一。表现为污染物的作用程度和组分、构造、功能、系统受扰乱的程度。生态系统受污染的程度跟着污染物作用程度 组分损坏 构造损坏 功能异样 系统不稳固性程度的加深而加深。污染物的作用程度 是指其作用的时间、空间、浓度、性质。时间越长 空间越大浓度越高 毒性越强 则系统受污染的程度越深。组分的损坏程度 跟着从个体到种群到群落水平上的逐级效应而加深。构造的损坏程度 主假如营养构造的损坏程度 取

32、决于组分的损坏程度。功能的异样 表现为物质循环、能量流动、信息流动及生物生产的异样 取决于组分和构造的损坏程度。系统的不稳固性 是上述各种的综合成效 主要表现为抗扰乱与自恢复能力的下 降。、生态系统污染的过程 、逐级效应过程 图描绘了污染在生态系统中逐级产生生态效应的过程。污染物第一进入非生物环境生物对污染物的汲取、迁徙、富集 惹起迫害、产 生抗性 这一效应顺着食品链及食品网传达以致敏感性个体死亡 抗性个体在种群内 比率增大 反应到种群水平就是种群遗传多样性的降低 而敏感性物种的消逝 以致生物群落构造的简单化 进而使生态系统的复杂性降低 生态系统多样性丧失。每一个过程又有它的反作用过程 这是由

33、它们相互之间的相互联系、相互作用、相互限制所决定的 而个体、种群、群落、生态系统也能直接作用于非生物环境和污染物 这使得生态系统污染的过程变得异样复杂 整体的和动向的掌握比较困难。可是这些关系也存在一些特色 即 表现因果关系 在必定的程度上不行逆转、拥有放大效应和时滞效应。假如污染不加以控制 经过一段时间 经过上述关系和作用 本来的生态系统将会完整崩溃。生态系统与系统外界环境之间也存在必定的相互作用 在实质中间这种相互作用对生态系统质量的影响也是明显的。、组分效应过程 组分效应过程 是指污染物作用于生态系统构成因素的过程。这一过程主假如为了摸清重点因子 也反应生态系统的污染程度。如图中的描绘

34、污染可能作用于任何一个组分 但作用于不一样的组分所产生的效应不一样。而对系统的状态起到重要影响的那个组分就是重点因子。污染物第一进入非生物环境 从面对生产者、花费者、分解者产奏效应。大组分间发生直接关系和间接关系的门路也就是生态系统的污染过程。这此中每个组发散生种群水平上的效应都会影响其余组分 但产奏效应与影响门路的不一样 对整个生态系统水平的影响也不一样 重点因子的影响对系统来说将会是致命的。生态系统的正负反应体制在这些关系中发挥侧重要作用。污染生态效应产生时滞效应 因为每一步的作用都需要一个过程。、污染梯度 污染梯度 由生态系统包含的空间范围和污染过程的时滞效应共同决定。距离污染源越远、污

35、染时间越短 污染程度就越轻。在一个受污染扰乱的生态系统中老是存在着污染梯度。它不是千篇一律而 是动向发展的 与生态系统和污染物的性质亲密有关。污染梯度的定性指标是同一世态系统中污染从无到极端严重之间的若干级。、重点因子 重点因子 是指以致生态系统损坏的主要内在因子 不包含污染因子。这个因子主假如指以种群为单位的 生态系统中属于生产者、花费者或分解者的某类物种。有可能成为重点因子的物种是在保持构造、功能的稳固性上发挥重点作用的物种和种群抗扰乱能力衰的物种如群落中的优势种或建群种、处于营养构造顶级的物种、污染物是限制性因子的物种、生态幅较小的物种、种群规模小的物种、衰老型种群。最可能成为重点因子的

36、是系统重点物种 同时又是种群抗扰乱能力衰的物种。重点因子因生态系统性质的不一样和污染性质的不一样 大气污染、水污染、土壤污染等而不一样。重点因子可能只有一个也可能有多个。、污染生态系统的特色 污染生态系统是指人类活动所产生的污染物质输入了生态系统并在数目上超出其净化能力时形成的生态系统。它是由生物与其被污染了的环境构成的生态系统。在污染生态系统中 污染因子成为主导生态因子。污染环境的性质改变着生态系统的状态和动向。输入环境中的污染物的种类、性质、浓度、作用时间以及染物的相加、共同、拮抗、独立作用共同影响着污染环境的性质。对比生物与未受扰乱的环境之间的关系 生物与污染环境之间的关系更加复 杂。污

37、染物对生物组发散生不一样程度的迫害使得生态系统原有构造被损坏 功能不可以得以正常实现 进而以致系统稳态及有序性被扰乱损坏。二、污染物在个体水平上的影响 对动物 主要有死亡、行为改变、生殖降落、生长和发育克制、疾病敏感性增添和代谢率变化。对植物 主要表现为 生长减慢、发育受阻、失绿黄化、早衰等。下边以动物为例 论述污染物在个体水平上影响。、死亡 在必定的剂量或浓度作用下 污染物能惹起动物死亡 这样的剂量或浓度被称为致死剂量或致死浓度。死亡比率的大小 死亡率经常被作为一个重要的生物学指标 用以评论污染物的毒性大小。同一种污染物也可以致不一样种动物不一样的死亡率。比如 铜惹起水生生物死亡的浓度范围

38、枝角类为软体动物为 。、对行为的影响 水生生物全部的行为都易遇到污染物的影响。当一种污染物 使得动物一种行为改变超出正常变化的范围时就产生了行为毒 性。水环境污染 可影响的生物行为有 回避行为、捕食行为、学习行为、警惕行为和社会行为。、回避行为 是指水生动物 特别是游泳能力强的水生动物 能主动避受污染的水区 游向未受污染的水区的行为。污染 造成生物回避行为的改变 使水生生物种类构成、区系分布随之改变 进而打乱原有生态系统的均衡。如 经济鱼类 失掉索饵场和产卵场仍留在污水中的鱼类会出现更多的病鱼。不一样水生动物回避能力的差别 不一样的水生动物对同一种污染物的回避能力差别很大。如杂色鳟 对有较强的

39、回避能力 阈值为 食蚊鱼次之 阈值为 草虾完整不回避。、捕食行为 生物的捕食行为损坏 可以致生物机体获取资源减少 最后惹起生产量的降落或发育和生殖受阻。污染物 可影响水生动物的胃口以致捕食的停止。污染物 可影响搜寻猎物策略和感觉系统 降低捕食能力。污染物 可影响对猎物的选择降低捕获猎物的效率。污染物 能够影响捕获后办理的时间 降低捕食能力。比如 用铜 喂蓝鳃鱼 用铅和锌 喂斑马鱼 烷基苯磺酸喂旗鱼 均发现捕获后办理时间被这些重金属所延伸 最后以致拒食和捕食能力降落 这可能是污染物惹起动物的味觉阻断而产生。拒食 因为缺少味觉 不可以证明这一被捕猎物能否可食。被捕 水生动物自己也有躲避被捕食的能力

40、 所以水生动物自己拥有警惕行为。警惕行为的损坏 以致简单被捕 这样就增添了死亡率 使种群数目降落。比如 电离辐射和汞 能够增添食蚊鱼被鲈鱼捕食的危险性。杀虫剂、五氯苯酚和镉等污染物均能增添一些水生生物被捕食的危险性。对鸟类行为的影响 姿态改变 有机磷农药能够克制鸟类的乙酰胆碱酯酶 的活性 惹起神经系统中毒。当活性降落到正常水平的时 鸟类的行为就会发生改变。比如 受有机磷农药污染的欧惊鸟 当脑组织中活性被克制时 表现为 姿态效应改变。姿态是歇息时 一足站立。对领地的失控和不照料后辈 鸟类行为改变还表此刻对领地的失控和不可以照料它们的后辈。受污染的鸟类 增添了被其余生物捕食的可能性。为了躲避被捕食

41、 鸟类经常退缩到一个安全的地方 不可以保持它们的领地 失掉对原有领地的控制。若处在生殖期 则表现为 损坏和舍弃了孵蛋和不照料它们的后辈 以致生殖率降落和幼鸟的死亡率增添。、对生殖的影响 污染物影响鸟类生殖一个典型的效应：是鸟蛋壳变薄。有机氯碳氢化合物如 ：能惹起蛋壳变薄，使得蛋易碎和易破，以致鸟类生殖伤害。如多氯联苯、汞、铝等。有机氯杀虫剂以致鸟蛋壳变薄的机理：主假如阻挡了钙向壳腺细胞的运输。二、污染物在种群和群落水平的影响、对生物种群的影响 种群：是在一准时空中同种个体的组合，拥有三个基本特色：空间特色、数目特色和遗传特 征。污染物对生物在分子水平、细胞水平、组织器官水平易个体水平上的影响，

42、可在种群水平上表现出来。一般来说，污染物可以致个体数目的减少，种群密度 降落。种群密度：是指单位面积或单位空间内的个体数目。、对生物群落的影响群落：是指在一准时间内，居住在必定地区或生境内的各样生物种群相互关系、相 互影响的有规律的一种构造单元。污染物可以致群落构成和构造的改变，包含优势种变化、生物量、丰度、种的多样性等。、优势种 群落中，优势度大的即为 群落优势种。优势种决定着群落的内部构造和特别环境。、耐污种 是指只在某一污染条件下生计的物种。如颤蚓、蜂蝇幼虫等仅在有机物丰富的水体中生活，繁衍。这种生物拥有独到的构造与机能，适于在低氧条件生活。颤蚓头部钻在污泥中摄食，尾部露在污水中不断摇动

43、进行呼吸。蜂蝇幼虫拥有长的尾巴露在水表面，经过尾部的气管进行呼吸活动。、敏感种 指对环境条件变化反响敏感的物种。这种生物对环境因素的适应范围比较狭小，环境条件稍有变化即不可以忍耐而死亡。如大型水生无脊椎动物中石蝇稚虫、石蚕蛾幼虫和蜉蝣稚虫等都喜在洁净 的水体中生活，一旦水体受污染、溶解氧不足时就不可以生计。、对群落构成和构造改变 环境污染后，原有生物与环境中多种物质关系发生变化，出现新的生物与环境的物质循环关系。一般是耐污种在污染环境中增加，而敏感种渐渐消逝，狭 污性种群被广污性种群所取代，群落构成和构造发生改变。污染物可以致群落的优势种变化，进而影响群落的构成和构造。、对物种多样性的影响 群落中物种多样性：是指群落中物种的数目和各个物种的相对密度 群落的异质性。群落中所含种类数越多，群落的物种多样性就越大。群落中各个种的相对密度越平均，群落的 异质性就越大。污染物可以致敏感种的消逝，群落中物种的数目降落。严重污染时将以致物种的绝迹，使物种多样性降落。污染物也可以致群落中种的相对密度的变化，改变物种的多样性。