方程段14部分1对水域环境中生物积累的影响因素数学模型及试验.DOC

对水域环境中生物积累的影响因素、数学模型及实验方法的研究 刘振岳 信息科学技术学院 摘 要 简要介绍了生物积累的基本特征，重点研究了影响生物积累的环境因素，提出了研究生物积累的数学模型，并介绍了一些经典的生物积累实验方法。研究得出，污染物的化学性质、环境pH值、环境温度、生境位置是影响生物积累的主要因素。而建立的主要数学模型包括从水中吸收和浓缩模型、从水和食物中吸收模型、食物链转移模型和生物积累的生态学模型。针对生物积累而设计了如下实验：平原法、从水和食物积累实验及从水和沉积物积累实验。我认为，生物积累在生态系统中是一个必然的过程，而它诱发怎样的结果，却与人类的活动息息相关，它深深地影响到人类自身的利益。所以，研究生物积累并引导其朝着与人有益的方向发展，无疑具有长远的意义。本文所得成果，对生物积累的后续研究，具有一定的引导意义。 关键词：生物积累 水环境 食物链 污染 引 言 近年来，由于人类的某些活动，生物圈中的水域环境遭受了极大的破坏。20世纪30年代以来世界各地相继出现了严重的环境污染现象，闻名世界的八大公害事件中，发生在日本的“水俣病事件”和“疼痛病事件”都与水域污染下的生物积累作用有关。那么，什么是生物积累呢？ 生物积累（bioaccumulation）是指水生生物直接从水或食物中吸收摄取化学物质的过程。这个过程包括吸收和排除两个方面：吸收大于排除时，毒物即在体内积累，随暴露时间的延长积累越来越多；当吸收等于排除时，生物积累达到平衡，此时体内污染物的实际含量与水中污染物含量的比值，成为生物浓缩系数（简称BCF）。生物浓缩系数是表示化学物质生物积累特性的重要指标。 20世纪60年代发现鱼类和野生动物体内DDT、DDD、Hg残留量很高，甚至在水中毒物含量很低的情况下，生物体内也有很高的读物残留。Johnels等（1967）报告瑞典湖泊中狗鱼等水生生物体内有明显的汞积累；鱼体中汞含量超过水中汞含量的3000倍以上，而且与鱼体大小、年龄和地区有关[1]。Woodwell报道纽约长岛河口地区鱼体DDT积累为水中DDT含量的2 000 ~ 40 000倍，吃鱼的银鸥体内DDT含量最高时为水中DDT含量的100多万倍[2]（参见表1）。这些资料引起人们对生物积累问题的关注，开展了大量的调查研究。早在1977年，Jarvinen等人就发现，大部分人工合成的有机化合物能从水中直接通过鳃、肠管表面半透膜扩散到体内，也可从消耗的食物中积累化学物质[3]。积累量的多少与化学物质的性质、浓度以及生物的营养等级等因素有关。 污染物的生物积累影响生物正常的生理机能、繁殖习性、遗传变异、能量转换和摄食行为等，破坏生物资源，降低生物生产力，引起不良的生态学问题。前人通过大量的实验观察，为我们提供了丰富的数据资料，本文在前人基础上系统地总结了生物积累的基本特征和影响因素，并提出了一系列数学模型和实验方法，供相关研究参考之用。 一、生物积累的基本特征 1.食物链积累 食物链积累的典型为重金属积累和有机氯农药积累两个方面。 重金属、农药、有机化合物等污染物有沿食物链积累和放大的现象，营养级高的水生动物体内积累污染物的含量高于低营养级的生物。重金属中，汞、镉、锌、铜、铅、镍等沿食物链积累和放大现象比较明显，其中汞和镉的食物链积累对人类的威胁最大。天津蓟运河河口[4]和沙漠地区的波韦尔水库[5]汞沿食物链积累的趋势十分一致，鱼类对汞的积累系数在3 000左右（表1）。 有机氯由于化学性质稳定，可在环境中长期残留，难溶于水，易溶于脂肪和有机溶剂，可从水和食物链途径积累于生物体内，并沿食物链逐级放大。牡蛎在0.1μg/L DDT海水中40天积累70 000多倍。 表1 不同营养级生物体内汞、DDT和六六六的含量 营养等级 汞/（mg/kg） DDT/（mg/kg） 六六六/（mg/kg） 蓟运河 波韦尔湖 纽约长岛 蓟运河 蓟运河 水 0.0005 0.001 0.00005 0.00006 0.0018 浮游生物 0.35 0.32* 0.04 1.63 0.56 无脊椎动物 0.48 0.19 0.16 ~ 0.42 1.56 0.83 草食性鱼类 0.90 0.99 - 1.07 0.74 杂食性鱼类 1.30 1.28 0.94 ~ 1.28 5.87 1.04 肉食性鱼类 1.70 2.57 2.07 4.22 0.44 水鸟 3.30 - 3.15 ~ 26.4 2.63 11.54 *为周丛生物 2.生物积累与个体大小的关系 同种生物对同一污染物积累量的多少与生物个体大小存在一定的关系，个体大的单位重量积累量高于个体小的。因为个体大的动物一般年龄较大，在水中生活的时间较