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1、1 当污染物进入生态系统，参与生态系统的物质当污染物进入生态系统，参与生态系统的物质循环，对生态系统的组分、结构和功能产生某些影循环，对生态系统的组分、结构和功能产生某些影响，称为响，称为污染生态效应。污染生态效应。1 1）生物个体污染效应）生物个体污染效应 指环境污染对生物的影响表现在指环境污染对生物的影响表现在生物个体层次上的反应。生物个体层次上的反应。2 2）生物群落污染效应）生物群落污染效应 指环境污染在生物种群以上层次指环境污染在生物种群以上层次上的反应。上的反应。3 3）生态系统污染效应）生态系统污染效应 指环境污染对生态系统结构与功指环境污染对生态系统结构与功能的影响。能的影响。
2、第1页/共118页第一节第一节 污染物对生物的影响机制污染物对生物的影响机制 2污染物种类不同，生态系统与生物个体千差万别，污染物种类不同，生态系统与生物个体千差万别，使得污染物对生物的影响机制多种多样。使得污染物对生物的影响机制多种多样。1.1.物理机制物理机制 污染物质可以在生态系统中发生渗滤、蒸发、凝聚、吸污染物质可以在生态系统中发生渗滤、蒸发、凝聚、吸附、解吸、扩散、沉降、放射性蜕变等多种物理过程，附、解吸、扩散、沉降、放射性蜕变等多种物理过程，伴随这些物理过程，生态系统的某些因子的物理性质会伴随这些物理过程，生态系统的某些因子的物理性质会发生改变，从而影响生态系统的稳定，导致各种生态
3、效发生改变，从而影响生态系统的稳定，导致各种生态效应发生。比如：热污染。应发生。比如：热污染。第2页/共118页32.2.化学机制化学机制 主要指化学污染物质与生态系统中的无机环境各要素主要指化学污染物质与生态系统中的无机环境各要素之间发生的化学作用，导致污染物的存在形式不断发生变之间发生的化学作用，导致污染物的存在形式不断发生变化，从而使其对生物的毒性及产生的生态效应随之改变。化，从而使其对生物的毒性及产生的生态效应随之改变。如：重金属的不同氧化态（亚砷酸盐毒性高于砷酸盐）；如：重金属的不同氧化态（亚砷酸盐毒性高于砷酸盐）；氧化还原电位和氧化还原电位和pHpH的不同（水稻对镉的吸收随的不同（
4、水稻对镉的吸收随pEpE的增加和的增加和pHpH的降低而增加），一些污染物的光化学过程，会造成不的降低而增加），一些污染物的光化学过程，会造成不同的生态效应。同的生态效应。第3页/共118页43.3.生物学机制生物学机制指污染物进入生物体以后，对生物体的指污染物进入生物体以后，对生物体的生长、新陈代谢、生理生化过程所产生的各种影响。如对生长、新陈代谢、生理生化过程所产生的各种影响。如对植物的细胞生育、组织分化以及植物体的吸收机能、光合植物的细胞生育、组织分化以及植物体的吸收机能、光合作用、呼吸作用、蒸腾作用、反应酶的活性、次生物质代作用、呼吸作用、蒸腾作用、反应酶的活性、次生物质代谢等过程的影
5、响。谢等过程的影响。(1)(1)生物体的累积、富集机制生物体的累积、富集机制(2)(2)生物吸收、代谢、降解与转化机制生物吸收、代谢、降解与转化机制第4页/共118页54.4.综合机制综合机制 污染物进入生态系统产生影响，往往综合了多种物理、污染物进入生态系统产生影响，往往综合了多种物理、化学和生物学的过程，并且往往是多种污染物共同作用，化学和生物学的过程，并且往往是多种污染物共同作用，形成复合污染效应。形成复合污染效应。第5页/共118页6(1)(1)协同效应协同效应一种或多种污染物的毒性效应因另一种污染物的存在而增加的现象。一种或多种污染物的毒性效应因另一种污染物的存在而增加的现象。例如混
6、合功能氧化酶被例如混合功能氧化酶被胡椒基丁醚胡椒基丁醚抑制，增加拟抑制，增加拟除虫菊酯除虫菊酯和和氨基甲酸酯氨基甲酸酯的毒性，其毒性增加为的毒性，其毒性增加为60倍和倍和200倍，这是因为胡椒基丁醚抑制了拟除虫倍，这是因为胡椒基丁醚抑制了拟除虫菊酯和氨基甲酸酯的解毒系统，从而增加其毒性。菊酯和氨基甲酸酯的解毒系统，从而增加其毒性。又如，农药马拉硫磷和苯硫磷，苯硫磷能抑制肝脏中降解马拉硫磷的酯酶，又如，农药马拉硫磷和苯硫磷，苯硫磷能抑制肝脏中降解马拉硫磷的酯酶，使马拉硫磷的降解受阻，毒性增强。使马拉硫磷的降解受阻，毒性增强。第6页/共118页7(2)(2)加和效应加和效应多种污染物混合所产生的生
7、物学作用强度等于其中各化学污染分别多种污染物混合所产生的生物学作用强度等于其中各化学污染分别产生的作用强度的总和。产生的作用强度的总和。在这种类型中，各化学物质之间均可按比例取代另一种在这种类型中，各化学物质之间均可按比例取代另一种化学物质。因此，当化学物质的化学结构相近，性质相化学物质。因此，当化学物质的化学结构相近，性质相似，靶器官相同或毒性作用机理相同时，其生物学效应似，靶器官相同或毒性作用机理相同时，其生物学效应往往呈相加作用。往往呈相加作用。例如，一定剂量的化学物质例如，一定剂量的化学物质A和和B同时作用于机体，若同时作用于机体，若A引起引起10的动物死亡，的动物死亡，B引起引起40
8、动物死亡，那么，根动物死亡，那么，根据相加作用，在据相加作用，在100只动物中将死亡只动物中将死亡50只，只存活只，只存活50只只如甲拌磷与乙酰甲胺磷；谷硫磷与苯硫磷（敌百虫），如甲拌磷与乙酰甲胺磷；谷硫磷与苯硫磷（敌百虫），丙烯腈和氰氢酸丙烯腈和氰氢酸第7页/共118页8(3)3)独立作用效应独立作用效应多种化学污染物各自对机体产生毒性作用的机理不同，互不影响。多种化学污染物各自对机体产生毒性作用的机理不同，互不影响。由于各种化学物质对机体的侵入途径、方式、作用的部位各不相同，因而由于各种化学物质对机体的侵入途径、方式、作用的部位各不相同，因而所产生的生物学效应也彼此无关联，各种化学物质自然
9、不能按比例相互取所产生的生物学效应也彼此无关联，各种化学物质自然不能按比例相互取代，故独立作用产生的总效往往低于相加作用，但不低于其中活性最强者。代，故独立作用产生的总效往往低于相加作用，但不低于其中活性最强者。例如，化学物质例如，化学物质A和和B分别引起分别引起10和和40的死亡率，那么的死亡率，那么100只活的动只活的动物中，经物中，经A作用，尚存活作用，尚存活90只，经只，经B作用后，死亡动物应为作用后，死亡动物应为90*40，即，即36只，故此时存活动物为只，故此时存活动物为54只。可见，独立作用与相加作用不同。只。可见，独立作用与相加作用不同。如乙醇与氯乙烯：前者引起肝细胞的线粒体脂
10、质过氧化；而后者引起的是如乙醇与氯乙烯：前者引起肝细胞的线粒体脂质过氧化；而后者引起的是微粒体脂质过氧化微粒体脂质过氧化 第8页/共118页9(4)4)拮抗效应拮抗效应生态系统中的污染物对生态系统的毒性效生态系统中的污染物对生态系统的毒性效应因另一种污染物的存在而降低。应因另一种污染物的存在而降低。或两种化学污染物相互或两种化学污染物相互干扰，使混合物的生物作用或毒性作用的强度低于两种化干扰，使混合物的生物作用或毒性作用的强度低于两种化学污染物任何一种单独输入机体的强度。学污染物任何一种单独输入机体的强度。例如，在酸性条件下，铝离子(A13+)对植物苗根具很高毒性，并能诱导过氧化物歧化酶(SO
11、D)，当加入一定量的钙离子(Ca2+)后，大大降低了铝离子的毒性，SOD活性显著降低。因此，常常在酸雨地区的土壤中加入钙，防治酸雨的危害。两种化合物中一个可以激活另一化合物的代谢酶，使其毒性降低。如小鼠先给予苯巴比妥后，再经口给以久效磷，使后者的LD50增加一倍以上，即久效磷的毒性降低。第9页/共118页第二节第二节 环境污染对生态系统的影响环境污染对生态系统的影响 第10页/共118页1.概述：环境污染对生态系统的主要影概述：环境污染对生态系统的主要影响响一是污染直接影响了物种的生存和发展，从根本上影响了生态系统的结构和功能基础；二是污染大大降低了初级生产，从而使依托强大初级生产量才能建立起
12、的各级消费种群失去了足够的物质和能量支持，生态系统结构和功能趋于简单化，自我调节能力下降。第11页/共118页污染对森林生态系统的阶段影响污染对森林生态系统的阶段影响 污染作用的时污染作用的时期水平期水平效应程度效应程度可能的后果可能的后果刚开始不明显没有低水平相对没有影响生态系统可以作为污染物的贮存库，并能同化处理污染物明显毒害水平如果污染持续作用，生态系统内植物的光和作用水平降低，敏感物种对昆虫、真菌侵袭的抵抗能力降低生态系统物质循环明显受到影响；对外来不利环境因素的抵御能力降低污染作用增加并持续发展抗性种类代替了敏感种类。由于对传粉生物的影响，很多异花授粉植物难以完成授粉作用生态系统保持
13、原系统最低限度的结构，但功能已不健全。如果污染停止，可以在一个世纪内恢复其原有功能污染高强度持续作用大型植物基本全部死亡，有毒物质在生物体内大量积累生态系统结构已经改变，生物地球化学循环难以进行。如果污染停止，生态系统的恢复需要很长时间特别严重的高强度污染长期持续作用除了细菌、藻类等高抗污染的种类，极少有其它生物可以生存生态系统万群解体。它的恢复需要的时间尺度要以地质年代来计量第12页/共118页二、结构效应二、结构效应在污染胁迫的作用下，很多生态系统的物种数量和分布发生显著变化，部分物种的正常生理功能也会改变，从而对整个生态系统的结构产生影响，生态系统的结构变化主要包括空间结构和营养结构变化
14、。1.空间结构变化空间结构变化是指生态系统水平和垂直上的变化，包括生物群落迁移，景观破碎等。某些污染常常引起群落物种的大量消亡或更替，从而使原有的生态系统发生严重的逆向演替。比较典型的就是森林生态系统，例如加拿大北部针叶林在二氧化硫污染作用下，大面积退化为草甸草原；北欧大面积针阔混交林在二氧化硫污染作用下退化为灌木草丛。第13页/共118页二、结构效应二、结构效应我国内蒙乌拉山林区演替趋势据史料记载，距今一百多年以前这里曾密布着以油松、侧柏等针叶树为主的原始森林，林中植被繁茂。然而长期以来由于人们的毁林开矿、超载放牧屡禁不止，特别是两次较大的森林火灾，致使乌拉山林区生态系统整体发展态势呈逆向演
15、变趋势。从乌拉山林场1982 年和2002 年的森林资源统计数据对比来看，乌拉山林区林地面积2002 年比1982年减少13.7%，年均减少0.7%；疏林地面积减少0.5%；灌木林面积减少27.4%，年均减少1.3%，而且现有天然林分质量极差，针叶树种所占比重减少，阔叶树种所占比重增加，且林区内80%以上的现存林分属成过熟林，有的已成老残林，森林资源质量下降，数量减少，植被逐年退化和死亡。第14页/共118页二、结构效应二、结构效应2.营养结构变化营养结构变化是指生态系统中各生物成分间通过食物链和食物网发生直接和间接的联系，保持着结构和功能的稳定性；如果食物网中某一条食物链发生了障碍如果食物网
16、中某一条食物链发生了障碍，就会导致生态系统营养结构发生变化，影响生态系统功能。重金属的污染常常导致水生生态系统中的浮游植物的种类发生变化，这种变化会影响到植食性动物群落的组成和结构，甚至通过食物链导致更高营养级生物的结构变化。第15页/共118页二、结构效应二、结构效应3.污染物对生态系统结构的影响除了直接毒性作用外，还可以通过影响种间关系影响种间关系而起作用而起作用，如捕食、寄生、共生以及竞争等。例如，研究表明杀虫剂不但能直接改变害虫的种群结构，还对其捕食性天敌的群落结构造成影响。例如吡虫啉、抗芽威和氧化乐果三种杀虫剂降低了麦田亚蚜虫种群的多样性指数和均匀度，而且蚜虫的捕食性天敌（瓢虫类、食
17、蚜蝇、草蛉和蜘蛛等）的多样性指数也相应下降。第16页/共118页三、功能效应三、功能效应1.污染对初级生产量的影响(森林、农田)表35 UVB 辐射对不同田间春小麦生物量及其分配的影响 第17页/共118页三、功能效应三、功能效应2.污染对食物链的影响物种间营养相互关系直接影响着生态系统的物质循环、能量流动等过程的运转 环境污染往往会引起食物网简单化、食物链缩短或不完整，导致生态系统物质生产力降低、物质循环速度下降或中断、能量流动不畅或效率下降，生态系统的平衡能力和自我调节能力降低。第18页/共118页三、功能效应三、功能效应浮游动物藻类二氧化碳食菌原生动物细菌溶解有机碳异源碳图311浮游生物
18、群落食物网简图（引自Havens，K.E.，1994）在牧食链中，藻类和多数浮游动物消失，只有少量的取食小型浮游动物和大型藻类的桡足类（Mesocyciops edax）幸存下来 在腐食食物链中，食菌的原生动物如鞭毛虫和纤毛虫消失 除藻剂硫酸铜对自然浮游生物群落食物链的影响。食物链的破坏阻断了微生物碳源向更高营养剂传递。第19页/共118页三、功能效应三、功能效应一些化学污染物或重金属在生态环境中的残留会通过食物链和生物富集作用影响整个生态系统，危及人类健康。第20页/共118页三、功能效应三、功能效应3.污染对物质循环的影响 在生态系统的物质循环中，污染物的介入会影响物质循环的某些环节，如微
19、生物种群结构的变化，这必将导致整个生态系统结构和功能的降低。如：重金属对土壤微生物利用能源碳的影响。第21页/共118页三、功能效应三、功能效应3.污染对物质循环的影响污染对物质循环的影响 研究表明，多种污染物可以损害固氮菌的固氮作用。如一些除草剂在推荐浓度下会威胁固氮微生物的生存和影响固氮作用。在400 mg/L（推荐浓度）的丙草胺和利谷隆作用下，大豆根瘤菌(Rhizobium japonicum)的存活率分别下降了27.4%和57.8%；百草枯、苯胺灵和阿特拉津在正常使用剂量下也会抑制这类微生物的生长。重金属污染也会抑制固氮菌的作用，砷对土壤的固氮强度有抑制作用，当投加到土壤中砷的含量多于
20、30 mg/kg时，固氮强度下降约50%。第22页/共118页四、物种多样性和生态系统功能的关四、物种多样性和生态系统功能的关系系一种认为生态系统的功能受到物种多样性的影响或控制。MacArthur(1955)提出的多样性-稳定性假说(diversity-stability hypothesis)。该假说认为物种多样性和生态系统稳定性密切相关，直线并非表示稳定性与多样性之间呈严格的线性关系，它只表示稳定性随物种丰富度的上升而增加（图314 a.1）Ehrlich(1981)提出了铆钉假说(rivet hypothesis)。该假说认为系统中所有物种对系统功能维持都具有虽然小但重要的作用，就像一
21、架飞机上的一个个铆钉。污染胁迫使个体和物种消失，其作用可以比拟为飞机失去铆钉，每失去一个铆钉，将相应的削弱一份整体功能。随着物种灭绝数量的增加，生态系统受损程度将逐渐加速地上升（图314 a.2）。图314 a的曲线3为冗余假说。该假说认为对于一个生态系统，存在一个物种多样性下限，这个下限是维持生态系统正常功能所必需的。当系统的多样性高于此下限时，物种数的增加或减少对系统功能没有多少影响。当污染使某些物种消失时，其他物种可以完成该消失物种的功能，因此，虽然生态系统物种多样性下降，但生态系统功能不受影响。第23页/共118页图3-14 物种多样性与生态系统功能的关系a.1.多样性-稳定性假说;2
22、.铆钉假说;3.冗余假说;b.不确定假说第24页/共118页四、物种多样性和生态系统功能的关四、物种多样性和生态系统功能的关系系另一种认为生态系统功能更多地是受到物种组成(物种的生物学特征)等因素的控制，在物种多样性与系统功能之间可能不存在必然联系或存在不确定关系。不确定假说(hypothesis)是 Lawton(1994)提出的(图314 b)。该假说认为是物种的属性，而非物种丰富度，对系统功能起着关键的作用。所以当系统中物种丰富度减小时，生态系统功能可能会发生不可预料的变化，即物种丰富度与系统功能之间不存在简单的单调关系，或者说存在不确定的关系。第25页/共118页以滇池为例，20 世纪
23、70 年代中期以后，随着人为活动的加剧，滇池湖水日益富营养化，湖泊水质恶化，导致水生植物群落结构简化和退化，原来的优势物种如海菜花、轮藻等已绝迹，范草、马来眼子菜、苦草等已到濒临消失的边缘，耐污种如凤眼莲、喜旱莲子草和龙须眼子菜等大发展形成单优势群落。水生植物物种多样性也大幅度下降，由原来的100余种减少到20余种，而蓝藻“水华”也时有发生。第26页/共118页第三节第三节 污染物在种群和群落水平的影响污染物在种群和群落水平的影响第27页/共118页一、对生物种群的影响一、对生物种群的影响1.种群密度变化种群密度变化污染物可导致个体数量的减少，种群密度下降。如有毒污染物引起生物个体死亡率增加、
24、繁殖率下降，最终导致种群密度下降。但污染物也能导致个体数量的增加和种群密度上升。典型例证：例如，农药的滥用造成天敌减少，容易引起害虫大爆发湖泊中氮、磷元素大量增加，引起藻类暴长，发生“水华”。除草剂西玛津，使土壤中无脊椎动物数目降低3350%，在使用西玛津34个月后，同未施药的土壤比较，蚯蚓、双翅目、鞘翅目幼虫和螨等在数目上有显著减少。第28页/共118页一、对生物种群的影响一、对生物种群的影响2。污染物能影响种群的性别比例和年龄结构。污染物能影响种群的性别比例和年龄结构例如，研究表明，31种类固醇激素(16种雄性激素和15种雌激素)可诱导9科34种雌雄异体鱼类和6科13种雌雄同体鱼类的性逆转
25、。又如英国的15个污水处理厂出水可使雄鲤鱼中形成卵黄蛋白原，出现雌性化特征。大量研究表明鱼类的早期生命阶段(卵一幼鱼)比成鱼对污染物更敏感，种群年龄结构趋于老化。第29页/共118页3.遗传结构的变化遗传结构的变化化学污染物通过引起遗传突变和非遗传性的毒性作用使种群的数量减少。如：桦尺镬19世纪时，环境没有受到污染前桦尺蠖是浅色的，浅色型桦尺蠖与环境色彩一致，不易被鸟类所捕食，而黑色个体型在浅色环境中容易被鸟类所发现而被淘汰。当环境发生了变化时，黑色个体型在污染成黑色的树皮上不易暴露而生存，导致该基因频率升高。这说明环境的变化导致了遗传结构的改变，使种群的基因频率发生了定向的变异。一、对生物种
26、群的影响一、对生物种群的影响第30页/共118页二、对生物群落的影响二、对生物群落的影响 群落是指在一定时间内，居住在一定区域或生境内的各种生物种群相互关联、相互影响的有规律的一种结构单元。污染物可导致群落组成和结构的改变，包括优势种变化、生物量、丰度、种的多样性等等 第31页/共118页 1.优势种优势种在群落中优势度大的即为群落优势种，它在群落功能中占重要的位置。群落中物种优势度通过物种的密度、盖度、频度和生产量来反映。图310 盖草能污染农田土壤动物优势类群的垂直变化(线虫和弹尾)注：01,02,03 是指样地号(施药前一天、施药后一天和施药后十天).A 是指土壤 0-10cm 层；B
27、10-20cm；C 20-30cm；D 30-40cm.第32页/共118页2.耐污种耐污种是指只在某一污染条件下生存的物种。如颤蚓、蜂蝇幼虫等仅在有机物丰富的水体中生活，繁衍。这类生物具有独特的结构与机能，适于在低氧条件下生活。颤蚓头部钻在污泥中摄食，尾部露在污水中不停摆动进行呼吸；蜂蝇幼虫具有长的尾巴露在水表面，通过尾部的气管进行呼吸活动。第33页/共118页3.敏感种敏感种指对环境条件变化反应敏感的物种。这类生物对环境因素的适应范围比较狭窄，环境条件稍有变化即不能忍受而死亡。如大型水生无脊椎动物中石蝇椎虫、石蚕蛾幼虫和蜉蝣稚虫等都喜在清洁的水体中生恬，一旦水体受污染、溶解氧不足时就不能生
28、存。第34页/共118页图1 乙草胺对不同营养类型线虫密度的影响Fig.1 The Effect of the Acetochlor on the Number of Different Trophic Groups Nematode随着时间的推移食细菌线虫的密度变化不大，对环境抗干扰和恢复能力较强，线虫群落总数的减少主要是由于植食性线虫、食真菌线虫、捕食/杂食性线虫密度的减少引起的，食真菌线虫、捕食/杂食性线虫两类线虫对乙草胺污染较为敏感。p农药和重金属对土壤自由线虫营养类群和群落指数的影响农药和重金属对土壤自由线虫营养类群和群落指数的影响第35页/共118页4.对群落组成和结构改变对群落组
29、成和结构改变一般是耐污种在污染环境中增多而敏感种逐渐消失，狭污性种群被广污性种群所代替，群落组成和结构发生改变例如，在严重污染的第二松花江的哈达湾江段，1982年研究结果表明，喜污性的普通等片藻普通等片藻代替了喜清水性的颗粒直链藻颗粒直链藻，并出现了耐污种泥污颤藻，耐污性的绿眼虫颤藻，耐污性的绿眼虫代替了清水性的浮游动物，还出现了耐污性的萼花臂尾轮虫和壶状臂尾轮虫，同时鱼类区系也发生了变化。第36页/共118页4.对群落组成和结构改变对群落组成和结构改变污染物可导致群落的优势种变化，从而影响群落的组成和结构。增温前增温后浮游植物硅藻门的直链藻、金藻门的锥节藻蓝、绿藻夏季为铜绿微囊藻和水花束丝尊
30、；浮游动物象鼻蚤和剑水蚤底栖动物摇蚊幼虫、大型螺蚌数量多，寡毛类数量很少大型蚌类减少，而小型螺数量增加，蜉蝣目幼虫消失鱼类以鲤鲫鱼为优势种。鲫鱼数量锐减，被小型的杂鱼所代替第37页/共118页5.对群落物种多样性的影响对群落物种多样性的影响春甘蓝化防田与自控田节肢动物群落特征指数比较第38页/共118页6.对群落演替的影响对群落演替的影响如武汉东湖由于受富营养化的影响，湖中的植物由草型转变为藻型,湖底退化为次生裸地。再如农田连续使用农药，改变了农田的群落结构。吴竞仑（2006）研究表明，连续4年施用7种不同的除草剂，影响了杂草群落的演替过程，杂草优势种群发生了明显变化。连续施用异丙草胺、乙草胺
31、和苯噻酰草胺等三种单剂处理，稗草的优势度值下降，主要阔叶类杂草、一年生莎草科杂草和多年生水莎草优势度值均高于对照区，而施用磺酰脲类的苄嘧磺隆处理的结果则与它们相反。第39页/共118页第四节第四节 污染物在个体水平上的影响污染物在个体水平上的影响第40页/共118页污染物对生物个体水平的影响污染物对生物个体水平的影响对动物的影响：死亡、行为改变、繁殖下降、生长和发育抑制、疾病敏感性增加和代谢速率变化对植物的影响：生长减慢、发育受阻、失绿黄化、早衰等第41页/共118页一、死亡一、死亡 在一定的剂量或浓度作用下，污染物能引起动物死亡，这样的剂量或浓度被称为致死剂量或致死浓度。铜铜引起50水生生物
32、死亡的浓度范围：枝角类为5300ug/l软体动物为409000 ug/l。汞汞引起这两类生物50%死亡的浓度范围：枝角类为0.0240ug/l软体动物为902000ug/l。第42页/共118页一、死亡一、死亡主要的影响因素有：主要的影响因素有：污染物的种类及其物理化学性质生物种类污染物作用的时间例子：镍在96小时引起刚孵化出的鲤鱼苗死亡的浓度为6.10mg/l，而对体长45 cm的幼鱼为35.0 mg/L温度增高会增加污染物的致死效应；氮在碱性条件形成非离子氨(NH3)对生物致死效应明显，而在酸性条件下形成铵离子，对水生生物则无明显毒害。p水质条件（水温、pH、硬度和溶解氧）p多种污染物的综
33、合作用第43页/共118页二、对行为的影响二、对行为的影响第44页/共118页(一一)对水生生物行为的影响对水生生物行为的影响 当一种污染物或其他因素(如温度、光照、辐射)使得动物一种行为改变超过正常变化的范围时，就产生了行行为毒性为毒性(Behavioral Toxicity)。水环境污染可影响的水生生物行为主要有：对污染物的回避行为、捕食行为、学习行为、警惕行为和社会行为。研究较多的是回避行为、捕食行为和警惕行为回避行为、捕食行为和警惕行为。第45页/共118页(一一)对水生生物行为的影响对水生生物行为的影响回避行为是指水生动物，特别是游泳能力强的水生动物，能主动避开受污染的水区，游向未受
34、污染的清洁水区的行为。目前已知能对污染物产生回避反应的水生动物主要是各种鱼、虾、蟹水生动物主要是各种鱼、虾、蟹，此外，水生昆虫也有一定的回避能力。第46页/共118页(一一)对水生生物行为的影响对水生生物行为的影响不同的水生动物对同一种污染物的回避能力差异很大。如杂色鳟对DDT有较强的回避能力，阈值为0.005mg/L；食蚊鱼次之，阈值为0.1mg/L；草虾完全不回避。水生生物的活动类型、生理状态和水温变化都能影响回避反应的强度，如细鳞大麻哈鱼在海水中对原油的回避阈值 11.5时仅为1.6 mg/L，7.5 时达16 mg/L一般来说，水生生物对污染物的回避阈值低于污染物对水生生物对污染物的回
35、避阈值低于污染物对水生生物的致死浓度。水生生物的致死浓度。如鲫鱼对杀螟松(农药)的回避阈值是10 ug/L，比致死浓度低两个多数量级。第47页/共118页(一一)对水生生物行为的影响对水生生物行为的影响但有的污染物超过致死浓度，生物也不回避，如异狄氏剂浓度超过致死浓度时，食蚊鱼和草虾也不回避。水生生物的回避能力在实验室和野外也存在差异性，如在受铜、锌污染的一条加拿大河流中，野外现场观测的阈值为实验室阈值的18倍。第48页/共118页(二二)对鸟类行为的影响对鸟类行为的影响 对鸟类行为影响最典型的污染物是有机磷农药/乙酰胆碱酯酶(Ache)的活性例如受有机磷农药污染的欧惊鸟，当脑组织中Ache活
36、性被抑制50时，一些行为发生改变，表现为姿态效应改变。这里的姿态是指欧惊鸟体息时一足站立。受污染的欧惊鸟在休息时一足站立时间明显改变(姿态效应)，这是由于有机磷农药影响了欧惊鸟的神经系统，导致了鸟的平衡和协调性的损害。第49页/共118页(二二)对鸟类行为的影响对鸟类行为的影响鸟类行为改变还表现在对领地的失控和不能照顾它们的后代。例如，Bushy等研究有机磷杀虫剂对加拿大新不伦瑞克地区云杉中的白喉麻雀的影响。对13对喷洒农药区的鸟和7对附近未喷洒农药对照区的鸟进行跟踪，结果表明，喷洒区的成年白喉麻雀减少三分之一，主要是在喷洒区白喉麻雀放弃了它们领地或死亡。同时发现处在繁殖期鸟的育雏方式受到破坏
37、和舍弃孵蛋，结果是幼鸟的数量只有对照区的四分之一。第50页/共118页三、对繁殖的影响三、对繁殖的影响对动物而言，一般表现为产卵(仔)数、孵化率和幼体存活率下降以及繁殖行为变化等。生物机体繁殖损害最终导致种群数量下降，甚至导致物种灭绝。又如有机磷杀虫剂可影响家燕的精子数量，在连续4个1.5小时喂食含有机磷杀虫剂的食物后，家燕精子数下降了30。在鸟类中，污染物影响鸟类繁殖一个典型的效应是鸟蛋壳变薄。有机氯杀虫剂、多氯联苯、汞、铝等污染物也能产生鸟蛋壳变薄的效应，有机氯杀虫剂导致鸟蛋壳变薄的机理也已清楚，主要是阻碍了钙(ca)向壳腺细胞的运输。目前，蛋壳变薄蛋壳变薄巳作为一个敏感指标评价污染物对鸟
38、类繁殖的影响，称之为蛋壳的厚薄指数第51页/共118页DDTDDTs/s/二恶英对水鸟的影响二恶英对水鸟的影响 蛋壳变薄孵化率降低小鸟生存率降低第52页/共118页三、对繁殖的影响三、对繁殖的影响（影响繁殖的物质种类）（影响繁殖的物质种类）1天然雌激素和合成雌激素天然雌激素是从动物和人尿中排出的一些性激素，如雌二醇、孕酮、睾酮。合成激素包括与雌二醇结构相似的类固醇衍生物，如二甲基已烯酚(DES)、己烷雌酚、乙炔基雌二醇、炔雌醚等，也包括结构简单的同型物，即非甾体激素。这些物质主要来自口服避孕药和促家畜生长的同化激素。早在70年代环境学家就开始研究水环境中天然雌激素和合成激素对饮用水的污染问题。
39、例如，英国曾对9条河流和8种饮用水样进行检测，在二条河水中检出了炔雌酮，浓度为17ng/L，在一条河水样品和饮用水样中检出了孕酮，浓度为6ng/L。第53页/共118页三、对繁殖的影响三、对繁殖的影响（影响繁殖的物质种类）（影响繁殖的物质种类）2植物雌激素这类物质是某些植物产生，并具弱激素恬性的化合物，以非甾体结构为主。这些化合物主要有异酮类、木质素和拟雌内醇。产生这些化合物的植物有豆科植物、茶和人参等。研究报道认为，中国和日本等是食用豆制品较多的国家，而乳腺痛、冠心病和前列腺癌等激素依赖性疾病的发病率较欧美国家低，这可能是植物激素所诱导的免疫反应起作用的结果。然而植物激素过多也能引起生殖系统
40、伤害和疾病。第54页/共118页三、对繁殖的影响三、对繁殖的影响（影响繁殖的物质种类）（影响繁殖的物质种类）3具有雌激素活性的环境化学物质具有雌激素活性的环境化学物质许多人工合成的化学物质具有激素活性，广泛存在于环境之中，这些物质具有弱雌激素活性，也是常见污染物。这类物质主要包括：杀虫剂杀虫剂，如DDT、氧丹、硫丹、毒杀酚、狄氏剂、开蓬等。DDT最早被证明具有雌激素活性。多氯联苯多氯联苯(PCBs)和多环芳烃和多环芳烃(PAHs)。PCBs是一类非常复杂的混合物，共有209个异构体，多数PCBs混合物表现激素作用。具有雌激素活性，某些PCB也具有甲状腺激素的活性。非离子表面活性剂中烷基苯酚化合
41、物非离子表面活性剂中烷基苯酚化合物，如4壬基酚、4辛基酚、4壬基苯、氧基双氧乙烯醚和4壬基苯氧基乙酸等。这类非离子表面活性剂大量用于洗涤剂、油漆该、杀虫剂和化妆品。塑料添加剂塑料添加剂，如邻苯二甲酸酯。食品添加剂食品添加剂(抗氧化剂抗氧化剂)，如丁苯、丁化羟基回香醚、4硝苯甲苯、2，4二氯苯酚等。工业废水和生活污水工业废水和生活污水，如漂白纸浆废水、石油化工废水和城市污水等，这些废水含有上述具激素活性的化合物，因此具雌激素活性。第55页/共118页三、对繁殖的影响三、对繁殖的影响（影响繁殖的物质种类）（影响繁殖的物质种类）环境激素可使野生动物性发育和雄性生殖器异常，导致繁殖成功率下降。例如，P
42、CBs可抑制鱼类卵巢发育、降低鱼类血液中雌激素和卵黄蛋自厚的含量，导致胚胎和幼体发育障碍；DDT诱导雄鸥胚胎的雌性化，即畸形卵巢组织和输卵管的发育，鹰不营巢和不哺育幼鸟。英国环境署对英国31条河流的调查发现，污水处理厂排放口下游的雄性虹鳟鱼发生雌性化，丧失雄性生殖力。除对野生动物的影响外，环境激赢对人体有严重的危害。危害之一是引起多种形式的雄性生殖系统发育障碍，如性腺发育不良、阜丸萎缩和睾丸癌发生率有明显增加。环境激素与人类许多重大疾病发生有关，如高血压、肿瘤等。对环境雌激素且其危害的研究已成为当前生态毒理学、分子生物学、环境医学等多学科交叉的一个十分活跃的前沿领域，井已受到各国政府和世界组织
43、的高度重视。第56页/共118页螺的雄性化现象螺的雄性化现象正常的雄性个体正常的雄性个体雄性化的雌性个体雄性化的雌性个体1 1ng/Lng/L的的TBTTBT就导致软体动物的雄性化就导致软体动物的雄性化精 巢卵 巢雄性生殖器雄性生殖器第57页/共118页濒危北极露脊鲸中出现严重的雄濒危北极露脊鲸中出现严重的雄性雌性化现象性雌性化现象 美国大湖水貂、北极地区的北极熊、荷兰瓦登海海豹等种群数量下降。哺乳类哺乳类雄性雌性化雄性雌性化第58页/共118页 两栖类的雌雄同体现象的普遍性两栖类的雌雄同体现象的普遍性由于阿特拉津的由于阿特拉津的由于阿特拉津的由于阿特拉津的污污污污染，美国有染，美国有染，美国
44、有染，美国有10-9210-92%雄性野生雄性野生雄性野生雄性野生蛙表蛙表蛙表蛙表现现现现出精巢出精巢出精巢出精巢发发发发育延育延育延育延迟迟迟迟或雌雄同体或雌雄同体或雌雄同体或雌雄同体Nature,2003第59页/共118页 美国白美国白美国白美国白鲟鲟鲟鲟/中中中中华鲟华鲟华鲟华鲟等等等等许许许许多珍稀多珍稀多珍稀多珍稀濒濒濒濒危物种中出危物种中出危物种中出危物种中出现现现现雌雄同雌雄同雌雄同雌雄同体，雄性比例下降体，雄性比例下降体，雄性比例下降体，雄性比例下降,物种物种物种物种濒临灭绝濒临灭绝濒临灭绝濒临灭绝濒危珍稀鱼类00.511.5270-80s90s雄性在种群中的比例雄性在种群中
45、的比例00.511.5200.511.52中华鲟中华鲟中华鲟中华鲟白白白白鲟鲟鲟鲟/雌雄同体雌雄同体雌雄同体雌雄同体第60页/共118页经济鱼类经济鱼类经济鱼类经济鱼类经济鱼类经济鱼类雌雄同体的高频出现雌雄同体的高频出现雌雄同体的高频出现雌雄同体的高频出现ovum石斑鱼、剑尾鱼、比目鱼、鲻鱼等多种重要经济石斑鱼、剑尾鱼、比目鱼、鲻鱼等多种重要经济鱼类的野生种群中发现雌雄同体高频发生，致使鱼类的野生种群中发现雌雄同体高频发生，致使这些种群的繁殖力下降，种群数量锐减这些种群的繁殖力下降，种群数量锐减第61页/共118页Liaodong BayBohai Bay天津天津北京北京河北河北雌雄同体发生率
46、雌雄同体发生率雌雄同体发生率雌雄同体发生率31%10%23%50%59%Laizhou BayDalianBeidaihe第62页/共118页四、对生长发育的影响四、对生长发育的影响污染物对生长和发育的影响通常可通过生长指示器(scope for Growth，SFG)来测定。SFG是反映生物机体能量获取利用和代谢的综合指标，可以用下列公式表示：SFG=A-(R+U)A从食物获得的能量R呼吸作用的能量损失U排泄作用的能量损失第63页/共118页四、对生长发育的影响四、对生长发育的影响三丁基锡在2ng/L以上，贝类(Mytilusedulis)随暴露浓度升高SFG减少，表明生长发育受阻；重金属Z
47、n 0.9 mg/L能明显抑制淡水端足目钩虾的SFG，导致后代体重下降，长期暴露导致钩虾的种群数量和生存。第64页/共118页四、对生长发育的影响四、对生长发育的影响尽管有些污染物不会危害生物机体摄食率和生理代谢，但由于机体对污染物的解毒，消耗了大量的能量，仍然能导致生长发育障碍。Bengtson等研究了跳虫的金属解毒作用，分别用生长在含0.30,90,300ug/g铜、铅的营养肉汤培养基上的真菌来喂养这种跳虫，结果发现：高浓度的重金属使跳虫积蓄金属的肠细胞不断脱落，生长率下降，但死亡率有所降低。有机体以解毒机制来减少死亡率，然而不利于生长发育，仍将会导致种群水平上明显危害。第65页/共118
48、页第五节第五节 污染物在细胞和器官水平上的影响污染物在细胞和器官水平上的影响第66页/共118页一、对细胞的影响一、对细胞的影响研究污染物与细胞结构和功能损伤的关系，不仅可以阐明污染物毒作用的本质，而且可以评价污染物有害性及在早期警报污染物对生态系统的影响污染物对细胞的损伤，可表现为细胞结构和功能的改变第67页/共118页(一一)对细胞膜的影响对细胞膜的影响细胞膜由脂质双分子层和镶嵌蛋白构成其主要功能有：其主要功能有：参与细胞内外的物质交换；细胞膜上会有多种受体细胞膜上会有多种受体，如某些激素受体、神经递质受体；细胞膜携带有某种抗原，如组织相容性抗原及红细胞膜上血型抗原等。第68页/共118页
49、(一一)对细胞膜的影响对细胞膜的影响首先，污染物引起的膜脂过氧化作用导致细胞膜的损伤。首先，污染物引起的膜脂过氧化作用导致细胞膜的损伤。例如，大气污染物SO2经气孔进入叶组织SO32，和HSO3被氧化为SO42氧化过程产生了自由氧基，引起了膜脂的过氧化，从而伤害了膜系统。第69页/共118页(一一)对细胞膜的影响对细胞膜的影响其次，污染物可影响细胞膜的离子通透性其次，污染物可影响细胞膜的离子通透性例如，神经信息传导依赖于神经细胞膜的Na+或K+通透，拟除虫菊酯杀虫剂和DDT均可作用于细胞膜的Na+通道，干扰Na+通过细胞膜，影响神经传导。再者，污染物与细胞膜上的受体结合，干扰了受体正常的生理功
50、能。再者，污染物与细胞膜上的受体结合，干扰了受体正常的生理功能。第70页/共118页(二二)对细胞器的影响对细胞器的影响 1线粒体在真核细胞中，线粒体是氧化磷酸化部位，是细胞能量提供的场所氧化磷酸化部位，是细胞能量提供的场所。污染物不仅可以引起细胞线粒体膜和嵴的形态结构的改变，而且可以影响细胞线粒体膜和嵴的形态结构的改变，而且可以影响线粒体的氧化磷酸化和电子传递功能线粒体的氧化磷酸化和电子传递功能。例如，大鼠子宫内给甲基汞，肝线粒体密度降低，线粒体膜结构蛋白下降膜结构蛋白下降；呼吸功能和膜标志酶活性抑制。又如，杀虫双是一种含氮类乐虫剂，是沙蚕毒素的衍生物，在我国农业生产上广泛应用，然而，杀虫双