3环境污染及其生态效应

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 环境污染及其生态学效应,1 概述,1.1,环境污染 1.2 污染源,1.3,污染物与污染类型,1.4 水污染,2 有机污染及其生态学效应2.1 好氧有机物污染 2.2 合成有机物污染 2.3 石油污染 2.4 酚类污染,3 无机污染及其生态学效应3.1 重金属污染 3.2 非金属污染,1 概述1.1 环境污染,（,Environmental Pollution）,当环境条件发生突变或在环境中引入生物难以忍受的物质时，生态系统本身不能取出这些影响，生态平衡被打破或扰乱的现象。,即：有害物质在环境中扩散、迁移、转化，使生态系统的结构与功能发生变化，并对人类及其他生物产生不利影响。,四大危机、三大问题。,环境污染问题，由来已久。,二十世纪五十年代，工业化、城市化，公害事件。,1.2 污染源,（,Pollution Source）,是造成环境污染的污染物发生源，亦即污染物质的来源。,泛指：产生污染物质的区域、场所,具体来说：特定的设备、装置,1 工业交通污染源 废气、废水、废渣、余热、噪声、振动、泄漏、辐射等,2 农业污染源 农药、化肥、地膜、病原微生物、水土流失等,3 生活污染源 废气、废水、废渣、日用化学品等,4 特殊污染源 核工业、医疗卫生业等,5 二次污染 大气飘移、水的流动,6 自然污染源 火山、火灾、风化、滑坡与泥石流等,1.3 污染物与污染类型,污染物（,Pollutant）：,造成环境污染的所有物质的总称。,1 按污染环境性质,大气污染,Atmosphere Pollution or Air Pollution,土壤污染,Soil Pollution,水体污染,Aquatic Pollution,2,按污染物来源,自然污染物 自然环境本身造成的,人为污染物 生产性、生活性,3 按污染物性质,化学污染、物理污染、生物污染,4 按污染物形态,气体、液体、固体,5 按污染物理化性质变化,一次污染、二次污染,6 按污染物的性质，从生态系统着眼,非降解性污染物（,Non-degradable Pollutants）：,在自然界不能降解或降解缓慢的污染物质。,包括重金属盐类、石油化工产品、塑料橡胶制品、部分农药等。,生物降解性污染物（,Bio-degradable Pollutants）：,生态系统自身能够分解的污染物质。,包括食品工业废水、生活污水、生活垃圾等,1.4 水污染,水污染（,Aquatic Pollution）：,污染物质进入水体使水质变坏、恶化，并使水的用途受到不良影响的现象。,结果：改变了水的化学组成、物理性质,使水生生物种类组成、种群数量发生明显变化,1.4.1 水资源,（,Water Resources）,图1.1 海洋水、内陆水比例,图1.2 内陆水分布,据测算，全球总水量约为 13.8610,8,km,3,，,淡水资源总量仅有0.3510,8,km,3,，,但加上浅层地下水，人类可开发利用的淡水资源仅有 0.106510,8,km,3,。,我国水资源总量约为 0.02710,8,km,3,，居世界第六位；,但是人均占有量仅及世界的 1/4，居世界第八十八位。,再从河流总径流量看：,全球总径流量 4.710,4,km,3,人均占有 7800,m,3,我国 2700 2250,占世界的 2/35 2/7,我国是世界上 13 个贫水国之一。,仅农业每年就缺水 30010,8,m,3,，受旱农田 1300-2000,10,4,ha；,300,多个城市缺水，缺水量达 5810,8,m,3,。,1.4.2 水污染概况,国际水污染的典型案例莱茵河,全长 1320,km，,流经瑞士、法国、德国、荷兰,上游，瑞士境内，能见度 3,m；,到达德、荷边境，能见度仅 50,cm。,混入各种有机化合物 30 余种，水生生物几近灭绝。,美国，河流总长 42,10,4,km，,被污染 12,10,4,km,密西西比河，杀虫剂、氧化物、酚、砷、汞等应有尽有-“毒河”,伊利湖，接纳污水 740,10,4,t/d,“,死湖,”,我国水体污染问题日益严重。,1985,年，排放污水 34210,8,t，,工业废水 26510,8,t，,处理率 2%,2000年 415 194 82%,2002年 440 207,武汉市,2002年 7 3.5 27.2%,由于大量污水未经处理或仅经过简单处理就直接排放，导致全国 1/3 以上河流受污，90%以上城市水域严重污染。,全国有监测的 1200 多条河流，850 条受污，5322,km,鱼虾绝迹；,27 条主要河流，15 条严重污染；,长江接纳的污水更是达到其流量（31060,m,3,/,s）,的 1.2%。,2 有机污染及其生态学效应,2.1 好氧有机物污染物,生物尸体、污水或有机垃圾中的营养物质,有机肥料；过肥,水体富营养化（,Eutrophication,）：,水流缓慢或更新期长的地表水，由于接纳了大量的氮、磷等营养物质及淤积作用的影响，水体容积减小、氧气条件恶化、生源物质数量增多，从而水质由瘦变肥，生物总量增加，但许多典型清水种类从生物区系中消失生物多样性下降，并最终导致鱼类及其它水生生物的大量死亡。,2.2 合成有机污染物,主要有两大类：有机农药、多氯联苯,2.2.1 有机农药,化学农药的使用，挽回了大量的粮食：,全球粮食总产量的 15%；,我国 7%左右，棉花 18%,但是，寂静的春天（,Rachel Carson）,正在向全球蔓延,有机磷农药：易降解，一般不会形成污染,有机氯农药：难降解，极易富集。,二十世纪 30,40 年代广泛应用,八十年代中前期开始禁产、禁用,农药的生态效应：,1 对食物链的影响,去除食物链的某一环节，使前一环节生物大量繁殖，从而引发生态系统的一系列变化。,六六六、1605 防治水稻螟虫 杀死蜘蛛 飞虱爆发,鱼藤酮杀死鱼类 2 6 周内水生昆虫大量增加,2 对生物种群的影响,使用毒死蜱控制蚊子 浮游甲壳动物减少、浮游植物“开花”,敌草隆的降解产物抑制亚硝化细菌,氟禾灵抑制大豆根瘤菌的形成,施用西玛津 4.5 9,kg/ha,除草，土壤中无脊椎动物数目可减少33 50%；施用农药较多，蚯蚓死亡率可高达 90%。,2.2.2 多氯联苯,（,PCB）,由,Cl,-,取代苯环上的,H,+,形成联苯，自然界不存在：,1 不燃烧，绝缘、绝热性能好,2 与塑料的混合性能良好,3 结构稳定、难降解，耐酸、耐碱、耐腐蚀、耐风化,4 微溶于水，易溶于脂肪、烃类溶剂,因此，广泛应用于绝缘油、热介质、特殊润滑油、可塑剂、涂料及复写纸等的制造中。,在生产、加工、使用、存储、废弃物燃烧过程中会挥发并积蓄在空气、水和土壤中。,据估计，海洋、土壤和大气中存在的总量高达 2530 万,t。,多氯联苯的生态效应：,1 对水生生物的作用,含氯 42%的氯代联苯，10-25,ug,/L，,影响硅藻,RNA,的合成,对牡蛎，0.001,mg/L,抑制 19%,0.01 41%,0.1 100%,2 对人体健康的影响,最早的,PCB,中毒事件是 1968 年的日本米糠油事件。,对其中的 13 个孕妇的观察，活产 11 胎、死产 2 胎。,活产的 11 胎中，全部皮肤颜色异常、眼分泌物增加、个体小。,2.3 石油污染,“四油三途径”：原油、汽油、煤油、柴油,生产、运输、使用,石油及其制成品对生物来说，大多有毒，但主要是饱和烃类和芳香烃类。,小分子饱和烃：沸点低、毒性大。甲烷：-161，乙烷：-88,大分子饱和烃：沸点高、部分有毒性,稠环芳香烃：毒性大，致癌。萘、蒽、菲。备受关注,毒性顺序：烷烃 环烷烃和烯烃 芳香烃,己烷 己烯 环己烷环 己烯苯,苯 二甲基苯 三甲基苯,形成油膜、致畸、异味,2.4 酚类污染,地表水“五毒之首”：酚、氰、汞、砷、铬。,低沸点的挥发性酚：单元酚苯酚、间甲酚、银甲酚、对甲酚、二甲酚等,低沸点的非挥发性酚：多元酚苯二酚、联苯三酚等,工业废水中含苯酚较多，含量变化较大，在 180000,mg/L,之间，因此，测定指标常用挥发性酚。,对植物，由于解毒作用，毒性较小，适量无害有益，刺激生长；,过量则破坏膜的透性、可食部分有异味等,对动物，0.1 0.2,mg/L,时，鱼肉有异味；,性腺吸收比肌肉快；,20,mg/L,时，胚胎致畸率 30%左右,3 无机污染物,分为两大类：重金属和非金属,3.1 重金属,重金属的范围很广，一般认为比重大于 5（约 45 种）或 4（约60 种）或者原子序数大于 20 即是重金属。,包括锌、铜、钴、镍、锡、铝、铁等常见元素，是微量元素。,引起污染的主要是指汞、镉、铬、砷、铅等剧毒元素。,其特点是：稳定性、累积性；,不易降解，易发生形态转化。,作用机理：,与,NH,2,、-NH、-SH,等亲核基团（提供电子）发生作用。,3.1.1 汞,（,Hg）,3.1.1.1,存在形式,单质汞：,Hg,+,、,Hg,2+,无机汞化合物：,Hg,2,Cl,2,、,HgCl,2,、,HgO,、,HgCl,3,-,高,pH,时，为,Hg(OH),+,、Hg(OH),2,、Hg(OH),3,-,有机汞化合物：,CH,3,Hg,+,、(CH,3,),2,Hg、C,6,H,5,Hg,+,3.1.1.2 转化,络合反应,：,RHgX,RHg,+,+X,X,能提供电子对的原子或基团（如：,Cl,-,、OH,-,）,甲基化,：,厌气菌,CH,3,Hg,+,(,CH,3,),2,Hg,或者,HgX,2,Hg,2+,+2,X,-,厌气菌,CH,3,Hg,+,(,CH,3,),2,Hg,Hg,2+,+,R-CH,3,3.1.1.3 汞的循环特点,1 只有,Hg,2+,才能甲基化，需要微生物参与，是生物化学反应。,甲基化,Hg,2+,Hg,+,2,pH,值对甲基化过程有重要影响，最佳为 4.5，较高的,pH,值有利于二甲基汞的形成，不同条件下可相互转化。,3,甲基汞易溶于水；,pH,值较低时，甲基汞的积累比二甲基汞要快 6000 倍。,4 二甲基汞具有挥发性，挥发到空气中后，受紫外线辐射，分解为单质汞和甲基，甲基则生成甲烷或乙烷。,5 汞和甲基汞的生物浓缩系数为 500010000 倍。,日本水俣病。,3.1.2 镉,（,Cd,）,镉为相对稀有的金属，在自然界不单独存在，总是与铅锌矿、铅铜锌矿共存。,3.1.2.1 存在形式,Cd,2+,、,Cd,(OH),+,、,Cd,(OH),3,-,、,CdCl,+,、,Cd,(OH),2,Cl,-,与汞类似，大部分被腐殖质吸附，沉积在底泥或悬浮物中。,3.1.2.2,转化,Cd,(OH),2,0,pH9,时,pH9,时,Cd,2+,+OH,-,Cd,(OH),+,pH8,时,pH8,时,在海洋中，由于,Cl,-,竞争力比,OH,-,强，所以主要形成,CdCl,2,0,和,CdCl,3,-,。,日本富山骨痛病（痛痛病）。,Cd,2+,+S,2-,CdS,Cd,2+,+S,2-,低,Eh,高,Eh,3.1.3 铬,（,Cr）,3.1.3.1,存在形式与含量,微量元素，广泛存在。常见为,Cr,3+,、Cr,6+,，,常见化合物有：,Cr,2,O,3,、,CrO,3,、,CrCl,3,、Na,2,CrO,4,、K,2,CrO,4,、,NaCr,2,O,7,、,KCr,2,O,7,海水：日本海 0.040.07,英格兰 0.130.25,ug,/L,美国 15 条河流 110,ug,/L,爱尔兰 0.46,低层大气：0.32,mug/m,3,，,平均为 1,mug/m,3,土壤：较高，变动大，约为 53000,mg/kg，,平均为 100,mg/kg,3.1.3.2 转化,4,Cr(OH),2,+,+3O,2,+2H,2,O,4,CrO,4,2-,+12H,+,碱性条件下，氧化,酸性条件下，还原,3.1.3.3 生态效应,1 生理作用,Cr,3+,，微量元素，成