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1、环境污染物的生态效应与安全评估,陈良燕 博 士，副教授 南京大学环境学院 2013.11.13 南 通,“城市生态文明建设理论与实践”高级研修班讲座,讲座内容,一、生态系统组成与生物多样性保护二、污染物对生物的毒性影响三、污染物的环境安全评估四、污染事故调查诊断程序与方法,一、生态系统组成 与生物多样性保护,什么是生态系统？,水生生态系统,陆生生态系统,生态系统基本结构,生物与环境的相互关系,生态系统的能量流动,能流特征：单向流动，逐级递减,生态系统金字塔结构,有限的环境承载力,保护世界的生物多样性,什么是生物多样性？物种多样性 遗传多样性 生态系统与景观多样性生物多样性保护的重要意义 保持生
2、态平衡 自然资源可持续利用,一个简单的食物链组成：,温带草原食物网结构：,典型的水生生态系统,二、污染物的环境行为及对生物的毒性效应,污染物与生物体的剂量效应关系,生 态 系 统生物体外过程（环境行为）生物体内过程,效 应,剂 量DOSE,效 应EFFECT,污染物,污染物有哪些环境行为？,吸附(Adsorption)迁移（Transportation）与扩散(Diffusion）-有利:加速分解、稀释-降低浓度-减少危害-不利：扩大范围、增加复杂性分布（Distribution)-环境空间的浓度分布-不同形态、相态的分布转化（Transformation)与降解(Degradation)-通
3、过物理、化学、生物作用发生转化-在大气、水体、土壤介质中的降解,污染物的生物效应,1、生物体对污染物的吸收动物：皮肤；呼吸器官；消化系统植物：根部吸收；地上部分；植物表皮单细胞生物：同进入细胞途径吸收途径：经呼吸道，经皮，经消化道2、污染物在生物体内运输和分布运输与分布代谢：生物转化排泄与存储3、污染物对生物体产生毒性4.污染物的生物累积与生物放大：重金属，持久性有机物,污染物在不同生物学水平产生效应,分 细 组 器 个 种 群 生 生 子 胞 织 官 体 群 落 态 物 系 圈 统,个体以下水平,个体以上水平,个体水平,污染物的生物学效应,图 1：污染物与生物体的剂量效应关系,生 态 系 统
4、生物体外过程（环境行为）生物体内过程,效 应,剂 量DOSE,效 应EFFECT,污染物,在各生物学水平的剂量-效应关系,污染物在各级生物学水平上的效应,1.生物大分子 核酸(DNA、RNA)蛋白质与关键酶脂类2.生化反应应激蛋白乙酰胆碱酯酶抑制金属硫蛋白,-混合功能氧化酶 MFO-谷胱甘肽转移酶 GST-水解酶-氧化酶-DNA修复酶,代谢活动,污染物在各级生物学水平上的效应,3.细胞与细胞器细胞膜影响染色体损伤线粒体改变4.个体影响死亡繁殖行为改变,-混合功能氧化酶 MFO-谷胱甘肽转移酶 GST-水解酶-氧化酶-DNA修复酶,代谢活动,污染物在各级生物学水平上的效应,5.种群水平影响种群密
5、度生产力基因结构改变竞争改变,6.群落/生态系统水平影响群落结构与功能群落稳定性物质循环能量传递信息传递生物多样性,1.污染物对生物个体的影响,动 物死亡行为改变繁殖下降生长发育受抑制疾病敏感性增加代谢率变化,植 物生长减慢发育受阻失绿黄化早衰,污染物导致生物个体急性中毒死亡,致死剂量(Lethal Dose)致死浓度(Lethal Concentration)在一定剂量(浓度)作用下，污染物能引起受试动物死亡死亡率-重要的生物学指标，评价污染物毒性大小致死效应的影响因素-污染物种类与性质：影响污染物生物可利用性、体内代谢、毒作用机理-生物种类：不同生物对污染物的反应存在差异，生理状态、年龄、
6、发育阶段-水质等环境条件，污染物复合效应,污染物导致生物个体行为异常,行为毒性(Behavioral Toxicity)污染物使得动物一种行为的改变超过正常变化的范围时，产生行为毒性 1.回避行为 2.捕食行为 3.警惕行为 4.学习行为 5.社会行为,案例：污染物对鸟类行为影响有机磷农药(如甲基异硫磷)、氨基甲酸酯类农药(如呋喃丹)抑制鸟类乙酰胆碱酯酶(AchE)活性而引起神经毒性，导致行为改变损害鸟类平衡和协调性，姿态效应对领地的失控，不能照顾后代，影响繁殖机体受损，被捕食，增加个体死亡率,污染物影响生物个体生长发育,污染物引起生物体摄食率和生理代谢危害，导致生长发育障碍机体对污染物的解毒
7、消耗大量能量，导致生长发育障碍,污染物损害生物繁殖功能,1.繁殖行为受损表现产卵(仔)数下降孵化率下降幼体存活率下降繁殖行为改变2.繁殖行为受损后果繁殖损害最终导致种群数量下降，物种灭绝典型效应：鸟蛋壳变薄，蛋壳厚薄指数，敏感指标，评价污染物对鸟类繁殖的影响-有机氯农药，如DDT，阻碍Ca向壳腺细胞的运输-多氯联苯(PCBs)-汞、铝,环境内分泌干扰物,2.污染物在种群水平上的生物学效应,种群（population)是在一定时空中同种个体组合，具有数量特征、空间特征和遗传特征种群密度(Population Density),单位面积或空间性别比(Sex Ratio)年龄结构(Age Struc
8、ture)社会关系（Mating System,Reproduction Strategy,Dominance Hierarchy,Territory）空间分布(Spatial Distribution)迁移变化(Immigration),案例：水体富营养化(Eutrophication)大量N、P等营养元素进入水体，使水体中藻类等浮游生物旺盛增殖，从而破坏水体生态平衡的现象藻类种类减少，某些种类的个体数量猛增淡水水体的“水华”现象(Water Blooms)，蓝藻、绿藻、硅藻爆发聚集海洋的“赤潮”现象，藻类等浮游生物爆发(鞭毛虫、裸甲藻等),图1 滇池的蓝藻水华现象,2007年太湖蓝藻水华,
9、富营养化的危害水体外观改变，色、浊度恶臭等不良气味溶解氧(DO)含量下降水生生物死亡产生藻毒素污染饮用水源,污染物通过食物链生物放大,三、污染物的环境安全评估,污染物环境安全评估-以农药为例,参考“化学农药环境安全评价试验准则”提供相关资料环境行为相关参数测定非靶标生物毒性测试与评估毒性等级评估与生态系统安全性评估,1.提供相关资料,必备资料：理化性质与环境行为；非靶标生物影响基础资料：基础理化参数：名称、结构式 使用方式与作物残留值附加资料：地下水影响；生物富集；慢性毒性,2.环境行为相关参数测定,蒸气压溶解度分配系数挥发性,土壤吸附作用土壤淋溶作用土壤降解作用水降解作用光降解作用生物富集作
10、用,3.非靶标生物毒性测试与评估,鸟类毒性蜜蜂毒性家蚕毒性,蚯蚓毒性土壤微生物毒性天敌赤眼蜂毒性蛙类毒性,鱼类毒性水溞毒性藻类毒性,陆生生物毒性测试,水生生物毒性测试,土壤生物及其它毒性测试,剂量-效应关系(Dose-effect Relationship)/浓度-效应关系(Concentration-effect Relationship),4.毒性等级划分与生态安全评估,农药对水生和陆生非靶标生物毒性等级划分建立人工模拟生态系统评估农药生态安全性对农药使用与管理提供科学依据,案例研究：,农药环境安全性研究与评价以锐劲特农药为例,氟虫腈(锐劲特)性质,通用名称氟虫腈(fipronil)商品名
11、称锐劲特(Regent)化学名称(RS)-5-氨基-1-(2,6-二氯-4a-三氟甲基苯 基)-4-三氟甲基亚磺酰基吡唑-3-腈 苯基吡唑类杀虫剂，杀虫广谱，对害虫以胃毒作用为主，兼有触杀和一定的内吸作用 理化性质：原药在23时为白色粉末。20比重1.481.629，熔点195.5203，蒸气压3.710-7Pa 在水中溶解度1.9mg/L(pH7)，丙酮中54.6g/100ml，二氯甲烷中2.23g/100ml，己烷中0.003g/100ml，甲醇中13.75g/100ml，甲苯中0.3g/ml 在土壤中的半衰期13个月，在水中的半衰期135天。在水中的光解半衰期8小时，在土壤中光解半衰期3
12、4天 制剂：5%乳油,据中国农药毒性分级标准，锐劲特属中等毒杀虫剂原药大鼠急性经口LD50 5097mg/kg，急性经皮LD50大于2000mg/kg。兔急性经皮LD50354mg/kg。大鼠急性吸入LC50 0.682mg/L。每人每日最大允许摄入量(ADI)0.00025mg/kgd。对皮肤和眼睛无刺激性。无致畸、致癌和引起突变的作用。对鱼高毒。鲤鱼LC5030g/L，虹鳟鱼LC50 248 g/L，蓝鳃翻车鱼LC50 85 g/L，水蚤LC50 190 g/L(48小时)，绿藻EC5068 g/L(72小时)。对蜜蜂高毒LD504.1710-3 g/头。野鸭LD50 2000 g/kg，
13、鸽子LD502000 g/kg，鹌鹑LD50 11.3 g/kg，野鸡LD5031 g/kg。对虾、蟹亦高毒。对家蚕毒性较低LD50 0.427 g/头。,图 1：污染物与生物体的剂量效应关系,生 态 系 统：生物体外过程（环境行为）生物体内过程,效应,剂 量DOSE,效 应EFFECT,污染物,不同生物学水平,锐劲特农药的环境安全性研究,环境行为迁移扩散 分布转化(包括降解)吸附/解析 淋溶 水解 光解 生物降解.,生物效应在何种生物学水平开展？分子 细胞与亚细胞 组织与器官 生物个体 种群-群落-生态系统采用何种研究方法？实验室 野外 计算机模拟,剂量-效应关系,四、环境污染事故调查诊断程序与方法,四、环境污染事故调查诊断程序与方法,1污染区域确定与基本资料收集2污染源调查3污染区域内受污染生物调查4污染现场采样分析5污染现场化学监测与生物监测6实验室化学检测与生物检测7因果关系分析与初步结论,感谢各位关注！联系方式：陈良燕：13914750579 邮 箱：,
