有毒物質(zhì)的遷移和轉(zhuǎn)化

一、概述

   某種物質(zhì)進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后，使環(huán)境正常組成和性質(zhì)發(fā)生變化，在一定時(shí)間內(nèi)直接或間接地有害于人或生物時(shí)，就稱(chēng)為有毒物質(zhì) （toxic substance）或者稱(chēng)為污染物（pollutant）。有的是自然釋放的，有的是人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的。有毒物質(zhì)包括有機(jī)的和無(wú)機(jī)的兩類(lèi)。無(wú)機(jī)有毒物質(zhì)主要指重金屬、氟化物和氰化物等；有機(jī)有毒物主要有酚類(lèi)、有機(jī)氯農(nóng)藥等。

   污染物分為：一次污染物和二次污染物。一次污染物（primary pollutant）是由污染源直接排入環(huán)境的，其物理、化學(xué)性狀未發(fā)生變化的污染物，又稱(chēng)原發(fā)性污染物。二次污染物（secondary pollutant）是由一次污染物轉(zhuǎn)化而成的。排入環(huán)境中的一次污染物在外界因素作用下發(fā)生變化，或與環(huán)境中其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)形成新的物理、化學(xué)性狀的污染物，又稱(chēng)繼發(fā)性污染物。

   有毒物質(zhì)種類(lèi)繁多，它們進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)的途徑是多種多樣的。

   據(jù)估計(jì)，人類(lèi)已將7萬(wàn)多種化學(xué)產(chǎn)品投放市場(chǎng)，其中許多是有毒物質(zhì)。這些物質(zhì)進(jìn)入環(huán)境中經(jīng)歷著遷移和轉(zhuǎn)化的過(guò)程。遷移（transport）是重要的物理過(guò)程，包括分散、混合、稀釋和沉降等；轉(zhuǎn)化（transformation）主要是通過(guò)氧化、還原、分解和組合等作用，會(huì)發(fā)生物理的、化學(xué)的和生物化學(xué)的變化。有的物質(zhì)毒性可能降低，而另一些則可能變?yōu)閯《疚镔|(zhì)。不過(guò)大部分物質(zhì)能為環(huán)境吸收或分解，使之變?yōu)闊o(wú)害物質(zhì)，即被環(huán)境所精華（purification）。

二、汞的遷移和轉(zhuǎn)化

   汞、鎘、砷、鉻、銅等重金屬污染已成為人類(lèi)面臨的嚴(yán)重環(huán)境問(wèn)題之一。日本的水俁病和瑞典野鴨突然滅跡就是汞污染造成的國(guó)際驚人事件。因而汞被認(rèn)為是有毒物質(zhì)污染環(huán)境的“元兇”。

   汞循環(huán)（mercury cycle）是重金屬在生態(tài)系統(tǒng)中循環(huán)的典型代表。地殼中汞經(jīng)過(guò)兩條途徑進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)。一是通過(guò)火山爆發(fā)、巖石風(fēng)化、巖熔等自然運(yùn)動(dòng)；一是經(jīng)人類(lèi)活動(dòng)，如開(kāi)采、冶煉、農(nóng)藥噴灑等。

   汞在土壤中的行為表現(xiàn)在土壤對(duì)汞的固定和釋放作用上。由于土壤對(duì)汞有固定作用，起到固定和貯存的作用。所以，土壤是汞的一個(gè)巨大的天然儲(chǔ)存庫(kù)。

   在一定的條件下，土壤中固定態(tài)的汞又可釋放出來(lái)，轉(zhuǎn)變?yōu)橐子诒蛔魑镂盏目山o態(tài)汞。土壤中汞的固定和釋放以及植物吸收汞的過(guò)程可概括如下：

   固定態(tài)汞?可給態(tài)汞→植物吸收的汞

   汞在水域中存在的形態(tài)與水中氧化還原特性密切相關(guān)。汞在水體中可能存在的化學(xué)價(jià)態(tài)有零價(jià)的元素汞（Hg0）、一價(jià)的汞（Hg+）和二價(jià)的汞（Hg2+），主要是元素汞和二價(jià)汞。在一般情況下，水體中的汞主要是金屬汞和氯化汞。

   水體中的無(wú)機(jī)汞可隨著水的流動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，或沉降于水底并吸附在底泥中。在微生物的作用下，無(wú)機(jī)汞能轉(zhuǎn)化為有機(jī)汞，主要轉(zhuǎn)化為一甲基汞和二甲基汞。這就是汞的生物甲基化作用（biological demethylation of mercury）。汞的甲基化作用可在厭氧條件下發(fā)生，也可在有氧條件下發(fā)生。在厭氧條件下，主要轉(zhuǎn)化為二甲基汞。二甲基汞具有揮發(fā)性，易于逸散到大氣中，進(jìn)入大氣分解成甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）和汞，其中元素汞又沉降到土壤或水域中。在弱酸性的水環(huán)境中，二甲基汞還可轉(zhuǎn)化為一甲基汞。在有氧條件下，主要轉(zhuǎn)化為一甲基汞。一甲基汞是水溶性物質(zhì)，易于被生物吸收而進(jìn)入食物鏈。

   當(dāng)汞被排入水中后，部分被浮游植物硅藻等吸收，而硅藻又被輪蟲(chóng)等浮游動(dòng)物所取食，浮游動(dòng)物又被魚(yú)捕食。這樣，汞一次又一次地被富集。在頂位魚(yú)體內(nèi)的汞含量可高達(dá)50~60mg/kg，比原來(lái)水體中的濃度高萬(wàn)倍以上，比低位魚(yú)體內(nèi)汞含量亦高900多倍，這就是生物放大現(xiàn)象（biomagnification）。

   土壤中汞經(jīng)淋溶作用可以進(jìn)入水體，水體中的汞也可通過(guò)灌溉進(jìn)入土壤。土壤中汞化合物可被植物吸收后進(jìn)入食物鏈。金屬汞進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)可以被甲基化。汞進(jìn)入生物體內(nèi)經(jīng)由排泄系統(tǒng)或生物分解，返回到非生物系統(tǒng)中。非生物系統(tǒng)中，有一部分汞進(jìn)入循環(huán)，有一部分進(jìn)入沉積層。

   汞在整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的主要循環(huán)系統(tǒng)有：大氣→土壤→植物→人畜；廢水→水生植物→水生動(dòng)物→人畜；水→土壤→植物→人畜。人畜機(jī)體中的汞在殘?bào)w腐爛、分解后，又重新回到非生物系統(tǒng)。這些主要的循環(huán)途徑彼此不是分隔的，而是彼此相聯(lián)，相互影響的。

   重金屬的基本化學(xué)特性決定了重金屬在環(huán)境中的存在形式。重金屬的基本化學(xué)特性主要是形成有機(jī)配位體和絡(luò)合物，形成有機(jī)金屬化合物和參與氧氣還原反應(yīng)。汞作為一種重金屬元素在環(huán)境中存在的形態(tài)和轉(zhuǎn)化，是生物地化循環(huán)研究的一個(gè)重要課題。

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——摘自科學(xué)出版社·蔡曉明編著·《生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)學(xué)》·第二篇 生態(tài)系統(tǒng)功能·第九章 第四節(jié)