7,吸附：在生命介质中的分配

6.3 水生生态系统的生物积累
生物积累的动力学过程： 生物积累的动力学过程： 首先，在现实环境中， 首先，在现实环境中，化合物在生物体及其生活环境 之间的分配平衡是不可能达到的。 之间的分配平衡是不可能达到的。 为了能够定性的了解观察到的现象，通常采用简化的 为了能够定性的了解观察到的现象， 数学计算方法来理解：以水中的鱼为例： 数学计算方法来理解：以水中的鱼为例： dC鱼/dt = k1(K鱼-水C水 –C鱼) + kD(K鱼-食物)C食物 水 食物 鳃交换） 从食物中吸收） （鳃交换） （从食物中吸收） kE(K鱼-排泄物) - kMC鱼 - kGC鱼 排泄物 排泄） 代谢） 生长） （排泄） （代谢） （生长）
6.1 化合物在特定生物介质中的分配
预测外来的有机化合物在生物组织中的积累、 预测外来的有机化合物在生物组织中的积累、进入 生物体的有机化合物是如何发生分子间交互作用； 生物体的有机化合物是如何发生分子间交互作用； 需要了解不同化合物 有机污染物质） 不同化合物（ 需要了解不同化合物（有机污染物质）对具不同结 构溶剂的亲和力。 构溶剂的亲和力。 生命介质的组成： 生命介质的组成： 除水和无机固体（溶于细胞液、细胞壁和骨骼中的盐） 除水和无机固体（溶于细胞液、细胞壁和骨骼中的盐） 之外，还包括：混合的有机物质：大分子（蛋白质、 之外，还包括：混合的有机物质：大分子（蛋白质、 纤维素）、糖和一些特殊聚合物（木质素、角质）； ）、糖和一些特殊聚合物 纤维素）、糖和一些特殊聚合物（木质素、角质）； 不同有机质引起大分子组成可能是非极性的、 不同有机质引起大分子组成可能是非极性的、单极 性和双极性的。 性和双极性的。
描述实验生物积累数据的参数 生物积累参数： 生物积累参数： BAF（生物积累因子） ：用于描述所有可能的 （生物积累因子） 生物积累途径，例如被动吸收、 生物积累途径，例如被动吸收、从食物中摄 消化等； 取、消化等； BAF = C有机体 / C环境介质；
根据生物体摄取化合物所在的环境介质不同可 分为： 分为： BCF （生物浓缩因子） ：生物体吸收游离的 生物浓缩因子） 生物体吸收游离的 可溶性化合物（ 可溶性化合物（不包括水中可溶性有机物吸 收的部分） 收的部分）； BCF= C有机体 / C游离可溶性化合物； 生物积累” 注：“生物积累” 用于描述所有可能的生物 积累途径，（被动吸收、从食物中摄取、 ，（被动吸收 积累途径，（被动吸收、从食物中摄取、消 化等）； ）；而 生物浓缩” 化等）；而“生物浓Байду номын сангаас” 有时用于只在溶解 相的吸收。 相的吸收。相似的方法也被用于处理陆地生 态系统。 态系统。
•由于上述研究结果中没有测定植物的组成 由于上述研究结果中没有测定植物的组成 脂质、角质及木质素等）， ），所以无法评估 （脂质、角质及木质素等），所以无法评估 每一个因素贡献的差异。 每一个因素贡献的差异。
土壤中有机化合物的吸收 在土壤中除了动物、 在土壤中除了动物、微生物等吸收有机污染物 的同时， 的同时，植物对有机污染物的吸收也相当重 这个过程常用来作为清理土壤中污染物， 要。这个过程常用来作为清理土壤中污染物， 被称之为植物修复 植物修复。 被称之为植物修复。 处理方式与水系统、大气-植物系统相同 植物系统相同。 处理方式与水系统、大气 植物系统相同。
BMF（生物放大因子） ：生物体从食物中吸收 （生物放大因子） 的有机物 BMF= C有机体 / C食物中的化合物； BSAF（生物区系－沉积物 积累因子）：生物 积累因子） （生物区系－沉积物-积累因子 体从沉积物中吸收化合物 BSAF= C有机体 / C沉积物中的化合物 同样，生物区系－土壤-积累因子（BSAF） 同样，生物区系－土壤 积累因子（ ） 积累因子 = C有机体 / C土壤中的化合物
Komp和McLachlan(1997)测定了一系列 和 测定了一系列 PCB 同系物对于不同草场和草种的大气 植 同系物对于不同草场和草种的大气-植 物分配系数值。从数据上看： 物分配系数值。从数据上看： 1）同一种 ）同一种PCB在不同植物间分配差异明显 在不同植物间分配差异明显 差异在20倍范围内变化）；同时定量的描 倍范围内变化）； （差异在 倍范围内变化）；同时定量的描 述这种变化（将大气-植物分配系数与大气 植物分配系数与大气述这种变化（将大气 植物分配系数与大气 辛醇分配系数进行线性回归）得出： 辛醇分配系数进行线性回归）得出： lgKap = algKao + b 2）Kap对温度非常敏感。 对温度非常敏感。 ）
考虑一个特殊的稳定态， 现在 ，考虑一个特殊的稳定态，在这中情况 生物体（ 下，生物体（鱼）中浓度随时间不发生改变 ），这中情况下发生在化 （即， dC鱼/dt =0），这中情况下发生在化 ）， 合物的排出速率等于总的吸入速率。 合物的排出速率等于总的吸入速率。 上式为： 上式为： k1(K鱼-水C水 –C鱼) + kD(K鱼-食物)C食物 -kE(K鱼-排泄 水 食物 排泄 物) C 排泄物- kMC鱼 - kGC鱼 =0 则鱼体内化合物的稳定浓度C 则鱼体内化合物的稳定浓度 鱼为： C = （k1K鱼-水C水 + kDK鱼-食物C食物 -kEK鱼-排泄物 水 食物 排泄物 C 排泄物）/（K1+KM +KG ） （
大气-植物间的平衡分配（预测过程） 大气 植物间的平衡分配（预测过程） 植物间的平衡分配 定义K 为大气-植物体中平衡浓度的比值 定义 为大气 植物体中平衡浓度的比值 K植物 = Ca / Cp 首先，观测各种植物在大气中的K 首先，观测各种植物在大气中的 的变化 其次，分析K 与各种植物的组成（木质素、 其次，分析 植物与各种植物的组成（木质素、 角质层和脂质等） 角质层和脂质等） 最后， 与气候（温度、水分、光照等） 最后，K植物与气候（温度、水分、光照等）的 关系。 关系。
植物种类 a 黑麦草 三叶草 车前草 鹰髯草 1.15 0.70 0.87 0.57 b
lgKap=algKao+b lgKao范围 范围 -9.9~-7.2 -8.8~-7.4 -8.8~-7.4 -9.5~-7.4 R2 0.98 0.85 0.98 0.97 3.07 -0.83 0.64 -0.55
6.2 整体生物的平衡分配模型
生物体中有机化合物的积累是一个动态过程， 生物体中有机化合物的积累是一个动态过程，它涉 及的吸收、释放和净化作用可能是同时进行。 及的吸收、释放和净化作用可能是同时进行。 有机化合物——被动“进入”生物体； 被动“ 有机化合物 被动 进入”生物体； 化合物在生物体与其生存的环境（ 土壤和大气） 化合物在生物体与其生存的环境（水、土壤和大气） 之间达到平衡， 之间达到平衡，将有利于估算生物体内外来的化合 物积累浓度。 物积累浓度。 由于生物是不同有机相的不均匀体系， 由于生物是不同有机相的不均匀体系，可以认为以下 两个假设计算平衡条件： 两个假设计算平衡条件：
在有些文献中将化合物在生物体内的预测浓 积累势“ 称之为热力学生物积累势 度C总有机体称之为热力学生物积累势“TBP” ； 即，C总有机体=TBP=K总有机体C环境介质 目前，常对非极性和弱极性有机化合物（PCB、 目前，常对非极性和弱极性有机化合物（PCB、 PAH等）以及含丰富脂类化合物（干重 等 以及含丰富脂类化合物（干重>5%） ） 的有机体或组织感兴趣。在这种情况下， 的有机体或组织感兴趣。在这种情况下， f类 在平衡中占主要地位。 脂C类脂或f类脂K类脂在平衡中占主要地位。
对动物：蛋白质为主要成分，其次为碳水化合物， 对动物：蛋白质为主要成分，其次为碳水化合物， 脂类成分。 脂类成分。 植物中蛋白质的含量差距很大， 植物中蛋白质的含量差距很大，浮游生物中蛋白 干重）； 左右； （30-60%干重）；草、树叶中约占 干重）；草 树叶中约占20%左右；主要 左右 是以碳水化合物和木质素为主。 是以碳水化合物和木质素为主。 因此，当生物暴露在相同环境中， 因此，当生物暴露在相同环境中，有机污染物在生 物体的不同有机介质中的分配程度是不同的， 物体的不同有机介质中的分配程度是不同的，由此 导致单位质量或体积中有机化合物的质量出现显著 差异。 差异。 一般生物体中可以积累有机污染物的物质：蛋白质、 一般生物体中可以积累有机污染物的物质：蛋白质、 多糖类、类脂物、木质素和其他聚合体（角质） 多糖类、类脂物、木质素和其他聚合体（角质）
1）生物体中的每一类有机相是独立发挥作用， ）生物体中的每一类有机相是独立发挥作用， 每一类有机相是独立发挥作用 它们可以和其他物质达到平衡； 它们可以和其他物质达到平衡； 2）化合物的生物累积总量是不同有机介质积 ）化合物的生物累积总量是不同有机介质积 累化合物的总和。 累化合物的总和。 K总 =[f类脂C类脂+f蛋白C蛋白+f木质素C木质素+f角质C角 质+----] / C环境介质 这里的浓度分别指达到平衡状态的浓度 K总 =f类脂K类脂+f蛋白K蛋白+f木质素K木质素+f角质K角质 + ----
第六章 吸附：在生命介质中的分配
年代发现DDT和PCBs 容易从环境中 在60-70年代发现 年代发现 和 累积到鸟类、鱼体， 累积到鸟类、鱼体，进而进入更高级的生物 体中。 体中。 主要内容： 主要内容： 1）有机化合物在生物与水或大气间的平衡分 ） 生物富集； 配、生物富集； 2）讨论生物放大过程，理解生物累积随食物 ）讨论生物放大过程， 链的变化而变化； 链的变化而变化；
k1、kD 、 kE 、 kM 、 kG 分别为不同过程（鳃的 分别为不同过程（ 吸收和释放-净吸收速率 食物吸收、 净吸收速率、 吸收和释放 净吸收速率、食物吸收、粪便的 排泄、体内代谢速率、 排泄、体内代谢速率、由于生长而设想的排 泄速率）一级反应速率常数； 泄速率）一级反应速率常数； K鱼-水、K 鱼-食物、K鱼-排泄物：分别表示化合物在 水 食物 排泄物 鱼、水、食物和排泄物不同组合分配过程的 平衡常数。 平衡常数。 这个模型表示： 这个模型表示：当生物体各种作用机制同时 发挥作用时， 发挥作用时，鱼体中化合物的浓度与时间有 关。