什麼是污染物的生物有效性

A. 重金屬的生物有效性是什麼

所謂生物有效性又稱為生物利用度，重金屬的生物有效性是指重金屬被生物體利用的實際程度，與它的存在形態有直接關系

B. 污染物對生物的毒理學效應

另外污染物的毒性還與若干綜合效應有密切關系。從傳統毒理學來看，有毒污染物對生物的綜合效應有三種：(1)相加作用，即兩種以上毒物共存時，其總效果大致是

C. 生物有效性的評價方法

1.生物監測

評價生物有效性的最直接方法是採用生物富集實驗或毒性測試。生物富集作用受生物體代謝過程、食物構成、生物體型和毒性脅迫等因素的影響。雖然利用脂肪歸一化可在一定程度上減小這些影響,但無法消除污染物在生物體內分布的特異性和不同物種的吸收特異性。用靶位點濃度 (即能與靶位點相互作用並最終產生毒理學響應的污染物量)來評價生物有效性,能排除由毒代動力學所導致的影響,但靶位點濃度通常很難測定。通常,對於非特異性作用基本毒物 (Nonspecific Acting Baseline Toxicants,即能在各種生物體內產生毒理學效應的污染物)可以用臨界機體殘留濃度 (Critical Body Resies,CBRs)作為靶作用位點濃度的最近似估計。

CBRs法測定的是以致死或半數致死效應為評價終點時生物體靶標內的目標化學物濃度,因而能將有機化合物的毒性和生物富集作用結合在一起。在效應評價方法中,死亡率對於反映野外暴露中污染物生物有效性存在一定局限性。事實上,土壤、沉積物和天然水體中的污染物濃度通常在痕量或超痕量級,因而很少能對微生物或大型生物,尤其是脊椎動物,引發致死風險。此外,生物活體暴露實驗周期長,成本高,而且重復性差,樣品處理步驟繁瑣,給利用死亡率評價生物有效性的應用帶來了許多限制。除了活體生物標志物之外,離體生物標志物方法也得到了越來越廣泛的應用。離體測試方法相對於生物活體測試方法成本較低,可進行大量樣品的測定,還能為深入了解復雜混合物的總體效應和毒性作用機理提供幫助。

利用生物標志物 (如暴露標志物)方法比較有效,為環境中污染物的生物有效性提供更准確的估計。如對虹鱒幼魚利用加標沉積物進行暴露的活體實驗中,探究了接觸時間對魚肝CYP1A活性誘導程度的降低,以此評價PAHs的生物有效性。使用小鼠尿液中的代謝水平和肺中化合物DNA 加合物水平作為生物標志物,評價了攝食土壤PAHs的系統生物有效性。

2.化學模型方法

為了從污染物總濃度中獲得可被生物利用的部分,研究者結合了污染物的物理化學性質和生態系統的參數,將模型計算方法應用於生物有效性的評價中。利用有機污染物的平衡分配理論 (有機碳歸一化平衡常數,K_oc )可以模擬得到土壤和沉積物中有機污染物進入生物體的潛勢。K_oc和生物濃縮因子 (BCF)之間存在正相關關系,其數值可以通過實驗室或野外試驗測定,也常常通過辛醇-水分配系數 (K_ow )估測得到。該方法已被用於從土壤或沉積物總濃度中估測生物體殘留濃度或從間隙水濃度測定生物體動態濃度。

目前,已經有多種模型可以應用於預測生物效應和毒性終點,如 QSAR (Quantitative Structure Active Relationship)模型、QSPR (Quantitative Structure Property Relationship )模型和MMM (Multimedia Mathematical Model)模型。QSAR 模型可以將有機化合物的結構特徵和測量所得的理化性質與生物評價終點如 BCF 及毒性聯系起來。QSPR模型是在 QSAR模型基礎之上發展的一個子模型,它根據有機化合物的結構來預測其理化性質、分配行為、歸趨和在生物體內的富集趨勢,可以用於校驗化合物實測理化參數值中的錯誤,提高了 QSAR 模型中所用數據的質量,還有一些 QSPR 模型可用於估算生物在受化合物暴露時的可能途徑。MMM模型則提供了一種整體研究手段,能夠用於同時估測污染物在多個環境介質中的遷移、分布、歸趨、生物濃縮和生物富集過程。

3.化學分析方法

用化學分析方法來評價有機污染物的生物有效性方法較多,如 Hatzinger 和 Alexander提出用溫和的有機溶劑作為萃取劑來反映土壤中生物對有機污染物的生物有效性;Hawthorne用超臨界流體萃取和加速溶劑提取儀作為工具來評價污染土壤中多環芳烴的生物有效性。在化學評價手段的發展中,一個重要的發現是污染物的自由溶解態濃度是生物有效性的主要部分。通過比較劑量效應關系,已經證明了自由溶解態濃度對於生物測試准確程度的重要性。同時還發現,污染物的自由溶解態濃度與以名義濃度表述的毒性終點濃度具有很好的一致性。因此,近年來,發展了多種采樣技術用於選擇性地測定自由溶解態化合物。相比於主動式采樣技術,被動式采樣技術的富集原理更接近污染物在生物有機體內的富集方式。被動式采樣裝置對污染物的獲取或濃縮過程完全基於化合物從化學勢或逸度高處 (即外界環境基質)向化學勢或逸度低處 (即采樣介質或吸附劑)的自動擴散。但應用被動式采樣裝置中目標化合物濃度來推斷外界暴露介質中的濃度需要滿足 3 個條件:①污染物在采樣器中的濃度與其在周圍暴露介質中的濃度成比例,而且化合物進入采樣器中的交換速率與擴散常數應與其外界濃度無關;②必須要具有能滿足現場監測所需的參數校準數據 (即采樣速率常數和分配速率常數);③不破壞化合物在各相中的原有平衡,一般要求所提取的目標化合物的量小於該化合物在體系中總量的 10%。

目前,應用較廣泛的被動式采樣裝置包括三油酸甘油酯半滲透膜被動式采樣器(SPMD)、固相微萃取技術 (SPME)以及液相微萃取技術 (LPME )。SPME 作為一種平衡采樣器,被廣泛用於模擬水體和土壤環境中的無脊椎動物的富集行為,並以此預測環境介質中有機污染物的生物有效性。通過 SPME 能測定化學物質在孔隙水中真實的自由溶解態濃度和內暴露濃度。而LPME 結合了液液萃取和 SPME 的優點,可以靈活地選擇萃取溶劑從而實現對極性有機污染物的萃取。

另一種新型被動式采樣裝置為三油酸甘油酯-醋酸纖維素復合膜 (TECAM ),采樣原理則與SPMD 類似,即目標分析物從周圍環境介質中通過擴散滲透作用透過外層膜,累積在脂相中直至達到分配平衡。但TECAM 的構造與 SPMD不同,三油酸甘油酯以脂滴的形式嵌於醋酸纖維素聚合物構造中,並與之緊密結合。這種鑲嵌結構與 SPMD 的簡單層疊結構相比,彼此結合更緊密,接觸面積更大。TECAM的制備過程簡單,而且提取目標化合物的前處理過程也比較簡單,一般不需凈化步驟,因此,有很好的應用前景。被動式采樣技術與預測污染物富集勢和基線毒性的傳統方法相比,具有很多優點。

關於污染物對生物內在毒性或生物體內濃度的數據,仍然很難對復合污染物的生物有效性和它們之間的協同或拮抗關系有一個准確的認識。由於這一原因,為了確定毒性終點和自由溶解態濃度間的關系,生物測試數據就必不可少。雖然化學方法不能完全替代生物方法,但由於化學方法操作簡單,結果重現性好,最重要的是比較容易進行標准化,便於建立相應嚴格的標准化實驗方法和提出科學評價體系,使各個實驗室得到的結果之間可以進行相互比較,而這正是環境中污染物生物有效性研究所急需解決的問題,所以用化學方法來模擬生物富集進行污染物生物有效性評價的研究具有廣闊的發展潛力。表8-9 列出了不同研究機構對人體攝入的POPs的危害等級以及可能產生危害的攝入量限制標准。

表8-9 特定 POPs 的風險與健康評價

注:ADI 每天可攝入量;JMPR殺蟲劑殘留聯合會議;WHO 世界衛生組織;IARC 國際癌症研究機構。

D. 什麼是「生物有效性」

生物有效性，或稱生物利用度，生體利用率或生體可用率，在葯理學上是指所服用葯物的劑量部份能到達體循環，是葯物的一種葯物動力學特性。
按照定義，當葯物以靜脈注射時，它的生物利用度是100%。但是當葯物是以其他方式服用時，如口服，它的生物利用度因不完全吸收及首渡效應而下降。
生物利用度是葯物動力學的一個重要工具，在計算非靜脈注射的葯物劑量時都需要考慮。

E. 按污染物性質分為生物性污染化學性污染和什麼污染

按污染物的性質可分為化學污染物、物理污染物和生物污染物。

化學污染物又可分為無機污染物和有機污染物；物理污染物又可分為雜訊、微波輻射、放射性污染物等；生物污染物又可分為病原體、變應原污染物等。

按污染物在環境中物理、化學性狀的變化可分為一次污染物和二次污染物。此外，為了強調污染物對人體的某些有害作用，還可劃分出致畸物、致突變物和致癌物、可吸入的顆粒物以及惡臭物質等。

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污染物如沒有充分利用而大量排放，或不加以回收和重復利用，就會成為環境中的污染物。因此，一種物質成為污染物，必須在特定的環境中達到一定的數量或濃度，並且持續一定的時間。

數量或濃度低於某個水平（如低於環境標准容許值或不超過環境自凈能力）或只短暫地存在，不會造成環境污染。例如鉻是人體必需的微量元素，氮和磷是植物的營養元素。如果它們較長時期在環境中濃度較高，就會造成人體中毒、水體富營養化等有害後果。

有的污染物進入環境後，通過化學或物理反應或在生物作用下會轉變成新的危害更大的污染物，也可能降解成無害的物質。不同污染物同時存在時，由於拮抗或協同作用，會使毒性降低或增大。

隨著人類生產的發展，技術的進步，原有污染物的排放量和種類會逐漸減少。但與此同時，也會發現和產生更多新的污染物。

污染物的作用對象是包括人在內的所有生物。環境污染物由於人類的活動進入環境，使環境正常組成和性質發生改變，直接或者間接有害於生物和人類的物質。

F. 什麼是生物有效性

什麼是「生物有效性」
又稱生物利用度,見下文:生物利用度,或稱生體利用率或生體可用率或生物有效性,在葯理學上是指所服用葯物的劑量部份能到達體循環,是葯物的一種葯物動力學特性。

G. 基礎理論研究

長期以來地球化學、環境化學、土壤化學、植物營養學、環境生物學、毒理學、污染生態學、環境醫學等理論學科的大量研究成果，不僅指明了農業地質環境調查的指標因子，而且也為農業地質環境綜合評價奠定了基礎理論和方法依據。

1.有毒有害物質存在形態、轉化及其生物效應研究

環境中有毒有害物質具有多種存在形態，包括價態、化合態、結構態、絡合態等，而採用適當實驗技術手段得到的水溶態、可交換態、有機結合態、碳酸鹽態、鐵錳結合態、殘留態污染物具有不同的功能特點。不同形態的污染物在環境中有著不同的化學行為，表現出不同的環境效應。研究表明，土壤質地、（粘土）礦物組成、有機質含量、酸鹼度、氧化還原電位、陽離子交換量、水分含量等理化性狀對土壤重金屬、營養有益元素、有機污染物的存在形態及其生物有效性具有重要制約作用。

隨著環境條件的變化，在物理、化學或生物作用影響下，污染物可以由一種形態轉變成另一種形態，由一種物質轉變成另一種物質。通過蒸發、滲濾、凝聚、吸附以及放射性蛻變等進行物理轉化，經過氧化還原、水解、絡合、光化學等反應進行化學轉化，通過生物吸收與代謝導致形態轉變。形態轉化存在兩種可能性：一種是使污染物轉化為無毒物質或易降解物質，另一種是增加污染物的生物毒性、生物可利用性或轉變成難降解產物。

元素存在的形態不同，生物毒性、環境效應差異甚大。例如，6價鉻有強烈毒性，而3價鉻毒性較弱；3價砷的毒性遠大於5價砷；甲基汞等有機汞毒性遠大於無機汞；7種六六六異構體中以γ型殺蟲力最強；多環芳烴的致癌活性與其化學結構有關等。

環境污染物進入生物體後，有的可被代謝成無毒物質排出體外，有的污染物或其代謝產物對生物產生不利影響，這種影響可在生物分子、細胞、組織、器官、個體、種群、群落、生態系統的不同水平上體現出來。對動物個體的影響表現為死亡、行為改變、繁殖力下降、生長發育抑制、抗病力下降、代謝率變化等；對植物個體的影響表現為生長減慢、發育受阻、失綠黃化、早衰等。這為污染程度、污染危害生物效應診斷評價提供了表徵依據。

2.物質來源、遷移循環研究

土壤元素及化合物主要有自然地質體和人為污染輸入兩大來源。岩石風化侵蝕，金屬、非金屬、煤炭和油氣等礦產資源的開采運輸、冶煉加工、產品使用，使埋藏於地殼深處的大量物質進入地表環境。同時，現代石油工業、農葯、化肥的發展，交通運輸、能源利用、垃圾焚燒、廢舊物品回收利用（如舊電器拆解）等各種人類活動，產生多種有機污染物，現登記在冊的化學品已達近千萬種。環境污染已成為一個全球性問題。不同污染源具有特定的污染元素組成（表1-1），因此，污染元素組合特徵為污染源追蹤與判別提供了方法技術途徑。

表1-1 工業生產門類與有害金屬的排放

引自Siegel，2002。

工業污染物主要通過「三廢」排放進入環境，農業生產多以非點源污染方式影響農業生態環境，高強度人為擾動使城市等人口密集區形成大范圍的污染。環境污染物通過土壤侵蝕、地下水滲濾、大氣運移與沉降、水體遷移、生物吸收與搬運等機械、物理、化學、生物方式，在生態系統內部、不同生態系統之間不斷遷移、擴散、循環，並伴隨著存在形態的轉變。

污染物自身的物理化學性質、環境介質特性與地形地貌及氣候條件是影響污染物遷移的主要因素。原子的電負性、離子半徑、電價、離子電位和化合物鍵性、溶解度等屬性是決定元素形成的化合物、絡合物類型、離子穩定性、水解能力、膠體吸附性，影響元素遷移機制的內部因素。環境酸鹼度、氧化還原條件、膠體種類與數量、絡合配位體性質與數量是影響污染物遷移的外部環境條件。如大多數重金屬在強酸性環境中能形成易溶性化合物，有較高的遷移能力，而在鹼性環境中則難以遷移；鉻、硫等元素在氧化環境中遷移能力較強，而鐵、銨則在還原環境中易遷移；當環境中存在Cl^-、

等大量無機或有機配位體時，汞、鋅、鎘、鉛的遷移能力大大增加；當環境中有大量膠體，特別是有大量蒙脫石和難溶性胡敏酸時，汞、鉛、鎘的遷移能力明顯降低。

3.生物吸收累積性及聯合生物作用研究

生物吸收累積是生態系統中物質循環的重要環節，與生物吸收方式、體內轉運機制密切有關，相同環境條件下不同種類的植物和動物對污染物的吸收累積量（以生物吸收富集系數BAC表示）有很大差異，根據吸收富集系數可以將植物分為低、中、高、超富集型植物，這對於篩選抗污染農作物以及超累積植物用於污染土壤的修復提供了理論依據。污染物經食物鏈的生物積累與放大現象也十分普遍，尤其是持久性有機污染物（如PCBs），因此，採集分析食物鏈頂級生物（如肉食性魚類、動物、禽蛋、奶製品等）能更好地反映PCBs污染，從而評價其污染累積及其危害性。生物體不同器官中污染物分配一般也呈規律性變化，由被動方式經根系吸收進入植物體的有毒有害重金屬濃度一般表現為根＞莖＞葉＞籽實，而動物體內元素濃度分布與組織器官的親和性有關，如鉬聚集於腦組織，鋅和鉻主要分布於腦垂體中，碘主要在甲狀腺中，鐵多在紅細胞中，氟、鉛、鍶聚集於骨中，銅大部分累積於肝臟，因此，選擇合適的污染診斷器官極為重要。

環境中多種污染物共存的現象十分普遍，其綜合生物效應往往不同於任何單一污染物的生物效應，可歸結為相加作用、獨立作用、協同作用和拮抗作用4種類型。如Cu⁃Mo、Se⁃Hg、Cu⁃Zn、Tl⁃Se、Cu⁃Cd、Zn⁃Cd、W⁃Mo、Cd⁃Ca、V⁃Mn、Ni⁃Cu、Mn⁃Mg的拮抗作用，Cu⁃Fe等的協同作用（楊志強等，1998）。例如，研究表明硒在人和動物體內能與砷、汞、鎘等有毒元素結合，降低有毒元素的危害性，保護組織免受有毒物質的損害。無疑，這種復雜的相互作用機制使復合污染評價變得異常困難。

綜上所述，地球化學、環境化學、環境生物學、毒理學等學科領域的理論研究和實驗分析，取得了不同濃度、不同形態污染物的地球化學行為、生物可利用性、生物毒性及其臨界值、生態效應的大量基礎理論成果，這是農業地質環境綜合評價的重要理論依據。

H. 生物性污染物的物理特性和化學特性是什麼

生物性污染物室內空氣生物污染是影響室內空氣品質的一個重要因素，主要包括細菌、真菌（包括真菌孢子）、花粉、病毒、寵物與人類的毛發、皮屑等。在這些生物污染因子中有一些細菌和病毒是人類呼吸道傳染病的病原體，有些真菌（包括真菌孢子）、花粉和生物體有機成分則能夠引起人的過敏反應。室內生物污染對人類的健康有著很大危害，能引起各種疾病，如各種呼吸道傳染病、哮喘、建築物綜合症等。
迄今為止，已知的能引起呼吸道病毒感染的病毒就有200種之多，感染的發生絕大部分是在室內通過空氣傳播的，其症狀可從隱性感染直到威脅生命。
人們往往認為，現在居住條件改善了，室內環境中沒有什麼生物污染了，實際不然。由於室內環境的相對封閉、空調的大量使用、室內化學污染的增加和飼養寵物等原因，室內生物污染仍然是室內空氣質量的一個組成部分。在目前室內可引起人們的過敏性疾病及呼吸道疾病等健康損害的室內空氣生物污染因子主要有以下幾種：
細菌、病毒研究表明在家庭和辦公區內的空氣污染程度遠遠高於室外。特別是在空調房間里，病菌更容易滋生，病毒及細菌可以通過呼吸、皮膚以及黏膜進入我們的身體內，所以65%到75%的感染和過敏症狀幾乎都是由以上途徑利用人和人相互傳染上的。新風通風換氣次數不足，沒有充足的室外新鮮空氣稀釋室內污染的空氣，從而導致了室內空氣進一步惡化。細菌、病毒、黴菌等是引起呼吸道疾病以及室內空調疾病的最直接的原因。一些細菌成為病原體，導致了破傷風、傷寒、肺炎、梅毒、霍亂和肺結核。細菌感染方式包括接觸、空氣傳播、食物、水和帶菌微生物。細菌是許多疾病的病原體，包括肺結核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由細菌所引發。

I. 污染物的形態和生物效應的關系是什麼

這問題很糾結，什麼關系，不同形態當然會有不同的有效性，而且形態眾多不能簡簡單單的用「關系」形容，沒有固定的解釋。
例如土壤中重金屬的常見形態可以有：水溶態，可交換態，碳酸鹽結合態，有機結合態，鐵錳結合態和殘渣態。
就以對植物的有效性而言：1不同植物對不同重金屬耐受性不同
2水溶態是最容易被植物利用的，3可交換態（離子交換態）最活潑，也最容易成為水溶態，例如土壤中很多有機膠體，他們大多帶有負電性，所以上面一般都可以結合很多重金屬離子，這些離子一些就可以和水中的一些H+，Na+等進行離子交換，被植物利用。
3 碳酸鹽結合態和鐵錳結合態在pH變化條件下或者土壤電位變化條件下就可能變為水溶態或者被生物吸收利用。
一般來說，生物有效性越差，一些污染物和一些礦物質或其他有機物結合越牢固，越不容易被生物吸收，從而降低毒性，但是這不是絕對的，因為不同形態是可以相互轉化的，外力內力都有驅動效應。因此並不是某些污染物含量越高毒性越強，理論上有效性才是決定因素。

J. 土壤污染源的化學形態和有效性

土壤污染是指人類活動所發生的污染物經過各種路徑進入土壤，其數量和速度超過了土壤的包容和凈化才能，從而使土壤的性質、構成及性狀等發生變化，使污染物質的堆集進程逐步佔有優勢，破壞了土壤的天然生態平衡，並致使土壤的天然功用失調、土壤質量惡化的表象。這里一起來看一下土壤污染主要來源有哪些？有什麼危害？防治根本是什麼？

一、土壤污染主要來源有哪些？

1、有機污染源頭

土壤有機污染物首要是化學農葯。當前很多運用的化學農葯約有50多種，其間首要包富含機磷農葯、有機氯農葯、氨基甲酸酶類、苯氧羧酸類、苯酚、胺類。此外，石油、多環芳烴、多氯聯苯、甲烷、有害微生物等，也是土壤中常見的有機污染物。當前，我國農葯生產量居國際第二位，但商品結構不合理，質量較低，商品中殺蟲劑佔70％，殺蟲劑中有機磷農葯佔70％，有機磷農葯中高毒種類佔70％，致使很多農葯殘留，帶來嚴峻的土壤污染。

2、重金屬污染源頭

運用富含重金屬的廢水進行灌溉是重金屬進入土壤的一個重要路徑。重金屬進入土壤的另一條路徑是隨大氣沉降落入土壤。重金屬首要有汞、銅、鋅、鉻、鎳、鈷等。因為重金屬不能被微生物分化，並且可為微生物富集，土壤一旦被重金屬污染其天然凈化進程和人工管理都是十分艱難的。此外，重金屬能夠被生物富集，因而對人類有較大的潛在損害。

3、放射性元素污染源頭

放射性元素首要來歷於大氣層核實驗的沉降物，以及原子能和平利用進程中所排放的各種廢氣、廢水和廢渣。富含放射性元素的物質不可避免地隨天然沉降、雨水沖刷和廢棄物堆積而污染土壤。土壤一旦被放射性物質污染就難以自行消除，只能天然衰變為安穩元素，而消除其放射性。放射性元素可經過食物鏈進入人體。

4、病原微生物污染源頭

土壤中的病原微生物，首要包含病原菌和病毒等。來歷於人畜的糞便及用於灌溉的污水(未經處理的日子污水，特別是醫院污水)。人類若直接觸摸富含病原微生物的土壤，也許會對健康帶來影響；若食用被土壤污染的蔬菜、生果等則直接遭到污染。

二、土壤污染有什麼危害？

土壤污染帶來了及其嚴重的後果。

第一，土壤污染使本來就緊張的耕地資源更加短缺。

第二，土壤污染給人民的身體健康帶來極大的威脅。

第三，土壤污染給農業發展帶來很大的不利影響。

第四，土壤污染也是造成其他環境污染的重要原因。

第五，土壤污染中的污染物具有遷移性和滯留性，有可能繼續造成新的土地污染。

第六、土壤污染嚴重危及後代子孫的利益，不利於農村經濟的可持續發展。