什么是污染物的生物有效性

A. 重金属的生物有效性是什么

所谓生物有效性又称为生物利用度，重金属的生物有效性是指重金属被生物体利用的实际程度，与它的存在形态有直接关系

B. 污染物对生物的毒理学效应

另外污染物的毒性还与若干综合效应有密切关系。从传统毒理学来看，有毒污染物对生物的综合效应有三种：(1)相加作用，即两种以上毒物共存时，其总效果大致是

C. 生物有效性的评价方法

1.生物监测

评价生物有效性的最直接方法是采用生物富集实验或毒性测试。生物富集作用受生物体代谢过程、食物构成、生物体型和毒性胁迫等因素的影响。虽然利用脂肪归一化可在一定程度上减小这些影响,但无法消除污染物在生物体内分布的特异性和不同物种的吸收特异性。用靶位点浓度 (即能与靶位点相互作用并最终产生毒理学响应的污染物量)来评价生物有效性,能排除由毒代动力学所导致的影响,但靶位点浓度通常很难测定。通常,对于非特异性作用基本毒物 (Nonspecific Acting Baseline Toxicants,即能在各种生物体内产生毒理学效应的污染物)可以用临界机体残留浓度 (Critical Body Resies,CBRs)作为靶作用位点浓度的最近似估计。

CBRs法测定的是以致死或半数致死效应为评价终点时生物体靶标内的目标化学物浓度,因而能将有机化合物的毒性和生物富集作用结合在一起。在效应评价方法中,死亡率对于反映野外暴露中污染物生物有效性存在一定局限性。事实上,土壤、沉积物和天然水体中的污染物浓度通常在痕量或超痕量级,因而很少能对微生物或大型生物,尤其是脊椎动物,引发致死风险。此外,生物活体暴露实验周期长,成本高,而且重复性差,样品处理步骤繁琐,给利用死亡率评价生物有效性的应用带来了许多限制。除了活体生物标志物之外,离体生物标志物方法也得到了越来越广泛的应用。离体测试方法相对于生物活体测试方法成本较低,可进行大量样品的测定,还能为深入了解复杂混合物的总体效应和毒性作用机理提供帮助。

利用生物标志物 (如暴露标志物)方法比较有效,为环境中污染物的生物有效性提供更准确的估计。如对虹鳟幼鱼利用加标沉积物进行暴露的活体实验中,探究了接触时间对鱼肝CYP1A活性诱导程度的降低,以此评价PAHs的生物有效性。使用小鼠尿液中的代谢水平和肺中化合物DNA 加合物水平作为生物标志物,评价了摄食土壤PAHs的系统生物有效性。

2.化学模型方法

为了从污染物总浓度中获得可被生物利用的部分,研究者结合了污染物的物理化学性质和生态系统的参数,将模型计算方法应用于生物有效性的评价中。利用有机污染物的平衡分配理论 (有机碳归一化平衡常数,K_oc )可以模拟得到土壤和沉积物中有机污染物进入生物体的潜势。K_oc和生物浓缩因子 (BCF)之间存在正相关关系,其数值可以通过实验室或野外试验测定,也常常通过辛醇-水分配系数 (K_ow )估测得到。该方法已被用于从土壤或沉积物总浓度中估测生物体残留浓度或从间隙水浓度测定生物体动态浓度。

目前,已经有多种模型可以应用于预测生物效应和毒性终点,如 QSAR (Quantitative Structure Active Relationship)模型、QSPR (Quantitative Structure Property Relationship )模型和MMM (Multimedia Mathematical Model)模型。QSAR 模型可以将有机化合物的结构特征和测量所得的理化性质与生物评价终点如 BCF 及毒性联系起来。QSPR模型是在 QSAR模型基础之上发展的一个子模型,它根据有机化合物的结构来预测其理化性质、分配行为、归趋和在生物体内的富集趋势,可以用于校验化合物实测理化参数值中的错误,提高了 QSAR 模型中所用数据的质量,还有一些 QSPR 模型可用于估算生物在受化合物暴露时的可能途径。MMM模型则提供了一种整体研究手段,能够用于同时估测污染物在多个环境介质中的迁移、分布、归趋、生物浓缩和生物富集过程。

3.化学分析方法

用化学分析方法来评价有机污染物的生物有效性方法较多,如 Hatzinger 和 Alexander提出用温和的有机溶剂作为萃取剂来反映土壤中生物对有机污染物的生物有效性;Hawthorne用超临界流体萃取和加速溶剂提取仪作为工具来评价污染土壤中多环芳烃的生物有效性。在化学评价手段的发展中,一个重要的发现是污染物的自由溶解态浓度是生物有效性的主要部分。通过比较剂量效应关系,已经证明了自由溶解态浓度对于生物测试准确程度的重要性。同时还发现,污染物的自由溶解态浓度与以名义浓度表述的毒性终点浓度具有很好的一致性。因此,近年来,发展了多种采样技术用于选择性地测定自由溶解态化合物。相比于主动式采样技术,被动式采样技术的富集原理更接近污染物在生物有机体内的富集方式。被动式采样装置对污染物的获取或浓缩过程完全基于化合物从化学势或逸度高处 (即外界环境基质)向化学势或逸度低处 (即采样介质或吸附剂)的自动扩散。但应用被动式采样装置中目标化合物浓度来推断外界暴露介质中的浓度需要满足 3 个条件:①污染物在采样器中的浓度与其在周围暴露介质中的浓度成比例,而且化合物进入采样器中的交换速率与扩散常数应与其外界浓度无关;②必须要具有能满足现场监测所需的参数校准数据 (即采样速率常数和分配速率常数);③不破坏化合物在各相中的原有平衡,一般要求所提取的目标化合物的量小于该化合物在体系中总量的 10%。

目前,应用较广泛的被动式采样装置包括三油酸甘油酯半渗透膜被动式采样器(SPMD)、固相微萃取技术 (SPME)以及液相微萃取技术 (LPME )。SPME 作为一种平衡采样器,被广泛用于模拟水体和土壤环境中的无脊椎动物的富集行为,并以此预测环境介质中有机污染物的生物有效性。通过 SPME 能测定化学物质在孔隙水中真实的自由溶解态浓度和内暴露浓度。而LPME 结合了液液萃取和 SPME 的优点,可以灵活地选择萃取溶剂从而实现对极性有机污染物的萃取。

另一种新型被动式采样装置为三油酸甘油酯-醋酸纤维素复合膜 (TECAM ),采样原理则与SPMD 类似,即目标分析物从周围环境介质中通过扩散渗透作用透过外层膜,累积在脂相中直至达到分配平衡。但TECAM 的构造与 SPMD不同,三油酸甘油酯以脂滴的形式嵌于醋酸纤维素聚合物构造中,并与之紧密结合。这种镶嵌结构与 SPMD 的简单层叠结构相比,彼此结合更紧密,接触面积更大。TECAM的制备过程简单,而且提取目标化合物的前处理过程也比较简单,一般不需净化步骤,因此,有很好的应用前景。被动式采样技术与预测污染物富集势和基线毒性的传统方法相比,具有很多优点。

关于污染物对生物内在毒性或生物体内浓度的数据,仍然很难对复合污染物的生物有效性和它们之间的协同或拮抗关系有一个准确的认识。由于这一原因,为了确定毒性终点和自由溶解态浓度间的关系,生物测试数据就必不可少。虽然化学方法不能完全替代生物方法,但由于化学方法操作简单,结果重现性好,最重要的是比较容易进行标准化,便于建立相应严格的标准化实验方法和提出科学评价体系,使各个实验室得到的结果之间可以进行相互比较,而这正是环境中污染物生物有效性研究所急需解决的问题,所以用化学方法来模拟生物富集进行污染物生物有效性评价的研究具有广阔的发展潜力。表8-9 列出了不同研究机构对人体摄入的POPs的危害等级以及可能产生危害的摄入量限制标准。

表8-9 特定 POPs 的风险与健康评价

注:ADI 每天可摄入量;JMPR杀虫剂残留联合会议;WHO 世界卫生组织;IARC 国际癌症研究机构。

D. 什么是“生物有效性”

生物有效性，或称生物利用度，生体利用率或生体可用率，在药理学上是指所服用药物的剂量部份能到达体循环，是药物的一种药物动力学特性。
按照定义，当药物以静脉注射时，它的生物利用度是100%。但是当药物是以其他方式服用时，如口服，它的生物利用度因不完全吸收及首渡效应而下降。
生物利用度是药物动力学的一个重要工具，在计算非静脉注射的药物剂量时都需要考虑。

E. 按污染物性质分为生物性污染化学性污染和什么污染

按污染物的性质可分为化学污染物、物理污染物和生物污染物。

化学污染物又可分为无机污染物和有机污染物；物理污染物又可分为噪声、微波辐射、放射性污染物等；生物污染物又可分为病原体、变应原污染物等。

按污染物在环境中物理、化学性状的变化可分为一次污染物和二次污染物。此外，为了强调污染物对人体的某些有害作用，还可划分出致畸物、致突变物和致癌物、可吸入的颗粒物以及恶臭物质等。

(5)什么是污染物的生物有效性扩展阅读

污染物如没有充分利用而大量排放，或不加以回收和重复利用，就会成为环境中的污染物。因此，一种物质成为污染物，必须在特定的环境中达到一定的数量或浓度，并且持续一定的时间。

数量或浓度低于某个水平（如低于环境标准容许值或不超过环境自净能力）或只短暂地存在，不会造成环境污染。例如铬是人体必需的微量元素，氮和磷是植物的营养元素。如果它们较长时期在环境中浓度较高，就会造成人体中毒、水体富营养化等有害后果。

有的污染物进入环境后，通过化学或物理反应或在生物作用下会转变成新的危害更大的污染物，也可能降解成无害的物质。不同污染物同时存在时，由于拮抗或协同作用，会使毒性降低或增大。

随着人类生产的发展，技术的进步，原有污染物的排放量和种类会逐渐减少。但与此同时，也会发现和产生更多新的污染物。

污染物的作用对象是包括人在内的所有生物。环境污染物由于人类的活动进入环境，使环境正常组成和性质发生改变，直接或者间接有害于生物和人类的物质。

F. 什么是生物有效性

什么是“生物有效性”
又称生物利用度,见下文:生物利用度,或称生体利用率或生体可用率或生物有效性,在药理学上是指所服用药物的剂量部份能到达体循环,是药物的一种药物动力学特性。

G. 基础理论研究

长期以来地球化学、环境化学、土壤化学、植物营养学、环境生物学、毒理学、污染生态学、环境医学等理论学科的大量研究成果，不仅指明了农业地质环境调查的指标因子，而且也为农业地质环境综合评价奠定了基础理论和方法依据。

1.有毒有害物质存在形态、转化及其生物效应研究

环境中有毒有害物质具有多种存在形态，包括价态、化合态、结构态、络合态等，而采用适当实验技术手段得到的水溶态、可交换态、有机结合态、碳酸盐态、铁锰结合态、残留态污染物具有不同的功能特点。不同形态的污染物在环境中有着不同的化学行为，表现出不同的环境效应。研究表明，土壤质地、（粘土）矿物组成、有机质含量、酸碱度、氧化还原电位、阳离子交换量、水分含量等理化性状对土壤重金属、营养有益元素、有机污染物的存在形态及其生物有效性具有重要制约作用。

随着环境条件的变化，在物理、化学或生物作用影响下，污染物可以由一种形态转变成另一种形态，由一种物质转变成另一种物质。通过蒸发、渗滤、凝聚、吸附以及放射性蜕变等进行物理转化，经过氧化还原、水解、络合、光化学等反应进行化学转化，通过生物吸收与代谢导致形态转变。形态转化存在两种可能性：一种是使污染物转化为无毒物质或易降解物质，另一种是增加污染物的生物毒性、生物可利用性或转变成难降解产物。

元素存在的形态不同，生物毒性、环境效应差异甚大。例如，6价铬有强烈毒性，而3价铬毒性较弱；3价砷的毒性远大于5价砷；甲基汞等有机汞毒性远大于无机汞；7种六六六异构体中以γ型杀虫力最强；多环芳烃的致癌活性与其化学结构有关等。

环境污染物进入生物体后，有的可被代谢成无毒物质排出体外，有的污染物或其代谢产物对生物产生不利影响，这种影响可在生物分子、细胞、组织、器官、个体、种群、群落、生态系统的不同水平上体现出来。对动物个体的影响表现为死亡、行为改变、繁殖力下降、生长发育抑制、抗病力下降、代谢率变化等；对植物个体的影响表现为生长减慢、发育受阻、失绿黄化、早衰等。这为污染程度、污染危害生物效应诊断评价提供了表征依据。

2.物质来源、迁移循环研究

土壤元素及化合物主要有自然地质体和人为污染输入两大来源。岩石风化侵蚀，金属、非金属、煤炭和油气等矿产资源的开采运输、冶炼加工、产品使用，使埋藏于地壳深处的大量物质进入地表环境。同时，现代石油工业、农药、化肥的发展，交通运输、能源利用、垃圾焚烧、废旧物品回收利用（如旧电器拆解）等各种人类活动，产生多种有机污染物，现登记在册的化学品已达近千万种。环境污染已成为一个全球性问题。不同污染源具有特定的污染元素组成（表1-1），因此，污染元素组合特征为污染源追踪与判别提供了方法技术途径。

表1-1 工业生产门类与有害金属的排放

引自Siegel，2002。

工业污染物主要通过“三废”排放进入环境，农业生产多以非点源污染方式影响农业生态环境，高强度人为扰动使城市等人口密集区形成大范围的污染。环境污染物通过土壤侵蚀、地下水渗滤、大气运移与沉降、水体迁移、生物吸收与搬运等机械、物理、化学、生物方式，在生态系统内部、不同生态系统之间不断迁移、扩散、循环，并伴随着存在形态的转变。

污染物自身的物理化学性质、环境介质特性与地形地貌及气候条件是影响污染物迁移的主要因素。原子的电负性、离子半径、电价、离子电位和化合物键性、溶解度等属性是决定元素形成的化合物、络合物类型、离子稳定性、水解能力、胶体吸附性，影响元素迁移机制的内部因素。环境酸碱度、氧化还原条件、胶体种类与数量、络合配位体性质与数量是影响污染物迁移的外部环境条件。如大多数重金属在强酸性环境中能形成易溶性化合物，有较高的迁移能力，而在碱性环境中则难以迁移；铬、硫等元素在氧化环境中迁移能力较强，而铁、铵则在还原环境中易迁移；当环境中存在Cl^-、

等大量无机或有机配位体时，汞、锌、镉、铅的迁移能力大大增加；当环境中有大量胶体，特别是有大量蒙脱石和难溶性胡敏酸时，汞、铅、镉的迁移能力明显降低。

3.生物吸收累积性及联合生物作用研究

生物吸收累积是生态系统中物质循环的重要环节，与生物吸收方式、体内转运机制密切有关，相同环境条件下不同种类的植物和动物对污染物的吸收累积量（以生物吸收富集系数BAC表示）有很大差异，根据吸收富集系数可以将植物分为低、中、高、超富集型植物，这对于筛选抗污染农作物以及超累积植物用于污染土壤的修复提供了理论依据。污染物经食物链的生物积累与放大现象也十分普遍，尤其是持久性有机污染物（如PCBs），因此，采集分析食物链顶级生物（如肉食性鱼类、动物、禽蛋、奶制品等）能更好地反映PCBs污染，从而评价其污染累积及其危害性。生物体不同器官中污染物分配一般也呈规律性变化，由被动方式经根系吸收进入植物体的有毒有害重金属浓度一般表现为根＞茎＞叶＞籽实，而动物体内元素浓度分布与组织器官的亲和性有关，如钼聚集于脑组织，锌和铬主要分布于脑垂体中，碘主要在甲状腺中，铁多在红细胞中，氟、铅、锶聚集于骨中，铜大部分累积于肝脏，因此，选择合适的污染诊断器官极为重要。

环境中多种污染物共存的现象十分普遍，其综合生物效应往往不同于任何单一污染物的生物效应，可归结为相加作用、独立作用、协同作用和拮抗作用4种类型。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等的协同作用（杨志强等，1998）。例如，研究表明硒在人和动物体内能与砷、汞、镉等有毒元素结合，降低有毒元素的危害性，保护组织免受有毒物质的损害。无疑，这种复杂的相互作用机制使复合污染评价变得异常困难。

综上所述，地球化学、环境化学、环境生物学、毒理学等学科领域的理论研究和实验分析，取得了不同浓度、不同形态污染物的地球化学行为、生物可利用性、生物毒性及其临界值、生态效应的大量基础理论成果，这是农业地质环境综合评价的重要理论依据。

H. 生物性污染物的物理特性和化学特性是什么

生物性污染物室内空气生物污染是影响室内空气品质的一个重要因素，主要包括细菌、真菌（包括真菌孢子）、花粉、病毒、宠物与人类的毛发、皮屑等。在这些生物污染因子中有一些细菌和病毒是人类呼吸道传染病的病原体，有些真菌（包括真菌孢子）、花粉和生物体有机成分则能够引起人的过敏反应。室内生物污染对人类的健康有着很大危害，能引起各种疾病，如各种呼吸道传染病、哮喘、建筑物综合症等。
迄今为止，已知的能引起呼吸道病毒感染的病毒就有200种之多，感染的发生绝大部分是在室内通过空气传播的，其症状可从隐性感染直到威胁生命。
人们往往认为，现在居住条件改善了，室内环境中没有什么生物污染了，实际不然。由于室内环境的相对封闭、空调的大量使用、室内化学污染的增加和饲养宠物等原因，室内生物污染仍然是室内空气质量的一个组成部分。在目前室内可引起人们的过敏性疾病及呼吸道疾病等健康损害的室内空气生物污染因子主要有以下几种：
细菌、病毒研究表明在家庭和办公区内的空气污染程度远远高于室外。特别是在空调房间里，病菌更容易滋生，病毒及细菌可以通过呼吸、皮肤以及黏膜进入我们的身体内，所以65%到75%的感染和过敏症状几乎都是由以上途径利用人和人相互传染上的。新风通风换气次数不足，没有充足的室外新鲜空气稀释室内污染的空气，从而导致了室内空气进一步恶化。细菌、病毒、霉菌等是引起呼吸道疾病以及室内空调疾病的最直接的原因。一些细菌成为病原体，导致了破伤风、伤寒、肺炎、梅毒、霍乱和肺结核。细菌感染方式包括接触、空气传播、食物、水和带菌微生物。细菌是许多疾病的病原体，包括肺结核、淋病、炭疽病、梅毒、鼠疫、砂眼等疾病都是由细菌所引发。

I. 污染物的形态和生物效应的关系是什么

这问题很纠结，什么关系，不同形态当然会有不同的有效性，而且形态众多不能简简单单的用“关系”形容，没有固定的解释。
例如土壤中重金属的常见形态可以有：水溶态，可交换态，碳酸盐结合态，有机结合态，铁锰结合态和残渣态。
就以对植物的有效性而言：1不同植物对不同重金属耐受性不同
2水溶态是最容易被植物利用的，3可交换态（离子交换态）最活泼，也最容易成为水溶态，例如土壤中很多有机胶体，他们大多带有负电性，所以上面一般都可以结合很多重金属离子，这些离子一些就可以和水中的一些H+，Na+等进行离子交换，被植物利用。
3 碳酸盐结合态和铁锰结合态在pH变化条件下或者土壤电位变化条件下就可能变为水溶态或者被生物吸收利用。
一般来说，生物有效性越差，一些污染物和一些矿物质或其他有机物结合越牢固，越不容易被生物吸收，从而降低毒性，但是这不是绝对的，因为不同形态是可以相互转化的，外力内力都有驱动效应。因此并不是某些污染物含量越高毒性越强，理论上有效性才是决定因素。

J. 土壤污染源的化学形态和有效性

土壤污染是指人类活动所发生的污染物经过各种路径进入土壤，其数量和速度超过了土壤的包容和净化才能，从而使土壤的性质、构成及性状等发生变化，使污染物质的堆集进程逐步占有优势，破坏了土壤的天然生态平衡，并致使土壤的天然功用失调、土壤质量恶化的表象。这里一起来看一下土壤污染主要来源有哪些？有什么危害？防治根本是什么？

一、土壤污染主要来源有哪些？

1、有机污染源头

土壤有机污染物首要是化学农药。当前很多运用的化学农药约有50多种，其间首要包富含机磷农药、有机氯农药、氨基甲酸酶类、苯氧羧酸类、苯酚、胺类。此外，石油、多环芳烃、多氯联苯、甲烷、有害微生物等，也是土壤中常见的有机污染物。当前，我国农药生产量居国际第二位，但商品结构不合理，质量较低，商品中杀虫剂占70％，杀虫剂中有机磷农药占70％，有机磷农药中高毒种类占70％，致使很多农药残留，带来严峻的土壤污染。

2、重金属污染源头

运用富含重金属的废水进行灌溉是重金属进入土壤的一个重要路径。重金属进入土壤的另一条路径是随大气沉降落入土壤。重金属首要有汞、铜、锌、铬、镍、钴等。因为重金属不能被微生物分化，并且可为微生物富集，土壤一旦被重金属污染其天然净化进程和人工管理都是十分艰难的。此外，重金属能够被生物富集，因而对人类有较大的潜在损害。

3、放射性元素污染源头

放射性元素首要来历于大气层核实验的沉降物，以及原子能和平利用进程中所排放的各种废气、废水和废渣。富含放射性元素的物质不可避免地随天然沉降、雨水冲刷和废弃物堆积而污染土壤。土壤一旦被放射性物质污染就难以自行消除，只能天然衰变为安稳元素，而消除其放射性。放射性元素可经过食物链进入人体。

4、病原微生物污染源头

土壤中的病原微生物，首要包含病原菌和病毒等。来历于人畜的粪便及用于灌溉的污水(未经处理的日子污水，特别是医院污水)。人类若直接触摸富含病原微生物的土壤，也许会对健康带来影响；若食用被土壤污染的蔬菜、生果等则直接遭到污染。

二、土壤污染有什么危害？

土壤污染带来了及其严重的后果。

第一，土壤污染使本来就紧张的耕地资源更加短缺。

第二，土壤污染给人民的身体健康带来极大的威胁。

第三，土壤污染给农业发展带来很大的不利影响。

第四，土壤污染也是造成其他环境污染的重要原因。

第五，土壤污染中的污染物具有迁移性和滞留性，有可能继续造成新的土地污染。

第六、土壤污染严重危及后代子孙的利益，不利于农村经济的可持续发展。