1、生態(tài)系統(tǒng)的有毒有害物質(zhì)循環(huán)地球環(huán)境主要由大氣圈、水圈、土壤圈、巖石圈和生物圈構(gòu)成。大氣圈、水圈、土壤圈和生物圈共同組成了地球環(huán)境系統(tǒng)，每個(gè)圈層都離不開太陽所提供的能量，這幾個(gè)圈層密切聯(lián)系，相互作用，不停的進(jìn)行著物質(zhì)、能量交換，維持著動(dòng)態(tài)的自然平衡，使地球及其生物得以生存、繁衍和發(fā)展。生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)是指無機(jī)化合物和單質(zhì)通過生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)運(yùn)動(dòng)。生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)可以用庫和流通兩個(gè)概念來加以概括。1其中，庫是由存在于生態(tài)系統(tǒng)某些生物或非生物成分中的一定數(shù)量的某種化合物所構(gòu)成的。對(duì)于某一種元素而言，存在一個(gè)或多個(gè)主要的蓄庫。在庫里，該元素的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常結(jié)合在生命系統(tǒng)中的數(shù)量，并且通常只能緩慢

2、地將該元素從蓄庫中放出。物質(zhì)在生態(tài)系統(tǒng)中的循環(huán)實(shí)際上是在庫與庫之間彼此流通的。在單位時(shí)間或單位體積的轉(zhuǎn)移量就稱為流通量。生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)分為三種類型。第一個(gè)是水循環(huán)。在生態(tài)系統(tǒng)中，水是以液態(tài)、固態(tài)、氣態(tài)這3種形式存在的。海洋、湖泊表面的水不斷蒸發(fā)，變成水蒸氣。水蒸氣在空氣中遇冷凝結(jié)又成為降雨。這些降雨一部分直接又落回江河湖海，而另一部分則落到陸地。落到陸地的這部分降雨，一些被植物吸收，另一些則滲入地下，成為地下水，地下水最終又緩慢流入海洋。而植物吸收土壤中的水分后，又通過蒸騰作用，將水分子送回大氣中。動(dòng)物則直接飲用河流、湖泊中的水，并從食物(植物或動(dòng)物)中取得一部分水，最后通過分泌、排泄等活動(dòng)

3、把水分還回給環(huán)境。這就是生態(tài)系統(tǒng)中水循環(huán)的大致過程。第二個(gè)是氣體型循環(huán)。氣體型循環(huán)主要有碳元素的循環(huán)、氮元素的循環(huán)和氧元素的循環(huán)。這里，我們主要介紹一下碳元素的循環(huán)。呼吸的重點(diǎn)是吸入氧氣而呼出二氧化碳?xì)怏w，而植物除了呼吸以外，還可以進(jìn)行光合作用，“吸入”二氧化碳?xì)怏w，而“呼出”氧氣。空氣中的二氧化碳被植物“吸入”后變?yōu)樘穷悾蟛糠钟糜谥参锷L(zhǎng)，而少部分通過細(xì)胞呼吸被送還給大氣。動(dòng)物們則是通過食物鏈攝食碳元素，其中也有一小部分用于呼吸，大部分用于自身的生長(zhǎng)。最后那些沒有被捕食的動(dòng)植物死掉后，尸體被分解者(如真菌)分解，將當(dāng)初用于自身生長(zhǎng)的碳元素也全部以二氧化碳的形式放還給大氣。以上就是碳循環(huán)的主

4、要途徑。第三個(gè)是沉積型循環(huán)。磷循環(huán)、硫循環(huán)，及鈣、鉀、鈉、鎂的循環(huán)都為沉積型循環(huán)。下面以磷循環(huán)為例，介紹一下沉積型循環(huán)。沉積巖中的磷酸鹽因風(fēng)化、侵蝕等作用而溶于水中，進(jìn)入土壤或海洋。植物可以從土壤中直接吸收磷酸根離子，用于合成自身的一些物質(zhì)，然后再通過食物鏈將磷傳遞給植食動(dòng)物、肉食動(dòng)物，最后這些動(dòng)物的尸體被分解者分解，磷又重新回到環(huán)境中，“等待”再次被植物吸收。以上是磷在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的情況。以上我們提到，巖石風(fēng)化后，一部分磷酸鹽進(jìn)入土壤，而另一部分磷酸鹽則進(jìn)入海洋。進(jìn)入海洋生態(tài)系統(tǒng)的磷酸鹽也相繼被浮游植物、浮游動(dòng)物等吸收。但這些動(dòng)植物死后，尸體沉入海底，只有小部分可被分解繼而“等待”植物的再

5、次吸收，而大部分尸體還未來得及被分解就被淤泥與海沙所覆蓋，最終在海底長(zhǎng)期積存下來，于是這部分磷就暫時(shí)脫離了循環(huán)，磷循環(huán)也因而被稱為不完全循環(huán)。直至下次海平面的變遷，這部分磷才能“重見天日”。生態(tài)系統(tǒng)的能量流動(dòng)推動(dòng)著各種物質(zhì)在生態(tài)群落和無機(jī)壞境中循環(huán)。這里面的物質(zhì)包括組成生物體內(nèi)的重要基礎(chǔ)元素：碳、氮、硫、磷，以及以DDT為代表的能長(zhǎng)期存在的有毒有害物質(zhì)循環(huán)。其循環(huán)是整個(gè)地球環(huán)境的循環(huán)，因?yàn)槲镔|(zhì)循環(huán)具有全球性，發(fā)生在各個(gè)圈層。在南極上方發(fā)現(xiàn)的臭氧層空洞便可證明。有毒有害物質(zhì)具體指的是：因生產(chǎn)的需要需在生產(chǎn)過程中，或清潔、消毒、設(shè)施運(yùn)作、害蟲防治、化驗(yàn)過程中需使用到的清潔劑、消毒劑、殺蟲劑、機(jī)器潤(rùn)

6、滑油、化學(xué)試劑等化學(xué)品物質(zhì)，這里面有重金屬物質(zhì)，放射性元素物質(zhì)，以及各種PTS、POPs等。這些物質(zhì)特點(diǎn)是，對(duì)于生物體危害較大，能夠在環(huán)境中持久地存在，難以被分解，容易富集在生物體內(nèi)。研究生態(tài)系統(tǒng)的有毒有害物質(zhì)循環(huán)對(duì)于人類健康以及全生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境都有著非常重要的意義。那么這些有毒有害物質(zhì)是如何在環(huán)境中遷移的呢？一、污染物在大氣中的遷移。1風(fēng)力擴(kuò)散：由外摩擦力介入而產(chǎn)生的風(fēng)因流經(jīng)起伏不平的地形而具有湍流性質(zhì)，使得由風(fēng)力攜帶的污染物在較小范圍內(nèi)向各個(gè)方向擴(kuò)散。風(fēng)力越大，污染物沿下風(fēng)向擴(kuò)散的越快。2氣流擴(kuò)散：穩(wěn)定大氣不產(chǎn)生氣流，而大氣穩(wěn)定度越差，氣流越劇烈，污染物在縱向的擴(kuò)散越快。3干沉降：大氣污染物

7、通過重力沉降或被地面建筑物、樹木等阻留從而沉積在地面的過程，或者進(jìn)入人或其他動(dòng)物呼吸道（器官）并積留的過程。4濕沉降：大氣中所含污染物氣體或微粒物質(zhì)隨降水過程（雨水、雪等）降落并積留在地表的過程。2一旦這些物質(zhì)在大氣中擴(kuò)散遷移，大氣污染便由此產(chǎn)生。大氣是自然環(huán)境四大組成要素之一，也是一切生命體維持其生存所必需的物質(zhì)之一。大氣及其質(zhì)量?jī)?yōu)劣，對(duì)生物和人群的健康有著直接的影響。大氣污染是指大氣中一些物質(zhì)的含量超過其正常本底值且持續(xù)的時(shí)間足都對(duì)人體、生物及材料產(chǎn)生不利的影響和危害，這是的大氣狀況就稱之為大氣污染。大氣的天然污染源主要有：火山噴發(fā)、森林火災(zāi)、自然風(fēng)塵、沼澤釋放溫室氣體、海洋飛沫。大氣的人

8、為污染源可分為四類：工業(yè)企業(yè)排放源、家庭爐灶與取暖設(shè)備排放源、交通運(yùn)輸污染源、農(nóng)業(yè)污染源。進(jìn)入到大氣的污染物會(huì)轉(zhuǎn)化成二次污染物。二次污染物是指污染物在大氣中相互作用或與大氣中正常組分發(fā)生反應(yīng)，或者在太陽輻射參與下所進(jìn)行的光化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生與一次污染物的理化性質(zhì)化學(xué)組分完全不同的新的大氣污染物，二次污染物顆粒小，其毒性比一次污染物還強(qiáng)。污染物的轉(zhuǎn)化是指污染物在環(huán)境中通過物理、化學(xué)或生物的作用改變其存在形態(tài)或轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌镔|(zhì)的過程。廣義上講，污染物的轉(zhuǎn)化可分為物理轉(zhuǎn)化、化學(xué)轉(zhuǎn)化和生物化學(xué)轉(zhuǎn)化。1物理轉(zhuǎn)化：包括污染物的相變、凝聚及放射性元素的蛻變等。2化學(xué)轉(zhuǎn)化：主要包括光化學(xué)轉(zhuǎn)化、氧化-還原和絡(luò)合水解等

9、作用，通過化學(xué)轉(zhuǎn)化，往往發(fā)生了原有化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的生成。3生物化學(xué)轉(zhuǎn)化：是污染物通過生物的吸收和代謝作用而發(fā)生的變化，主要是指生物降解。污染物的轉(zhuǎn)化與遷移不同，后者只是空間位置的相對(duì)移動(dòng)。不過，環(huán)境污染物的遷移和轉(zhuǎn)化往往是伴隨進(jìn)行的，例如酸沉降，既涉及酸性氣體（如SO2和NO2）的氧化反應(yīng)，又涉及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的遷移過程。2二、污染物在水中的遷移1水流推移作用: 污染物在水流作用下發(fā)生的遷移運(yùn)動(dòng)。 2分散作用：包括： 分子擴(kuò)散：由污染物分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)引起的。湍流擴(kuò)散：湍流流場(chǎng)中，污染物質(zhì)點(diǎn)之間及污染物質(zhì)點(diǎn)與水分子之間由于各自的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而發(fā)生相互碰撞、混合。彌散：是由于水體橫斷面上的實(shí)際流

10、速分布不均勻引起的。3重力沉降：吸附于水體顆粒物上的污染物可以發(fā)生物理性重力沉降或膠體顆粒沉降。4吸附和分配：天然水體是一個(gè)巨大的分散體系，其中的分散物質(zhì)包括各種溶解態(tài)的離子和分子、膠體粒子、懸浮粒子以及較大的粗粒子等。這些粒子可以吸附水中的各種污染物質(zhì)，明顯影響著污染物在水體中的狀態(tài)和遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。5揮發(fā)：水體中污染物向大氣遷移的重要過程，是在水-空氣界面進(jìn)行的物理遷移過程。2污染物投入水體后，使水環(huán)境受到污染。污水排入水體后，一方面對(duì)水體產(chǎn)生污染，另一方面水體本身有一定的凈化污水的能力，即經(jīng)過水體的物理、化學(xué)與生物的作用，使污水中污染物的濃度得以降低，經(jīng)過一段時(shí)間后，水體往往能恢復(fù)到受污染

11、前的狀態(tài)，并在微生物的作用下進(jìn)行分解，從而使水體由不潔恢復(fù)為清潔，這一過程稱為水體的自凈過程。通過水體自凈過程，在一定時(shí)間內(nèi)和一定條件下，正常水體中的生物群落和其他組成表現(xiàn)為相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，即使其中某些成分發(fā)生變化，也可以通過一段時(shí)間來調(diào)整恢復(fù)到原來的狀態(tài)，保證了水體的正常生物循環(huán)。微生物分解這其實(shí)也算是污染物在生物體內(nèi)的遷移和轉(zhuǎn)化了。在污水處理方面，微生物處理法一直是主流方法，俗稱活性污泥法。活性污泥是微生物群體及它們所依附的有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)的總稱，1912年由英國的克拉克和蓋奇發(fā)現(xiàn)，活性污泥可分為好氧活性污泥和厭氧活性污泥。通過微生物生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用以達(dá)到處理污水的目

12、的。 溶解氧是水體自凈中主要的生態(tài)元素之一。因?yàn)槲⑸镌谔幚砦廴疚飼r(shí)需要消耗氧氣，并且水體中其他動(dòng)物如魚類的生存也需要充足的氧氣。一旦溶解氧不足，就會(huì)造成魚類死亡，而尸體的堆積則會(huì)滋生大量厭氧菌使尸體腐爛破壞水體生態(tài)平衡。 水體富營(yíng)養(yǎng)化也是嚴(yán)重破壞水體生態(tài)平衡的一類污染。它主要是由于大量的氮、磷、鉀等元素排入到流速緩慢、更新周期長(zhǎng)的地表水體，使藻類等水生生物大量地生長(zhǎng)繁殖，使有機(jī)物產(chǎn)生的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過消耗速度，水體中有機(jī)物積蓄。 水體富營(yíng)養(yǎng)化的原因主要是工業(yè)廢水排放不達(dá)標(biāo)而排進(jìn)水體以及農(nóng)業(yè)過度使用化肥導(dǎo)致化肥流入水體造成水體富營(yíng)養(yǎng)化。生活污水和化肥、食品等工業(yè)的廢水以及農(nóng)田排水都含有大量的氮、磷

13、及其他無機(jī)鹽類。天然水體接納這些廢水后，水中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)增多，促使自養(yǎng)型生物旺盛生長(zhǎng)，特別是藍(lán)藻和紅藻的個(gè)體數(shù)量迅速增加，而其他藻類的種類則逐漸減少。水體中的藻類本來以硅藻和綠藻為主，藍(lán)藻的大量出現(xiàn)是富營(yíng)養(yǎng)化的征兆，隨著富營(yíng)養(yǎng)化的發(fā)展，最后變?yōu)橐运{(lán)藻為主。藻類繁殖迅速，生長(zhǎng)周期短。藻類及其他浮游生物死亡后被需氧微生物分解，不斷消耗水中的溶解氧，或被厭氧微生物分解，不斷產(chǎn)生硫化氫等氣體，從兩個(gè)方面使水質(zhì)惡化，造成魚類和其他水生生物大量死亡。藻類及其他浮游生物殘?bào)w在腐爛過程中，又把大量的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放入水中，供新的一代藻類等生物利用。因此，富營(yíng)養(yǎng)化了的水體，即使切斷外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來源，水體也很難

14、自凈和恢復(fù)到正常狀態(tài)。富營(yíng)養(yǎng)化會(huì)影響水體的水質(zhì)，會(huì)造成水的透明度降低，使得陽光難以穿透水層，從而影響水中植物的光合作用，可能造成溶解氧的過飽和狀態(tài)。溶解氧的過飽和以及水中溶解氧少，都對(duì)水生動(dòng)物有害，造成魚類大量死亡。同時(shí)，因?yàn)樗w富營(yíng)養(yǎng)化，水體表面生長(zhǎng)著以藍(lán)藻、綠藻為優(yōu)勢(shì)種的大量水藻，形成一層“綠色浮渣”，致使底層堆積的有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件分解產(chǎn)生的有害氣體和一些浮游生物產(chǎn)生的生物毒素也會(huì)傷害魚類。因富營(yíng)養(yǎng)化水中含有硝酸鹽和亞硝酸鹽，人畜長(zhǎng)期飲用這些物質(zhì)含量超過一定標(biāo)準(zhǔn)的水，也會(huì)中毒致病。對(duì)于河湖水體富營(yíng)養(yǎng)化治理，各個(gè)國家和地區(qū)采用不同的物理、化學(xué)、生物方法對(duì)其進(jìn)行預(yù)防、控制和修復(fù)，并且取得了一

15、定的成效。現(xiàn)在主要的物理處理方法有底泥疏浚、引水沖洗、機(jī)械曝氣等，一方面工程量巨大、運(yùn)行成本高，另一方面對(duì)污染嚴(yán)重的河湖進(jìn)行底泥疏浚，易導(dǎo)致底層的沉積物發(fā)生懸浮和擴(kuò)散，促進(jìn)了沉積物中的氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽及其所吸附的金屬離子的釋放，從而使水體環(huán)境面臨受沉積物中釋放的重金屬離子及氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽二次污染的風(fēng)險(xiǎn)；化學(xué)方法有投加混凝劑和除藻劑等，雖然能在短期內(nèi)取得一定效果，但也存在著治理不徹底、成本高的問題，特別是會(huì)產(chǎn)生二次污染，引發(fā)新的生態(tài)問題；現(xiàn)流行的生物和生態(tài)修復(fù)，通過微生物降解和水生植物的吸收、轉(zhuǎn)移或生態(tài)浮床、濾床的過濾、吸附等措施來消減水體中的氨氮。此類方法雖避免了二次污染問題，但受自然環(huán)境影響大，要

16、求條件苛刻，同時(shí)相對(duì)于其它處理技術(shù)而言，更有周期長(zhǎng)、見效慢的缺點(diǎn)。3 三、污染物在土壤中的遷移1揮發(fā)2分配3淋溶滲濾：是指土壤物質(zhì)隨水流由上部土層向下某一部位或側(cè)向移動(dòng)的過程，亦稱淋溶作用，這是土壤中比較普遍存在的過程。4植物吸收5土壤擴(kuò)散土壤是由固體、液體和氣體三相共同組成的多相體系。固相指土壤礦物質(zhì)(原生礦物和次生礦物質(zhì))和土壤有機(jī)質(zhì)，兩者占土壤總量的9095%。液相指土壤水分及其可溶物，兩者合稱為土壤溶液。氣相指土壤空氣。土壤中還有數(shù)量眾多的細(xì)菌和微生物，一般作為土壤有機(jī)物而視為土壤固相物質(zhì)。土壤礦物是土壤的主要組成物質(zhì)，占土壤固體總量的90以上。它源于巖石的風(fēng)化作用，在大小和組成上復(fù)雜

17、多變。土壤礦物按成因可分為原生礦物和次生礦物。土壤有機(jī)質(zhì)概指土壤中動(dòng)植物殘?bào)w、微生物體及其分解和合成的物質(zhì)，是土壤的固相組成部分。約占土壤固體總重量的110，土壤水分是土壤的重要組成部分，主要來自大氣降水、灌溉水和地下水。這些水充當(dāng)了土壤中所發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)的介質(zhì)，對(duì)于巖石風(fēng)化、土壤形成、植物生長(zhǎng)有著決定性的意義。土壤空氣也是土壤的重要組分之一。土壤空氣來源大氣，它存在于未被水分占據(jù)的孔隙中，它對(duì)土壤微生物活動(dòng)、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化以及植物的生長(zhǎng)發(fā)育都有重大的作用。總體來看，土壤空氣和大氣的主要成分都是氮?dú)狻⒀鯕夂投趸肌Ｍ寥乐猩钪粋€(gè)生物群體，它們不但積極參與巖石的風(fēng)化作用，并且是成土作用的主

18、要因素。土壤生物是土壤的重要組成成分。土壤動(dòng)植物殘?bào)w及土壤腐殖質(zhì)在微生物作用下可分解成簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物，直至最終被徹底分解成無機(jī)化合物，如CO2、CO、H2O、NO2、NH3、N2、H2S、CH4等。土壤污染物主要是一些重金屬和農(nóng)藥，還有土壤酸化。土壤中重金屬的形態(tài)分級(jí)：交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)。重金屬污染土壤的凈化：生物修復(fù)途徑是可行的 生物修復(fù)實(shí)例：利用蚯蚓處理具有良好的除去重金屬的效果。經(jīng)蚯蚓的作用使基質(zhì)中重金屬濃度明顯下降，而且隨著蚯蚓的繁殖，其凈化量越大。也僅僅是轉(zhuǎn)化而已（變成生物體，即生物的富集作用）。現(xiàn)在國際上研究報(bào)道較多的有植物超量吸收（例如印

19、度芥菜具有較強(qiáng)的吸收鎘的能力）。此外報(bào)道的有對(duì)鋅、鋁等重金屬的超量吸收。降解是土壤中農(nóng)藥凈化的主要途徑，是以土壤微生物與酶為主對(duì)農(nóng)藥的分解作用。該過程受含水量的影響，含水量增加，農(nóng)藥在土壤中的分解能加速。根據(jù)分解作用的性質(zhì)，農(nóng)藥在土壤中的降解過程主要包括：脫氯作用、脫烷基作用、氧化還原作用和水解作用。 導(dǎo)致土壤酸化的因素一個(gè)是酸雨的淋洗（由于雨水淋洗土壤鹽基的作用，土壤總是或多或少呈鹽基不飽和狀態(tài)）另一個(gè)是酸性污水或不合理施肥（施肥量大，特別是酸性肥料或偏施氮肥）。控制對(duì)策：源頭控制（產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、清潔生產(chǎn)）；有機(jī)農(nóng)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)實(shí)施；肥料工藝（包膜肥料）。四 生物相中污染物的遷移：1吸收、分布、排泄和生物轉(zhuǎn)化。2生物積累：生物通過吸附、吸收和吞食作用，從周圍環(huán)境中攝入污染物并滯留體內(nèi)，當(dāng)攝入量超過消除量，污染物在體內(nèi)的濃度會(huì)高于水體濃度。包括生物富集和生物放大。3植物提取、植物轉(zhuǎn)運(yùn)、植物固定、植物揮發(fā)以及根際效應(yīng)。大多數(shù)污染物都能通過生物積累匯聚在生物體內(nèi)，一定的積累量后會(huì)造成生物體功能的損害，威脅生物健康。有人研究牡蠣在50微克/升的氯化汞溶液中對(duì)汞的積累，觀察到第7天,牡蠣（按鮮重每公斤計(jì)）體內(nèi)汞的含量達(dá)25毫克,濃縮系