环境污染物的迁移

污染物进入环境的方式有多种，但从人类活动的意向来看，可归结为以下3条途径:①废物排放，如工业三废(废气、废水和废渣)的排放。②人类活动过程中故意的应用，如农药的使用。③人类活动过程中无意的释放，如化学物质储藏地遭遇洪灾而泄漏。污染物进入环境后，会发生空间位置的移动及其存在形式或存在形态的变化，如何移动和变化主要取决于污染物自身的理化性质和环境条件。污染物在环境中的行为一般可能经历3类具体过程，即迁移、转化和矿化(或降解)。

(一)污染物在环境中的迁移

污染物的迁移是指污染物在环境中发生空间位置的移动及其引起的富集、分散和消失过程。污染物可以在不同介质中发生迁移，迁移强度和速度受多种因素影响，如污染物自身的理化特性以及环境的温度、酸碱条件、氧化还原电位、吸附剂种类和数量、配合配位体的数量和性质等。由于污染物的迁移作用，使得污染物可以远距离传送，从而由局部性污染引起区域性污染，甚至造成全球性污染。迁移的结果还导致局部环境中污染物的种类、数量和综合毒性强度发生变化。

污染物在环境中主要有3种迁移方式。

(1)机械性迁移。根据污染物在环境中发生机械性迁移的作用力，可以将其分为气的机械性迁移、水的机械性迁移和重力的机械性迁移。气的机械性迁移作用包括污染物在大气中的自由扩散作用和被气流搬运的作用等，主要受气象条件、地形地貌、排放浓度和排放高度等因素的影响。水的机械性迁移作用包括污染物在水中的自由扩散作用和被水流搬运的作用等。重力的机械性迁移作用主要包括悬浮污染物的沉降作用和人为搬运作用等。

(2)物理化学迁移。对于无机污染物而言，物理化学迁移指污染物以简单的离子、配离子或可溶性分子的形式与环境中其他物质通过一系列物理化学作用来实现的迁移，如溶解-沉淀作用、氧化-还原作用、水解作用、配合和螯合作用、吸附-解吸附作用等;对于有机污染物而言，除了上述几种作用外，还有化学分解、光化学分解、生物化学分解等。物理化学迁移的结果决定了污染物在环境中的存在形式、富集状况和潜在的生态危害程度。

风化淋溶作用指环境中的水在重力作用下运动时通过水解作用使岩石、矿物中的化学元素溶入水中的过程，其结果是产生游离态的元素离子。

酸碱作用常用于指示环境p H值的变化过程。当环境p H值较低时，促进大多数污染物形成易溶性化学物质，如酸雨加速岩石与矿物的风化和淋溶，促进土壤中铝的活化;当环境p H值偏高时，有利于污染物沉淀而在沉积物中富集。

吸附作用指固体或液体表面对污染物的一种吸着作用。重金属和有机污染物常被吸附在胶体或颗粒物表面而随之迁移。

氧化还原作用指污染物在环境中由于电子传递而发生的物质变化过程。当环境中游离氧占优势时，有机污染物可被逐步氧化，最后彻底分解为二氧化碳和水;而在厌氧环境下则形成一系列还原产物，如硫化氢、甲烷、氢气等。某些元素，如铬、钒、硫、硒等，在氧化条件下形成易溶性化合物铬酸盐、钒酸盐、硫酸盐、硒酸盐等，这些化合物具有较强迁移能力;而在还原环境中，这些元素因变成难溶的化合物不能迁移而稳定在环境中。

(3)生物迁移。指污染物通过生物的吸收、转移、排泄和通过食物链的传递，以及生物的代谢降解过程而发生的迁移。如污染物经生物体内的生物化学作用而发生形态变化，产生代谢物或分解成简单的无机物、二氧化碳和水。不同种类生物对污染物的迁移能力和迁移方式不同。如有些生物对环境中污染物具有选择吸收和积累的能力，有些生物对污染物具有降解能力。

(二)污染物在环境中的转化

污染物的转化指污染物在环境中通过物理、化学或生物的作用由一种存在形态转变成另一种存在形态，或者转变成另一种物质的过程。不同形态的污染物在环境中有不同的化学行为，并表现出不同的污染生态效应。从污染物转化的形式看，可分为物理转化、化学转化和生物转化。污染物在转化过程中，通过改变其存在形态或者其分子结构，从而改变污染物原有的化学性质、毒性和生态效应。

污染物的物理转化可通过蒸发、渗透、凝聚、吸附以及放射性元素的蜕变等一种或几种过程来实现。

污染物的化学转化指污染物通过氧化还原反应、水解反应、络合反应、光化学反应等发生分解与转化的过程。在大气中，污染物的化学转化以光化学氧化和催化反应为主。在水环境中，化学转化主要以水解、络合和氧化还原反应为主。水解反应是有机污染物在水环境中最重要的一种反应，但某些有机官能团(如烷烃、多环芳烃等)则难以水解。有害污染物与水体中的无机和有机配位体或螯合剂发生配合反应而改变存在形态。在一定的氧化还原条件下，水环境中的重金属通过电子转移而出现价态变化。在土壤中，农药的水解由于土壤颗粒的吸附催化作用而加强，甚至有时比在水中还快。金属离子在土壤中也经常在其价态上发生一系列的改变。

污染物的生物转化和生物降解作用指污染物通过微生物的参与或在生物相应酶系统的催化作用下所发生的变化过程。污染物在环境中的转化结果，一方面可使污染物对生物的毒性降低，甚至转化为无毒物质或形成易降解的分子结构;另一方面可以增加污染物的生物可利用性，使污染物的生物毒性增强，或形成难降解的分子结构。微生物对环境中有机污染物的生物降解起着关键性的作用。无论是简单的有机物(如单糖类等)还是复杂的有机物(如纤维素、木质素等)，也无论是天然的有机物(如石油等)还是人工新合成的化工产品(如农药等)，均可在不同条件下被不同微生物所利用、降解以及彻底分解成最简单的无机物。微生物也参与矿物质的转化，如某些微生物能将无机汞转化成甲基汞，另一些微生物则能使有机汞还原为无机汞;有些微生物能将无机砷(As)转化成甲基砷，另一些微生物则能使甲基砷还原为无机砷;而有些微生物能将As(Ⅲ)氧化成毒性较弱的As(Ⅴ)，另一些微生物又能将As(Ⅴ)还原成毒性较强的As(Ⅲ)。

(三)污染物在生物体内的富集

污染物在环境中生物体内的富集指污染物在生物个体内或者经生物的取食和被食关系沿食物链从低营养级传递到高营养级生物体内的过程。按照污染物在生物体内累积的不同，分为生物浓缩、生物累积和生物放大。

生物浓缩指生物机体或食物链上处于同一营养级的生物种群，从环境中蓄积某种污染物，出现生物体中浓度超过环境中浓度的现象，又称生物学富集。生物浓缩程度可用生物浓缩系数或富集因子(bioconcentration factor，BCF)表示:

生物累积是指生物个体在生长发育的不同阶段通过吸收、吸附、吞食等各种过程，从环境中蓄积某种污染物，从而随着生长发育，浓缩系数不断增大的现象，又称生物学积累。生物累积程度用生物累积系数(bioaccumulation factor，BAF)表示:

生物累积污染物水平取决于生物对污染物的摄取和消除速度之比，当摄取速度大于消除速度时，则发生生物累积。

生物放大是指在生态系统中，污染物在生物体内随着食物链上营养级的升高而逐步增加的现象。生物放大的程度用生物放大系数(biomagnification factor，BMF)表示:

生物放大的结果使食物链上高营养级生物机体中污染物的浓度显著地超过环境浓度。

影响污染物在生物体内富集的因素很多，主要有生物物种的特性、污染物的性质、污染物的浓度，及污染物对生物的作用时间、环境特点等。不同种类的生物、处在不同发育期的生物和生物的不同器官对污染物的富集规律不同。例如，鲢鱼的不同器官对重金属铅的富集量从大到小的顺序为:鳃＞鳞＞内脏＞骨骼＞头＞肌肉;水稻各器官对铅的富集量也存在很大差异，富集能力由大到小依次为:根＞叶＞茎＞谷壳＞米;水稻的根在不同生长期对铅的富集量也有很大差异，依次为:拔节期＞分蘖期＞苗期＞抽穗期＞结实期;叶片和茎也以拔节期对铅的富集量最高，而谷壳和糙米则以结实期对铅的富集量最高。

以美国长岛河口区内DDT对生物群落的污染为例。该地区大气中DDT的含量为3× 10－6mg/m3，其溶于水中的量微乎其微。在水环境中，DDT沿着食物链营养级在生物体内逐级富集，在生物体内的DDT含量逐渐增加(表7-1)。

表7-1 美国长岛河口区内DDT在生物群落中沿着食物链的生物富集作用(据孟紫强，2003，修改)