3.5.2 污染物在生态系统中的迁移转化
一、污染物在环境中的迁移转化
污染物在环境中发生空间位置的移动及其所引起的富集、分散和消失的过程称为污染物的迁移。污染物的迁移往往伴随着形态的转化。污染物不仅可以在生态系统各个要素圈中迁移和转化，还能跨越圈层进行多介质的迁移、转化而形成循环。
污染物在环境中的迁移过程主要有机械迁移、物理-化学迁移和生物迁移三种方式。机械迁移主要指污染物通过大气、水的扩散和搬运作用，以及重力作用的迁移。物理-化学迁移对于无机污染物主要是通过溶解-沉淀、氧化-还原、水解、配位等物化反应来实现；有机污染物则可通过光化学分解和生物化学分解进行迁移。污染物还可以通过生物吸收、代谢、生长、死亡实现生物迁移。污染物在环境中迁移的同时，通过物理的、化学的或生物的作用改变形态或转变成另外一种物质。污染物的迁移转化受到两方面因素的影响：一是污染物自身的物理化学性质，二是外界环境条件。污染物在环境中的迁移转化直接影响污染物对环境的作用。有些污染物进入环境后经过物理、化学和生化作用后逐步分解而失去毒性和污染性，其中有的被生物利用，有的在循环中被逐步降解，如易氧化有机物、酚类和氰化物等。有些污染物在环境中进行物质循环，如某些重金属和类金属等。有些污染物在环境中甚至可能转化为毒性更强的形态，加重其污染，如汞甲基化。有的则通过食物链进行生物富集，对动物和人类产生慢性积累性污染危害，如有机氯化合物、重金属污染物等。
二、污染物的生物吸收
1.植物对污染物的吸收
大多数的环境污染物是经过根系吸收进入植物体的，根系吸收的主要部位是根毛区，吸收方式有主动吸收和被动吸收。植物叶片也具有一定的吸收能力，能够直接吸收大气环境中的气态或液态污染物，或农事活动喷洒到叶片上的农药和除莠剂。叶片吸收主要通过气孔来进行。
从根表面吸收的污染物能横穿根的中柱，被送入导管。进入导管后随蒸腾拉力向地上部分移动。一般认为，穿过根表面的无机离子到达内皮层可能有两种通路：第一条为非共质体通道，即无机离子和水在根内横向迁移，到达内皮层是通过细胞壁和细胞间隙等质外空间；第二条是共质体通道，即通过细胞内原生质流动和通过细胞之间相连接的细胞质通道。
污染物可以从根部向地上部分运输，通过叶片吸收的污染物也可以从地上部分向根部运输。不同的污染物在植物体内的迁移、分布规律存在差异。由于污染物具有易变性，可通过不同的形态和结合方式在植物体内运输和储存。
2.动物对污染物的吸收
空气中的污染物进入动物呼吸道后通过气管进入肺部。其中，直径小于5 nm的粉尘颗粒能穿过肺泡被吞噬细胞所吞食；部分污染物能在肺部长期停留，导致肺部致敏纤维化或致癌；部分污染物运输至支气管时刺激气管壁产生反射性咳嗽而吐出或被咽入消化管。(https://www.daowen.com)
消化管是动物吸收污染物的主要途径，肠道黏膜是吸收污染物的主要部位之一。整个消化管对污染物都有吸收能力，但主要吸收部位是在胃和小肠，一般情况下主要由小肠吸收。
污染物也能够被动物的皮肤所吸收。经皮肤吸收一般有两个阶段：第一阶段是污染物以扩散的方式通过表皮，表皮的角质层是重要的屏障；第二阶段是污染物以扩散的方式通过真皮。
污染物通过动物细胞的方式有两大类：被动转运与特殊转运。被动转运是指生物膜不起主动作用，不消耗细胞的代谢能量。这种转运形式包括简单扩散和滤过两种方式。特殊转运是指污染物与生物膜组成成分形成可逆性复合物进行转运，又可分为载体转运、主动转运、吞噬和胞饮作用。载体转运又称易化扩散，是指非脂溶性或亲水性的污染物与生物膜的载体结合，由生物膜高浓度一侧向低浓度一侧转运。这种转运不能逆浓度梯度，也不消耗细胞代谢能。主动运转是污染物由生物膜低浓度一侧向高浓度一侧转运，并消耗细胞代谢能量的过程，是水溶性大分子化合物的主要转运形式。吞噬作用是指某些固态污染物与细胞膜上某些蛋白质有特殊的亲和力，当其与细胞膜接触后，可改变这部分膜的表面张力，引起细胞膜外包或内凹，将固态物质包围进入细胞。胞饮作用则是指固态污染物被吞噬细胞外液的微滴和胶体物质（如液态蛋白质）包围吞食的过程。吞噬和胞饮通称为内吞作用，其中吞噬作用内吞的是固体，而胞饮作用内吞的是液体。
污染物进入动物体液后或经代谢转化后，通过循环系统、输导组织和其他途径分散到机体各组织细胞。一些进入机体的污染物及其代谢产物可通过排泄向体外转运。
三、污染物的生物积累和生物放大
各种环境污染物一旦进入生态系统，便立即进入食物链，参与物质循环。有些污染物在生物体内易于降解，在生物体内存在的时间不长，因而不易积累。而另一些污染物，如重金属和某些人工合成的难降解的大分子有机化合物进入生物体之后，可与某些内源性物质结合，长期残留在生物体内。随着摄入量增加，其在体内不断积累，使这些物质在体内的浓度超过在环境中的浓度，出现生物富集现象。生态学上常用富集系数来评价生物富集效应。富集系数即生物机体内某种物质的浓度与环境中该物质浓度的比值。如果在同一食物链上，生物富集系数从低位营养级到高位营养级逐级增大，则称为生物放大。
生物富集主要取决于生物本身的特性，特别是生物体内存在的、能与污染物相结合的活性物质的活性强弱和数量多寡。生物体内有很多组分都能和污染物特别是重金属相结合形成稳定的化合物，从而消除或缓解污染物的毒害作用。这些物质包括糖类物质中的葡萄糖和果糖等、蛋白质、游离氨基酸、酯类、核酸等。生物的不同器官对污染物的富集量有很大差异，这是因为各类器官的结构和功能不同，与污染物接触时间的长短、接触面积的大小等也都存在很大差异。
污染物的性质，包括价态、形态、结构形式、相对分子质量、溶解度或溶解性质、稳定性、在溶液中的扩散能力和在生物体内的迁移能力等，也都能影响生物富集。化学稳定性和高脂溶性是生物富集的重要条件。例如，脂溶性有机氯化合物DDT，在水中溶解度很低，仅0.02 mg/L，但能大量溶解在脂类化合物中，其浓度可达1.0×105 mg/kg，比在水中的溶解度大500万倍。因此，这类污染物与生物接触时，能迅速地被吸收，并储存在脂肪中，很难被分解，也不易排出体外。
重金属作为一类特殊的污染物，具有明显不同于其他污染物的特点。首先，重金属在环境中不会被降解，只会发生形态和价态变化，同时，重金属在土壤环境中的迁移能力相对较差，因此，重金属可以在环境中长期存在。其次，有些重金属是生物生长发育所必需的营养元素，如铜、锌、铬等。这些重金属具有很强的生物富集效应，只有在超过一定浓度时，才可以被称为污染物。另有一些重金属不是生物生长发育所必需的元素，如汞、镉、铅等，它们具有与许多矿质营养元素相同或相近的外层电子层结构，能通过扩散和细胞膜渗透而进入生物体内，发生生物积累。这类重金属在环境中只要微量存在，即可产生毒性效应。第三，环境中的某些重金属可在微生物的作用下转化为毒性更强的金属化合物，如汞的甲基化作用。第四，重金属在进入生物体内后，不易被排出，在食物链中的生物放大作用十分明显，在较高营养级的生物体内可成千上万倍地富集起来，然后通过食物链进入人体，在人体的某些器官中蓄积起来造成慢性中毒，影响人体健康。
