有毒物質的遷移和轉化
一、概述
某種物質進入生態(tài)系統后，使環(huán)境正常組成和性質發(fā)生變化，在一定時間內直接或間接地有害于人或生物時，就稱為有毒物質 （toxic substance）或者稱為污染物（pollutant）。有的是自然釋放的，有的是人類活動產生的。有毒物質包括有機的和無機的兩類。無機有毒物質主要指重金屬、氟化物和氰化物等；有機有毒物主要有酚類、有機氯農藥等。
污染物分為：一次污染物和二次污染物。一次污染物（primary pollutant）是由污染源直接排入環(huán)境的，其物理、化學性狀未發(fā)生變化的污染物，又稱原發(fā)性污染物。二次污染物（secondary pollutant）是由一次污染物轉化而成的。排入環(huán)境中的一次污染物在外界因素作用下發(fā)生變化，或與環(huán)境中其他物質發(fā)生反應形成新的物理、化學性狀的污染物，又稱繼發(fā)性污染物。
有毒物質種類繁多，它們進入生態(tài)系統的途徑是多種多樣的。
據估計，人類已將7萬多種化學產品投放市場，其中許多是有毒物質。這些物質進入環(huán)境中經歷著遷移和轉化的過程。遷移（transport）是重要的物理過程，包括分散、混合、稀釋和沉降等；轉化（transformation）主要是通過氧化、還原、分解和組合等作用，會發(fā)生物理的、化學的和生物化學的變化。有的物質毒性可能降低，而另一些則可能變?yōu)閯《疚镔|。不過大部分物質能為環(huán)境吸收或分解，使之變?yōu)闊o害物質，即被環(huán)境所精華（purification）。
二、汞的遷移和轉化
汞、鎘、砷、鉻、銅等重金屬污染已成為人類面臨的嚴重環(huán)境問題之一。日本的水俁病和瑞典野鴨突然滅跡就是汞污染造成的國際驚人事件。因而汞被認為是有毒物質污染環(huán)境的“元兇”。
汞循環(huán)（mercury cycle）是重金屬在生態(tài)系統中循環(huán)的典型代表。地殼中汞經過兩條途徑進入生態(tài)系統。一是通過火山爆發(fā)、巖石風化、巖熔等自然運動；一是經人類活動，如開采、冶煉、農藥噴灑等。
汞在土壤中的行為表現在土壤對汞的固定和釋放作用上。由于土壤對汞有固定作用，起到固定和貯存的作用。所以，土壤是汞的一個巨大的天然儲存庫。
在一定的條件下，土壤中固定態(tài)的汞又可釋放出來，轉變?yōu)橐子诒蛔魑镂盏目山o態(tài)汞。土壤中汞的固定和釋放以及植物吸收汞的過程可概括如下：
固定態(tài)汞?可給態(tài)汞→植物吸收的汞
汞在水域中存在的形態(tài)與水中氧化還原特性密切相關。汞在水體中可能存在的化學價態(tài)有零價的元素汞（Hg0）、一價的汞（Hg+）和二價的汞（Hg2+），主要是元素汞和二價汞。在一般情況下，水體中的汞主要是金屬汞和氯化汞。
水體中的無機汞可隨著水的流動而運動，或沉降于水底并吸附在底泥中。在微生物的作用下，無機汞能轉化為有機汞，主要轉化為一甲基汞和二甲基汞。這就是汞的生物甲基化作用（biological demethylation of mercury）。汞的甲基化作用可在厭氧條件下發(fā)生，也可在有氧條件下發(fā)生。在厭氧條件下，主要轉化為二甲基汞。二甲基汞具有揮發(fā)性，易于逸散到大氣中，進入大氣分解成甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）和汞，其中元素汞又沉降到土壤或水域中。在弱酸性的水環(huán)境中，二甲基汞還可轉化為一甲基汞。在有氧條件下，主要轉化為一甲基汞。一甲基汞是水溶性物質，易于被生物吸收而進入食物鏈。
當汞被排入水中后，部分被浮游植物硅藻等吸收，而硅藻又被輪蟲等浮游動物所取食，浮游動物又被魚捕食。這樣，汞一次又一次地被富集。在頂位魚體內的汞含量可高達50~60mg/kg，比原來水體中的濃度高萬倍以上，比低位魚體內汞含量亦高900多倍，這就是生物放大現象（biomagnification）。
土壤中汞經淋溶作用可以進入水體，水體中的汞也可通過灌溉進入土壤。土壤中汞化合物可被植物吸收后進入食物鏈。金屬汞進入動物體內可以被甲基化。汞進入生物體內經由排泄系統或生物分解，返回到非生物系統中。非生物系統中，有一部分汞進入循環(huán)，有一部分進入沉積層。
汞在整個生態(tài)系統中的主要循環(huán)系統有：大氣→土壤→植物→人畜；廢水→水生植物→水生動物→人畜；水→土壤→植物→人畜。人畜機體中的汞在殘體腐爛、分解后，又重新回到非生物系統。這些主要的循環(huán)途徑彼此不是分隔的，而是彼此相聯，相互影響的。
重金屬的基本化學特性決定了重金屬在環(huán)境中的存在形式。重金屬的基本化學特性主要是形成有機配位體和絡合物，形成有機金屬化合物和參與氧氣還原反應。汞作為一種重金屬元素在環(huán)境中存在的形態(tài)和轉化，是生物地化循環(huán)研究的一個重要課題。
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——摘自科學出版社·蔡曉明編著·《生態(tài)系統生態(tài)學》·第二篇 生態(tài)系統功能·第九章 第四節(jié)
