汞的生态影响
汞对环境的影响中一个非常重要的因素就是它可以在生物体内累积,并沿着食物链富集。尽管所有形式的汞在一定程度上都可以累积,但是甲基汞被吸收和累积的程度要比其他形式高得多。
无机汞也可以被吸收,但是一般吸收的速度比甲基汞慢,吸收的效率比甲基汞低。
汞进入食物链的确切机制很大程度上仍属未知,可能在不同的生态系统之间有所不同。某些细菌在早期起到重要作用。环境中处理硫酸盐(SO42-)的细菌吸收无机形式的汞,并通过代谢过程将其转变成甲基汞。无机汞到甲基汞的转化很重要,也因为甲基汞的毒性更强,因为生物体需要更长的时间降解甲基汞。这是水生食物链中的第一步。这些含甲基汞细菌可能被食物链中更高的一级吃掉,或者细菌将甲基汞排泄到水中,由浮游生物迅速吸收,浮游生物又被食物链中更高的一级吃掉。因为动物累积甲基汞要比排解掉它快得多,食物链中每高一个等级的动物都会吸收更高浓度的甲基汞。这样,环境中低浓度的甲基汞可以很容易在鱼(如梭子鱼、鲈鱼)、以鱼为食的野生动物(如水獭)以及人的体内富集至潜在有害浓度。即使在离点来源很远的地方大气沉积速度很缓慢,汞的生物放大作用也会在这些水生食物链中的顶级消费者体内造成毒性效应”。
非食肉性的小型鱼类中的汞浓度最低,但沿着食物链向上可以增加许多倍。水生食物网的等级比陆生食物网多(陆生食物网中,食肉性野生动物很少相互为食),因此水生食物网的生物放大作用可典型性地达到更高的值。除了食物中的浓度,其他因素也会影响汞的生物放大作用。其中最重要的就是汞甲基化细菌(如,硫酸盐还原菌)甲基化和去甲基化的速度。结合所有这些因素,对于由水生生物生产、并累积、滞留的甲基汞,甲基化的净速度对甲基汞的量有强烈影响。水生环境中的一些参数影响汞的甲基化,从而影响其生物放大作用。虽然关于汞的生物富集和生物放大作用一般了解很多,但是这个过程非常复杂,涉及到复杂的生物地球化学循环和生态相互作用。因此,尽管可以观察到累积/放大作用,但是鱼类中汞的生物放大作用的程度还是很难在不同的点进行预测。
水生食物网的顶级为食鱼物种,如人类、海鸟、海豹及水獭。大型的野生动物种类(如鹰、海豹)捕食同为捕食者的鱼类,如鳟鱼和鲑鱼,而小型的食鱼野生动物(如翠鸟)则倾向于捕食较小的饵料鱼,一项研究已经发现这些饵料鱼体内组织中汞的水平更高。
甲基汞的生物放大作用对动物和人类都有最重大的影响。鱼类似乎与甲基汞绑定,肉食性鱼类体内累积的汞几乎100%都是甲基汞。鱼类组织中的甲基汞多数都与蛋白质的巯基共价结合。这种结合使得降解的半衰期(约2年)很长。因此,甲基汞(相对于无机汞)从一个营养级到下一个更高的营养级有选择性的富集作用。甲基汞很快在鱼类所有物种和食鱼动物中发现。来源似乎是被淡水及海洋水体沉积物中的微生物的生物甲基化的无机汞。与其它汞化合物相反,甲基汞在鱼体内的降解非常缓慢。假设环境浓度稳定,由于甲基汞降解缓慢、加上鱼类长到更大尺寸时(即鱼类食用量增加并且捕食种类更多)因营养级地位改变使得吸收量增加,给定的鱼类个体内汞浓度趋向于随着年龄增长而增大。因此,较年长的鱼组织中的汞浓度比同类物种较年幼的鱼要高得多。每年仅有1 克(87 支4 英尺荧光灯的汞含量,一只水银温度计的典型汞含量)空气传播的汞沉积到一个25 英亩的湖泊,即可以将其中的鱼污染至食用不安全水平。
历史上, 使用有机汞化合物进行农业拌种已造成食种子动物的汞暴露,尤其是鸟类和啮齿类动物。继续使用汞包被种子的地方,预计会对陆生环境产生一定影响。在鸟类中,即使汞在蛋中的浓度低到0.05 到2.0mg/kg(净重),也会对繁殖产生不良影响。
最新的证据显示,在欧洲大部分地区——可能还有世界上其他具有相似土质的许多地方,汞是使土壤陆生食物链中极为重要的微生物活性下降的原因。防止有机土壤中汞造成的生态效应的初步临界极限定为土壤总汞含量0.07-0.3mg/kg。
一旦存在于大气中,汞就能传遍全球,通过江水或直接沉降于湖泊和溪流中。在全球范围内,由于汞的长程传输,北极地区最近很受关注。在世界上许多国家特定的生态系统和人类居住区、尤其以吃鱼为主的地方发现了相同的食物网特性——及相似的对汞污染食物来源的依赖。
极少量的汞就可以造成严重的损害。1克汞就足以污染20英亩湖泊中的所有鱼。1只典型的水银温度计约含0.7克汞(700毫克),但是较大的温度计含汞量高达3克。短期和长期的汞暴露都可在人类和野生动物中造成严重的健康问题。
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