科技名詞定義
中文名稱：生物放大英文名稱：biomagnification;biologicalmagnification
其他名稱：生物濃縮(biologicalconcentration)
定義1：生物有機體內污染物質的濃度隨食物鏈的延長和營養等級的增加而增加的現象。
所屬學科：海洋科技（一級學科）；海洋科學（二級學科）；環境海洋學（三級學科）
定義2：有毒化學物質(如農藥)通過食物鏈在不同營養級動物(包括昆蟲)間逐級大幅度積累、濃縮的情況。
所屬學科：昆蟲學（一級學科）；昆蟲生態學（二級學科）
定義3：在生態系統的同一食物鏈上，由於高營養級生物以低營養級生物為食物，某種元素或難分解化合物在機體中的濃度隨著營養級的提高而逐步增大的現象。
所屬學科：生態學（一級學科）；污染生態學（二級學科）
定義4：在水生生態系的同一食物鏈上，由於高營養級生物以低營養級生物為食物，某些化學物質在生物體內的濃度隨著營養級的提高而逐步增大的現象。
定義5：生物體內某些物質、元素或難分解的化合物的濃度隨著食物鏈的延長和營養等級的增加而增加的現象。
所屬學科：資源科技（一級學科）；資源生態學（二級學科）
概述
生物放大生物放大是指在同一個食物鏈上，高位營養級生物體內來自環境的某些元素或難以分解的化合物的濃度，高於低位營養級生物的現象。生物放大一詞是專指具有食物鏈關係的生物說的，如果生物之間不存在食物鏈關係，則用生物濃縮或生物積累來解釋。直至20世紀70年代初期，不少科學家在研究農藥和重金屬的濃度在食物鏈上逐級增大時，多將這種現象稱為生物濃縮或生物積累。直到1973年起，科學家們才開始用生物放大一詞，並將生物富集作用、生物積累和生物放大三者的概念區分開來。研究生物放大，特別是研究各種食物鏈對哪些污染物具有生物放大的潛力，對於確定環境中污染物的安全濃度等，具有重要的意義。
生物放大與食物鏈
生物放大生物放大作用是通過食物鏈完成的，而食物鏈可以分為幾種形態。在生態系統中，根據生物間的食物關係，可將食物鏈分為四類。一是捕食性食物鏈，它是以植物為基礎，後者捕食前者。如青草-野兔-狐狸-狼-虎。二是碎食性食物鏈，指的是以碎食物為基礎形成的食物鏈。如樹葉碎片及小藻類-蝦（蟹）-魚-食魚的鳥類。三是寄生性食物鏈，是以大動物為基礎，小動物寄生到大動物上形成的食物鏈。如哺乳類-跳蚤-原生動物-細菌-過濾性病毒。四是腐生性食物鏈，指的是以腐爛的動植物屍體為基礎，然後被微生物所利用。
生物放大作用就是通過食物鏈完成的。總的說來，初級生產者所產生和固定的能量、物質，通過一系列取食和被食的關係而在生態系統中傳遞，便可形成生物富集或生物放大。
有害物質的放大作用
DDT等殺蟲劑通過食物鏈的逐步濃縮，能充分說明它們對人類健康的危害。1962年，美國的雷切爾·卡遜在其《寂靜的春天》中充分描述了以DDT為代表的殺蟲劑對環境、生物和人類健康的危害，甚至連美國的國鳥白頭海雕也因殺蟲劑的使用而幾乎滅絕。但是，DDT的生物放大危害作用並沒有得到充分揭示。
一項研究結果表明，DDT在海水中的濃度為5.0 X 10-11g，而在浮游植物中則為4.0 X 10-8g，在蛤蜊中為4.2 X 10-7g，到銀鷗時就達75.5 X 10-6g。DDT從初始濃度到食物鏈最後一級的濃度擴大了百萬倍，這就是典型的生物擴大作用。
DDT對英國雀鷹（Accipiter nisus）的影響也是災難性的。早在 20世紀 60年代，雀鷹遭受了顯著的毀滅，部分原因是由於DDT的生物放大作用，由於使母鳥吃了富集DDT的小蟲和其他食物，它產下的卵的卵殼太薄，使得卵在孵出小鳥之前就很容易破碎，因而對雀鷹造成滅頂之災。
中國科學院水生生物研究所的研究人員還發現，我國典型湖泊底泥中19世紀早期已存在微量二惡英，主要存在土壤的表層，一旦沉積很難通過環境物理因素再轉移，但卻可通過食物鏈再傳給其它生物，轉移到環境中。因此，湖泊底泥中高濃度的二惡英可通過生物富集或生物放大對水生物和人類的健康產生極大威脅。通過實驗還發現了二惡英在食物鏈中生物放大的直接證據，並提出了生物放大模型，從而否定了國際學術界過去一直認為二惡英在食物鏈中只存在生物積累而不存在生物放大的觀點。
由於生物放大作用，殺蟲劑及其他有害物質對人和生物的危害就變得十分驚人。一些毒素在身體組織中累積，不能變性或不能代謝，這就導致殺蟲劑在食物鏈中每向上傳遞一級，濃度就會增加，而頂級取食者會遭受最高劑量的危害。
食物中被放大的毒素
生物放大比如，重金屬鉛、汞、鎘等原本就對人和生物有害，但通過食物鏈的放大作用，對人和生物的危害就更大了。鉛對人體的危害主要是造成神經系統、造血系統和腎臟的損傷。汞是以甲基汞的形式對人體造成傷害，甲基汞在體內代謝緩慢，可引起蓄積中毒，而且可通過血腦屏障進入大腦，與大腦皮層的巰基結合，影響腦細胞的功能。鎘對機體的危害是破壞腎臟的近曲小管，造成鈣等營養素的丟失，使病人骨質脫鈣而發生骨痛??
這幾種重金屬在食物鏈中對人體的傷害主要是通過食物鏈的放大作用完成的。環境中的鉛容易污染的食品主要是蔬菜，由於環境中的鉛在土壤中以凝結狀態存在，因此通過作物根系吸收量不大，主要是通過葉片從大氣吸收，所以蔬菜中鉛含量富集程度以葉菜最高，其次是根、莖類、果菜類。對食品中鉛含量的調查顯示，靠近公路兩側的蔬菜的鉛含量遠遠高於遠離公路的蔬菜，這既說明含鉛汽油是污染源，也說明了鉛的放大作用途徑。
汞主要蓄積於魚體脂肪中，魚是汞的天然濃縮器，魚齡越大，體內富集的汞就越多。不同魚種富集汞的能力不同，魚體中汞的含量也不同，一般來說，食肉魚體內汞含量大於食草魚，吃魚的鳥在體內蓄積的汞更多。所以，人們在選擇魚的消費時，也應當有一個順序，即從草魚到食肉魚，從淡水魚到海魚。儘管江水中汞含量較低，但通過食物鏈的生物放大作用，鯰魚等食肉魚中汞的含量也大大增加，因此也應當成為人們消費時的一種不宜選擇的標準。
此外與DDT同屬於有機氯殺蟲劑的狄氏劑在鱔魚和蒼鷺中的富集作用是最大的。人如果食用這兩種食物，人實際上就是食物鏈的終端，在人體中必然導致狄氏劑的大劑量中毒。因此，消費者更不能把諸如蒼鷺那些吃魚的鳥類當作野味來消費。
鎘是通過水生生物的養殖進入食品鏈的。鎘的生物放大作用表現為，海產品中鎘的含量是海水的4500倍。作物的根系也可吸收土壤中的鎘，鎘污染地區的蔬菜、糧食等食品中的鎘含量遠高於無污染地區。不同作物對鎘的富集程度不同，鎘含量也不盡相同，比如蔬菜中鎘含量順序是（按富集係數大小排列）：芹菜葉（0.1150）＞菠菜（0.0956）＞萵筍（0.0469）＞大白菜（0.0452）＞油菜（0.0437）＞小白菜（0.0417）＞芹菜莖（0.0390）＞韭菜（0.0365）＞茄子（0.0240）＞圓白菜（0.0105）＞黃瓜（0.0062）＞菜花（0.0059）。因此，這可以作為人們消費食物時避免有害重金屬元素生物放大作用的一個參考。
消除生物放大的危害
為了防止有害物質通過食物鏈的生物放大作用造成對人、生物和環境的污染，就必須採取一些措施。首先是在源頭上下功夫，減少對環境的污染。比如，對於鉛的污染，除了使用無鉛汽油以減少污染和鉛在食物鏈中的富集放大，還應禁止在冶煉廠附近等鉛污染嚴重的地區種植富集鉛的作物，而應選擇一些不宜富集鉛的作物。
其次，防止有害物質的生物放大作用也可以採用“以其人之道，還治其人之身”的方法，即通過培植或發現對污染物有較高降解效能的菌株、植物，用於對土壤、水、肥的淨化處理。美國拉爾夫·彼特等人在實驗室培育出14個酵母和細菌菌株，專“吃”對環境有害的化學物質，將污染物轉化為CO2、水和其他無害化合物。而經特定有機化合物馴化的活性污泥，可降解多種近似的化合物。例如用苯胺馴化的活性污泥，除可降解各種取代基的苯胺外，還可降解苯、酚及10多種化學物質。
我國研究人員也發現，我國的蜈蚣草能對多種重金屬有強大的吸毒作用，它富集砷的能力高於其他植物二三十萬倍，富集鎘的能力也使國外最受推崇的遏藍菜黯然失色。
相關條文
在生態系統的同一食物鏈上，由於高營養級生物以低營養級生物為食物，某種元素或難分解化合物在機體中的濃度隨著營養級的提高而逐步增大的現象，又稱生物學放大。生物放大的結果使食物鏈上高營養級生物機體中這種物質的濃度顯著地超過環境中的濃度。生物放大的程度，同生物濃縮、生物積累一樣，也用濃縮係數來表示。生物放大一詞是就有食物鏈關係來說的。如不存在這種關係，機體中物質濃度高於環境介質的現象，則分別使用生物濃縮、生物積累兩個名詞。20世紀60～70年代初期，闡述農藥或重金屬的濃度在食物鏈上各級機體中逐步增加的事例時，不少人都把這種現象稱為生物濃縮或生物積累。到1973年，才有人開始套用生物放大一詞，把它同生物積累和生物濃縮的概念區分開來。後來，學者們設計了各種實驗系統，包括模式生態系統，以進行生物積累和生物放大作用的研究。
最先注意到的是水生態系統中有機氯農藥的生物放大現象。1966年有人報導在美國圖爾湖和克拉馬斯南部保護區內DDT對生物群落的污染。DDT是一種有機氯殺蟲劑，易溶於脂肪而積累於動物的脂肪體內。經檢驗證實，通過生物放大,在小(Colуmbsruficollis poggei)的脂肪體中,DDT的濃度竟比湖水高出76萬多倍。當地生物放大現象圖示如: 北極的陸地生態系統中，在地衣-北美馴鹿-狼的食物鏈上，也明顯地存在著對137銫的生物放大現象。生物機體中的137銫的放射性強度隨著營養級的提高而增大。
許多文獻報導和說法使人產生了一種印象，似乎絕大多數的元素和難分解化合物在每一個水生態系統中都有生物放大現象。實際上，對於大多數元素來說，生物放大並不是一種普遍現象。至於氯烴類化合物是否在所有的水生食物鏈上發生生物放大現象，也存在著許多疑問。
各種生物對不同物質的生物放大作用也有差別。例如,汞和銀都能被脂首魚(Pimephales pronelas)積累，但脂首魚對汞有生物放大作用，而對銀則沒有。又如在一個海洋模式生態系統中研究藤壺、蛤、牡蠣、藍蟹和沙蠶等5種動物對於鐵、鋇、鋅、錳、鎘、銅、硒、砷、鉻、汞等10種重金屬的生物放大作用，結果發現，藤壺和沙蠶的生物放大能力較大，牡蠣和蛤次之，藍蟹最小。
食物鏈上營養級較高的生物機體內所含元素或難分解化合物的濃度，一般說來，高於營養級比它低些的生物。但是因為處於食物鏈上的任何生物體內所含某種物質（例如有機氯殺蟲劑）的濃度都取決於它的攝取和消除的相對速度，所以處於食物鏈中部的生物體內所積累的該物質的濃度,也有可能大於營養級比它高的生物,如圖中無脊椎動物的濃縮係數就大於石斑魚。
由於生物放大作用，進入環境中的毒物，即使是微量的，也會使生物尤其是處於高位營養級的生物受到毒害，甚至威脅人類健康。因此，對污染物的排放，不僅要規定濃度的限制，也要考慮總量的限制。
深入研究生物放大作用，特別是鑑別食物鏈對哪些污染物具有生物放大的潛力，對於探討污染物在環境中的遷移，以及確定環境中污染物的安全濃度，都具有理論和現實意義。
參考書目
S.Ahuja，et al.,(ed.)，Progress in Analytical Chemistry, Vol.5, Chemical Analysis of the Environment and Other Modern Techniques,Plenum Press，New York,1973.
A.R.Isensee,et al.,Distribution of Alkyl Arsenicals in Model Ecosystem, Environmental Science and Technology Vol.7,No.9,pp.841～844,1973.
H.J.M.Bowen, Environmental Chemistry of Elements,Academic Press,new York,1979.
