При обсуждении процессов усвоения и накопления химических веществ в живых организмах, требуют объяснения следующие понятия:
- биоконцентрирование — обогащение организма химическим соединением в результате прямого восприятия из окружающей среды, без учета загрязнения питания;
- биоумножение — обогащение организма химическим соединением непосредственно в результате питания (в водной среде этот процесс идет одновременно с биоконцентрированием);
- биоаккумуляция — обогащение организма химическим веществом путем его потребления из окружающей среды и питания;
- экологическое обогащение — прирост концентрации какого-либо вещества в экосистеме или цепи питания при переходе от низкого к более высокому трофическому уровню.
В отличие от водных организмов у наземных животных биоаккумуляция происходит в основном за счет питания. Экологическое обогащение для диких животных просчитывается с некоторыми затруднениями, вызванными необходимостью достоверно знать состав их ежедневного питания, который изменяется в зависимости от времени года, возраста, размеров животного и его жизненного пространства. Поэтому для рассмотрения биоконцентрирования химических веществ в биоте удобнее воспользоваться, как примером, водной средой и населяющими ее живыми организмами.
Кинетика биоконцентрирования в этом случае описывается следующими уравнениями:
где Са — концентрация вещества в организме; СА — равновесная концентрация вещества в организме; Сш — концентрация вещества в воде; k1 — константа скорости потребления; к2 — константа скорости выделения; КБК — коэффициент биоконцентрирования.
График временной зависимости функции СА представлен на рис.1.19.
Рис. 1.19. График временной зависимости концентрации вещества в организме
Предположим, что некое предприятие в процессе производства осуществляет сброс в сточные воды химических соединений в объеме V (в единицу времени). Тогда очевидно, что
Сш = Сш (V)
т.е. концентрация вещества напрямую зависит от объема сбросов. Будем считать, что процесс производства непрерывен и объем сбросов до определенной степени стабилен. Следовательно, попадание химических веществ в сточные воды происходит также непрерывно. Рассмотрим величину концентрации вредных веществ как случайную величину, а именно как нормально распределенную с параметрами:
рСш =N(a, a2)
Выясним, какова плотность распределения концентрации вещества в организме по формуле:
Таким образом, мы получили плотность распределения концентрации вредных веществ в водном организме, зависящей от концентрации этих веществ в среде. Данная формула позволяет, например, вычислить вероятность того, что концентрация веществ в организме превысит допустимые пределы, что повлечет за собой гибель представителя зооценоза.
Предложенная модель может использоваться для рассмотрения биоконцентрирования в любых биотических компонентах среды, но при этом следует учесть некоторые особенности наземных животных, о которых говорилось выше.