了解铜的环境影响很重要。人类和其他生物体通过空气、水和土壤从环境中获得铜。
因为它是一种基本元素,所以铜的环境影响不能像人工化学品那样进行评估。铜在特定环境中的化学形式决定了它对环境中的生物体的生物可用性,或生物利用率。生物体对铜的摄入量取决于铜的化学形式、在环境中的分布和运输方式(即附着在颗粒物质上)。铜在水、沉积物和土壤中的影响主要取决于当地环境的化学和物理特征,以及不同化学形式的铜对环境中生物的生物利用率。
铜的环境影响到自然界的许多领域。许多生物体已经发展出生理或代谢手段来调节、排泄和/或解毒过量的内部铜和其他基本元素。因此,铜在组织中的浓度并不是对生物体潜在毒性影响的一个很好的指标,这使得 "生物累积 "的概念(即像用于有机化合物分类的持久性-生物累积性-毒性[PBT]化学品那样)并不合适。
生物利用率是指一种物质可供生物体摄入的数量。铜的生物利用度衡量生物体敏感受体或器官可利用的铜的部分。随着铜的生物利用度的增加,生物体可能会吸收过多的铜。当生物体吸收的铜超过它们能够安全使用和消除的程度时,可能会出现不理想的结果。
铜的生物利用度取决于几个关键因素,包括。
- 不同形式的铜的化学成分。
- 溶解的铜和吸附在颗粒物质(即悬浮沉积物)上的铜的浓度。
- 当地环境中的化学因素,包括酸度/碱度、硬度(即Ca、Mg)、其他阳离子(Na、K)、阴离子、络合剂(如碳酸氢盐、氯化物、硫酸盐、硫化物)、妨碍铜的结合剂和溶解的有机物。
- 与生物受体部位("生物配体")的相互作用,如水生生物的鳃。
对环境中(即地表水、沉积物、土壤等)总铜浓度的测量不能用来预测对生物体的风险。铜总量中只有一小部分可被生物体利用,因此有潜在的毒性。铜的生物利用度由环境中的局部化学成分以及这些化学物质和铜与每个生物体的相互作用所控制。
近二十年来,ICA共同赞助了关于控制水生或陆生环境中铜的生物利用率的机制的科学研究(经同行评审)。在这项研究的基础上,预测方法现在正被各国政府采用,以建立充分保护的、针对具体地点的环境质量标准。
准确的预测性化学数学模型,如生物配体模型(BLM),估计铜在各种环境介质中的生物利用率。
- 淡水环境。淡 水环境中释放的大部分金属与颗粒状固体或溶解的有机物结合,不能被生物体吸收。水生生物只可利用总铜中相对较小的一部分。
- 盐水环境。铜 在盐水体中的生物利用率,包括河口和海洋环境,与淡水环境一样,由当地水的化学成分决定。在近岸的盐水体中,溶解性有机物的变化以及在较小程度上盐度的变化,在很大程度上决定了铜的生物利用率。
- 土壤(陆生)和沉积物(水生)。 土壤和沉积物中几乎所有的铜都与颗粒物质结合。生物体的接触仅取决于孔隙水中少量的生物可利用铜。
使用当地环境的测量化学成分的生物利用率模型,可用于为生活在土壤、沉积物和海水中的生物体设定安全阈值。
- 欧盟允许根据生物利用率原则宣布土壤、沉积物和地表水中的金属为 "无风险"。
- 美国使用生物利用率模型来设定淡水中铜的地方环境质量标准,目前正在评估用于海洋水域的生物配体模型版本。
- 加拿大正在为其淡水质量准则评估生物配体模型。
- 越南正在考虑将生物配体模型用于其水质标准,包括湄公河流域的标准。
- 中国、澳大利亚和新西兰正在考虑基于生物利用率的水和土壤铜标准。