第七章 噪聲污染原理
人類的生活與聲音有著十分密切的關(guān)系。人們利用聲音進行交流、表達感情以及開展各種活動。但有些聲音也會給人類帶來危害。例如震耳欲聾的機器聲、呼嘯而過的飛機聲、尖銳刺耳的喇叭聲等等。凡是人們不需要的和討厭的聲音稱之為噪聲......
人耳聽覺系統(tǒng)所能感受到的信號稱為聲音。從物理學觀點來看，聲音是一種機械波，是機械振動在彈性介質(zhì)中的傳播......
噪聲對人的影響與聲源的物理特性、暴露時間和個體差異等因素有關(guān)。所以噪聲標準的制定是在大量實驗基礎上進行統(tǒng)計分析的，主要考慮包括保護聽力、噪聲對人體健康的影響、人們對噪聲的主觀煩惱度和目前的經(jīng)濟、技術(shù)條件等方面。對不同的場所和時間分別加以限制。即同時考慮標準的科學性、先進性和現(xiàn)實性......
噪聲對人的心理和生理效應的影響是多方面的。為了正確反應各種噪聲對人產(chǎn)生的影響，應當把噪聲的主觀評價量同客觀物理聯(lián)系起來。描述噪聲特性的方法可分為兩類：一類是把噪聲單純地作為物理擾動，用描述聲波客觀特性的物理量，反映噪聲的特性，這是對噪聲的客觀量度；另一類是涉及人耳的聽覺特性，根據(jù)聽者感覺到的刺激來描述，這是對噪聲的主觀評價...... 第一節(jié) 聲音和噪聲 人類的生活與聲音有著十分密切的關(guān)系。人們利用聲音進行交流、表達感情以及開展各種活動。但有些聲音也會給人類帶來危害。例如震耳欲聾的機器聲、呼嘯而過的飛機聲、尖銳刺耳的喇叭聲等等。凡是人們不需要的和討厭的聲音稱之為噪聲。從物理學觀點來看，聲波的頻率和強弱變化毫無規(guī)律、雜亂無章的聲音就是噪聲，噪聲是聲波的一種，具有聲波的一切特征。噪聲問題具有其特殊性，首先噪聲問題的難度很大，因為即使是同樣的聲音，有時覺得需要，有時卻覺得討厭，這在很大程度上依賴于主觀判斷，例如：心情舒暢時所欣賞的音樂在心情煩躁時有可能被視為噪聲；第二，噪聲與其它公害相比，如水和大氣污染等，具有局部性和多發(fā)性等特點；第三，噪聲的產(chǎn)生與傳播現(xiàn)象僅僅是空氣中的一種物理變化，沒有另外的物質(zhì)參與，也沒有殘余物質(zhì)需要處理。 雖然噪聲危害的嚴重性不象空氣和水質(zhì)，它很少引起嚴重疾病和死亡，但噪聲危害的普遍性卻最嚴重，它幾乎可以影響到每個人的生活。實驗顯示，當動物處在 160 分貝以上的環(huán)境中就可能昏迷或死亡，在 140 分貝以上建筑物可能受損傷（裂縫或玻璃破碎等），對于人，短促的脈沖聲在 140 分貝以上或連續(xù)聲音在 115 分貝以上都可能使聽力或健康受到損傷。根據(jù)我國頒布的《工業(yè)企業(yè)噪聲衛(wèi)生標準（試行草案）》，工人操作環(huán)境八小時工作日中的平均聲級不得超過 85 分貝，現(xiàn)有企業(yè)可放寬至 90 分貝。一般說來， 85 分貝以下的噪聲不至于危害人體健康，大于此值的噪聲可能對人體造成傷害。長期在噪聲較強的環(huán)境中生活與工作，對人體可能產(chǎn)生兩類不良的影響，一是聽覺器官的損傷，二是對全身各系統(tǒng)特別是神經(jīng)、心血管和內(nèi)分泌系統(tǒng)的有害影響。 環(huán)境噪聲的來源有四種：一是交通噪聲，包括汽車、火車和飛機等所產(chǎn)生的噪聲；二是工廠噪聲，如鼓風機、汽輪機、織布機和沖床等所產(chǎn)生的噪聲；三是建筑施工噪聲，像打樁機和混凝土攪拌機等發(fā)出的聲音；四是社會生活噪聲，如高音喇叭、收錄機等發(fā)出的過強聲音。 第二節(jié) 聲音的物理特性和度量 一、聲音的產(chǎn)生 人耳聽覺系統(tǒng)所能感受到的信號稱為聲音。從物理學觀點來看，聲音是一種機械波，是機械振動在彈性介質(zhì)中的傳播。 聲波的產(chǎn)生可由圖 7-1 來說明。圖中 7-1 （ a ）中 A 、 B 、 C 、 D ……表示連續(xù)彈性介質(zhì)被分成單個小體積元，每個體積元含大量具有質(zhì)量的介質(zhì)分子，體積元之間存在著彈性作用。在宏觀上，體積元可視為質(zhì)點。 設想由于某一聲源的振動在彈性介質(zhì)某一局部區(qū)域激起一種擾動，使得該區(qū)域的介質(zhì)質(zhì)點 A 離開平衡位置開始運動。當質(zhì)點 A 向 B 運動時，壓縮了相鄰的 B 這部分介質(zhì)，由于介質(zhì)的彈性作用，質(zhì)點 B 局部的介質(zhì)在被壓縮時產(chǎn)生一個反抗壓縮的力，這個力反作用于質(zhì)點 A 并使其向原來的平衡位置運動。同時由于質(zhì)點 A 具有質(zhì)量，慣性作用使質(zhì)點 A 經(jīng)過平衡位置時會出現(xiàn)“過沖”，以致又壓縮了另一側(cè)的相鄰介質(zhì)。該相鄰介質(zhì)也會產(chǎn)生一個反抗壓縮的彈性力，使質(zhì)點 A 回過來趨向平衡位置。這樣由于介質(zhì)的彈性和慣性作用，使得這個最初得到聲擾動的質(zhì)點 A 就在平衡位置附近來回振動起來。同樣原因使質(zhì)點 A 的鄰近部分 B 以至于更遠處的質(zhì)點 C 、 D 等也都在平衡位置附近振動起來，但在時間上依次滯后。這種介質(zhì)質(zhì)點的機械振動由近及遠的傳播就稱為聲波。聲波波及的空間稱為聲場。 
圖 7-1 聲波傳播的物理過程
由以上討論可知，機械振動是聲波產(chǎn)生的根源，彈性介質(zhì)的存在是聲波傳播的必要條件。彈性介質(zhì)可以是氣體、液體和固體，聲波在上述介質(zhì)中傳播，相應地稱為空氣聲、液體聲和固體聲。聲波在空氣和液體中傳播，傳播介質(zhì)的質(zhì)點振動方向和聲波傳播方向相同，稱這種波為縱波。聲波在固體中傳播，質(zhì)點的振動方向和聲波傳播方向可能相同稱為縱波，也可能垂直則稱為橫波。
二、描述聲波的基本物理量
（一）周期： 聲源振動每往復一次的時間間隔，用字母 T 表示，單位是秒（ s ）。
（二）頻率： 聲源在 1 秒時間完成的振動次數(shù)，用字母 | 表示，單位是赫茲，簡稱為赫，
符號為 H Z 。顯然，頻率是周期的倒數(shù)，即
f=1/T (7-1)
有時使用角頻率，用 w 表示，則 ω=2πƒ。
（三）波長： 沿聲波傳播方向，振動一個周期所傳播的距離，或振動相位相同而且相距最近兩點間的距離，用字母 l 表示，單位是米。
（四）聲速： 聲波在介質(zhì)中的傳播速度，用 c 表示。聲速、頻率和波長之間的關(guān)系為
在 20 ° C 時，聲波在空氣中的傳播速度是 344 米 / 秒，在空氣中聲速是隨溫度的增加而增加，有如下的關(guān)系式
C=331.4+0.607t （°C ）（米 / 秒）
在不同的彈性介質(zhì)中，聲波傳播的速度是不同的，見表 7-1 。
三、描述噪聲的基本物理量
描述噪聲可采用兩種方法：一是對噪聲進行客觀量度，即將噪聲作為物理擾動，用描述聲波客觀特性的物理量來反映；二是對噪聲進行主觀評價，因為噪聲涉及人耳的聽覺特性，根據(jù)聽者感覺的刺激來描述。
噪聲的客觀度量用聲壓、聲強和聲功率等物理量表示。聲壓和聲強反映了聲場中聲的強弱，聲功率反映了聲源輻射噪聲的大小。聲壓、聲強和聲功率等物理量的變化范圍非常大，可以在六個數(shù)量級以上，同時由于人體聽覺對聲信號強弱刺激的反應不是線性的，而是成對數(shù)比例關(guān)系，所以實際應用中采用對數(shù)標度，以分貝（ dB ）為單位，即分別為聲壓級、聲強級和聲功率級等無量綱的量來度量噪聲。
級是物理量相對比值的對數(shù)。分貝是級的一種無量綱單位。對于聲強、聲功率等反映功率和能量的物理量，分貝數(shù)等于兩個量比值的常用對數(shù)乘以10 。如兩個聲功率值分別為 W1 和 W2 ，則分貝數(shù)為 n=101g(W1/W2)。
對于聲壓、質(zhì)點振動速度等描述聲場、電磁場等的物理量，分貝數(shù)等于兩個量比值的常用對數(shù)乘以 20 。當兩個聲壓值分別為 P1 和 P2 時，聲壓級為 n=201g(P1/P2)。采用級進行噪聲計量，可以使數(shù)值變化縮小到適當范圍，與人耳的感覺接近。
（一）聲壓、聲壓級
由于聲波的存在而產(chǎn)生的壓力增值即為聲壓，單位是帕（Pa）。長期沿用的微巴（µbar）也是聲壓單位，兩者關(guān)系為 1 帕 =10 微巴。聲波在空氣中傳播時形成壓縮和稀疏交替變化，所以壓力增值是正負交替變化的。但通常所講的聲壓是取均方根值，叫有效聲壓，故實際上總是正值。
聲壓級得數(shù)學表達式為
LP = 201g(P/P0) （ dB ） （ 7-3 ）
式中： LP —聲壓 P 的聲壓級， dB ；
P0—基準聲壓， Pa 。
噪聲測量中，基準聲壓通常采用 P0 =2X10-5 Pa ，這一數(shù)值是正常人耳對 1000HZ 聲音所能聽到的最低聲壓。
聲壓級是反映聲信號強弱的最基本參量，例如，當一個聲壓為 0.1 帕（即百萬分之一大氣壓），它的聲壓級為
LP = 201g(P/P0) = 201g(0.1/2X10-5 ) = 74dB
（二）聲功率、聲功率級
聲功率是指單位時間內(nèi)聲波通過垂直于傳播方向某指定面積的聲能量。在噪聲檢測中，聲功率是指聲源總聲功率，單位是“瓦”，記作 W 。
一個聲源聲功率級的數(shù)學表達式為
Lw = 101g(W/W0) （ dB ） （ 7-4 ）
式中： Lw —聲壓 I 的聲強級， dB ；
W0—基準聲功率，噪聲檢測中，采用 W0 =10-12 （ W ）。
（三）聲強、聲強級
聲強是指單位時間內(nèi)，聲波通過垂直于傳播方向單位面積的聲能量，單位是“瓦 / 米2” ，記作“ W/m2” 。聲強級的數(shù)學表達式為
LI = 101g(I/I0)（ dB ） （ 7-5 ）
式中： LI —聲壓 I 的聲強級， dB ；
I0—基準聲強，噪聲檢測中，采用 I0=10-12W/m2，這一數(shù)值是與基準聲壓2X10-5Pa 相對應的聲強。
對于球面波和平面波，聲壓與聲強的關(guān)系是
I=P2/ρc
ρ是空氣密度，若以標準大氣壓與 20°C 時空氣密度和聲速值代入，得 ρc=408 國際單位，也叫瑞利，稱為空氣對聲波的特性阻抗。
四、噪聲的疊加
兩個以上獨立聲源作用于某一點，就會產(chǎn)生噪聲的疊加。
聲能量是可以代數(shù)相加的，設兩個聲源的聲功率分別為 W1 和 W2 ，那么總聲功率 W總 = W1 + W2 。當兩個聲源在某一點的聲強為 I1 和 I2 時，疊加后的總聲強 I總 =I1 +I2 。但聲壓不能直接相加，因為有：
以分貝為單位進行運算時，不能簡單地相加，而應按對數(shù)法則進行。以上例聲壓級分別為 LP1 和 LP2 的疊加
因此總聲壓級為
將（ 7-6 ）推廣到 n 個噪聲源的情況，有
如 L P1 = L P2 ，即兩個聲源的聲壓級相等，則總聲壓級為
掌握了兩個聲源的疊加，就可以推廣到多個聲源的疊加，只需逐次兩兩疊加即可，而與疊加次序無關(guān)。
例如，有八個聲源作用于某一點，聲壓級分別為 70 、 70 、 75 、 82 、 90 、 93 、 100 分貝，它們合成的總聲壓級可以任意次序查表 7-3 而得。任選兩種疊加次序如下：
應該指出的是，若是兩個相同頻率的單頻聲源疊加，根據(jù)波的疊加原理，會產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，即需考慮疊加點各自的相位，不過這種情況在實際環(huán)境噪聲檢測中幾乎不會碰到。
五、噪聲的頻譜分析
（一）頻譜
聲音通常是由許多不同頻率、不同強度的分音迭加而成的。不同的聲音，其含有的頻率成分及各個頻率上的分布是不同的，這種頻率成分與能量分布的關(guān)系稱為頻譜。將噪聲的強度（聲壓級）按頻率順序展開，使噪聲的強度成為頻率的函數(shù)，并考查其波形，叫做噪聲的頻譜分析（或頻率分析）。圖 7-2 是幾種典型噪聲源的頻譜。圖 7-2 中 a 是由頻率離散的分音組成的線狀譜； b 是由頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)的分音組成的連續(xù)譜； c 是由線狀譜和連續(xù)譜迭加而成的復合譜。
圖 7-2 聲音的三種頻譜
噪聲的聲譜通常為連續(xù)譜和復合譜。
（二）頻程
可聽聲的頻率范圍約為 20~20000HZ ，低于 20 HZ 的稱為次聲，高于 20000 HZ 的稱為超聲。為方便起見，常在連續(xù)頻率范圍內(nèi)劃分為若干個頻帶，頻帶上限頻率和下限頻率之差稱為頻帶寬度，它與中心頻率的比值稱為頻帶相對寬度。
對噪聲作頻譜分析時，通常采用兩種類型：保持頻帶寬度相對恒定或者保持頻帶相對寬度恒定。在頻率變化不大的范圍內(nèi)作頻譜分析，一般采用恒定帶寬，所用帶寬較窄，約 4~20 H Z 的數(shù)量級。而在寬廣的頻率范圍內(nèi)作頻譜分析 時，一般采用恒定相對帶寬，常 采用的是倍頻程數(shù) n 。倍頻程數(shù) n 與頻率的關(guān)系式為
式中， f1、 f2為頻帶的上下限頻率（ HZ ）， n 為正實數(shù)。當 n=1 時，稱為倍頻程； n=2 時，稱為 2 倍頻程； n=1/3 時，稱為 1/3 倍頻程。其中倍頻程和 1/3 倍頻程較常用。
各倍頻程的中心頻率 f m 是指上下限頻率的幾何平均值，即
常用的倍頻程和 1/3 倍頻程的上下限頻率值和中心頻率值列表于 7-4 。
（三）頻譜分析
噪聲頻譜能夠清晰地表示出一定頻帶范圍內(nèi)的聲壓級分布情況，從中可以了解噪聲的成分和性質(zhì)，這就是頻譜分析。頻譜分析有助于了解聲源特性，頻譜中各峰值所對應的頻率（帶）就是某聲源造成的，找到了主要峰值聲源就為噪聲控制提供了依據(jù)。
第三節(jié) 噪聲標準
噪聲對人的影響與聲源的物理特性、暴露時間和個體差異等因素有關(guān)。所以噪聲標準的制定是在大量實驗基礎上進行統(tǒng)計分析的，主要考慮包括保護聽力、噪聲對人體健康的影響、人們對噪聲的主觀煩惱度和目前的經(jīng)濟、技術(shù)條件等方面。對不同的場所和時間分別加以限制。即同時考慮標準的科學性、先進性和現(xiàn)實性。
一、城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準
以保護聽力而言，一般認為每天 8 小時工作在 80 分貝以下聽力不會損失，而聲級分別為 85 分貝和 90 分貝環(huán)境中工作 30 年，根據(jù)國際標準化組織（ ISO ）的調(diào)查，耳聾的可能性分別為 8% 和 18% 。在聲級 70 分貝環(huán)境中，談話感到困難。干擾睡眠和休息的噪聲級閾值白天為 50 分貝，夜間為 45 分貝，我國提出的環(huán)境噪聲允許范圍見表 7-5 。
環(huán)境噪聲制訂標準的依據(jù)是環(huán)境基本噪聲。各國大都參考 ISO 推薦的基數(shù)（例如睡眠為 30 分貝），根據(jù)不同時間、不同地區(qū)和室內(nèi)噪聲受室外噪聲影響的修正值以及本國具體情況來制訂。（見表 7-6 、表 7-7 和表 7-8 ）。
ISO 及美、英等國家和地區(qū)的環(huán)境噪聲限值見表 7-9 。
我國根據(jù)《中華人民共和國環(huán)境保護法》，在進行大量的調(diào)查研究基礎上，于 1982 年頒布了《城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準》（ GB3096-82 ），將城市按不同社會功能劃分為六類區(qū)域，規(guī)定各類區(qū)域的環(huán)境噪聲標準值。在總結(jié)十年的執(zhí)行情況后， 1993 年該標準經(jīng)修改后重新頒布（ GB3096-93 ），見表 7-10 。
該標準還規(guī)定，位于城郊和鄉(xiāng)村的療養(yǎng)院、高級別墅區(qū)、高級賓館區(qū)等嚴于 0 類標準 5dBA 執(zhí)行；鄉(xiāng)村居住環(huán)境可參照 1 類標準執(zhí)行；穿越城區(qū)的內(nèi)河航道兩測區(qū)域，穿越城區(qū)的鐵路主次干線兩側(cè)的背景噪聲（指不通過列車時的噪聲水平）限值按 4 類標準執(zhí)行；夜間突發(fā)的噪聲，其最大值不超過標準值的 15dBA 。
二、工業(yè)企業(yè)噪聲標準
我國工業(yè)企業(yè)噪聲標準見表 7-11 和表 7-12 。
由于接觸噪聲時間與允許聲級相聯(lián)系，故定義實際噪聲暴露時間（ T 實 ）除以容許暴露時間（ T ）之比為噪聲劑量（ D ）：
如果噪聲劑量大于 1 ，則在場工作人員所接受的噪聲已超過安全標準。通常每天所接受的噪聲往往不是某一固定聲級，這時噪聲劑量應按具體聲級和響應的暴露時間進行計算，即
例：某工人在車床上工作， 8 小時定額生產(chǎn) 140 個零件，每個零件加工 2 分鐘，車床工作時聲級為 93dBA 。試計算噪聲劑量（ D ），并以現(xiàn)有企業(yè)標準評價是否超過安全標準。
解：總暴露時間為 T 實 =2 分鐘 ′ 140=280 分鐘 ? 4.67 小時
從表 7-11 可知： T=4 小時，故
結(jié)論是工作噪聲環(huán)境已超過安全標準。
我國機動車輛允許噪聲標準見表 7-13 。
注： 1. 各類機動車輛加速行駛車外最大噪聲級應不超過表中的標準。
2. 表中所列各類機動車輛的改型車也應符合標準，輕型越野車按其公路載重量適用標準。
第四節(jié) 噪聲的評價
一、噪聲的物理量和主觀聽覺的關(guān)系
噪聲測量中，人們往往通過聲學儀器反應噪聲的客觀規(guī)律。聲壓級越高，噪聲強度越強；聲壓級越低，噪聲強度越弱。但是涉及到人耳聽覺時，只用聲壓、聲壓級、頻帶聲壓級等參數(shù)就不能說明問題了。人們對可聽聲頻率范圍以外的次聲和超聲，盡管其聲壓級很高，人耳也聽不見。
噪聲對人的心理和生理效應的影響是多方面的。為了正確反應各種噪聲對人產(chǎn)生的影響，應當把噪聲的主觀評價量同客觀物理聯(lián)系起來。描述噪聲特性的方法可分為兩類：一類是把噪聲單純地作為物理擾動，用描述聲波客觀特性的物理量，反映噪聲的特性，這是對噪聲的客觀量度；另一類是涉及人耳的聽覺特性，根據(jù)聽者感覺到的刺激來描述，這是對噪聲的主觀評價。
二、噪聲基本評價量
這類工作是用統(tǒng)計方法在實驗基礎上進行的，現(xiàn)介紹以下幾種常用的評價方法。
1. 響度
人的聽覺與聲音的頻率有非常密切的關(guān)系，一般來說兩個聲壓相等而頻率不相同的純音聽起來是不一樣的。響度是人耳判別聲音由輕到響的強度等級概念，是描述聲音大小的主觀感覺量。它不僅取決于聲音的強度（如聲壓級），還與它的頻率及波形有關(guān)。響度的單位是宋（ sone ），符號是“ N ”。 1 宋的定義為聲壓級為 40 分貝，頻率為 1000 赫，且來自聽者正前方的平面行波的強度。如果另一個聲音聽起來比這個大 n 倍，即聲音的響度為 n 宋。
2. 響度級
其概念也是建立在兩個聲音的主觀比較上的。定義 1000 赫純音聲壓級的分貝值為響度級的數(shù)值，任何其它頻率的聲音，當調(diào)節(jié) 1000 赫純音的強度使之與這聲音一樣響時，則這 1000 赫純音的聲壓級分貝值就定義為這一聲音的響度級值。響度級的單位是“方”（ phon ），符號為“ L N ”。
利用與基準聲音比較的方法，可以得到人耳聽覺頻率范圍內(nèi)一系列響度相等的聲壓級與頻率的關(guān)系曲線，叫等響曲線（見圖 7-3 ），該曲線為國際標準化組織所采用，所以又稱為 ISO 等響曲線。
圖 7-3 中同一曲線上不同頻率的聲音，聽起來感覺一樣響，而聲壓級是不同的。從曲線形狀可知，人耳對 1000~4000 赫的聲音最敏感。對低于或高于這一頻率范圍的聲音，靈敏度隨頻率的降低或升高而下降。例如，一個聲壓級為 80 分貝的 20 赫純音，它的響度級只有 20 方，因為它與 20 分貝的 1000 赫純音位于同一條曲線上，同理，與它們一樣響的 1 萬赫純音聲壓級是 30 分貝。
3. 響度與響度級的關(guān)系
根據(jù)大量實驗得到，響度級每改變 10 方，響度加倍或減半。例如，響度級 30 方時響
度為 0.5 宋；響度級為 40 方時響度為 1 宋；響度級為 50 方時響度為 2 宋，以此類推。它們的關(guān)系式可用下述數(shù)學式表示
響度級的合成不能直接相加，而響度可以相加。例如，兩個不同頻率而都具有 60 方的聲音，合成后的響度級不是 60+60=120 （方），而是先將響度級換算成響度進行合成，然后再換算成響度級。本例中 60 方相當于 4 宋，所以兩個聲音合成為 4+4=8 （宋），而 8 宋按數(shù)學計算可知為 70 方，因此兩個響度級為 60 方的聲音合成后的總響度級為 70 方。
4. 計權(quán)聲級
有關(guān)噪聲評價的長期實踐表明，時間上連續(xù)，頻率比較均勻，無顯著純音成分的寬頻帶噪聲，若以它們的聲級值的大小次序排列，則與人們主觀聽覺的響度次序有較好的相關(guān)性。從評價工作來看，人們很希望有一個簡單的單一量來表示。 A 計權(quán)聲級是模擬人耳對 55 分貝以下低強度噪聲的頻率特性； B 計權(quán)聲級是模擬 55 分貝到 85 分貝的中等強度噪聲的頻率特性； C 計權(quán)聲級是模擬高強度噪聲的頻率特性； D 計權(quán)聲級是對噪聲參量的模擬，專用于飛機噪聲的測量。 A 、 B 、和 C 計權(quán)聲級的主要差別在于對低頻成分的衰減程度， A 衰減最多， B 其次， C 最少。實踐證明， A 計權(quán)聲級表征人耳主觀聽覺較好，故實際中較常采用 A 計權(quán)聲級。經(jīng)過 A 計權(quán)測量得的分貝數(shù)稱為 A 計權(quán)聲壓級，簡稱 A 聲級，單位也是分貝，計作 dBA ，或 dB （ A ）。
以 A 計權(quán)聲級作為噪聲的評價量，其優(yōu)點是簡便實用，但是 A 計權(quán)聲級是對低頻信號有較大衰減的頻率計權(quán)測量值，測量結(jié)果中不提供頻率成分信息，因此存在兩個明顯的缺點：一是由于缺少頻率成分信息，不可能作出經(jīng)濟合理的、科學的噪聲控制設計；二，對于低頻成分占優(yōu)勢的強噪聲環(huán)境， A 計權(quán)聲級符合噪聲勞動衛(wèi)生標準，但對長期暴露于該環(huán)境的工作人員可能會有高血壓、心臟病等癥狀。
5. 等效連續(xù)聲級（ Leq ）
A 計權(quán)聲級能較好地反映人耳對噪聲的強度與頻率的主觀感覺，因此對一個連續(xù)穩(wěn)態(tài)噪聲，它是一種較好的評價方法，但對一個起伏的或不連續(xù)的噪聲， A 計權(quán)聲級就不合適了。例如，交通噪聲隨車輛流量和種類而變化；又如，一臺機器工作時其聲級是穩(wěn)定的，但由于它是間歇地工作，與另一臺聲級相同但連續(xù)工作的機器對人的影響就不一樣。因此提出了一個用噪聲能量按時間平均方法來評價噪聲對人影響的問題，即等效連續(xù)聲級，符號“ Leq ”。它是用一個相同時間內(nèi)聲能與之相等的連續(xù)穩(wěn)定的 A 聲級來表示該段時間內(nèi)噪聲的大小。例如，有兩臺聲級同為 85 分貝的機器，第一臺連續(xù)工作 8 小時，第二臺間歇工作，其有效工作時間之和為 4 小時。顯然作用于操作工人的平均能量是前者比后者大一倍，即大 3 分貝。因此等效連續(xù)聲級反映在聲級不穩(wěn)定的情況下，人實際所接受的噪聲能量的大小，它是一個用來表達隨時間變化的噪聲的等效量。
式中： T —總測量時間；
PA(t) — A 計權(quán)瞬時聲壓；
P0 —參考聲壓（ 20 微帕）；
LS —聲級，一般指 A 聲級。
如果數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，其累積分布在正態(tài)概率上為一直線，則可用下面近似公式計算
其中 L10 、 L50 、 L90 為累積分布值，其定義是：
L10 —測量時間內(nèi)， 10% 的時間超過的噪聲級，相當于噪聲的峰值；
L50 —測量時間內(nèi)， 50% 的時間超過的噪聲級，相當于噪聲的平均值；
L90 —測量時間內(nèi)， 90% 的時間超過的噪聲級，相當于噪聲的本底值。
累積分布值 L10 、 L50 、 L90 的計算方法有兩種：其一是在正態(tài)概率紙上畫出累積分布曲線，然后從圖中求得；另一種簡便方法是將測定得一組數(shù)據(jù)（例如 100 個），將數(shù)從大到小排列，第 10 個數(shù)據(jù)即為 L10，第 50 個數(shù)據(jù)即為 L50，第 90 個數(shù)據(jù)即為 L90 。
應用“積分式聲級計”可以自動測量某一時間內(nèi)的等效聲級，無需進行人工統(tǒng)計和計算。
6. 噪聲污染級（ L NP ）
實際表明，漲落的噪聲所引起人的煩惱程度比等能量的穩(wěn)態(tài)噪聲要大，并且與噪聲暴露的變化率和平均強度有關(guān)。噪聲污染級是綜合能量平均值和變化特性（用標準偏差表示）兩者的影響而給出對噪聲（主要是交通噪聲）的評價數(shù)值，以分貝表示。其計算式為
其中： K —常數(shù)，對交通和飛機噪聲取 2.56 ；
式中： Li —測得第 I 個聲級；
n —測得聲級總數(shù)。
對于許多重要的公共噪聲，噪聲污染級也可以寫成
式中： d= L10 — L90。
7. 統(tǒng)計聲級
對于隨機起伏的噪聲，例如道路交通噪聲，也可以用概率統(tǒng)計的方法來處理，即在一段時間 T 內(nèi)進行隨機采樣，獲得一組測量值，將它分級統(tǒng)計，如表 7-4 所示，聲級取樣值以 5dB 或 2dB 更細的檔級歸并，并從小到大或從大到小將 Li 排列，統(tǒng)計各檔級的出現(xiàn)百分數(shù)以及累積出現(xiàn)百分數(shù)。
將聲級 Li 及其出現(xiàn)百分數(shù) c i 繪圖，得到圖 7-4 所示的頻率分布圖。如果這一段時間內(nèi)噪聲大小的出現(xiàn)概率符合高斯分布（正態(tài)分布）規(guī)律，則直方圖的包絡接近于“鐘形”分布，中心是最大概率的聲級值，也是全部聲級數(shù)據(jù)的平均值
式中
根據(jù)正態(tài)分布的特點，落在（
8. 晝夜等效聲級（ Ldn）
考慮到夜間噪聲具有更大的煩擾程度，故提出一個新的評價指標—晝夜等效聲級（也稱日夜平均聲級），符號“ Ldn”。它是表示社會噪聲一晝夜的變化情況，表達式為
式中： Ld —白天的等效聲級，時間是從 6：00 — 22：00 ，共 16 個小時；
Ln —夜間的等效聲級，時間是從 22：00 至第二天的 6：00 ，共 8 個小時。
為了表征噪聲的物理量和主觀聽覺的關(guān)系，除了上述評價指標外，還有語言干擾級（ SIL ）、感覺噪聲級（ PNL ）、交通噪聲指數(shù)（ TN1 ）和噪聲次數(shù)指數(shù)（ NN1 ）等。
三、環(huán)境噪聲質(zhì)量評價
環(huán)境噪聲是普遍存在的公害之一，人們對噪聲公害的抱怨日益增加。根據(jù)調(diào)查的資料，按照一定的標準和評價方法確定聲環(huán)境質(zhì)量的狀況，為環(huán)境噪聲的綜合防治和創(chuàng)建環(huán)境噪聲達標區(qū)提供科學依據(jù)，這也是環(huán)境噪聲影響預測評價的基礎工作。
（一）區(qū)域環(huán)境噪聲評價
1 ．算術(shù)平均法
把評價區(qū)域內(nèi)各監(jiān)測點所測到的聲級相加，求其算術(shù)平均值，即
式中： n — 監(jiān)測點個數(shù)；
Li — 第 i 個監(jiān)測點測到的聲級值（ dBA ）。
例如，在對城市區(qū)域環(huán)境噪聲進行普查時，對城市進行“網(wǎng)格布點”測量（ 100 個方格以上），測點（傳聲器）大約在網(wǎng)格中央，其具體位置和高度應以傳聲器能夠接受到周圍各方向傳來的噪聲為原則。將各測點的等效連續(xù) A 聲級在全區(qū)域內(nèi)求算術(shù)平均值作為該區(qū) 域的環(huán)境噪聲水平。這種方法作為一種隨機統(tǒng)計結(jié)果，有一定的參考價值。但每一點的聲級值具有較大的偶然性，離開對噪聲源的具體評價，對于改善聲環(huán)境質(zhì)量和進行噪聲治理都沒有直接的意義。此外，求算術(shù)平均值的意義也不大，因為超標值與不超標值相平均，不能說明什么問題。
目前，環(huán)保統(tǒng)計工作中常采用面積計權(quán)平均值，計算公式為
式中： Li —某功能區(qū)第 i 個測點的聲級值；
Si —第 i 個測點的覆蓋面積（ Km2 ）；
S —功能區(qū)測量覆蓋面積（ Km2 ）。
2 ．標準指數(shù)法
標準指數(shù)的計算公式為
式中： Li —評價量，如 Leq （ dBA ）；
Ls —標準值；
Pi —標準指數(shù)， Pi> 1 ，即超標， Pi￡ 1 ，達標。
例如，某一城市共設功能區(qū)噪聲測點 78 個， 1996 年按有關(guān)規(guī)定，對每一測點進行 2 ~ 4 次的 24 小時連續(xù)噪聲測量。在測量期間均為無雪、無雨、風力小于四級的天氣，全市的測量儀器均經(jīng)計量檢定合格。經(jīng)測量，全市共獲得 392 個功能定點的噪聲，按國標 GB3096-93 各功能區(qū)的標準值進行計量，有 269 個點的標準指數(shù)大于 1 ，即超標率為 68.6% 。
這種方法簡明實用，在環(huán)境噪聲質(zhì)量現(xiàn)狀評價中常被采用。
3 ．噪聲污染指數(shù)
對區(qū)域環(huán)境噪聲作綜合評價時，常用污染指數(shù)法，區(qū)域污染指數(shù)計算公式為
式中：
Lb —基準值。
一般取室外高煩惱噪聲級 75dBA 為基準。計算出 PN后，可由表 7-15 查出環(huán)境噪聲質(zhì)量的等級。
4 ．噪聲沖擊指數(shù)
區(qū)域環(huán)境噪聲的質(zhì)量評價，除考慮聲級大小以外，有時還需考慮受噪聲危害的人數(shù)，為此，提出環(huán)境噪聲沖擊指數(shù)，用以評價區(qū)域環(huán)境噪聲質(zhì)量。噪聲沖擊指數(shù) NII 計算公式為
式中： TWiPi—噪聲沖擊的總計權(quán)人口數(shù)， TWiPi = ΣWiPi；
Pi—全年或某時段內(nèi)晝夜等效聲級 Ldni 影響的人數(shù)；
Wi—晝夜等效聲級的干擾計權(quán)因子，其值見表 7-6 。
利用噪聲沖擊指數(shù) NII ，可以對兩個地區(qū)或城市的聲環(huán)境質(zhì)量進行比較，也可以計算和比較采取噪聲控制前后的效果。噪聲沖擊指數(shù)大，表明污染嚴重，利用噪聲沖擊指數(shù)可按表 7-17 來確定聲環(huán)境的等級。
在大多數(shù)城市中，交通噪聲是最主要的環(huán)境噪聲源。交通噪聲包括道路交通噪聲、航運噪聲、鐵路噪聲和航空噪聲等。這里我們以交通噪聲為例。
1 ．交通噪聲的測試方法
《城市區(qū)域環(huán)境噪聲測量方法》中規(guī)定，測點應選在兩路口之間的馬路邊人行道上，離馬路沿 20cm 處，此處離路口的距離應大于 50m （或路段中間位置）。傳聲器離地面 1.2m 處。
2 ．評價方法
一般采用標準指數(shù)法。我國規(guī)定 LAeq(T) 和累積統(tǒng)計聲級 LN為評價量。
交通噪聲的等效聲級和累積統(tǒng)計聲級的平均值應采用加權(quán)算術(shù)平均的方法來計算，即
式中： l —全市交通干線的總長度（ Km ）；
li—第 i 段干線的長度（ Km ）；
Li—第 i 段干線測得的等效聲級或累積聲級（ dBA ）。
有人提出以“交通噪聲指數(shù) TNI ”作為評價量：
式中，第一項表示“噪聲氣候”的范圍，第二項作為交通噪聲的本底值，這兩項都是越大越吵鬧，第三項是常數(shù)，僅僅為了湊成一個認為比較方便的數(shù)字。
交通噪聲中如果含有汽車鳴笛聲，則隨時間的分布不遵從正態(tài)分布特性，某些統(tǒng)計規(guī)律難以應用。現(xiàn)在，我國多數(shù)大中城市都規(guī)定市區(qū)全區(qū)或重要街區(qū)禁鳴喇叭，因此喇叭聲對交通噪聲特點的影響可以不作為一項重要因素。
主要參考文獻：
1. 潘仲麟等，環(huán)境聲學與噪聲控制，杭州大學出版社， 1997
2. < 美 > 約翰 . 勞等，環(huán)境影響分析手冊，北京科學技術(shù)出版社， 1986
3. 楊玉致等，機械噪聲測量和控制原理，輕工業(yè)出版社， 1984
4. 姜海濤等，環(huán)境物理學基礎，中國展望出版社， 1987
5. L.H. 肖丁尼斯基，聲音 . 人 . 建筑，中國建筑工業(yè)出版社， 1983
6. 俞譽福等，環(huán)境污染與人體健康，復旦大學出版社， 1985
7. 蔣展鵬，環(huán)境工程學，高等教育出版社， 1991
8. 孫廣榮等，環(huán)境聲學基礎，南京大學出版社， 1995
9. 張秉超等，聲強測量的原理及應用，上海交通大學出版社， 1982
10. 馬大猷，聲學手冊，科學出版社， 1987
11. 國家環(huán)境保護局，交通噪聲論文專集， 1986
第八章 環(huán)境污染生態(tài)效應
自然界中的動物、植物、微生物等生物因素以及水、土、氣、光、、熱等非生物因素各自不是孤立地存在著，而是相互聯(lián)系、相互依賴、彼此制約的。當人類在不斷地向環(huán)境索取資源的同時，投向環(huán)境的廢物也與日俱增，致使環(huán)境達到無法承受，造成環(huán)境污染，自然環(huán)境的平衡遭到破壞，反過來又影響人類和生物的健康。環(huán)境污染對生物體危害的表現(xiàn)特征極其復雜，這是環(huán)境生態(tài)毒理學的一個很重要的研究內(nèi)容。一般說來，污染物對生物體的危害程度不僅與它的物理、化學性質(zhì)、濃度的大小、污染的方式，進入生物體的途徑有關(guān)，還與生物體的種類、生理特征等因素有關(guān)，因此，由環(huán)境污染致害的癥狀是很復雜的......
污染物進入生態(tài)系統(tǒng)后的遷移，取決于污染物本身的理化性質(zhì)及環(huán)境條件......
毒物分子與某些作用器官的特異部分即受體之間相互作用，產(chǎn)生一系列反應的結(jié)果，稱為毒效應......
污染對生物體的危害性質(zhì)和程度，主要取決于劑量等......
為了探討環(huán)境污染與生態(tài)效應的關(guān)系，必須運用物理學、化學、生物學領(lǐng)域的先進技術(shù)方法以了解外界環(huán)境因素的物理、化學和生物學作用，同時，又必須廣泛地應用生理、生化、病理、毒理和臨床學科的有關(guān)知識，以闡明機體受到外界環(huán)境影響時所引起的種種變化。因此其研究的方法很多，總結(jié)起來可分為兩類：一是現(xiàn)場調(diào)查；二是實驗研究。這二種方法是相輔相成的研究手段，也是宏觀和微觀相結(jié)合的研究方法......
第一節(jié) 概述
自然界中的動物、植物、微生物等生物因素以及水、土、氣、光、、熱等非生物因素各自不是孤立地存在著，而是相互聯(lián)系、相互依賴、彼此制約的。當人類在不斷地向環(huán)境索取資源的同時，投向環(huán)境的廢物也與日俱增，致使環(huán)境達到無法承受，造成環(huán)境污染，自然環(huán)境的平衡遭到破壞，反過來又影響人類和生物的健康。環(huán)境污染對生物體危害的表現(xiàn)特征極其復雜，這是環(huán)境生態(tài)毒理學的一個很重要的研究內(nèi)容。一般說來，污染物對生物體的危害程度不僅與它的物理、化學性質(zhì)、濃度的大小、污染的方式，進入生物體的途徑有關(guān)，還與生物體的種類、生理特征等因素有關(guān)，因此，由環(huán)境污染致害的癥狀是很復雜的。
一、環(huán)境污染與植物危害
許多污染物如二氧化硫 (SO2) 、氟化氫 (HF) 、氯氣 (Cl2) 、臭氧 (O3) 、二氧化氮 (NO2) 、過氧乙酰硝酸酯 (PAN) 、鉛、鎘、砷、一氧化碳 (CO) 等，都會對植物產(chǎn)生有害的影響。一般以葉片傷害衡量危害程度，可將危害分為可見危害與不可見危害二種情況。
可見危害是肉眼可以直接觀察到的危害，受危害植物有明顯的傷害癥狀。根據(jù)癥狀出現(xiàn)的快慢，可見危害又可分為急性型、慢性型和混合型三種情況。
急性型是在污染物濃度高、接觸時間短（幾天、幾小時、甚至幾分鐘）迅速出現(xiàn)的傷害，如水稻在高濃度 SO 2 作用下迅速表現(xiàn)葉片淡綠或灰綠色甚至呈白色，萎蔫，有點狀斑點，嚴重時葉尖卷曲，受急性危害的水稻谷粒變小，秕粒增多，谷殼失去固有金黃色，而呈淡黃色。
慢性型是在污染物濃度較低、接觸時間較長情況下，葉片出現(xiàn)的癥狀。如污染物濃度在 ppm 至 ppb 級，接觸十幾天至幾十天，植物表現(xiàn)生育不良，生長不夠繁茂，輕度缺綠，或有輕微綠斑，能導致一定程度減產(chǎn)。因癥狀不明顯，且發(fā)展緩慢，往往不為人們注意。
混合型是急性型與慢性型兼而有之的情況，常常是在低濃度、長時間接觸，產(chǎn)生慢性危害的基礎上，又發(fā)生高濃度、短時間的急性危害，所以急性、慢性癥狀同時存在。
不可見危害亦稱隱性危害或生理危害。一般在污染物濃度更低的條件下發(fā)生。低劑量的污染物危害未達到在葉部產(chǎn)生癥狀的程度，但已經(jīng)對植物的生理、生化過程產(chǎn)生影響，如 Maclean 等（ 1977 ）以 0.6 mg/m3HF 對菜豆進行整個生長期的熏氣，未出現(xiàn)傷害癥狀而植株鮮重減少 25% ，此外，不可見危害也包括污染物對植物質(zhì)量的影響，譬如氟被糧食或飼料作物吸收之后，組織內(nèi)氟含量積累到一個臨界值，就會影響這類植物的質(zhì)量。因為植物器官中氟濃度對動物是非常重要的，蠶桑生態(tài)系統(tǒng)中蠶的氟中毒就是一個很好的例子。還有一些污染物，如某些重金屬，聚氯聯(lián)苯等，對人的有害作用比對農(nóng)作物強烈，在灌溉水中含量未達到危害作用水平時，由于在作物體內(nèi)積累較多，使產(chǎn)品不符合食用或飼料標準。這種情況，對產(chǎn)量和外表品質(zhì)無明顯影響，也屬于不可見危害。
關(guān)于大氣污染對植物的危害癥狀見表 8-1 。
水污染對植物的危害主要是工礦廢水排放以及污灌引起。南方大面積水田，北方相當大面積的水澆地或用污水灌溉的農(nóng)田，以及全國的菜園、果園等，以江河湖泊為水源，如果灌溉用水受到污染，就會向土壤引入污染物，達到一定時，污染土壤，導致農(nóng)業(yè)減產(chǎn)或品質(zhì)下降，果實、蔬菜、飼料外觀呈現(xiàn)斑點。表 8-2 為水體及土壤主要污染物對植物危害的癥狀。
二、環(huán)境污染與動物危害
環(huán)境污染物對動物危害的表現(xiàn)特征，可分為急性中毒、慢性中毒、致畸、致癌、致突變等。
急性中毒是環(huán)境污染物一次或 24 小時內(nèi)多次作用于人或動物體內(nèi)所引起的危害作用。例如 1930 年 12 月 3 ～ 5 日，比利時列日市西部人煙稠密的馬斯河谷工業(yè)區(qū)氣溫逆轉(zhuǎn)，發(fā)生了世界上第一次嚴重的工業(yè)大氣污染事件，工廠排出的有害氣體在近地層積累，據(jù)推測事件發(fā)生時大氣中二氧化硫濃度達 25 ～ 100 mg/m 3 。整個河谷的幾千居民幾乎同時都發(fā)病，病人出現(xiàn)聲音嘶啞、呼吸急促、持續(xù)咳嗽、吐泡沫痰，繼而吐膿樣痰塊，很多人惡心、嘔吐。又如 1984 年 12 月 3 日 ，印度博帕爾市某農(nóng)藥廠 45t 甲基異氰酸鹽泄漏污染，使空氣中甲基異氰酸鹽濃度超過安全標準的 1000 倍以上，造成該市 70 萬人口中 20 多萬人受害， 2500 多人死亡， 5 萬多人雙目失明。我國也有類似事件發(fā)生， 1982 年某廠飲水被含砷污水污染，一次即引起 132 人砷中毒。 2000 年羅馬尼亞金礦氰化物廢水溢流造成流經(jīng)羅馬尼亞、匈牙利和南聯(lián)盟的歐洲大河之一蒂薩河及其支流內(nèi) 80% 的魚類完全滅絕。
慢性中毒是環(huán)境污染物持續(xù)作用于生物機體而引起的危害，如日本首先報道的水俁病，痛痛病就是慢性蓄積性中毒的典型例子，此外，一些職業(yè)病也屬于慢性中毒，例如，工人長期吸入廠礦空氣中含硅粉塵引起的矽肺，生產(chǎn)環(huán)境中接觸鉛、苯、汞等有毒物質(zhì)引起的職業(yè)中毒等。另外，動物受到污染物慢性危害的報道亦很多。早在 1902 年，美國蒙大拿 (Montana) 一個銅治煉廠在 24km 內(nèi)，作為飼料的草和苔蘚中， As 2 O 3 高達 1800 mg/kg ， Cu1800 mg/kg 。在 3500 只山羊中，有 625 只死于慢性中毒。德國鉛和鋅冶煉廠周圍 5km 之內(nèi)吃草的牛和馬，發(fā)生鉛中毒，動物消瘦，關(guān)節(jié)腫脹并疼痛，有的喉返神經(jīng)（支配聲帶的神經(jīng)）麻痹，動物有特殊的馬嘶聲和馬喘鳴癥，伴隨有呼吸短促。 1958 年前的吳淞陳巷、三町分別飼養(yǎng) 36 頭和 20 頭耕牛，平均每個村 2 ～ 3 頭， 1958 年后隨著吳淞工業(yè)區(qū)發(fā)展，耕牛逐漸患“爛腳殼”，骨架畸形，牛腳伸不直，無力。至 60 年代，這些地方耕牛已絕跡，其根源是由于大氣氟化物的污染。其他如太原、包頭等地都有牛羊大范圍氟化物危害的實例。
致畸、致癌、致突變現(xiàn)象指環(huán)境污染影響到生物體遺傳物質(zhì)的變化，從而成為某些先天性疾病、腫瘤和畸胎等發(fā)生的原因。譬如我國北方某污灌區(qū)新生嬰幼兒畸胎、先天性畸形發(fā)生率明顯高于對照區(qū)（表 8-3 ）。
北京高碑店污灌地區(qū)的奶山羊及稻田青蛙血液淋巴細胞染色體畸變率明顯高于對照區(qū)（表 8-4 、表 8-5 ）。差異均非常顯著（ P <0.05 ）。
注：括號內(nèi)數(shù)據(jù)為百分比
污染物進入生態(tài)系統(tǒng)后的遷移，取決于污染物本身的理化性質(zhì)及環(huán)境條件，概括起來，有以下途徑：
1 、 污染物進入水體后被水生生物吸收或經(jīng)微生物作用后被水生生物吸收。 吸收方式有食物鏈上各營養(yǎng)級直接吸收和食物鏈逐級傳遞富集，有的經(jīng)陸生生物，人食用后逐步富集。循著這一食物鏈系統(tǒng)受污染物作用的生物的尸體，肢體被微生物分解后又被返回水體進行再循環(huán)，有的則沉淀在江河、湖泊、海洋的底泥中。
2 、污染物進入水體，由水體灌溉土壤或直接進入土壤，再由陸生生物吸收進入生物體或是由植物吸收后依食物鏈逐級傳遞至食物鏈中頂級動物和人。然后被污染生物由微生物分解又回到土壤、水、大氣或沉積層。
3 、廢氣進入大氣后被生物呼吸、吸附或沉降到土壤，水中再依 1 、 2 途徑循環(huán)。
排入環(huán)境的污染物質(zhì)經(jīng)上述途徑在生態(tài)系統(tǒng)中遷移，實現(xiàn)了它們在生態(tài)環(huán)境中的轉(zhuǎn)化、富集、分散、消失等過程。但在不同的環(huán)境介質(zhì)中，由于介質(zhì)的影響及污染物本身的理化性質(zhì)，其在環(huán)境中的轉(zhuǎn)化也將有所不同。
（一）生物性轉(zhuǎn)化
1 ．生物體的積累、富集。相當一部分污染物進入環(huán)境后即被一些生物直接吸收，在生物體內(nèi)積累起來。有的則通過不同營養(yǎng)級的傳遞、運移使頂級生物的污染物富集達到嚴重程度，可使人體發(fā)生嚴重的疾病。如日本有名的“水俁病”即是食用富集了大量有機汞的魚類引起，而“痛痛病”是鎘的富集引起的疾病。
2 ．生物作用。有的物質(zhì)進入環(huán)境后因生物的作用而發(fā)生物質(zhì)形態(tài)、性質(zhì)的變化。例如砷、汞等經(jīng)過微生物作用進入動物體后甲基化成甲基砷，甲基汞等。
Hg2+ + 2R-CH3→ CH3HgCH3→ CH3Hg+
不少的化合物如酚類、氰化物等可被微生物降解成水，二氧化碳、氨等。許多農(nóng)藥在微生物作用下起氧化還原反應。不少細菌可使許多有機化合物中芳香環(huán)開裂。生活污水中主要成分碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)的分解也多有細菌參與。
3 ．生物吸收、代謝、吸附作用。相當多的污染物都能被生物吸收。這些物質(zhì)進入生物體內(nèi)在各種酶系參與下發(fā)生氧化、還原、水解、絡合等反應。有的毒物經(jīng)過這些過程轉(zhuǎn)化成無毒物質(zhì)，有的毒性反而增強。如許多高等植物吸收苯酚后生成復雜的化合物（酚糖苷等）而使毒性消失，植物對氰化物也有類似機能，許多農(nóng)藥在生物體內(nèi)均發(fā)生不同程度反應與轉(zhuǎn)化。生物還吸附氣體如二氧化硫、氟化氫等并吸滯塵埃。
（二）化學轉(zhuǎn)化
1 ．中和置換反應。污染物進入生態(tài)系在水溶液中稀釋，溶解后多呈離子態(tài)，所以很容易和環(huán)境中酸、堿性物質(zhì)起中和置換反應。例如堿性廢液排入酸性水體中得到中和。鹵化物形態(tài)的鉛轉(zhuǎn)化為碳酸鉛、硫酸鉛等。
2 ．氧化還原作用。有的物質(zhì)排入環(huán)境中發(fā)生氧化還原反應，如一氧化氮變成二氧化氮；一價汞離子和二價汞離子間可以發(fā)生如下反應：
2 Hg+→ Hg2++Hg0
3 ．光化學反應。許多農(nóng)藥化合物、氮氧化物、碳氫化物在太陽光作用下發(fā)生一系列化學反應，產(chǎn)生異構(gòu)化、水解、置換、分解、氧化等作用。例如，一氧化氮和碳氫化物在光作用下發(fā)生一系列化學反應產(chǎn)生了二氧化氮、臭氧、過氧乙酰硝酸酯等有害的二次污染物。而谷硫磷等殺蟲劑在紫外光照射下即產(chǎn)生多種無殺蟲能力的代謝物。
（三）物理變化
毒物或污染物質(zhì)在環(huán)境中可以發(fā)生滲透、凝聚、蒸發(fā)、吸附、稀釋、擴散、沉降及放射性蛻變等一個或若干個物理變化。
（一）毒效應
毒物分子與某些作用器官的特異部分即受體之間相互作用，產(chǎn)生一系列反應的結(jié)果，稱為毒效應。例如，有機磷農(nóng)藥對膽堿酯酶表現(xiàn)有抑制作用；苯可抑制造血功能導致貧血；強酸強堿可引起局部的皮膚灼傷等等。
（二）靶子
污染物進入機體后，對機體各器官組織并不是產(chǎn)生同樣的毒作用，而是只對部分器官組織產(chǎn)生直接或間接的毒作用。靶子就是指污染物作用于生物機體的部位。如腦是汞的靶器官、甲狀腺是碘化物和鈷的靶器官，腎臟和肺是鎘的靶器官。污染物對機體毒作用的強弱與靶器官中含該物質(zhì)的濃度有一定的關(guān)系。同時靶器官可以是直接接觸吸收污染物的器官，也可以是遠離接觸吸收部位的器官，例如大氣污染物中的二氧化硫可直接刺激上呼吸道及氣管、支氣管。
（三）蓄積
當人和動物長期攝入小劑量污染物質(zhì)的時間間隔和劑量超過機體解毒和排泄的能力時，則導致該污染物在體內(nèi)的蓄積，從而引起毒性作用。蓄積作用是相對的，它與劑量的大小和攝入的時間間隔有密切關(guān)系。如劑量較大間隔時間較短，則易出現(xiàn)蓄積現(xiàn)象，反之劑量較小間隔時間長則不易出現(xiàn)蓄積現(xiàn)象。
（四）危害性
污染物質(zhì)在與機體接觸或使用過程中，有引起中毒的可能性。危害性與毒性不同，任何一種污染物不論其毒性強弱，其危害性的大小取決于生物是否與它接觸以及該物質(zhì)進入機體的能力和數(shù)量。在評價污染物的毒性及危害性時，應考慮多方面的因素，單憑它的絕對毒性是不夠的，還必須考慮到這種物質(zhì)的揮發(fā)性和在水（或血液）中的溶解性。揮發(fā)性小，易溶于水或血液中，并能迅速達到中毒濃度的化學物質(zhì)其危害性就大，反之則小。
（五）危險性
又稱危險度，是一種統(tǒng)計學概念，指引起接觸生物損害的預期頻率。在實際工作中，造成中毒的主要原因在于化學物質(zhì)進入機體的能力和數(shù)量。如果是脂溶性物質(zhì)，則易蓄積在脂肪中，不僅影響機體的脂肪代謝而且具有慢性中毒的危險性。
（六）安全性
某種污染物按一定數(shù)量或方式使用，不致引起生物機體損害的實際肯定性。
（七）暴露
靶子所接觸的特定污染物的化學和物理因素的總和。
二、污染物劑量、效應與反應
劑量從理論上來說，應當指污染物在生物體的作用點上的總量，實際上這個“總量”是難以定量求得的，因此往往采用的是生物體單位體重吸收或攝入污染物的量表示。
效應指暴露所引起生物機體發(fā)生的生物學變化，亦可稱為“生物學作用”或“生物學效應”，在毒理學研究中，根據(jù)可利用的毒性指標，可將其分為兩類。一類“量效應”，其效應強度可以定量表示，如有機磷農(nóng)藥抑制膽堿酯酶的程度，用膽堿酯酶活性表示，肼引起的脂肪肝，用肝甘油三酯測定值表示。其他，如蛋白質(zhì)濃度、體重改變等，都可定量表示。且計量指標所得測量值是連續(xù)性的，隨化合物劑量改變，可在一個個體觀察到計量指標測定值的連續(xù)性改變。另一類“質(zhì)效應”其效應強度無法用數(shù)量來表示，只能用“是”或“否”，“有”或“無”，“死亡”或“健康”來表示。沒有性質(zhì)和強度差別，因而所得計數(shù)指標的測定值是非連續(xù)性的。
反應指的是暴露引起某一生物群體中，呈現(xiàn)某種觀測效應強度的個體在群體中所占的比例（百分率）大小。
（一）劑量－效應
劑量－效應關(guān)系，是指環(huán)境污染物劑量與在個體中引起的某種效應的強度改變間的 關(guān)系。環(huán)境污染物以一定的低劑量作用于生物體時，由于生物體具有生理調(diào)節(jié)功能，能 夠保持相對穩(wěn)定，以適應環(huán)境變化，未出現(xiàn)任何明顯的效應，這時生物體是處于生理調(diào)節(jié)狀態(tài)。當劑量進一步提高，超過了生物體的承受能力，機體結(jié)構(gòu)和功能可能發(fā)生某些變化，但并未出現(xiàn)病理性損傷，這時生物體處于代償狀態(tài)。當劑量繼續(xù)升高，作用強度超出了生物體的代償能力，代償功能發(fā)生障礙，引起病理損傷，出現(xiàn)某種疾病特有的癥狀和體癥，這時生物體處于代償失調(diào)狀態(tài)。如劑量繼續(xù)升高，則會導致生物體死亡。這種環(huán)境污染物的不同劑量相應地引起生物體產(chǎn)生不同效應強度的關(guān)系，用曲線表示，則構(gòu)成劑量－效應曲線（圖 8-1 ）。
（二）劑量－反應
劑量－反應關(guān)系，是指環(huán)境污染物劑量發(fā)生變化，能引起某生物群體中呈現(xiàn)某種觀測效應的個體在群體中所占的比例也相應發(fā)生變化的關(guān)系。大量研究表明，在劑量－反應關(guān)系中，無反應和最大反應之間，隨劑量增加，反應逐步增加，有明顯程度變化。如果群體中的全部個體，對一化合物的敏感性變異，呈對稱正態(tài)頻數(shù)分布時，劑量與反應率關(guān)系成“ S ”狀曲線。此類易出現(xiàn)在一些質(zhì)效應（這些效應常在劑量增大到一定閾值時方出現(xiàn)）中，但生物效應中屬少見現(xiàn)象。常見的為長尾不對稱 S 狀曲線關(guān)系，表明隨劑量加大，效應強度或反應率改變呈偏態(tài)分布。劑量愈大，生物的改變愈復雜，干擾因素愈多，體內(nèi)自穩(wěn)機理對效應的調(diào)正機制愈趨明顯。且由于群體中存在一些具有耐受性個體，反應率在后半階段的升高，愈來愈需大幅度提高劑量。如果將劑量轉(zhuǎn)換成劑量的對數(shù)，那么不對稱型的 S 狀曲線將可以轉(zhuǎn)換成對稱狀的 S 狀曲線。圖 8-2 表示了這種相關(guān)關(guān)系的基本型式，但應該注意的是該劑量－反應關(guān)系需要有以下假設為前提：
1. 毒反應與作用部位的毒物或其代謝物濃度有相關(guān)關(guān)系；
2. 作用部位的濃度與劑量相關(guān)；
3. 毒反應是由所給的化合物引起的，即二者是因果關(guān)系。
從圖 8-2 還可明顯地見到，接近于對稱的 S 狀曲線的兩端，曲線的斜率較小，亦即死亡率對劑量變化的反應較遲鈍；相反，在曲線的中段，即死亡率近 50% 的上下范圍，曲線近似于一條直線，且斜率較大，劑量的微小改變，即會引起死亡率的明顯變化。
三、污染物毒性參數(shù)與毒性分級
對環(huán)境污染物的毒性和安全性進行評價，必須采用統(tǒng)一的毒性指標來表示。這些毒性指標在度量上必須具備同一性和等效性，并能靈敏地反映毒物性質(zhì)的變化，測試方法也必須力求統(tǒng)一，易于重復，即重現(xiàn)性好。根據(jù)劑量－效應和劑量－反應關(guān)系，可以采用下列基本毒性參數(shù)作為毒性指標。
（一）毒性的上限參數(shù)
引起動物急性中毒死亡的劑量（或濃度），是評價環(huán)境污染物的毒性和危險性的一類重要毒性參數(shù)。常采用以下幾種：
1. 最大耐受劑量 (MTD 、 LD 0 ) 或濃度 (LC 0 ) ：是不致引起實驗動物死亡的污染物的最大劑量或濃度。
2. 致死劑量 (LD) 或濃度（ LC ）：表示污染物引起實驗動物死亡的劑量或濃度。
3. 最小致死劑量 (MLD) 或濃度（ MLC ）：是使實驗動物個別死亡的最大劑量或濃度。
4. 半數(shù)致死劑量或濃度 (LD 50 或 LC 50 ) ：是引起實驗動物半數(shù)死亡的劑量或濃度。它不是某些實驗組的直接結(jié)果，而是根據(jù)整個實驗結(jié)果，采用數(shù)理統(tǒng)計學方法處理后求得的。有了 LD 50 這個重要的參數(shù)，就可以對化學物質(zhì)急性毒性大小進行分級（表 8-6 ）。
5. 絕對致死劑量或濃度 (LD 100 或 LC 100 ) ：致使實驗動物全部死亡的最小劑量或濃度。
（二）毒性的下限參數(shù)
1. 閾劑量或閾濃度：用最敏感的受試動物染毒，用已知最敏感的觀察指標或用現(xiàn)代化的手段測出該毒物引起受試動物產(chǎn)生異常生理、生化等反應或潛在的病理學改變的最小劑量或濃度。
2. 急性閾劑量 (LiM ac ) ：在一次染毒的條件下，測得的閾劑量，即為急性閾劑量。
3. 慢性閾劑量 (LiM ch ) ：在長期反復染毒條件下測得的閾劑量，即為慢性閾劑量。
除上述介紹的根據(jù)化學物質(zhì) LD 50 大小來分級外，尚可對揮發(fā)性的液體或氣體化學物質(zhì)采用刺激性閾值來進行分級（表 8-7 ）。
（三）危害性參數(shù)和危害性分級
由于危害性涉及到化學物質(zhì)本身的毒性大小及實際進入人和動物的可能性。因此對其進行評價相當困難。目前常采用以下 4 種參數(shù)：
1. 急性毒作用帶 (Z ac )
其值越小，急性毒作用帶越窄，說明引起急性效應致死的危險性越大。
2. 慢性毒作用帶 (Z ch )
其值越大，毒物的慢性毒作用帶越寬，說明該毒物的毒作用往往難以覺察，引起慢性中毒的危險越大。
3. 吸入中毒的危險性指數(shù) (I ac )
是用在 20 ℃ 時該毒物飽和蒸汽濃度 (C 20 ) 和 LC 50 之比值來表示。
其值越大，表明引起急性吸入中毒的危險性越大。
利用上述 3 個指標，可以將化學物質(zhì)危險性大小分為 4 級（表 8-8 ）
4. 穿透系數(shù)
穿透系數(shù)反映了化學物質(zhì)經(jīng)皮的穿透能力及經(jīng)皮中毒的可能性，其值越接近 1 ，表明穿透性越強，易于經(jīng)皮中毒。
四、致毒效應機理
污染物進入生態(tài)系統(tǒng)后，有的受環(huán)境中生化、物理作用后逐步分解而失去毒性，有的則被生物所利用。進入生物體內(nèi)的污染物對生物體的影響除了與污染物濃度大小密切相關(guān)外，還與毒物在體內(nèi)代謝過程密切相關(guān)。但各生物體對不同污染物代謝過程差異很大，即污染物被生物體吸收后，在體內(nèi)遷移、循環(huán)、分布、轉(zhuǎn)化等因生物種類和毒物類型、狀態(tài)不同而千差萬別。
• 植物致毒效應機理
• 污染物質(zhì)在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)歸
污染物在環(huán)境中處于離子態(tài)或是吸附在土壤表面，可被置換的離子均可以被植物根系所吸收。這類吸收有主動吸收和被動吸收。前者指靠細胞的代謝能吸收，而被動吸收則是利用根內(nèi)外離子濃度差別，電化學梯度差使毒物向根內(nèi)擴散，葉表面的吸收則是毒物通過表皮細胞滲入與吸附，是毒物進入植物體內(nèi)的重要渠道。毒物被植物吸收后，有的不進入植物細胞即通過氣孔、根系被排出體外。
有毒物質(zhì)進入體內(nèi)后主要靠細胞胞間連絲等作用實現(xiàn)了在細胞間和體內(nèi)的遷移。污染物進入根、葉、莖后，一部分就停留、積累在根、葉、莖處。另一部分則是通過木質(zhì)部導管隨溶液流向植物各部位。例如，從根部吸收的毒物隨著蒸騰作用而上升，在導管某一高度處做徑向運輸達到應去的地方。從葉面吸收的毒物則由氣孔吸進細胞間隙傳送到導管并向下輸送，所有這些物質(zhì)遷移過程均有溶液的參與，在輸導管系統(tǒng)中流向植物體各部分。雖然有毒物質(zhì)在植物體內(nèi)多是靠蒸騰等作用隨水分一起運輸，但也有并非完全靠它起運輸作用。例如有的沉水植物蒸騰幾乎不存在，照樣可把毒物運輸?shù)街参锔鞑糠帧?
毒物進入植物體各組織與運輸過程中也發(fā)生生物轉(zhuǎn)化。在這一過程中有的毒物被水解，毒性減弱或消失，有的則通過一系列降解后為植物所利用；有的經(jīng)生物轉(zhuǎn)化后毒性反應加強。多數(shù)離子態(tài)毒物在與植物體內(nèi)有機分子結(jié)合后對植物起某種損害作用。例如，某些離子態(tài)毒物能置換出酶蛋白中的鐵、錳元素而形成較為穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，使酶活動受到抑制，從而阻礙了代謝活動；有的金屬離子則是取代了植物體內(nèi)蛋白質(zhì)中的 -SH 基中的氫，使正常的代謝和氧化－還原過程受到干擾或破壞，并能阻礙養(yǎng)分的吸收。
植物沒有特定排泄系統(tǒng)，活的植物對于金屬、類金屬的排出往往是通過根系排出，有的是通過葉面呼吸帶走或是其他方式排出（包括枯枝落葉），所以有害物質(zhì)排出較少，毒性更易于在各組織積累。但在不同環(huán)境條件下，不同物種和不同組織中這種積累、分布差別很大。一般來說，毒物由土壤、水域經(jīng)根部進入植物體積累量大小順序為根、莖、葉、穗、殼、種子，但對大氣中經(jīng)葉部進入植物體毒物，則往往葉、莖部毒物積累量大，例如，稻草含鉻量占地上部分鉻含量的 90% 左右，谷殼占 5% ，糙米占 3% ，而氣態(tài)氟化物多積累在葉片上。
2 ．污染物對植物的危害機制
植物的能動性很差，當環(huán)境物質(zhì)濃度，尤其是土壤與水域中物質(zhì)濃度達到一定值后，這些物質(zhì)都將涌進植物體內(nèi)，它們有的是植物所必須的，但量多則危害；有的則是明顯有害；有的在某個量值時對植物無害，但在食物鏈傳遞上卻對高營養(yǎng)級生物產(chǎn)生危害，這些需視植物和物質(zhì)種類，量值大小等而定。例如銅是植物必需物質(zhì)，但銅多了妨礙植物根部生長，出現(xiàn)黃化現(xiàn)象。酚、氰類化合物濃度較低時被植物吸收并轉(zhuǎn)化成糖苷，此時不會出現(xiàn)氰類對細胞的毒害，而經(jīng)誘導為植物細胞所利用，參加正常代謝過程，但在高濃度下卻能致植物死亡。某些重金屬、有機氯農(nóng)藥等在濃度較低時并沒有對植物造成損害，但它們在植株中的累積卻對食用它的動物造成危害。而當一些重金屬、類金屬達到一定濃度后卻可以立即對植物造成損害。毒物對植物損害機理是多種多樣的，有的是干擾酶作用進而阻礙代謝機能，如氟化物氣體和重金屬，而有的毒物卻能引起植物變異，如在嚴重的金屬污染區(qū)常發(fā)現(xiàn)這種變異種，有的則因與根系有機分子形成較為穩(wěn)定的絡合物，破壞根系正常代謝機能，進而引起繁殖障礙等，如過量的銅污染，有的是強氧化劑或強還原劑，影響植物氧化還原反應，如臭氧、氯氣、二氧化硫等。
• 動物致毒效應機理
• 污染物在動物體內(nèi)的吸收、分布、排泄
（ 1 ）侵入和吸收
污染物主要經(jīng)呼吸道和消化道侵入動物體，也可經(jīng)皮膚或其他途徑侵入。空氣中的氣態(tài)毒物或懸浮的顆粒物質(zhì)經(jīng)呼吸道被吸收。水和土壤中的有毒物質(zhì)，主要是通過飲用水和食物經(jīng)消化道被動物體吸收，整個消化道都有吸收作用，但以小腸較為重要。
（ 2 ）分布
污染物質(zhì)經(jīng)上述途徑進入動物或人體內(nèi)后很快就通過血液、淋巴系統(tǒng)、體液等輸送到各組織中去，且分布到各器官組織的速率與器官的血流量、毒物穿過毛細血管床滲透進入該組織細胞的難易程度、以及該組織對毒物的親和力有關(guān)。體內(nèi)各組織細胞的膜結(jié)構(gòu)和細胞的成分不同，毒物在不同組織中的分布有很大差異。如，肝組織的血竇膜，各種分子和離子狀態(tài)的物質(zhì)，都能迅速通過。肝細胞不僅膜孔較一般細胞大，而且有一些對脂溶性物質(zhì)親和力較強的連接蛋白。因此，肝臟成為外來化合物在體內(nèi)代謝和排除的主要器官。
毒物在體內(nèi)的分布是隨時間變化的，有時出現(xiàn)再分布現(xiàn)象。如，無機鉛被吸收后，很快分布于紅細胞、肝和腎。供給無機鉛經(jīng) 2 小時，有 5% 的鉛分布于肝。然后，再分布到骨，取代晶格中的鈣。一個月后， 90% 的鉛分布于骨。
有機毒物多屬非電解質(zhì)，在體內(nèi)呈均勻分布。無機毒物屬電解質(zhì)，分布多不均勻。一價陽離子（如鈉、鉀、鋰、銣、銫等）、陰離子（如氟、氯等）、五、六、七價的元素，多為均勻分布，二、四價的陽離子（如鈣、鋇、鍶、鐳、鈹、鉛等）集中于骨骼。此外，碘對甲狀腺有特殊親和性，鎘、釕等與含巰基蛋白質(zhì)結(jié)合，多集中于腎臟。毒物分布比較集中的部位，與毒作用部位可能相同，也可能不同。如， CO 集中在紅血球的血紅蛋白，百草枯積聚于肺，分布集中的部位也是毒作用部位。 DDT 集中分布于體脂，但毒作用部位是神經(jīng)系統(tǒng)及其它臟器。鉛貯于骨，毒作用是造血系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和胃腸道等。這種貯存部位與毒作用部位的不一致性，據(jù)認為是機體的一種保護性機制，使毒作用部位的毒物維持在較低水平。血漿蛋白、骨骼和體脂是體內(nèi)主要的毒物貯存庫。在貯庫內(nèi)，毒物濃度高，但不顯示毒作用。當血漿中游離物經(jīng)生物代謝轉(zhuǎn)化和排泄，濃度下降時，貯庫中的毒物可逐漸釋放出來。
（ 3 ）排泄
污染物的體內(nèi)排除，對毒效應是極重要的。排除快，毒效應小。相反，如果污染物在體內(nèi)存留時間延長，潛在的毒效應就大。
污染物或其代謝產(chǎn)物，通過多種途徑排出體外。絕大多數(shù)非氣態(tài)或非揮發(fā)性化合物，主要經(jīng)腎排出。其它排出途徑有：經(jīng)膽汁分泌入腸道排出；隨乳汗、汗液、唾液、精液、指甲、毛發(fā)等排除。氣態(tài)和揮發(fā)性物質(zhì)，經(jīng)肺由呼氣排出。毒物在排出過程中，可在排出的器官造成繼發(fā)性損害，成為中毒表現(xiàn)的一部分。
2 ．污染物對動物的毒害機制
由于機體在化學和物理學上的復雜性、多樣性，不同污染物的毒害機理多種多樣。例如，烷基汞的中毒機理是因為 CH 3 Hg + 與紅細胞結(jié)合，并迅速穿過血腦屏障，同腦細胞膜中的硫蛋白結(jié)合，致使膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而影響膜的功能，對膜兩邊離子分布、電位及營養(yǎng)物的通過都造成干擾，使腦細胞受到永久性損傷。重金屬離子對水生生物中毒機理則主要是因為金屬與粘液中有機分子結(jié)合生成的絡合物附著在水生動物體壁，阻礙了氧和二氧化碳交換。而一氧化碳毒害則是由于其與血紅蛋白親和力較氧大，使血紅蛋白失掉輸氧能力。至于農(nóng)藥對動物的毒害作用差異更大，有的是因為致死性合成，如有機氟代烷基化合物的毒性，當碳原子為奇數(shù)時，通過 b －氧化生成氟乙酸，毒性較大。有的是因為蓄積作用，如未被降解的 DDT 被生物吸收、蓄積、富集而依食物鏈傳遞給高級營養(yǎng)層的動物或進入人體。有的是由于對酶產(chǎn)生了抑制，如有機磷農(nóng)藥對膽堿酯酶的不可逆抑制。總之，污染物對生物的作用因環(huán)境條件、生物種類、生長發(fā)育情況，性別和年齡而不同，應具體情況具體分析。
（三）致毒機理小結(jié)
從上述討論可知，不同種類的污染物致毒差異極大，且不同作用對象，同一種污染物的毒性也極不相同，但總的來說，從毒作用的分子機理看，無論是動物還是植物，其毒作用也無外乎以下三類：①毒物與靶分子的不可逆作用而引起的毒作用。②毒物與靶分子的可逆作用而引起的毒作用。③毒物在生物系統(tǒng)中物理性蓄積而引起的毒作用。
1 、不可逆性毒作用。毒物與靶分子的不可逆性相互作用引起的毒作用，是最主要的毒作用方式，這種作用方式在作為治療藥物使用的化合物是罕見的。毒物與靶分子不可逆作用，造成化學性損傷的后果及潛伏期，主要取決于靶分子（生物大分子）的生物學作用，再生和更新的速率以及修復作用（如 DNA 修復）。不可逆毒作用主要有以下幾種類型：
①與生物大分子共價結(jié)合；
②脂質(zhì)過氧化作用；
③致死性合成及致死性滲入；
④酶的不可逆抑制；
⑤涉及體內(nèi)攜帶系統(tǒng)的化學性損傷，如亞硝酸鹽、芳香氨基和硝基化合物，可使血紅蛋白氧化生成高鐵血紅蛋白，使之失去攜氧功能；
⑥引起過敏性變態(tài)反應物質(zhì)的毒作用；
⑦其它如局部刺激作用，腐蝕作用等。
2 、可逆性毒作用。是指毒物與其相應靶分子的作用部位（如神經(jīng)遞質(zhì)和激素受體，酶的催化活性中心等）之間發(fā)生可逆性相互作用。這種作用的特點是，導致靶分子功能性可逆性變化，這種功能變化隨著靶器官中毒物的消失而恢復，不致發(fā)生持久性化學損傷。靶分子（如酶或受體）與毒物分子相互作用雖可發(fā)生結(jié)構(gòu)上的改變，但毒物可以毫無化學變化地脫離靶分子，在靶分子上不遺留任何化學損傷。很多藥物的藥理作用，就是基于此種酶或受體的可逆性作用。此外干擾主動運輸過程的藥物，也是以可逆性抑制作用為基礎的。
3 、毒物物理性蓄積引起的毒作用。一些毒物（如乙醚、環(huán)丙烷、氟烷等）具有麻醉作用，可能是由于這些親脂性物質(zhì)蓄積于細胞膜，當達到一定濃度時就產(chǎn)生某些抑制作用，如抑制葡萄糖和氧的運輸。因此中樞神經(jīng)系統(tǒng)對于這些麻醉劑非常敏感。有人認為 DDT 及多氯聯(lián)苯的毒作用，也可能與此種物理性蓄積作用有關(guān)。
污染對生物體的危害性質(zhì)和程度，主要取決于以下一些因素：
一、 劑量
污染物能否對生物體產(chǎn)生危害以及其危害的程度，主要取決于污染物進入生物體的“劑量”。以化學性污染物對人體的作用為例，劑量和反應的關(guān)系有以下幾種情況。
（一） 非必需元素、有毒元素或生物體內(nèi)目前尚未檢出的某些元素。由環(huán)境污染而進入人體的劑量達到一定程度即可引起異常反應，甚至進一步發(fā)展成疾病。例如圖 8-3 表明甲基汞中毒癥狀發(fā)生率與進入人體總負荷量的關(guān)系。對于這一類元素主要是研究制訂其最高容許限量的問題（環(huán)境中的最高容許濃度，人體的最高容許負荷量等）。
（二） 對于人體必需的元素，其劑量與反應的關(guān)系則較為復雜。一方面，環(huán)境中這種必需元素的含量過少，不能滿足人體的生理需要時，會使人體的某些功能發(fā)生障礙，形成一系列病理變化；另一方面，如果由于某種原因。使環(huán)境中這類元素的含量增加過多，也會作用于人體，引起程度不同的中毒性病變。現(xiàn)以氟為例說明這種關(guān)系，飲水中含氟如在 2 mg/kg 以上則斑釉齒的發(fā)病率升高，如含氟達 8 mg/kg ，則可造成地方性氟病（慢性氟中毒）的流行；但如飲水中含 0.5 mg/kg 以下，則齲齒的發(fā)病率顯著升高（圖 8-4 ）。因此對這類元素不
僅要研究和制訂環(huán)境中最高容許濃度，而且還要研究和制訂最低供應量的問題。
二、作用時間
很多環(huán)境污染物具有蓄積性，只有在體內(nèi)蓄積達到中毒閾值時，才會產(chǎn)生危害。因此隨著作用時間的延長，毒物的蓄積量將加大。污染物在體內(nèi)的蓄積是受攝入量、污染物的生物半衰期（即污染物在生物體內(nèi)濃度減低一半所需的時間）和作用時間三個因素的影響。
三、多種因素的聯(lián)合作用
環(huán)境污染物常常不是單一的，而是經(jīng)常與其他物理、化學因素同時作用于人體，必須考慮這些因素的聯(lián)合作用和綜合影響。下面主要討論外來化合物之間聯(lián)合作用的一般規(guī)律。
外來化合物同時進入機體所產(chǎn)生的生物學作用，與各化合物單獨進入機體所產(chǎn)生的生物學作用，并不是完全相同的。兩種化合物對生物體產(chǎn)生某種聯(lián)合毒作用，按劑量－反應關(guān)系的變化，主要有下列類型：相加作用，協(xié)同作用，拮抗作用及獨立作用。
（一）相加作用
即多種化學物質(zhì)的混合物，其聯(lián)合作用所產(chǎn)生的毒性為各單個物質(zhì)產(chǎn)生毒性的總和。產(chǎn)生聯(lián)合作用的各化學物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)比較接近，或?qū)儆谕滴镔|(zhì)，它們作用于機體的同一部位或組織的毒性作用近似，作用機理也類似，如按一定比例，用一種化學物質(zhì)代替另一種化學物質(zhì)其混合物的毒性無改變。如丙烯睛與乙睛，稻瘟凈與樂果等，如以死亡率為指標，二種毒物毒性作用的死亡率分別為 M 1 和 M 2 ，則聯(lián)合作用的死亡率為 M = M 1 + M 2 ，又可通過單項毒物及混合物進行 LD 50 的測定，來進行混合物的聯(lián)合相加作用的研究，一般以 LD 50 或 LC 50 為指標表示毒物相加作用。其公式為
式中 p A,B … n 分別表示混合物中各單項毒物的組分（以小數(shù)表示）
p A + p B + … p n =1 ， LC 50( A ) … ( n ) 為各種化學物質(zhì)分別測定的 LC 50 。
（二）協(xié)同作用
多種化學物質(zhì)聯(lián)合作用的毒性，大于各單個物質(zhì)毒性的總和，如稻瘟凈與馬拉硫磷，臭氧與硫酸氣溶膠等，以死亡率為毒性指標，二種毒物毒性作用的死亡率分別為 M 1 和 M 2 ，則聯(lián)合作用的死亡率為 M > M 1 + M 2 。這又可解釋為一種物質(zhì)毒性被另一種物質(zhì)所增強。如有些致癌作用很弱的物質(zhì)，引起動物腫瘤的潛伏期很長，甚至超過某動物的自然壽命，若這種弱致癌物質(zhì)遇到一個具有協(xié)同作用的致癌物質(zhì)共同作用時，便可縮短這弱致癌物質(zhì)引起腫瘤的潛伏期而顯示其致癌作用。
（三）拮抗作用
兩種或兩種以上化學物質(zhì)同時作用于生物體，其結(jié)果每一種化學物質(zhì)對生物體作用的毒性反而減弱，其聯(lián)合作用的毒性小于單個化學物質(zhì)毒性的總和。如二氯甲烷與乙醇，鐵和錳等，以死亡率為毒性指標，二種毒物毒性作用的死亡率分別為 M 1 和 M 2 ，則聯(lián)合作用的死亡率 M < M 1 + M 2 。
凡是能使一種化學物質(zhì)毒性減弱的化學物質(zhì)，稱該物質(zhì)為拮抗物，如硒為汞的拮抗物。硒與鎘、鋅與鎘、鋅與銅等均有拮抗作用，正是這種拮抗作用，使得某些嚴重的汞污染區(qū)，因有硒的存在未能形成汞對人體嚴重的影響，同樣的道理，在某些嚴重的氟污染區(qū)內(nèi)，沒有發(fā)現(xiàn)生物體有嚴重氟中毒現(xiàn)象，其原因可能是因鉛、硼等元素在該地區(qū)存在。
（四） 獨立作用
各單一化學物質(zhì)對機體作用的途徑、方式、部位及其機理均不相同，聯(lián)合作用于某機體時，在機體內(nèi)的作用互不影響。但常出現(xiàn)一種有毒物質(zhì)的作用后使機體的抵抗力下降，而使另一種毒物再作用時毒性明顯增強。如觀察的毒性指標是死亡率，則聯(lián)合作用的毒性是由某一化學物質(zhì)作用后存活的動物再受另一種物質(zhì)的毒性作用的結(jié)果。如二種毒物作用的死亡率分別為 M 1 和 M 2 ，則聯(lián)合作用的死亡率為 M = M 1 + M 2 (1- M 1 ) 或 M =1-(1- M 1 )(1- M 2 ) 。但是混合物的毒性仍比單項物質(zhì)的毒性要大。因為一種毒物常可降低機體對另一種毒物的抵抗力。下表 8-9 列舉了某些外來化合物的聯(lián)合作用。
四、各屬、種系和個體差異
（一）種屬差異
據(jù)資料表明，在有些物質(zhì)對動物的急性和慢性毒性試驗中，不同種屬動物的敏感性是不一致的，這可能與這些物質(zhì)在不同種屬動物體內(nèi)蓄積作用不同所致，一般情況，人對小劑量毒物的作用較動物更為敏感。種屬差異除量方面以外，有時還有質(zhì)的不同，如分別分給小鼠、大鼠和猴經(jīng)口投 C 14 標記的氯仿 60 mg/kg 體重，轉(zhuǎn)化為 CO 的量分別為 80% ， 60% 和 20% ，而人經(jīng)呼吸道排出的主要是原形氯仿。三甲撐三硝基胺引起兔和狗的白細胞增多，而對人則白細胞減少，苯引起人和兔白細胞減少及造血組織再生不良，而對狗產(chǎn)生相反的反應－白細胞增多，造血組織增生過盛。因此對動物實驗的資料不能輕易地應用到人體中，因人對毒物比動物普遍敏感。據(jù) 260 種化合物的致死量比較，大多數(shù)毒物對動物的致死量比人高 1 ～ 10 倍，約有 3% 高出 25 ～ 450 倍，只有 8% 左右，人的致死量比動物高，又如經(jīng)動物試驗發(fā)現(xiàn)有 1000 多種致癌物質(zhì)，但對人有致癌作用的僅有 20 多種。
（二）種系差異
種系之間對污染物敏感性的差異，沒有種屬之間明顯，主要表現(xiàn)在量方面的差異。
（三）個體差異
個體對污染物的反應差異較大。不同性別、年齡、體重、健康狀況、生理狀況、遺傳因素等，對環(huán)境異常變化的反應強度和性質(zhì)明顯不同。
1 ．性別
性別對毒性的影響，往往隨毒物種屬而異。有人分析 149 種毒物對雌雄小鼠、大鼠 LD 50 之比值 , 發(fā)現(xiàn)雌性動物較雄性動物為敏感，但差別不大。各類化合物毒性的性別差別見表 8-10 。這個表只反映其中各類化合物毒性性別差異的平均值，若對各個化合物逐個進行分析，則可見到有些化合物的性別差異還是較大的。例如，有機磷化合物中對硫磷、苯硫磷、 Disulfonton 等，雌性動物較雄性的敏感性高 5 ～ 8 倍，而馬拉硫磷、甲基對硫磷和皮蠅磷等雄性動物較雌性的敏感性高 1.7 ～ 2.1 倍。雌、雄情況的差異主要由于性激素的不同，從而影響對毒物的生物轉(zhuǎn)化能力，一般情況雄性肝臟內(nèi)的一些酶對毒物生物轉(zhuǎn)化能力大于雌性。但總的來說， LD 50 的性別差異多數(shù)不超過 2 倍，大于 3 倍的則罕見。
2 ．年齡
人和動物對毒物的反應受年齡的影響。據(jù)分析成年動物的 LD 50 與新生動物的 LD 50 之比值可波動在 0.002 ～ 16 之間。新生動物由于中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育不全，并且體內(nèi)缺乏藥物代謝酶，所以對中樞神經(jīng)系統(tǒng)刺激劑和一些在體內(nèi)經(jīng)代謝后增毒的毒物可能不夠敏感。有人觀察年齡對乙醇、汽油、戊烷、苯和 2- 氯乙烷等的急性毒性的影響，按 LC 及麻醉濃度來看，敏感性基本上顯示幼年 > 老年 > 成年。這可能與解毒酶活性有關(guān)。胎兒因缺乏這些酶，故對毒物很敏感。另外，某些毒物在幼年體內(nèi)的吸收較成年為多。例如，兒童對鉛的吸收較成人多 4 ～ 5 倍，對鎘則多 20 倍。然而并不是所有化學物質(zhì)對年幼的毒性都大，某些物質(zhì)特別是中樞神經(jīng)興奮劑對新生動物的毒性較小，如有報導 DDT 對新生大鼠的半數(shù)致死量為成年大鼠的 20 倍以上。
3 ．體重
根據(jù)動物比較生理和生化的研究表明，動物的一系列功能指標的參數(shù)和體重有顯著相關(guān)。動物對毒物的敏感性，作為機體的功能之一，因此也與體重有顯著相關(guān)。有人建議，可根據(jù)毒物對各種動物的毒性，計算相應的回歸方程。縱軸是致死劑量，橫軸是體重。直線方程的斜率將隨毒物而異，然后可用外延法來推算該毒物對人的毒性。
4 ．健康狀況
動物的營養(yǎng)狀況、體力活動情況、有無疾病以及其他許多因素，都能引起全身代謝水平和酶活性的波動，從而影響毒物在體內(nèi)的代謝率和吸收、排泄速率。這些都成為造成對毒物敏感性個體差異的重要因素。如 1952 年倫敦煙霧事件一周內(nèi)比前一年同期多死亡的 4,000 人中， 80% 是原來就患有心肺疾患的人。
為了探討環(huán)境污染與生態(tài)效應的關(guān)系，必須運用物理學、化學、生物學領(lǐng)域的先進技術(shù)方法以了解外界環(huán)境因素的物理、化學和生物學作用，同時，又必須廣泛地應用生理、生化、病理、毒理和臨床學科的有關(guān)知識，以闡明機體受到外界環(huán)境影響時所引起的種種變化。因此其研究的方法很多，總結(jié)起來可分為兩類：一是現(xiàn)場調(diào)查；二是實驗研究。這二種方法是相輔相成的研究手段，也是宏觀和微觀相結(jié)合的研究方法。
現(xiàn)場調(diào)查法包括生態(tài)學研究和流行病學調(diào)查。
（一）生態(tài)學研究
生態(tài)學的方法是作為掌握生態(tài)系統(tǒng)的自然現(xiàn)象的方法、就是觀察物質(zhì)（有機物質(zhì)和無機物質(zhì)）及其能量在生態(tài)系的各個組成部分之間的遷移轉(zhuǎn)化，闡明某一局部地區(qū)以至整個地球范圍內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的相互依存，相互作用的關(guān)系。
人類是生態(tài)系統(tǒng)中的成員之一，人類在生產(chǎn)和消費活動中排放的各種物質(zhì)進入環(huán)境后，在環(huán)境因素（物理、化學、生物）的作用下被消化、吸收、分解從而達到環(huán)境的凈化，維持了生態(tài)平衡。然而某些污染物大量進入環(huán)境，在短時間內(nèi)不能被消除，在環(huán)境中經(jīng)過一段時間的積累對生物和環(huán)境達到致害的程度，破壞了自然的生態(tài)平衡，給人類帶了嚴重的后果，例如許多元素在生命活動中是有用的和必需的，在生命活動中常常是缺了某物質(zhì)不行，雖然并非構(gòu)成生物體必需的材料，卻在生命活動中起著不可缺少的催化劑作用。無論是生命活動中必需的元素或非必需元素，當在生物體內(nèi)積累值超過一定閾限，低于必需的閾值，或者進入生物體內(nèi)途經(jīng)方式是超軌行為，都將或多或少地危及或影響生物的生命活動。例如，磷是許多生物體構(gòu)成中必需的成分。但人、畜吸入黃磷蒸汽可產(chǎn)生肝、腎的脂肪病變等疾患，嚴重的可致死亡，所以一般磷作業(yè)場所允許最高濃度為 0.1 mg/m 3 。不少重金屬，當量值為 ppb 數(shù)量級時，它能對物質(zhì)代謝起著催化作用，而當達到 ppm 數(shù)量級時，常可以觀察到無益而有害的作用。
通過生態(tài)學的研究，提供環(huán)境污染物定性及定量的資料，來計算污染物釋放、并轉(zhuǎn)移到生物體中的代謝劑量與效應關(guān)系，查明污染物在環(huán)境中的持久性，轉(zhuǎn)化和遷移的規(guī)律，為制定環(huán)境有害物質(zhì)的最高允許量提供科學依據(jù)。
（二）流行病學調(diào)查
流行病的調(diào)查是了解某一地區(qū)環(huán)境污染對居民健康狀況、患病率、死亡率等危害情況的統(tǒng)計，為制定污染物的安全濃度提供科學依據(jù)。
根據(jù)調(diào)查的因果關(guān)系和時間先后可分為兩類。一類是回顧性調(diào)查，是調(diào)查人群中已經(jīng)發(fā)生的某種疾病，追溯過去有無可疑的共同病因和發(fā)病的性質(zhì)，是在病例發(fā)生后從果到因的調(diào)查。另一類是前瞻性調(diào)查，是將一個范圍明確的居住區(qū)的居民劃分為某一污染因素的接觸組與對照組，在一定期間追蹤觀察和比較兩組的健康差異和發(fā)病死亡情況，是從因到果的調(diào)查。
調(diào)查時，將對象分為兩組。一組受某物質(zhì)一定濃度的影響，另一組不受該物質(zhì)的影響，或所受物質(zhì)影響的濃度小于接觸組若干倍。然后觀察兩組人群中某種疾病的發(fā)病率或死亡率的變化，并進行比較（表 8-11 ）。回顧性調(diào)查比較 a/a+c 和 b/b+d ，用 χ 2 檢驗其差別有無顯著性。兩組人群在年齡、性別、生活條件、工作情況等方面均基本相似。前瞻性調(diào)查是在一定時期內(nèi)跟蹤比較接觸組與對照組人群，即比較 a/a+b 與 c/c+d 。
進行流行病學調(diào)查時還應注意一些問題，譬如樣本大小、分組、以及多種因素的聯(lián)合作用。
1. 樣本大小。環(huán)境污染物在環(huán)境中的濃度通常較低，對人群的作用較弱，其健康效應常在較易感的人群中首先出現(xiàn)，并且只有較低的出現(xiàn)率。社會條件、職業(yè)因素等可影響某種效應的出現(xiàn)率。因此調(diào)查時需有較大數(shù)量的人群樣本，以充分顯示某因素的健康效應，并排除其它因素對出現(xiàn)率的影響。如果已有敏感人群（如兒童對空氣污染所致的紫外線不足比較敏感），可以較小樣本的特定人群來進行研究。
2. 分組。環(huán)境流行病學的目的是確立接觸－效應關(guān)系和劑量－反應曲線。一般選取對環(huán)境因素有害作用最為敏感的那一部分人進行研究。根據(jù)環(huán)境負荷及人群組合等情況設立若干個接觸反應梯度組（如劃分輕重污染區(qū)、按不同年齡、性別的人群進行分組），以便于調(diào)查資料的對比分析。對接觸人群與非接觸人群的患病率或死亡率以及某種效應的出現(xiàn)率，須用標準人口結(jié)構(gòu)加以標準化換算之后，才能進行比較。
3. 多種因素的聯(lián)合作用。研究某一已知的健康效應時，力求排除其它因素的干擾。在研究未知原因的健康影響或疾病時，力求闡明主導因素以及輔助因素的影響。在研究設計中對關(guān)聯(lián)因素應加以周密的考慮。例如研究氯氣對呼吸道疾患的影響時，應注意環(huán)境中其它刺激性氣體如二氧化硫、二氧化氮、氟化氫等物質(zhì)的濃度。
為了深入地闡明環(huán)境污染對機體的作用，必須在嚴格控制的實驗室條件下，進行環(huán)境污染物對機體和其它生物系統(tǒng)影響的觀察，即采用毒理學的研究方法。毒理實驗包括急性、短期和長期毒性實驗，以及致癌、致突變和致畸實驗。
進行動物毒性實驗前，需要收集該毒物的理化特性結(jié)構(gòu)式、分子式、分子量、比重、折射指數(shù)、沸點、熔點，以及在脂肪、水及其它物質(zhì)中的溶解度，在環(huán)境中的穩(wěn)定性等，因為這些因素對毒作用有著不同程度的影響，此外，了解該毒物在環(huán)境中的實測濃度，對實驗設計也有一定的指導意義。接下簡要介紹急性、短期和長期毒性實驗。
（一）急性毒性實驗
急性毒性的定義是在 24 小時內(nèi)一次或多次給藥后短時間內(nèi)所發(fā)生的不良作用。當不具備測試物質(zhì)的毒性資料時，急性實驗可用于對該化學物的相對毒性進行分析，研究其作用的類型及特殊毒效應，以及確定是否存在種系差別。
1. 急性毒性試驗的主要步驟
（ 1 ）實驗動物的選擇
急性實驗最常用的動物是初成年的大、小鼠，如條件可能，采用 2 ～ 3 種動物同時進行，其中一種為非嚙齒類動物如狗、猴等，雌雄各半。動物體重，小鼠 18 － 22 克 ，大鼠 200 克 左右。試驗前后各稱體重一次，以觀察毒物引起的變化。體重下降是中毒的一種表現(xiàn)。
（ 2 ）染毒方式和劑型選擇
染毒方式根據(jù)生物接觸有害物質(zhì)的方式而定，常用經(jīng)口和吸入染毒。經(jīng)口染毒常用灌胃法，吸入染毒多在靜式染毒柜中進行，染毒時間常為 2 ～ 4 小時。必要時做經(jīng)皮染毒實驗。
劑型根據(jù)受試物的理化性質(zhì)確定劑型。劑量小、毒性強、有刺激性和腐蝕性的液態(tài)受試物，應對原液作適當稀釋，以保證劑量準確和減輕局部副作用。固態(tài)受試物，則應選用適當?shù)娜軇┡涑扇芤骸乙骸⑷閯⒂蛣┑取Ｆつw染毒用的劑型，采用軟膏、糊劑等。
（ 3 ）中毒癥狀的觀察與記錄
染毒后應注意觀察受試動物的中毒癥狀及死亡情況，一般觀察 1 ～ 2 周。觀察內(nèi)容包括皮膚、毛、眼和粘膜的變化、呼吸、循環(huán)、植物神經(jīng)系統(tǒng)，四肢活動和行為方式等的變化。特別要注意觀察震顫、驚厥、流涎、腹瀉、嗜眠、昏迷等現(xiàn)象（表 8-12 ）。記錄癥狀出現(xiàn)率、出現(xiàn)時間、死亡數(shù)和死亡時間。并對部分死亡動物作病理解剖及組織學檢查，以了解毒作用特點及主要受損器官和組織。
（ 4 ）急性毒性的測定
急性毒性的大小常以 LD50 （ LC50 ）表示。因為 LD50 受實驗動物個體感受性（敏感性和耐受性）影響較小，結(jié)果較穩(wěn)定，能較確切地反映出該物質(zhì)的毒性大小。但實驗動物的種類、染毒方式對 LD50 值影響很大，在以 LD50 表示時需加注明，如 DDT 的 LD50 為 250 毫克 / 公斤（大鼠、經(jīng)口）。
要使 LD50 的數(shù)值更有意義，應同時測定其標準誤（或可信限），以及劑量－反應曲線的效率。如果兩個 LD50 值的可信限相互交叉，則 LD50 值較小
的化學物質(zhì)的毒性不一定大于 LD50 值較大的化學物的毒性。比較兩個 LD50 值相近的化學物的毒性時，斜率具有重要意義。如某化學物的斜率較平坦，則在低于 LD 50 的劑量時將比另一斜率陡的化學物引起更多的死亡（參見圖 8-5 中，化學物 C 和 D ）。圖 8-5 表明了斜率不同的意義。
（ 5 ）劑量確定。用 LD50 作為測定指標試驗，其劑量確定可按下列方法進行。
首先，選擇劑量范圍。根據(jù)受試物的物理化學性質(zhì)，參考有關(guān)資料，結(jié)合實驗者本身的經(jīng)驗，主觀確定大、中、小劑量作預試驗，每組 3 只小鼠，給藥后觀察一定時間的死亡情況，求得動物全致死和全不致死的劑量范圍。要求最小劑量的死亡率為 0% ，最大劑量組的死亡率為 100% 。
其次，進行劑量分組。一般以 5 ～ 8 組為宜，要求死亡率在 50% 上下的各有一半的組。根據(jù)計算方法的要求，確定是否設死亡率為 100% 與 0% 的劑量組。
最后，確定各組的劑量值。按預測驗找出的最大劑量 ( b ) 和最小劑量 ( a ) 確定劑量分組數(shù)目 ( n ) 后，利用下列公式求公比 ( r ) 。
求得公比 r 后，各組的劑量值分別為 a , ar 、 ar 2 、 ar 3 、 ar 4 ……。
2. LD50 計算
LD50 計算方法很多，現(xiàn)介紹兩個簡便常用的方法－目測概率單位法和寇氏法。
（ 1 ）目測概率單位法
目測概率單位法的計算基礎，是把試驗劑量換算成對數(shù)劑量，把死亡率換算成概率單位，使劑量－反應（死亡）曲線直線化。
具體計算時，取半對數(shù)座標紙，以對數(shù)劑量為橫坐標，死亡率的概率單位為縱坐標，則劑量－反應曲線即呈直線，根據(jù)試驗結(jié)果，憑目測畫出直線求 LD50 。用死亡率換算成概率單位，可不必用公式計算，而直接查表獲得。
若應用對數(shù)概率格紙，橫坐標為對數(shù)值，縱坐標為反應百分率概率單位，則不必換算，按劑量及反應百分率（死亡百分率）直接作點圖。
（ 2 ）寇氏法（ karber 氏法）
寇氏法在急性毒性的半數(shù)致死量測定時，是一種常用的方法。但劑量要求必須按等比級數(shù)分組，其比例一般為 1:0.75 左右，并最好能包括死亡率為 0% 與 100% 的劑量組。
下面是一種農(nóng)藥腹腔注射小白鼠的死亡資料（表 8-13 ），試用寇氏法求其 LD50 。
計算的步驟如下：
Ⅰ 按以下公式計算 LgLD50
上式中 xk = 最大劑量的對數(shù)
本例： xk = lg622=2.7938
d 為相鄰量比值的對數(shù)
本例：
P i 及 P i +1 為各劑量組陽性反應率
本例：
把上列數(shù)值代入計算公式
LD50 = lg -1 2.6433 = 43.984mg/kg
Ⅱ 按下列公式求 lg LD50 的標準誤
S lg LD50 =
式中 1 － P i 為各劑量陰性反應率； ni ＝每組動物數(shù)。
本例： S lg LD50
=0.0792 × 0.249
=0.0197
Ⅲ 求得 LD50 的 95% 可信限為：
= lg -1 (lgLD50 ± 1.96SlgLD50 )
= lg -1 (1.6433 ± 1.96 × 0.0197)
= lg -1 (2.6433 ± 0.0386)
= 402.44mg/kg ～ 480.73mg/kg
（二）短期毒性實驗
短期毒性實驗， 又稱亞急性或亞慢性毒性實驗， 是研究實驗動物在多次給以受試物時所引起的毒作用，試驗期通常為動物生命期的1/30 ～1/10，大鼠為 3 ～ 6 個月，狗為 4 ～ 12 個月。通過實驗，了解受試物有無蓄積作用，試驗動物對該物質(zhì)能否產(chǎn)生耐受性，初步估計出現(xiàn)毒性作用的最小劑量（最小有作用劑量）和不出現(xiàn)毒作用的最大劑量（最大無作用劑量）。確定是否要進行長期毒性試驗，并為長期毒性試驗的劑量分組和指標選擇提供依據(jù)。
1. 動物選擇
根據(jù)急性毒性實驗的資料，選用敏感動物進行實驗。通常應選用兩種動物（嚙齒類和非嚙齒類），以避免種屬差異造成的實驗誤差。其中，大鼠和狗是短期毒性實驗中使用最普遍的，因為這些動物體積小，價格便宜，用藥量省且化學物質(zhì)毒理資料易得。實驗動物雌雄各半，采用大鼠時，每個染毒組和對照組各用 10 ～ 20 只。選其出生后 3 ～ 4 周開始試驗，體重 40 ～ 60g 。因為大鼠出生后 90d 左右生長最快，此時易于觀察其生長的變化。采用狗時，每組的數(shù)量可減為 4 ～ 8 只，一般選用初成年動物。
2. 實驗期限
常用實驗動物的實驗期限：小鼠為 3 個月，大鼠、家兔 6 個月。有人曾測定 33 種化合物對大鼠和狗的毒作用，觀察它們對血液、生化和病理等 36 項指標，求得最大無作用劑量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)大部分物質(zhì)三個月的實驗結(jié)果與兩年的實驗結(jié)果相近。還有人收集了 82 份毒性實驗資料，對 122 種化合物的 56 個劑量水平進行分析，結(jié)果也認為除致癌作用和致突變作用外，在三個月毒性實驗中未呈現(xiàn)毒性的化合物，在兩年毒性實驗中只有 10% 以下呈現(xiàn)毒性。因此，根據(jù)三個月毒性實驗的結(jié)果來推測兩年的毒性作用，有較大的可靠性。對一些有明顯蓄積作用的毒物應適當延長實驗期限。
3. 劑量分組
短期毒性實驗的目的是建立劑量－反應關(guān)系和“最大無作用劑量”，因此，一般設四個組。最高劑量組應該產(chǎn)生明顯的毒效應，但不使多數(shù)動物死亡。最低劑量組不應該產(chǎn)生任何可測得的毒作用。中間劑量組應產(chǎn)生某些輕微的毒性作用。另設對照組，該組動物不給所測試的化學物，但必須給予與染毒組相同的等量賦形劑。
劑量的具體選擇可根據(jù)急性毒性實驗的 LD50 值和劑量－反應曲線的斜率加以確定。也可進行以下預備實驗，選用 3 ～ 4 個劑量組，每組用雌、雄大鼠各 5 只，染毒 7 天。
4. 觀察指標
觀察指標主要有：一般健康狀況、行為、生長、死亡、進食量、血尿生化指標檢驗、器官功能測定、器官相對重量、病理組織學檢查等。
（三）長期毒性實驗
長期毒性試驗，又稱 慢性毒性試驗， 是觀察試驗動物長期攝入受試物產(chǎn)生的反應。所謂長期，是指試驗動物整個生命期的大部分或終生，有時可包括若干代的試驗。通過長期毒性試驗，了解短期試驗所不能測得的反應，確定最大無作用劑量，為制訂環(huán)境允許量提供依據(jù)。
1. 動物選擇與實驗期限
常用的實驗動物也是大鼠和狗，每組的動物數(shù)量應適當增多，一般 20 ～ 25 只。試驗期一般大鼠 2 年，狗 6 年。
2. 劑量分組
試驗一般設 5 ～ 6 個劑量組。各劑量組要求有 1 ～ 2 個組不出現(xiàn)中毒反應，有 1 ～ 3 個組出現(xiàn)甚至明顯出現(xiàn)中毒反應。劑量分別按 LD50 的1/10、1/50、1/100、1/1000確定。
3. 染毒方式與觀察指標
受試物的給予方式與短期毒性試驗相同。觀察指標除參照短期試驗要求外，還應每隔 3 ～ 6 個月對動物進行一次血液學、生化學指標的檢驗。試驗結(jié)束時，全部動物都必須進行病理學檢查。
最后還應注意的是實驗所獲得的最大無作用劑量 嚴格地說，是未觀察到的最大無作用劑量，如果選用更敏感的動物，加大每組動物數(shù)量或采用更靈敏的指標，這一劑量水平還有可能降低。根據(jù)已獲得的最大無作用劑量，同時如果該化合物沒有其他的特殊毒作用，則可外推動物實驗的數(shù)據(jù)以求得人的容許攝入量。由于以下三方面的原因，外推時需加安全系數(shù)：（ 1 ）人與動物種系敏感性不同，一般認為人對毒物比動物敏感。（ 2 ）人的個體敏感性不同，而且人的個體差異程度可能比動物的個體差異要大。（ 3 ）實驗中所用動物數(shù)量遠低于實際可能接觸的人數(shù)。世界衛(wèi)生組織建議安全系數(shù)值為 100 ，范圍為 20 — 1000 。總之，由于動物和人的差異，動物實驗結(jié)果外推到人時要十分謹慎。
