各种物质进入生物体内，即参加生物的代谢过程，其中生命必需的物质，部分参与了生物体的构成，多余的必需物质和非生命所需的物质中，易分解的经代谢作用很快排出体外，不易分解、脂溶性高、与蛋白质或酶有较高亲和力的，就会长期残留在生物体内。随着摄入量的增大，它在生物体内的浓度也会逐渐增大。污染物质被生物体吸收后，它在生物体内的浓度超过环境中该物质的浓度时，就会发生生物富集、生物放大和生物积累现象，这三个概念既有联系又有区别。

一、生物富集

生物富集是指生物机体或处于同一营养级上的许多生物种群，通过非吞食方式（如植物根部的吸收，气孔的呼吸作用而吸收），从周围环境中蓄积某种元素或难降解的物质，使生物体内该物质的浓度超过环境中浓度的现象，又称为生物学富集或生物浓缩。生物富集用生物浓缩系数表示，即生物机体内某种物质的浓度和环境中该物质浓度的比值。

BCF=cb／ce

式中BCF—生物浓缩系数；

cb—某种元素或难降解物质在机体中的浓度；

ce—某种元素或难降解物质在环境中的浓度。

生物浓缩系数可以是个位到万位，甚至更高。影响生物浓缩系数的主要因素是物质本身的性质以及生物和环境等因素。物质性质方面的主要影响因素是降解性、脂溶性和水溶性。

一般降解性小、脂溶性高、水溶性低的物质，生物浓缩系数高；反之，则低。如虹蹲对2,2',4,4’-四氯联苯的生物浓缩系数为12400，而对四氯化碳的生物浓缩系数是17.7。在生物特征方面的影响因素有生物种类、大小、性别、器官、生物发育阶段等。如金枪鱼和海绵对铜的生物浓缩系数分别是100和1400，在环境条件方面的影响因素包括温度、盐度、水硬度、pH、氧含量和光照状况等。如翻车鱼对多氯联苯生物浓缩系数在水温5℃时为6.0×103，而在15℃时为5.0×104，水温升高，相差显著。一般，重金属元素和许多氯化烃、稠环、杂环等有机化合物具有很高的生物浓缩系数。

生物富集对于阐明物质或元素在生态系统中的迁移转化规律，评价和预测污染物进入环境后可能造成的危害，以及利用生物对环境进行监测和净化等均有重要的意义。

二、生物放大

生物放大是指在同一食物链上的高营养级生物，通过吞食低营养级生物蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体内的浓度随营养级提高而增大的现象。生物放大的程度也用生物浓缩系数表示。生物放大的结果是食物链上高营养级生物体体中这种物质的浓度显著地超过环境中的浓度。因此生物放大是针对食物链的关系而言的，如果不存在食物链的关系就不能称之为生物放大，而只能称之为生物富集或生物积累。如1966年有人报道，美国图尔湖和克拉斯南部自然保护区受到DDT对生物群落的污染。DDT是一种有机氯杀虫剂，易溶解于脂肪而积累于动物脂肪内。在位于食物链顶级，以鱼类为食的水鸟体中的DDT的浓度竟然比湖水高出约1.0×105~1.2×105倍。北极的陆生态系统中，在地衣一北美驯鹿一狼的食物链中，也存在着对137Cs的生物放大现象。不同生物对物质的生物放大作用也有明显的差别，例如，海洋模式生态系统中研究藤壶、蛤、牡砺、蓝蟹和沙蚕5种生物对于铁、钡、锌、锰、镉、铜、硒、砷、铬、汞10种元素的生物放大作用，发现藤壶和沙蚕的生物放大能力较大，牡蛎和蛤次之，蓝蟹最小。
但是生物放大并不是在所有的条件下都能发生。据文献报道，有些物质只能沿着食物链传递，不能沿食物链放大；有些物质既不能沿食物链传递，也不能沿食物链放大。这是因为影响生物放大的因素是多方面的。如食物链往往都十分复杂，相互交织成网状，同一种生物在发育的不同阶段或相同阶段，有可能隶属于不同营养级具有多种食物来源，这就扰乱了生物放大。不同生物或同一生物在不同的条件下，对物质的吸收和消除等均有可能不同，也会影响生物放大的情况。例如，1971年，Hame-Link等人通过实验发现，疏水性化合物被鱼体组织的吸收，主要是通过水和血液中脂肪层两相之间的平衡交换进行的。后来许多学者的研究也证实了这一结论的正确性，他们明确指出，有机化合物的生物积累主要是通过分配作用进入水生有机体的脂肪中，随后的许多实验结果也都支持了这一点，即有机化合物在生物体的积累不是通过食物链迁移产生的生物放大，而是生物脂肪对有机化合物的溶解作用。

三、生物积累

生物积累是生物从周围环境（水、土壤、大气）中和食物链蓄积某种元素或难降解物质，使其在机体中的浓度超过周围环境中浓度的现象。生物放大和生物富集都是生物积累的一种方式。生物积累也用生物浓缩系数来表示。生物浓缩系数与生物体特性、营养等级、食物类型、发育阶段、接触时间、化合物的性质及浓度有关。通常，化学性质稳定的脂溶性有机污染物如DDT、PCBs等很容易在生物体内积累。例如有人研究牡砺在50μg/L氯化汞溶液中对汞的积累。观察7天、14天、19天和42天时，牡蛎体内汞含量的变化，结果发现其生物浓缩系数分别是500、700、800和1200，表明在代谢活跃期内的生物积累过程中，生物浓缩系数是不断增加的。因此，任何机体在任何时刻，机体内某种元素或难降解物质的浓度水平取决于摄取和消除这两个相反过程的速率，当摄取量大于消除量时，就会发生生物积累。下面对此以水生生物为例进行研究。
水生生物对某物质的积累微分方程可以表示为：

式中cw—生物生存水中某物质浓度；

ci—食物链i级生物中该物质浓度；

ci-i—食物链i-1级生物中该物质浓度；

Wi,i-i—i级生物对i一1级生物的摄取率；

ai,i-1—i级生物对i一1级生物中该物质的同化率；

kai—i级生物对该物质的吸收速率常数；

k,i—i级生物中该物质消除速率常数；

kgi—i级生物的生长速率常数。

上式表明，食物链上水生生物对某种物质的积累速率等于从水中的吸收速率加上从食物链上的吸收速率减去其本身的消除和稀释速率。

生物积累达到平衡时，即dci/dt=0，上式成为：

从上式可以看出，生物积累的物质浓度中，一项是从水中摄取获得的，另一项是从食物链的传递中获得的。两相进行比较，可以看出生物富集和生物放大对生物积累的贡献。

科学研究还发现环境中物质的浓度对生物积累的影响不大，但在生物积累过程中，不同种生物或同一种生物不同器官和组织，对同一种元素或物质的平衡浓缩系数的数值，以及达到平衡时的时间可以有很大区别。

综上所述，生物积累、生物放大和生物富集可在不同侧面为探讨环境中污染物质的迁移、排放标准和可能造成的危害，以及利用生物对环境进行监测和净化，提供重要的科学依据。