关键词：水体 环境 国际 协会 生物
考虑到人体健康的需要，对于生活饮用水铜的含量有一个卫生标准，国际卫生组织推荐的值为2毫克/升。而对于环境水体，则不仅要考虑人，更要考虑其它的生物，如鱼类和水蚤等。这里需要解释的是为什么要考虑金属（包括铜）对鱼类及其它水生生物（例如蚤类）的毒性，也就是环境效应问题。整个的生物从低级到高级，它们组成一个生物链，互相依存。如果某一部分受到危害，将会殃及其它，从而会使生态环境遭到破坏，当然人类将是最终的受害者。
环境水体中铜的浓度究竟多少合适，也就是环境水中铜的标准应如何来确定。早期，人们将不同种类的生物暴露在不同浓度的硫酸铜溶液中，观察这些生物生殖和生理变化及死亡情况，并在这些实验室得到的毒性数据基础之上建立了最早的铜水质标准，是以水中铜的总浓度作为指标的。当这些数据后来被不同实验室在不同实验条件下重复时，发现铜的毒性不仅与浓度有关，而且还和水的硬度、碱度、pH值和水中有机物含量有关。而后来更多的工作则发现实验室得到的结果和实际情况有很大差别。例如，监测部门提供的数据表明某些地方水体中铜的浓度明显超标，但是许多现场观察并没有发现水中生物相应的中毒事件。实际上，在美国发现一些湖泊河流的铜的浓度远远超过了美国环保署所规定的上限，可是鱼和其它生物生长发育很正常。这说明以总浓度为指标的铜水质标准是有很大缺陷的，铜的浓度大并不能说明一定对生物有毒性。
这些问题引起环境科学家的重视，通过研究发现污水和工业废水中的铜进入水体后会发生明显的化学变化，并引起生物吸收利用铜程度上的变化，因此呼吁在制定铜的水质标准时有必要认识这些反应过程及生物可利用性及毒性变化的规律。研究工作所取得的结果同样引起了美国环保署的重视，铜的水质标准不断地在改变，由原来测量总铜改为测量可交换性铜(1985)，又改为测量可溶性铜，并允许根据水的硬度和有机物含量对当地的铜水质标准进行调整（1996）。1998年，美国环保局又针对水的盐度调整了铜的水质标准。
研究工作的另一个重要发现是找到了铜离子活度与毒性之间的关系。天然水体中的腐殖质和胶体等可溶性有机碳能够与铜发生络合作用，从而降低了水中铜的活度和毒性。只有当铜活度相同时，实验室和现场观察到的毒性才可以相互比较。这就意味着铜的毒性“因地而异”，因此相应的环境标准也应该“因地而异“。九十年代初期美国环保局在修改铜的水质标准时开始考虑地区标准，提出用水效应比值的实验方法来确认地区标准。在水效应比值方法中，将水体生物分别饲养在实验室配制和实际水体采集的水样中，加入不同浓度的铜，并观察毒性。两种不同配制方法得到的毒性差别反映了当地水体对铜毒性”屏蔽“作用的强弱。但是这种方法要求每年至少用2种以上的生物进行不少于3次测试，费时，费钱，得到的结果又难以解释和应用，因此实际上用的不多。
如何用一种比较简单的方法来评估和预测环境水体中的铜的毒性呢？
在过去的25年间，科学研究积累了大量关于金属形态与其生物有效性或毒性关系的结果，并在这些结果的基础上提出了预测铜毒性的数学模型，其中比较有代表性是游离离子模型，鱼鳃络合模型和生物配体模型。1983年，琶可夫和他的合作者首先提出用化学平衡模型解释铜的水化学特性，并认为鱼鳃是铜产生毒性作用的靶器官。按照他们的观点，鱼鳃上能够结合金属的“位点”是有限的，只有当这些“位点”一定程度被有毒金属占据后，鱼才表现出”中毒“症状。几乎在同时，莫奈等人建立了游离离子模型，提出只有处于游离状态的铜离子才能和细胞膜结合，当这部分铜被细胞吸收后，其他形态的铜可以通过动力学解离释放出新的游离态铜。在这两个模型的基础上，国际铜业协会组织各方面的专家经过多年的研究，于2000年8月提出了生物配体模型（The Biotic Ligand Model）。
生物配体模型一方面充分考虑到了溶液中游离状态的铜离子浓度受到热力学平衡控制，另一方面提出鱼鳃表面能够结合金属的“位点”有限，而且这些”位点“不仅对铜，对其他金属离子同样有效，当这些“位点”被某些有毒金属占据时，阻断了钙、镁等营养元素的供给，因此产生毒性。由此可见在这个模型中，鱼鳃表面的结合“位点”是在和水中其他络合物配体争夺金属离子，而溶液中不同的金属离子则在争夺鱼鳃表面的结合“位点”。这就解释了为什么水中溶解无机和有机物质会降低金属的毒性或“生物有效性”。对铜而言，生物配体模型假设要产生一定的毒性，必须有固定数量的铜被鱼鳃络合，而能够被鱼鳃络合的铜在溶液中是游离态的，只要知道一些水质的基本参数，如溶解铜的浓度、pH值、硬度、碱度等，就能够计算得到毒性的大小。计算结果与实际情况非常吻合。因此，这个模型能在水质变化非常大的条件下预测其中溶解铜的毒性。
虽然目前这个模型只解释了铜对鱼的毒性，但是正在进行的大量工作已经证明它还可以用来解释其他金属的情况及金属对其他水生生物（如水蚤）的毒性。
通过生物配体模型计算，地方监测部门能够更加准确地把握他们所设立的“地区水质标准”是否能够有效地保护当地的水环境。这个模型也可以根据现场监测得到的总铜浓度数据，提供一个月或一年内水质被铜等金属污染的次数。
目前建立的生物配体模型可以用于淡水水域。国际铜业协会正在组织世界各国的有关专家有关土壤的生物配体模型开展研究。土壤是人的食物链的重要组成部分，土壤生物配体模型的研究对保护生态环境和人体健康有着极其深远的意义。
美国环保署对生物配体模型进行了评估。根据评估的结果已经决定将生物配体模型作为制定关于金属元素的国家水质标准的基础，并且首先制定铜的水质标准。在欧洲，欧盟已经认可了生物有效性的观念，并在考虑把生物配体模型用于制定水质指导纲要等方面。
简单来说，生物配体模型是一种工具，它建立在严格的实验室科学研究的基础上，能根据少数几个实际水体的测量参数来准确地评估和预测环境水域中铜的毒性。
生物配体模型的意义概括起来有三点：
一是提供了一种比较简便、科学的方法用于评估和预测环境水域的铜对环境的效应，有利于实现对环境水域的监测和保护。比如，可以对我国的大江大河的水质进行简单、快速、经济而准确的评估和预测，合理控制污水的排放。
二是可以避免对环境的“过度”保护。如果我们不能简便科学的预测受到污水排放等影响的环境水中真实的铜的毒性，而是简单的采用总铜浓度的指标，则会制定过分的不合理的排放要求，浪费大量的资金，有时甚至根本做不到。
第三，生物配体模型不仅适用于铜，其原理也适用于其它的金属。从这点来看，其意义更是非常深远的。
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