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生物放大作用（biomagnification，biological magnification）又稱生物富集作用[1]、生物放大[2][3]、生物顯聚[4]，是自然環境中的化學物質濃度沿生物鏈在各級生物體內逐漸遞增的現象。例如DDT或汞的濃度沿生物鏈的遞增[5]。
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生物富集的主要原因是因為這些有害的物質一旦進入生物體內，就不容易排出，只進不出，一步一步的疊加，最終在生物鏈的最頂部的生物體內的含量可能達到比原始環境高百萬級別的濃度。
導致這種增長可能發生的原因是：
- 持久性 - 該物質不能被環境過程分解
- 食物鏈生物能量 - 當它在一個食物鏈向上移動，該物質的濃度逐漸增加
- 低或不存在的內部降解或該物質的排泄率 - 通常是由於不溶於水
比如在一條食物鏈如下：水草，小魚，魚鷹，猛禽。一旦河流被DDT污染，水草中就會有微量的DDT，然後魚吃掉水草，這些DDT一旦進入魚體內，就會在魚的體內堆積，再也無法代謝出去，所以魚體內的DDT含量比水草高很多。以此類推，最終受害最嚴重的就是猛禽。曾經DDT造成了一些類別的猛禽體內的DDT比河流裏面的高一百多萬倍，導致猛禽產的卵太軟，無法孵化。
另一個具體的例子是在加拿大努納武特地區的Qikiqtarjuaq島（舊稱Broughton島）上，由於世居當地的因紐特人傳統上以當地海產為主食之故，因此透過生物放大作用，當地居民體內累積了高含量的多氯聯苯，而這也使得當地人被周遭地區的人給稱為「多氯聯苯人」（the PCB people）並受周遭地區的人迴避[6]。
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生物放大作用的物質有兩大類。兩者都是親脂性的和不容易降解的。新型有機物質不容易降解，因為微生物缺乏以前接觸，並因此沒有演化出特定的解毒和排泄機制，出現了沒有從它們那裏來的選擇壓力。這些物質因此被稱為持久性有機污染物。
金屬是不降解的，因為它們是元素。生物，尤其是那些自然中受高水平暴露於接觸的金屬的生物，是具有機制來螯合和排泄金屬。問題出現當生物體暴露於比通常更高濃度時，它們排泄的速度不夠快到可以防止受損害。一些持久性重金屬對於生物體的生殖系統特別有害。
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